用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310839858.6(22)申请日 2023.07.10(71)申请人 福建医科大学附属第一医院地址 350005 福建省福州市台江区茶中路20号(72)发明人 许子星许卫红黄鑫昊(74)专利代理机构 昆明合盛知识产权代理事务所(普通合伙)53210专利代理师 牛林涛(51)Int.Cl.A61B 5/316(2021.01)A61B 5/388(2021.01)A61B 5/395(2021.01)G06N 3/0464(2023.01)G06N 3/09(2023.01)G06F 18。

2、/214(2023.01)G06F 18/21(2023.01)(54)发明名称一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置(57)摘要本发明公开用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，通过构建生物电信号分析系统，结合脊髓电生理模块、脊髓诱发电位模块、脊髓运动诱发电位模块的信号发送与接收，分析传导功能改变全范围验证脊髓损伤修复；同时结合深度学习分析处理，为脊髓损伤修复提供参照和优化修复方案；本发明用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，结合深度学习方案，对生物电信号传导信号进行分析处理，结合正常参数建立正常生物电信号传导验证模型，与验证生成的生物电信号传导验证模型对比；可以有效的对信号信息。

3、进行分析记录，同时输入数据库进行存储，为后续科研提供依据。权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 116602687 A2023.08.18CN 116602687 A1.一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：包括：信号采集单元、信号诱发单元、信号预处理单元和数据分析处理模块，所述信号采集单元包括对脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号采集模块，信号诱发单元包括脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号诱发模块，若干信号采集模块和信号诱发模块一一对应将数据传输至信号预处理单元提高信号质量，并输入至数据分析处理模块进行分析处理；其中，所述数据分析处理模块，通过对信号进行。

4、特征提取与分类，输入卷积神经网络训练得到初始模型，初始模型建模按照脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的采集依次建立模型；同时引入注意力机制分析各模型中的差异信息特征和共同信息特征，并基于高斯分布的特征生成模块，生成生物电信号传导验证模型；同时，所述数据分析处理模块依据正常参数建立正常生物电信号传导验证模型，与验证生成的生物电信号传导验证模型对比。2.如权利要求1所述的用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：所述信号采集模块分别根据时间频域采集对应数据，将时域分析与频域分析的结合，获取信号在时间和频率上的变化规律；其中，脊髓电生理的信号采集模块采用间歇性采集模式，对待验证脊。

5、髓两端分别采集生物电信号，采集后输入数据分析处理模块；其中，脊髓诱发电位和脊髓运动诱发电位的信号采集模块，通过采集待验证区中接受到的信号诱发模块的对应间歇性的发送诱发信号，将其上传至数据分析处理模块。3.如权利要求2所述的用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：所述脊髓电生理，通过设计电极记录生物电信号，其中，生物电信号包括脊髓神经元的活动、脊髓脉冲传导速度，以时间频域变化，构建出脊髓电生理模型；其中，脊髓电生理模型通过对采集的信号进行特征提取与分类，若待验证脊髓两端采集的信号一致，则此信号的注意力机制权重下降或取消，即分析差异信息特征和共同信息特征，差异信息通过基于高斯分布的特。

6、征生成模块，生成生物电信号传导验证模型。4.如权利要求2所述的用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：所述脊髓诱发电位，通过给予刺激后记录脊髓神经传导的电位变化；通过信号诱发模块的对应间歇性的发送诱发信号，在脊髓诱发电位的信号采集模块上记录到相应的信号，其中：通过间歇性的诱发信号和检测，形成训练样本，采用注意力机制分析差异信息特征和共同信息特征，通过与正常生物电信号传导验证模型对比信号变化。5.如权利要求1所述的用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：所述脊髓运动诱发电位，通过在大脑皮层刺激后记录到肌肉活动的电位变化。6.如权利要求1所述的用于脊髓损伤修复验证的生物。

7、电信号传导装置，其特征在于：所述信号预处理单元通过对信号等比放大，对信号进行降噪滤波处理，提高信号质量。7.如权利要求1所述的用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：所述数据分析处理模块还包括显示模块、交互模块和储存模块，通过数据分析处理模块输入和显示处理结果。8.如权利要求1所述的用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，其特征在于：所述脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号采集模块，均采用气囊电极结构，通过气囊改变电极位置和整体结构，实现不同情境下数据采集和分析。权利要求书1/2 页2CN 116602687 A29.脊髓损伤修复验证的生物电信号传导验证系统，其特征。

