CN101036824A - 一种神经网络重建装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种神经网络重建装置，该神经网络重建装置通过将患者的神经细胞所发出到肌肉而诱发出的微弱肌电信号进行放大达到或超过特设的肌电信号诱发点，从而放出神经肌肉电刺激使患者肌肉作出反应以实现神经细胞再生长并重建新的神经网络；本发明的神经网络重建装置集普通肌电刺激康复仪和生物反馈治疗仪二者的功能于一体，并通过集成电路巧妙地组合在一起，操作简便，携带方便，病人可在任何场所实现康复训练。

Description

一种神经网络重建装置

技术领域

本发明涉及一种神经网络重建装置，该神经网络重建装置通过将患者的神经细胞所发出到肌肉而诱发出的微弱肌电信号进行放大达到或超过特设的肌电信号诱发点，从而放出神经肌肉电刺激使患者肌肉作出反应以实现神经细胞再生长并重建新的神经网络。

背景技术

通常当一个健康人想要完成一个动作时，会由大脑发出电信号，通过神经中枢传导至相应的肢体肌肉，引起肌肉收缩，从而完成肢体运动。肌电信号可以被我们现有的普通仪器测量到。一个健康的人在自我意识的控制下，大脑神经向其肢体某一肌肉发出控制该肌肉动作的信号时，这个信号可以引起肌肉的变形，实现肢体动作并诱发出足够大的肌电电位回馈给大脑中对应的运动区。

普通人如果因大脑的病变造成中风，我们称其为脑卒中也叫脑血管意外，中风患者的大脑不能产生足量的电信号传导到肌肉，肌肉就不可能正常收缩了。中风后，尽管患者的大脑仍能发出微量的肌电信号，但是因其太微弱，以至于不能控制相应的肌肉动作，至多只能产生肉眼无法察觉的肌肉的变形；由于肌肉的变形不够充分，只能诱发极微弱的肌电电位回馈给大脑中对应的运动区，因此，随着这种病变时间的延长、不及时治疗以及合理康复训练，其结果必然导致肌肉不可逆转的损伤及功能丧失，丧失脑部神经网络修复、重建的可能性，最终造成肌肉麻痹，如：爪形手或步态失常等。

目前，已有的普通神经肌肉电刺激治疗仪只有2个电极，在设定的时间段内，给出一定量的肌肉刺激安全电流，刺激脑中风患者的四肢肌肉，使肌肉进行运动而避免爪形手或步态失常。在间歇期，仪器停止发出刺激电流，使患者的四肢肌肉得到一定的休息。但是由于不同的脑神经元细胞对电信号刺激反应的敏感程度不同，不同性质的电信号对脑神经元细胞刺激所产生的治疗效果也有明显差异，所以不能一概选用相同强度和相同类型的电刺激信号。由于目前市场上常见的神经重建类的仪器只能够通过手动调节电刺激信号的大小从而施加给患者，患者是被动地接受电刺激信号，且手动调节信号的大小往往不能适应患者的不同程度治疗的需要，因此已有技术的仪器不能达到人们所预期的治疗效果，亟待提出一种新型的神经网络重建装置来解决已有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种神经网络重建装置，该神经网络重建装置通过将患者的神经细胞所发出到肌肉而诱发出的微弱肌电信号进行放大达到或超过特设的肌电信号诱发点，从而放出神经肌肉电刺激使患者肌肉作出反应以实现神经细胞再生长并重建新的神经网络。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种神经网络重建装置，有一个仪器盒，其内装有一个电路板，所述电路板上有一个神经网络重建电路，所述神经网络重建电路包括多个信号采集电极、信号采集电路、A/D转换器、中央处理器、振荡器、治疗信号发生器、治疗信号放大电路、多个治疗电极；所述信号采集电极A与所述信号采集电路的一个输入端电连接，所述信号采集电极C与所述信号采集电路的另一个输入端电连接，所述信号采集电路的一个输出端与所述A/D转换器的一个输入端电连接，所述信号采集电路的另一个输出端与所述A/D转换器的另一个输入端电连接，所述A/D转换器的输出端与所述中央处理器的输入端电连接，所述中央处理器的输出端与所述治疗信号发生器的一个输入端电连接，所述振荡器的输出端通过电容C1与所述治疗信号发生器的另一个输入端电连接，所述治疗信号发生器的输出端通过电容C2与治疗信号放大电路的输入端电连接，所述治疗信号放大电路的一个输出端通过电容C3与治疗电极D电连接，所述治疗信号放大电路的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

