CN117357791A - 一种基于五运六气的头皮电刺激装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于五运六气的头皮电刺激装置，根据五运六气针刺治疗理论，设计三个围绕头部可移动的电极，并结合可穿戴式设计，为电极设计了头套作为电极围绕头部运行的轨道，便利又牢固的电极和头套设计，增加了使用的方便性和舒适性。与传统电刺激装置相比，本装置通过上位机和LCD屏幕实现了人机交互式电刺激，可根据使用者情况灵活调节波形参数，满足对多个波形选择、波形频率、波形幅度调制，并且通过刺激信息的实时反馈，减少参数调节不精确、刺激强度不合理对人体带来的副作用，打破了传统电刺激的刺激方式不可灵活调节、不可实时反馈的壁垒，保证技术的安全性和有效性。

Description

一种基于五运六气的头皮电刺激装置

技术领域

本发明属于理疗设备设计制造技术领域，具体涉及一种基于五运六气的头皮电刺激装置。

背景技术

目前，五运六气理论已应用于临床治疗，具有代表性的是龙砂医学流派的一种新型针刺疗法-开阖六气针法。开阖六气针法是指：在顾植山教授三阴三阳开阖枢理论指导下，在全身随处根据三阴三阳开阖枢分六经，并根据所取得的病象，在相应六经进行针刺的一种治疗方法。以头部为例，以头部百会穴为中心存在一个三阴三阳盛衰变化的圆，互为表里的阴阳首尾相接，一体两面的阴阳180度相对，在三阴三阳开阖枢推动下，周流不息。因为每一经都代表某一运行区域(或某一运行时段)，针刺时要根据医者取得的主要象态和次要象态，针刺2-3经。该疗法临床应用范围广(内、外、妇、儿)等特点，已在全国数百家医院、诊所以及欧洲数十家诊所临床应用，均取得了迅捷、确切的疗效。

头皮电刺激主要用于调节中枢神经系统和功能，在神经学、精神病学和神经心理学领域都有研究。通过直接对相关脑区施加电刺激，来改变神经元膜电位的兴奋性，从而调节大脑皮层神经元细胞活性，以达到神经调控作用。目前经颅电刺激应用于人体神经和精神疾病的研究主要有慢性偏头痛、抑郁症、神经退行性疾病、阿尔兹海默症、癫痫以及中风所致肢体轻瘫等。近年来，医用电刺激疗法发展迅速，将中医穴位刺激与头皮电刺激技术结合的方法得到了广泛的关注。目前，国内的研究团队主要围绕电刺激装置的参数设计与优化、装置的便捷实用等方面开展研究，以期获得更灵活、效果更好的医用电刺激装置。

现有技术中，基于五运六气的针刺疗法(开阖六七针法)需要按照五运六气的理论指导进行，并且对于穴位刺入的手法具有一定操作要求，具有理论难度大、施针技术要求高、对皮肤有轻微创伤等问题；同时，患者根据病情需要进行多次的针灸治疗，这不仅增加患者的时间、交通成本，也对行动不便、距离较远的患者增加治疗难度，导致患者无法得到及时的治疗和病情的缓解。且传统的电刺激装置是根据使用者的最大电流耐受值来调节电流大小，并不能灵活调节、实时的得到刺激部位的反馈情况，容易因参数调节不精确、刺激强度不合理对人体带来的副作用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于五运六气的头皮电刺激装置，已解决现有技术不能灵活调节、实时的得到刺激部位的反馈情况，容易因参数调节不精确、刺激强度不合理对人体带来的副作用的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于五运六气的头皮电刺激装置，包括：电刺激设备和头套；电刺激设备与上位机蓝牙连接，电刺激设备和头套通过连接线连接，电刺激设备上设置有LCD屏幕；头套上根据五运六气针刺治疗理论设置有三个围绕头部可移动的电极；

