CN109908476B - 一种可穿戴的多模式无线神经刺激*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴的多模式无线神经刺激***，通过穿戴式的方式向人体施加电流并刺激人体深部神经。该***由无线网关和多个可穿戴的电刺激器节点组成，每个电刺激器节点与皮肤电极一体化设计，每个节点通过无线网关进行配置和控制。电刺激器节点有单节点和双节点两种工作模式，单节点工作模式由单个节点输出预调制的中频电脉冲，双节点工作模式由两个节点分别输出频率相差一定数值的连续中频电脉冲。双节点工作模式包含了固定和扫描的工作模式，目标刺激区域的位置及其变化情况均可任意调整。采用本发明***可以达到利用便携式穿戴设备刺激人体深部神经的目的。
Description
技术领域
本发明涉及刺激人体深部神经的穿戴式设备，尤其是指一种可穿戴的多模式无线神经刺激***。
背景技术
传统的电刺激装置模式简单，只能提供低频电流或直流电，人体组织对低频电流的阻抗较大，低频电流的穿透性较差，无法深入人体组织。随着刺激电流的载波频率增大，人体的阻抗降低，中频电流对人体组织的穿透性远远大于低频电流。预调制中频电流和差拍中频电流能够同时兼顾中频电流对人体组织的穿透性以及神经元的低频响应特性，可应用于刺激人体皮下较深位置的神经。再者，电刺激装置一般都为大型的机器并包括了复杂的电极连接线，在便携性上还存在很大的不足，
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种可穿戴的多模式无线神经刺激***，该无线神经刺激***通过无线网关控制，无线网关控制多个电刺激器节点，电刺激器节点以穿戴式设备的方式刺激人体深部神经。电刺激器节点采用对人体具有更好穿透性的中频电流，将刺激电流有效地传递到人体深部神经。各个电刺激器节点的输出电流参数均可通过无线网关任意调整，可以工作在固定和扫描工作模式，满足多样化的需求，从而达到以便携式穿戴设备刺激人体深部神经的目的。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种可穿戴的多模式无线神经刺激***，该***由无线网关和多个可穿戴的电刺激器节点组成，每个节点通过无线网关进行配置和控制；各个电刺激器节点的输出电流波形、幅度、作用时间和工作模式参数，均由无线通讯信号控制，各个电刺激器节点的输出电流波形通过皮肤电极作用于人体；皮肤电极包括输出电极和接地电极两个相互隔离的贴片，而整个节点借助上述贴片吸附在人体表面；所述接地电极有两个，一个通过引线与输出电极连接，另一个与输出电极一体化，其中，两个接地电极的选择由一个独立的开关控制。
进一步，所述电刺激器节点通过皮肤电极向人体输出功率可调的中频电脉冲信号，能够刺激人体内部深处神经，其频率范围为1-100kHz。
进一步，所述的电刺激器节点有单节点和双节点的两种工作模式：单节点的工作模式是单个节点独立输出预调制的中频电脉冲，调制的频率范围是1-200Hz；双节点的工作模式是两个节点互相协作，每个节点各自输出无调制的中频电脉冲，两个节点输出电脉冲的频率相差数值的范围是1-200Hz。
进一步，所述双节点工作模式根据中频电脉冲输出功率的方式分为固定和扫描的两种工作模式：固定工作模式是两个节点输出的功率固定，则目标刺激区域是静止不变的；扫描工作模式是两个节点输出的功率朝相反方向调节，即一个节点输出功率上升而另一个节点输出功率下降，则目标刺激区域沿着与两个节点所在的皮肤表面平行的人体横截面不断移动。
进一步，所述电刺激器节点由CPU、无线收发器、电脉冲发生器、电池和皮肤电极组成，所述CPU用于控制无线收发器以及电脉冲发生器工作，所述无线收发器用于接收无线网关发送的无线控制信号，所述电池为整个电刺激器节点提供电能，所述电脉冲发生器输出特定参数的波形信号，其输出端与皮肤电极相连，用于对人体施加电流。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、通过无线网关控制多个无线刺激器节点，采用刺激器与电极的一体化设计，以便携、简单的穿戴方式调控人体神经回路及功能。
