CN2899831Y

CN2899831Y - 一种脑神经网络重建装置

Info

Publication number: CN2899831Y
Application number: CN 200620007872
Authority: CN
Inventors: 张潇潇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2016-03-13

Abstract

本实用新型涉及一种脑神经网络重建装置，有一个电路板，该电路板上设有一个脑神经网络重建电路，该电路上安装有信号采集电极、信号采集器、AD转换器、中央处理器、振荡信号发生器、治疗信号发生器、治疗信号放大器、治疗电极；其中信号采集电极电连接信号采集器中晶体管的基极，信号采集器通过晶体管的射极与AD转换器电连接，AD转换器与中央处理器电连接，中央处理器电连接治疗信号发生器，振荡信号发生器通过电容与治疗信号发生器电连接，治疗信号发生器通过电容与治疗信号放大器电连接，治疗信号放大器通过电容与治疗电极连接。该装置能自动监测病人的肌电信号，重新建立新的神经网络。

Description

一种脑神经网络重建装置

技术领域

本实用新型涉及一种脑神经网络重建装置，该脑神经网络重建装置通过将卒中者的神经细胞所发出到肌肉而诱发出的微弱肌电信号(或简称自发EMG)进行放大达到或超过特设的“EMG-诱发点”，从而放出NMES使患者肌肉作出反应、收缩以达到神经细胞再生长并重新建立及发展新的神经网络。

技术背景

一般地说，当健康人想要运动时，会由大脑发出电信号，通过神经细胞传导到肌肉，引起肌肉收缩，从而完成肢体运动。肌电信号(EMG)可以被我们现在的普通仪器测量到。在正常的没有脑中风的普通人中，在意识的控制下，大脑神经向自己肢体某一肌肉发送控制该肌肉动作的意识信号时。脑细胞活动正常的情况下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，我们叫脑卒中也叫脑血管意外，即脑卒中患者的大脑不能产生正常的足量电信号传导到肌肉，肌肉就不可能正常收缩了。中风后，虽然患者的大脑仍能发出残余的微量肌电信号(医学上叫EMG)，但是几乎都太微弱；其微弱到不能够控制该肌肉动作，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或不够充分，因此只能诱发十分微弱的肌电电位回馈给大脑中对应的运动区；随着这种病变时间的延长和未及时诊断、治疗及不积极的合理康复、训练，其结果就必然导致肌肉不可逆转的损伤及功能丧失，失去脑部神经网络修复、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，通常所说的普通神经肌肉电刺激疗法只需2个电极，在固定的康复治疗时间段内，给出一定量的肌肉刺激安全电流，刺激脑卒中患者的上、下肢肌肉，使肌肉进行运动而克服爪形手或步态失常等。在休息时间段内，仪器一段时间要停止发出刺激电流，使患者的上、下肢肌肉得到一定的休息时间。但是由于不同的脑神经元细胞对电信号刺激反应的敏感水平不同，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，所以在诊治神经——肌肉疾患时不能一概选用相同强度的电刺激信号，也不能一律采用同一的电信号类型。但是，目前市场上常见的神经重建类的仪器大多只能够通过手动调节电刺激信号的大小从而施加到患者体上。由于患者是被动地接受电刺激信号，且需要手动调节信号大小，所以往往不能适应患者的治疗需要；因此这类仪器不能达到人们所预期的治疗效果。所以需要提出一种新型的脑神经网络重建装置来解决现有技术的不足。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种脑神经网络重建装置。该装置将肌电(EMG)与神经-肌肉电刺激(NMFS)巧妙地结合起来，可以检测出由卒中者的神经细胞所发出到肌肉而诱发出的微弱肌电信号(或简称自发EMG)，每次当自发EMG信号能达到或超过特设的“EMG-诱发点”，它就会放出NMES从而使患者肌肉作出反应、收缩等。通过患者重复学习，使卒中后仍然健全(未受损坏)的神经细胞再生长并重新建立及发展新的神经网络，例如：绕过因卒中被破坏的大脑区域，以恢复偏瘫肢体的活动功能。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种脑神经网络重建装置，有一个仪器盒，仪器盒上设有电源开关按钮、电刺激开关按钮、提示灯、电池盒、调节旋钮、外设端口、扬声器；在所述的仪器盒内部放置一个电路板，电路板上设有一个脑神经网络重建电路，所述的脑神经网络重建电路上安装有多个信号采集电极、信号采集器、AD转换器、中央处理器、振荡信号发生器、治疗信号发生器、治疗信号放大器、多个治疗电极；所述的信号采集电极A电连接信号采集器中晶体管T1的基极，信号采集电极C电连接信号采集器中晶体管T2的基极，所述的信号采集器的一个输出端通过晶体管T3的射极与AD转换器的输入端电连接，所述的信号采集器的另一输出端通过晶体管T4的射极与AD转换器的输入端电连接，所述的AD转换器的输出端与中央处理器的输入端电连接，中央处理器的输出端电连接治疗信号发生器的输入端，所述的振荡信号发生器的输出端通过电容C1与治疗信号发生器的输入端电连接，所述的治疗信号发生器的输出端通过电容C2与治疗信号放大器的输入端电连接，治疗信号放大器的一个输出端通过电容C3与治疗电极D连接，治疗信号放大器的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

