本發(fā)明涉及一種具有實(shí)時反饋和任務(wù)更新功能的腦功能實(shí)驗(yàn)任務(wù)刺激系統(tǒng)，具體是指通過采集并實(shí)時分析腦功能磁共振圖像，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的任務(wù)響應(yīng)水平的實(shí)時檢測，并依據(jù)當(dāng)前大腦感興趣區(qū)的活躍狀況判斷和反饋指導(dǎo)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料變化，從而優(yōu)化功能任務(wù)實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)流程，縮短功能磁共振掃描的總時長。

背景技術(shù)：

功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging，fmri)利用磁共振造影來測量神經(jīng)元活化引發(fā)的血液動力學(xué)的改變，當(dāng)大腦某一組織或功能區(qū)域的神經(jīng)元被激活時，表現(xiàn)為該區(qū)域血流量的增加。fmri憑借其對人體的無創(chuàng)性和優(yōu)良的時空分辨率，被廣泛地應(yīng)用于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，成為人們研究人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用機(jī)制的重要途徑。但是，在絕大多數(shù)的fmri研究中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后花費(fèi)數(shù)小時進(jìn)行線下處理后得到。無法實(shí)時地檢測被試的配合程度，導(dǎo)致出現(xiàn)個別無效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，造成資源的浪費(fèi)。

為此，cox等人率先提出實(shí)時功能磁共振成像(real-timefunctionalmagneticresonanceimaging，rtfmri)實(shí)現(xiàn)了在與采集速度比擬的時間里完成功能圖像數(shù)據(jù)的處理(coxrw,jesmanowicza,hydejs.real-timefunctionalmagneticresonanceimaging[j].magneticresonanceinmedicine,1995,33(2):230-236)。實(shí)時功能磁共振作為一種逐漸興起的研究腦功能的手段，是在磁共振成像的基礎(chǔ)上，采用實(shí)時獲取圖像數(shù)據(jù)并即時處理的方式，使得在掃描過程中監(jiān)控數(shù)據(jù)質(zhì)量和檢測分析大腦功能信號成為可能。與傳統(tǒng)的fmri數(shù)據(jù)離線處理相比，功能圖像的處理和分析在每個掃描脈沖的重復(fù)時間(repetitiontime，tr)間隔內(nèi)完成，即可以在下一個tr數(shù)據(jù)采集結(jié)束前完成對上一個tr的圖像數(shù)據(jù)的處理分析，從而以tr為周期更新大腦的活動情況。

目前，針對實(shí)時功能磁共振反饋研究主要集中在對局部腦區(qū)的自主調(diào)控、對大腦特定功能網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度的調(diào)節(jié)和對大腦模式狀態(tài)解碼的不同分析方法上。例如，rota等人以所述的為反饋信號探究了利用rtfmri提供的神經(jīng)反饋信號來調(diào)控右側(cè)額下回區(qū)域大腦的響應(yīng)水平(rotag,sitaramr,veitr,etal.self-regulationofregionalcorticalactivityusingreal-timefmri:therightinferiorfrontalgyrusandlinguisticprocessing[j].humanbrainmapping,2009,30(5):1605-1614)。

但是，利用rtfmri實(shí)時監(jiān)測受試者任務(wù)響應(yīng)水平并根據(jù)受試者大腦的活躍水平調(diào)控功能任務(wù)實(shí)驗(yàn)流程走向的刺激系統(tǒng)還鮮有討論。

因此，目前亟需一種能夠改善功能磁共振實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)流程的系統(tǒng)，從而可以根據(jù)當(dāng)前實(shí)時監(jiān)測受試者的任務(wù)響應(yīng)水平，并根據(jù)受試者的任務(wù)情況決定后續(xù)將要呈現(xiàn)給受試者的刺激材料，靈活地調(diào)整多階段功能任務(wù)掃描的時長，幫助縮短腦功能信號采集的總時間。這對提高臨床病人的腦功能活動掃描效率和功能區(qū)的快速定位有很好的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提供了一種具有實(shí)時反饋和任務(wù)更新功能的腦功能實(shí)驗(yàn)任務(wù)刺激系統(tǒng)。本發(fā)明不僅可以實(shí)時檢測分析大腦的激活水平，并且可以依據(jù)當(dāng)前大腦的激活情況反饋指導(dǎo)后續(xù)的任務(wù)實(shí)驗(yàn)的業(yè)務(wù)流程，改善功能任務(wù)實(shí)驗(yàn)中效率低下的問題。