本发明有如下优点：

1、本发明的神经网络重建装置可以自动检测出由中风患者的神经细胞所发出的微弱肌电信号，每当自发肌电信号能达到或超过特设的肌电信号诱发点时，它就会放出肌肉电刺激，从而使患者肌肉作出反应以实现(未受破坏)神经细胞再生长并重建新的神经网络。

2、本发明的神经网络重建装置能够自动检测出病人意识信号的增强，通过手动或自动提高肌电信号的阈值，如此反复训练最终可使病人恢复自主控制肌肉动作的能力。

3、本发明的神经网络重建装置集普通肌电刺激康复仪和生物反馈治疗仪二者的功能于一体，并通过集成电路巧妙地组合在一起。

4、本发明的神经网络重建装置操作简便，携带方便，病人可在任何场所实现康复训练。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电气原理框图；

图3为本发明的电气原理图；

图4为本发明具体实施例的电气原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

实施例一：参见图1、图2、图3，本发明的神经网络重建装置，有一个仪器盒1，其内装有一个电路板，所述电路板上有一个神经网络重建电路，所述神经网络重建电路包括多个信号采集电极、信号采集电路9、A/D转换器10、中央处理器11、振荡器12、治疗信号发生器13、治疗信号放大电路14、多个治疗电极；所述信号采集电极A与所述信号采集电路的一个输入端电连接，所述信号采集电极C与所述信号采集电路的另一个输入端电连接，所述信号采集电路的一个输出端与所述A/D转换器的一个输入端电连接，所述信号采集电路的另一个输出端与所述A/D转换器的另一个输入端电连接，所述A/D转换器的输出端与所述中央处理器的输入端电连接，所述中央处理器的输出端与所述治疗信号发生器的一个输入端电连接，所述振荡器的输出端通过电容C1与所述治疗信号发生器的另一个输入端电连接，所述治疗信号发生器的输出端通过电容C2与治疗信号放大电路的输入端电连接，所述治疗信号放大电路的一个输出端通过电容C3与治疗电极D电连接，所述治疗信号放大电路的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

所述仪器盒1，其上设有电源开关2、信号发射开关3、提示灯4、电池盒5、调节旋钮6、外设端口7和扬声器8；所述电源开关对应于电路板上神经网络重建电路的控制开关K1，所述信号发射开关3对应于连接在中央处理器上的开关K2，所述提示灯分别对应于发光二极管D1、发光二极管D2和发光二极管D3，其中发光二极管D1用于电源提示，发光二极管D2与多个提示器17电连接，用于提示患者发出肌肉动作，发光二极管D3通过一个电阻与所述治疗信号放大电路中的晶体管T11的发射极电连接，用于发射信号提示，所述电池盒5内置电池，所述电池置于电源电路中，所述调节旋钮为采集信号灵敏度调节旋钮，对应于所述信号采集电路中可变电阻R、R’，所述扬声器对应于提示器中的扬声器M1、治疗信号放大电路中的扬声器M2。

