一种神经调控装置及方法与流程

[0001]
本发明涉及脑神经领域，具体而言，涉及一种神经调控装置及方法。


背景技术：

[0002]
随着社会的飞速发展，人们在生活和工作中面临着各种各样的压力，亚健康已成为是当代人普遍存在的一种健康问题。失眠、健忘、注意力不集中等脑功能相关的亚健康状态会影响正常的工作与生活，并且长期的亚健康状态会发展成为抑郁症、精神分裂症等脑功能缺陷及神经退行疾病。包括精神分裂症、老年痴呆症、癫痫、抑郁、孤独症等在内的脑功能缺陷及神经退行疾病严重影响人们的生活，并且随着社会老龄化的进程加速以及环境问题加剧等原因，这些患者的数量日益增长，给家庭、社会带来了极大的经济负担。
[0003]
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。大脑是一个由成千亿个神经元组成的器官，这些神经元形成一个相互交织的神经网络，神经网络之间通过神经元的膜电位发放进行信息的传递与整合。因此，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。
[0004]
神经调控技术是指通过植入性或非植入性技术、电或化学作用方式，对中枢神经系统、周围神经系统和自主神经系统邻近或远隔部位神经元或神经信号转导发挥兴奋、抑制或调节作用，从而达到调节大脑神经网络电活动、提高神经功能的技术。近年来，神经调控技术已经成为神经科学与生物医学工程相结合发展得最快的交叉学科，也成为科学研究、临床治疗和医疗器械投资的重点关注对象。神经调控技术按照是否进行有创操作可分为有创和无创两种。目前，现有的有创神经调控技术包括深部脑刺激 (deep brain stimulation，dbs)、光遗传学(optogenetics)，无创的调控技术包括经颅电刺激(transcranial electrical stimulation，tes)、经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation，tms)、经颅超声刺激(transcranial ultrasound stimulation，tus)、药物干预等。研究表明，神经元通常只对低频电信号进行响应，而不对高频电信号进行响应。目前普遍采用的低频电刺激信号可以被神经元响应，但是对人体的穿透性差，信号很难从人体外传递到人体内深部的神经系统。中频电刺激信号在人体组织中传输的衰减远远小于低频电刺激信号，可以有效传递到人体组织的深部神经系统。然而，中频电刺激信号容易令神经元疲劳，难以刺激其响应。因此对大脑施加高频电信号可以让信号有效的穿透大脑表层，抵达更深的脑组织。
[0005]
在申请公开号为cn106157598a的中国专利中，介绍了一种无线红外遥控光遗传系统，该系统包括电源驱动板、红外发射管灯带、信号源以及5v 电源；红外接收端包括红外接收管、3.7v锂电池、比较电路和蓝色发光二极管。利用信号源控制电源驱动板的通断控制红外发射管灯带的亮灭,使得红外发射管灯带的亮度基本相同且同步亮灭,红外接收管接收红外发射管灯带红外发射管的红外信号，经比较电路控制蓝色红外二极管的亮灭，蓝色发光二极管的光信号通过光纤导入生物体细胞内，实现有效的光刺激。该发明可实现在实验箱内远距离无线操控,体积小，高度集成，结构紧凑，对于信号源的遥控信号准确及时响应,
红外遥控范围大,不会影响到小鼠在大范围内的自由活动，有利于进行大型的行为学实验，且制作成本低，实验现象明显。但该技术需要进行开颅手术，操作复杂且存在一定的手术风险，无法广泛应用。
[0006]
申请公开号为cn104548390a的发明专利介绍了一种超声深部脑刺激方法及系统，该方法包括：对动物或人的头部进行医学成像，生成图像数据；根据所述图像数据建立头部三维数字模型；根据超声换能器阵列的结构、密度及声学参数信息建立超声换能器阵列的三维数字模型；根据所述头部三维数字模型,所述超声换能器阵列的三维数字模型，颅骨和脑组织的结构、密度及声学参数，所述超声换能器阵列的结构、密度及声学参数生成第一超声发射序列；控制所述超声换能器阵列按照所述第一超声发射序列发射超声波，对待刺激的脑部神经核团实施超声深脑刺激。通过该发明，超声可以无创穿过颅骨聚焦于深脑区域，无需进行无创操作。利用不同的超声发射序列，可以实现超声神经调控，并可对其作用机制进行研究。但该发明需要用到医学成像设备等体积较大的设备，需要特定的工作环境，使用成本高，功耗大，无法便携；需要建模等系列专业操作，操作复杂，无法普及应用，不具备广泛性。
[0007]
