【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学领域和神经工程领域，具体涉及一种微型无线可交互经颅电刺激系统，在神经康复领域和脑功能探索方面有巨大的潜在应用价值。
技术介绍
1、近年来神经系统类疾病已成为世界上发病率，致残率，死亡率较高的疾病。为更好研究与帮助人们治疗神经系统疾病，加拿大公共卫生机构在2009年启动了全国人群神经系统疾病健康研究。研究发现，神经系统疾病的患病率通常随着年龄的增加而增加。目前，神经性疾病的物理干预疗法有药物治疗和手术两种，传统的药物治疗方法只能起到缓解症状而不能真正根治病症，而且长期的药物治疗会使得患者产生耐药性，药物的副作用也会对病人带来其他负面影响；手术具有一定的风险，且会给患者带来不可逆的损伤，短时或许有效但从术后长期观察结果来看，效果并不佳。
2、随着研究发展，非侵入经颅电刺激技术逐渐为人们所广泛使用，经颅电刺激(transcranial electrical stimulation，tes)在动物实验、人体实验和建模仿真的研究为多种神经调控理论提供了证据，比如：皮层兴奋性理论，tes不直接触发静息神经元产生动作电位，而是对神经元膜电位进行阈下调节，从而改变皮层的兴奋性和活性。阳极刺激提高皮层兴奋性，阴极刺激抑制皮层兴奋性；突触可塑性理论，tes影响突触可塑性，这与长时程增强和长时程抑制等机制有关；网络调节理论，tes不仅影响的单个区域活动，还能改变大脑不同区域之间的功能连接性；内源性电场理论，tes产生的外源性电场和大脑内源性电场相互作用，影响神经元的放电模式；症状改善理论，tes为多种神经和精神疾病产
3、目前，已有经颅电刺激技术是否能提高运动员的运动能力的相关研究，在经颅电刺激与运动相结合的场景下，受试者需要在运动过程中同步进行电刺激，因此装置需要随身佩戴，过大体积的电刺激装置会限制患者的运动幅度进而影响测试效果；在认知训练，电休克疗法等联合治疗或与采集eeg，fmri数据的装置整合使用场景下，经颅电刺激装置难免会与电极帽、电极线或其他设备发生体积碰撞，这给脑电数据采集和电刺激目标定位带来了不便和困难。如申请号为202320792172.1的中国专利公开一种c型经颅直流电刺激仪，虽然其使用鼠标状的外壳(与人手掌大小相当)缩减了体积，但在上述应用场景下，其体积大小依旧有其局限性。此外，大部分已有设备缺乏实时阻抗检测和过流保护机制，无法实时检测头皮与电极贴片的接触质量，无法避免因电极接触不良导致的阻抗飙升而使刺激电压飙升的安全隐患；无法在运动训练等外界干扰较大的情形下保持恒定的电流输出；没有提供一个图形化波形显示界面，无法无线控制，交互性差。
4、针对上述问题，本专利技术的微型无线可交互经颅电刺激系统(micro-wirelessinteracticve transcranial electrical stimulation,m-wites)，刺激模式多样可选，刺激参数可调，使用安全，最重要的是体积微型便携，输出电流恒定，抗干扰性强，无线可控，功耗低、提供图形化界面交互性好，可直接居家进行治疗。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种微型无线可交互经颅电刺激系统，在保证其基本功能(tdcs、tacs、tpcs、trns和sham五种的刺激模式，刺激时电流幅值可调节、电流频率可调节、占空比可调节、刺激时长可调节，移动终端对刺激参数的远程设定、实时监控以及刺激历史的记录)良好运行的前提下，实现电流的闭环控制保证阻抗发生变化时刺激电流的恒定，具有实时阻抗检测和过流保护功能，保障使用安全，体积更小，交互信息传递速度更快。
2、本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
3、一种微型无线可交互经颅电刺激系统，该系统包括主mcu(1)、副mcu(2)、恒流输出电路、电流反馈电路、电源管理电路(7)、蓝牙通信电路(8)、采样电阻(9)、刺激电极接口(10)、移动终端应用程序(11)、oled显示屏(12)；
4、上述的主mcu(1)、副mcu(2)、恒流输出电路、电流反馈电路、电源管理电路(7)、蓝牙通信电路(8)、采样电阻(9)、刺激电极接口(10)、oled显示屏(12)集成在一个小体积的箱体内，构成刺激装置；
5、所述主mcu(1)与副mcu(2)通过串口方式相连，主mcu主要负责数据处理与控制，副mcu主要负责数据传输与显示；
6、所述恒流输出电路包括dac(3)和精密运算放大器4，电流反馈电路包括adc(5)和电流采样芯片6，
7、主mcu(1)通过spi协议与恒流输出电路中的dac(3)通信，主mcu发出的数字量信号经过dac转换为模拟量，dac(3)的基准电压为1.65v，输入高于1.65v时，输出正电压，低于1.65v时输出负电压，主mcu发出的数字量数据能自定义，由此生成任何波形数据，从而模拟出不同的电流刺激模式，dac(3)输出的模拟信号由精密运放(4)放大后，其输出的电压信号与刺激电极接口(10)直接作用在使用者上；
8、采样电阻(9)与刺激电极接口(10)串联，同时采样电阻与电流采样将采样电阻两端的模拟电压信号输入到电流采样芯片(6)中，再将该信号由adc(5)转换为数字量信号，通过spi输入到主mcu和副mcu中；