本实用新型与已有技术相比有以下优点：

1、本实用新型中的脑神经网络重建装置可检测出由卒中者的神经细胞所发出到肌肉而诱发出的微弱肌电信号，每次当自发EMG信号能达到或超过特设的“EMG-诱发点”，它就会放出电刺激信号(NMES)，从而使患者肌肉作出反应、收缩等。并通过重复学习法，使卒中后仍然健全(未受破坏)的神经细胞再生长，并重新建立及发展新的神经网络。

2、本实用新型中的脑神经网络重建装置能够自动检测病人意识信号的增强，手动或自动提高肌电检出的阈值，不断提高对病人意识信号的要求。如此反复训练最终可使病人能自主地控制肌肉动作。

3、本实用新型中的脑神经网络重建装置把普通肌电刺激康复仪和普通生物回馈治疗仪两者的功能用集成电路芯片和电路设计有机的组合在一起。

4、本实用新型中的脑神经网络重建装置价格便宜，操作简便，可以由一般医护人员和病人自己应用而无需康复专家介入。

附图说明

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路原理图一；

图3为本实用新型的电路原理图二；

图4为本实用新型的电路原理图三。

具体实施方式

参见图1、图2、图3，本实用新型的脑神经网络重建装置，有一个仪器盒1，仪器盒上设有电源开关按钮2、电刺激开关按钮3、提示灯4、电池盒5、调节旋钮6、外设端口7、扬声器8；在所述的仪器盒内部放置一个电路板，电路板上设有一个脑神经网络重建电路，所述的脑神经网络重建电路上安装有多个信号采集电极、信号采集器9、AD转换器13、中央处理器12、振荡信号发生器11、治疗信号发生器14、治疗信号放大器10、多个治疗电极；所述的信号采集电极A电连接信号采集器中晶体管T1的基极，信号采集电极C电连接信号采集器中晶体管T2的基极，所述的信号采集器的一个输出端通过晶体管T3的射极与AD转换器的输入端电连接，所述的信号采集器的另一输出端通过晶体管T4的射极与AD转换器的输入端电连接，所述的AD转换器的输出端与中央处理器的输入端电连接，中央处理器的输出端电连接治疗信号发生器的输入端，所述的振荡信号发生器的输出端通过电容C1与治疗信号发生器的输入端电连接，所述的治疗信号发生器的输出端通过电容C2与治疗信号放大器的输入端电连接，治疗信号放大器的一个输出端通过电容C3与治疗电极D连接，治疗信号放大器的另一个输出端通过电容C4与治疗电极F电连接。

