CN108671390A - 具有高精度定位输出功能的电刺激装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种具有高精度定位输出功能的电刺激装置，包括：供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线，tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器通过电缆线连接，供电单元与tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器连接，向tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器供电，其中，5通道电流分配器5个电极，其中5个电极的组合采用以下形式之一：(1)1个阴极、4个阳极；(2)1个阳极、4个阴极。本发明提供的电刺激装置，靶点更精确，更小，刺激效果更好，作用效果更好。

Description

具有高精度定位输出功能的电刺激装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种具有高精度定位输出功能的电刺激装置。
背景技术
经颅直流电刺激(TDCS)是一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电(0～2mA)调节大脑皮层神经元活动的技术。市场上多采用的是由阳极和阴极两个表面电极组成，由控制软件设置刺激类型的输出，以微弱极化直流电作用于大脑皮质。如图1a所示，传统的刺激方法是1阳1阴电极刺激，刺激面积大，刺激精度不高，作用效果不好。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种具有高精度定位输出功能的电刺激装置。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种具有高精度定位输出功能的电刺激装置，包括：
供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线，所述tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器通过电缆线连接，所述供电单元与所述tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器连接，向所述tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器供电，其中，
所述5通道电流分配器5个电极，其中所述5个电极的组合采用以下形式之一：
(1)1个阴极、4个阳极，其中，4个阳极的接头连接到所述5通道电流分配器的一个输出端，1个阴极连接到所述5通道电流分配器的另一个输出端；
(2)1个阳极、4个阴极，其中，4个阴极的接头连接到所述5通道电流分配器的一个输出端，1个阳极连接到所述5通道电流分配器的另一个输出端；
其中，在完成上述供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线的连接之后，由tDCS经颅直流电刺激器输出刺激信号，通过5通道电流分配器作用于人体大脑皮层组织实施刺激动作。
所述具有高精度定位输出功能的电刺激装置的工作过程如下：
S1，首先设定刺激方案：选择和调节合适的电流强度、刺激时间、刺激波形、输出频率；
S2，实施预刺激；
S3，开始刺激；
S4，电流调节，在刺激过程中进行电流微调；
S5，刺激中止，在刺激过程中可随时中止；
S6，刺激结束。
进一步，所述tDCS经颅直流电刺激器的接触直径小于3厘米。
进一步，所述供电单元采用电池组，输出9V直流电。
根据本发明实施例的具有高精度定位输出功能的电刺激装置，提供一种高精度无创的，操作简单的，安全的经颅直流电刺激技术，其融合了传统刺激的低强度、安全以及其高精度的靶点控制技术等特点，靶点更精确，更小，刺激效果更好，作用效果更好。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1a为传统的普通2通道刺激装置(1阳极、1阴极)的示意图；
图1b为根据本发明实施例的具有高精度定位输出功能的电刺激装置的示意图。
图2a至图2e为根据本发明实施的5通道电流分配器的原理图。
图3为根据本发明实施的具有高精度定位输出功能的电刺激装置的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1b所示，本发明实施例的具有高精度定位输出功能的电刺激装置，包括：供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线。
具体的，tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器通过电缆线连接，供电单元与tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器连接，向tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器供电。
在本发明的一个实施例中，供电单元采用电池组，输出9V直流电。需要说明的是，上述对供电单元的说明仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明，本发明中的供电单元还可以采用其他具有输电功能的器件，且输出电压根据tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器的具体需求，可以进行调整。
需要说明的是，与其他非侵入性脑刺激技术如经颅电刺激和经颅磁刺激不同，tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节神经网络的活性而发挥作用。在神经元水平，tDCS对皮质兴奋性调节的基本机制是依据刺激的极性不同引起静息膜电位超极化或者去极化的改变。阳极刺激通常使皮层的兴奋性提高，阴极刺激降则低皮层的兴奋性。膜的极化是tDCS刺激后即刻作用的主要机制。