如圖1所示，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括以下模塊：

包括用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料呈現(xiàn)的腦功能刺激儀和用于檢測腦功能成像的磁共振掃描儀；

還包括用于處理腦功能成像來獲得當(dāng)前任務(wù)響應(yīng)水平數(shù)據(jù)的計算平臺，腦功能刺激儀經(jīng)計算平臺和磁共振掃描儀連接，在實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料呈現(xiàn)過程中計算平臺進(jìn)行實(shí)時檢測定位大腦功能區(qū)、實(shí)時監(jiān)測腦功能成像圖像質(zhì)量、檢測大腦當(dāng)前任務(wù)響應(yīng)水平和反饋的處理；

并且在腦功能刺激儀設(shè)有用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料呈現(xiàn)無縫切換的任務(wù)更新模塊，任務(wù)更新模塊根據(jù)反饋獲得的受試者任務(wù)響應(yīng)水平來控制觸發(fā)控制腦功能刺激儀呈現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料。

通過計算平臺中的各個模塊和任務(wù)更新模塊相配合控制腦功能刺激儀實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換時的無縫銜接。

本發(fā)明所述的用戶為醫(yī)生或者護(hù)士或者實(shí)驗(yàn)操作人員。

所述的磁共振掃描儀內(nèi)設(shè)有：

數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊，用于磁共振掃描儀采集和傳輸任務(wù)實(shí)驗(yàn)時受試者的原始功能磁共振圖像數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊將磁共振掃描儀采集到的各個時刻的數(shù)據(jù)重建得到原始功能磁共振圖像，并實(shí)時傳輸至計算平臺；

所述的計算平臺內(nèi)設(shè)有：

目標(biāo)大腦區(qū)域定位模塊，用于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫或功能定位掃描劃定單個感興趣區(qū)域或由多個區(qū)域聯(lián)合組成的感興趣網(wǎng)絡(luò)，供任務(wù)水平檢測模塊根據(jù)感興趣區(qū)域或者感興趣網(wǎng)絡(luò)提取腦功能成像信號；

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫是由經(jīng)驗(yàn)知識搭建而成的數(shù)據(jù)庫，是已知的數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊，用于根據(jù)用戶需求對原始功能磁共振圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并進(jìn)行綜合評估然后將綜合評估結(jié)果可視化呈現(xiàn)；

任務(wù)水平檢測模塊，用于實(shí)時檢測分析預(yù)處理后的原始功能磁共振圖像數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前大腦的任務(wù)響應(yīng)水平。

任務(wù)水平檢測模塊能體現(xiàn)用戶定制化，用戶根據(jù)自身實(shí)驗(yàn)研究的需求采用任務(wù)水平的不同計算方法來檢測分析大腦的功能圖像數(shù)據(jù)，例如：相關(guān)性分析方法、感興趣區(qū)分析方法、機(jī)器學(xué)習(xí)模式識別等算法。

目標(biāo)大腦區(qū)域定位模塊分別與數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊、任務(wù)水平檢測模塊連接，數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊經(jīng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊后與任務(wù)水平檢測模塊連接

所述的腦功能刺激儀內(nèi)設(shè)有：

任務(wù)更新模塊，將由計算平臺檢測獲得的受試者任務(wù)響應(yīng)水平或者由反饋模塊直觀呈現(xiàn)的受試者任務(wù)響應(yīng)水平與預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計閾值進(jìn)行比較，判斷是否觸發(fā)控制腦功能刺激儀呈現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)材料呈現(xiàn)的無縫切換。

所述的目標(biāo)大腦區(qū)域定位模塊，用于劃定單個感興趣區(qū)域或感興趣網(wǎng)絡(luò)，劃分方法采用結(jié)構(gòu)像定位或者功能像定位；

結(jié)構(gòu)像定位，采集受試者大腦結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)，依據(jù)先驗(yàn)知識劃定目標(biāo)腦區(qū)，然后將目標(biāo)腦區(qū)配準(zhǔn)到去除非腦組織的三維功能圖像中，得到感興趣區(qū)域或感興趣網(wǎng)絡(luò)；

