针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统、方法及其应用与流程

1.本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及经颅直流电刺激(tdcs)技术领域，具体是指一种针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统及其相应的固件处理方法和刺激仪。


背景技术：

2.经颅直流电刺激(tdcs)是一种无创的神经调控技术，由一个或多个阴极和阳极电极组成，将电极置于头皮表面后，刺激器输出1～2ma的微弱直流电，电流从阳极流动到阴极，形成一个环路。部分电流会被皮肤、颅骨、脑脊液分流，部分电流可到达脑实质，最高2ma持续30分钟的刺激是安全的，可以改变皮层兴奋性和突触可塑性。皮层兴奋性和突出可塑性的改变也是许多精神疾病的病理生理机制之一，因此tdcs可能可以改善多种精神疾病的症状，如睡眠障碍、抑郁症、强迫症、焦虑障碍等。考虑到传统的药物治疗和心理治疗对于精神疾病疗效的局限性，包括tdcs在内的物理干预在精神疾病治疗领域有良好的前景。tdcs常用的刺激靶点包括背外侧前额叶(dlpfc)、眶额皮层(ofc)等。tdcs具有安全、便携、可穿戴、低成本的优势，但由于其治疗周期通常在连续10天以上，时间和人工成本较高，因此使用便携式、自助式的tdcs有助于增加tdcs治疗的可及性，减少往返医疗机构的时间，便利更多有需要的精神疾病患者。同时，精神疾病的病耻感往往造成患者拒绝接受治疗，如能降低治疗设备外观的“医疗设备”属性，也将提升其可接受度。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种自助、便携、低成本的针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统及其相应的固件处理方法和刺激仪。
4.为了实现上述目的，本发明的针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统及其相应的固件处理方法和刺激仪如下：
5.该针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
6.硬件模块，包含微控制单元mcu，所述的微控制单元mcu均与电刺激发生单元、电源管理单元、人机接口、存储单元以及第一通讯单元相连接；
7.固件模块，包含任务处理中心单元，所述的任务处理中心单元均与自检单元、异常记录单元、信息存储单元、刺激输出单元、第二通讯单元以及测量单元相连接；以及
8.移动端app，所述的移动端app用于供使用者控制刺激仪设备的启动以及停止，并根据所述的移动端app提供的症状自测工具进行症状水平评估，或者所述的移动端app导入专业机构测评数据并给出相应的刺激范式推荐；并且使用者能够进行刺激仪设备的刺激模式的自主选择，选择后通过无线通讯设备以自动切换至相应的刺激参数，从而实现症状自
测评估。
9.较佳地，所述的微控制单元mcu用于控制所述的电刺激发生单元产生需要的刺激波形。
10.较佳地，所述的电源管理单元用于为所述的微控制单元mcu以及电刺激发生单元提供必要的电压。
11.较佳地，所述的第一通讯单元包括但不限于无线芯片、usb接口或者串口中的任意一个，且所述的第一通讯单元用于与pc端设备进行交互，接收pc端的指令以进行相应的刺激设置。
12.较佳地，所述的人机接口包括部分按键或者led灯，其中，所述的按键用于调整该刺激仪设备的相关参数信息，所述的led灯用于指示该刺激仪设备的工作状态。
13.较佳地，所述的存储单元用于存储该刺激仪设备的常用信息或者参数信息。
14.较佳地，所述的任务处理中心单元主要用于进行处理通讯指令、刺激输出以及测量功能的执行。
15.较佳地，所述的自检单元用于在该刺激仪设备刚上电时检测各接口是否正常，并配置相应的供电电压以供该刺激仪设备使用。
16.较佳地，所述的异常记录单元负责记录运行时产生的异常信息。
17.较佳地，所述的信息存储单元用于读取或写入监测到的使用者的相应的关键信息。
18.较佳地，所述的刺激输出单元包括选择多组可选刺激程序、开关刺激脉冲输出、调整每一通道的刺激参数以及紧急关闭刺激输出的功能。
