一種反饋式注意力調控頭環的製作方法

2023-11-06 03:15:12 2

本發明涉及一種反饋式注意力調控頭環。

背景技術：

注意力缺陷多動障礙(Attention Deficit Hyperactivity Disorder,ADHD)是一類常見的兒童心理行為問題，其症狀主要表現為注意力渙散或集中困難，活動量過多，自制力弱等，目前我國約有1461-1979萬ADHD患兒。兒童青少年的心理和精神健康保護是一項非常重要的社會學課題，也承載著無數家庭的幸福。因此，對ADHD的及時診斷、教育與治療的技術或方法迫切需要新的突破與進展。

隨著科學研究的發展，對ADHD注意與認知異常的神經學基礎和活動規律的解析，人們逐漸認識到這類精神障礙是由於大腦前額葉皮質神經環路的功能與活動的異常存在關聯，多數人認為ADHD是由一種發生於大腦前額葉的遺傳性的多巴胺新陳代謝失常引起的，最新研究認為正腎上腺素的新陳代謝異常也會影響病情。在腦電圖(EEG)上，人們發現ADHD患兒的腦電波頻率變慢，即代表人的興奮狀態的β波(14-30Hz)活動減少，主要是α波(4-7Hz)和θ波(8-13Hz)成分，多動症患兒由於大腦神經環路的異常，導致腦功能紊亂，對大腦皮質的調節能力不足，因此才會產生行為上的失控。對於ADHD患兒的治療目前有多種方案，包括藥物治療、行為幹預、神經反饋訓練技術等。

藥物治療中，臨床上使用的藥物主要成分包括哌醋甲酯、右旋苯丙胺、託莫西汀和安非他命等。但是，臨床上常用的藥物雖然對ADHD有明顯治療效果，但是這些藥物同時伴隨著副作用，會影響兒童、青少年身體的發育，並且藥物作用的實時性較差，通常需要幾天甚至長達數月的時間。

行為幹預療法主要是通過對患者實施視、聽、說、觸覺、本體感覺等各種自然刺激。其基本原理是這些自然刺激產生的刺激信號最終會通過神經傳導通路達到大腦各個皮層，皮層間是一個相互作用的神經網絡，這些自然刺激也許可以輔助患兒對自身神經活動的調節，從而達到對行為的控制。行為幹預療法由於採用的都是自然刺激，在刺激強度合理的情況下，基本不會產生副作用。但這種方式由於理論基礎缺乏，究竟採取何種刺激形式及刺激參數都沒有好的理論作為指導，並且效果也一般，很難有顯著的效果。

神經反饋訓練技術基於從無創的腦電信號中提取異常的神經活動信息，通過交互式的任務來訓練患者主動調節腦波達到康復的目的。神經反饋訓練技術通過提取腦電波得到大腦活動異常信息，結合訓練任務，實現針對性的反饋調控，作用效果顯著。但是由於通過訓練範式的治療機制尚不清楚，限制了治療範式的優化，並且神經反饋訓練需要專業的訓練師進行指導和輔助，再加上訓練時間長，並不能得到很好的推廣。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種注意力調控頭環，以提高治療的廣泛性。

為了實現上述目的，本發明實施方式提供如下技術方案：

本發明提供一種注意力調控頭環，用於固定於人體的頭部，所述注意力調控頭環包括支撐固定裝置、電路主板、採集電極、電刺激電極及電源單元，所述支撐固定裝置固定支撐所述電路主板、所述採集電極、所述電刺激電極及所述電源單元，且使所述採集電極及所述電刺激電極位於頭部的眉眼上方的額頭部分，所述電源單元用於為所述電路主板提供工作電壓，所述採集電極用於採集人體的腦電圖信號，所述電路主板連接所述採集電極來接收採集到的腦電圖信號，根據採集到的電腦信號判定人體是否處於注意力集中狀態，所述電路主板還連接所述電刺激電極，用於根據判定結果來控制所述電刺激電極是否人體頭部進行刺激。

