用于传递双向电刺激的电子电路的制作方法

本公开涉及用于在使用时提供一个或多个电刺激的电子电路。更具体地，本公开涉及一种用于向用户提供双向激励的设备。背景技术：1、众所周知，电刺激技术已被用于各种治疗中，以减轻与神经肌肉组织相关的问题，并且还用于改善生理和心理健康。这样的刺激技术有利地使用包括一个或多个模块的设备来实施，其中最相关的这样的模块是功率或输出级，其中功率或输出级被配置为将适当强度的电压或电流信号传递到生物组织，并且其中，可以通过非侵入性和侵入性过程中的至少一个将信号施加到生物组织。2、公知的刺激技术包括肌肉电刺激(ems)、时间干扰刺激(ti)、俄罗斯电刺激、神经肌肉电刺激(nmes)、功能性电刺激(fes)、经颅直流刺激(tdcs)、经颅交流刺激刺激(tacs)、经颅随机噪声刺激(trns)、经皮神经电刺激(tens)等。另外，电刺激可以与其他刺激方法相结合，诸如通过施加磁场的刺激、视觉刺激、音频刺激等。所有上述电刺激方法是指相同的基本过程，即向生物体施加电以增加或减少生物体的神经系统或肌肉的活动。对于公知的刺激技术的上述不同名称源于以相互不同的方式向生物体的相互不同的部位或为了不同的目的施加电流。一般来说，不同的名称反映了电刺激的预期用途或刺激本身的特征。例如，ems和俄罗斯电刺激一般都用于运动训练，但俄罗斯刺激使用高频正弦波形，而ems通常使用低频矩形波形。作为另一示例，tens设备通常用于疼痛缓解，而nmes设备用于在受伤后重新训练肌肉，即使tens和nmes设备都使用彼此相似的刺激波形。3、此外，经颅直流刺激(tdcs)是一种通常用于认知能力增强，但也用于治疗包括阿尔茨海默氏病在内的各种神经系统疾病的刺激治疗。tdcs使用直流电流刺激大脑的特定部位。具体地，在tdcs中，恒定的低强度电流在放置在头部之上的两个电极之间通过，调节神经元活动。4、此外，经颅交流刺激(tacs)是一种使用交流电流刺激大脑特定部位的刺激治疗。具体地，在tacs中，施加低频电流(<100hz)；在闭环锁相tacs的情况下，外源振荡与大脑的内源频率同步。5、上述常用刺激技术中采用的已知现有电路通过将第一电极处的电压固定为特定值，同时相对于第一电极改变第二电极(如图7所示)上的电压来起作用。在电路的电源供应v伏的总电压的情况下，第一电极处的电压固定在v/2伏的值，而第二电极处的电压在0至v伏之间变化。当第二(可变)电极处的电压也设置为v/2伏的值时(图7a)，第一电极和第二电极之间将存在零净电位差，从而导致第一电极和第二电极之间流动的电流为零。如果第二(可变)电极的电位被设置为v(图7b)，则第一电极和第二电极之间将存在v/2伏的净电位差。这将导致电流从较高电位的第二(可变)电极流向较低电位的第一电极(即具有固定电压的电极)。当第二(可变)电极处的电压设置为低于v/2伏的值的电压时，电流将以相反方向流动，即从第一(固定)电极流向第二(可变)电极(如图7c所示)。由于电流与电位差成正比，其中现有电路中跨电极的最大电位差被限制为电源电压v的最大值的一半，这意味着存在电源利用不足的问题。进而，这意味着电源必须向电路供应至少两倍于驱动所需幅度的双向电流所需的跨第一电极和第二电极施加的电压。6、在较高电压下操作的必要性给刺激装置的电路设计带来了进一步的困难和限制。一个困难是由于需要额定在较高电压下工作的多个高精度电路系统部件(例如，运算放大器)，其中从供应商作为集成电路(ic)供应的这样的部件的选择范围受到限制。这意味着在较低供应电压下表现良好的更简单和更便宜的电路可能无法在较高电压下实现，因为必要的部件无法在商业上获得。