本实用新型的工作原理是：当按下电源开关按钮2时，开关K1闭合，电源开启，发光二极管D1导通发光，此时振荡信号发生器11开始工作，当按下电刺激开关按钮3后，开关K2闭合，振荡信号发生器开始产生电刺激信号，电刺激信号进入治疗信号发生器，中央处理器控制治疗信号发生器对波形进行整形筛选，最终选出适合患者治疗的电刺激信号传输到治疗信号放大器10进行放大，此时连接在治疗信号放大器上的电刺激信号输出提示用的发光二极管D3导通发光，并且声音提示器M2发出提示音，示意电刺激信号准备输出，电刺激信号通过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上的用于信号采集提示的发光二极管D2开始闪烁，并且声音提示器M1进行预备提示，此时，调动患处肌肉抬动肢体，与此同时放在患处的信号采集电极开始采集人体肌肉发出的微弱的肌电信号(EMG)，肌电信号首先被输入到信号采集器9内进行放大，信号采集电极A采集到的肌电信号被输送到信号采集器内的晶体管T1的基极，信号采集电极C采集到的肌电信号被输送到信号采集器内的晶体管T2的基极。信号采集电极A内的肌电信号通过晶体管T1、T5、T6、T7、T4四级放大后从晶体管T4的射极输入到AD转换器13内，信号采集电极C采集到的肌电信号通过晶体管T2、T8、T9、T10、T3四级放大后从晶体管T3的射极输入到AD转换器13内。在完成转换后，肌电信号通过SPI端口输入到中央处理器内进行数据处理，处理后的肌电数据可通过外设驱动电路15传送到数据存储器17内进行存储，同时还可以通过电连接在外设驱动电路上的外设接口16传送到外部设备，也可将此肌电数据传输到电连接在外设驱动电路上的多个提示器18输出，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。肌电数据从中央处理器输入到治疗信号发生器14内，中央处理器控制治疗信号发生器将此放大后的肌电信号与从振荡信号发生器11内输入到治疗信号发生器内的电刺激信号进行复合叠加，并整形筛选出刺激度大小适合患者的电刺激信号。当电刺激信号输入到治疗信号放大器内后，连接在治疗信号放大器上的用于电刺激信号输出提示的发光二极管D3再次导通发光，并且声音提示器M2再次发出提示音示意电刺激信号准备输出，电刺激信号从治疗电极D和治疗电极F输入到人体从而对患者进行刺激。

本实施例中的中央处理器采用ATMEGA8515型号的DSP。所述仪器盒上的电源开关按钮2与脑神经网络重建电路上的开关K1连接，所述的电刺激开关按钮3与连接在ATMEGA8515的I/O端口10上的开关K2连接。所述的提示灯4就是电连接在脑神经网络重建电路上的发光二极管D1、D2、D3，其中发光二极管D1是用于电源开启提示的，发光二极管D2是用于信号采集提示的，发光二极管D3是用于电刺激信号输出提示的。所述的电池盒5内装有电池，该电池与脑神经网络重建电路连接，且此电池就是脑神经网络重建电路上的电源VCC，该电源VCC也可以用其他形式代替。所述仪器盒上的调节旋钮6与脑神经网络重建电路上的信号采集器内的可变电阻R、R’对应。所述仪器盒上的扬声器8就是连接在脑神经网络重建电路上的声音提示器M1和声音提示器M2。所述的外设接口可以是232接口或USB接口。

所述的信号采集电极主要是用于采集脑中风患者患处肌肉发出的微弱的肌电信号，其灵敏度的调节是通过调节旋钮控制。本实施例中所述的信号采集器是一个差分放大器，其中信号采集电极A的信号通过信号采集器中晶体管T1、T5、T6、T7、T4四级放大，信号采集电极C的信号通过信号采集器中晶体管T2、T8、T9、T10、T3四级放大。所述的AD转换器在本实施例中采用AD7888型号的转换器，该AD转换器的I/O端口1、14、15、16分别与ATMEGA8515上的SPI端口5、6、7、8连接，所述的信号采集器中的晶体管T4和信号采集器中的晶体管T3分别与AD7888上的I/O端口5、6连接，该AD转换器的功能是将信号采集器中输出的信号进行判断并模数变换，并将变换后的信号输入到中央处理器内。本实施例中的振荡信号发生器为一个RC振荡器，当电源开启时，RC振荡器随即开始工作，将振荡波传输到治疗信号发生器内。本实施例中的治疗信号发生器是一个可调节频率的LC振荡器，该LC振荡器与ATMEGA8515上的I/O端口9连接。本实施例中所用的外设驱动电路15是型号为SC16312的驱动电路，该外设驱动电路与ATMEGA8515上的I/O端口11、12、13连接。本实施例中的治疗信号放大器是一个一级放大器，其放大元件主要是晶体管T11。所述的治疗电极包括治疗电极D、治疗电极E、治疗电极F，主要是用于将经过治疗信号放大器放大后的治疗信号输入到患者受损的肌肉，刺激患处肌肉，达到治疗的效果。

