阅读说明：本技术 一种经颅直流电刺激装置及数据处理方法 (Transcranial direct current stimulation device and data processing method ) 是由 侯景明 唐颖 陈翰 邓维维 颜如冰 刘宏亮 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于经颅直流电刺激技术领域,公开了一种经颅直流电刺激装置及数据处理方法,所述经颅直流电刺激装置包括：供电模块、电流检测模块、脑电波检测模块、主控模块、电流调节模块、电刺激模块、参数调节模块、优化模块、显示模块。本发明通过参数调节模块可以简化电刺激参数的调节过程,提高调节电刺激参数的实时性；同时,通过优化模块使用体感电刺激脑机接口脑电信号的时域信息,对特征信号进行选择和优化,可实现对特定任务最相关信号的选择和优化方便简化脑机接口系统,有利于体感电刺激脑机接口在实际中的推广应用,适用范围广泛,操作简单；有利于提取准确的特征信号,提高脑机接口系统性能。(The invention belongs to the technical field of transcranial direct current stimulation, and discloses a transcranial direct current stimulation device and a data processing method, wherein the transcranial direct current stimulation device comprises: the device comprises a power supply module, a current detection module, a brain wave detection module, a main control module, a current regulation module, an electrical stimulation module, a parameter regulation module, an optimization module and a display module. The invention can simplify the adjusting process of the electrical stimulation parameters through the parameter adjusting module and improve the real-time property of adjusting the electrical stimulation parameters; meanwhile, the optimization module selects and optimizes the characteristic signals by using the time domain information of the somatosensory electrical stimulation brain-computer interface electroencephalogram signals, so that the selection and optimization of the most relevant signals of a specific task can be realized, the brain-computer interface system is convenient to simplify, the popularization and application of the somatosensory electrical stimulation brain-computer interface in practice are facilitated, the application range is wide, and the operation is simple; the method is beneficial to extracting accurate characteristic signals and improving the performance of the brain-computer interface system.)

一种经颅直流电刺激装置及数据处理方法

技术领域

本发明属于经颅直流电刺激技术领域，尤其涉及一种经颅直流电刺激装置及数据处理方法。

背景技术

经颅微电流刺激疗法(Cranialelectrotherapystimulation，简称CES)，是一种与传统药物治疗、电抽搐治疗完全不同的治疗方法，是通过低强度微量电流刺激大脑，改变患者大脑异常的脑电波，促使大脑分泌一系列与焦虑、抑郁、失眠等疾病存在密切联系的神经递质和激素，以此实现对这些疾病的治疗。然而，现有经颅直流电刺激装置需要依赖专业人员针对改变之后的状态设置新的电刺激参数，实现电刺激参数调节，使调节电刺激参数的复杂度高，实时性差；同时，脑机接口常常需要采集多个导联的数据，由于过多的导联增加了大量冗余信息，也增加了计算的复杂度。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有经颅直流电刺激装置需要依赖专业人员针对改变之后的状态设置新的电刺激参数，实现电刺激参数调节，使调节电刺激参数的复杂度高，实时性差；同时，脑机接口常常需要采集多个导联的数据，由于过多的导联增加了大量冗余信息，也增加了计算的复杂度。

同时现有刺激装置无安全保护措施，所有参数均为人工设定，主观性强。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种经颅直流电刺激装置及数据处理方法。

本发明是这样实现的，一种经颅直流电刺激装置的数据处理方法，所述经颅直流电刺激装置的数据处理方法包括：

第一步，为经颅直流电刺激装置供电；利用电路表检测经颅直流电刺激装置电流数据；利用脑电检测器检测患者脑电波数据；基于检测到的脑电波数据自动设定电刺激参数；

第二步，利用调节电路调节经颅直流电刺激的电流大小；

第三步，利用电极贴片贴敷大脑对大脑进行电刺激操作，当电流急剧变大或电极贴片未能与大脑贴敷时，装置自动中断；

第四步，利用调节器对电刺激进行参数调节操作；

第五步，利用优化程序对电刺激脑机接口中特征信号进行优化处理；

第六步，利用显示器显示检测的电流、脑电波数据。

进一步，所述利用调节器对电刺激进行参数调节操作方法如下：

(1)通过调节器接收终端发送的斜率参数；若所述斜率参数小于或者等于所述第二调节阈值，且大于或者等于所述第一调节阈值的相反数，则保持所述电刺激装置的电刺激参数不变。

其中，所述斜率参数表征第一用户在监测时段的各个统计时段中处于特定状态的时长变化趋势；所述监测时段为第一用户接受电刺激过程中的时段。

(2)若所述斜率参数为负值，且所述斜率参数的绝对值大于第一调节阈值，则将所述电刺激装置的脉冲幅度调小第一设定比例；和/或,将所述电刺激装置的脉冲占空比调小第二设定比例。