在申请公开号为cn106310517a的中国专利中，介绍了一种可穿戴式脑功能调控系统，包括：多通道脑电记录电极、直流电刺激电极、数据采集与控制模块、通信模块、头部可穿戴支撑模块、云平台数据库及移动终端；多通道脑电记录电极从头皮采集电位变化信号；直流电刺激电极对头皮进行刺激；数据采集与控制模块连接多通道脑电记录电极及直流电刺激电极，根据电位变化信号生成用户生理状态数据，通过通信模块输出至云平台数据库；通过通信模块接收移动终端发来的刺激指令，根据刺激指令向直流电刺激电极输出刺激电流；云平台数据库存储电位变化信号及用户生理状态数据；移动终端分析存储及显示用户生理状态数据，并输出刺激指令。该调控系统实现了可穿戴式，因而携带方便，且因为能采集脑电信号，因此能对大脑活动状态予以精准调控。但该技术是基于大脑皮层的神经调控技术，即神经元调控的范围只能局限于大脑皮层，而无法到达大脑深部，因此调控的范围有限，限制了系统的使用范围和使用效果。
[0008]
现有的神经调控装置，普遍是基于开环方式实现脑部调控，即在不知道大脑状态的情况下，对大脑神经元进行盲目调控，调控的盲目性导致结果的低效性，因此无法得到很好的应用。
[0009]
因此，现有技术普遍存在体积大、成本高、操作复杂、需要进行开颅等有创操作、无法调控大脑深部神经元区以及盲目调控等缺陷，需要一种技术，既能无创深度调控大脑神经元区，又能针对特定的大脑状态实现精准调控，同时具有体积小、成本低、操作简单、携带方便等特点。


技术实现要素：

[0010]
基于现有技术存在的问题，本发明提供了一种神经调控装置及方法，具体方案如下:
[0011]
一种神经调控装置，包括波形发生模块、刺激模块、电源模块和电极单元，所述电源模块为所述装置供电，还包括控制模块和采集模块，所述控制模块分别连接所述波形发生模块和所述采集模块，用以向所述波形发生模块发送第一指令，向所述采集模块发送第
二指令，及接收所述采集模块发送的脑电数据；所述采集模块用于根据所述控制模块发送的所述第二指令采集用户脑电数据，及对采集的脑电数据进行数据处理并将数据处理后的所述脑电数据发送给所述控制模块；所述刺激模块包括第一刺激单元和第二刺激单元，所述波形发生模块分别连接所述第一刺激单元和所述第二刺激单元，用以根据所述控制模块发送的所述第一指令为所述第一刺激单元提供第一波形信号，及根据所述控制模块发送的所述第一指令为所述第二刺激单元提供第二波形信号；所述第一波形信号与所述第二波形信号具有相干性；所述电极单元包括第一电极单元、第二电极单元和第三电极单元，所述第一电极单元与所述第一刺激单元连接，用于将所述第一刺激单元处理后的第一波形信号作用于所述用户脑部，所述第二电极单元与所述第二刺激单元连接，用于将所述第二刺激单元处理后的第二波形信号作用于所述用户脑部，所述第三电极单元与所述采集模块连接，用于采集所述用户脑电数据；所述采集模块发送给所述控制模块的脑电数据用于指导所述第一指令，以调整所述第一波形信号和所述第二波形信号。
[0012]
进一步，所述采集模块包括用于放大脑电信号的前置放大单元和用于模数转换的模数转换单元，所述前置放大单元与所述模数转换单元连接；所述前置放大单元还与所述第三电极单元连接，所述模数转换单元还与所述控制模块连接。
[0013]
进一步，所述采集模块通过所述第三电极单元可采集多通道脑电数据。
[0014]
更进一步，所述采集模块提供所述第三电极单元采集8通道脑电数据；所述第三电极单元包括多个用于采集所述8通道脑电数据的作用电极和多个用于参照的参考电极。
[0015]
进一步，所述第一刺激单元包括第一滤波单元，所述第二刺激单元包括第二滤波单元，所述第一滤波单元和所述第二滤波单元都设置有用于信号放大的差分放大电路和用于降噪的低通滤波电路；所述第一滤波单元用于通过自身设置的所述差分放大电路与所述低通滤波电路对所述第一波形信号进行滤波处理，所述第二滤波单元用于通过自身设置的所述差分放大电路与所述低通滤波电路对所述第二波形信号进行滤波处理。
[0016]
更进一步，所述第一刺激单元还包括用于对所述第一波形信号进行恒流处理的第一恒流单元，所述第二刺激单元还包括用于对所述第二波形信号进行恒流处理的第二恒流单元；所述第一恒流单元分别连接所述第一滤波单元与所述第一电极单元，所述第二恒流单元分别连接所述第二滤波单元与所述第二电极单元。
[0017]
特别地，所述第一恒流单元和所述第二恒流单元都设置有电流驱动装置，所述电流驱动装置用于提高电流驱动能力及控制电荷平衡；所述电流驱动装置包括恒流源电路和反相恒流源电路，所述恒流源电路和所述反相恒流源电路相位相反。
[0018]
进一步，还包括终端，所述终端与所述控制模块连接，用于向所述控制模块发送控制指令和接收所述控制模块发送的信息，所述信息包括所述采集模块发送给所述控制模块的脑电数据。
[0019]
