一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪

技术领域

本发明涉及磁刺激仪技术领域，具体的，涉及一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪。

背景技术

一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪是一种用于临床医学领域的仪器，其原理是把一个绝缘线圈放在头皮特定部位上，通过控制线圈中的脉冲电流，进而在线圈周围产成脉冲磁场，磁场刺激大脑皮层特性区域，在大脑神经组织中产生感应电流，当感应电流超过神经组织兴奋阈值时，引起神经细胞去极化并产生诱发电位，从而产生生理效应。对于治疗抑郁症、精神分裂症或睡眠障碍等疾病都能够起到比较好的效果，能够改善患者的情绪或者是认知功能。但现有的一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪由于电路中的电流不稳定，导致在治疗过程中线圈产生的磁场强度发生不同程度的变化，从而无法保证患者的最佳治疗效果。

发明内容

本发明提出一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪，解决了相关技术中一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪工作电流不稳定的问题。

本发明的技术方案如下：

一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪，包括主控单元和磁刺激电路，所述磁刺激电路连接所述主控单元，所述磁刺激电路包括光耦U1、开关管Q2、开关管Q3、线圈L1、电阻R4、变阻器RP1、电阻R6、运放U2、电阻R7、电阻R8和三极管Q1，

所述光耦U1的第一输入端连接所述主控单元的第一输出端，所述光耦U1的第二输入端连接所述三极管Q1的集电极，所述光耦U1的第一输出端连接5V电源，所述光耦U1的第二输出端连接所述开关管Q2的控制端，所述开关管Q2的控制端连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q2的第一端连接VCC电源，所述开关管Q2的第二端连接所述开关管Q3的第一端，所述开关管Q3的第二端接地，

所述开关管Q3的第一端通过所述线圈L1连接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端接地，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R6连接所述电阻R4的第一端，所述运放U2的同相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述变阻器RP1的第一端连接所述光耦U1的第二输出端，所述变阻器RP1的第二端接地，所述运放U2的输出端通过所述电阻R7连接所述运放U2的反相输入端，所述运放U2的输出端通过所述电阻R8连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地。

进一步，本发明中还包括保护电路，所述保护电路包括电阻R9、电阻R10、开关管Q4和发光二极管LED1，所述电阻R9的第一端连接所述开关管Q2的控制端，所述电阻R9的第二端通过所述电阻R10接地，所述电阻R9的第二端连接所述开关管Q4的控制端，所述电阻R9的第一端连接所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极连接所述开关管Q4的第一端，所述开关管Q4的第二端接地。

进一步，本发明中还包括脑波音乐控制电路，所述脑波音乐控制电路包括电阻R17、电容C5、电阻R19、电阻R21、运放U5、电容C7、运放U5、电阻R22和电容C8，所述电阻R17的第一端连接所述主控单元的第二输出端，所述电阻R17的第二端通过所述电容C5连接所述运放U5的同相输入端，电阻R19的第一端连接Vref1参考电压，所述电阻R19的第二端通过所述电阻R21接地，所述电阻R19的第二端连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的反相输入端通过所述电容C7接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R22连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端通过所述电容C8连接发声装置。

进一步，本发明中所述主控单元的第二输出端和所述电阻R17的第一端之间还设有放大电路，所述放大电路包括电阻R25、运放U6、电阻R23和电阻R24，所述电阻R25的第一端连接所述主控单元的第二输出端，所述电阻R25的第二端连接所述运放U6的同相输入端，所述运放U6的反相输入端通过所述电阻R23接地，所述运放U6的输出端通过所述电阻R24连接所述运放U6的反相输入端，所述运放U6的输出端连接所述电阻R17的第一端。

进一步，本发明中还包括脑电信号检测电路，所述脑电信号检测电路包括第一电极J1、第二电极J2、电阻R11、电阻R12、运放U3和电阻R13，所述运放U3的反相输入端通过所述电阻R11连接所述第一电极J1，所述运放U3的同相输入端通过所述电阻R12连接所述第二电极J2，所述运放U3的输出端通过所述电阻R13连接所述运放U3的反相输入端，所述运放U3的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

