[发明专利]具有实时反馈和任务更新功能的脑功能实验任务刺激系统

说明书

本发明公开了一种具有实时反馈和任务更新功能的脑功能实验任务刺激系统。包括计算平台，实时检测定位大脑功能区、实时监测脑功能成像图像质量和检测并反馈大脑当前任务响应水平；计算平台设有目标大脑区域定位模块、数据质量监测模块、任务水平检测模块和反馈模块；设有数据采集及实时传输模块，原始功能磁共振图像经磁共振扫描仪采集重建后传输至计算平台；还设有任务更新模块，通过比较判断触发控制脑功能刺激仪呈现新的实验任务材料。本发明能提高对大脑特定区域活跃水平的统计判断的效率，缩短脑功能信号采集的总时间，对提高临床病人的脑功能活动扫描效率和功能区的快速定位有很好的实际意义，也可应用于与脑功能区检测相关的神经科学研究。

技术领域

本发明涉及一种具有实时反馈和任务更新功能的脑功能实验任务刺激系统，具体是指通过采集并实时分析脑功能磁共振图像，实现当前的任务响应水平的实时检测，并依据当前大脑感兴趣区的活跃状况判断和反馈指导后续的实验任务材料变化，从而优化功能任务实验业务流程，缩短功能磁共振扫描的总时长。

背景技术

功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)利用磁共振造影来测量神经元活化引发的血液动力学的改变，当大脑某一组织或功能区域的神经元被激活时，表现为该区域血流量的增加。fMRI凭借其对人体的无创性和优良的时空分辨率，被广泛地应用于认知神经科学领域，成为人们研究人类中枢神经系统作用机制的重要途径。但是，在绝大多数的fMRI研究中，实验结果需要在实验结束后花费数小时进行线下处理后得到。无法实时地检测被试的配合程度，导致出现个别无效的实验数据，造成资源的浪费。

为此，Cox等人率先提出实时功能磁共振成像(real-time functional MagneticResonance Imaging，rtfMRI)实现了在与采集速度比拟的时间里完成功能图像数据的处理(Cox R W,Jesmanowicz A,Hyde J S.Real-time functional magnetic resonanceimaging[J].Magnetic Resonance in Medicine,1995,33(2):230-236)。实时功能磁共振作为一种逐渐兴起的研究脑功能的手段，是在磁共振成像的基础上，采用实时获取图像数据并即时处理的方式，使得在扫描过程中监控数据质量和检测分析大脑功能信号成为可能。与传统的fMRI数据离线处理相比，功能图像的处理和分析在每个扫描脉冲的重复时间(repetition time，TR)间隔内完成，即可以在下一个TR数据采集结束前完成对上一个TR的图像数据的处理分析，从而以TR为周期更新大脑的活动情况。

目前，针对实时功能磁共振反馈研究主要集中在对局部脑区的自主调控、对大脑特定功能网络连接强度的调节和对大脑模式状态解码的不同分析方法上。例如，Rota等人以所述的为反馈信号探究了利用rtfMRI提供的神经反馈信号来调控右侧额下回区域大脑的响应水平(Rota G,Sitaram R,Veit R,et al.Self-regulation of regional cortical activity using real-timefMRI:the right inferior frontal gyrus and linguistic processing[J].HumanBrain Mapping,2009,30(5):1605-1614)。

但是，利用rtfMRI实时监测受试者任务响应水平并根据受试者大脑的活跃水平调控功能任务实验流程走向的刺激系统还鲜有讨论。

因此，目前亟需一种能够改善功能磁共振实验业务流程的系统，从而可以根据当前实时监测受试者的任务响应水平，并根据受试者的任务情况决定后续将要呈现给受试者的刺激材料，灵活地调整多阶段功能任务扫描的时长，帮助缩短脑功能信号采集的总时间。这对提高临床病人的脑功能活动扫描效率和功能区的快速定位有很好的实际意义。

发明内容