进一步，还包括通信模块，所述通信模块与所述控制模块连接，用于实现所述终端与所述控制模块之间的通信，所述终端通过所述通信模块向所述控制模块发送控制指令和通过所述通信模块接收所述控制模块发送的信息。
[0020]
更进一步，所述终端还用于基于用户脑部状态评估生成波形信号的参数特征，及将所述参数特征通过所述通信模块发送给所述控制模块；所述脑部状态评估包括所述终端基于所述控制模块发送的脑电数据进行获取。
[0021]
进一步，所述电源模块包括电能存储单元、电压转换单元和充电单元，所述电能存储单元与所述电压转换单元电连接，所述充电单元与所述电能存储单元电连接，所述电压转换单元设置有电压转换电路；所述电压转换单元分别连接所述波形发生模块和所述刺激模块。
[0022]
进一步，还包括支撑模块，所述支撑模块内表面与用户头部相贴合；所述电极单元设置在所述支撑模块内表面。
[0023]
更进一步，所述支撑模块包括集成电路部；所述控制模块、所述电源模块、所述波形发生模块、所述控制模块、所述采集模块、所述刺激模块和所述通信模块均被集成在所述集成电路部。
[0024]
更进一步，所述支撑模块还包括连接部；所述连接部分布在所述支撑模块内表面，用于连接所述电极单元，所述电极单元与所述连接部可拆卸连接。
[0025]
一种神经调控方法，应用于上述所述的神经调控装置，该方法包括：通过所述控制模块生成第一指令，并将所述第一指令传递至所述波形发生模块；通过所述波形发生模块根据所述第一指令生成第一波形信号和第二波形信号，并将所述第一波形信号发送给所述第一刺激单元，将所述第二波形信号发送给所述第二刺激单元；通过所述第一刺激单元对所述第一波形信号进行信号处理，得到信号处理后的第一波形信号，并传递至所述第一电极单元；通过所述第二刺激单元对所述第二波形信号进行信号处理，得到信号处理后的第二波形信号，并传递至所述第二电极单元；通过所述第一电极单元将所述信号处理后的第一波形信号作用于用户脑部，通过所述第二电极单元将所述信号处理后的第二波形信号作用于所述用户脑部，所述处理后的第一波形信号和所述处理后的第二波形信号在所述用户脑部相干形成新的波形信号；通过所述控制模块生成所述第二指令，并将所述第二指令发送给所述采集模块；通过所述采集模块根据所述第二指令进行脑电数据采集，并对所述第三电极单元采集到的脑电数据进行数据处理，得到数据处理后的脑电数据，并传递至所述控制模块。
[0026]
进一步，所述第一波形信号和所述第二波形信号包括正弦波信号，所述波形发生模块生成的波形信号的频率超过10khz。
[0027]
进一步，所述第一刺激单元包括第一滤波单元和第一恒流单元，所述第二刺激单元包括第二滤波单元和第二恒流单元；所述第一波形信号在所述第一刺激单元中通过所述第一滤波单元的滤波处理后，进入所述第一恒流单元进行恒流处理；所述第二波形信号在所述第二刺激单元中通过所述第二滤波单元的滤波处理后，进入所述第二恒流单元进行恒流处理。
[0028]
进一步，所述采集模块包括前置放大单元和模数转换单元；经所述第三电极单元采集的脑电数据在所述采集模块中通过所述前置放大单元的放大处理后，进入所述模数转换单元进行模数转换，经过模数转换后的脑电数据被传递至所述控制模块。
[0029]
进一步，所述装置还包括终端和通信模块；所述控制模块将所述脑电数据发送至所述终端后，所述终端对所述脑电数据进行特征处理，得到所述用户脑部状态评估，根据所述用户脑部状态评估生成波形信号的参数特征，并通过所述通信模块发送给所述控制模块。
[0030]
更进一步，所述“所述终端对所述脑电数据进行特征处理”中的特征处理包括依次
对所述脑电数据进行干扰处理、特征提取、特征分析；所述干扰处理包括去除眼动干扰和工频干扰，并进行带通滤波和空间滤波；所述特征提取包括提取δ、θ、α、β；所述特征分析包括时域分析、频谱分析。
[0031]
本发明具有如下有益效果：
[0032]
本发明解决了现有技术普遍存在的体积大、成本高、操作复杂、需要进行开颅等有创操作和无法调控大脑深部神经元区等缺陷，既能调控大脑深部神经元区，又能实现无创操作，同时具有便携式、运行成本低、操作简便等特点。
[0033]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0035]
图1是本发明一种神经调控装置的装置结构图；
[0036]
图2是本发明一种神经调控装置的集成电路部的放大结构图；
[0037]
图3是本发明一种神经调控装置的差分放大电路图；
[0038]
图4是本发明一种神经调控装置的低通滤波电路图；
[0039]
图5是本发明一种神经调控装置的电流驱动装置的具体电路图；
[0040]
图6是本发明一种神经调控装置的单个通道输出波形及其噪声分布图；
[0041]
