[发明专利]一种大脑局部功能动态性实时测量系统

说明书

本发明公开了一种大脑局部功能动态性实时测量系统，包括：实验范式设计模块、核磁图像处理模块、脑区定位模块、脑区功能动态性评估模块和分析结果显示模块；实验范式设计模块用于确定实验对象参与的实验内容和流程，根据研究人员的实验目的进行设计；核磁图像处理模块对采集到的图像进行预处理并保存；脑区定位模块加载感兴趣的大脑研究区域；脑区功能动态性评估模块计算所定位脑区的功能系统和功能动态性；分析结果显示模块将大脑局部功能动态性以图像和数值方式反馈给研究人员和实验对象。本发明实现对关注脑区功能连接动态性的实时评估与记录。

技术领域

本发明涉及医学影像分析技术领域，尤其是一种大脑局部功能动态性实时测量系统。

背景技术

人脑由上千亿的神经元组成，神经元之间由于直接或间接的轴突连接，使负责执行相同功能的神经元产生共同放电，进一步产生同步波动的信号，这一现象被称为“功能连接”。大脑的功能连接不是静态的，需要在多个时间尺度上根据环境的需求对功能网络拓扑结构进行动态整合和协调，以响应内部和外部刺激，进而完成各种复杂的认知行为。此外，大脑功能连接的动态性还可以通过赫布型学习塑造了大脑的稳态连接模式。越来越多的科学家充分认识到大脑功能连接动态性的重要性，因此开展了一系列针对性的研究工作，并取得了丰富的成果。研究发现，大脑动态功能连接不仅与人类各种认知和行为相关，而且有助于提高精神疾病的诊断精度。

功能磁共振成像技术(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是当前研究人脑功能连接的主要技术手段，该技术利用血氧水平依赖性技术(Blood OxygenationLevelDependent,BOLD)间接地测量大脑神经元的活动水平，能够在无创伤的条件下，以较高的空间分辨率展现大脑在进行任务态或静息态时神经元的激活情况。目前，基于fMRI的人脑功能连接的动态性通常是基于BOLD时间序列所构建大脑功能网络进行测量与评估，主要通过两种方式实现：1)计算脑区间功能连接随时间的波动性；2)衡量脑区在不同功能系统之间的转换频率，这两种方式均存在一定的缺陷。具体来说，第一种方法只能在脑影像数据采集结束之后通过图像后期分析获取，因此无法实现人脑功能连接动态性的实时监测；第二种方法需要基于整个大脑网络的社区分割结果计算脑区所属功能系统随时间的变化，使其无法在具有大规模连接的大脑系统中取得较好的评估结果，而且无法满足研究人员对感兴趣脑区动态性的实时观察。同时，大脑功能动态性的研究目前只停留在体验式实验室的设计与分析阶段，非常缺乏与先进的功能磁共振成像技术相配套、满足实际认知研究和临床应用的人脑功能动态性实时测量系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种大脑局部功能动态性实时测量系统，实现对重点关注脑区功能连接动态性的实时评估与记录。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大脑局部功能动态性实时测量系统，包括：实验范式设计模块、核磁图像处理模块、脑区定位模块、脑区功能动态性评估模块和分析结果显示模块；实验范式设计模块用于确定实验对象参与的实验内容和流程，根据研究人员的实验目的进行设计；核磁图像处理模块对采集到的图像进行预处理并保存；脑区定位模块加载感兴趣的大脑研究区域；脑区功能动态性评估模块计算所定位脑区的功能系统和功能动态性；分析结果显示模块将大脑局部功能动态性以图像和数值方式反馈给研究人员和实验对象。

优选的，实验范式设计模块采用静息态扫描方式。

优选的，核磁图像处理模块包括参数配置单元、图像读取单元、格式转换单元、图像预处理单元；核磁共振扫描仪操作员通过参数配置单元，确定结构磁共振和功能磁共振图像的扫描参数；通过图像读取单元获取磁共振设备采集到的三维结构磁共振数据和四维的功能磁共振数据；在格式转换单元将读取的结构磁共振图像和功能磁共振图像从原始的DICOM格式转换为NIFTY格式；利用图像预处理单元对磁共振数据进行预处理。

优选的，利用图像预处理单元对磁共振数据进行预处理包括：头动校正、功能磁共振图像向结构磁共振图像的配准和功能磁共振图像的滤波和平滑预处理操作。