所述电刺激设备用于接收上位机输出的波形参数并对应生成电刺激信号输出至头套；

所述头套用于接收电刺激设备发出的电刺激信号并为电极提供运行轨道。

优选地，所述电刺激设备内部设置有主控模块、电源模块、波形产生模块、恒流源模块及电压转换模块；

所述主控模块用于接收来自上位机输出的波形参数，并转化为相应的指令发送给波形发生模块和电压转换模块，接收来自波形发生模块输出端采集到的输出电压、电流值并反馈给上位机和LCD屏幕；

所述波形产生模块用于接收主控模块传输的指令并生成相应的波形信号传输给电压转换模块；

所述电压转换模块用于通过控制信号实现波形的选择；并将波形产生模块产生的信号和主控模块传输的指令的电压值归一化；

所述恒流源模块用于将将电压转换为电流输出；

所述电源模块用于给上述各模块供电。

优选地，所述主控模块为STM32F407ZGT6单片机。

优选地，所述波形产生模块包括波形产生单元和信号调理单元；波形产生单元为AD9106芯片用于接收控模块传输的指令并生成相应的波形信号；信号调理单元为ADA4891芯片用于电压转化和驱动放大。

优选地，所述电压转换模块包括ADA4891芯片和BL1551芯片；所述ADA4891芯片用于组成比例放大电路，所述BL1551芯片用于实现信号的切换，BL1551芯片的两个输入端分别接入主控模块输出的波形信号和波形产生模块输出的波形信号，使能端与主控模块连接实现输出波形的选择。

优选地，所述恒流源模块为增强型HOWLAND电流泵模型用于实现装置恒流源输出。

优选地，所述电源模块包括移动电源和/或存储电池。

优选地，所述电极为圆形的卡扣金属干电极。

优选地，所述头套由再生纤维素纤维材料制成。

优选地，所述电刺激设备上还设置有旋钮，旋钮用于调节输出电流的大小。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本申请根据五运六气针刺治疗理论，设计三个围绕头部可移动的电极，并结合可穿戴式设计，为电极设计了头套作为电极围绕头部运行的轨道，便利又牢固的电极和头套设计，增加了使用的方便性和舒适性。与传统电刺激装置相比，本装置通过上位机和LCD屏幕实现了人机交互式电刺激，可根据使用者情况灵活调节波形参数，满足对多个波形选择、波形频率、波形幅度调制，并且通过刺激信息的实时反馈，减少参数调节不精确、刺激强度不合理对人体带来的副作用，打破了传统电刺激的刺激方式不可灵活调节、不可实时反馈的壁垒，保证技术的安全性和有效性。本申请将电刺激治疗与五运六气的针刺治疗相结合，解决了针刺治疗时会产生创伤的问题，解决了去医院进行五运六气治疗时间成本大、交通成本高的问题，解决了传统针灸疗法无法家用的问题，在一定程度上推动了五运六气针刺治疗的发展。与传统的电刺激设备相比，本设备通过实时的刺激信息反馈和控制，保障了刺激的安全性和准确性；使用者可以灵活的调节刺激参数，极大的提高了电刺激治疗的效果。通过设计专用的头套，极大的提高了电刺激时使用者的方便性和舒适性。

附图说明

图1为头皮电刺激装置的结构框图；

图2为装置整体示意图。

其中：1-电源插头；2-LCD屏幕；3-电刺激设备；4-连接线；5-头套；6-电极7-旋钮。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2，本申请公开了一种基于五运六气的头皮电刺激装置，包括：电刺激设备3和头套5；电刺激设备3与上位机蓝牙连接，电刺激设备3和头套5通过连接线4连接，电刺激设备3上设置有LCD屏幕2；头套5上根据五运六气针刺治疗理论设置有三个围绕头部可移动的电极6；