图7是本发明一种神经调控装置的两个波形信号相干后形成的新的波形信号图；
[0042]
图8是本发明一种神经调控装置的采集模块采集的脑电数据图；
[0043]
图9是本发明一种神经调控方法的方法流程图；
[0044]
图10是本发明一种神经调控方法的更具体的方法流程图；
[0045]
图11是本发明一种神经调控方法的各模块步骤流程图。
[0046]
附图标记：
[0047]
1波形发生模块、2刺激模块、3电源模块、4控制模块、5终端、6通信模块、7支撑模块、8电极单元、9采集模块、91前置放大单元、92模数转换单元、81第一电极单元、82第二电极单元、83第三电极单元、21第一刺激单元、22第二刺激单元、212第一滤波单元、213第一恒流单元、222 第二滤波电路、223第二恒流单元、31电能存储单元、32电压转换单元、 33充电单元、71集成电路部。
具体实施方式
[0048]
实施例1
[0049]
针对现有技术的不足，本实施例提供了一种神经调控装置，装置结构如说明书附图1所示。具体方案如下所示：
[0050]
一种神经调控装置，包括波形发生模块1、电源模块3、刺激模块2和电极单元8。电源模块3为整个装置进行供电，波形发生模块1与刺激模块 2连接。还包括控制模块4和采集
模块9，控制模块4分别连接波形发生模块1和采集模块9，用于向波形发生模块1发送第一指令，向采集模块9发送第二指令，同时会接收采集模块9发送的脑电数据，采集模块9发送给控制模块4的脑电数据用于指导第一指令。其中，刺激模块2包括第一刺激单元21和第二刺激单元22，电极单元8包括第一电极单元81、第二电极单元82和第三电极单元83，第一刺激单元21和第一电极单元81连接，第二刺激单元22和第二电极单元82连接，采集模块9与第三电极单元83 连接；控制模块4发送第一指令给波形发生模块1，波形发生模块1通过解析第一指令中的波形信息生成第一波形信号和第二波形信号，将第一波形信号发送给第一刺激单元21，将第二波形信号发送给第二刺激单元22。其中，第一波形信号和第二波形信号具有相干性，每个刺激单元通过两个电极单元8将一组波形信号作用于用户头部，两组波形信号在用户头部相干形成新的波形信号。特别地，本文所提出的用户，包括本装置的使用者，包括装置的佩戴者、采集模块采集的对象、刺激单元调控的对象等。其中，刺激模块2用于对波形发生模块1发送的波形信号进行信号处理；刺激模块2包括滤波单元和恒流单元。其中，第一刺激单元21设置有第一滤波单元212和第一恒流单元213，第二刺激单元22设置有第二滤波单元222和第二恒流单元223。第一滤波单元212和第二滤波单元222都设置有差分放大电路和低通滤波电路；第一恒流单元213和第二恒流单元223都包括有电流驱动装置，用于提高电流驱动能力，控制电荷平衡，电流驱动装置由恒流源电路和反相恒流源电路构成，恒流源电路和反相恒流源电路相位相反。装置还包括通信模块6和终端5；控制模块4与波形发生模块1连接，终端5通过通信模块6与控制模块4进行通信。此外，装置还包括支撑模块7，支撑模块7采用头戴式，内表面与用户头部贴合，电极单元8设置在支撑模块7内表面，支撑模块7上设置有集成电路部71，波形发生模块1、电源模块3、刺激模块2、采集模块9、控制模块4和通信模块6被集成在集成电路部71上，集成电路部71的具体结构如说明书附图2所示。
[0051]
具体地，波形发生模块1接收控制模块4的第一指令生成对应的波形信号。控制模块4将需要生成的波形信号的参数特征处理成第一指令发送给波形发生模块1，波形发生模块1解析第一指令中的参数特征，生成两组互不干扰的高频正弦波数据，即第一波形信号和第二波形信号，并将第一波形信号和第二波形信号分别发送给第一刺激单元21和第二刺激单元22。采集模块发送给控制模块的脑电数据通过指导第一指令，实现调整第一波形信号和第二波形信号。优选的，本实施例选用的波形发生模块1包括直接数字式频率合成器，具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点。传统的高频信号发生器采用fpga实现信号的输出，该方式可以实现频率高、误差低等功能，但是fpga是一种多电源需求的芯片，对电源的要求极高，且功耗大，使用复杂，不适合集成到便携式设备的电路板上。本实施例采用控制器与直接数字式频率合成器结合的方式，取代传统的高频信号发生器，不仅可以实现输出高频率、高精度的波形信号，而且功耗小，易于集成到电路板上，满足便携式设备对产品的需求。
[0052]
