具有个性化人体阻抗检测的便携式经颅直流电刺激系统设计

发布时间：2020-05-19 08:36

【摘要】：经颅直流电刺激(tDCS)是一种非侵入性神经刺激技术,它通过电极将特定的、低强度电流作用于特定脑区,来达到调节大脑皮层神经活动的目的。其便携、无损伤、低成本、安全的特点使这项技术成为一项很有发展前景的脑刺激技术。目前国外研制经颅直流电刺激仪的公司主要是德国Neuro Conn公司和美国Soterix公司。国内还没有专业的经颅直流电刺激设备,而且在人体实验时存在的安全性还尚未可知。另外现阶段国内外设备阻抗检测主要是通过设定阻抗阈值来判断阻抗检测是否通过,这样统一的设定阻抗阈值会使阻抗检测缺乏客观性且可能造成皮肤灼伤,所以如何实现个性化的人体阻抗检测是目前需要解决的问题。因此本论文自主研究设计了一套具有个性化阻抗检测技术的便携式经颅直流电刺激系统。针对现有便携式经颅直流电刺激仪(tDCS)的应用问题,本文研制了一款便携式经颅直流电刺激系统,其主要包括硬件功能设计电路和上位机数据采集。硬件电路设计包括设计电流测试电路、阻抗检测电路和实时监测的电流保护电路。上位机界面完成数据的采集,在电流测试中,计算实际值与设定值的误差,测试发现电流最大误差为10μA,最大误差百分比为2%。在阻抗检测测试中,采集的电阻最大误差为2.4 k?,最大误差百分比为5%,该精度满足经颅电刺激领域内的阻抗检测需求。另外针对系统的功耗进行测试,发现其在最大输出功率下可以长时间待机20天左右。针对如何实现个性化的人体阻抗检测问题,本文提出了个性化阻抗检测技术。个性化阻抗检测技术是根据不同个体阻抗随电流变化情况,绘制电流与阻抗的关系曲线,建立二者的数学模型。这样当不同个体阻抗检测时,就可以针对不同刺激电流选择不同的阻抗阈值作为判断标准。最后,本文设计的具有个性化阻抗检测的便携式经颅直流电刺激系统可以为神经系统疾病的临床实验提供一个较好的电刺激系统平台。
【图文】：

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目前国外研制经颅直流电刺激仪的公司主要是德国 Neuro Conn 公司美国 Soterix 两家公司。DC-STIMULATOR 经颅电刺激产品有很多系列，均是德国 Neuro Conn 公司的，图 1-1 所示，它成功的地方在于获得欧盟安全产品体系认证，应用到医院，学校，庭等各个领域。很多有关于 tDCS 的实验设计都是以该产品为标准进行设计的，许医院和研究所都会选用这款产品进行研究。DC-STIMULATOR 系列包括单通道经直流电刺激仪(DC-STIMULATOR PLUS)如图 1-1(a)，多通道经颅直流电刺激仪C-STIMULATOR MC)如 1-1(b)和兼容核磁经颅直流电刺激仪(DC-STIMULATORR)如图 1-1(c)。DC-STIMULATOR PLUS 系列更加包含了直流刺激模式，交流刺激式，，噪声刺激模式等，可以满足不同种类的治疗方案和研究需求[18]。-STIMULATOR MR 是可以在功能性磁共振下支持的产品。DC-STIMULATOR MC以做到多个通道的下对患者进行同时刺激，但是需要通过上位机对参数和刺激模进行设计。许多发表过的有关于 tDCS 研究方向的论文大多数是使用该系列产品进研究的。

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燕山大学工程硕士学位论文用更有安全性和可靠性。该系列产品有自带的控制手板，特殊的扫描技术，包括刺激和真实刺激以及放松状态等等。tDCS 1x1 由科研领域，精神领域专家，工关工作人员一起经过认证合作出来的。电流的幅度可以从 0.5mA 到 2mA 之间自换，电流的刺激时间可以从 1min 到 50min 不等。通过手控面板对刺激参数进行修和调整,之后 Soterix 公司公布了 HD-TARGET(高精度定位)。Soterix 公司也为 NConn 公司的多系列产品提供了该高精度刺激定位软件，这款软件可以控制电极放位置，电极间的干扰以及设定电流的密度，得到不同电流的电场在人脑中的分情况。新的便携式经颅直流电刺激仪器 tDCS MOBILE 是由德国 Neuro Conn 公美国 Soterix 公司面向医院和家庭中去使用的，如图 1-3 所示。tDCS MOBILE 分为储单元，刺激单元和编辑单元。存储单元存可以储存被试信息和实验参数，编程激单元主要设定电流进行治疗，编辑单元可与电脑连接设置相应标准。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;TP311.52

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