[實用新型]一種神經網絡重建裝置

有效

• 申請號: 200920303301.6
• 申請日: 2009-05-19
• 公開（公告）號: CN201404216Y
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 王蓉
• 申請（專利權）人: 王蓉
• 主分類號: A61B5/0488
• 分類號: A61B5/0488;A61N1/36
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司
• 代理人: 李桂玲;李富華

技術領域

本實用新型涉及一種神經網絡重建裝置；該裝置用生物反饋的原理來幫助因中風而癱瘓的病人進行腦神經網絡重建。

背景技術

肢體運動是由大腦某一區域控制的。控制肢體運動的腦組織發出信號，該信號經脊椎和周邊神經傳導到相應的神經肌肉接合處，引起相應肌肉的收縮或松弛，從而帶動肢體運動。肢體運動時會產生肌電。正常肢體運動的肌電電位在毫伏級，可以用適當的皮膚表面電極和普通電子電路檢測到。

肌肉的收縮亦可由外部電刺激誘發。當適當的電刺激通過皮膚表面電極施加到肢體肌肉群時，肌肉群收縮，可引起相應的肢體運動。電刺激的強度必須加以控制。太弱不足以產生運動。強則會引起病人不適甚至造成損傷。

中風病人大部份會因為控制肢體的腦組織受損而帶有不同程度的肢體癱瘓。此時脊椎和周邊神經并未受損，殘留的控制肢體的腦組織仍能發出信號并經脊椎和周邊神經傳導到相應的神經肌肉接合處，但該信號會非常微弱，引起的肢體運動甚至難以用肉眼覺察；相應的肌電電位也因而只有微伏級，難以用普通電子電路檢測到。

大腦具有重新學習的功能。當控制肢體的腦組織受損后，經過及時和一定時間(例如1-6個月)的康復訓練，未受損的其它腦組織會逐漸學會受損腦組織的原功能來控制肢體運動；這種現象在醫學上稱腦神經網絡重建。這種康復訓練必須在中風后患者情況允許的條件下及時進行，否則受影響的肢體會因長時不運動而造成肌肉萎縮和永久癱瘓。訓練還須不斷堅持直到康復，否則容易退步。

用肌電觸發的神經肌肉電刺激器來做這種中風康復訓練已被證明是一種有效的方法。該種儀器因而又稱(腦)神經網絡重建裝置。它用生物反饋的原理來幫助因中風而癱瘓的病人進行腦神經網絡重建。儀器在癱瘓的肢體處用電極檢測病人學習發出的微弱肌電電位，并將該電位與預設的閾值作比較。當病人努力使肌電電位達到預設的閾值時，作為給病人的一種反饋，儀器輸出適當的電刺激幫助病人癱瘓的肢體運動一定的時間(數秒)。病人得到這一反饋(肢體運動)，認識到它用勁得當，下一次就會朝這方向努力，從而可能發出更高的肌電電位。隨著學習的進步，病人發出的肌電電位越來越高，閾值就可相應地增高。通過不斷的學習，受損肢體的運動能力越來越強，達到康復的目地。這種康復訓練適用于動脈阻塞或血管爆裂型中風。患者一般須每天鍛煉兩次，堅持1-6個月。

神經網絡重建裝置必須能檢測出癱瘓病人的非常微弱的肌電信號。它要求檢測線路本身須有很低的噪聲。同時還要求有很高的共模抑制比(CMRR)以排除外界噪聲干擾，因為來自交流電網等的噪聲電位比中風受損肢體所能發出的肌電電位會高很多。

公開號CN2768819的中國專利公開了“一種神經功能重建儀”。該專利的方案采用一個數字信號處理模塊來達到這一目地。數字信號處理模塊增加了儀器的開發成本和元器件成本，它也顯著增加了儀器的耗電量。因為神經網絡重建儀一般是由電池供電，儀器的低耗電量是一個重要的指標。該方案采用升壓電路來處理幅度不同的電刺激信號，因此它輸送到激勵電極的電刺激是一種恒定電壓刺激。電刺激強度是由流過神經肌肉的電流(而不是電壓)幅度和時間決定的。兩個刺激電極(陰極和陽極)之間的阻抗主要決定于電極本身的阻抗以及皮膚和神經肌肉的阻抗。這一阻抗通常是變化的。如果是恒定電壓刺激，刺激電流與阻抗成反比。當神經網絡重建裝置設定一定的刺激電壓時，如果阻抗大，則刺激電流幅度變小，可能不足以誘發肢體運動，或不能提供預期的反饋給病人。反之，如果阻抗小，則刺激電流幅度變大，可能引起病人不適。因此神經網絡重建裝置最好用恒定電流刺激而不是恒定電壓刺激。

公開號為CN2899831的中國專利公開了“一種腦神經網絡重建裝置”。該專利的技術方案采用分立元器件(T1和T2三極管以及相應電阻)構成信號采集器的第一級差分放大器.由于分立元器件的精度限制，T1和T2三極管以及相應電阻的配對一般很難達到要求，不容易實現高CMRR，因此排除外界噪聲干擾的能力較差。該專利的治療信號放大器對治療信號進行電壓放大，其治療電流隨負載(刺激電極)之間的阻抗而變化。另外，由于信號采集器與治療信號放大器之間沒有隔離，治療信號除了通過治療電極(D，E，和F)外，亦會通過信號采集電極(A，B，和C)。這將分散治療信號的能量，不僅刺激治療電極處的神經肌肉，也刺激信號采集電極處的神經肌肉。肌電信號采集器一般是弱電電路，其供電電壓和元器件的耐壓都比較低。如果肌電信號采集器與治療信號放大器之間沒有隔離，當治療信號的電壓高于信號采集器供電電壓和元器件的耐壓時，信號采集器就會損壞。因此，該專利的技術方案難以提供足夠強度的電刺激來誘發肢體運動。