近紅外腦成像儀圖譜采集及分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，包括：近紅外腦成像圖譜采集工作站，其配置為本地采集受試者的近紅外腦成像圖譜，至少包括用于生成圖譜的近紅外腦成像儀、用于向受試者提供預(yù)設(shè)的認(rèn)知任務(wù)的任務(wù)模塊以及用于分析和存儲(chǔ)圖譜的本地服務(wù)器；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，其與多個(gè)近紅外腦成像圖譜采集工作站連接，并配置為存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)圖譜以生成標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫；所述本地服務(wù)器依據(jù)所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行分類。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外腦成像圖譜的采集和遠(yuǎn)程分析，達(dá)到資源共享及遠(yuǎn)程協(xié)助的目的。
【專利說明】
近紅外腦成像儀圖譜采集及分析系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種腦功能檢測(cè)系統(tǒng)，特別是一種近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前心理障礙主要是癥狀經(jīng)驗(yàn)性診斷，臨床上缺乏便捷的輔助癥狀識(shí)別技術(shù)。但隨著例如功能性磁共振(fMRI)、正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)(PET)和單電子發(fā)射斷層顯像術(shù)(SPECT)等無創(chuàng)檢測(cè)方法的逐漸應(yīng)用，深化了研究工作者對(duì)精神障礙患者的發(fā)病機(jī)理和疾病過程的認(rèn)識(shí)。比如，現(xiàn)已經(jīng)證實(shí)抑郁癥患者的前額功能影像有異常。但由于fMR1、PET、SPECT等設(shè)備使用時(shí)或多或少會(huì)有諸如體積偏大、價(jià)格偏高、噪聲大、時(shí)間長(zhǎng)、不耐受、幽閉(可能影響測(cè)試結(jié)果)與不自然(可能影響測(cè)試結(jié)果)等方面原因，因此在目前的心理障礙診斷過程中并沒有得到實(shí)際的臨床應(yīng)用。
[0003]近紅外光譜腦成像(fNIRS)技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)腦功能的方法。其基本原理是由于近紅外光700-1400nm的波長(zhǎng)能夠透過顱骨2-3cm，其中780nm被脫氧血紅蛋白(Deoxy-Hb)吸收和散射，而830nm被氧合血紅蛋白(Oxy-Hb))吸收和散射，這能間接反映腦皮層神經(jīng)元的活動(dòng)和腦認(rèn)知功能活動(dòng)。并且fNIRS可以較為準(zhǔn)確的區(qū)分來自不同腦結(jié)構(gòu)的信號(hào)，其空間分辨率可以達(dá)到1-2厘米，不僅如此fNIRS的采樣率可以達(dá)到0.1秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于功能磁共振成像。由于此項(xiàng)技術(shù)具有的可移動(dòng)性、安靜無噪聲、使用成本低、容易操作和維護(hù)、對(duì)被試的限制少，兼容磁性金屬物品、允許長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量和短時(shí)間內(nèi)反復(fù)多次測(cè)量等特點(diǎn)，加之其理想的空間定位能力，使其正逐漸的成為該領(lǐng)域重要成像手段。
[0004]但是，目前的功能近紅外光譜腦成像所得圖譜一般難以辨識(shí)，工作繁瑣，使用者難以有效理解使用。而且，現(xiàn)階段針對(duì)近紅外腦成像圖譜不存在能夠?qū)D譜進(jìn)行參照分類的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫，各研究單位的圖譜信息不能做到資源共享，當(dāng)然也不能實(shí)現(xiàn)相互協(xié)助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外腦成像圖譜的采集和遠(yuǎn)程分析，達(dá)到資源共享及遠(yuǎn)程協(xié)助的目的。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，包括:
[0007]近紅外腦成像圖譜采集工作站，其配置為本地采集受試者的近紅外腦成像圖譜，至少包括用于生成圖譜的近紅外腦成像儀、用于向受試者提供預(yù)設(shè)的認(rèn)知任務(wù)的任務(wù)模塊以及用于分析和存儲(chǔ)圖譜的本地服務(wù)器；
[0008]遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，其與多個(gè)近紅外腦成像圖譜采集工作站連接，并配置為存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)圖譜以生成標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫；
[0009]所述本地服務(wù)器依據(jù)所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)進(jìn)行分類。
[0010]實(shí)際上，在本申請(qǐng)中，所述近紅外腦成像模塊可采用常規(guī)的近紅外光譜成像儀實(shí)現(xiàn)。
[0011 ]作為優(yōu)選，所述本地服務(wù)器還包括一數(shù)據(jù)分類模塊，其配置為根據(jù)所述近紅外腦成像儀生成的圖譜按照?qǐng)D譜波形的位相、波幅、頻率和/或趨勢(shì)進(jìn)行分類。
