专利名称：神经功能重建仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医疗设备，尤其涉及一种能通过训练唤醒偏瘫病人意识，帮助病人重建大脑神经网络，使其瘫痪肢体(手、足)逐渐恢复功能的神经功能重建仪。
背景技术：
中风(脑血栓)可分为动脉阻塞或血管爆裂两种类型，统称为脑部血管的意外(Cerebrovascular Accident-CVA)。在发达国家CVA是第3大的致命疾病及造成残疾的主要原因，在我国随着人民生活水平的提高，中风的发病率也有逐年上升的趋势，并且中风的发病率会随着年龄的增长而剧增。中风发病后存活下来的75％的人中会留下不同的后遗症，如手足麻痹、四肢瘫痪、全身或下半身偏瘫等，导致病人行动不能自理，需要特殊的帮助和护理。这主要是因为，正常人的大脑神经向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(肌电信号)。然而在中风病人发送的控制肌肉动作的意识信号十分微弱，只能产生肉眼无法察觉的肌肉的变形，而无法引起和控制肌肉的变形，因此诱发的肌电电位(肌电信号)也十分微弱。目前大多数康复是采用物理疗法，但是经科学家Weiss.1994及Carr.1993年等的研究均表明认识再训练法对中风偏瘫的患者是非常重要的和非常有效的。因未受破坏的神经细胞是有能力再生并可发展不同或更新的神经功能路线。因此可以通过对病人精神意识的训练，使中风后仍然健全(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，例如绕过因中风被破坏的大脑区域，以恢复偏瘫肢体的活动功能。
目前传统的用于瘫痪病人肌肉康复训练和治疗的仪器，对靶肌肉的刺激是一种单纯的、开环电刺激，即在治疗仪内预先设置几档不同强度的电刺激信号，治疗时，根据病人轻重程度选择适当的电刺激信号，并通过电极作用于病人的靶肌肉上，对瘫痪部位的肌肉进行循环刺激。这种方法，因为没有病人主观意识上的参与，达不到对病人精神意识的训练作用，因此无法促进病人未受破坏神经细胞再生长，使偏瘫病人重建大脑神经网络，让其瘫痪肢体(手、足)逐渐恢复功能的效果。
实用新型内容本实用新型的目的是提出一种用于帮助瘫痪病人神经功能重建的设备，该设备根据检测到的病人的肌电讯号(EMG)来自动调节作用到病体靶肌肉上的电刺激(NMES)强度，从而使患者肌肉作出反应、收缩等，使病人感受到意识对肌肉的控制。让其瘫痪肢体(手、足)逐渐恢复功能。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种神经功能重建仪，包括供电电源模块；还包括顺序串接的一电极连接与刺激模块，所述电极连接与刺激模块用于从病人患部检测肌电信号并放大肌电信号，同时将不同强度的电刺激信号作用到病人患处；一用于将肌电信号转换成数字肌电信号的模数转换器；一将数字肌电信号进行数字滤波处理的数字信号处理单元；以及一单片机主控模块；所述单片机主控模块用于接收所述数字信号处理单元输出的数字肌电信号，并依据所述肌电信号的强度控制输出不同强度的电刺激信号到所述电极连接与刺激模块上。
所述的神经功能重建仪，其中所述电极连接与刺激模块包括一对直接作用到病人身体患部的电极，所述电极用于采集肌电信号；一用于对肌电信号进行放大和滤波的肌电放大滤波电路，所述肌电放大滤波电路的输入端与所述电极相连，其输出端与所述模数转换器的输入端相接；一整形电路及一升压隔离电路；所述整形电路的输入端与所述单片机主控模块相接，其用于将所述单片机主控模块输出的不同强度的电刺激信号进行整形，形成幅度不同的电刺激信号后输出至所述升压隔离电路的输入端；所述升压隔离电路将所述幅度不同的电刺激信号经升压隔离处理后送至所述电极上。
所述的神经功能重建仪，其中所述单片机主控模块输出的不同强度的电刺激信号为幅度相同，频率或脉宽不同的脉冲信号。
所述的神经功能重建仪，其中神经功能重建仪还包括一显示模块，所述显示模块与所述单片机主控模块连接，用于显示所需数据。