2、采用对人体具有更好穿透性的中频电流，将体表的电流有效地传到深部神经并引起有效的刺激响应，克服了传统的低频电流和直流电在体内的较大衰减。
3、采用多节点中频电流刺激人体，提供了固定工作模式和扫描工作模式，灵活可调，满足了多样化的需求。
附图说明
图1是无线网关控制多个电刺激器节点示意图。
图2是皮肤电极的输出电极和接地电极示意图
图3是单节点工作模式输出的电流波形图。
图4是双节点工作模式输出的电流及叠加的电流波形图。
图5是双节点工作模式的电极交叉分布示意图。
图6是双节点工作模式的电极平行分布及固定工作模式示意图。
图7是双节点工作模式的电极平行分布及扫描工作模式示意图。
图8是电刺激器节点的升压放大电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所提供的可穿戴的多模式无线神经刺激***，具体是无线网关控制多个电刺激器节点，每个电刺激器节点可以通过无线通讯方式进行配置和控制，其输出电流参数，包括电流的波形、幅度、开启、闭合、作用时间等，均可任意调整。
所述电刺激器节点由CPU、无线收发器、电脉冲发生器、电池和皮肤电极组成，整个电刺激器节点装置通过皮肤电极贴片吸附在人体表面，无额外的控制电路和电极之间的控制引线。所述的无线神经刺激***采用对人体具有更好穿透性的中频电流，在人体体外施加中频电流，抵达人体深部神经。所述的多模式无线神经刺激***包括了两种刺激器节点，有单节点和双节点两种工作模式；其中单节点工作模式独立输出预调制的中频电脉冲，双节点工作模式是两个节点互相协作，每个节点各自输出无调制的、频率相差一定数值的中频电脉冲，在体内相互叠加，形成低频调制中频的调制包络。
所述的双节点工作模式分为固定和扫描的工作模式，固定工作模式是两个节点输出的功率固定，目标刺激区域是静止不变的；扫描工作模式是两个节点的各自输出功率不等，但是两者的总量相等。分别调整两个节点的输出功率，目标刺激区域沿着与两个节点所在的皮肤表面平行的人体横截面不断移动。
所述的双节点工作模式的电极布置方式有两种，第一种排列方式是平行排布，第二种排列方式是交叉排布。
下面利用图1-图8对具体实施例所涉及的多模式无线神经刺激***进行说明。
如图1所示，可穿戴的多模式无线神经刺激***由无线网关101和多个电刺激器节点102、103、104、105组成。无线网关101发射无线信号，控制多个电刺激器节点102、103、104、105。电刺激器节点102、103为单节点工作模式，其中输出电极106和接地电极107为一体化设计。电刺激器节点104、105为双节点工作模式，其中输出电极108和接地电极109通过连接线连接。节点输出的电流的参数均可通过无线网关控制，所控制的刺激器参数包括输出电流的波形、功率、作用时间、开关等等。电刺激器节点由CPU、无线收发器、电脉冲发生器、电池和皮肤电极组成，CPU控制无线收发器以及电脉冲发生器的工作，无线收发器用于接收无线网关发送的无线控制信号，电池为整个电刺激器节点提供电能，电脉冲发生器输出特定参数的波形信号，其输出端与皮肤电极相连，用于对人体施加电流。
如图2所示，皮肤电极包括了输出电极201和两个接地电极202、203。其中两个接地电极的选择由开关204、205控制。当开关204选通时，输出电极201和接地电极202组成皮肤电极，接地电极203悬空，对人体不发挥作用；当开关205选通时，输出电极201和接地电极203组成皮肤电极，接地电极202悬空，对人体不发挥作用。
所述电刺激器节点包括两种工作模式，单节点和双节点工作模式。单节点工作模式输出预调制的中频电脉冲，双节点工作模式是两个节点相互协作，每个节点分别输出无调制的、连续的中频电脉冲。
如图3所示，单节点工作模式输出的电流波形，其载波频率为中频频率301，数值范围为1-100kHz，其调制频率为低频频率302，数值范围为1-200Hz。采用中频作为载波频率，提高了电流对人体组织的穿透性，调制频率为低频频率，满足了神经细胞的低频响应特性。目标刺激区域为输出电极和选择的接地电极附近的人体组织区域。