进一步，本发明中所述运放U3的输出端和所述主控单元的第一输入端之间还设有滤波电路，所述滤波电路包括电阻R14、电阻R15、电容C3、运放U4、电阻R16和电容C4，所述电阻R14的第一端连接所述运放U3的输出端，所述电阻R14的第二端通过所述电容C3连接所述运放U4的反相输入端，所述电阻R14的第二端通过所述电阻R15接地，所述运放U4的同相连接Vref2参考电压，所述运放U4的输出端通过所述电容C4连接所述电阻R14的第二端，所述运放U4的输出端通过所述电阻R16连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明中，一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪工作时，主控单元向磁刺激电路发送控制指令，磁刺激电路用于产生产成脉冲磁场，磁场刺激大脑皮层特性区域，在大脑神经组织中产生感应电流。

磁刺激电路的工作原理为：工作时，主控单元的第一输出端输出PWM控制信号至光耦U1的第一输入端，当PWM控制信号为高电平时，光耦U1导通，光耦U1输出高电平信号，开关管Q2导通，开关管Q3截止，VCC电源依次经开关管Q2、线圈L1和电阻R4后到地形成回路，电流流过线圈L1并产生磁场，这时会在患者大脑神经组织中产生感应电流，为患者进行治疗；当PWM控制信号为低电平时，光耦U1截止，光耦U1输出低电平信号，开关管Q3导通，开关管Q2截止，线圈L1中没有电流，不产生感应磁场。

其中，电阻R4作为采样电阻，电流流过线圈L1时，电阻R4上会产生电压，电阻R4上的电压经电阻R6后加至运放U2的反相输入端，光耦U1第一输出端电压经变阻器RP1分压后作为参考电压加至运放U2的同相输入端，运放U2构成减法电路。当流过线圈L1的电流变大时，电阻R4上的电压变大，则运放U2的反相输入端电压变大，运放U2输出电压减小，则三极管Q1的基极电流减小，从而导致光耦U1内部发光二极管的功率减小，因此光耦U1第二输出端的电流减小，从而减小流过线圈L1的电流；当流过线圈L1的电流变小时，电阻R4上的电压变小，则运放U2的反相输入端电压变小，运放U2输出电压变大，则三极管Q1的基极电流变大，从而导致光耦U1内部发光二极管的功率变大，因此光耦U1第二输出端的电流变大，从而增大流过线圈L1的电流。

因此，一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪为患者进行治疗时，本发明能够保证流过线圈L1的电流稳定不变，从而使线圈L1所产生的磁场稳定，进而稳定在大脑神经组织中产生感应电流，给患者带来更好的治疗效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明中磁刺激电路的电路图；

图2为本发明中保护电路的电路图；

图3为本发明中脑波音乐控制电路的电路图；

图4为本发明中放大电路的电路图；

图5为本发明中脑电信号检测电路的电路图；

图6为本发明中滤波电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪，包括主控单元和磁刺激电路，磁刺激电路连接主控单元，磁刺激电路包括光耦U1、开关管Q2、开关管Q3、线圈L1、电阻R4、变阻器RP1、电阻R6、运放U2、电阻R7、电阻R8和三极管Q1，光耦U1的第一输入端连接主控单元的第一输出端，光耦U1的第二输入端连接三极管Q1的集电极，光耦U1的第一输出端连接5V电源，光耦U1的第二输出端连接开关管Q2的控制端，开关管Q2的控制端连接开关管Q3的控制端，开关管Q2的第一端连接VCC电源，开关管Q2的第二端连接开关管Q3的第一端，开关管Q3的第二端接地，开关管Q3的第一端通过线圈L1连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端接地，运放U2的反相输入端通过电阻R6连接电阻R4的第一端，运放U2的同相输入端连接变阻器RP1的滑动端，变阻器RP1的第一端连接光耦U1的第二输出端，变阻器RP1的第二端接地，运放U2的输出端通过电阻R7连接运放U2的反相输入端，运放U2的输出端通过电阻R8连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地。