[0012]作為優(yōu)選，所述本地服務(wù)器還包括一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，其配置為對(duì)所述數(shù)據(jù)分類模塊分類的近紅外腦成像圖譜進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0013]而對(duì)于認(rèn)知任務(wù)模塊，優(yōu)選地，其包括一顯示單元、一輸入單元和一同步單元，所述顯示單元以一時(shí)間周期向受檢者顯示需完成的認(rèn)知任務(wù);所述輸入單元供所述受檢者根據(jù)認(rèn)知任務(wù)提示輸入對(duì)應(yīng)反饋信息;所述同步模塊用于根據(jù)所述時(shí)間周期啟動(dòng)所述近紅外腦呈現(xiàn)模塊。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述顯示單元顯示認(rèn)知任務(wù)的時(shí)間周期包括任務(wù)前靜息期、任務(wù)期和任務(wù)后靜息期。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述任務(wù)前靜息期、任務(wù)期和任務(wù)后靜息期的時(shí)間分別為15s、30s和15s，并以這一時(shí)間段作為一組任務(wù)刺激模塊。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述顯示單元顯示的認(rèn)知任務(wù)包括情緒圖片任務(wù)、語言流暢任務(wù)、指動(dòng)任務(wù)或癥狀圖片任務(wù)的認(rèn)知任務(wù)單兀組成。語目流暢任務(wù)、指動(dòng)任務(wù)或癥狀圖片任務(wù)(看圖描述)每組等效認(rèn)知任務(wù)刺激模塊組合為4-5次。
[0017]對(duì)于所述數(shù)據(jù)分類模塊，優(yōu)選地，還可以根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜信息對(duì)所述處理器處理的近紅外腦成像圖譜進(jìn)行分類。具體地，所述預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)圖譜信息包括正相雙曲線正常波形、負(fù)相低平波形、負(fù)相交叉分離波形、負(fù)相開口狀波形、正相高波幅波形和正相開口狀波形。
[0018]本發(fā)明所提供的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，能夠在認(rèn)知任務(wù)的刺激呈現(xiàn)下，獲取高參考價(jià)值的近紅外腦成像圖譜并根據(jù)存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器中的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫主動(dòng)對(duì)圖譜進(jìn)行分類，進(jìn)而為相關(guān)研究工作及臨床診斷提供切實(shí)可信的相關(guān)參考，具有十分廣闊的應(yīng)用前景及商業(yè)價(jià)值。同時(shí)，設(shè)置遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)近紅外腦成像圖譜采集工作站依靠網(wǎng)絡(luò)接入，標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫也能實(shí)現(xiàn)由多個(gè)采集工作站共同維護(hù)和修改。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)的近紅外腦成像圖譜采集工作站的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明所提出的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，包括:
[0023]近紅外腦成像圖譜采集工作站100，其配置為本地采集受試者的近紅外腦成像圖譜，至少包括用于生成圖譜的近紅外腦成像儀101、用于向受試者105提供預(yù)設(shè)的心理任務(wù)的任務(wù)模塊102以及用于分析和存儲(chǔ)圖譜的本地服務(wù)器103;
[0024]遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器400，其與多個(gè)近紅外腦成像圖譜采集工作站連接，并配置為存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)圖譜以生成標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫；在本實(shí)施例中，僅示出了工作站200和工作站300，可以想見，理論上可以有更多的近紅外腦成像圖譜采集工作站可以通過網(wǎng)絡(luò)500連接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器。
[0025]所述本地服務(wù)器103依據(jù)所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器400的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)進(jìn)行分類。
[0026]圖2為本發(fā)明的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)的近紅外腦成像圖譜采集工作站的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)中的近紅外腦成像儀，可以包括:
[0027]近紅外腦成像模塊1，其包括向受檢者頭皮發(fā)出近紅外光的發(fā)射光極、從受檢者頭皮接收腦部組織反射的近紅外光的接收光極和根據(jù)所述接收光極的接收近紅外光生成近紅外腦成像圖譜的圖譜生成單元;在圖2中，發(fā)射電極、接收電極及圖譜生成單元并未示出。實(shí)際上，這一模塊的功能與現(xiàn)有的近紅外光譜成像儀所實(shí)現(xiàn)的功能相同，均是用于獲取受檢者腦部(主要前額葉及顳葉)的近紅外腦成像圖譜。換句話說，本發(fā)明技術(shù)方案中的近紅外腦成像模塊以現(xiàn)有近紅外光譜成像儀替代也可以實(shí)現(xiàn)。