本发明的工作原理是：当电源开启时电源提示灯(发光二极管)D1导通发光，此时振荡器12开始工作，当按下发射开关后，振荡器开始产生刺激信号，刺激信号进入治疗信号发生器13，进行整形筛选，在所述中央处理器的控制下，与所述中央处理器的输出信号进行重合，最终选出适合患者治疗的刺激信号传输到治疗信号放大电路14进行放大，此时连接在治疗信号放大电路14上的发射信号提示用的发光二极管D3开启，并且扬声器M2发出提示音示意刺激信号准备发射，刺激信号从治疗电极输入到人体从而对患者形成刺激。在完成第一次电刺激后，此时连接在外设驱动电路15上的准备提示灯(发光二极管)D2开始闪烁，并且扬声器M1进行提示，表示患者此时可以开始主动发出动作，同时放在患处的信号采集电极接收人体肌肉发出的微弱的肌电信号，肌电信号首先被输入到信号采集电路9内进行放大，即分别被输送到信号采集电路内的晶体管T1、晶体管T2的基极，随即被差分放大；放大后的肌电信号进入A/D转换器10内，所述的AD转换器可以采用AD7888型转换器，信号采集电路内的晶体管T3的发射极与AD转换器输入端的I/O端口6连接，晶体管T4的发射极与AD转换器输入端的I/O端口5连接，进行将模拟信号向数字信号的转换，所述AD转换器的I/O端口1、14、15、16分别与中央处理器11的SPI端口5、6、7、8电连接(由于是常规连接，I/O端口在图中没有显示)，所述中央处理器可采用ATMEGA8515型号的集成电路芯片，在所述中央处理器的控制下，输出信号进入治疗信号发生器13，与振荡器12的输出信号进行重合，筛选出适合患者的刺激信号，所述治疗信号发生器为一个可调频LC振荡器，该治疗信号发生器的输入端与ATMEGA8515上的I/O端口9连接，筛选出的刺激信号输入到治疗信号放大电路进行进一步的放大，所述治疗信号放大电路是一个由晶体管T11、晶体管T12、晶体管T13组成的放大电路，此时，治疗信号放大电路中的发射信号提示用的发光二极管D3开启，并且扬声器M2也发出语音提示，示意患者该装置准备发射刺激信号，随后通过治疗电极将刺激信号输出到患者相应的肢体肌肉以进行刺激。

实施例二：参见图3，本实施例是在实施例一基础上的改进，为了将采集到的极其微弱的肌电信号进行足够的放大，所述信号采集电路9为一个差分放大器；所述信号采集电极A与所述信号采集电路中的晶体管T1的基极电连接，输入信号经过四级放大后输出，所述信号采集电路中的晶体管T4的发射极与所述A/D转换器的一个输入端电连接，所述信号采集电极C与所述信号采集电路中的晶体管T2的基极电连接，输入信号经过四级放大后输出，所述信号采集电路中的晶体管T3的发射极与所述A/D转换器的另一个输入端电连接。

基于本发明实施例一的工作原理，由于患者脑神经网络已经受到不同程度损坏，此时所采集到的脑神经信号可能相当微弱，所以控制不了患处肌肉的动作，因此，微弱的肌电信号需要输入到信号采集电路内进行放大；本实施例中所使用的信号采集电路为差分放大器，采集电极A、采集电极C采集到的肌电信号分别被输送到信号采集电路内的晶体管T1、晶体管T2的基极，肌电信号随即被差分放大；由晶体管T1的集电极输出的信号进入到晶体管T5的基极，再由晶体管T5的发射极输出到晶体管T6的基极，又由晶体管T6的集电极通过一个可变电阻R和电容输入到晶体管T7的基极，然后由晶体管T7的集电极输出到晶体管T4的基极，最后由晶体管T4的发射极输入到所述A/D转换器的输入端，所述晶体管T4的发射极与所述AD转换器输入端的I/O端口6连接；由晶体管T2的集电极输出的信号进入到晶体管T8的基极，再由晶体管T8的发射极输出到晶体管T9的基极，又由晶体管T9的集电极通过一个可变电阻R’和电容输入到晶体管T10的基极，然后由晶体管T10的集电极输出到晶体管T3的基极，最后由晶体管T3的发射极输入到所述A/D转换器的另一个输入端，所述晶体管T3的发射极与所述AD转换器输入端的I/O端口5连接。

