CN109331337B - 一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及经颅刺激仪器，具体是一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置及方法。本发明解决了现有经颅刺激仪器刺激效果不理想的问题。一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置，包括单片机、第一至第三运放、第一数字电位器、第二数字电位器、第一三极管、第二三极管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一至第十电阻；第一三极管为NPN型三极管；第二三极管为PNP型三极管；其中，第一运放的输出端与单片机连接；第一运放的正输入端一方面通过第一电阻与第一运放的输出端连接，另一方面依次通过第三电阻、第五电阻与第二运放的输出端连接。本发明适用于经颅刺激。

Description

一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置及方法

技术领域

本发明涉及经颅刺激仪器，具体是一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置及方法。

背景技术

经颅刺激仪器是一种利用低强度微电流刺激大脑，改变大脑异常的脑电波，促使大脑分泌一系列与焦虑、抑郁、失眠等疾病存在密切联系的神经递质和激素的仪器。在现有技术条件下，经颅刺激仪器普遍采用幅值和频率恒定的方波作为刺激电流的波形，由此导致其在经过长时间使用后，刺激效果会明显减弱，被刺激细胞会出现极化现象，从而导致其刺激效果不理想。基于此，有必要发明一种全新的经颅刺激仪器，以解决现有经颅刺激仪器刺激效果不理想的问题。

发明内容

本发明为了解决现有经颅刺激仪器刺激效果不理想的问题，提供了一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置及方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置，包括单片机、第一至第三运放、第一数字电位器、第二数字电位器、第一三极管、第二三极管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一至第十电阻；第一三极管为NPN型三极管；第二三极管为PNP型三极管；

其中，第一运放的输出端与单片机连接；第一运放的正输入端一方面通过第一电阻与第一运放的输出端连接，另一方面依次通过第三电阻、第五电阻与第二运放的输出端连接；第一运放的负输入端一方面通过第二电阻与第一运放的输出端连接，另一方面通过第四电阻与第二运放的输出端连接；第二运放的正输入端与单片机连接；第二运放的负输入端与参考电压端连接；

第一数字电位器的片选端、串行时钟端、串行数据输入端、串行数据输出端均与单片机连接；第一数字电位器的第一个固定端与正电源端连接、第二个固定端与第三运放的输出端连接；第一数字电位器的滑动端与第一三极管的基极连接；第一三极管的集电极与第一二极管的阴极连接；第一二极管的阳极依次通过第六电阻、第五电阻与第二运放的输出端连接；第一三极管的发射极通过第九电阻与第三运放的输出端连接；

第二数字电位器的片选端、串行时钟端、串行数据输入端、串行数据输出端均与单片机连接；第二数字电位器的第一个固定端与第三运放的输出端连接、第二个固定端与负电源端连接；第二数字电位器的滑动端与第二三极管的基极连接；第二三极管的集电极与第二二极管的阳极连接；第二二极管的阴极依次通过第六电阻、第五电阻与第二运放的输出端连接；第二三极管的发射极通过第十电阻与第三运放的输出端连接；

第三运放的正输入端与单片机连接；第三运放的负输入端与参考电压端连接；第一电容的一端通过第七电阻与第一二极管的阳极连接，另一端与正电源端连接；第二电容的一端通过第八电阻与第一二极管的阳极连接，另一端与负电源端连接。

一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激方法(该方法是基于本发明所述的一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：

首先，选取两个耳夹电极；两个耳夹电极分别夹在患者的两个耳朵上，且每个耳夹电极的两个输入端均分别与第六电阻的两端连接；

然后，启动单片机；在单片机的控制下，第二运放、第三运放、第一数字电位器、第二数字电位器按照如下条件进行工作：

当第二运放的输出端电压为正向电压时，第三运放的输出端电压为负向电压，第一数字电位器的滑动端为高电平，第二数字电位器的滑动端为低电平，由此使得第一三极管导通、第二三极管截止，从而使得流经两个耳夹电极的电流均为正向电流；

当第二运放的输出端电压为负向电压时，第三运放的输出端电压为正向电压，第一数字电位器的滑动端为低电平，第二数字电位器的滑动端为高电平，由此使得第一三极管截止、第二三极管导通，从而使得流经两个耳夹电极的电流均为负向电流；