所述的神经功能重建仪，其中所述神经功能重建仪还包括一上位机，所述上位机包括主机、控制键盘和显示终端；所述单片机主控模块与所述上位机的主机通过串行接口连接，所述单片机主控模块与所述上位机主机之间根据内部协议相互交换控制指令和数据，并且通过所述显示终端来显示所需数据。
所述的神经功能重建仪，其中所述显示终端为液晶显示器。
本实用新型的有益效果为采用了上述技术方案后，单片机主控模块能够根据电极检测到的肌电信号强弱来调节和控制输出电刺激信号的强度，并将不同强度的理疗级电刺激信号通过电极作用到病人患部，响应病人的意识；这种肌电和神经肌肉电刺激巧妙地结合，使病人感受到意识对肌肉的控制，通过不断重复并加强这种意识，就可以促进病人大脑神经功能的重建，让病人瘫痪的肢体(手、足)逐渐恢复功能。
图1为本实用新型神经功能重建仪的电路方框图图2为电极连接与刺激模块的电路方框图图3为单片机主控模块输出的不同强度电刺激信号的波形图具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明一种神经功能重建仪，如图1所示，包括为设备各部分供电的电源模块；还包括顺序串接的一电极连接与刺激模块，一模数转换器，一数字信号处理单元，以及一单片机主控模块，并且单片机主控模块的信号输出端还与电极连接与刺激模块相连；所述电极连接与刺激模块用于从病人患部检测肌电信号并放大肌电信号，同时将单片机主控模块输出的不同强度的理疗级电刺激信号作用到病人患处；模数转换器将电极连接与刺激模块输出的模拟肌电信号转换成数字肌电信号，数字信号处理单元将数字肌电信号中的干扰信号等杂波进行数字滤波处理，得到一干净的数字肌电信号送至单片机主控模块。所述单片机主控模块用于接收所述数字信号处理单元输出的数字肌电信号，并依据所述肌电信号的强度控制输出不同强度的电刺激信号到所述电极连接与刺激模块上。其实现方法是所述单片机主控模块内预先设置了若干个不同的阈值，并将接收到的所述数字肌电信号与所述阈值逐个进行比较和计算，当所述单片机主控模块判定所述数字肌电信号与某一预置阈值接近时，则以此阈值为触发阈值，输出对应强度的电刺激信号到所述电极连接与刺激模块上。例如，单片机主控模块内设置1、2、3、4、5、6共6个阈值，单片机主控模块将接收到的数字肌电信号与6个阈值一一进行比较并迅速进行计算和判断，当判定某一肌电信号强度小于阈值2但超过阈值1时，则以阈值2作为触发阈值，输出预置的与阈值2所对应的电刺激信号，并将该电刺激信号作用到所述电极连接与刺激模块上；而当病人顺利地增加其肌电信号时，例如，增加到大于阈值2，小于阈值3时，则以阈值3作为触发阈值，输出预置的与阈值3所对应的电刺激信号，促使病人加大肌肉收缩，以引发进一步的肌肉刺激，以此形成一个依据肌电信号启动作用到病人患部的电刺激信号，以及依据肌电信号的强度自动调节电刺激信号强度的闭环刺激。由此可见，神经功能重建仪能够自动察觉病人意识信号的增强，不断提高对病人意识信号的要求，如此反复训练可使病人能自主控制肌肉动作。
如图2所示，所述的电极连接与刺激模块包括下述具体电路一对直接作用到病人身体患部(靶肌肉)的电极，所述电极用于采集肌电信号并将理疗级电刺激信号作用到靶肌肉上；一用于对模拟肌电信号进行放大和滤波的肌电放大滤波电路，所述肌电放大滤波电路的输入端与所述电极相连，其输出端与所述模数转换器的输入端相接，肌电放大滤波电路采用高精度低温飘的运算放大器，将模拟肌电信号处理后送入模数转换器；还包括一整形电路及一升压隔离电路，所述整形电路的输入端与所述单片机主控模块相接，由于所述单片机主控模块输出的不同强度的电刺激信号如图3所示，可以是图3a图3b所示的幅度相同、频率不同的脉冲信号，也可以是图3a图3c所示的幅度相同、频率相同但脉宽不同的脉冲信号，因此整形电路用于将脉冲信号进行整形，形成幅度不同的电刺激信号后输出至所述升压隔离电路的输入端；所述升压隔离电路将所述幅度不同的电刺激信号经升压隔离处理后送至所述电极上，并作用到靶肌肉上。