8、在于：通过将数据分析处理模块构建的脊髓电生理模型、脊髓诱发电位模型、脊髓运动诱发电位模型输入至卷积神经网络，并通过对比正常生物电信号模型，验证脊髓损伤修复验证的生物电信号传导。权利要求书2/2 页3CN 116602687 A3一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置技术领域0001本发明涉及脊髓损伤修复技术领域，涉及一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置。背景技术0002脊髓损伤(spinalcordinjury)是指由于外界直接或间接因素导致脊髓损伤，在损害的相应节段出现各种运动、感觉和括约肌功能障碍，肌张力异常及病理反射等的相应改变。脊髓损伤可分为原发性脊髓损伤与继发性脊髓损伤。

9、。前者是指外力直接或间接作用于脊髓所造成的损伤。后者是指外力所造成的脊髓水肿、椎管内小血管出血形成血肿、压缩性骨折以及破碎的椎间盘组织等形成脊髓压迫所造成的脊髓的进一步损害。0003脊髓损伤的修复仍处于研究阶段，还没有出现一种能够完全治愈脊髓损伤的方法。目前，研究者正在尝试寻找新的方法和技术来治疗脊髓损伤；一些实验性的治疗方法包括利用干细胞或生物材料来修复受损的神经组织；使用神经可塑性相关的药物以加强受损区域周围神经元的连接；以及使用神经电刺激等方法来刺激受损区域的神经元重新连接和成长。0004对于脊髓损伤修复的研究，对于生物电信号是一种由生物体内部产生的电信号，包括神经元的动作电位、心脏的心。

10、电图、肌肉的电活动等。这些生物电信号对于维持人体生命活动具有重要的作用。在脊髓损伤方面，生物电信号在神经病理变化和康复治疗中都扮演着重要角色。0005脊髓损伤后，由于受损神经元的功能障碍和连接断裂，导致局部生物电信号传递异常或中断。例如，脊髓损伤患者可能出现肢体瘫痪、感觉障碍等症状，这些症状与肌肉、神经之间的生物电信号传递异常有关。0006与此同时，生物电信号也可以被用来促进脊髓损伤治疗和恢复。例如，利用外部神经电刺激技术可以在一定程度上促进受损区域神经元再生和重建。此外，还有研究表明，通过机器人辅助康复训练和神经电刺激结合使用能够提高脊髓损伤患者的运动和感觉功能。0007因此，生物电信号在脊。

11、髓损伤的发病机制和治疗研究中均具有重要的作用，在脊髓损伤修复研究过程中，用生物电信号验证修复情况，可以实现对于修复方案的验证，通过生物电信号是一种可行的方案；但是，现有技术中，缺乏合理合适的方案，如从单一生物电信号验证，无法获得标准化的可靠的评价指标，通过对多方位信号的收集、对样本和信号参数的分析，结合小样本训练，依托神经网络模型等方案设计，才能获取更加可靠的修复评价，也是本领域亟需解决的技术问题。发明内容0008本发明的目的在于，提供一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，通过构建生物电信号分析系统，结合脊髓电生理模块、脊髓诱发电位模块、脊髓运动诱发电位模块的信号发送与接收，分析传导功。

12、能改变全范围验证脊髓损伤修复，同时结合深度学习说明书1/6 页4CN 116602687 A4分析处理，为脊髓损伤修复提供参照和优化修复方案。0009为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：0010一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，包括：信号采集单元、信号诱发单元、信号预处理单元和数据分析处理模块，所述信号采集单元包括对脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号采集模块，信号诱发单元包括脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号诱发模块，若干信号采集模块和信号诱发模块一一对应将数据传输至信号预处理单元提高信号质量，并输入至数据分析处理模块进行分析处理；0。

13、011其中，所述数据分析处理模块，通过对信号进行特征提取与分类，输入卷积神经网络训练得到初始模型，初始模型建模按照脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的采集依次建立模型；同时引入注意力机制分析各模型中的差异信息特征和共同信息特征，并基于高斯分布的特征生成模块，生成生物电信号传导验证模型；0012同时，所述数据分析处理模块依据正常参数建立正常生物电信号传导验证模型，与验证生成的生物电信号传导验证模型对比。0013进一步的，所述信号采集模块分别根据时间频域采集对应数据，将时域分析与频域分析的结合，获取信号在时间和频率上的变化规律；0014其中，脊髓电生理的信号采集模块采用间歇性采集模式，对待。

14、验证脊髓两端分别采集生物电信号，采集后输入数据分析处理模块；0015其中，脊髓诱发电位和脊髓运动诱发电位的信号采集模块，通过采集待验证区中接受到的信号诱发模块的对应间歇性的发送诱发信号，将其上传至数据分析处理模块。0016进一步的，所述脊髓电生理，通过设计电极记录生物电信号，其中，生物电信号包括脊髓神经元的活动、脊髓脉冲传导速度，以时间频域变化，构建出脊髓电生理模型；0017其中，脊髓电生理模型通过对采集的信号进行特征提取与分类，若待验证脊髓两端采集的信号一致，则此信号的注意力机制权重下降或取消，即分析差异信息特征和共同信息特征，差异信息通过基于高斯分布的特征生成模块，生成生物电信号传导验证模。

