一种高精度神经电刺激设备及其控制方法与流程

本发明涉及脑神经调控领域，具体而言，涉及一种高精度神经电刺激设备及其控制方法。

背景技术：

1、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。

2、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。为了对电活动紊乱的神经环路进行调控，科学家们研发出了神经调控技术，即利用一种有创或者无创的手段，调控大脑的电活动，从而实现调节大脑状态的目的。目前，可以用于神经环路调控的技术包括自然刺激、药物干预、电、磁、力刺激等，本质上都是改变神经网络的电活动。在这之中，自然刺激最容易使患者接受，极少副作用，但效果甚微；药物干预使用最为广泛，但其影响神经环路的方式是间接的，并伴随副作用较大；电、磁、力刺激作用较为直接，尤其是通过外部非侵入式的施加刺激干预，能够减轻患者的痛苦。目前，无创经颅电刺激(transcranial electricalstimulation,tes)因其无创性、方便性而广泛运用于神经调控领域中，成为认知神经科学、脑科学研究，精神疾病治疗的主要手段之一，并且结合神经影像学技术，如磁共振成像(fmri)、脑电图(eeg)、脑磁图(meg)等技术，可以实现更加精准、高效的调控。然而，传统的无创经颅电刺激通过一对刺激电极，形成电流环路，作用于大脑皮层，但是因为电场分布不均，对于神经环路的调控效率还有待提高。高精度经颅电刺激引入了辅助电极和中心电极的定义，将多个辅助电极布置在中心电极的周围，电流在辅助电极和中心电极之间流动，流动方向和电场分布可控，作用点相比于传统的经颅电刺激更聚焦，调控效率更高。

3、然而，现有技术往往只能实现固定形态的电刺激，如1x4或4x1实现的高精度电极只有四个，并且方式单一，可扩展性不强，无法满足复杂的场景应用需求。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的问题，本发明提供了一种高精度神经电刺激设备及其控制方法。具体方案如下：

2、一种高精度神经电刺激设备，包括可穿戴支撑装置、主控模块、刺激模块、交互模块、以及用于供电的电源模块，所述可穿戴支撑装置上集成有x个通道的刺激电极；其中，x＞2；

3、各刺激电极连接所述刺激模块，用于将电刺激信号作用于大脑皮层；

4、所述交互模块，用于接收用户指令以实现用户交互；

5、所述主控模块分别连接所述电源模块、所述交互模块和所述刺激模块，用于接收来自所述交互模块的指令，及驱动所述刺激模块输出电刺激信号；

6、所述刺激模块，用于输出高精度的电刺激信号给到各刺激电极，并通过预设的通道控制模块，使各刺激电极按照阴极、阳极、电极悬空三种形态组合成m×n的高精度电刺激；

7、其中，m表示中心电极的数量，n表示辅助电极的数量，m和n均大于零，且m+n≤x。

8、在一个具体实施例中，还包括智能终端和通信模块；

9、所述智能终端通过所述通信模块与所述主控模块建立通信连接，用于向所述主控模块下发指令。

10、在一个具体实施例中，所述刺激模块输出的电刺激信号的极性可调；

11、所述电刺激信号包括直流信号、交流信号、脉冲信号、随机噪声信号或伪刺激信号。

12、在一个具体实施例中，针对9个通道的刺激电极，所述高精度电刺激的形式包括3×3阵列式，在3×3阵列式中具体包括：

13、9个刺激电极划分为阴极和阳极，按照3×3行列式的格式排列，组合成1×8的高精度电刺激；

14、或，5个刺激电极划分为阴极和阳极，结合4个电极悬空，按照3×3行列式的格式排列，组合成1×4的高精度电刺激。

15、在一个具体实施例中，“9个刺激电极划分为阴极和阳极”具体包括：

16、9个刺激电极划分为8个阴极和1个阳极，以阳极为中心环绕8个阴极，形成3×3行列式；

17、或，9个刺激电极划分为1个阴极和8个阳极，以阴极为中心环绕8个阳极，形成3×3行列式；

18、在一个具体实施例中，“5个刺激电极划分为阴极和阳极，结合4个电极悬空”具体包括：

19、5个刺激电极划分为4个阴极和1个阳极，以阳极为中心环绕4个阴极构建出一个十字结构，以阳极为中心环绕4个悬空的电极构建出另一个十字结构；

20、或，5个刺激电极划分为1个阴极和4个阳极，以阴极为中心环绕4个阳极构建出一个十字结构，以阴极为中心环绕4个悬空的电极构建出另一个十字结构。

21、在一个具体实施例中，针对9个通道的刺激电极，所述高精度电刺激的形式还包括由两个十字结构连接而成的双十字式；

22、所述双十字式具体包括：

23、9个刺激电极划分为7个阴极和2个阳极，2个阳极作为每个十字结构的中心，每个阳极周围环绕4个阴极，两个十字结构通过一个阴极连接，组合成2×7的高精度电刺激；

24、或，9个刺激电极划分为2个阴极和7个阳极，2个阴极作为每个十字结构的中心，每个阴极周围环绕4个阳极，两个十字结构通过一个阳极连接，组合成2×7的高精度电刺激。

25、在一个具体实施例中，所述刺激模块中设置有多个双极性电源的恒流源电路，每个恒流源电路中包含一个高精度可调电阻，以实现电流的灵活调节。

26、在一个具体实施例中，所述智能终端用于生成触发信号并通过所述通信模块传输给所述主控模块，所述主控模块用于根据触发信号调节所述刺激模块的运行；

27、和/或，所述智能终端用于生成刺激信号序列并通过所述通信模块传输给所述主控模块，所述主控模块用于根据刺激信号序列输出相应类型的电刺激信号。

28、在一个具体实施例中，所述通道控制模块包括多个多路选择器，每个多路选择器连接所述主控模块，用于实现各个通道电极状态的通断。

29、一种高精度神经电刺激设备的控制方法，用于控制上述任一项所述的高精度神经电刺激设备，包括如下步骤：

30、用户通过交互模块下发指令；

31、通过主控模块接收来自所述交互模块的指令，根据指令驱动所述刺激模块输出电刺激信号；

32、在所述刺激模块中，通过预设的通道控制模块，使各刺激电极按照阴极、阳极、电极悬空三种形态组合成m×n的高精度电刺激，输出高精度的电刺激信号给到各刺激电极；其中，m表示中心电极的数量，n表示辅助电极的数量，m和n均大于零，且m+n≤x；其中，x＞2；

33、x个通道的刺激电极输出电刺激信号至用户大脑皮层。

34、在一个具体实施例中，还包括：

35、智能终端生成触发信号并通过通信模块传输给所述主控模块，所述主控模块根据触发信号调节所述刺激模块的运行；

36、所述智能终端生成刺激信号序列并通过所述通信模块传输给所述主控模块，所述主控模块用于根据刺激信号序列输出相应类型的电刺激信号。

37、有益效果：

38、本发明提供了一种高精度神经电刺激设备及其控制方法，在传统经颅电刺激技术的基础上，通过改进刺激电路，使通道状态灵活可调，实现了灵活调节的高精度电刺激，并且刺激效果更加明显、刺激部位更加精准。高精度电极的组合方式多样，具有极强的可扩展性，可以满足复杂的场景应用需求。

39、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。