经颅直流电刺激智能设备的制作方法

本发明涉及到一种通过10μa-2ma的微电流刺激人的大脑，而带来对大脑功能的改变的经颅直流电刺激智能设备。

背景技术：

由于现代生活节奏快，工作压力大。很多人都感受疲倦，抑郁，焦虑等脑问题。而脑疾病，包括老年痴呆，抑郁症等也严重的威胁着人们的生活质量。同时，人们也希望通过一种可行的技术，提高自己的脑潜力，包括，提高运算力和认知力。自2012年国际上对经颅直流电刺激技术的研究呈现指数上升的趋势。为此，我们设计了一款集成度很高的经颅电流刺激的方案。电流刺激范围从10μa-2ma。时间从1-40分钟，其中ma级的为1-20分钟。据相关文献记载大约有45%的电流会被送至颅骨并达到大脑皮层，产生有效刺激，可以提高包括但不限于使用者精力恢复，认知能力、学习能力和手眼协调能力，睡眠质量和游戏反应能力。

目前经颅直流电刺激设备的使用，特别是在家用中，面临一个无法控制剂量的问题。比如按规定每人每天使用经颅直流电刺激的2.0ma电流进行经颅刺激的时间不得超过20分钟，但是很可能有些人为了追求效果或者迷恋效果，而延长刺激时间，甚至一天达到2小时以上，这样对经颅直流电刺激的使用带来很多不确定的因素。

针对这样一个不确定因素，我们决定增加使用者识别功能。就是在经颅直流电刺激设备上增加指纹识别模块或者虹膜识别模块。采用这样的方式，我们可以有效的防止滥用设备，以保障用户的使用安全性和效果。。

技术实现要素：

本发明的任务在于创造一种基于经颅直流电刺激技术的智能穿戴设备。它是由控制软件设置刺激类型的输出，通过两个表面电极对大脑特定区域，包括但不限于脑电图国际10-20系统或国际10%系统的位置、身体上的若干刺激部位，比如肩，臂，颈等。进行微弱极化直流电刺激，来取得对人脑功能的一些调整和改善。根据极性的不同，刺激分为阳极刺激和阴极刺激，这个极性主要依据电极相对电源地的电压，负的并且最小的是阴极，反之是阳极。在神经元水平，经颅直流电刺激对皮质兴奋性调节的基本机制是依据刺激的极性不同引起静息膜电位超极化或者去极化的改变。阳极刺激通常使皮层的兴奋性提高，阴极刺激降则低皮层的兴奋性。膜的极化是经颅直流电刺激刺激后即刻作用的主要机制。

为了实现上述功能，我们设计了基于经颅直流电刺激技术的智能穿戴设备，包括壳体和一对表面电极和电极的固定物，壳体内部有电路板，电极通过导线与电路板连接，电极导线采用3.5mm针式一分二电极导线，防锈蚀、导电性强。电极线插头用不同的颜色标记极性，暖色电极为阳极，冷色或白色、黑色电极为阴极。当调整电路时，电极的阴极相对电压不变，阳极的将会改变，从正数变为负数。表面电极主体为海绵材质，数量为2个，海绵电极直径在4cm-6cm，海绵厚度在5mm-12mm,电极为圆形，外部为优质橡胶一体成型，贴合性好。保证电极总面积在13平方厘米以上，会使得刺激比较舒服。电极背面有魔鬼贴的粘面，便于固定到头带或头套上。表面电极还包括温度传感器测量电极表面温度。用于获取电极温度，当温度高于某个值，则需要断开电路，以保护用户免于电灼伤。

电极头套设计如下：头套上开孔对应脑电图定位点，点数可以是21、23、71、73、75。这些孔锁边，内部缝有魔鬼贴绒面，用于固定电极。每个孔内有对应的导线，该导线接入设备通过拨动开关来标识刺激点位置。