以上所提及的各部分具体电路，都为本领域技术人员所熟知，故在此对具体电路不再赘述。
在具体实现方案中，神经功能重建仪还包括一显示模块，所述显示模块与所述单片机主控模块连接，用于显示训练治疗过程中目前状态等所需数据；同时还包括一与所述单片机主控模块连接的指令系统，该指令系统通过单片机主控模块发出各种指令，控制整个设备的操作。
为了方便训练和治疗，实现近距离的远程控制，所述神经功能重建仪还包括一上位机，所述上位机包括主机、控制键盘和显示终端；所述上位机的主机与所述单片机主控模块之间通过串行接口(如R232接口)连接，单片机主控模块与上位机主机之间根据内部协议相互交换控制指令和数据，即由上位机给单片机主控模块下达指令，单片机主控模块解析数据，执行命令，并连续输出数据上传给上位机；所述显示终端为液晶显示器，可以将各种数据以图形化方式显示出来，显示直观清楚，更加便于医生了解病人治疗情况。
应当理解的是，本实用新型所述的神经功能重建仪，上述针对较佳实施例的描述过于具体，并不能因此而理解为对本实用新型的专利保护范围的限制，其专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种神经功能重建仪，包括供电电源模块；其特征在于还包括顺序串接的一电极连接与刺激模块，所述电极连接与刺激模块用于从病人患部检测肌电信号并放大肌电信号，同时将不同强度的电刺激信号作用到病人患处；一用于将肌电信号转换成数字肌电信号的模数转换器；一将数字肌电信号进行数字滤波处理的数字信号处理单元；以及一单片机主控模块；所述单片机主控模块用于接收所述数字信号处理单元输出的数字肌电信号，并依据所述肌电信号的强度控制输出不同强度的电刺激信号到所述电极连接与刺激模块上。
2.根据权利要求1所述的神经功能重建仪，其特征在于所述电极连接与刺激模块包括一对直接作用到病人身体患部的电极，所述电极用于采集肌电信号；一用于对肌电信号进行放大和滤波的肌电放大滤波电路，所述肌电放大滤波电路的输入端与所述电极相连，其输出端与所述模数转换器的输入端相接；一整形电路及一升压隔离电路；所述整形电路的输入端与所述单片机主控模块相接，其用于将所述单片机主控模块输出的电刺激信号进行整形，形成幅度不同的电刺激信号后输出至所述升压隔离电路的输入端；所述升压隔离电路将所述幅度不同的电刺激信号经升压隔离处理后送至所述电极上。
3.根据权利要求2所述的神经功能重建仪，其特征在于所述单片机主控模块输出的电刺激信号为幅度相同，频率或脉宽不同的脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的神经功能重建仪，其特征在于神经功能重建仪还包括一显示模块，所述显示模块与所述单片机主控模块连接，用于显示所需数据。
5.根据权利要求1至4任一权项所述的神经功能重建仪，其特征在于所述神经功能重建仪还包括一上位机，所述上位机包括主机、控制键盘和显示终端；所述单片机主控模块与所述上位机的主机通过串行接口连接，所述单片机主控模块与所述上位机主机之间根据内部协议相互交换控制指令和数据，并且通过所述显示终端来显示所需数据。
6.根据权利要求5所述的神经功能重建仪，其特征在于所述显示终端为液晶显示器。
专利摘要一种神经功能重建仪，包括顺序串接的一电极连接与刺激模块，该模块用于从病人患部采集肌电信号并予以放大，同时将不同强度的电刺激信号作用到病人患处；一用于将肌电信号转换成数字肌电信号的模数转换器；一将数字肌电信号进行数字滤波处理的数字信号处理单元；以及一单片机主控模块；单片机主控模块用于接收数字信号处理单元输出的数字肌电信号，并依据肌电信号的强度控制输出不同强度的电刺激信号到电极连接与刺激模块上，从而使患者肌肉作出反应，使病人感受到意识对肌肉的控制，让其瘫痪肢体逐渐恢复功能。
文档编号A61B5/0488GK2768819SQ200420102908
公开日2006年4月5日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者王佳 申请人:深圳市科瑞康实业有限公司