所述电刺激设备3用于接收上位机输出的波形参数并对应生成电刺激信号输出至头套5；

所述头套5用于接收电刺激设备3发出的电刺激信号并为电极6提供运行轨道。

本装置结合中医先进五运六气针刺理论和硬件技术设计了一款基于五运六气理论的头皮电刺激装置。本装置与上位机连接，使用者在家就可以进行头皮电刺激的治疗，满足人们对治疗居家化的需求。此外，根据五运六气针刺治疗理论，设计三个围绕头部可移动的电极，并结合可穿戴式设计，为电极设计了头套作为电极围绕头部运行的轨道，便利又牢固的电极和头套设计，增加了使用的方便性和舒适性。与传统电刺激装置相比，本装置通过上位机和LCD屏幕实现了人机交互式电刺激，可根据使用者情况灵活调节波形参数，满足对多个波形选择、波形频率、波形幅度调制，并且通过刺激信息的实时反馈，减少参数调节不精确、刺激强度不合理对人体带来的副作用，打破了传统电刺激的刺激方式不可灵活调节、不可实时反馈的壁垒，保证技术的安全性和有效性。

本申请中，上位机与刺激信号发生平台通过蓝牙进行信息传输。在上位机上选择好刺激波形参数后，通过蓝牙传输给电刺激设备3，由电刺激设备3产生相应的波形信号后通过导联和电极作用到头皮。电刺激设备3内部系统架构如图1，所述电刺激设备3内部设置有主控模块、电源模块、波形产生模块、恒流源模块及电压转换模块；

所述主控模块用于接收来自上位机输出的波形参数，并转化为相应的指令发送给波形发生模块和电压转换模块，接收来自波形发生模块输出端采集到的输出电压、电流值并反馈给上位机和LCD屏幕2；

所述波形产生模块用于接收主控模块传输的指令并生成相应的波形信号传输给电压转换模块；

所述电压转换模块用于通过控制信号实现波形的选择；并将波形产生模块产生的信号和主控模块传输的指令的电压值归一化；

所述恒流源模块用于将将电压转换为电流输出；

所述电源模块用于给上述各模块供电。

主控模块采用STM32F407ZGT6单片机芯片实现装置的输出控制。单片机与人机界面进行通讯交互，接收来自蓝牙模块传递过来的输出波形参数，并转化为相应的指令发送给波形发生模块和电压转换模块，同时单片机会接收来自波形发生模块输出端采集到的输出电压、电流值并反馈给上位机和LCD屏幕，实现对输出信号、刺激状态的实时控制。主控模块是整个装置的中枢，为装置的稳定高效运行提供了保障。

波形产生模块采用的是ADI公司的波形发生器AD9106芯片和低成本CMOS放大器ADA4891芯片。AD9106芯片的主要作用是接收单片机传输的工作状态命令以及工作模式、波形参数等数据，并产生相应的波形信号。ADA4891芯片的作用是电压转化和驱动放大，以满足后续输出的需求。

电压转换模块采用的是ADA4891芯片和贝岭公司的BL1551芯片。ADA4891芯片的作用是组成比例放大电路，将波形产生模块产生的信号和单片机输出的波形信号的电压值归一化；BL1551芯片的作用是通过控制信号实现波形的选择。

恒流源模块用到的是增强型HOWLAND电流泵模型，采用的是OP07芯片。这个模块的作用是将电压转换为电流输出，并且在满足运放稳定条件的情况下，输出电流由输入电压决定，负载的改变不会影响输出电流值，从而满足装置恒流源输出。

电源模块的作用是将输入的5V电压转换为各个芯片所需要的供电电压，并为各个模块及芯片进行供电。采用到的芯片有ADM7160AUJZ、A0505S-1WRS、E0505S-1WR3。

LCD屏幕主要是进行最大刺激值的显示；上位机是用于刺激参数的设置。装置通过上位机设置刺激波形、波形频率、波形斜率、波形占空比等参数，并在装置运行期间在LCD屏幕和上位机上实时显示输出波形频率、电流、电压、电阻值。