15、型；0018其中：差异信息特征：0019假设有两组数据集A和B，每个数据集包含N个样本；差异信息特征计算方法如下：0020(A,B)|(A)(B)|/(A)+(B)0021其中，(A,B)表示A和B之间的差异信息特征值，(A)和(B)分别表示数据集A和B的均值，(A)和 (B)分别表示数据集A和B的标准差。0022共同信息特征：0023在两组数据集A和B中，共同的信息特征计算方法如下：0024(A,B)|AB|/|A|0025其中，(A,B)表示A和B之间的共同信息特征值，|AB|表示数据集A和B的交集元素数量，|A|表示数据集A的元素数量；0026其中，注意力机制在对于共同信息特征权重下降或。

16、取消处理。0027进一步的，所述脊髓诱发电位，通过给予刺激后记录脊髓神经传导的电位变化；通过信号诱发模块的对应间歇性的发送诱发信号，在脊髓诱发电位的信号采集模块上记录到相应的信号；0028其中：通过间歇性的诱发信号和检测，形成训练样本，采用注意力机制分析差异信说明书2/6 页5CN 116602687 A5息特征和共同信息特征，通过与正常生物电信号传导验证模型对比信号变化；0029其中，注意力机制首先构建一个基础卷积神经网络模型，引入注意力机制用于分析差异特征；0030通过注意力机制计算每个输入部分的注意力权重，来确定其在模型中的重要性；0031注意力权重可以根据输入的不同部分之间的差异程度进。

17、行计算，使用自注意力机制或多头注意力机制；0032通过训练模型：0033使用训练数据集对模型进行训练，包括基础模型和注意力机制；0034利用标签信息进行监督学习，优化模型参数，使其能够准确预测标签；0035对新的未见样本进行预测时，基于训练好的模型和注意力机制，计算每个输入部分的注意力权重；0036根据注意力权重，分析差异特征并进行预测。0037进一步的，所述脊髓运动诱发电位，通过在大脑皮层刺激后记录到肌肉活动的电位变化。0038进一步的，所述信号预处理单元通过对信号等比放大，对信号进行降噪滤波处理，提高信号质量。0039进一步的，所述数据分析处理模块还包括显示模块、交互模块和储存模块，通过数。

18、据分析处理模块输入和显示处理结果。0040进一步的，所述脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号采集模块，均采用气囊电极结构，通过气囊改变电极位置和整体结构，实现不同情境下数据采集和分析。0041本发明的另一目的在于，提供脊髓损伤修复验证的生物电信号传导验证系统，通过将数据分析处理模块构建的脊髓电生理模型、脊髓诱发电位模型、脊髓运动诱发电位模型输入至卷积神经网络，并通过对比正常生物电信号模型，验证脊髓损伤修复验证的生物电信号传导。0042本发明的有益效果为：0043本发明用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，通过构建生物电信号分析系统，结合脊髓电生理模块、脊髓诱发电位模块、脊髓运动。

19、诱发电位模块的信号发送与接收，分析传导功能改变全范围验证脊髓损伤修复；同时结合深度学习分析处理，为脊髓损伤修复提供参照和优化修复方案；0044本发明用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，通过对信号进行特征提取与分类，输入卷积神经网络训练得到初始模型，初始模型建模按照脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的采集依次建立模型；同时引入注意力机制分析各模型中的差异信息特征和共同信息特征，并基于高斯分布的特征生成模块，生成生物电信号传导验证模型；0045本发明用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，结合深度学习方案，对生物电信号传导信号进行分析处理，结合正常参数建立正常生物电信号传导验证模型。

20、，与验证生成的生物电信号传导验证模型对比；可以有效的对信号信息进行分析记录，同时输入数据库进行存储，为后续科研提供依据。0046当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。说明书3/6 页6CN 116602687 A6附图说明0047图1为本发明实施例所述用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置的结构框图；具体实施方式0048为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本发明进行详细说明。0049下面结合具体实施例对本发明进行说明：0050如图1所示：0051实施例10052一种用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，包括：信号采集单元、信号诱发单。

21、元、信号预处理单元和数据分析处理模块，所述信号采集单元包括对脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号采集模块，信号诱发单元包括脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号诱发模块，若干信号采集模块和信号诱发模块一一对应将数据传输至信号预处理单元提高信号质量，并输入至数据分析处理模块进行分析处理；0053其中，所述数据分析处理模块，通过对信号进行特征提取与分类，输入卷积神经网络训练得到初始模型，初始模型建模按照脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的采集依次建立模型；同时引入注意力机制分析各模型中的差异信息特征和共同信息特征，并基于高斯分布的特征生成模块，生成生物电信号传导验证模型；0054。