19.较佳地，所述的第二通讯单元负责接收来自所述的移动端app的rf/usb数据包，并将所述的rf/usb数据包交由所述的任务处理中心单元，并将处理结果反馈至使用者处。
20.较佳地，所述的测量单元用于负责电池电量、刺激输出电压以及输出阻抗功能的测量处理。
21.该基于上述系统实现针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪进行病症自评的固件处理方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
22.(1)执行电刺激发生单元、人机接口、存储单元、第一通讯单元以及第二通讯单元的初始化处理；
23.(2)进行是否检测到通讯标记的判断处理；
24.(3)根据判断结果进入对应的处理函数中，并根据不同的中断判断结果激活cpu，从而进入喂看门狗的循环处理中。
25.较佳地，所述的步骤(2)具体为：
26.相应单元初始化处理完成后，首先进行喂看门狗处理，进一步进行是否检测到通讯标记的判断处理。
27.较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
28.(3.1)对检测到的通讯标记进行处理，以执行相应的通讯标记事件；
29.(3.2)进入通讯状态自检处理；
30.(3.3)若当前处于timea中断过程，则进行刺激持续时间的设置；若当前处于通讯中断过程，则用于接收移动设备指令；若当前处于其他中断过程，则进行当前使用者所需的
中断操作；
31.(3.4)根据上述步骤(3.3)中的中断处理过程，激活cpu以进入固件模块的循环执行过程中。
32.该用于实现病症自评的便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪，其主要特点是，所述的刺激仪包括上述所述的系统中的各个功能模块以及放置有各个功能模块的电极帽。
33.采用了本发明的该针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统及其相应的固件处理方法和刺激仪，具备以下显著的技术效果：
34.1.使用自助、便携式tdcs仪器有利于提高tdcs的普及性和可接受度，使患者在居家环境，即可自主完成帽式刺激器的佩戴与定位、模式选择等操作，避免了反复往返医疗机构进行治疗带来的时间与经济成本。
35.2.根据手机端软件的症状自评(均具有自主知识产权的评估方法)结果或自主输入专业机构的心理评估结果来智能化推荐、选定和切换不同精神症状刺激模式，将多种精神症状的tdcs治疗集成于一台设备，增加了其适用范围。
36.3.本设备基于大量临床研究已经在刺激器端内置多种优化的刺激模式，且可根据最新的循证研究结果不定期更新刺激模式，实现智能化和自助式的干预；同时也保留在手机端的自主设置功能，允许精神科专业人员的指导使用。
37.4.头部刺激器采用帽式设计，即方便操作、美观，又降低传统刺激器可能带来的“病耻感”，使用者更容易接受。
附图说明
38.图1为本发明的硬件模块的结构示意图。
39.图2为本发明的无线通讯过程的示意图。
40.图3为本发明的固件模块的结构示意图。
41.图4为本发明的实现针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪进行病症自评的固件处理方法的流程图。
42.图5为本发明的电极帽的各个电极名称及对应的位置关系示意图。
具体实施方式
43.为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
44.在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，在下文中，第一和第二之类的关系术语仅仅用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
45.请参阅图1和图2所示，该针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统，其中，所述的系统包括：
46.硬件模块，包含微控制单元mcu，所述的微控制单元mcu均与电刺激发生单元、电源
管理单元、人机接口、存储单元以及第一通讯单元相连接；
