调控系统的制作方法

本申请涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种调控系统。

背景技术

随着生活条件的改善，身体的亚健康状态也越来越引起关注，失眠、健忘、注意力不集中等脑功能相关的亚健康会影响正常的工作与生活，且长期的脑功能亚健康会逐步发展为抑郁症、精神分裂症等脑功能缺陷及神经退行疾病。精神疾病或脑功能亚健康从本质上来讲是由于大脑神经环路的异常引起的，神经环路的异常也可以认为是大脑神经网络电活动的紊乱。

经颅电刺激(transcranialeletricalstimulation，tes)是一种非侵入性神经刺激技术，通过电极将特定的、低强度电流作用于特定脑区，达到调节大脑皮层神经活动的目的。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种调控系统，以期同步实现脑电波信号的实时采集以及大脑神经电刺激调控。

第一方面，本申请实施例提供一种调控系统，包括：

采集模块、隔离模块、刺激模块和电子设备，所述采集模块与所述隔离模块电连接，所述采集模块与所述电子设备连接，所述隔离模块与所述刺激模块电连接；

所述采集模块，包括采集电极、数据处理单元、电源单元以及第一控制单元；

所述采集电极，用于采集用户的脑电波信号；

所述数据处理单元，用于将所述采集的脑电波信号转化为数字化脑电波信号，并将所述数字化脑电波信号发送给所述第一控制单元；

所述电源单元，用于为所述采集模块、所述隔离模块以及所述刺激模块供电；

所述第一控制单元，用于接收所述数据处理单元发送的数字化脑电波信号，并将所述数字化脑电波信号发送至所述电子设备；

所述第一控制单元，还用于接收所述电子设备发送的控制指令，并基于所述控制指令产生刺激指令，所述刺激指令用于控制所述刺激模块产生刺激信号；

所述隔离模块，用于将所述第一控制单元生成的刺激指令转换为隔离刺激指令；

所述隔离模块，还用于将所述电源单元产生的电源转换为隔离电源，以为所述刺激模块供电；

所述刺激模块，包括第二控制单元、刺激电路以及刺激电极；

所述第二控制单元，用于基于所述隔离刺激指令产生数字化刺激信号，并将所述数字化刺激信号转换为模拟化刺激信号；

所述刺激电路，用于对所述模拟化刺激信号进行处理；

所述刺激电极，用于输出所述模拟化刺激信号。

在一个实施例中，所述调控系统还包括服务设备；

所述服务设备，用于接收并存储所述电子设备发送的数字化脑电波信号。

在一个实施例中，所述隔离模块包括：数字隔离单元和电源隔离单元；

所述数字隔离单元，用于将所述第一控制单元生成的刺激指令转换为隔离刺激指令；

所述电源隔离单元，用于将所述电源单元产生的电源转换为隔离电源，以为所述刺激模块供电。

在一个实施例中，所述刺激电路包括升压电路、恒流源电路以及电流方向转换电路；

所述升压电路，用于控制所述模拟化刺激信号的电压；

所述恒流源电路，用于控制所述模拟化刺激信号的强度；

所述电流方向转换电路，用于控制所述模拟化刺激信号的方向。

在一个实施例中，所述数字化脑电波信号包括原始数字化脑电波信号以及至少一个分布在不同波段的参考脑电波信号，所述至少一个分布在不同波段的参考脑电波信号对应用户不同的脑电波参数，所述脑电波参数包括以下至少一种：注意力、放松度和紧张度。

在一个实施例中，所述电源单元包括电池、充电电路和电压转换电路；

所述充电电路，用于为所述电池充电；

所述电压转换电路，用于将所述电池产生的电压转换为所述采集模块、所述隔离模块和所述刺激模块的工作电压。

在一个实施例中，在用于将所述数字化脑电波信号发送至所述电子设备时，所述第一控制单元具体用于通过wi-fi数据传输方式或蓝牙数据传输方式将所述数字化脑电波信号发送至所述电子设备。