具体地，控制模块4接收终端的指令，对采集模块9和波形发生模块1 进行控制。终端5通过通信模块6发送指令给控制模块4，控制模块4接收来自终端5的指令后，对指令内容进行解析。指令内容包括波形参数、获取设备信息以及采集脑电信号，控制模块4解析不同的指令，做出不同的控制。控制模块4解析指令，若得到产生波形信号指令，则提取需要生成的波形信号的参数特征，将包括频率、幅值、相位在内的参数特征，处理成第一指令发送给波形发生模块1；控制模块4解析指令，若得到获取设备信息指令，则能采集电源模块3、刺激
模块2和采集模块9的信息，如电源模块3的电量信息、是否正在进行充电、第一电极单元81和第二电极单元 82是否与用户头部连接、第三电极单元83是否正在采集脑电数据等数据，并将这些数据发送给终端5，用户可通过终端5实时查看设备信息。控制模块4解析指令，若得到采集脑电数据指令，则将采集的发生与停止、需要采集的通道信息处理成第二指令发送给采集模块9。
[0053]
具体地，刺激模块2接收波形发生模块1的波形信号，通过电极单元8 作用于用户头部。第一刺激单元21与第一电极单元81连接，第二刺激单元22与第二电极单元82连接，每个电极单元8分别设置有两个电极，两个电极构成回路，通过紧贴大脑头皮，将电流作用于大脑，电极单元8材料可以是银铝合金、不锈钢、金或银等材料的一种。刺激模块2上还设置有波形处理单元，用于对波形信号进行降噪、恒定等处理。波形处理单元包括滤波单元、恒流单元，滤波单元和恒流单元可以两者同时存在，也可以存在一个。优选的，本实施例的波形处理单元同时设置有滤波单元和恒流单元，即第一刺激单元21设置有第一滤波单元212和第一恒流单元213，第二刺激单元22设置有第二滤波单元222和第二恒流单元223。滤波单元与恒流单元电连接，波形信号先通过滤波单元进行降噪处理，再通过恒流单元进行恒流处理。
[0054]
更具体地，第一滤波单元212和第二滤波单元222设置有滤波电路，用于降低高频正弦波的噪声，滤波电路包括差分放大电路和低通滤波电路。差分放大电路的作用包括：减小直接数字式频率合成器产生的共模噪声；放大交流信号，以满足刺激电流的强度要求。差分放大电路降低了波形信号的刺激电流的噪声，提高了刺激电流的精度和强度，差分放大电路如说明书附图3所示。低通滤波电路的作用是进一步降低高频噪声，将高于预设值的高频波噪声过滤掉。低通滤波电路可以实现正弦交流信号的十次谐波不超过0.1％，既去除了噪声，又提高了刺激精度。低通滤波电路如说明书附图4所示。
[0055]
更具体地，第一恒流单元213和第二恒流单元223设置有电流驱动装置，用于提高电流驱动能力，控制电荷平衡，输出恒定电流。特别地，电流驱动装置包括恒流源电路和反相恒流源电路，恒流源电路和反相恒流源电路相位相反。该装置不仅可以提高电流的驱动能力，而且可以精准控制大脑的电荷平衡，减小刺激模块2的电流串扰，使得波形信号对大脑的刺激效果更好，更加精准，电流驱动装置的电路如说明书附5图所示。恒流源电路的特性包括在电流的顺从电压范围内，所输送的电流不取决于负载的阻抗，因此，尽管大脑具有各向异性阻抗，也可以精确控制电流量。
[0056]
更具体地，第一波形信号和第二波形信号包括正弦波，频率超过10khz。当第一波形信号和第二波形信号同时作用于大脑时，两个高频率的正弦波会相干形成一个低频的波形。当两个不同频率的交变波重叠时，会产生一个新的交变波，其有效频率等于两个原始频率的平均值，并且振幅等于原始频率差的频率周期性变化。单个通道输出波形及其噪声分布如说明书附图6所示，两个波形信号相干形成的新波形如说明书附图7所示。调幅(am)是由于相长干涉(当两个波几乎同相时)和相消干涉(当两个波接近180度异相时)之间的周期性变化。将两组高频正弦交流电信号施加于用户头部，波形信号可以穿透大脑皮层，抵达大脑的深部。通过调整电极单元8的位置，让两组信号在目标区域交汇，得到一个差频信号，而这个差频信号因为频率较低，所以能够对周围的神经元细胞产生影响，实现神经调控的目的。滤波电路和电流驱动装置，能够有效控制谐波失真，9 次总谐波失真可以控制在0.2％
以下，输出的正弦波频率可达到10khz以上，且误差可以控制在0.1％以下，调节精度可达0.1hz。本实施例通过波形信号实现深度调控脑部神经元区，与传统深度神经调控技术相比，无需专业人员进行有创操作，降低了调控的危险性和复杂程度，且调控精度高，风险小。波形信号可以穿透大脑皮层，抵达大脑的深部，调控的范围广。
[0057]
