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

作     者：贾鑫 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李小俚;刘兰祥

授予年度：2019年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 10[医学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：经颅电刺激 便携式tDCS 人体阻抗分析 阻抗检测 

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。