一种反馈式注意力调控头环的制作方法

本发明涉及一种反馈式注意力调控头环。

背景技术：

注意力缺陷多动障碍(Attention Deficit Hyperactivity Disorder,ADHD)是一类常见的儿童心理行为问题，其症状主要表现为注意力涣散或集中困难，活动量过多，自制力弱等，目前我国约有1461-1979万ADHD患儿。儿童青少年的心理和精神健康保护是一项非常重要的社会学课题，也承载着无数家庭的幸福。因此，对ADHD的及时诊断、教育与治疗的技术或方法迫切需要新的突破与进展。

随着科学研究的发展，对ADHD注意与认知异常的神经学基础和活动规律的解析，人们逐渐认识到这类精神障碍是由于大脑前额叶皮质神经环路的功能与活动的异常存在关联，多数人认为ADHD是由一种发生于大脑前额叶的遗传性的多巴胺新陈代谢失常引起的，最新研究认为正肾上腺素的新陈代谢异常也会影响病情。在脑电图(EEG)上，人们发现ADHD患儿的脑电波频率变慢，即代表人的兴奋状态的β波(14-30Hz)活动减少，主要是α波(4-7Hz)和θ波(8-13Hz)成分，多动症患儿由于大脑神经环路的异常，导致脑功能紊乱，对大脑皮质的调节能力不足，因此才会产生行为上的失控。对于ADHD患儿的治疗目前有多种方案，包括药物治疗、行为干预、神经反馈训练技术等。

药物治疗中，临床上使用的药物主要成分包括哌醋甲酯、右旋苯丙胺、托莫西汀和安非他命等。但是，临床上常用的药物虽然对ADHD有明显治疗效果，但是这些药物同时伴随着副作用，会影响儿童、青少年身体的发育，并且药物作用的实时性较差，通常需要几天甚至长达数月的时间。

行为干预疗法主要是通过对患者实施视、听、说、触觉、本体感觉等各种自然刺激。其基本原理是这些自然刺激产生的刺激信号最终会通过神经传导通路达到大脑各个皮层，皮层间是一个相互作用的神经网络，这些自然刺激也许可以辅助患儿对自身神经活动的调节，从而达到对行为的控制。行为干预疗法由于采用的都是自然刺激，在刺激强度合理的情况下，基本不会产生副作用。但这种方式由于理论基础缺乏，究竟采取何种刺激形式及刺激参数都没有好的理论作为指导，并且效果也一般，很难有显著的效果。

神经反馈训练技术基于从无创的脑电信号中提取异常的神经活动信息，通过交互式的任务来训练患者主动调节脑波达到康复的目的。神经反馈训练技术通过提取脑电波得到大脑活动异常信息，结合训练任务，实现针对性的反馈调控，作用效果显著。但是由于通过训练范式的治疗机制尚不清楚，限制了治疗范式的优化，并且神经反馈训练需要专业的训练师进行指导和辅助，再加上训练时间长，并不能得到很好的推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种注意力调控头环，以提高治疗的广泛性。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供如下技术方案：

本发明提供一种注意力调控头环，用于固定于人体的头部，所述注意力调控头环包括支撑固定装置、电路主板、采集电极、电刺激电极及电源单元，所述支撑固定装置固定支撑所述电路主板、所述采集电极、所述电刺激电极及所述电源单元，且使所述采集电极及所述电刺激电极位于头部的眉眼上方的额头部分，所述电源单元用于为所述电路主板提供工作电压，所述采集电极用于采集人体的脑电图信号，所述电路主板连接所述采集电极来接收采集到的脑电图信号，根据采集到的电脑信号判定人体是否处于注意力集中状态，所述电路主板还连接所述电刺激电极，用于根据判定结果来控制所述电刺激电极是否人体头部进行刺激。

其中，所述电路主板用于在判定所述人体未处于注意力集中状态时启动所述电刺激电极输出预设强度、预设频率及预设时间的直流电，还用于在判定人体处于注意力集中状态时，实时采集所述人体脑电图信号，并控制所述电刺激电极停止工作。

其中，所述注意力调控头环还包括参考电极，所述参考电极固定于所述固定支撑装置上，并位于所述人体的头部的预设位置，以采集所述头部的预定位置的信号作为参考信号，所述电路主板包括信号接收模块、中央处理模块、信号输出模块及所述信号接收模块用于连接至所述参考电极及所述采集电极，以接收脑电图信号及所述参考信号，并将所述脑电图信号机所述参考信号输出至所述中央处理模块，所述中央处理模块根据所述脑电图信号及所述参考信号确定脑频谱信号，并根据确定的脑频谱信号判定所述人体是否处于注意力集中的状态，并根据判定结果输出电压信号至所述信号输出模块，所述信号输出模块对所述电压信号进行调整，以启动所述电刺激电极。