功能像定位，功能像定位用于研究特定的功能區(qū)活動，需先進(jìn)行針對腦區(qū)對應(yīng)的功能任務(wù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)功能任務(wù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計范式對全腦做基于體素的激活檢測分析采集，得到全腦的激活統(tǒng)計參數(shù)圖，通過預(yù)先設(shè)定的閾值劃分獲得精細(xì)的單個感興趣區(qū)域或感興趣網(wǎng)絡(luò)。

所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)讀取與轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估單元：

數(shù)據(jù)讀取與轉(zhuǎn)換單元，實(shí)時讀取磁共振掃描儀傳輸?shù)接嬎闫脚_的原始功能磁共振圖像，再轉(zhuǎn)換成可供后續(xù)處理的功能磁共振圖像數(shù)據(jù)格式，包含掃描參數(shù)的頭文件以及三維圖像文件；

數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，根據(jù)用戶輸入的處理要求進(jìn)行加工步驟以及增添或刪減的預(yù)處理步驟，加工步驟是摒除與大腦信號本身不相關(guān)的干擾因素，如受試者不自主的頭動引入的信號差異。預(yù)處理步驟包括對功能磁共振圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行頭動校正和空間平滑的兩個步驟；

頭動校正將該次功能任務(wù)掃描第一個時刻的功能磁共振圖像作為基準(zhǔn)，根據(jù)剛體變換理論計算后續(xù)時刻的圖像相較于基準(zhǔn)的6個頭動參數(shù)，分別為3個方向的平移參數(shù)和繞3個方向的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，以該參數(shù)并結(jié)合重采樣算法進(jìn)行實(shí)時地頭動校正；

空間平滑采用推薦的半高寬為2倍體素尺寸大小的高斯內(nèi)核對圖像進(jìn)行空間域低通濾波，以減小圖像的隨機(jī)噪聲，提高圖像的信噪比，繼而增強(qiáng)檢測分析激活信息的能力。

數(shù)據(jù)質(zhì)量評估單元，接收數(shù)據(jù)預(yù)處理單元預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，計算六個頭動參數(shù)、一階差分對數(shù)據(jù)變度的方差比以及信噪比，并可視化呈現(xiàn)給用戶。

其中，6個頭動參數(shù)以卷軸的呈現(xiàn)方式實(shí)時向?qū)嶒?yàn)人員更新受試者整個掃描過程中的頭動情況，而一階差分對數(shù)據(jù)變度的方差比以文本框的呈現(xiàn)方式不斷刷新當(dāng)前功能數(shù)據(jù)的濾波器半高寬。

所述的數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊包含采集單元和傳輸單元；

采集單元，磁共振掃描儀在受試者進(jìn)行功能活動掃描時，采集并重建出原始功能磁共振圖像，使得每經(jīng)過一個tr(重復(fù)時間，指功能磁共振完成單次腦功能圖像信號采集的時間)就得到一幀三維的大腦功能像，對應(yīng)于一個時間點(diǎn)的原始功能磁共振圖像；

傳輸單元，通過設(shè)置磁共振掃描儀的參數(shù)將重建出的原始功能磁共振圖像經(jīng)由tcp/ip協(xié)議實(shí)時輸出至計算平臺。

所述的任務(wù)水平檢測模塊，根據(jù)研究對象的不同分為全腦分析和僅限于感興趣區(qū)域或者感興趣網(wǎng)絡(luò)的感興趣區(qū)分析：

a)全腦分析，將每個體素的功能信號看作一個獨(dú)立的變量

根據(jù)預(yù)先設(shè)計的任務(wù)實(shí)驗(yàn)范式與血液動力學(xué)響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行卷積計算得到理想實(shí)驗(yàn)響應(yīng)函數(shù)，然后在任務(wù)掃描進(jìn)程中以tr為間隔計算每個體素的時間序列與其對應(yīng)時長的理想實(shí)驗(yàn)響應(yīng)函數(shù)之間的相關(guān)性，獲得不斷更新的全腦相關(guān)性統(tǒng)計參數(shù)圖，進(jìn)而獲得大腦當(dāng)前任務(wù)響應(yīng)水平；

