[发明专利]一种经颅直流电刺激的电流强度动态调节系统

说明书

本发明公开了一种经颅直流电刺激的电流强度动态调节系统，包括：在封装内部的微控处理器、恒流源模块、电流检测模块、过流保护电路、升压电路、供电模块，在封装外接触屏控制面板、系统电源开关、刺激电极插孔、电池充电口。在此系统中通过电流检测模块将实时电流强度转化成模拟电压信号，并反馈给微控处理器，由微控处理器内部通过模数转化器将模拟信号采集成数字信号，再通过PID‑VI(Proportional‑Integral‑Derivative Value Iteration)算法程序，将刺激电流强度实际值与期望值相比较，并以此误差来纠正和整定控制恒流源的输出电流大小，使得实际值与预期理想值逼近。通过实时检测，及时反馈，不断修正，快速迭代使得实际值逼近并稳定在理想值附近。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种用于经颅直流电刺激的电流强度动态调节方法，主要应用于精准无创电刺激诊疗领域。

技术背景

经颅电刺激能够以调制大脑内源性振荡，诱发特定频率的活动变化，随后通过神经元可塑性诱导突触变化，对大脑振荡活动提供后调制效应。经颅电刺激是诱导神经可塑性和调节皮质功能的理想选择。目前，经颅电刺激作为一种通过施加微弱的电场来调节内在神经震荡的方法已引起越来越多的关注。但随着电刺激技术的发展，人们发现传统的经颅电刺激技术存在着不可忽视的缺点。对于传统电刺激设备而言，采用恒流源近似理想恒流源提供刺激电流。但因每个人自身阻抗和刺激位置的电阻不一样，与恒流源内阻相比，后者无法做到相对而言的无穷大。并且随着外部刺激，神经元活动，引起汗液分泌，血液循环加快等，会造成皮肤导电率显著变化。人体自身阻抗变化范围在1000-100000欧姆，且电极与头皮接触面阻抗极不稳定。故此恒流源受到外部负载变化影响，导致这样的电刺激设备中的恒流源并不能作为理想恒流源使用，输出的刺激电流和预期理想值存在很大的差异，从造成刺激效果不佳。所以优化电刺激系统对于这项技术未来更多的应用起着至关重要的作用。其中电流强度动态调节是诸多优化方案之一。

现有专利提供的经颅直流电刺激设备存在输出电流不稳定的缺点，实际刺激电流与期望值相差很大，导致刺激效果不佳。如专利号为201611024708.6的专利文件虽然能够实时监测刺激电流强度，提供安全保障，但缺乏对实际实时刺激电流的快速调节，人体阻抗的动态变化导致刺激电流不稳定，恒流刺激性能差，无法达到期望刺激的要求，严重影响治疗效果。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种经颅直流电刺激的电流强度动态调节系统，可根据个人阻抗和电极位置实时调节稳定电刺激的电流强度，优化刺激效果。

为了达到上述效果，本发明技术方案为一种经颅电刺激的电流强度动态调节系统，包括：控制面板、微控处理器、电流检测模块、恒流源模块、刺激电极、系统指示灯和电源模块；

所述控制面板输出信号给微控处理器，控制面板用于设置电流参数，微控处理器接收电流参数并输出控制信号；微控处理器输出控制信号给恒流源模块和系统指示灯；恒流源模块再通过电流检测模块连接刺激电极，电流检测模块将检测到的电流信号输出给微控处理器；电源模块为动态调节系统供电；

所述微控处理器包括：寄存器和PID-VI模块，寄存器用于存储控制面板输出的控制信号；PID-V模块接收电流检测模块检测到的电流信号，并根据该信号产生对恒流源模块的控制信号；系统指示灯用于展示动态调节系统的工作状态；

所述恒流源模块包括：电压控制电流源和信号源，信号源提供参考电流，电压控制电流源通过PID-VI模块输出的控制信号控制恒流源输出电流，PID-VI模块输出的控制信号为电压信号；

所述的值迭代(VI)算法是解决动态系统稳定问题的一个关键算法，为利用自适应机制控制理论中的技术来修正、加速人体电刺激动态系统稳定。VI通过对价值或行动价值函数的当前近似值(即V_k+1←T^πV_k)，反复应用贝尔曼算子找到贝尔曼算子T^π或贝尔曼最优算子T^*的固定点。