该发明所设计电路板包括3.3v单片机、升压电路、3.3v蓝牙模块、屏、电流采集电路、压控恒流源、按键组、充电口、电极口和9v电池，以及升级版包括无线模块、用户识别模块和存储模块。充电口与9v电池相连，电极口与恒流源相连，显示屏通过电平转换电路与单片机相连，升压模块与9v电池相连，蓝牙与单片机相连，电流采集电路与电极和单片机相连，压控恒流源通过dac芯片与单片机相连，电池电压检测电流与9v电池和单片机的ad相连。升级版的无线模块和识别模块以及存储模块与单片机相连，电极温度检测电路与电极和单片机相连，头套定位导线通过io扩展芯片与单片机相连。壳体上装有开关按钮，用于切换接通刺激电路电源和关闭刺激电路电源或接受9v电池充电。按键板模块包括两个控制按钮和指示灯，一个按钮用于设置套餐，另外一个按键用于运行套餐，指示灯在设置、运行和缺电情况分别显示三种颜色。

本发明为了确保刺激效果，有效的控制用户使用剂量，采用指纹或虹膜识别进行用户识别，以避免用户每天的使用时间超过推荐的最大时间。同时记录用户使用信息，包括但不限于刺激点组，刺激时长，使用时间，使用次数等。将这些数据提交到云平台上进行数据存储和分析。并可以适当干预一直尝试过量使用的用户。云平台还提供用户分享使用经验和体验的论坛。

刺激电路提供直流电刺激，包括直线、周期、随机、脉冲等波形刺激，电流大小严格控制电流在10μa-2ma，以保证安全有效的电刺激。

本发明所提供的套餐包括：1ma，20分钟的tdcs；1.5ma、15分钟的tdcs；1.5ma、20分钟的tdcs；2ma、5分钟的tdcs；2ma，15分钟的tdcs；50μa，0.5hz的对称方波，40分钟的ces；400μa，0.5hz的对称方波，20分钟的ces。

本发明的安全相关方案包括：采用设备运行刺激模式和充电模式隔离，即在充电时不能进行刺激；采用9v电池供电，保证电源部分的供电安全；采用ma级保险丝，当电极电流超过设定限则直接烧通；采用使用者识别，用户使用前确认他为合法用户，本机记录他刺激时间，超过时间则限制使用；通过电流采集模块采集输出电流，如果过大，则关闭设备；检测电极温度，如果超过设定限制则设备停止工作；电极采用面积在13平方厘米以上、5毫米厚度以上的海绵，缓冲电流刺激。

本发明还提供外部检测设备，包括但不限于传感器的接入。并提供appsdk进行二次开发。

附图说明

图1是主机结构示意图，图2是电极帽示意图，图3是主机电路板原理框图。

具体实施方式

通过头带或电极帽将表面电极按照推荐的定位点固定在头皮表面，若有头发，请将刺激点位置的头发浸湿，并正确放置阳极和阴极，其中红色为阳极，黑色或白色为阴极。

将电源按钮拨到打开位置，指示灯亮蓝灯，说明设备已正常工作。

选择设置按钮，可点击循环设置七种模式，液晶屏的显示会发生相应的变化。若不使用手机app,可通过主机侧面的蓝牙拨码开关关闭蓝牙功能。

点击运行按钮，指示灯亮绿灯，电极开始输出安全微电流，主机显示屏指示训练模式和时长。

设备持续工作，计时结束时设备自动关闭。

拨动蓝牙拨码开关，则蓝牙处于开启状态，打开手机app模式。可以在手机上自由设置刺激时间，波形模式，电流上下限等参数。完成设置后，点击运行，则设备停止前面的运行，重新按照新设置的参数进行刺激。

当设备电池电量不足时，指示灯亮红灯，设备停止工作。

通过云平台申请开启用户识别模式：用户在开启后首次使用，通过指纹系统或虹膜系统登记用户信息；之后每次使用之前，需要进行指纹或虹膜识别，判定是否是已存在用户，如果不是，则提醒登记用户，如果是的，则从设备的内置存储器中读取当天的刺激记录，如果没有进行过，或者累计时间低于40分钟，则允许刺激，刺激时间最长为40分钟减去当日已刺激时间。（天的计算按0点到23点59分）。

用户可以通过app，查看自己的刺激记录，丰富个人信息和分享刺激体验和自己的方法。