47.固件模块，包含任务处理中心单元，所述的任务处理中心单元均与自检单元、异常记录单元、信息存储单元、刺激输出单元、第二通讯单元以及测量单元相连接；以及
48.移动端app，所述的移动端app用于供使用者控制刺激仪设备的启动以及停止，并根据所述的移动端app提供的症状自测工具进行症状水平评估，或者所述的移动端app导入专业机构测评数据并给出相应的刺激范式推荐；并且使用者能够进行刺激仪设备的刺激模式的自主选择，选择后通过无线通讯设备以自动切换至相应的刺激参数，从而实现症状自测评估。
49.作为本发明的优选实施方式，所述的微控制单元mcu用于控制所述的电刺激发生单元产生需要的刺激波形。
50.作为本发明的优选实施方式，所述的电源管理单元用于为所述的微控制单元mcu以及电刺激发生单元提供必要的电压。
51.作为本发明的优选实施方式，所述的第一通讯单元包括但不限于无线芯片、usb接口或者串口中的任意一个，且所述的第一通讯单元用于与pc端设备进行交互，接收pc端的指令以进行相应的刺激设置。
52.作为本发明的优选实施方式，所述的人机接口包括部分按键或者led灯，其中，所述的按键用于调整该刺激仪设备的相关参数信息，所述的led灯用于指示该刺激仪设备的工作状态。
53.作为本发明的优选实施方式，所述的存储单元用于存储该刺激仪设备的常用信息或者参数信息。
54.作为本发明的优选实施方式，所述的任务处理中心单元主要用于进行处理通讯指令、刺激输出以及测量功能的执行。
55.作为本发明的优选实施方式，所述的自检单元用于在该刺激仪设备刚上电时检测各接口是否正常，并配置相应的供电电压以供该刺激仪设备使用。
56.作为本发明的优选实施方式，所述的异常记录单元负责记录运行时产生的异常信息。
57.作为本发明的优选实施方式，所述的信息存储单元用于读取或写入监测到的使用者的相应的关键信息。
58.作为本发明的优选实施方式，所述的刺激输出单元包括选择多组可选刺激程序、开关刺激脉冲输出、调整每一通道的刺激参数以及紧急关闭刺激输出的功能。
59.作为本发明的优选实施方式，所述的第二通讯单元负责接收来自所述的移动端app的rf/usb数据包，并将所述的rf/usb数据包交由所述的任务处理中心单元，并将处理结果反馈至使用者处。
60.作为本发明的优选实施方式，所述的测量单元用于负责电池电量、刺激输出电压以及输出阻抗功能的测量处理。
61.该基于上述系统实现针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪进行病症自评的固件处理方法，其中，所述的方法包括以下步骤：
62.(1)执行电刺激发生单元、人机接口、存储单元、第一通讯单元以及第二通讯单元的初始化处理；
63.(2)进行是否检测到通讯标记的判断处理；
64.(3)根据判断结果进入对应的处理函数中，并根据不同的中断判断结果激活cpu，从而进入喂看门狗的循环处理中。
65.作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)具体为：
66.相应单元初始化处理完成后，首先进行喂看门狗处理，进一步进行是否检测到通讯标记的判断处理。
67.作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
68.(3.1)对检测到的通讯标记进行处理，以执行相应的通讯标记事件；
69.(3.2)进入通讯状态自检处理；
70.(3.3)若当前处于timea中断过程，则进行刺激持续时间的设置；若当前处于通讯中断过程，则用于接收移动设备指令；若当前处于其他中断过程，则进行当前使用者所需的中断操作；
71.(3.4)根据上述步骤(3.3)中的中断处理过程，激活cpu以进入固件模块的循环执行过程中。
72.该用于实现病症自评的便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪，其中，所述的刺激仪包括上述所述的系统中的各个功能模块以及放置有各个功能模块的电极帽。
73.在本发明的一具体实施方式中，请参阅图1所示，电刺激仪内部的硬件模块的结构框图如附图1所示，其主要功能模块为电刺激发生单元，还有电源管理单元、第一通讯单元、存储单元和人机接口模块等附属功能模块。
74.1)mcu作为控制单元，能控制电刺激发生单元产生需要的刺激波形；