(3)若所述斜率参数为正值，且所述斜率参数的绝对值大于第二调节阈值，则将所述电刺激装置的脉冲幅度调大所述第一设定比例；和/或,将所述电刺激装置的脉冲占空比调大所述设定比例。

进一步，所述利用优化程序对电刺激脑机接口中特征信号进行优化处理的优化方法如下：

1)通过优化程序采用样条插值法对采集到的体感电刺激脑机接口的脑电信号进行时域分析，选择波形幅值明显且潜伏期恒定的事件相关电位成分，作为体感电刺激脑机接口中的有效特征信号；

2)对采集体感电刺激脑机接口脑电数据进行脑电采集导联筛选；

3)对筛选出的若干导联通道的脑电信号，按通道进行同步平均后得到不同时刻下的脑电地形图并进行脑电地形图分析，选择特征信号明显的时间窗作为最优时间窗；

4)将采集到的体感电刺激脑机接口的脑电信号，按步骤1)进行有效特征信号的选择，选择与步骤2)筛选的到连通道对应的脑电信号，根据步骤3)得到的最优时间窗对数据进行截取，从而完成特征提取；

5)采用交叉验证的步进式线性判别分类器，对步骤4)得到的特征数据进行分类，获得分类正确率。

进一步，通过优化程序采用样条插值法对采集到的体感电刺激脑机接口的脑电信号进行时域分析，选择波形幅值明显且潜伏期恒定的事件相关电位成分，作为体感电刺激脑机接口中的有效特征信号具体包括：

首先，将采集到的多导联体感电刺激脑机接口的脑电信号，通过离线计算去除眼电伪迹和肌电伪迹；按照诱发电位时域特点，选择最优时间段进行数据分段；选取合适的刺激前数据段作为参考，进行基线校正；

然后，进行基于频域的滤波；将脑电数据段进行叠加平均，计算事件相关电位，通过样条插值法计算，显示目标刺激下的头皮电位地形图；

最后，选择潜伏期恒定且幅值明显的ERP成分作为特征信号。

本发明的另一目的在于提供一种执行所述经颅直流电刺激装置的数据处理方法的经颅直流电刺激装置，所述经颅直流电刺激装置包括：

供电模块，与主控模块连接，用于为经颅直流电刺激装置供电；

电流检测模块，与主控模块连接，用于通过电路表检测经颅直流电刺激装置电流数据；

脑电波检测模块，与主控模块连接，用于通过脑电检测器检测患者脑电波数据；

主控模块，与供电模块、电流检测模块、脑电波检测模块、电流调节模块、电刺激模块、参数调节模块、优化模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

电流调节模块，与主控模块连接，用于通过调节电路调节经颅直流电刺激的电流大小；

电刺激模块，与主控模块连接，用于通过电极贴片贴敷大脑对大脑进行电刺激操作；

参数调节模块，与主控模块连接，用于通过调节器对电刺激进行参数调节操作；

优化模块，与主控模块连接，用于通过优化程序对电刺激脑机接口中特征信号进行优化处理；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测的电流、脑电波数据。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述经颅直流电刺激装置的数据处理方法的信息数据处理终端。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过参数调节模块可以从终端获得第一用户在监测时段其特定状态对应的斜率参数，依据表征第一用户在监测时段各个统计时段中处于特定状态的时长变化趋势的斜率参数对为第一用户进行电刺激的电刺激装置进行自适应调节，使电刺激装置发出的刺激动作可以依据第一用户在监测时段的特定状态特征进行调整，使上述刺激动作更具针对性，可以简化电刺激参数的调节过程，提高调节电刺激参数的实时性；同时，通过优化模块使用体感电刺激脑机接口脑电信号的时域信息，对特征信号进行选择和优化，可实现对特定任务最相关信号的选择和优化方便简化脑机接口系统，有利于体感电刺激脑机接口在实际中的推广应用，适用范围广泛，操作简单；有利于提取准确的特征信号，提高脑机接口系统性能。

本发明基于采集的脑电波数据自动生成相应刺激参数，生成数据的依据性和客观性强，保证了治疗的准确性和安全性；同时当电流急剧变大或电极贴片未能与大脑贴敷时自动中断装置，有效保证了人体生命安全，提高了装置的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的经颅直流电刺激装置的数据处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的经颅直流电刺激装置结构框图。

图2中：1、供电模块；2、电流检测模块；3、脑电波检测模块；4、参数设定模块；5、主控模块；6、电流调节模块；7、电刺激模块；8、参数调节模块；9、优化模块；10、中断控制模块；11、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的经颅直流电刺激装置的数据处理方法包括以下步骤：