在上述条件的约束下，流经两个耳夹电极的电流的波形均为变幅值及变脉宽的对称脉冲波；所述变幅值及变脉宽的对称脉冲波的函数表达式为：

式(1)～(2)中：I为流经两个耳夹电极的电流；t为时间；T为周期，且T的值由软件随机设定；N为非负整数；I₁、I₂、I₃、I₄均为幅值；I₀为常数。

与现有经颅刺激仪器相比，本发明所述的一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置及方法不再采用幅值和频率恒定的方波作为刺激电流的波形，而是采用变幅值及变脉宽的对称脉冲波作为刺激电流的波形。相较于幅值和频率恒定的方波，变幅值及变脉宽的对称脉冲波能够使得刺激强度和刺激时间进行持续且有规律的变化，因此本发明在经过长时间使用后，不仅刺激效果不会减弱，而且被刺激细胞不会出现极化现象，由此使得刺激效果更理想。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有经颅刺激仪器刺激效果不理想的问题，适用于经颅刺激。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中变幅值及变脉宽的对称脉冲波的一个周期的波形图(周期为20s)。

具体实施方式

一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置，包括单片机U、第一至第三运放AR1～AR3、第一数字电位器T1、第二数字电位器T2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第一至第十电阻R1～R10；第一三极管Q1为NPN型三极管；第二三极管Q2为PNP型三极管；

其中，第一运放AR1的输出端与单片机U连接；第一运放AR1的正输入端一方面通过第一电阻R1与第一运放AR1的输出端连接，另一方面依次通过第三电阻R3、第五电阻R5与第二运放AR2的输出端连接；第一运放AR1的负输入端一方面通过第二电阻R2与第一运放AR1的输出端连接，另一方面通过第四电阻R4与第二运放AR2的输出端连接；第二运放AR2的正输入端与单片机U连接；第二运放AR2的负输入端与参考电压端VREF连接；

第一数字电位器T1的片选端、串行时钟端、串行数据输入端、串行数据输出端均与单片机U连接；第一数字电位器T1的第一个固定端与正电源端VCC连接、第二个固定端与第三运放AR3的输出端连接；第一数字电位器T1的滑动端与第一三极管Q1的基极连接；第一三极管Q1的集电极与第一二极管D1的阴极连接；第一二极管D1的阳极依次通过第六电阻R6、第五电阻R5与第二运放AR2的输出端连接；第一三极管Q1的发射极通过第九电阻R9与第三运放AR3的输出端连接；

第二数字电位器T2的片选端、串行时钟端、串行数据输入端、串行数据输出端均与单片机U连接；第二数字电位器T2的第一个固定端与第三运放AR3的输出端连接、第二个固定端与负电源端NVCC连接；第二数字电位器T2的滑动端与第二三极管Q2的基极连接；第二三极管Q2的集电极与第二二极管D2的阳极连接；第二二极管D2的阴极依次通过第六电阻R6、第五电阻R5与第二运放AR2的输出端连接；第二三极管Q2的发射极通过第十电阻R10与第三运放AR3的输出端连接；

第三运放AR3的正输入端与单片机U连接；第三运放AR3的负输入端与参考电压端VREF连接；第一电容C1的一端通过第七电阻R7与第一二极管D1的阳极连接，另一端与正电源端VCC连接；第二电容C2的一端通过第八电阻R8与第一二极管D1的阳极连接，另一端与负电源端NVCC连接。

所述单片机U采用STM32系列单片机；所述第一数字电位器T1、第二数字电位器T2均采用256位数字电位器。

一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激方法(该方法是基于本发明所述的一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：

首先，选取两个耳夹电极；两个耳夹电极分别夹在患者的两个耳朵上，且每个耳夹电极的两个输入端均分别与第六电阻R6的两端连接；

然后，启动单片机U；在单片机U的控制下，第二运放AR2、第三运放AR3、第一数字电位器T1、第二数字电位器T2按照如下条件进行工作：

当第二运放AR2的输出端电压为正向电压时，第三运放AR3的输出端电压为负向电压，第一数字电位器T1的滑动端为高电平，第二数字电位器T2的滑动端为低电平，由此使得第一三极管Q1导通、第二三极管Q2截止，从而使得流经两个耳夹电极的电流均为正向电流；

当第二运放AR2的输出端电压为负向电压时，第三运放AR3的输出端电压为正向电压，第一数字电位器T1的滑动端为低电平，第二数字电位器T2的滑动端为高电平，由此使得第一三极管Q1截止、第二三极管Q2导通，从而使得流经两个耳夹电极的电流均为负向电流；

在上述条件的约束下，流经两个耳夹电极的电流的波形均为变幅值及变脉宽的对称脉冲波；所述变幅值及变脉宽的对称脉冲波的函数表达式为：

式(1)～(2)中：I为流经两个耳夹电极的电流；t为时间；T为周期，且T的值由软件随机设定；N为非负整数；I₁、I₂、I₃、I₄均为幅值；I₀为常数。

Claims (3)