22、同时，所述数据分析处理模块依据正常参数建立正常生物电信号传导验证模型，与验证生成的生物电信号传导验证模型对比。0055实施例20056本实施例中，所述信号采集模块分别根据时间频域采集对应数据，将时域分析与频域分析的结合，获取信号在时间和频率上的变化规律；0057其中，脊髓电生理的信号采集模块采用间歇性采集模式，对待验证脊髓两端分别采集生物电信号，采集后输入数据分析处理模块；0058其中，脊髓诱发电位和脊髓运动诱发电位的信号采集模块，通过采集待验证区中接受到的信号诱发模块的对应间歇性的发送诱发信号，将其上传至数据分析处理模块。0059实施例30060本实施例中，所述脊髓电生理，通过设计电极记录生。

23、物电信号，其中，生物电信号包括脊髓神经元的活动、脊髓脉冲传导速度，以时间频域变化，构建出脊髓电生理模型；0061其中，脊髓电生理模型通过对采集的信号进行特征提取与分类，若待验证脊髓两端采集的信号一致，则此信号的注意力机制权重下降或取消，即分析差异信息特征和共同信息特征，差异信息通过基于高斯分布的特征生成模块，生成生物电信号传导验证模型。0062其中：差异信息特征：0063假设有两组数据集A和B，每个数据集包含N个样本；差异信息特征计算方法如下：0064(A,B)|(A)(B)|/(A)+(B)0065其中，(A,B)表示A和B之间的差异信息特征值，(A)和(B)分别表示数据集A和B的均值，(A。

24、)和 (B)分别表示数据集A和B的标准差。说明书4/6 页7CN 116602687 A70066共同信息特征：0067在两组数据集A和B中，共同的信息特征计算方法如下：0068(A,B)|AB|/|A|0069其中，(A,B)表示A和B之间的共同信息特征值，|AB|表示数据集A和B的交集元素数量，|A|表示数据集A的元素数量；0070其中，注意力机制在对于共同信息特征权重下降或取消处理。0071实施例40072本实施例中，所述脊髓诱发电位，通过给予刺激后记录脊髓神经传导的电位变化；通过信号诱发模块的对应间歇性的发送诱发信号，在脊髓诱发电位的信号采集模块上记录到相应的信号，其中：通过间歇性的诱。

25、发信号和检测，形成训练样本，采用注意力机制分析差异信息特征和共同信息特征，通过与正常生物电信号传导验证模型对比信号变化。0073所述脊髓运动诱发电位，通过在大脑皮层刺激后记录到肌肉活动的电位变化。0074其中，注意力机制首先构建一个基础卷积神经网络模型，引入注意力机制用于分析差异特征；0075通过注意力机制计算每个输入部分的注意力权重，来确定其在模型中的重要性；0076注意力权重可以根据输入的不同部分之间的差异程度进行计算，使用自注意力机制或多头注意力机制；0077通过训练模型：0078使用训练数据集对模型进行训练，包括基础模型和注意力机制；0079利用标签信息进行监督学习，优化模型参数，使其。

26、能够准确预测标签；0080对新的未见样本进行预测时，基于训练好的模型和注意力机制，计算每个输入部分的注意力权重；0081根据注意力权重，分析差异特征并进行预测。0082实施例50083本实施例中，所述信号预处理单元通过对信号等比放大，对信号进行降噪滤波处理，提高信号质量。0084本实施例中，所述数据分析处理模块还包括显示模块、交互模块和储存模块，通过数据分析处理模块输入和显示处理结果。0085本实施例中，所述脊髓电生理、脊髓诱发电位、脊髓运动诱发电位的信号采集模块，均采用气囊电极结构，通过气囊改变电极位置和整体结构，实现不同情境下数据采集和分析。0086实施例60087脊髓损伤修复验证的生物电。

27、信号传导验证系统，通过将数据分析处理模块构建的脊髓电生理模型、脊髓诱发电位模型、脊髓运动诱发电位模型输入至卷积神经网络，并通过对比正常生物电信号模型，验证脊髓损伤修复验证的生物电信号传导。0088本发明用于脊髓损伤修复验证的生物电信号传导装置，结合深度学习方案，对生物电信号传导信号进行分析处理，结合正常参数建立正常生物电信号传导验证模型，与验证生成的生物电信号传导验证模型对比；可以有效的对信号信息进行分析记录，同时输入数据库进行存储，为后续科研提供依据。说明书5/6 页8CN 116602687 A80089以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。说明书6/6 页9CN 116602687 A9图1说明书附图1/1 页10CN 116602687 A10。