蓝牙传输是实现上位机与主控模块的通讯，采用的是传输稳定性强的HC-05。在上位机发送信号时，上位机通过蓝牙客户端按照蓝牙协议将数据发出后，蓝牙传递给主控模块中的单片机。当主控模块接收到来自输出端的反馈信息后，主控模块通过串口发送数据传输给蓝牙模块接收，蓝牙模块将串口信息转换成蓝牙协议数据进行传输，由手机里的蓝牙模块进行接收。

在一些实施例中，本申请所采用的电极6为卡扣金属干电极。常用的经颅电刺激的电极是海绵电极，在使用时需要将海绵用盐水浸湿，而海绵大小在25mm×25mm左右，这会降低使用者的舒适度，并且在电刺激时，电极需要紧贴头皮，较大的海绵面积在头发的干扰下无法紧贴头皮。因此，本文采用金属干电极。并且方形电极容易引起刺痛感和灼热感，故而，我们选择用圆形的电极来减少受试者在电刺激时产生的皮肤副作用。电极面积会影响到刺激的效果，根据文献记载，相同输入电流强度和电极间距的刺激，电极面积会直接影响电流密度的峰值，随着电极面积的变大，会使电流密度的峰值降低，并且电流的聚焦性也会减小，从而导致整体的刺激效果减弱，因此本文选用直径10mm的圆形电极。一组电极由阴极和阳极构成，最近研究表明，随着电极间间距增大，头皮上的电流率减小，并且大脑组织的分流效应减少，电流的有效利用率提高，但是局部刺激效果会降低，综合以上因素考虑，我们决定电极间距离为30mm。固定电极的“轨道”是由再生纤维素纤维材料制成，轻薄但是韧性强，可以达到既固定电极又不易损坏的效果。为了方便电极底座的滑动与固定，本文利用3.2cm宽的尼龙人纹织带材料和3.8cm的子母扣制作了一个头套。

实施例：

主控模块是整个系统的控制中心，主要作用为控制装置的输出。主控模块通过接收来自蓝牙模块传递过来的输出波形参数，并转化为相应的指令发送给波形发生模块和电压转换模块，同时单片机会接收来自输出端采集到的输出电压、电流值并反馈给上位机和LCD屏幕，实现对输出信号、刺激状态的实时控制。我们采用的是STM32F407ZGT6单片机。

波形产生模块主要由两部分组成，一部分是由AD9106芯片为主的波形产生部分，其主要作用是接收单片机传输的工作状态命令以及工作模式、波形参数等数据，并产生相应的波形信号。另外，在AD9106芯片工作过程中，为减少数字部分带给模拟部分的干扰，本申请将数字电源与模拟电源分开供电。另一部分是由ADA4891芯片为主的信号调理部分，其作用是电压转化和驱动放大，以满足后续输出的需求。

系统启动后，先对AD9106进行寄存器复位和初始化操作，主要包括时钟信号选择，初始信号幅度、相位、频率设置和运行模式的选择，然后启动初始信号输出。工作过程中，主控模块通过SPI接口对AD9106进行通信实现电路的控制，通过自定义的串口命令，可以控制输出信号的开始、停止，设置信号的幅度和频率等参数并改变输出信号状态。

电压转换模块采用的是ADA4891芯片和BL1551芯片。在此模块中，ADA4891芯片的作用是组成比例放大电路，此模块中，BL1551芯片实现信号切换功能。输入端接入单片机端输出的波形信号和波形产生模块输出的波形信号。使能端与单片机连接，单片机通过对使能端的控制去实现输出BL1551芯片的输入端，从而实现输出波形的选择。恒流源输出电路采用的是芯片OP07。由于每个人对电刺激的感受阈值不同，目前国内外电刺激研究的电流强度大多以受试者的耐受为度，而本文通过滑动变阻器与旋钮7连接，通过旋钮7来调节强度的大小，从而达到更好的治疗效果。