其中，所述信号接收模块包括功率放大单元、滤波单元及模拟/数字转换器，所述功率放大单元连接至所述滤波单元，所述滤波单元还连接所述模拟/数字转换器，所述模拟/数字转换器还连接至所述中央处理模块，所述功率放大单元对接收到的脑电图信号及参考信号分别进行功率放大，并将放大后的脑电图信号及参考信号传输至所述滤波单元，以进行滤波，所述模拟/数字转换器用于分别将滤波后的脑电图信号及参考信号转换成相应的数字信号后传输至所述中央处理模块。

其中，所述信号输出模块包括数字/模拟转换器及伏/安转换器，所述数字/模拟转换器连接至所述中央处理模块，以接收所述中央处理模块输出的电压信号，并将所述电压信号转换为模拟电压信号，所述伏/安转换器连接至所述数字/模拟转换器及所述电刺激电极，以接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换成电流信号，以启动所述电刺激电极。

其中，所述电刺激电极包括四个阴极电极及一个阳极电极，所述四个阴极电极均匀地分布在以所述阳极电极为中心的环上，通过导电支撑环连接在一起，所述阴极电极及所述阳极电极均通过导电连接到所述伏/安转换器。

其中，所述中央处理模块包括存储单元、判定单元及输出单元，所述存储单元用于存储有第一及第二预设阈值，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，所述判定单元用于在判定所述频谱信号低于所述第一预设阈值时确定人体未处于注意力集中状态，并输出第一控制信号至所述输出单元，所述输出单元用于根据所述第一控制信号输出第一预设电压信号至所述信号输出模块，所述判定单元还用于在判定所述频谱信号大于所述第一预设阈值且小于所述第二预设阈值之间时，确定人体仍未处于注意力集中的状态，并输出第二控制信号至所述输出单元，所述输出单元用于根据所述第二控制信号输出第二预设电压信号，所述第二预设电压信号大于所述第一预设电压信号，所述判定单元还用于在判定所述频谱信号大于所述第二预设阈值时，确定人体为处于注意力集中状态，并输出第三控制信号至所述输出单元，所述输出单元用于根据所述第三控制信号停止输出第一或第二预设电压信号至所述信号输出模块。

其中，所述信号输出模块还包括电流采样单元及模拟/数字转换器，所述电流采用模块连接至所述电刺激电极及所述模拟/数字转换器，以对所述电刺激电极输出的电流进行采样，并将采样到的电流输出至所述模拟/数字转换器，所述模拟/数字转换器连接至所述中央处理模块，用于将采用到的电流转换成数字信号输出至所述中央处理模块，所述中央处理模块还用于判定采集到的电流是否小于预设值，且当采集的电流大于预设值时停止输出第一或第二预设电压信号。

其中，所述注意力调控头环还包括无线传输模块，所述无线传输模块连接至所述电路主板及移动设备，以便所述移动设备对所述电路主板进行远程控制。

其中，所述固定支撑装置包括固定带及底部固定层，所述底部固定层将所述电路主板、所述采集电极、所述电刺激电极及所述电源单元固定在所述固定带上，所述底部固定层在对应所述采集电极及所述电刺激电极的位置设有相应的通孔，以接触人体的头部皮肤。

本发明实施例具有如下优点或有益效果：

本发明的所述注意力调控头环通过采集电极采集额头的脑电图信号，所述电路主板根据采集到的电脑信号判定人体是否处于注意力集中状态，并确定人体未处于注意力集中状态时启动所述电刺激电极对人体头部进行刺激，即施加预设强度、频率和时间的直流电，以提高脑电图的β波活动，最终改善患者紊乱的脑功能和失调的代谢活动。且当人体处于注意力集中状态时，停止刺激，进入监测状态，既可以实现针对特定的大脑活动的调控，也可以达到低功耗省电的作用。另外，刺激的强度、频率和时间可以根据注意力状态进行反馈调节，随时修改刺激参数，实现最优化的刺激方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明注意力调控头环应用于人体头部的示意图。