或者是，通過模式識別算法來檢測大腦當(dāng)前任務(wù)響應(yīng)狀態(tài)，先根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練出判別模型，然后在任務(wù)掃描進(jìn)程中以tr為間隔，利用判別模型來判別全腦體素信息獲得大腦當(dāng)前任務(wù)響應(yīng)水平；

b)感興趣區(qū)分析，使用感興趣區(qū)域或者感興趣網(wǎng)絡(luò)的平均信號強(qiáng)度隨時間的波動情況計算大腦當(dāng)前任務(wù)活動水平。例如由計算抑制背景噪聲以后任務(wù)刺激狀態(tài)下和靜息狀態(tài)下的信號差異，得到當(dāng)前大腦的活動水平?；蛲ㄟ^機(jī)器學(xué)習(xí)等其他算法得到當(dāng)前大腦的活動水平。

所述的反饋模塊，將任務(wù)水平檢測模塊計算出的大腦當(dāng)前任務(wù)響應(yīng)水平通過tcp/ip協(xié)議實(shí)時反饋至腦功能刺激儀或可視化呈現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)人員。反饋至腦功能刺激儀時，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值條件由計算機(jī)比較控制業(yè)務(wù)流程走向；反饋至實(shí)驗(yàn)人員時，能輔助實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時監(jiān)測受試者任務(wù)情況，并調(diào)控業(yè)務(wù)流程走向。

所述的任務(wù)更新模塊，實(shí)時調(diào)控將要呈現(xiàn)的刺激材料，包括比較單元和任務(wù)更新單元：

比較單元，實(shí)時判斷受試者的任務(wù)配合程度是否滿足對實(shí)驗(yàn)的要求，若滿足要求，如連續(xù)若干個時間點(diǎn)的預(yù)處理后的原始功能磁共振圖像數(shù)據(jù)均反映大腦的任務(wù)響應(yīng)水平大于設(shè)定閾值，或?qū)嶒?yàn)人員依據(jù)反饋的受試者任務(wù)響應(yīng)水平斷定該受試者的任務(wù)響應(yīng)情況滿足要求，則發(fā)送呈現(xiàn)新任務(wù)實(shí)驗(yàn)材料的控制信號到腦功能刺激儀給受試者呈現(xiàn)新的任務(wù)實(shí)驗(yàn)材料；

任務(wù)更新單元，接收比較單元的控制信號并發(fā)送到腦功能刺激儀，觸發(fā)腦功能刺激儀給受試者呈現(xiàn)新的任務(wù)實(shí)驗(yàn)材料，任務(wù)實(shí)驗(yàn)即進(jìn)入下一個階段。

通過本發(fā)明刺激系統(tǒng)主要按以下幾個方面進(jìn)行腦功能實(shí)驗(yàn)任務(wù)：

(1)實(shí)時監(jiān)控受試者的功能數(shù)據(jù)質(zhì)量。利用本發(fā)明中的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊可以實(shí)時地監(jiān)測受試者的功能數(shù)據(jù)質(zhì)量，如其中，6個頭動參數(shù)以卷軸的呈現(xiàn)方式實(shí)時向?qū)嶒?yàn)人員更新受試者整個掃描過程中的頭動情況，如圖2所示；而一階差分對數(shù)據(jù)變度的方差比以文本框的呈現(xiàn)方式不斷刷新當(dāng)前功能數(shù)據(jù)的濾波器半高寬。

(2)功能區(qū)快速定位功能。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)功能區(qū)快速定位功能，任務(wù)更新模塊中的比較單元可以通過計算機(jī)評估受試者的任務(wù)響應(yīng)水平是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值，或者通過實(shí)驗(yàn)人員依據(jù)不斷更新的受試者大腦任務(wù)響應(yīng)水平，決定是否向任務(wù)更新單元發(fā)送結(jié)束刺激呈現(xiàn)的指令，從而在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和有效性的前提下提前結(jié)束該次掃描，實(shí)現(xiàn)縮短功能定位掃描時間的目的。圖3為功能區(qū)快速定位流程示意圖。