在一个实施例中，所述刺激指令携带刺激信号参数；

所述刺激信号参数包括刺激类型、刺激信号强度和刺激信号频率；

其中，所述刺激类型包括以下至少一种：直流电刺激、交流电刺激和随机噪声刺激；

所述直流电刺激包括方波刺激，和/或正弦波刺激。

在一个实施例中，所述刺激信号强度为0至1毫安。

在一个实施例中，所述刺激信号频率为1赫兹至10000赫兹。

可以看出，本申请实施例提供的调控系统，包括采集模块、隔离模块、刺激模块和电子设备，其中，采集模块和刺激模块分别由相应的控制单元进行分别控制，采集模块和刺激模块之间仅仅需要一个隔离模块进行隔离，从而一方面实现了脑电波信号采集以及电刺激调控的同步执行，另一方面减小了脑电波信号采集和电刺激调控之间的相互干扰，提升系统的稳定性以及准确性。同时，本申请实施例中提供的采集模块可以使得整个调控系统的体积减小、穿戴更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请实施例公开的一种调控系统的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的数据处理单元的电路结构示意图；

图3是本申请实施例公开的第一控制单元的电路结构示意图；

图4是本申请实施例公开的另一种调控系统的结构示意图；

图5是本申请实施例公开的一种数字隔离单元的电路结构示意图；

图6是本申请实施例公开的一种电源隔离单元的电路结构示意图。

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，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了更好理解本申请实施例公开的一种调控系统，下面对本申请实施例进行详细介绍。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种调控系统100的结构示意图，如图1所示，本申请实施例中的调控系统100包括以下模块：

采集模块101、隔离模块102、刺激模块103和电子设备104，所述采集模块101与所述隔离模块102电连接，所述采集模块101与所述电子设备104连接，所述隔离模块102与所述刺激模块103电连接；

所述采集模块101，包括采集电极1011、数据处理单元1012、电源单元1013以及第一控制单元1014；

所述采集电极1011，用于实时采集用户的脑电波信号。其中，该采集电极1011与用户的皮肤直接接触，具体地，可以与用户的头皮接触，以记录大脑神经环路通过头皮传导出来的电位变化。采集电极1011的材料可以是银、银铝合金、不锈钢、金等材料中的一种。本申请实施例中的采集电极1011可以直接连接接触点，在使用时不需要上导电胶，该采集电极1011共有三个，分为脑电电极(作用电极)、参考电极、地电极，三个电极都位于前额，共同完成采集脑电信号的功能。在一个实施例中，为了获取更加稳定的脑电波信号，采集电极1011可以具有以下特征：面积大，以使采集电极1011可以更加精准贴在头皮特定区域，也可以适用于不同头部大小的人群其次采集电极1011可以由柔性的金属材料制成，以使得采集电极1011可以与头皮接触更加充分。

所述数据处理单元1012，用于将所述采集的脑电波信号转化为数字化脑电波信号，并将所述数字化脑电波信号发送给第一控制单元1014。具体地，数据处理单元1012与采集电极1011相连，将采集电极1011采集的模拟脑电波信号经过滤波、放大、模数转换等一系列处理过程转换为数字脑电波信号，进而将上述数字脑电波信号发送至第一控制单元1014，以使第一控制单元1014将所述数字化脑电波信号传输至电子设备104。本申请实施例中，数据处理单元1012可以采用一款专门用于采集脑电信号的芯片(例如，神念科技(neurosky)公司的tgat芯片等)，将采集电极1011采集到的模拟脑电波信号经过一系列预处理后输出。数据处理单元1012的具体电路如图2所示。

在一个实施例中，经过处理后的数字化脑电波信号可以包括原始数字化脑电波信号，进一步地，该数字化脑电波信号还可以进一步包括至少一个分布在不同波段的参考脑电波信号(例如α波,β波等)，所述至少一个分布在不同波段的参考脑电波信号对应用户不同的脑电波参数，所述脑电波参数包括以下至少一种：注意力、放松度和紧张度，从而方便用户直接基于分布在不同波段的参考脑电波信号确定用户的精神状态。

举例来说，α波(α波占全部脑波百分比，安静、闭目时为75％)可以作为情绪表现的指标，情绪稳定而思维广博的人，α波对应的α指数较高，情绪不稳定而狭隘偏激的人α指数则甚低。α波的波动可以反映一个人的某些心理品质，如α节律优势者，易与人合作。而β波在情绪紧张、焦虑不安、惊疑恐惧或服用安定等药物时，β波活动急剧增多。β活动也与人的某些心理品质有关。β节律优势的人常表现为：精神紧张、情绪不稳、感情强烈、易于冲动、固执己见、不受约束、善于独立的执行任务；长于抽象思维，喜欢依靠“推理”解决问题，还表现出持久力差，易于疲劳的特点。