[0028]上述認(rèn)知任務(wù)模塊5，其配置在所述近紅外腦成像模塊I工作時(shí)向受檢者同步提供預(yù)設(shè)的認(rèn)知任務(wù);這一模塊的主要作用在于向受檢者提供刺激癥狀圖譜出現(xiàn)的認(rèn)知任務(wù)，這里主要指語言流暢任務(wù)(vft)，如前所述，vft任務(wù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于檢測(cè)精神障礙患者前額葉的激活模式。這是構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的核心模塊，具體地，如圖2所示，其可由顯示單元51、輸入單元52和同步單元53構(gòu)成，所述顯示單元51以一時(shí)間周期向受檢者顯示需完成的認(rèn)知任務(wù);所述輸入單元52供所述受檢者根據(jù)認(rèn)知任務(wù)提示輸入對(duì)應(yīng)反饋信息;所述同步模塊53用于根據(jù)所述時(shí)間周期啟動(dòng)所述近紅外腦呈現(xiàn)模塊。對(duì)于認(rèn)知任務(wù)的顯示，在本發(fā)明中被配置為周期性的呈現(xiàn)，具體地可以設(shè)有多組，每組包括15s的任務(wù)前靜息期、30s的任務(wù)期和15s任務(wù)后靜息期。在這一過程中，顯示單元51可以為一顯示器，用于周期性向受檢者顯示任務(wù)信息。而在任務(wù)當(dāng)中，輸入單元52，可以是常規(guī)的電腦輸入鍵盤等等，用于供受檢者完成認(rèn)知任務(wù)的反饋。同步單元53則為軟件控制部分，用于在認(rèn)知任務(wù)呈現(xiàn)期間，按照上述時(shí)間周期控制近紅外腦成像模塊I獲取近紅外腦成像圖譜。
[0029]處理器2，其配置為根據(jù)所述認(rèn)知任務(wù)模塊5提供的認(rèn)知任務(wù)獲取并處理所述近紅外腦成像模塊I生成的對(duì)應(yīng)的近紅外腦成像圖譜;實(shí)際操作當(dāng)中，該部分完成所有的數(shù)據(jù)運(yùn)算工作，其可以為Intel、AMD、arm等平臺(tái)架構(gòu)的CPU。
[0030]數(shù)據(jù)分類模塊4，其配置為根據(jù)所述處理器處理的近紅外腦成像圖譜按照?qǐng)D譜波形的位相、波幅、頻率和/或趨勢(shì)進(jìn)行分類;在分類過程中，另一可替代方案是根據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜信息對(duì)所述處理器處理的近紅外腦成像圖譜進(jìn)行比較并分類。具體地，所述預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)圖譜信息包括正相雙曲線正常波形、負(fù)相低平波形、負(fù)相交叉分離波形、負(fù)相開口狀波形、正相高波幅波形和正相開口狀波形。
[0031]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3，其配置為對(duì)所述數(shù)據(jù)分類模塊分類的近紅外腦成像圖譜進(jìn)行存儲(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，包括: 近紅外腦成像圖譜采集工作站，其配置為本地采集受試者的近紅外腦成像圖譜，至少包括用于生成圖譜的近紅外腦成像儀、用于向受試者提供預(yù)設(shè)的認(rèn)知任務(wù)的任務(wù)模塊以及用于分析和存儲(chǔ)圖譜的本地服務(wù)器； 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，其與多個(gè)近紅外腦成像圖譜采集工作站連接，并配置為存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)圖譜以生成標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫； 所述本地服務(wù)器依據(jù)所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)進(jìn)行分類。2.如權(quán)利要求1所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述本地服務(wù)器還包括一數(shù)據(jù)分類模塊，其配置為根據(jù)所述近紅外腦成像儀生成的圖譜按照?qǐng)D譜波形的位相、波幅、頻率和/或趨勢(shì)進(jìn)行分類。3.如權(quán)利要求1所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述本地服務(wù)器還包括一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，其配置為對(duì)所述數(shù)據(jù)分類模塊分類的近紅外腦成像圖譜進(jìn)行存儲(chǔ)。4.如權(quán)利要求1所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述任務(wù)模塊包括一顯示單元、一輸入單元和一同步單元，所述顯示單元以一時(shí)間周期向受檢者顯示需完成的認(rèn)知任務(wù);所述輸入單元供所述受檢者根據(jù)認(rèn)知任務(wù)提示輸入對(duì)應(yīng)反饋信息;所述同步模塊用于根據(jù)所述時(shí)間周期啟動(dòng)所述近紅外腦呈現(xiàn)模塊。5.如權(quán)利要求4所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述顯示單元顯示認(rèn)知任務(wù)的時(shí)間周期包括任務(wù)前靜息期、任務(wù)期和任務(wù)后靜息期。6.如權(quán)利要求5所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述任務(wù)前靜息期、任務(wù)期和任務(wù)后靜息期的時(shí)間分別為15s、30s和15s。7.如權(quán)利要求1所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述顯示單元顯示的認(rèn)知任務(wù)包括情緒圖片任務(wù)、語言流暢任務(wù)、對(duì)指運(yùn)動(dòng)任務(wù)或癥狀圖片任務(wù)的認(rèn)知任務(wù)單元組成。8.如權(quán)利要求1所述的近紅外腦成像圖譜采集及分析系統(tǒng)，所述標(biāo)準(zhǔn)圖譜包括正相雙曲線正常波形、負(fù)相低平波形、負(fù)相交叉分離波形、負(fù)相開口狀波形、正相高波幅波形和正相開口狀波形。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106055874SQ201610342176
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉破資
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)玉泉醫(yī)院