(3)多階段任務(wù)功能活動掃描任務(wù)更新功能。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多階段任務(wù)功能活動掃描任務(wù)更新功能，任務(wù)更新模塊中的比較單元可以通過計算機(jī)評估受試者的任務(wù)響應(yīng)水平是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值，或者通過實(shí)驗(yàn)人員依據(jù)不斷更新的受試者大腦任務(wù)響應(yīng)水平，決定是否向任務(wù)更新單元發(fā)送指令觸發(fā)腦功能刺激儀呈現(xiàn)下一階段任務(wù)刺激，從而在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和有效性的前提下實(shí)現(xiàn)不同階段任務(wù)間切換時的無縫銜接，對于提高臨床中多階段任務(wù)腦功能活動掃描的效率有實(shí)際意義。圖4為多階段任務(wù)功能活動掃描任務(wù)更新功能實(shí)現(xiàn)的流程示意圖。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

本發(fā)明優(yōu)化功能任務(wù)實(shí)驗(yàn)的業(yè)務(wù)流程，通過在線讀取功能圖像數(shù)據(jù)和處理分析，實(shí)時地監(jiān)測受試者當(dāng)前的任務(wù)水平，并根據(jù)任務(wù)實(shí)驗(yàn)期待達(dá)到的效果來調(diào)控將要呈現(xiàn)的刺激材料，實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換時的無縫銜接，提高臨床病人的腦功能活動掃描效率。

此外，該系統(tǒng)能夠有效快速地定位大腦功能區(qū)，幫助縮短腦功能信號采集的總時間，有很好的實(shí)際意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的總體框圖。

圖2是數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊評估的受試者實(shí)時頭動情況可視化呈現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)人員的界面示意圖。

圖3是功能區(qū)快速定位流程示意圖。

圖4是多階段任務(wù)功能活動掃描任務(wù)更新功能實(shí)現(xiàn)的流程示意圖。

圖5是其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，以相關(guān)性激活統(tǒng)計參數(shù)圖反映受試者任務(wù)響應(yīng)水平的示意圖。

圖6是其中一個多階段任務(wù)功能活動掃描任務(wù)更新實(shí)施例中，以全腦激活體素個數(shù)反映受試者任務(wù)響應(yīng)水平的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施實(shí)例對該新型腦功能實(shí)驗(yàn)任務(wù)刺激系統(tǒng)及功能區(qū)快速定位和任務(wù)更新功能的實(shí)現(xiàn)方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。值得指出的是，具體實(shí)施實(shí)例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1：功能區(qū)快速定位實(shí)施例