实施例三：参见图3，本实施例是在实施例二基础上的改进，为了检测到所采集的极其微弱的肌电信号，可通过调节旋钮来调节采集信号灵敏度的大小，所述信号采集电路还包括一对调节采集信号灵敏度的可变电阻R、可变电阻R’，所述可变电阻R与晶体管T6的集电极电连接，所述可变电阻R’与晶体管T9的集电极电连接。

基于本发明实施例一的工作原理，通过设置调节旋钮6来调节采集信号灵敏度的大小，从而使得采集电极可以检测到患者发出的微弱肌电信号。

实施例四：参见图3，本实施例是在实施例三基础上的改进，所述振荡器包括晶体管T14、晶体管T15、晶体管T16、晶体管T17、电阻和电容；所述振荡器的输出端通过电容C1与所述治疗信号发生器的输入端电连接。本实施例中的振荡器为一个RC振荡器，当电源开启时，RC振荡器开始工作，即产生振荡波。

实施例五：参见图3，本实施例是在实施例四基础上的改进，为了提供患者足够的刺激信号，所述治疗信号放大电路包括有发大器、电阻、电容、扬声器M2、发光二极管D3；所述治疗信号放大电路的输入端通过电容C2与所述治疗信号发生器的输出端电连接，所述扬声器M2串接于晶体管T11集电极的两个电阻之间，所述发光二极管的阳极通过一电阻与晶体管T11的发射极电连接，所述治疗信号放大电路的一个输出端通过电容C3与治疗电极D电连接，所述治疗信号放大电路的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

治疗信号发生器输出适合患者的刺激信号到治疗信号放大电路进行进一步的放大输出，同时，由晶体管T11的发射极输出的信号开启治疗信号放大电路中的发射信号用的发光二极管D3，由晶体管T11的集电极输出的信号开启治疗信号放大电路中的语音提示装置扬声器M2，在视觉及听觉上示意患者该装置准备发射刺激信号，随后通过治疗电极将刺激信号输出到患者相应的肢体肌肉以进行刺激。

实施例六：参见图1、图3，本实施例是在实施例五基础上的改进，为了方便患者使用，所述信号采集电极A、信号采集电极B、信号采集电极C和治疗电极D、治疗电极E、治疗电极F可通过一个通道切换电路18用电极G、电极H、电极I来实现采集信号的输入和治疗信号的输出，所述的通道切换电路是一个型号为松下DSP1A-6V的继电器，具体实施方法是在所述的神经网络重建电路上安装一个型号为松下DSP 1A-6V的继电器，将信号采集电极A、信号采集电极B、信号采集电极C与治疗电极D、治疗电极E、治疗电极F同时连接在所述继电器的输入端，并且在所述的继电器的输出端连接三个I/O切换电极，所述三个I/O切换电极分别为I/O切换电极G、I/O切换电极H、I/O切换电极I；当神经网络重建电路需要采集信号时，通过ATMEGA8515控制继电器输出端的I/O切换电极G、H、I自动切换成信号采集电极；当神经网络重建电路需输出治疗信号时，通过ATMEGA8515控制继电器输出端的I/O切换电极G、H、I自动切换成治疗电极。采用该方法可以将本实施例中信号采集电极和治疗电极的六条电极线合并成三条，方便患者使用。

实施例七：参见图4，为了针对不同治疗阶段的患者需要而提供最适合的刺激信号，有必要将不同阶段的刺激信号进行存储，在所述神经网络重建装置中的所述中央处理器的输入端口通过外设驱动电路15连接一数据存储器，所述外设驱动电路是型号为SC16312的驱动电路，其输入端与ATMEGA8515上的I/O端口11、I/O端口12、I/O端口13电连接，经过所述中央处理器处理后的刺激信号可通过外设驱动电路15输送到数据存储器16内进行存储备用。

