[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

权利要求书

1.一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，包括用于进行实验任务材料呈现的脑功能刺激仪和用于检测脑功能成像的磁共振扫描仪，其特征在于：

还包括用于处理脑功能成像来获得当前任务响应水平数据的计算平台，脑功能刺激仪经计算平台和磁共振扫描仪连接，在实验任务材料呈现过程中计算平台进行实时检测定位大脑功能区、实时监测脑功能成像图像质量、检测大脑当前任务响应水平和反馈的处理；

并且在脑功能刺激仪设有用于进行实验任务材料呈现无缝切换的任务更新模块，任务更新模块根据反馈获得的受试者任务响应水平来控制触发控制脑功能刺激仪呈现新的实验任务材料；

所述的磁共振扫描仪内设有：

数据采集及实时传输模块，用于磁共振扫描仪采集和传输任务实验时受试者的原始功能磁共振图像数据：数据采集及实时传输模块将磁共振扫描仪采集到的各个时刻的数据重建得到原始功能磁共振图像，并实时传输至计算平台；

所述的计算平台内设有：

目标大脑区域定位模块，用于根据标准数据库或功能定位扫描划定单个感兴趣区域或由多个区域联合组成的感兴趣网络，供任务水平检测模块根据感兴趣区域或者感兴趣网络提取脑功能成像信号；

数据质量监测模块，用于根据用户需求对原始功能磁共振图像数据进行预处理，并进行综合评估然后将综合评估结果可视化呈现；

任务水平检测模块，用于实时检测分析预处理后的原始功能磁共振图像数据，计算当前大脑的任务响应水平；

所述的任务水平检测模块，根据研究对象的不同分为全脑分析和仅限于感兴趣区域或者感兴趣网络的感兴趣区分析：

a)全脑分析

根据预先设计的任务实验范式与血液动力学响应函数进行卷积计算得到理想实验响应函数，然后在任务扫描进程中以TR为间隔计算每个体素的时间序列与其对应时长的理想实验响应函数之间的相关性，获得不断更新的全脑相关性统计参数图，进而获得大脑当前任务响应水平；

或者是，通过模式识别算法来检测大脑当前任务响应状态，先根据已知的实验样本数据训练出判别模型，然后在任务扫描进程中以TR为间隔，利用判别模型来判别全脑体素信息获得大脑当前任务响应水平；

b)感兴趣区分析

使用感兴趣区域或者感兴趣网络的平均信号强度随时间的波动情况计算大脑当前任务活动水平；

所述的脑功能刺激仪内设有：

任务更新模块，将由计算平台检测获得的受试者任务响应水平或者由反馈模块直观呈现的受试者任务响应水平与预先设定的实验设计阈值进行比较，判断是否触发控制脑功能刺激仪呈现新的实验任务材料，从而实现实验任务材料呈现的无缝切换。

2.如权利要求1所述的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，其特征在于：

所述的目标大脑区域定位模块，用于划定单个感兴趣区域或感兴趣网络，划分方法采用结构像定位或者功能像定位；

结构像定位，采集受试者大脑结构像数据，依据先验知识划定目标脑区，然后将目标脑区配准到去除非脑组织的三维功能图像中，得到感兴趣区域或感兴趣网络；

功能像定位，需先进行针对脑区对应的功能任务实验，并根据功能任务实验的设计范式对全脑做基于体素的激活检测分析采集，得到全脑的激活统计参数图，通过预先设定的阈值划分获得单个感兴趣区域或感兴趣网络。

3.如权利要求1所述的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，其特征在于：所述的数据质量监测模块包括数据读取与转换单元、数据预处理单元和数据质量评估单元：

数据读取与转换单元，实时读取磁共振扫描仪传输到计算平台的原始功能磁共振图像，再转换成功能磁共振图像数据格式，包含扫描参数的头文件以及三维图像文件；

数据预处理单元，根据用户输入的处理要求进行加工步骤以及增添或删减的预处理步骤，加工步骤是摒除与大脑信号本身不相关的干扰因素，预处理步骤包括对功能磁共振图像数据进行头动校正和空间平滑的两个步骤；

数据质量评估单元，接收数据预处理单元预处理后的数据，计算六个头动参数、一阶差分对数据变度的方差比以及信噪比，并可视化呈现给用户。