图2是本发明注意力调控头环的分解示意图。

图3是本发明注意力调控头环的框图。

图4是图3中的电路主板的框图。

图5是图4中的中央处理模块的框图。

图6是图3中的电路主板与电刺激模块连接的框图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。若本说明书中出现“工序”的用语，其不仅是指独立的工序，在与其它工序无法明确区别时，只要能实现该工序所预期的作用则也包括在本用语中。另外，本说明书中用“～”表示的数值范围是指将“～”前后记载的数值分别作为最小值及最大值包括在内的范围。在附图中，结构相似或相同的用相同的标号表示。

请参阅图1-图3，本发明实施例提供一种注意力调控头环100。所述注意力调控头环100用于固定于人体的头部。所述注意力调控头环100包括支撑固定装置10、电路主板20、采集电极30、电刺激电极40及电源单元50。所述支撑固定装置10固定支撑所述电路主板20、所述采集电极30、所述电刺激电极40及所述电源单元50，且使所述采集电极30及所述电刺激电极40位于头部的眉眼上方的额头部分。所述电源单元50用于为所述电路主板20提供工作电压。所述采集电极30用于采集人体的脑电图信号。所述电路主板20连接所述采集电极30来接收采集到的脑电图信号，根据采集到的电脑信号判定人体是否处于注意力集中状态。所述电路主板20还连接所述电刺激电极40，用于根据判定结果来控制所述电刺激电极是否人体头部进行刺激。

进一步地，所述固定支撑装置10包括固定带11及底部固定层12。所述底部固定层12将所述电路主板20、所述采集电极30、所述电刺激电极40及所述电源单元50固定在所述固定带11上。所述底部固定层12在对应所述采集电极30及所述电刺激电极的40位置设有相应的通孔122，以接触人体的头部皮肤。

所述支撑固定装置10的材料可以是包括棉、毛、麻等天然纤维材料，尼龙、聚氨酯、聚芳酰胺等合成纤维的一种或两种以上，也可以是TPU(Thermoplastic Urethane，热塑性聚氨酯弹性体)、TPE(Thermoplastic Elastomer，热塑性弹性体)等弹性复合材料中的一种或两种以上。优选的，采用纤维材料。这样的材质可以使得所述支撑固定装置具有吸汗性、快干性、舒适性及伸缩性。

进一步地，所述支撑固定装置10为半开放的头环，且佩戴于头部。这样可以适用不同人群的头部尺寸。半开放的头环的两个端部设有贴合部件，该两贴合部件相互贴合即可将头环的两个端部连接在一起从而形成头环。

所述电路主板20用于在判定所述人体未处于注意力集中状态时启动所述电刺激电极40输出预设强度和预设频率的直流电，还用于在判定人体处于注意力集中状态时，实时采集所述人体脑电图信号，并控制所述电刺激电极40停止工作。

进一步地，所述注意力调控头环100还包括参考电极。所述参考电极固定于所述固定支撑装置10上，并位于所述人体的头部的预设位置，以采集所述头部的预定位置的信号作为参考信号。

请参阅图4，所述电路主板20包括信号接收模块21、中央处理模块22及信号输出模块23。所述信号接收模块21用于连接至所述参考电极及所述采集电极，以接收脑电图信号及所述参考信号，并将所述脑电图信号机所述参考信号输出至所述中央处理模块22。所述中央处理模块22根据所述脑电图信号及所述参考信号确定脑频谱信号，并根据确定的脑频谱信号判定所述人体是否处于注意力集中的状态，并根据判定结果输出电压信号至所述信号输出模块23。所述信号输出模块23对所述电压信号进行调整，以启动所述电刺激电极。

需要说明的是，所述信号接收模块21、所述中央处理模22及信号输出模块23均设置于印刷电路板上。优选的，印刷电路板采用是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基板的柔性电路板，但也可以是以高分子合成树脂和增强材料为基板的硬质印刷电路板。

请参阅图5，所述中央处理模块22包括存储单元221、判定单元222及输出单元223，所述存储单元221用于存储有第一及第二预设阈值，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，所述判定单元222用于在判定所述频谱信号低于所述第一预设阈值时确定人体未处于注意力集中状态，并输出第一控制信号至所述输出单元223，所述输出单元用于根据所述第一控制信号输出第一预设电压信号至所述信号输出模块23，所述判定单元222还用于在判定所述频谱信号大于所述第一预设阈值且小于所述第二预设阈值之间时，确定人体仍未处于注意力集中的状态，并输出第二控制信号至所述输出单元223，所述输出单元223用于根据所述第二控制信号输出第二预设电压信号，所述第二预设电压信号大于所述第一预设电压信号，所述判定单元222还用于在判定所述频谱信号大于所述第二预设阈值时，确定人体处于注意力集中状态，并输出第三控制信号至所述输出单元223，所述输出单元223用于根据所述第三控制信号停止输出第一或第二预设电压信号至所述信号输出模块23。