工作时，主控单元向磁刺激电路发送控制指令，磁刺激电路用于产生产成脉冲磁场，磁场刺激大脑皮层特性区域，在大脑神经组织中产生感应电流。

具体的，磁刺激电路的工作原理为：工作时，主控单元的第一输出端输出PWM控制信号至光耦U1的第一输入端，当PWM控制信号为高电平时，光耦U1导通，光耦U1输出高电平信号，开关管Q2导通，开关管Q3截止，VCC电源依次经开关管Q2、线圈L1和电阻R4后到地形成回路，电流流过线圈L1并产生磁场，这时会在患者大脑神经组织中产生感应电流，为患者进行治疗；当PWM控制信号为低电平时，光耦U1截止，光耦U1输出低电平信号，开关管Q3导通，开关管Q2截止，线圈L1中没有电流，不产生感应磁场。

在一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪为患者进行治疗时，若流过线圈L1的电流偏大，感应磁场强，在大脑神经组织中产生感应电流就大，若流过线圈L1的电流偏小，感应磁场弱，在大脑神经组织中产生感应电流就小，从而无法给患者带来很好的治疗效果。

其中，电阻R4作为采样电阻，电流流过线圈L1时，电阻R4上会产生电压，电阻R4上的电压经电阻R6后加至运放U2的反相输入端，光耦U1第一输出端电压经变阻器RP1分压后作为参考电压加至运放U2的同相输入端，运放U2构成减法电路。当流过线圈L1的电流变大时，电阻R4上的电压变大，则运放U2的反相输入端电压变大，运放U2输出电压减小，则三极管Q1的基极电流减小，从而导致光耦U1内部发光二极管的功率减小，因此光耦U1第二输出端的电流减小，从而减小流过线圈L1的电流；当流过线圈L1的电流变小时，电阻R4上的电压变小，则运放U2的反相输入端电压变小，运放U2输出电压变大，则三极管Q1的基极电流变大，从而导致光耦U1内部发光二极管的功率变大，因此光耦U1第二输出端的电流变大，从而增大流过线圈L1的电流。

因此，一种带脑波音乐的经颅磁刺激仪为患者进行治疗时，本实施例能够保证流过线圈L1的电流稳定不变，从而使线圈L1所产生的磁场稳定，进而稳定在大脑神经组织中产生感应电流，给患者带来更好的治疗效果。

如图2所示，本实施例中还包括保护电路，保护电路包括电阻R9、电阻R10、开关管Q4和发光二极管LED1，电阻R9的第一端连接开关管Q2的控制端，电阻R9的第二端通过电阻R10接地，电阻R9的第二端连接开关管Q4的控制端，电阻R9的第一端连接发光二极管LED1的阳极，发光二极管LED1的阴极连接开关管Q4的第一端，开关管Q4的第二端接地。

本实施例中，如果线圈L1产生的磁场过强时，在人体大脑神经组织中产生感应电流就会越大，如果感应电流超过一定值时，患者会产生不适感，因此，本实施例中加入了保护电路。

电阻R9和电阻R10构成分压电路，对光耦U1输出的电信号进行分压后加至开关管Q4的控制端，流过线圈L1的电流越大，在电阻R10上产生的电压也就越大，当流过线圈L1的电流低于设定值时，电阻R10上的电压低于开关管Q4的开启电压，开关管Q4截止，线圈L1可正常工作；当流过线圈L1的电流高于设定值时，电阻R10上的电压高于开关管Q4的开启电压，开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3的控制端被拉低，开关管Q2截止，线圈L1中不再有电流，同时发光二极管LED1发光，起到报警的作用。