1.一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置，其特征在于：包括单片机(U)、第一至第三运放(AR1～AR3)、第一数字电位器(T1)、第二数字电位器(T2)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一至第十电阻(R1～R10)；第一三极管(Q1)为NPN型三极管；第二三极管(Q2)为PNP型三极管；

其中，第一运放(AR1)的输出端与单片机(U)连接；第一运放(AR1)的正输入端一方面通过第一电阻(R1)与第一运放(AR1)的输出端连接，另一方面依次通过第三电阻(R3)、第五电阻(R5)与第二运放(AR2)的输出端连接；第一运放(AR1)的负输入端一方面通过第二电阻(R2)与第一运放(AR1)的输出端连接，另一方面通过第四电阻(R4)与第二运放(AR2)的输出端连接；第二运放(AR2)的正输入端与单片机(U)连接；第二运放(AR2)的负输入端与参考电压端(VREF)连接；

第一数字电位器(T1)的片选端、串行时钟端、串行数据输入端、串行数据输出端均与单片机(U)连接；第一数字电位器(T1)的第一个固定端与正电源端(VCC)连接、第二个固定端与第三运放(AR3)的输出端连接；第一数字电位器(T1)的滑动端与第一三极管(Q1)的基极连接；第一三极管(Q1)的集电极与第一二极管(D1)的阴极连接；第一二极管(D1)的阳极依次通过第六电阻(R6)、第五电阻(R5)与第二运放(AR2)的输出端连接；第一三极管(Q1)的发射极通过第九电阻(R9)与第三运放(AR3)的输出端连接；

第二数字电位器(T2)的片选端、串行时钟端、串行数据输入端、串行数据输出端均与单片机(U)连接；第二数字电位器(T2)的第一个固定端与第三运放(AR3)的输出端连接、第二个固定端与负电源端(NVCC)连接；第二数字电位器(T2)的滑动端与第二三极管(Q2)的基极连接；第二三极管(Q2)的集电极与第二二极管(D2)的阳极连接；第二二极管(D2)的阴极依次通过第六电阻(R6)、第五电阻(R5)与第二运放(AR2)的输出端连接；第二三极管(Q2)的发射极通过第十电阻(R10)与第三运放(AR3)的输出端连接；

第三运放(AR3)的正输入端与单片机(U)连接；第三运放(AR3)的负输入端与参考电压端(VREF)连接；第一电容(C1)的一端通过第七电阻(R7)与第一二极管(D1)的阳极连接，另一端与正电源端(VCC)连接；第二电容(C2)的一端通过第八电阻(R8)与第一二极管(D1)的阳极连接，另一端与负电源端(NVCC)连接。

2.根据权利要求1所述的一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置，其特征在于：所述单片机(U)采用STM32系列单片机；所述第一数字电位器(T1)、第二数字电位器(T2)均采用256位数字电位器。

3.根据权利要求1所述的一种变幅值及变脉宽的对称脉冲波经颅刺激装置，其特征在于：该装置的经颅刺激方法采用如下步骤实现：

首先，选取两个耳夹电极；两个耳夹电极分别夹在患者的两个耳朵上，且每个耳夹电极的两个输入端均分别与第六电阻(R6)的两端连接；

然后，启动单片机(U)；在单片机(U)的控制下，第二运放(AR2)、第三运放(AR3)、第一数字电位器(T1)、第二数字电位器(T2)按照如下条件进行工作：

当第二运放(AR2)的输出端电压为正向电压时，第三运放(AR3)的输出端电压为负向电压，第一数字电位器(T1)的滑动端为高电平，第二数字电位器(T2)的滑动端为低电平，由此使得第一三极管(Q1)导通、第二三极管(Q2)截止，从而使得流经两个耳夹电极的电流均为正向电流；

当第二运放(AR2)的输出端电压为负向电压时，第三运放(AR3)的输出端电压为正向电压，第一数字电位器(T1)的滑动端为低电平，第二数字电位器(T2)的滑动端为高电平，由此使得第一三极管(Q1)截止、第二三极管(Q2)导通，从而使得流经两个耳夹电极的电流均为负向电流；

在上述条件的约束下，流经两个耳夹电极的电流的波形均为变幅值及变脉宽的对称脉冲波；所述变幅值及变脉宽的对称脉冲波的函数表达式为：

式(1)～(2)中：I为流经两个耳夹电极的电流；t为时间；T为周期，且T的值由软件随机设定；N为非负整数；I₁、I₂、I₃、I₄均为幅值；I₀为常数。

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