[發明專利]基于腦功能網絡成分檢測的實時功能磁共振數據處理系統

有效

• 申請號: 201010279956.1
• 申請日: 2010-09-14
• 公開（公告）號: CN101912263A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 趙小杰;姚力;龍志穎;謝寶泉;馬新悅
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種基于腦功能網絡成分檢測的實時功能磁共振數據處理系統，屬于信息處理技術領域，具體是指針對在線獲取的腦磁共振功能圖像進行網絡分析的實時處理，提取特定狀態下大腦活動的功能網絡成分，同時可使被試在線觀測網絡節點的活動情況。本發明可應用于數據質量評估、解讀心智、腦功能調節、臨床治療等多個領域。

背景技術

如何從大腦的活動模式中解讀人的心智？如何控制大腦的活動模式從而調節和改善人的感知或認知能力？這是人類在試圖“了解腦、改造腦、創造腦”提出的一個又一個新的問題。功能磁共振成像(fMRI)技術的出現為人們“了解腦”提供了一個有效的途徑，它可以通過較高的空間分辨率成像無創地記錄血氧水平依賴(BOLD)信號的變化。然而，傳統的fMRI研究受分析步驟和分析方法的限制，通常是采集數據后進行離線處理，往往無法立刻評估數據的質量與結果，這既使得研究者無法及時了解實驗的進展，也限制了fMRI在“改造腦、創造腦”中的應用。為了克服這些缺點，快速磁共振成像技術、計算機運算能力和數據處理算法的發展使得實時功能磁共振成像應運而生。簡言之，實時功能磁共振成像就是通過對fMRI數據的在線處理，對人腦活動狀態進行實時的觀察和定量的刻畫。

實時功能磁共振成像要求在一個掃描脈沖重復間隔時間(TR)內完成一次功能圖像的采集和處理，通常在1-3秒。因此，實時功能磁共振成像的實現要求必須保證快速的掃描成像序列和圖像處理算法。與非實時的fMRI相比，實時功能磁共振成像可以進一步應用在如下領域：1)在線評估數據質量，與磁共振結構像相比，功能像解剖結構分辨率雖然低，但腦的功能區域所涉及的組織及其角色卻是結構像所無法提供的，因此往往要根據功能像分析的結果評估大腦組織的功能定位以及數據的質量，實時分析使得即時評估成為可能；其次可以實時監測被試頭動的情況并予以糾正。2)解讀心智，利用模式分類算法從人腦活動模式中提取信息以期達到“讀腦”的目的，例如，根據fMRI的分類結果，區分左右手運動、高興或悲傷情緒所對應的大腦活動狀態；或者，探測植物人的意識狀態；或者，通過特定區域的激活強度區分謊話與實話。3)腦功能調節，將大腦特定腦區的活動狀態直接反饋給個體，通過訓練，個體可以自主控制該腦區的活動水平，從而調節與該腦區緊密相關的認知功能，如對情緒加工、運動加工、語言加工等進行調節。4)臨床治療，訓練患者通過采用特定的策略來控制與疾病癥狀緊密相關的腦區活動水平，從而達到改善癥狀的目的，例如，控制慢性疼痛、或運動功能受損腦區的康復訓練等。

雖然，實時功能磁共振已開始在上述領域展開應用，但是現有的實時功能磁共振僅僅應用在特定任務狀態下對特定腦區的激活分析中，對其在大腦的功能網絡以及靜息態(無任務狀態)下大腦活動中的應用尚未見報道；而人們已經越來越意識到對于各個功能明確的腦區，大腦是將它們以整體協同活動的方式來完成不同的認知活動的。因此，越來越多的研究者將研究焦點轉向特定認知活動或特定認知功能障礙的大腦網絡分析中。

發明內容

為此，本發明提出了一種基于腦功能網絡成分檢測的實時功能磁共振數據處理系統，它可以在線提取并顯示特定狀態或無任務狀態(靜息態)下大腦活動的功能網絡成分，同時根據設置可以將網絡節點的活動信號進行反饋。本發明可以利用在線檢測到的頭動曲線以及大腦活動的網絡成分可以進行數據質量和實驗設計評估；也可以利用檢測的網絡成分進行特征提取與分類，對人的思維模式進行判別；還可以利用反饋可以訓練被試調節特定區域或網絡的活動進而調節與之相關的大腦功能、或進行大腦功能的臨床康復訓練。

基于腦功能網絡成分檢測的實時功能磁共振數據處理系統，包括：

數據預處理模塊，用于讀取實時功能磁共振數據，并進行格式轉換、頭動校準、標準化和平滑的處理；

功能網絡檢測與顯示模塊，對預處理后的功能磁共振數據進行實時網絡分析，提取任務狀態或靜息狀態下的功能網絡成分；

感興趣區域選取模塊，用于提取功能網絡中感興趣的一個或多個節點區域；

數據反饋模塊，用于將感興趣區域的結果數據以多種方式實時反饋給被試本人；

參數配置模塊，用于設置、讀取、保存每個環節所需參數。