为了避免这样的商业上可获得的集成电路的缺少，需要构建更复杂和更昂贵的电路。7、使用较高供应电压的另一个可能的缺点与设备的尺寸和便携性有关，尤其是当设备以电池供电的实现方式配置时。为了提供更高的供应电压，就需要使用更多/更高电压的电池；实现笨重的(逆变器)电路系统，将较低的电压转换为较高的电压，或将两者结合起来。所需电压越高，这些问题就变得越突出。8、此外，除了这些限制之外，标准组织(诸如is060601-2-10)还规定了某些要求，要求精确测量电极处传递的电流和/或电压，以确保传递的电流与所需的电流相匹配并且电压不超过阈值。虽然在具有完整正负高压电源的标准固定刺激器中，可以使用简单的运算放大器或仪表放大器轻松测量电流和电压，但在具有优化电源的便携式刺激器中，这不再可能，并且需要特殊电路系统。9、这些和其他问题可能会阻碍小型化和便携式装置和设备的发展，例如限制最大可传递电流的大小，限制可用波函数的潜在范围，增加所用电路的重量、尺寸和成本，并因此最终限制装置和设备的潜在应用范围。10、因此，尽管迄今为止在前述电刺激技术和用于实施该技术的设备中所使用的电路方面已经取得了进步，但仍然需要重新设计电路以提供具有更宽范围的可用波形和频率的单相和双相刺激，增加刺激幅度并改善小型化并降低实施成本。技术实现思路1、本公开寻求提供一种易于使用的电流源装置，用于在使用实际上可能的低电压幅度的单轨电源的同时促进电流的增加(例如，最大)双向流动。2、根据第一方面，本公开提供了一种用于向用户传递激励的电路装置，其中该电路装置包括电路，该电路包括一对电流泵和反相电压镜，该对电流泵包括第一电流泵和第二电流泵，反相电压镜向第一电流泵和第二电流泵中的至少一个提供反相信号以控制其操作。3、本公开的实施方式在利用可用于正向和反向电流流动方向的电刺激的全范围电源电压的同时，提供用于在使用单轨电源的同时提供双向电流流动的易于使用的电路方面是有利的。此外，该电路基于简单的电子部件，诸如运算放大器(op-amps)、晶体管、mosfet等，从而使得该电路制造成本低廉，具有优异的频率范围，具有良好的功率效率并使得电路以空间紧凑的方式实现。4、可选地，在电路装置中，第一电流源和第二电流源位于与用户的人体(即构成电“负载”)接触的电极的同一侧。5、可选地，在该电路装置中，反相电压镜被配置为确保在静止状态下的零电流流动。“零”意味着基本上为零，例如小于由电路装置传递的最大电流流动的1％。6、可选地，电路装置连接到电源。更可选地，电源包括电池和升压电路中的至少一者，以将电压例如从3.7v升高至～30-50v。7、可选地，在该电路装置中，反相电压镜被配置为确保在静止状态下的零电流流动。8、可选地，在该电路装置中，反相电压镜位于负载的与第一电流泵和第二电流泵相对的另一侧。9、可选地，电路装置被配置为在负载两端产生向用户供应预定大小的激励所需的电位差。10、可选地，电路装置被配置为传递经颅直流刺激(tdcs)、经颅交流刺激(tacs)和双极脉冲刺激中的至少一种。11、可选地，电路装置在操作时向用户传送电激励并同时接收来自用户皮肤的一部分的信号。更可选地，电路装置包括被配置为确定刺激参数的微处理器。12、可选地，电路装置的一个或多个部件布置在集成电路系统微芯片上。13、根据第二方面，提供了一种用于使用第一方面的电路装置经由与用户电接触的电极向用户提供激励的方法。14、本公开的附加方面、优点、特征和目的将从结合所附权利要求解释的附图和说明性实施方式的详细描述而变得显而易见。15、应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，本公开的特征易于以各种组合进行组合。