其中，采集模块9负责采集和处理用户脑电数据。采集模块9分别连接第三电极单元83和控制模块4。控制模块4向采集模块9发送第二指令，控制采集的发生和停止，第三电极单元83与用户脑部连接，用于采集脑电信号。采集单元将第三电极单元83采集的脑电信号进行数据处理，数据处理具体包括放大处理和模数转换处理，将脑电数据并发送给控制模块4，采集模块9发送给控制模块4的脑电数据用于指导第一指令，用于调整第一波形信号和第二波形信号。第三电极单元83设置有多个电极，分布在头部的不同位置上，保证收集到不同位置不同通道的脑电信号；优选地，本实施例的采集模块9最多可同时收集八个通道的脑电数据，第三电极单元83 设置有8个作用电极和2个参考电极，其中作用电极选用针形电极，参考电极选用耳夹式铁片电极，8个针形电极设置在用户头部的不同位置，2个耳夹式电极设置在用户耳部，不同通道对应不同的作用电极。控制模块4 可控制每个电极的开启与关闭，用户也可在终端上设置需要采集的通道，由此开启与该通道对应的电极，操作简便。采集模块9设置有模数转换单元92，脑电信号为模拟信号，需要将其转换为控制模块4方便接收的数字信号，模数转换单元92将脑电信号从模拟信号转换为数字信号，再将转换为数字信号的脑电信号发送给控制模块4。采集模块9还包括前置放大单元 91，第三电极单元83采集的脑电信号先通过前置放大单元91进行信号放大处理，再通过模数转换单元92进行模数转换，提高了脑电数据的精度。此外，由于采集的脑电数据数据量大，采集模块9通过串行外设接口(serialperipheral interface，spi)将脑电数据发送给控制模块4。脑电数据如说明书附图8所示。
[0058]
采集模块9与刺激模块2采用两套电极，由控制模块4分别控制。采集模块9通过第三电极单元83采用脑电信号，刺激模块2通过第一电极单元和第二电极单元调控神经。因此，控制模块4可以控制采集模块9和刺激模块2同时独立工作，可以实现在调控过程中采集脑电信号，用户可以在调控过程中，通过终模块直观的观察脑电信号的变化情况，并在终模块做出调整，达到更好的调控效果。
[0059]
具体地，电源模块3包括电能存储单元31和电压转换单元32。电压转换单元32为系统提供各个模块正常工作时所需的电压，包括控制模块4工作所需的电压、刺激模块2正常工作所需的电压。电能存储单元31包括锂电池等，用于存储电能，保证系统能够持续稳定的运行。还包括充电单元 33，与电能存储单元31连接，设置有充电电路，用于充电；充电单元33 可外置，将电能存储单元31储能完毕后，放置在系统中，为系统供电；优选的，将充电单元33内置在电源模块3中，为存储单元充电。系统全负荷运行时，采样500mah，3.7v锂电池供电，电流为500ma以下，可以持续工作1小时以上。
[0060]
具体地，终端5包括自主编写的应用程序。自主编写的应用程序能够跨平台使用，兼容多个系统，包括windows、android和ios，因此，终端 5可以基于电脑等大型电子设备，也可基于平板电脑、手机等便携电子设备，具有很强的应用性和推广性。终端5用于实现装置与用户的交互，用户通过终端5，可以控制系统的运行，也可查看系统的状态。终端5的作用包括向控制模块4发送指令，控制调控的开始与停止、波形信号的频率和幅值、电流的大
小等参数；也可向用户显示系统的运行状态，包括刺激模块2与大脑的导联情况、电源模块3的电量信息、调控的时间、生成的波形信号等。特别地，用户在终端5上设置两组波形信号的参数特征，两组波形信号的参数特征可以相同，也可以不同；参数特征确认后，终端5将参数特征处理生成指令，处理包括加密处理，通过通信模块6将指令发送给控制模块4；控制模块4接收到终端5发送的指令后，解析指令中的数据，将参数特征提取出来发送给波形发生模块1。
[0061]
具体地，通信模块6用于系统各模块之间的通讯。通信模块6包括有线通信和无线通信，优选的，选用无线通信。无线通信减少系统集成的负担。更具体地，无线通信模块6选用低功耗的wifi传输模块，减少系统不必要的功耗。无线通信模块6用于传输终端5发送给控制模块4的指令和控制模块4发送给终端5的反馈。控制模块将脑电数据发送至终端后，终端对脑电数据进行特征处理，得到用户脑部状态评估，根据用户脑部状态评估生成波形信号的参数特征，并通过通信模块发送给控制模块。特征处理包括依次对脑电数据进行干扰处理、特征提取、特征分析；干扰处理包括去除眼动干扰和工频干扰，并进行带通滤波和空间滤波；特征提取包括提取δ、θ、α、β；特征分析包括时域分析、频谱分析。
[0062]