本申请实施例所涉及到的电子设备104可以包括各种具有通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其他处理设备，以及各种形式的用户设备(userequipment，ue)，移动台(mobilestation，ms)，终端设备(terminaldevice)等等。为方便描述，上面提到的设备统称为电子设备。

所述电源单元1013，用于为所述采集模块101、所述隔离模块102以及所述刺激模块103供电。

所述第一控制单元1014，用于接收所述数据处理单元1012发送的数字化脑电波信号，并将所述数字化脑电波信号发送至所述电子设备104；所述第一控制单元1014，还用于接收所述电子设备104发送的控制指令，并基于所述控制指令产生刺激指令，所述刺激指令用于控制所述刺激模块103产生刺激信号。

其中，该第一控制单元1014是一个集成单元，一方面起到微控制器的作用，控制整个调控的工作，另一方面该第一控制单元1014也起到传输单元的作用，将数据处理单元1012发送的数字化脑电波信号发送至电子设备104，以及接收电子设备104发送额度控制指令。

在用于数据传输时，该第一控制单元1014可以用于通过wi-fi数据输出方式或蓝牙数据输出方式进行数据传输。wi-fi数据输出方式受到距离的影响较小，蓝牙数据输出方式可以降低调控系统的功耗，提升调控系统的续航时间。此时，第一控制单元1014的作用完成采集模块101与电子设备104的通信。举例来说，第一控制单元1014接收电子设备104的控制指令，还可以用于将采集模块101采集的脑电波信号发送至电子设备104。

在具体实现中，该第一控制单元1014可以采用dialog半导体公司的da14580芯片，该芯片是一款低功耗的蓝牙芯片，它同时具有微控制器以及无线传输功能。它的功耗比wifi模块的功耗低，而且比目前常用的以cc2540系列芯片为核心的蓝牙模块的功耗低，且体积小，便于减小系统的体积，其电路结构如图3所示。

具体地，第一控制单元1014可以与数据处理单元1012通过uart接口连接，接收数据处理单元1012生成的数字化脑电波信号。第一控制单元1014还可以与电子设备104连接，接收电子设备104发送的控制指令以及向电子设备104发送数字化脑电波数据。第一控制单元1014还可以与隔离模块102通过串行通信总线接口(i²c)连接，通过隔离模块102向刺激模块103发送刺激指令。第一控制单元1014还可以与电源单元1013连接，获取电源单元1013提供的工作电压，基于锂电池电量-电压特征曲线实时获取当前电源单元的剩余电量，并在剩余电量小于或等于预设阈值时，输出提示信息，用于提醒用户进行充电，或者，在剩余电量小于或等于预设阈值时，控制整个调控系统处于待机状态。

在一个实施例中，所述刺激指令携带刺激信号参数，所述刺激信号参数包括刺激类型、刺激信号强度和刺激信号频率；

其中，所述刺激类型包括以下至少一种：直流电刺激、交流电刺激和随机噪声刺激；

所述直流电刺激包括方波刺激，和/或正弦波刺激。

进一步地，所述刺激信号强度为0至1毫安。

进一步地，所述刺激信号频率为1赫兹至10000赫兹。

所述隔离模块102，用于将所述第一控制单元1014生成的刺激指令转换为隔离刺激指令；所述隔离模块102，还用于将所述电源单元1013产生的电源转换为隔离电源，以为所述刺激模块103供电。具体地，隔离模块102主要隔离调控系统中的采集模块101和刺激模块103，减少这两个模块之间的相互干扰，这样可以实现在进行电刺激神经调控的同时能准确采集实时脑电波信号。

所述刺激模块103，包括第二控制单元1031、刺激电路1032以及刺激电极1033；

所述第二控制单元1031，用于基于所述隔离刺激指令产生数字化刺激信号，并通过da(数字模拟转换)端口将所述数字化刺激信号转换为模拟化刺激信号；所述刺激电路1032，用于对所述模拟化刺激信号进行处理；所述刺激电极1033，用于输出所述模拟化刺激信号。

具体地，刺激模块103的作用根据电子设备104的刺激指令产生不同强度、不同频率的刺激信号。其中，所述第二控制单元1031通过隔离模块102接收、隔离第一控制单元1014发送的刺激指令，针对该刺激指令进行解析，解析出刺激类型(正弦波电刺激或方波电刺激或随机噪声电刺激或直流电刺激等，本申请实施例不作限制)、电流强度以及刺激频率。刺激电极1033包括两个电极，与用户的前额皮肤接触，形成电流回路，紧贴头部，两个刺激电极1033之间通过的电流对大脑进行神经调控，刺激电极1033可以采用导电性好的材料制成。本申请实施例中，刺激电极1033具有面积大、阻抗小的特点，进而保证刺激的舒适度，同时结合刺激电路1032中包括的恒流源电路，可以保证在最大刺激电压为12v的情况下，刺激的强度最大可以达到1ma。