本文所采用的电极为卡扣金属干电极。常用的经颅电刺激的电极是海绵电极，在使用时需要将海绵用盐水浸湿，而海绵大小在25mm×25mm左右，这会降低使用者的舒适度，并且在电刺激时，电极需要紧贴头皮，较大的海绵面积在头发的干扰下无法紧贴头皮。因此，本文采用金属干电极。并且方形电极容易引起刺痛感和灼热感，故而，我们选择用圆形的电极来减少受试者在电刺激时产生的皮肤副作用。电极面积会影响到刺激的效果，根据文献记载，相同输入电流强度和电极间距的刺激，电极面积会直接影响电流密度的峰值，随着电极面积的变大，会使电流密度的峰值降低，并且电流的聚焦性也会减小，从而导致整体的刺激效果减弱，因此本文选用直径10mm的圆形电极。一组电极由阴极和阳极构成，最近研究表明，随着电极间间距增大，头皮上的电流率减小，并且大脑组织的分流效应减少，电流的有效利用率提高，但是局部刺激效果会降低，综合以上因素考虑，我们决定电极间距离为30mm。

固定电极的“轨道”是由再生纤维素纤维材料制成，轻薄但是韧性强，可以达到既固定电极又不易损坏的效果。为了方便电极底座的滑动与固定，本文利用3.2cm宽的尼龙人纹织带材料和3.8cm的子母扣制作了一个头套。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，包括：电刺激设备(3)和头套(5)；电刺激设备(3)与上位机蓝牙连接，电刺激设备(3)和头套(5)通过连接线(4)连接，电刺激设备(3)上设置有LCD屏幕(2)；头套(5)上根据五运六气针刺治疗理论设置有三个围绕头部可移动的电极(6)；

所述电刺激设备(3)用于接收上位机输出的波形参数并对应生成电刺激信号输出至头套(5)；

所述头套(5)用于接收电刺激设备(3)发出的电刺激信号并为电极(6)提供运行轨道。

2.根据权利要求1所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述电刺激设备(3)内部设置有主控模块、电源模块、波形产生模块、恒流源模块及电压转换模块；

所述主控模块用于接收来自上位机输出的波形参数，并转化为相应的指令发送给波形发生模块和电压转换模块，接收来自波形发生模块输出端采集到的输出电压、电流值并反馈给上位机和LCD屏幕(2)；

所述波形产生模块用于接收主控模块传输的指令并生成相应的波形信号传输给电压转换模块；

所述电压转换模块用于通过控制信号实现波形的选择；并将波形产生模块产生的信号和主控模块传输的指令的电压值归一化；

所述恒流源模块用于将将电压转换为电流输出；

所述电源模块用于给上述各模块供电。

3.根据权利要求2所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述主控模块为STM32F407ZGT6单片机。

4.根据权利要求2所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述波形产生模块包括波形产生单元和信号调理单元；波形产生单元为AD9106芯片用于接收控模块传输的指令并生成相应的波形信号；信号调理单元为ADA4891芯片用于电压转化和驱动放大。

5.根据权利要求2所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述电压转换模块包括ADA4891芯片和BL1551芯片；所述ADA4891芯片用于组成比例放大电路，所述BL1551芯片用于实现信号的切换，BL1551芯片的两个输入端分别接入主控模块输出的波形信号和波形产生模块输出的波形信号，使能端与主控模块连接实现输出波形的选择。

6.根据权利要求2所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述恒流源模块为增强型HOWLAND电流泵模型用于实现装置恒流源输出。

7.根据权利要求2所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述电源模块包括移动电源和/或存储电池。

8.根据权利要求1所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述电极(6)为圆形的卡扣金属干电极。

9.根据权利要求1所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述头套(5)由再生纤维素纤维材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种基于五运六气的头皮电刺激装置，其特征在于，所述电刺激设备(3)上还设置有旋钮(7)，旋钮(7)用于调节输出电流的大小。