其中，所述電路主板用於在判定所述人體未處於注意力集中狀態時啟動所述電刺激電極輸出預設強度、預設頻率及預設時間的直流電，還用於在判定人體處於注意力集中狀態時，實時採集所述人體腦電圖信號，並控制所述電刺激電極停止工作。

其中，所述注意力調控頭環還包括參考電極，所述參考電極固定於所述固定支撐裝置上，並位於所述人體的頭部的預設位置，以採集所述頭部的預定位置的信號作為參考信號，所述電路主板包括信號接收模塊、中央處理模塊、信號輸出模塊及所述信號接收模塊用於連接至所述參考電極及所述採集電極，以接收腦電圖信號及所述參考信號，並將所述腦電圖信號機所述參考信號輸出至所述中央處理模塊，所述中央處理模塊根據所述腦電圖信號及所述參考信號確定腦頻譜信號，並根據確定的腦頻譜信號判定所述人體是否處於注意力集中的狀態，並根據判定結果輸出電壓信號至所述信號輸出模塊，所述信號輸出模塊對所述電壓信號進行調整，以啟動所述電刺激電極。

其中，所述信號接收模塊包括功率放大單元、濾波單元及模擬/數字轉換器，所述功率放大單元連接至所述濾波單元，所述濾波單元還連接所述模擬/數字轉換器，所述模擬/數字轉換器還連接至所述中央處理模塊，所述功率放大單元對接收到的腦電圖信號及參考信號分別進行功率放大，並將放大後的腦電圖信號及參考信號傳輸至所述濾波單元，以進行濾波，所述模擬/數字轉換器用於分別將濾波後的腦電圖信號及參考信號轉換成相應的數位訊號後傳輸至所述中央處理模塊。

其中，所述信號輸出模塊包括數字/模擬轉換器及伏/安轉換器，所述數字/模擬轉換器連接至所述中央處理模塊，以接收所述中央處理模塊輸出的電壓信號，並將所述電壓信號轉換為模擬電壓信號，所述伏/安轉換器連接至所述數字/模擬轉換器及所述電刺激電極，以接收所述模擬電壓信號，並將所述模擬電壓信號轉換成電流信號，以啟動所述電刺激電極。

其中，所述電刺激電極包括四個陰極電極及一個陽極電極，所述四個陰極電極均勻地分布在以所述陽極電極為中心的環上，通過導電支撐環連接在一起，所述陰極電極及所述陽極電極均通過導電連接到所述伏/安轉換器。

其中，所述中央處理模塊包括存儲單元、判定單元及輸出單元，所述存儲單元用於存儲有第一及第二預設閾值，所述第一預設閾值小於所述第二預設閾值，所述判定單元用於在判定所述頻譜信號低於所述第一預設閾值時確定人體未處於注意力集中狀態，並輸出第一控制信號至所述輸出單元，所述輸出單元用於根據所述第一控制信號輸出第一預設電壓信號至所述信號輸出模塊，所述判定單元還用於在判定所述頻譜信號大於所述第一預設閾值且小於所述第二預設閾值之間時，確定人體仍未處於注意力集中的狀態，並輸出第二控制信號至所述輸出單元，所述輸出單元用於根據所述第二控制信號輸出第二預設電壓信號，所述第二預設電壓信號大於所述第一預設電壓信號，所述判定單元還用於在判定所述頻譜信號大於所述第二預設閾值時，確定人體為處於注意力集中狀態，並輸出第三控制信號至所述輸出單元，所述輸出單元用於根據所述第三控制信號停止輸出第一或第二預設電壓信號至所述信號輸出模塊。

其中，所述信號輸出模塊還包括電流採樣單元及模擬/數字轉換器，所述電流採用模塊連接至所述電刺激電極及所述模擬/數字轉換器，以對所述電刺激電極輸出的電流進行採樣，並將採樣到的電流輸出至所述模擬/數字轉換器，所述模擬/數字轉換器連接至所述中央處理模塊，用於將採用到的電流轉換成數位訊號輸出至所述中央處理模塊，所述中央處理模塊還用於判定採集到的電流是否小於預設值，且當採集的電流大於預設值時停止輸出第一或第二預設電壓信號。