需要说明的是，当所述判定单元222判定人体未处于注意力集中的状态时，需要说人体的头部进行刺激。当经过一段时间之后判定人体仍然未处于注意力集中的状态时，需要加强刺激，即第二预设电压信号大于第一预设电压信号。当所述判定单元222判定人体处于注意力集中的状态时，则需要再进行刺激，故停止输出第一及第二预设电压信号。

请参阅图6，所述信号接收模块21包括功率放大单元211、滤波单元212及模拟/数字转换器213。所述功率放大单元211连接至所述滤波单元212，所述滤波单元212还连接所述模拟/数字转换器213，所述模拟/数字转换器213还连接至所述中央处理模块22。所述功率放大单元211对接收到的脑电图信号及参考信号分别进行功率放大，并将放大后的脑电图信号及参考信号传输至所述滤波单元212，以进行滤波，所述模拟/数字转换器213用于分别将滤波后的脑电图信号及参考信号转换成相应的数字信号后传输至所述中央处理模块212。

所述信号输出模块23包括数字/模拟转换器231及伏/安转换器232。所述数字/模拟转换器231连接至所述中央处理模块22，以接收所述中央处理模块输出的电压信号，并将所述电压信号转换为模拟电压信号，所述伏/安转换器232连接至所述数字/模拟转换器231及所述电刺激电极，以接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换成电流信号，以启动所述电刺激电极40。

进一步地，所述信号输出模块23还包括电流采样单元233及模拟/数字转换器234，所述电流采用模块233连接至所述电刺激电极40及所述模拟/数字转换器234，以对所述电刺激电极40输出的电流进行采样，并将采样到的电流输出至所述模拟/数字转换器234，所述模拟/数字转换器234连接至所述中央处理模块22，用于将采用到的电流转换成数字信号输出至所述中央处理模块22，所述中央处理模块22还用于判定采集到的电流是否小于预设值，且当采集的电流大于预设值时停止输出第一或第二预设电压信号。

需要说明的是，所述电刺激电极40用于产生微弱的直流电传导至大脑皮层，用于提高EEG的β波活动，最终改善患者紊乱的脑功能和失调的代谢活动。电流的刺激参数包括刺激的频率(Hz)、强度(mV、V、mA或A)、时程(μs、ms或s)等。其中，本实施例默认的刺激电流强度为1mA，频率为20Hz，时间为10min，并且刺激时电流强度采用逐渐增强和逐渐减弱的模式，使使用者不至于太突然，渐强和渐弱的时间为10s。在其他实施例中，所述刺激电流强度、频率及时间的值可以根据实际需要进行调整。

所述电刺激电极包括四个阴极电极及一个阳极电极，所述四个阴极电极均匀地分布在以所述阳极电极为中心的环上，通过导电支撑环连接在一起，所述阴极电极及所述阳极电极均通过导电连接到所述伏/安转换器232上。

在本实施例中，所述注意力调控头环100通过采集电极30采集额头的脑电图信号，所述电路主板20根据采集到的电脑信号判定人体是否处于注意力集中状态，并确定人体未处于注意力集中状态时启动所述电刺激电极对人体头部进行刺激，即施加预设强度、频率和时间的直流电，以提高脑电图的β波活动，最终改善患者紊乱的脑功能和失调的代谢活动。且当人体处于注意力集中状态时，停止刺激，进入监测状态，既可以实现针对特定的大脑活动的调控，也可以达到低功耗省电的作用。另外，刺激的强度、频率和时间可以根据注意力状态进行反馈调节，随时修改刺激参数，实现最优化的刺激方案。

进一步地，所述注意力调控头环100还包括无线传输模块60。所述无线传输模块60连接至所述电路主板20及移动设备，以便所述移动设备对所述电路主板20进行远程控制。

需要说明的是，无线传输模块是基于工作频段为2.4GHz短距离射频通信解决方案，可以是蓝牙2.0、蓝牙3.0、低功耗蓝牙、ZigBee、Wi-Fi等，优选的，采用低功耗蓝牙。

所述注意力调控头环100还包括按键70，所述按键连接至所述电路主板20。

需要说明的是，通过按键70可以对所述电路主板20存储的参数进行设定，如预设强度、预设频率及预设时间等。

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。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。