为更好的扩展该脑神经网络重建装置的功能，还可以在以上所述的脑神经网络重建装置的基础上进行改进；将所述的中央处理器12的一个端口与一个外设驱动电路15电连接。该外设驱动电路15是型号为SC16312的驱动电路。为了针对不同治疗阶段的患者需要而提供最合适的刺激信号，有必要将不同阶段的刺激信号进行存储，所述的外设驱动电路15的一个输出端口与数据存储器17电连接。经过中央处理器处理后的刺激信号通过外设驱动电路15输送到数据存储器17内进行存储用。为方便连接其他外接设备，所述中央处理器还可以通过外设驱动电路与外设接口16电连接。为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，所述中央处理器还可以通过所述外设驱动电路与多个提示器18电连接；所述的多个提示器可以是打印I/O声音提示器、语音提示器、图形提示器或光提示器，根据不同病人的需要而提供在视觉、听觉方面的提示。

这种肌电信号触发刺激属于患者主动刺激，也就是说当患者要实施一个肢体动作时，由于其部分脑神经网络已经被损坏，此时发出的脑神经信号相当微弱，所以控制不了患处肌肉动作。此时，通过调节旋钮6来调节灵敏度大小，从而使得信号采集电极可以检测到患者发出的微弱肌电信号。通过多次循环实施此种主动刺激的方法，可以使卒中后仍然健全(未受破坏)的神经细胞再生长并重新建立及发展新的神经网络。此种脑神经网络重建装置能够自动察觉病人意识信号的增强，手动或自动提高肌电检出的阈值，不断提高对病人意识信号的要求。如此反复训练最终可使病人能自主地控制肌肉动作。

参见图1、图4，在本实施例中还可以在脑神经网络重建电路上安装一个通道切换电路19，本实施例中所述的通道切换电路是一个型号为松下DSP 1A-6V的继电器，具体实施方法是在所述的脑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出三个I/O切换电极，所述的三个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。当脑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；当脑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。采用此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。

Claims

1.一种脑神经网络重建装置，其特征在于：有一个仪器盒(1)，仪器盒上设有电源开关按钮(2)、电刺激开关按钮(3)、提示灯(4)、电池盒(5)、调节旋钮(6)、外设端口(7)、扬声器(8)；在所述的仪器盒内部放置一个电路板，电路板上设有一个脑神经网络重建电路，所述的脑神经网络重建电路上安装有多个信号采集电极、信号采集器(9)、AD转换器(13)、中央处理器(12)、振荡信号发生器(11)、治疗信号发生器(14)、治疗信号放大器(10)、多个治疗电极；所述的信号采集电极A电连接信号采集器中晶体管T1的基极，信号采集电极C电连接信号采集器中晶体管T2的基极，所述的信号采集器的一个输出端通过晶体管T3的射极与AD转换器的输入端电连接，所述的信号采集器的另一输出端通过晶体管T4的射极与AD转换器的输入端电连接，所述的AD转换器的输出端与中央处理器的输入端电连接，中央处理器的输出端电连接治疗信号发生器的输入端，所述的振荡信号发生器的输出端通过电容C1与治疗信号发生器的输入端电连接，所述的治疗信号发生器的输出端通过电容C2与治疗信号放大器的输入端电连接，治疗信号放大器的一个输出端通过电容C3与治疗电极D连接，治疗信号放大器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所述的脑神经网络重建装置，其特征在于：所述的中央处理器(12)的一个端口与一个外设驱动电路(15)电连接。

3.根据权利要求2所述的脑神经网络重建装置，其特征在于：所述外设驱动电路(15)的一个输出端口与数据存储器(17)电连接。

4.根据权利要求2所述的脑神经网络重建装置，其特征在于：所述外设驱动电路(15)的一个输出端口与外设接口(16)电连接。

5.根据权利要求2所述的脑神经网络重建装置，其特征在于：所述外设驱动电路(15)的一个输出端口与多个提示器(18)电连接。

6.根据权利要求1所述的脑神经网络重建装置，其特征在于：在所述的脑神经网络重建电路上安装一个通道切换电路(19)，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同时连接在通道切换电路的输入端，在所述的通道切换电路的输出端连接出三个I/O切换电极，所述的三个I/O切换电极包括I/O切换电极G、I/O切换电极H、I/O切换电极I。