如图3所示，本实施例中还包括脑波音乐控制电路，脑波音乐控制电路包括电阻R17、电容C5、电阻R19、电阻R21、运放U5、电容C7、运放U5、电阻R22和电容C8，电阻R17的第一端连接主控单元的第二输出端，电阻R17的第二端通过电容C5连接运放U5的同相输入端，电阻R19的第一端连接Vref1参考电压，电阻R19的第二端通过电阻R21接地，电阻R19的第二端连接运放U5的同相输入端，运放U5的反相输入端通过电容C7接地，运放U5的输出端通过电阻R22连接运放U5的反相输入端，运放U5的输出端通过电容C8连接发声装置。

脑电信号是人脑神经元活动的综合表现，脑电波包含着丰富的神经信息。音乐是人脑智力活动的产物，对人的身心有着巨大的影响。在患者进行磁疗的过程中，同时为患者提供脑波音乐，更有助于患者达到脑功能保健和治疗的目的。因此，本实施例在对患者头部进行磁刺激治疗的同时，为患者提供脑波音乐。

主控单元根据人脑的脑电信号输出脑波音乐信号（音频信号），但主控单元输出的音频信号的功率较小，患者无法听到，因此通过脑波音乐控制电路对该音频信号的功率进行放大，主控输出的音频信号经电容C5耦合后送至运放U5的输入端，运放U5构成功率放大电路，将放大后的音频信号送至发声装置，电容C7为隔直电容。

如图4所示，本实施例中主控单元的第二输出端和电阻R17的第一端之间还设有放大电路，放大电路包括电阻R25、运放U6、电阻R23和电阻R24，电阻R25的第一端连接主控单元的第二输出端，电阻R25的第二端连接运放U6的同相输入端，运放U6的反相输入端通过电阻R23接地，运放U6的输出端通过电阻R24连接运放U6的反相输入端，运放U6的输出端连接电阻R17的第一端。

主控单元输出的幅值较小，不满足功率放大电路的放大要求，因此，在脑波音乐控制电路前级添加了放大电路，放大电路主要由运放U6构成，对信号进行相应的放大，使之能满足功率放大电路对输入信号的电平要求，并改善其信噪比。

如图5所示，本实施例中还包括脑电信号检测电路，脑电信号检测电路包括第一电极J1、第二电极J2、电阻R11、电阻R12、运放U3和电阻R13，运放U3的反相输入端通过电阻R11连接第一电极J1，运放U3的同相输入端通过电阻R12连接第二电极J2，运放U3的输出端通过电阻R13连接运放U3的反相输入端，运放U3的输出端连接主控单元的第一输入端。

由于每个患者的脑电信号有所不同，为了更好的达到治疗效果，需要根据不同患者的脑电信号输出相应的脑波音乐。因此，本实施例中添加了脑电信号检测电路，第一电极J1和第二电极J2用于采集脑电信号，但由于脑电信号非常微弱，需要进行放大处理，运放U3构成了放大电路，最终将放大后的脑电信号送至主控单元。

如图6所示，本实施例中运放U3的输出端和主控单元的第一输入端之间还设有滤波电路，滤波电路包括电阻R14、电阻R15、电容C3、运放U4、电阻R16和电容C4，电阻R14的第一端连接运放U3的输出端，电阻R14的第二端通过电容C3连接运放U4的反相输入端，电阻R14的第二端通过电阻R15接地，运放U4的同相连接Vref2参考电压，运放U4的输出端通过电容C4连接电阻R14的第二端，运放U4的输出端通过电阻R16连接运放U4的反相输入端，运放U4的输出端连接主控单元的第一输入端。

本实施例中，在检测脑电信号的过程中可能存在噪声干扰信号，脑电信号的变化相当微弱，如果不对这些干扰信号进行滤除，就不会输出与脑电信号相同的脑波音乐，治疗效果可能会变差，同时噪声的加入都可能会起到相反的作用，因此，本实施例在运放U3的输出端和主控单元的第一输入端之间设置了滤波电路。

电阻R14、电阻R15、电容C3、运放U4、电阻R16和电容C4构成带通滤波电路，用于滤除高频杂波以及元器件自身带来的噪声信号，最终将滤波后的电信号送至主控单元。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。