具体地，支撑模块7用于承载各模块，包括上述提到的波形发生模块1、电源模块3、刺激模块2、通信模块6、采集模块9、控制模块4。支撑模块 7采用头戴式，内表面设置有电极单元8，方便对大脑进行调控，用户可以直接将支撑模块7戴到头部，电极单元8会自动与头部贴合。进一步，支撑模块7包括集成电路部71；集成电路部71主要承载神经调控装置的部分模块，集成有波形发生模块1、电源模块3、控制模块4、刺激模块2、采集模块9和通信模块6；支撑模块7内表面与用户头部贴合，内侧的形状与头部形状相似。支撑模块7采用轻型材料，包括塑料等，成本低、牢固、导电性弱，且不会干扰信号的传输，保证用户的安全。支撑模块7还包括连接部，连接部设置在支撑模块7内表面，主要用于将电极单元8连接到支撑模块7上，用户将支撑模块7与头部连接之后，电极单元8贴合用户头部；支撑模块7上设置有连接部，电极单元8通过连接部实现与支撑部的连接，连接部与电极单元8可拆卸连接。例如，连接部上设置有连接孔，电极单元8上设置有突出部，电极单元8通过将突出部插入连接孔实现与连接部连接，进而实现电极单元8与支撑模块7的连接，连接部上设置有多个连接孔，实现电极单元8在支撑模块7上的多样化安放。又例如，连接部为两条弧形轨道，支撑模块7上设置有两条弧形轨道，两条弧形轨道上分别设置有移动件，可在轨道上移动，电极单元8与移动件连接，在用户头部沿弧形轨道移动，实现刺激不同部位的效果。此外，支撑模块7还设置有包括紧固部，用于固定支撑模块7与用户头部，使电极单元8更加紧密的贴合头部，不会随意移动，实现更好的固定效果和调控效果。
[0063]
更具体地，波形发生模块1、控制模块4、刺激模块2、电源模块3、采集模块9和通信模块6经过高度集成化，集成到一块电路板上，电路板嵌在支撑模块7上，具体嵌入到集成电路部71，集成电路部71设置在支撑模块7后部，不会影响刺激模块2对大脑的调控，体积小，实现了系统的可穿戴性和便携性。
[0064]
在具体应用中，可以先安装硬件系统，再调试终端5。首先，用户选择合适的位置安装连接件，确保电极单元能调控到合适的位置；接着，用户将支撑模块7戴到头上，将紧固部设置好，确保电极单元与头部紧密接触且不会松动；安装完支撑模块7后，在终端5上设置信号波形的相关参数，包括频率、幅值、相位等，在终端上设置需要采集脑电数据的通道数，控
制模块41即可控制采集模块9采集脑部数据，并将脑电数据反馈会终端，用户可在终端实时查看脑电数据，进而得知调控效果，同时终端也会根据脑电数据对波形参数进行调整，通过指导控制模块的第一指令，调整第一波形信号和第二波形信号，进而实现有针对性地调节；用户可在终端5查看硬件系统的状态，包括电源模块3的电量、电极单元8的导联情况等，操作简单，具有广泛的应用性。
[0065]
本实施例通过波形发生模块1产生两组高精度、高频率、低噪声的正弦波，在用户脑部相干形成低频波形，实现无创操作调节大脑深部神经元区，与传统的深度神经调控操作相比，无需手术，降低了深度神经调控操作的危险性，且调控区域更广，调控效果更佳；通过将电源模块3、控制模块4、刺激模块2、转换模块和通信模块6高度集成化，集成到一块电路板上，缩减了装置的体积；通过滤波单元和恒流单元对波形信号进行波形处理，降低了高频信号的噪声，提升了刺激精度；将支撑模块7设置为头戴式，承载各模块，实现了装置的便携，采用轻型材料制成，不仅质量小，而且符合人体工学原理，佩戴舒适，可将深度神经调控从科研医疗领域广泛应用到家庭；支撑模块7具有特殊构造，第一电极单元81和第二电极单元82可拆卸移动，实现多样化安放，可调控不同区域的脑部神经元区；与现有大型调控设备相比，本实施例提出的装置耗电量小，运行成本低；波形发生模块1选用直接数字式频率合成器，与传统的信号发生器相比，功耗低，供电简单；加入采集模块9，采集脑电数据，可以有针对性的调控脑部神经元区；采集模块9与刺激模块2采用两套电极，可保障调控与采集同时进行，在调控的同时采集脑电数据，用户可在终端实时查看调控效果；通过终端5与用户进行交互，操作界面简单，只需设置相应的参数，即可实现深度调控脑部神经元区，操作简便，具有广泛性和应用性。
[0066]
实施例2
[0067]
本实施例提供了一种神经调控方法，步骤包括：控制模块4向波形发生模块1发送第一指令，波形发生模块1根据第一指令生成两组波形信号，通过两个刺激模块2的波形处理，最终通过电极单元8分别作用于用户头部，两组波形信号在用户头部相干形成新的波形信号；控制模块4向采集模块9发送第二指令，采集模块9根据第二指令通过第三电极单元83采集脑电数据，并将脑电数据进行处理反馈给控制模块4。
[0068]
具体地，流程如说明书附图9所示。控制模块4发送第一指令给波形发生模块1，波形发生模块1解析第一指令，提取出需要生成波形信号的参数特征，包括频率、幅值、相位等，根据参数特征生成第一波形信号和第二波形信号。将第一波形信号发送给第一刺激单元21，将第二波形信号发送给第二刺激单元22；第一刺激单元21通过第一滤波单元212对第一波形信号进行滤波处理，第二刺激单元22通过第二滤波单元222对第二波形信号进行滤波处理，滤波处理包括通过差分放大电路对第一波形信号和第二波形信号进行信号放大处理，以及通过低通滤波电路对第一波形信号和第二波形信号进行降噪处理；第一波形信号和第二波形信号经过滤波处理后，通过电极单元8作用于用户脑部，在用户脑部相干形成新的波形信号。其中，第一波形信号在第一刺激单元21中通过第一滤波单元212的滤波处理后，进入第一恒流单元213进行恒流处理，进行恒流处理后的第一波形信号被传递至第一电极单元81，作用于用户脑部；第二波形信号在第二刺激单元22中通过第二滤波单元222的滤波处理后，进入第二恒流单元223进行恒流处理，进行恒流处理后的第二波形信号被传递至第二电极单元82，作用于用户脑部。第一波形信号和第二波形信号在用户脑部相干形成新