步骤S101，为经颅直流电刺激装置供电；利用电路表检测经颅直流电刺激装置电流数据；利用脑电检测器检测患者脑电波数据；基于检测到的脑电波数据自动设定电刺激参数。

步骤S102，利用调节电路调节经颅直流电刺激的电流大小。

步骤S103，利用电极贴片贴敷大脑对大脑进行电刺激操作，当电流急剧变大或电极贴片未能与大脑贴敷时，装置自动中断。

步骤S104，利用调节器对电刺激进行参数调节操作。

步骤S105，利用优化程序对电刺激脑机接口中特征信号进行优化处理。

步骤S106，利用显示器显示检测的电流、脑电波数据。

步骤S104中，本发明实施例提供的调节方法如下：

(1)通过调节器接收终端发送的斜率参数；若所述斜率参数小于或者等于所述第二调节阈值，且大于或者等于所述第一调节阈值的相反数，则保持所述电刺激装置的电刺激参数不变。

其中，所述斜率参数表征第一用户在监测时段的各个统计时段中处于特定状态的时长变化趋势；所述监测时段为第一用户接受电刺激过程中的时段。

(2)若所述斜率参数为负值，且所述斜率参数的绝对值大于第一调节阈值，则将所述电刺激装置的脉冲幅度调小第一设定比例；和/或,将所述电刺激装置的脉冲占空比调小第二设定比例。

(3)若所述斜率参数为正值，且所述斜率参数的绝对值大于第二调节阈值，则将所述电刺激装置的脉冲幅度调大所述第一设定比例；和/或,将所述电刺激装置的脉冲占空比调大所述设定比例。

步骤S105中，本发明实施例提供的优化方法如下：

1)通过优化程序采用样条插值法对采集到的体感电刺激脑机接口的脑电信号进行时域分析，选择波形幅值明显且潜伏期恒定的事件相关电位成分，作为体感电刺激脑机接口中的有效特征信号；

2)对采集体感电刺激脑机接口脑电数据进行脑电采集导联筛选；

3)对筛选出的若干导联通道的脑电信号，按通道进行同步平均后得到不同时刻下的脑电地形图并进行脑电地形图分析，选择特征信号明显的时间窗作为最优时间窗；

4)将采集到的体感电刺激脑机接口的脑电信号，按步骤1)进行有效特征信号的选择，选择与步骤2)筛选的到连通道对应的脑电信号，根据步骤3)得到的最优时间窗对数据进行截取，从而完成特征提取；

5)采用交叉验证的步进式线性判别分类器，对步骤4)得到的特征数据进行分类，获得分类正确率；

步骤1)中，本发明实施例提供的通过优化程序采用样条插值法对采集到的体感电刺激脑机接口的脑电信号进行时域分析，选择波形幅值明显且潜伏期恒定的事件相关电位成分，作为体感电刺激脑机接口中的有效特征信号具体包括：

首先，将采集到的多导联体感电刺激脑机接口的脑电信号，通过离线计算去除眼电伪迹和肌电伪迹；按照诱发电位时域特点，选择最优时间段进行数据分段；选取合适的刺激前数据段作为参考，进行基线校正；

然后，进行基于频域的滤波；将脑电数据段进行叠加平均，计算事件相关电位，通过样条插值法计算，显示目标刺激下的头皮电位地形图；

最后，选择潜伏期恒定且幅值明显的ERP成分作为特征信号。

如图2所示，本发明实施例提供的经颅直流电刺激装置包括：供电模块1、电流检测模块2、脑电波检测模块3、参数设定模块4、主控模块5、电流调节模块6、电刺激模块7、参数调节模块8、优化模块9、中断控制模块10、显示模块11。

供电模块1，与主控模块4连接，用于为经颅直流电刺激装置供电；

电流检测模块2，与主控模块4连接，用于通过电路表检测经颅直流电刺激装置电流数据；

脑电波检测模块3，与主控模块4连接，用于通过脑电检测器检测患者脑电波数据；

参数设定模块4，与主控模块5连接，用于基于脑电波检测模块3检测的脑电波数据自动设定电刺激参数；

主控模块5，与供电模块1、电流检测模块2、脑电波检测模块3、参数设定模块4、电流调节模块6、电刺激模块7、参数调节模块8、优化模块9、中断控制模块10、显示模块11连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

电流调节模块6，与主控模块5连接，用于通过调节电路调节经颅直流电刺激的电流大小；

电刺激模块7，与主控模块5连接，用于通过电极贴片贴敷大脑对大脑进行电刺激操作；

参数调节模块8，与主控模块5连接，用于通过调节器对电刺激进行参数调节操作；

优化模块9，与主控模块5连接，用于通过优化程序对电刺激脑机接口中特征信号进行优化处理；

中断控制模块10：与主控模块5连接，用于当电流急剧变大或电极贴片未能与大脑贴敷时对装置进行中断处理；

显示模块11，与主控模块5连接，用于通过显示器显示检测的电流、脑电波数据。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。