[发明专利]一种基于磁共振信号控制的运动动画交互系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁共振信号控制的运动动画交互系统，该系统利用大脑运动区的功能磁共振信号交互式控制运动动画，以达到改善运动技能学习能力或康复运动功能障碍的目的。

背景技术

在运动技能学习与运动功能康复领域中，运动能力的改善可以通过较长时间的真实运动训练和想象运动训练两种方式来获取，其中想象运动训练方式特别适用于运动能力受损的患者。有研究表明，运动想象训练可以有效提高运动行为表现。然而，训练的时间与训练的有效性之间的关系仍存在着矛盾，甚至有时花费了大量的时间效果不佳，也没有合理的指标评估或预测后期的训练方案。神经影像技术的发展为人们寻找有效的策略、调节或改善某种运动功能提供了新的手段，大量的研究关注功能脑区与运动功能之间的关系，研究结果表明，想象运动与真实运动在脑功能活动区域上有极大的相似性(Gerardin et al.，2000；Stippich et al.，2002；Rodriguez et al.，2008；de Lange et al.，2008；Fleming et al.，2010)，这些区域主要涉及主运动区、辅助运动区、前运动区等。因此，利用功能磁共振成像(fMRI)技术可以为运动训练提供更合理的评估和预测指标，使人们从大脑的神经机制了解并应用运动训练的技术。目前国外已有关于运动想象训练的fMRI研究，fMRI技术在这些研究中的主要作用是提供训练前后运动脑区激活的变化，研究结果证实了运动想象训练在改善运动行为方面的有效性，并且运动行为的改变对应着大脑相应功能区域激活的改变，特别是前运动区功能活动的改变与运动行为的改变显著相关。但这种训练尚存在较多不足：1)训练时间较长；2)训练期间无法评估大脑运动区的活动演变过程；3)不能给受训者提供及时的训练效果以进行自我调整。这些问题影响人们制订有效的训练策略、进行客观的评价、以及及时的自我调整。

fMRI技术的突出优点是空间分辨率高，定位准确，借助fMRI可以找到运动训练最有效的运动脑区，如果能够将该脑区的fMRI信号实时提供给受训者，使其通过训练学习有意识地控制信号按照指定的方式变化，进行自我调整，就可以达到改善这个脑区的活动水平、强化脑区功能、进而加强与之相关行为能力的表现的目的。目前已有应用在听觉皮层、脑岛皮层、前扣带回皮层以及额下回等不同功能脑区的这类研究，这些脑区与听觉加工、语言加工和情绪加工等有着密切关系，而这些脑区激活模式的改变有可能改变人的认知能力。特别是，一些研究已尝试将其应用在临床上，如降低疼痛的感知、改善慢性耳鸣的症状等。这些研究为人们探索提高运动技能和运动康复的训练提供了科学依据。

发明内容

为此，我们提出了一种基于磁共振信号控制的运动动画交互系统，它可以利用大脑运动区的功能磁共振信号交互控制运动动画，通过运动速度反映对大脑运动区活动状态的自我控制程度，达到改善运动技能学习能力或康复运动功能障碍的目的。

一种基于磁共振信号控制的运动动画交互系统，包括：

信息采集模块，用于采集由受训者fMRI信号转换来的数据信息和扫描参数信息，采集的信息送入数据分析模块；

数据分析模块，用于对数据信息和参数信息进行实时分析，包括对数据的降噪处理、统计建模分析与结果显示、提取运动状态信息传递到动画模块；

管理模块，用于对训练进程和受训者信息进行管理，包括受训者的信息编辑、扫描参数信息的调用、训练进程所需形式及参数的设置，以及所有信息的存储；

动画合成模块，用于将运动状态信息合成为跑步运动的动画，根据运动状态信息的变化控制跑步运动画面的切换时间及显示位置，在线合成跑步运动动画并呈现给受训者，交互式反映受训者运动脑区的活动状态。

所述的信息采集模块，用于采集运动想象任务下由受训者的fMRI信号转换来的数据信息和扫描参数信息，包括必要图像信息输入，如定义路径，设定阈值搜索等待，数据格式转换，图像灰度校准。磁共振扫描仪每完成一次全脑fMRI图像扫描就采集一次信息。