的波形信号，调控过程具体如说明书附图10所示。其中，第一波形信号和第二波形信号包括正弦波，波形发生模块1生成的波形信号的频率超过 10khz，新生成的波形信号为低频信号，频率小于10khz。
[0069]
控制模块4向采集模块9发送第二指令，采集模块9根据第二指令启动脑电数据采集，通过第三电极单元83采集用户脑电数据，并将脑电数据发送给采集模块9，采集模块9对脑电数据进行数据处理，包括对脑电数据依次进行前置放大单元91的信号放大处理以及模数转换单元92的模数转换处理，将脑电数据从模拟信号转换为数字信号。将经过数据处理后的脑电数据被采集模块9发送给控制模块4，控制模块4将收到的脑电数据通过通信模块发送给终端5，终端5做出对应的调整，发送指令给控制模块4，控制模块4生成新的第一指令，进而调整第一波形信号和第二波形信号
[0070]
进一步，神经调控方法具体步骤包括：首先，用户通过终端5输入所需波形信号的参数特征，如频率、幅值、相位等，终端5将参数特征打包成指令通过通信模块6发送给控制模块4；接着，控制模块4接收并解析终端5发送的指令，获取波形信号的参数特征，将参数特征发送给波形发生模块1；接着，波形发生模块1根据接收的波形信号的参数特征，生成两组对应的高频信号波形，并分别发送给两个刺激模块2；接着，两个刺激模块 2分别对两组波形信号进行信号处理，先通过滤波单元进行滤波降噪，再通过恒流单元进行电荷恒定，将处理后的波形信号通过电极单元8作用于用户脑部；两组波形信号在用户脑部相干形成低频波形信号，以包络的形式调节大脑深部神经元区。脑电监测步骤包括：首先，用户通过终端5输入需要采集的脑电数据的通道数，终端5将信息处理后发送给控制模块4；控制模块4接收到终端发送的指令，开启与通道对应的第三电极单元83的电极，下达第二指令给采集模块9；采集模块9接收到第二指令后，控制第三电极单元83采集用户脑部脑电数据，将采集到的脑电数据发送给采集模块 9，采集模块9对脑电数据进行数据处理，具体包括放大处理和模数转换处理；采集模块9将转换后的脑电数据发送给控制模块4，控制模块4接收到脑电数据并发送给终端5；终端5接收到控制模块4发送的脑电数据，对脑电数据特征处理，特征处理包括对脑电信号依次进行干扰处理、特征提取、特征分析，具体包括：干扰处理包括去除眼动干扰和工频干扰，并进行带通滤波和空间滤波；特征提取包括提取脑电数据中的δ波、θ波、α波、β波、smr节律、各种振荡波之间的比值；特征分析包括时域分析、频谱分析，具体包括时域erp分析，频率功率谱分析以及需要使用基于小波或 emd等算法的时频分析；通过对脑电数据的相关特征提取、分析，得到用户的大脑状态的评估，终端5基于用户脑部状态评估生成不同的波形信号的参数特征，包括频率、强度等，再将新的参数特征发送给控制模块4，控制模块4发送新的第一指令给控制波形发生模块1，控制波形发生模块1产生新的波形，通过刺激模块2作用于用户脑部，相干形成新的波形，实现新一轮的调控。利用采集模块9可以准确获取用户脑部的脑电数据，通过终端5实时查看调控效果，根据脑电数据有针对性地调控脑部深度神经元区。完整的调控流程如说明书附图11所示。
[0071]
本实施例提供了一张神经调控方法，运用波形信号相干涉的原理，实现深度调控脑部神经元区，同时借助采集模块9收集用户脑电数据，根据脑电数据有针对性地进行调控。与现有神经调控技术相比，该方法无需对人体进行任何有创操作即可实现深度调控脑部神经元区，且能有针对性地进行调控，调控范围广、调控效果好，能够广泛应用到家庭，具有很好的市场前景。
[0072]
本发明提供了一种神经调控装置及方法，解决了现有技术普遍存在的体积大、成本高、操作复杂、需要进行开颅等有创操作、无法调控大脑深部神经元区和盲目调控等缺陷，既能无创深度调控大脑深部神经元区，又能有针对性地调控，同时具有体积小、低功耗、便携式、运行成本低、操作简便等特点。
[0073]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
[0074]
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。