75.2)电源管理单元为mcu提供必要的电压，也为电刺激发生单元提供必要的电压；
76.3)第一通讯单元可为无线芯片或usb接口、串口等设备，主要用于与pc交互，接收pc端的指令进行相应的刺激设置；
77.4)电刺激发生单元：可为一块刺激芯片或设计的电路，若为刺激芯片，其可包括电源管理寄存器、恒流刺激模块、恒压刺激模块、脉冲控制单元、片选开关、通讯控制引脚，电极间测量电路等；
78.5)存储单元用于存储该设备常用信息，或参数信息；
79.6)人机接口：可由部分按键或led灯构成，按键可用于调整参数，led灯可用于指示工作状态。
80.在本发明的一具体实施方式中，本技术方案的无线通讯方式如图2所示：
81.电刺激仪由移动设备控制，以电极帽的形式进行使用，主要是由电刺激仪的硬件部分，通过电极连接头套，并戴在患者头上，用移动设备控制电刺激设备进行刺激脉冲的输出。
82.1)电极帽包含头套、电极及附图1中所示的电刺激仪的硬件部分。电极的设定参照10
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20国际标准导联系统，头套上标有前、后、左、右四个标定点，前标定点对应fpz电极点，后标定点对应oz电极点，左标定点对应m1电极点，右标定点对应m2电极点，电极点位置及对应名称见附图5。佩戴时使前后标定点的连线与使用者眉心和枕骨的连线重合，左右标定点的连线与使用者左右耳廓最上方的连线重合。电刺激仪可采用电池供电，在典型刺激2ma下，该设备能工作不少于30分钟。
83.2)使用时，移动设备(手机或者其他手持类设备)上位机软件通过无线频段给电刺激设备发送命令，电刺激设备接收到命令后，可依据命令将相应的刺激信号发送到电极，由电极输出到头套上，头套戴在使用者头上。使用者可根据症状类型，如睡眠障碍、焦虑症状、抑郁症状、强迫症状等选择对应的模式。
84.在本发明的一具体实施方式中，固件模块为电刺激仪中的硬件模块相应的固件程序，固件程序也按照其硬件框架，进行了相应的模块化设计，其相对应的固件模块如附图3所示。
85.1)任务处理中心：核心模块。处理通讯指令、刺激输出、测量等功能的执行；
86.2)第二通讯单元：负责接收来自控制软件的rf/usb数据包，交由任务处理中心，并将处理结果反馈出去；
87.3)电刺激输出单元：包含选择多组可选刺激程序、开关刺激脉冲输出、调整每一通道的刺激参数、紧急关闭刺激输出等功能；
88.4)信息存储单元：读取或写入关键信息，包括病人信息、医院信息；
89.5)测量单元：负责电池电量、刺激输出电压、输出阻抗等测量；
90.6)异常记录单元：负责记录运行时产生的异常信息；
91.7)自检单元：用于刚上电时检测各接口是否正常，并配置相应的供电电压。
92.在本发明的一具体实施方式中，所述的实现针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪进行病症自评的固件处理方法，其具体执行过程如图4所示：
93.第一步进行初始化，初始化包括电刺激发生模块的硬件初始化(使其处于准备状态)，存储单元的初始化、人机接口的初始化(电源指示灯，设备已准备指示灯灯)，通讯初始化(使其进入能够被移动设备搜索到的状态)；然后进入循环状态，若收到移动设备的指令，其会进入指令的处理函数中(指令包含电刺激参数的查询、设置，电刺激仪的固件版本，最近使用的电刺激参数等)，例如，收到设置电刺激参数，则其会根据指令对电刺激模块进行设置，使其输出相应的电刺激波形。其它状态下，其会进行喂看门狗(防止固件程序跑飞)，检测通讯状态等操作。timea中断，可用于电刺激持续时间的设置，可设定电刺激刺激时长，若设定刺激1分钟，时间到后，会触发中断，由中断函数进行刺激关闭操作。通讯中断，用于接收移动设备指令，若发生中断，表面通讯模块收到外部信息，需要对信息进行读取和解析。其他中断，可包含按键中断，如刺激过程中发生不适，可通过物理按键直接中断固件，让固件直接停止刺激输出。
94.在本发明的一具体实施方式中，所述的通过移动端app，使用者可以控制电刺激设备的启动和停止，并显示刺激的时间进程。此外，使用者可根据app提供的症状自测工具进行症状水平评估(如睡眠症状、焦虑症状、抑郁症状、强迫症状等)，或导入专业机构测评数据，app将给出相应的刺激范式推荐，使用者也可进行刺激模式的自主选择；选择后通过无线通讯设备可自动切换至相应的刺激参数。