本申请实施例中，电子设备104可以控制脑电信号采集的开始与停止，刺激类型、以及刺激强度等。

可以看出，本申请实施例提供的调控系统，采集模块、隔离模块、刺激模块和电子设备，其中，采集模块和刺激模块分别由相应的控制单元进行分别控制，采集模块和刺激模块之间仅仅需要一个隔离模块进行隔离，从而一方面实现了脑电波信号采集以及电刺激调控的同步执行，另一方面减小了脑电波信号采集和电刺激调控之间的相互干扰，提升系统的稳定性以及准确性。同时，本申请实施例中提供的采集模块可以使得整个调控系统的体积减小、穿戴更加方便。

请参阅图4，图4是本申请实施例提供的另一种调控系统的结构示意图。其中图4对应的调控系统是在图1所示的调控系统的基础上进行完善得到的。如图4所示，本申请实施例中的调控系统可以包括图1中的采集模块101、隔离模块102、刺激模块103和电子设备104。

进一步地，所述调控系统还包括服务设备105，所述服务设备105，用于接收并存储所述电子设备104发送的数字化脑电波信号。

进一步地，所述隔离模块102包括：数字隔离单元1021和电源隔离单元1022；

所述数字隔离单元1021，用于将所述第一控制单元1014生成的刺激指令转换为隔离刺激指令，在具体实现中，该数字隔离单元1021可以包括一个数字隔离芯片，其电路结构如1d所示。具体地，所述数字隔离单元1021，主要用于隔离采集模块101的第一控制单元1014以及刺激模块103中的第二控制单元1031，以防止第一控制单元1014和第二控制单元1031相互干扰。

所述电源隔离单元1022，用于将所述电源单元1013产生的电源转换为隔离电源，以为所述刺激模块103供电，在具体实现中，该电源隔离单元1022可以是一个电源隔离芯片，其电路结构如1e所示。具体地，电源隔离单元1022的作用是将电源单元1013中的阳极vcc和阴极gnd转化为隔离阳极vcc_iso和隔离阴极gnd_iso，以便给刺激模块103提供工作所需的电能。

具体实现中，数字隔离单元1021是为了隔离第一控制单元1014和第二控制单元1031产生的数字信号的。由于数字信号是高低电平的形式，而电平的高低是参照地线来说，电源隔离单元1022就是隔离采集模块101和刺激模块103的地线，即采集模块101和刺激模块103已经采用了不同的参照标准。如果不采用隔离模块102，直接连接采集模块101和刺激模块103，将会导致采集模块101和刺激模块103无法通信。

进一步地，所述刺激电路1032包括升压电路、恒流源电路以及电流方向转换电路；

所述升压电路，用于控制所述模拟化刺激信号的电压，具体地，升压电路可以将3.3v电压转换为12v的刺激电压；

所述恒流源电路，用于控制所述模拟化刺激信号的强度，具体地，恒流源电路可以保证经过刺激电极1033的电流，即上述模拟化刺激信号的强度，是恒定的。由于不同使用人群而造成刺激电极之间阻抗的不同，在不超过最大阻抗的情况下，刺激电路1032输出模拟化刺激信号恒定为所设定的强度。

所述电流方向转换电路，用于控制所述模拟化刺激信号的方向，具体地，电流方向转换电路可以改变经过刺激电极1033的电流的方向。

进一步地，所述电源单元1013包括电池、充电电路和电压转换电路；

本申请实施例中，上述电池可以是3.7v聚合物理电池。所述充电电路，用于为所述电池充电，进一步地，充电电路还可以进一步包括过充保护电路，以实现过充保护功能。所述电压转换电路，用于将所述电池产生的电压转换为所述采集模块101、所述隔离模块102和所述刺激模块103的工作电压。具体地，电压转换电路将电池的3.7v电压转换为采集模块101、所述隔离模块102和所述刺激模块103的工作电压3.3v。其中，在用于为所述刺激模块103供电时，所述电源单元1013是通过隔离模块102转换为隔离电源后，再为所述刺激模块103提供电源的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：u盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。