本发明将传统的1阴1阳修改为1阴4阳或者1阳4阴，设计出来是作为一个交互设备用于一个独立的5通道电流分配器。
上述5通道电流分配器包括5个电极，其中5个电极的组合采用以下形式之一：
(1)1个阴极、4个阳极，其中，4个阳极的接头连接到5通道电流分配器的一个输出端，1个阴极连接到5通道电流分配器的另一个输出端；
(2)1个阳极、4个阴极，其中，4个阴极的接头连接到5通道电流分配器的一个输出端，1个阳极连接到5通道电流分配器的另一个输出端。
上述两种组合形式中的输出的接头连接到更小的高精度电极上，而不再是传统tDCS的较大的海绵电极片。
然后，在完成上述供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线的连接之后，由tDCS经颅直流电刺激器输出刺激信号，通过5通道电流分配器作用于人体大脑皮层组织，实施刺激动作。本发明采用5通道刺激，1阳4阴或1阴4阳，定位更精确，刺激面积小，作用效果更好。
具有高精度定位输出功能的电刺激装置的工作过程如下：
(1)安装电池：将DC9V电池按照标识正确安装，注意正负极；
(2)根据临床需要选择高精度输出；
(3)开机：打开电源开关；
(4)将所需的电缆线连接到经颅电刺激仪和电极；5)首先设定刺激方案：选择和调节合适的电流强度、刺激时间、刺激波形、输出频率；
(6)实施预刺激；
(7)开始刺激；
(8)电流调节，在刺激过程中进行电流微调；
(9)刺激中止，在刺激过程中可随时中止；
(10)刺激结束。
传统的靶点是5x5(cm),5x7(cm),5x10(cm),甚至10x10(cm)，而本发明的tDCS经颅直流电刺激器的接触直径小于15毫米，靶点更精确，更小，刺激效果更好。
图2a至图2e为根据本发明实施的5通道电流分配器的原理图。其中，K1至K8均为继电器单元。
图2a为5通道电流分配器的输入侧的电路图。图2c为极性选择开关电路，其中，PORTA和PORTB为两个接口段，通过K3和K4的切换，选择极性输出。图2b为5通道电流分配器的输出侧的电路图。其中，OUT_A、OUT_B、OUT_C和OUT_D分别对应4个相同电极(阴极或阳极)的输出。COM_OUT为公共输出端，对应第5个电极(阳极或阴极)的输出。图2d为5通道电流分配器中4个相同电极的输出切换电路图，其中，通过K5至K8的切换，实现电极信号的输出。图2e为公共输出端切换的电路图。
图3为根据本发明实施的具有高精度定位输出功能的电刺激装置的流程图。如图3所示，来自双通道输入端的一条输入通道的高精度输入信号，输送至4个继电器。上述4个继电器分别与5通道电流分配器中的4个阳极(或者4个阴极)连接，在各个继电器的控制下输出高精度信号。
对大脑皮层神经元电学特性的影响与其他非侵入性脑刺激技术如经颅磁刺激不同，本发明采用的tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节自发性神经元网络活性而发挥作用。tDCS的主要机制之一是它可以改变神经元的静息电位。神经生理实验证明，神经元通过放电频率改变对静态电场(直流电)起反应。因此当tDCS的正极或阳极靠近神经元胞体或树突时，静息电位会降低，神经元自发放电增加，产生去极化，从而激活细胞的活性；而电场方向颠倒时神经元放电减少，则发生超极化，从而降低细胞的活性。这一现象可用TMS在tDCS前后检测运动诱发电位(MEP)或运动阈值(MT)，tDCS的正极部位引发MEP幅度增加，MT减小。这说明阳极刺激提高皮层神经元的兴奋性而阴极刺激降低兴奋性。tDCS影响的只是已经处于活动状态的神经元，不会使处于休眠状态的神经元放电。阳极tDCS提高兴奋性的作用与离子通道有关。离体的研究结果显示阳极tDCS的兴奋作用被电压依赖的钠通道和钙通道的拮抗剂阻断。tDCS不仅能调节单个神经元的活动，而且能影响多个神经元和神经元群的整体活动。动物研究表明兴奋性的变化反映在自发性放电率和对传入的突触输入的响应能力上。正是这种初级的极化机制成为了低强度直流电对人类大脑皮层兴奋性产生即刻作用的基础。
根据本发明实施例的具有高精度定位输出功能的电刺激装置，提供一种高精度无创的，操作简单的，安全的经颅直流电刺激技术，其融合了传统刺激的低强度、安全以及其高精度的靶点控制技术等特点，靶点更精确，更小，刺激效果更好，作用效果更好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种具有高精度定位输出功能的电刺激装置，其特征在于，包括：供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线，所述tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器通过电缆线连接，所述供电单元与所述tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器连接，向所述tDCS经颅直流电刺激器和5通道电流分配器供电，其中，
所述5通道电流分配器5个电极，其中所述5个电极的组合采用以下形式之一：
(1)1个阴极、4个阳极，其中，4个阳极的接头连接到所述5通道电流分配器的一个输出端，1个阴极连接到所述5通道电流分配器的同一输出端；
(2)1个阳极、4个阴极，其中，4个阴极的接头连接到所述5通道电流分配器的一个输出端，1个阳极连接到所述5通道电流分配器的同一输出端；
其中，在完成上述供电单元、tDCS经颅直流电刺激器、5通道电流分配器和电缆线的连接之后，由tDCS经颅直流电刺激器输出刺激信号，通过5通道电流分配器作用于人体大脑皮层组织，实施刺激动作；
所述具有高精度定位输出功能的电刺激装置的工作过程如下：
S1，首先设定刺激方案：选择和调节合适的电流强度、刺激时间、刺激波形、输出频率；
S2，实施预刺激；
S3，开始刺激；
S4，电流调节，在刺激过程中进行电流微调；
S5，刺激中止，在刺激过程中可随时中止；
S6，刺激结束。
2.如权利要求1所述的具有高精度定位输出功能的电刺激装置，其特征在于，所述tDCS经颅直流电刺激器的接触直径小于15毫米。
3.如权利要求1所述的具有高精度定位输出功能的电刺激装置，其特征在于，所述供电单元采用电池组，输出9V直流电。
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