95.下面给出本发明的一具体应用实例：
96.1.帽式刺激器佩戴：佩戴时使前后标定点的连线与使用者眉心和枕骨的连线重合，左右标定点的连线与使用者左右耳廓最上方的连线重合。
97.2.模式选择：使用者可根据app提供的症状自测工具进行症状水平评估(如睡眠症状、焦虑症状、抑郁症状、强迫症状等)，或导入专业机构测评数据，app将给出相应的刺激范
式推荐，使用者也可进行刺激模式的自主选择。
98.3.移动设备(手机或者其他手持类设备)上位机软件模式选定后，通过无线频段给电刺激设备发送命令，电刺激设备接收到命令，进一步可依据命令将相应的刺激信号发送到电极，由电极输出到头套上。
99.4.接收到命令后，首先进行初始化，初始化包括电刺激发生单元的硬件初始化(使其处于准备状态)，存储单元的初始化、人机接口的初始化(电源指示灯，设备已准备指示灯灯)，通讯初始化(使其进入能够被移动设备搜索到的状态)；然后进入循环状态，若收到移动设备的指令，其会进入指令的处理函数中(指令包含电刺激参数的查询、设置，电刺激仪的固件版本，最近使用的电刺激参数等)，例如，收到设置电刺激参数，则其会根据指令对电刺激单元进行设置，使其输出相应的电刺激波形。其它状态下，其会进行喂看门狗(防止固件程序跑飞)，检测通讯状态等操作。timea中断，可用于电刺激持续时间的设置，可设定电刺激刺激时长，若设定刺激1分钟，时间到后，会触发中断，由中断函数进行刺激关闭操作。通讯中断，用于接收移动设备指令，若发生中断，表面通讯模块收到外部信息，需要对信息进行读取和解析。其他中断，可包含按键中断，如刺激过程中发生不适，可通过物理按键直接中断固件，让固件直接停止刺激输出。
100.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
101.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。
102.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成的，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
103.此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
104.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
105.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施例”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、材料或者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。
106.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。
107.采用了本发明的该针对便携头戴式智能自助经颅直流电刺激仪实现病症自评的系统及其相应的固件处理方法和刺激仪，具备以下显著的技术效果：
108.1.使用自助、便携式tdcs仪器有利于提高tdcs的普及性和可接受度，使患者在居家环境，即可自主完成帽式刺激器的佩戴与定位、模式选择等操作，避免了反复往返医疗机构进行治疗带来的时间与经济成本。
109.2.根据手机端软件的症状自评(均具有自主知识产权的评估方法)结果或自主输入专业机构的心理评估结果来智能化推荐、选定和切换不同精神症状刺激模式，将多种精神症状的tdcs治疗集成于一台设备，增加了其适用范围。
110.3.本设备基于大量临床研究已经在刺激器端内置多种优化的刺激模式，且可根据最新的循证研究结果不定期更新刺激模式，实现智能化和自助式的干预；同时也保留在手机端的自主设置功能，允许精神科专业人员的指导使用。
111.4.头部刺激器采用帽式设计，即方便操作、美观，又降低传统刺激器可能带来的“病耻感”，使用者更容易接受。
112.在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。