其中，所述注意力調控頭環還包括無線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊連接至所述電路主板及行動裝置，以便所述行動裝置對所述電路主板進行遠程控制。

其中，所述固定支撐裝置包括固定帶及底部固定層，所述底部固定層將所述電路主板、所述採集電極、所述電刺激電極及所述電源單元固定在所述固定帶上，所述底部固定層在對應所述採集電極及所述電刺激電極的位置設有相應的通孔，以接觸人體的頭部皮膚。

本發明實施例具有如下優點或有益效果：

本發明的所述注意力調控頭環通過採集電極採集額頭的腦電圖信號，所述電路主板根據採集到的電腦信號判定人體是否處於注意力集中狀態，並確定人體未處於注意力集中狀態時啟動所述電刺激電極對人體頭部進行刺激，即施加預設強度、頻率和時間的直流電，以提高腦電圖的β波活動，最終改善患者紊亂的腦功能和失調的代謝活動。且當人體處於注意力集中狀態時，停止刺激，進入監測狀態，既可以實現針對特定的大腦活動的調控，也可以達到低功耗省電的作用。另外，刺激的強度、頻率和時間可以根據注意力狀態進行反饋調節，隨時修改刺激參數，實現最優化的刺激方案。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明注意力調控頭環應用於人體頭部的示意圖。

圖2是本發明注意力調控頭環的分解示意圖。

圖3是本發明注意力調控頭環的框圖。

圖4是圖3中的電路主板的框圖。

圖5是圖4中的中央處理模塊的框圖。

圖6是圖3中的電路主板與電刺激模塊連接的框圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

此外，以下各實施例的說明是參考附加的圖示，用以例示本發明可用以實施的特定實施例。本發明中所提到的方向用語，例如，「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向，因此，使用的方向用語是為了更好、更清楚地說明及理解本發明，而不是指示或暗指所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸地連接，或者一體地連接；可以是機械連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。若本說明書中出現「工序」的用語，其不僅是指獨立的工序，在與其它工序無法明確區別時，只要能實現該工序所預期的作用則也包括在本用語中。另外，本說明書中用「～」表示的數值範圍是指將「～」前後記載的數值分別作為最小值及最大值包括在內的範圍。在附圖中，結構相似或相同的用相同的標號表示。

請參閱圖1-圖3，本發明實施例提供一種注意力調控頭環100。所述注意力調控頭環100用於固定於人體的頭部。所述注意力調控頭環100包括支撐固定裝置10、電路主板20、採集電極30、電刺激電極40及電源單元50。所述支撐固定裝置10固定支撐所述電路主板20、所述採集電極30、所述電刺激電極40及所述電源單元50，且使所述採集電極30及所述電刺激電極40位於頭部的眉眼上方的額頭部分。所述電源單元50用於為所述電路主板20提供工作電壓。所述採集電極30用於採集人體的腦電圖信號。所述電路主板20連接所述採集電極30來接收採集到的腦電圖信號，根據採集到的電腦信號判定人體是否處於注意力集中狀態。所述電路主板20還連接所述電刺激電極40，用於根據判定結果來控制所述電刺激電極是否人體頭部進行刺激。

進一步地，所述固定支撐裝置10包括固定帶11及底部固定層12。所述底部固定層12將所述電路主板20、所述採集電極30、所述電刺激電極40及所述電源單元50固定在所述固定帶11上。所述底部固定層12在對應所述採集電極30及所述電刺激電極的40位置設有相應的通孔122，以接觸人體的頭部皮膚。