如图4所示，双节点工作模式输出的电流波形，包含了两个电刺激器节点。两个电刺激器节点的输出电流波形401、402均为连续的中频正弦电流，两个电流401和402的载波频率相差的数值为低频，所述的低频范围为1-200Hz。所述的两个正弦电流在体内的目标刺激区域叠加，形成低频调制中频的电流403。
所述双节点工作模式根据中频电脉冲输出功率的方式可以分为固定和扫描的工作模式：固定工作模式是两个节点输出的功率固定，则目标刺激区域是静止不变的；扫描工作模式是两个节点输出的功率朝相反方向调节，两个节点的输出功率不等，但是总和相等。分别调整两个节点的输出功率，可以调整目标刺激区域的位置，并且目标刺激区域的位置沿着两个节点所在的皮肤表面平行的人体横截面不断移动。
如图5所示，双节点工作模式的固定工作模式，两个电刺激器节点501、502的电极排布方式为交叉排布，各自的输出功率固定。两个刺激器节点所构成的几何中心503为目标刺激区域。
如图6所示，双节点工作模式的固定工作模式，两个电刺激器节点601、602的电极排布方式为平行排布，各自的输出功率固定。两个刺激器节点所构成的几何中心603为目标刺激区域。
如图7所示，双节点工作模式的扫描工作模式，两个电刺激器节点701、702的电极排布方式为交叉排布，各自的输出功率逐渐变化，两个节点输出的功率朝相反方向调节(例如一个节点输出功率上升而另一个节点输出功率下降)。调整电刺激器节点701、702的输出功率，可任意调整目标刺激区域按照一定的规律变化。所述的规律遵循如下规则：当电刺激器节点701的输出功率大于电刺激器节点702的输出功率，目标刺激区域703为靠近较小输出功率的一侧；当电刺激器节点701的输出功率小于电刺激器节点702的输出功率，目标刺激区域704为靠近较小输出功率的一侧。
如图8所示，电刺激器节点的升压放大电路，采用三极管推挽放大电路，由四个互补的三极管SMBTA92、SMBTA93组成，将单片机输出的低幅值模拟信号放大输出，放大后的输出电流可达到±20V。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种可穿戴的多模式无线神经刺激***，其特征在于：该***由无线网关和多个可穿戴的电刺激器节点组成，每个节点通过无线网关进行配置和控制；各个电刺激器节点的输出电流波形、幅度、作用时间和工作模式参数，均由无线通讯信号控制，各个电刺激器节点的输出电流波形通过皮肤电极作用于人体；皮肤电极包括输出电极和接地电极两个相互隔离的贴片，而整个节点借助上述贴片吸附在人体表面；所述接地电极有两个，一个通过引线与输出电极连接，另一个与输出电极一体化，其中，两个接地电极的选择由一个独立的开关控制；
所述的电刺激器节点有单节点和双节点的两种工作模式：单节点的工作模式是单个节点独立输出预调制的中频电脉冲，调制的频率范围是1-200Hz；双节点的工作模式是两个节点互相协作，每个节点各自输出无调制的中频电脉冲，两个节点输出电脉冲的频率相差数值的范围是1-200Hz；
所述双节点工作模式根据中频电脉冲输出功率的方式分为固定和扫描的两种工作模式：固定工作模式是两个节点输出的功率固定，则目标刺激区域是静止不变的；扫描工作模式是两个节点输出的功率朝相反方向调节，即一个节点输出功率上升而另一个节点输出功率下降，则目标刺激区域沿着与两个节点所在的皮肤表面平行的人体横截面不断移动。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴的多模式无线神经刺激***，其特征在于：所述电刺激器节点通过皮肤电极向人体输出功率可调的中频电脉冲信号，能够刺激人体内部深处神经，其频率范围为1k-100kHz。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴的多模式无线神经刺激***，其特征在于：所述电刺激器节点由CPU、无线收发器、电脉冲发生器、电池和皮肤电极组成，所述CPU用于控制无线收发器以及电脉冲发生器工作，所述无线收发器用于接收无线网关发送的无线控制信号，所述电池为整个电刺激器节点提供电能，所述电脉冲发生器输出特定参数的波形信号，其输出端与皮肤电极相连，用于对人体施加电流。
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