在其中的一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，以組塊設(shè)計的動手指實(shí)驗(yàn)任務(wù)為例，說明當(dāng)以全腦的激活統(tǒng)計參數(shù)圖作為受試者任務(wù)響應(yīng)水平反饋至試驗(yàn)人員時，由實(shí)驗(yàn)人員一鍵觸發(fā)操縱業(yè)務(wù)流程走向從而實(shí)現(xiàn)快速定位初級運(yùn)動皮層的步驟流程。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)最開始留出12s使t1信號達(dá)到穩(wěn)定的時間，隨后采用組塊設(shè)計的動手指和注視狀態(tài)刺激材料30s交替出現(xiàn)。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，因?yàn)橐匀X的激活統(tǒng)計參數(shù)圖作為受試者任務(wù)響應(yīng)水平，所以不需要目標(biāo)大腦區(qū)域定位模塊劃定感興趣區(qū)域或網(wǎng)絡(luò)，從而節(jié)約劃定感興趣區(qū)的時間。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，腦功能活動掃描開始前，須根據(jù)系統(tǒng)提示設(shè)置一系列的環(huán)境變量，主要包括數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊中數(shù)據(jù)預(yù)處理單元頭動校正步驟需要的基準(zhǔn)圖像和插值方式、任務(wù)水平檢測模塊計算相關(guān)性統(tǒng)計參數(shù)圖時需要的理想響應(yīng)曲線、任務(wù)更新模塊比較單元向任務(wù)更新單元發(fā)送控制指令時需要的腦功能刺激儀ip地址等。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，腦功能活動掃描開始后，所述的數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊，磁共振掃描儀每掃描得到一個時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，經(jīng)重建傳輸至計算平臺。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊實(shí)時檢測計算平臺接收到的原始磁共振功能圖像，轉(zhuǎn)化成可供后續(xù)處理的圖像格式后，以該次掃描的第一個時間點(diǎn)圖像作為基準(zhǔn)圖像，以拉格朗日插值方法對后續(xù)時間點(diǎn)的圖像進(jìn)行頭動校正，并以兩倍體素大小的半高寬對經(jīng)過頭動校正后的圖像進(jìn)行空間平滑操作。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，所述的任務(wù)水平檢測模塊通過實(shí)時計算受試者的全腦相關(guān)性激活統(tǒng)計參數(shù)圖來檢測受試者的任務(wù)響應(yīng)水平。根據(jù)環(huán)境變量設(shè)置時輸入的理想響應(yīng)曲線，基于獨(dú)立體素的相關(guān)性分析方法不斷計算并更新受試者全腦相關(guān)性統(tǒng)計參數(shù)圖來反映受試者大腦的任務(wù)響應(yīng)水平。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，所述的反饋模塊將實(shí)時更新的相關(guān)性統(tǒng)計參數(shù)圖可視化呈現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)人員，如圖5示意。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，所述的任務(wù)更新模塊的比較單元由實(shí)驗(yàn)人員依據(jù)反饋的受試者激活統(tǒng)計參數(shù)圖直觀判斷相關(guān)性檢測出的任務(wù)相關(guān)腦區(qū)是否達(dá)到需求，決定是否向任務(wù)更新單元發(fā)送觸發(fā)指令。當(dāng)t為42s時，受試者完成了第一個組塊中的雙側(cè)動手指階段，此時大腦的時間序列信號還無法反映任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)的信號差異，尚未檢測出動手指任務(wù)相關(guān)腦區(qū)。當(dāng)t為72s時，受試者完成了第一個組塊中的注視階段。此時，任務(wù)相關(guān)腦區(qū)的時間序列信號能反映出跟隨理想響應(yīng)曲線的波動，表現(xiàn)為相關(guān)性參數(shù)圖里初步顯示出與雙側(cè)動手指任務(wù)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的腦區(qū)。當(dāng)t為102s時，受試者完成了第二個組塊中的動手指任務(wù)階段。此時，相關(guān)性統(tǒng)計參數(shù)圖中已檢測出任務(wù)相關(guān)的大腦初級運(yùn)動皮層區(qū)域并達(dá)到穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)操作人員觀察到檢測出的大腦激活情況后，向任務(wù)更新單元發(fā)送結(jié)束刺激材料呈現(xiàn)的指令。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，所述的任務(wù)更新模塊的任務(wù)更新單元不斷循環(huán)檢測是否接收到結(jié)束刺激呈現(xiàn)指令，若是，則結(jié)束呈現(xiàn)刺激材料。在102s時檢測到結(jié)束指令，結(jié)束刺激材料呈現(xiàn)。

在其中一個功能區(qū)快速定位實(shí)施例中，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量和有效性的前提下，將原來普遍的5分12秒功能定位掃描縮短為1分42秒，實(shí)現(xiàn)了縮短功能定位掃描時間的目的。