所述支撐固定裝置10的材料可以是包括棉、毛、麻等天然纖維材料，尼龍、聚氨酯、聚芳醯胺等合成纖維的一種或兩種以上，也可以是TPU(Thermoplastic Urethane，熱塑性聚氨酯彈性體)、TPE(Thermoplastic Elastomer，熱塑性彈性體)等彈性複合材料中的一種或兩種以上。優選的，採用纖維材料。這樣的材質可以使得所述支撐固定裝置具有吸汗性、快乾性、舒適性及伸縮性。

進一步地，所述支撐固定裝置10為半開放的頭環，且佩戴於頭部。這樣可以適用不同人群的頭部尺寸。半開放的頭環的兩個端部設有貼合部件，該兩貼合部件相互貼合即可將頭環的兩個端部連接在一起從而形成頭環。

所述電路主板20用於在判定所述人體未處於注意力集中狀態時啟動所述電刺激電極40輸出預設強度和預設頻率的直流電，還用於在判定人體處於注意力集中狀態時，實時採集所述人體腦電圖信號，並控制所述電刺激電極40停止工作。

進一步地，所述注意力調控頭環100還包括參考電極。所述參考電極固定於所述固定支撐裝置10上，並位於所述人體的頭部的預設位置，以採集所述頭部的預定位置的信號作為參考信號。

請參閱圖4，所述電路主板20包括信號接收模塊21、中央處理模塊22及信號輸出模塊23。所述信號接收模塊21用於連接至所述參考電極及所述採集電極，以接收腦電圖信號及所述參考信號，並將所述腦電圖信號機所述參考信號輸出至所述中央處理模塊22。所述中央處理模塊22根據所述腦電圖信號及所述參考信號確定腦頻譜信號，並根據確定的腦頻譜信號判定所述人體是否處於注意力集中的狀態，並根據判定結果輸出電壓信號至所述信號輸出模塊23。所述信號輸出模塊23對所述電壓信號進行調整，以啟動所述電刺激電極。

需要說明的是，所述信號接收模塊21、所述中央處理模22及信號輸出模塊23均設置於印刷電路板上。優選的，印刷電路板採用是以聚醯亞胺或聚酯薄膜為基板的柔性電路板，但也可以是以高分子合成樹脂和增強材料為基板的硬質印刷電路板。

請參閱圖5，所述中央處理模塊22包括存儲單元221、判定單元222及輸出單元223，所述存儲單元221用於存儲有第一及第二預設閾值，所述第一預設閾值小於所述第二預設閾值，所述判定單元222用於在判定所述頻譜信號低於所述第一預設閾值時確定人體未處於注意力集中狀態，並輸出第一控制信號至所述輸出單元223，所述輸出單元用於根據所述第一控制信號輸出第一預設電壓信號至所述信號輸出模塊23，所述判定單元222還用於在判定所述頻譜信號大於所述第一預設閾值且小於所述第二預設閾值之間時，確定人體仍未處於注意力集中的狀態，並輸出第二控制信號至所述輸出單元223，所述輸出單元223用於根據所述第二控制信號輸出第二預設電壓信號，所述第二預設電壓信號大於所述第一預設電壓信號，所述判定單元222還用於在判定所述頻譜信號大於所述第二預設閾值時，確定人體處於注意力集中狀態，並輸出第三控制信號至所述輸出單元223，所述輸出單元223用於根據所述第三控制信號停止輸出第一或第二預設電壓信號至所述信號輸出模塊23。

需要說明的是，當所述判定單元222判定人體未處於注意力集中的狀態時，需要說人體的頭部進行刺激。當經過一段時間之後判定人體仍然未處於注意力集中的狀態時，需要加強刺激，即第二預設電壓信號大於第一預設電壓信號。當所述判定單元222判定人體處於注意力集中的狀態時，則需要再進行刺激，故停止輸出第一及第二預設電壓信號。