9、利用dac/adc结合主mcu内的自适应抗扰控制器adrc实现给定波形的恒定电流输出，在刺激电极阻抗发生变化的情况下输出电流始终与设定电流值保持一致；
10、所述刺激装置的最大长度不大于50mm。
11、进一步地，所述自适应抗扰控制器adrc，由跟踪微分器、扩张状态观测器和误差补偿控制器组成，adrc将设定电流信号作为跟踪微分器的输入，得到滤波后的设定电流信号与设定电流的微分信号，跟踪微分器相关公式为：
12、
13、式中：i(k)为第k时刻的电流信号；r1(k)和r2(k)分别为第k时刻滤波后的电流信号和电流信号的微分；r2(k+1)为第k+1时刻滤波后的电流信号的微分；h为采样周期，δ为跟踪快慢参数，fst(·)为最速控制综合函数；
14、将由adc检测得到的实际电流信号和实际电流信号的微分作为扩张状态观测器的输入，扩张状态观测器相关公式为：
15、
16、式中：z1(k),z2(k)和z3(k)分别为第k时刻状态观测电流信号、观测电流信号的微分和系统总扰动，为扩张状态观测器的三个输出；y(k)为第k时刻的输出电流信号；e为同一时刻观测电流信号与实际电流信号的差；fal(·)为饱和函数；u(k)为误差补偿控制器输出；h为采样周期，β01,β02,β03为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，该系统包括主MCU(1)、副MCU(2)、恒流输出电路、电流反馈电路、电源管理电路(7)、蓝牙通信电路(8)、采样电阻(9)、刺激电极接口(10)、移动终端应用程序(11)、OLED显示屏(12)；
2.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，所述微型无线可交互经颅电刺激系统，与其他测量脑电信号(EEG或fMRI)设备联合使用时，使用主副两片微控制单元获得更好的响应速度，能够将从数据采集到显示的整个时间过程压缩在几十毫秒量级，刺激装置本身与移动终端应用程序均能独立实现控制与交互功能。
3.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，所述自适应抗扰控制器ADRC，由跟踪微分器、扩张状态观测器和误差补偿控制器组成，ADRC将设定电流信号作为跟踪微分器的输入，得到滤波后的设定电流信号与设定电流的微分信号，跟踪微分器相关公式为：
4.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，所述刺激装置大小为46mm*24mm*20mm，小巧的体积易于在联合治
5.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，主MCU内加载有阻抗检测和过流保护程序，过流保护的中断优先级设置为最高，设定电流阈值，电流阈值经过实验或经验确定；阻抗检测程序的过程是：主MCU通过DAC输出值与精密运算放大器的放大倍数相乘得到刺激电极两端的电压信息和电流信息，根据欧姆定律得出刺激电极两端的阻抗值，并通过SPI实时显示在OLED屏幕上，从而实时反映出电极片与头皮的接触质量，保证刺激效果与刺激安全；
6.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，在刺激装置的侧面设置有Type-C接口，在刺激装置内置有950mAh，3.7V锂电池，通过Type-C接口为锂电池充电，此外在刺激装置侧面设置刺激电极接口，刺激电极接口使用3.5mm插头针式二头线电极棒，长度为10mm；
...【技术特征摘要】
1.一种微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，该系统包括主mcu(1)、副mcu(2)、恒流输出电路、电流反馈电路、电源管理电路(7)、蓝牙通信电路(8)、采样电阻(9)、刺激电极接口(10)、移动终端应用程序(11)、oled显示屏(12)；
2.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，所述微型无线可交互经颅电刺激系统，与其他测量脑电信号(eeg或fmri)设备联合使用时，使用主副两片微控制单元获得更好的响应速度，能够将从数据采集到显示的整个时间过程压缩在几十毫秒量级，刺激装置本身与移动终端应用程序均能独立实现控制与交互功能。
3.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，所述自适应抗扰控制器adrc，由跟踪微分器、扩张状态观测器和误差补偿控制器组成，adrc将设定电流信号作为跟踪微分器的输入，得到滤波后的设定电流信号与设定电流的微分信号，跟踪微分器相关公式为：
4.根据权利要求1所述的微型无线可交互经颅电刺激系统，其特征在于，所述刺激装置大小为46mm*24mm*20mm，小巧的体积易于在联合治疗中与其他设备进行整合；不需要将电池取下充电，电池与装置一体化；实现tdcs、tacs、tpcs、trns和sham五种电流刺激模式的选择；可实现tdcs，电流幅值(0ma—2m...
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