實(shí)施例2：雙階段任務(wù)功能活動掃描任務(wù)更新實(shí)施例

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)例中，以動右手和動左手的兩階段任務(wù)實(shí)驗(yàn)為例，說明在一次掃描中由腦功能刺激儀根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值條件來評估受試者在不同階段的任務(wù)響應(yīng)情況來智能調(diào)控實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)流程走向，從而實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)階段無縫切換的步驟流程。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)例，實(shí)驗(yàn)最開始留出12s使t1信號達(dá)到穩(wěn)定的時間。在任務(wù)第一階段動右手時，采用組塊設(shè)計的動右手和注視狀態(tài)刺激材料30s交替出現(xiàn)；在任務(wù)第二階段動左手時，采用組塊設(shè)計的動左手和注視狀態(tài)刺激材料30s交替出現(xiàn)。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)例中，所述的目標(biāo)大腦區(qū)域定位模塊采用粗略的功能像定位，由計算機(jī)自動分割出全腦限定蒙版。由于動手指實(shí)驗(yàn)的簡單性以及相應(yīng)初級運(yùn)動皮層激活的顯著性，采用全腦限定蒙版計算反映受試者任務(wù)響應(yīng)水平的激活體素個數(shù)可以作為評估受試者任務(wù)情況是否滿足要求的指標(biāo)。采用由計算機(jī)自動分割出的全腦限定蒙版可以大大節(jié)約目標(biāo)大腦區(qū)域定位模塊所耗費(fèi)的時間。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，腦功能活動掃描開始前，須根據(jù)系統(tǒng)提示設(shè)置一系列的環(huán)境變量，主要包括數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊中數(shù)據(jù)預(yù)處理單元頭動校正步驟需要的基準(zhǔn)圖像和插值方式、任務(wù)水平檢測模塊計算相關(guān)性統(tǒng)計參數(shù)圖時需要的理想響應(yīng)曲線、任務(wù)更新模塊比較單元比較時所需的設(shè)計閾值條件和向任務(wù)更新單元發(fā)送控制指令時需要的腦功能刺激儀ip地址等。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，腦功能活動掃描開始后，所述的數(shù)據(jù)采集及實(shí)時傳輸模塊，磁共振掃描儀每掃描得到一個時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，經(jīng)重建傳輸至計算平臺。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊實(shí)時檢測計算平臺接收到的原始磁共振功能圖像，轉(zhuǎn)化成可供后續(xù)處理的圖像格式后，以該次掃描的第一個時間點(diǎn)圖像作為基準(zhǔn)圖像，以拉格朗日插值方法對后續(xù)時間點(diǎn)的圖像進(jìn)行頭動校正，并以兩倍體素大小的半高寬對經(jīng)過頭動校正后的圖像進(jìn)行空間平滑操作。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，所述的任務(wù)水平檢測模塊通過實(shí)時計算受試者的全腦激活體素個數(shù)來檢測受試者的任務(wù)響應(yīng)水平。根據(jù)環(huán)境變量設(shè)置時輸入的理想響應(yīng)曲線，基于獨(dú)立體素的相關(guān)性分析方法，認(rèn)為相關(guān)性大于0.65的體素被激活。每階段的任務(wù)開始20個tr后，通過不斷統(tǒng)計并更新受試者全腦激活體素個數(shù)來反映受試者大腦的任務(wù)響應(yīng)水平。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，所述的反饋模塊將實(shí)時統(tǒng)計的受試者全腦激活體素個數(shù)傳輸至任務(wù)更新模塊，并將變化趨勢圖可視化呈現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)人員，如圖6示意。圖6左右兩圖分別示意了動右手和動左手兩階段任務(wù)時受試者全腦激活體素個數(shù)變化趨勢。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，所述的任務(wù)更新模塊的比較單元由腦功能刺激儀依據(jù)反饋的受試者全腦激活體素個數(shù)智能判斷是否滿足設(shè)計的閾值條件需求，決定是否向任務(wù)更新單元發(fā)送指令觸發(fā)更換刺激材料。此處，設(shè)計的閾值條件為：連續(xù)10個時間點(diǎn)統(tǒng)計得到的激活體素個數(shù)變化小于50，即穩(wěn)定檢測到被激活的任務(wù)相關(guān)腦區(qū)。當(dāng)t為190s時，受試者完成了3個組塊的動右手階段任務(wù)后達(dá)到了設(shè)計閾值條件的需求，腦功能刺激儀智能調(diào)控實(shí)驗(yàn)流程走向，進(jìn)入下一階段任務(wù)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)t為302s時，第二階段的動左手實(shí)驗(yàn)任務(wù)情況同樣滿足了設(shè)計的閾值條件，向任務(wù)更新單元發(fā)送指令結(jié)束本次掃描的刺激呈現(xiàn)。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，所述的任務(wù)更新模塊的任務(wù)更新單元不斷循環(huán)檢測是否接收到更換刺激材料或結(jié)束刺激材料呈現(xiàn)的指令。此實(shí)施例中，為了保持每階段任務(wù)時組塊設(shè)計的完整性，刺激材料的更換和結(jié)束呈現(xiàn)均在完成該組塊當(dāng)前狀態(tài)的功能掃描后再切換。在192s時，腦功能活動掃描由動右手任務(wù)階段切換為動左手任務(wù)階段。在312s時，結(jié)束呈現(xiàn)刺激材料。

在其中一個雙階段任務(wù)更新實(shí)施例中，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量和有效性的前提下，原來普遍只能完成單任務(wù)功能掃描的5分12秒時間里，本發(fā)明所提出的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在一次掃描中完成雙階段任務(wù)的功能掃描。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明將能有效提高對大腦特定區(qū)域活躍水平的統(tǒng)計判斷的效率，幫助縮短腦功能信號采集的總時間，對提高臨床病人的腦功能活動掃描效率和功能區(qū)的快速定位有很好的實(shí)際意義和價值。