請參閱圖6，所述信號接收模塊21包括功率放大單元211、濾波單元212及模擬/數字轉換器213。所述功率放大單元211連接至所述濾波單元212，所述濾波單元212還連接所述模擬/數字轉換器213，所述模擬/數字轉換器213還連接至所述中央處理模塊22。所述功率放大單元211對接收到的腦電圖信號及參考信號分別進行功率放大，並將放大後的腦電圖信號及參考信號傳輸至所述濾波單元212，以進行濾波，所述模擬/數字轉換器213用於分別將濾波後的腦電圖信號及參考信號轉換成相應的數位訊號後傳輸至所述中央處理模塊212。

所述信號輸出模塊23包括數字/模擬轉換器231及伏/安轉換器232。所述數字/模擬轉換器231連接至所述中央處理模塊22，以接收所述中央處理模塊輸出的電壓信號，並將所述電壓信號轉換為模擬電壓信號，所述伏/安轉換器232連接至所述數字/模擬轉換器231及所述電刺激電極，以接收所述模擬電壓信號，並將所述模擬電壓信號轉換成電流信號，以啟動所述電刺激電極40。

進一步地，所述信號輸出模塊23還包括電流採樣單元233及模擬/數字轉換器234，所述電流採用模塊233連接至所述電刺激電極40及所述模擬/數字轉換器234，以對所述電刺激電極40輸出的電流進行採樣，並將採樣到的電流輸出至所述模擬/數字轉換器234，所述模擬/數字轉換器234連接至所述中央處理模塊22，用於將採用到的電流轉換成數位訊號輸出至所述中央處理模塊22，所述中央處理模塊22還用於判定採集到的電流是否小於預設值，且當採集的電流大於預設值時停止輸出第一或第二預設電壓信號。

需要說明的是，所述電刺激電極40用於產生微弱的直流電傳導至大腦皮層，用於提高EEG的β波活動，最終改善患者紊亂的腦功能和失調的代謝活動。電流的刺激參數包括刺激的頻率(Hz)、強度(mV、V、mA或A)、時程(μs、ms或s)等。其中，本實施例默認的刺激電流強度為1mA，頻率為20Hz，時間為10min，並且刺激時電流強度採用逐漸增強和逐漸減弱的模式，使使用者不至於太突然，漸強和漸弱的時間為10s。在其他實施例中，所述刺激電流強度、頻率及時間的值可以根據實際需要進行調整。

所述電刺激電極包括四個陰極電極及一個陽極電極，所述四個陰極電極均勻地分布在以所述陽極電極為中心的環上，通過導電支撐環連接在一起，所述陰極電極及所述陽極電極均通過導電連接到所述伏/安轉換器232上。

在本實施例中，所述注意力調控頭環100通過採集電極30採集額頭的腦電圖信號，所述電路主板20根據採集到的電腦信號判定人體是否處於注意力集中狀態，並確定人體未處於注意力集中狀態時啟動所述電刺激電極對人體頭部進行刺激，即施加預設強度、頻率和時間的直流電，以提高腦電圖的β波活動，最終改善患者紊亂的腦功能和失調的代謝活動。且當人體處於注意力集中狀態時，停止刺激，進入監測狀態，既可以實現針對特定的大腦活動的調控，也可以達到低功耗省電的作用。另外，刺激的強度、頻率和時間可以根據注意力狀態進行反饋調節，隨時修改刺激參數，實現最優化的刺激方案。

進一步地，所述注意力調控頭環100還包括無線傳輸模塊60。所述無線傳輸模塊60連接至所述電路主板20及行動裝置，以便所述行動裝置對所述電路主板20進行遠程控制。

需要說明的是，無線傳輸模塊是基於工作頻段為2.4GHz短距離射頻通信解決方案，可以是藍牙2.0、藍牙3.0、低功耗藍牙、ZigBee、Wi-Fi等，優選的，採用低功耗藍牙。

所述注意力調控頭環100還包括按鍵70，所述按鍵連接至所述電路主板20。

需要說明的是，通過按鍵70可以對所述電路主板20存儲的參數進行設定，如預設強度、預設頻率及預設時間等。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上所述的實施方式，並不構成對該技術方案保護範圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在該技術方案的保護範圍之內。