实施例八：参见图4，为了方便患者独立完成康复训练，将外界给与的提示与所述装置有机结合，所述中央处理器的另一个输出端还通过所述外设驱动电路可与多个提示器17电连接；多个提示器包括打印I/O声音提示器、语音提示器、图形提示器、光提示器，根据不同病人的需要而提供在视觉、听觉方面的提示。

实施例九：参见图4，为了便于连接其它外接设备，所述中央处理器的又一个输出端通过外设驱动电路与外设接口7电连接；所述外设接口可以是232接口或USB接口。

Claims (9)

1.一种神经网络重建装置，有一个仪器盒(1)，其内装有一个电路板，所述电路板上有一个神经网络重建电路，所述神经网络重建电路包括多个信号采集电极、信号采集电路(9)、A/D转换器(10)、中央处理器(11)、振荡器(12)、治疗信号发生器(13)、治疗信号放大电路(14)、多个治疗电极；所述信号采集电极A与所述信号采集电路的一个输入端电连接，所述信号采集电极C与所述信号采集电路的另一个输入端电连接，所述信号采集电路的一个输出端与所述A/D转换器的一个输入端电连接，所述信号采集电路的另一个输出端与所述A/D转换器的另一个输入端电连接，所述A/D转换器的输出端与所述中央处理器的输入端电连接，所述中央处理器的输出端与所述治疗信号发生器的一个输入端电连接，所述振荡器的输出端通过电容C1与所述治疗信号发生器的另一个输入端电连接，所述治疗信号发生器的输出端通过电容C2与治疗信号放大电路的输入端电连接，所述治疗信号放大电路的一个输出端通过电容C3与治疗电极D电连接，所述治疗信号放大电路的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

2.根据权利要求1所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述信号采集电路(9)为一个差分放大器；所述信号采集电极A与所述信号采集电路中的晶体管T1的基极电连接，输入信号经过四级放大后输出，所述信号采集电路中的晶体管T4的发射极与所述A/D转换器的一个输入端电连接，所述信号采集电极C与所述信号采集电路中的晶体管T2的基极电连接，输入信号经过四级放大后输出，所述信号采集电路中的晶体管T3的发射极与所述A/D转换器的另一个输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述信号采集电路还包括一对调节采集信号灵敏度的可变电阻R、可变电阻R’，所述可变电阻R与晶体管T6的集电极电连接，所述可变电阻R’与晶体管T9的集电极电连接。

4.根据权利要求3所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述振荡器包括晶体管T14、晶体管T15、晶体管T16、晶体管T17、电阻和电容；所述振荡器的输出端通过电容C1与所述治疗信号发生器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述治疗信号放大电路包括有发大器、电阻、电容、扬声器M2、发光二极管D3；所述治疗信号放大电路的输入端通过电容C2与所述治疗信号发生器的输出端电连接，所述扬声器M2串接于晶体管T11集电极的两个电阻之间，所述发光二极管的阳极通过一电阻与晶体管T11的发射极电连接，所述治疗信号放大电路的一个输出端通过电容C3与治疗电极D电连接，所述治疗信号放大电路的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

6.根据权利要求5所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述信号采集电极A、信号采集电极B、信号采集电极C和治疗电极D、治疗电极E、治疗电极F可通过一个通道切换电路(18)用电极G、电极H、电极I来实现采集信号的输入和治疗信号的输出。

7.根据权利要求6所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述中央处理器的输出端通过一个外设驱动电路(15)与一个数据存储器(16)电连接。

8.根据权利要求7所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述中央处理器的另一个输出端口通过所述外设驱动电路可与多个提示器(17)电连接。

9.根据权利要求8所述的神经网络重建装置，其特征在于：所述中央处理器的又一个输出端通过外设驱动电路与外设接口(7)电连接。

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