CN107374593A - 一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法 - Google Patents

一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107374593A
CN107374593A CN201710795851.3A CN201710795851A CN107374593A CN 107374593 A CN107374593 A CN 107374593A CN 201710795851 A CN201710795851 A CN 201710795851A CN 107374593 A CN107374593 A CN 107374593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
impairment
working memory
module
test assignment
spatial working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710795851.3A
Other languages
English (en)
Inventor
徐运
叶星
武文博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Drum Tower Hospital
Original Assignee
Nanjing Drum Tower Hospital
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Drum Tower Hospital filed Critical Nanjing Drum Tower Hospital
Priority to CN201710795851.3A priority Critical patent/CN107374593A/zh
Publication of CN107374593A publication Critical patent/CN107374593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4058—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the central nervous system
    • A61B5/4064—Evaluating the brain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A61B5/004—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part
    • A61B5/0042—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part for the brain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4076—Diagnosing or monitoring particular conditions of the nervous system
    • A61B5/4088—Diagnosing of monitoring cognitive diseases, e.g. Alzheimer, prion diseases or dementia

Abstract

本发明公开了一种空间工作记忆相关脑功能评估系统，包括核磁共振仪，其特征在于：还包括数据录入模块、测试任务模块、数据分析模块、显示模块以及空间工作记忆测试任务系统；数据录入模块和测试任务模块均连接数据分析模块，测试任务模块连接显示模块，测试任务模块和数据分析模块通过串口与核磁共振仪连接，测试任务模块上运行空间工作记忆测试任务系统。本发明还公开了空间工作记忆相关脑功能评估系统的运行方法。通过功能性磁共振和神经心理学测试结合的方式，从空间工作记忆这一角度对早期或者轻度认知功能损伤的人群进行相关的脑功能激活模式的研究，对完善脑功能认知的研究具有重要价值。

Description

一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法
技术领域
本发明属于脑功能认知评估领域，涉及一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法。
背景技术
目前国际上针对早期认知功能损伤的评估除了详细询问病史外，主要依据神经心理学和神经科学的诸多认知功能评估量表。有关量表主要是通过问卷和纸笔测试等方法来评估患者的认知功能水平，这些评估量表依赖受试者对认知功能测量的主观努力程度或者配合程度，存在文化教育程度等差异。传统的神经检查和心理测试，均受到受试者和测试专家的主观态度的影响，缺乏客观的检测技术手段，无法全面客观的反应空间工作记忆的实际状态，总体诊断识别率较低。
迄今，脑功能认知领域已发展出多种客观检测技术手段，其中最主流的检测评估技术包括：事件相关头皮电位（event-related potentials，ERPs）、功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、眼动与视线追踪技术（eye trackingsystem，ETS）、脑磁图（magnetoencephalography，MEG）、正电子发射断层扫描成像（positron emission tomograph，PET）。然而，由于多种原因，这些技术手段多停留在实验阶段，不能完全应用于实际的功能评估。
此外，轻度认知功能损伤会使空间工作记忆等高级认知活动相关的大脑额叶、颞叶和顶叶的激活模式也有所变化，即认知功能降低早期可以表现为空间工作记忆相关的重要参与脑区的激活模式变化，使得对脑功能认知研究和早起脑功能损伤的筛查难度增大。
发明内容
本发明提供一种基于功能性磁共振成像技术的，适合不同认知状态下的人群的认知功能损伤的脑功能的评估方法，为脑功能认知相关问题的研究提供了可靠的依据。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种空间工作记忆相关脑功能评估系统，包括核磁共振仪、数据录入模块、测试任务模块、数据分析模块、显示模块以及空间工作记忆测试任务系统；数据录入模块和测试任务模块均连接数据分析模块，数据分析模块连接显示模块，测试任务模块和数据分析模块通过串口与核磁共振仪连接，测试任务模块上运行空间工作记忆测试任务系统。
测试任务模块还设置有第一手柄、第二手柄，第一手柄上设置有按键一和按键二，第二手柄上设置有按键三和按键四。
空间工作记忆相关脑功能评估系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤一：在数据录入模块录入受试者数据，数据录入包括受试者的姓名、性别、年龄，并建立完整的随访数据库；
步骤二：受试者接受测试前进行流程和操作培训，以及测试准备；
步骤三：空间工作记忆测试，包括基于空间工作记忆测试任务系统的测试、功能性磁共振成像，空间工作记忆测试任务系统是基于Matlab 编程语言及Psychtoolbox 工具包编写的软件系统；空间工作记忆测试任务系统包含多个组块，每个组块中包括：空间位置记忆任务、延迟等待、空间导航任务；空间工作记忆测试任务系统生成的空间位置图像信号投射至受试者可视的虚拟界面中，其中，空间位置图像信号包括可移动标记物、目标物；空间位置记忆任务是指受试者需要在目标物隐藏前记忆目标物的位置，空间导航任务是指受试者在控制可移动标记物在模拟界面中移动，基于自身和环境线索判断路线并找到目标物的任务；
受试者需要在空间工作记忆测试任务系统模拟的虚拟环境中判断隐藏的目标物的位置，通过第一手柄、第二手柄操作可移动标记物在屏幕上移动并标记出受试者确定的目标物位置；
空间导航任务的各组块之间的目标物位置信息均不重复；
受试者需每次重新记忆目标物新的空间位置。
步骤四：数据分析模块对测试所得到的数据进行分析，并提供分析的结果；
步骤五：匹配受试者数据，在展示模块展示分析结果；
本发明的有益效果：通过功能性磁共振结合神经心理学测试范式，从空间工作记忆这一角度对早期或者轻度认知功能损伤的人群进行相关的脑功能激活模式的研究，对完善脑功能认知的研究具有重要价值。同时，避免了复杂任务导致的脑活动差异影响测试结果。另外，结合神经心理学任务测试，有助于理解空间工作记忆相关脑区在认知功能损伤中的激活模式变化的神经心理学意义，对早期预测认知功能损伤后的转归具有更大的应用价值。
附图说明
图1是本发明空间工作记忆相关脑功能评估系统的结构示意图；
图2是本发明空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法的流程图；
图3是本发明的受试者可视的虚拟环境界面示意图；
图4是空间工作记忆测试任务系统中单个组块示意图；
图5是本发明空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法的实施例图；
图6是本发明空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法的实施例图；
图中1是数据录入模块，2是测试任务模块，201是第一手柄，202是第二手柄，3是核磁共振仪，4是（显示器和磁共振扫描）同步仪，5是分析模块和数据显示模块，21是路标一，22是路标二，23是圆形边界，24是目标物，25是可移动标记物。
具体实施方式
参照图1至图2 ，一种空间工作记忆相关脑功能评估系统，包括核磁共振仪、数据录入模块、测试任务模块、数据分析模块、显示模块以及空间工作记忆测试任务系统；数据录入模块和测试任务模块均连接数据分析模块，数据分析模块连接显示模块，测试任务模块和数据分析模块通过串口与核磁共振仪连接，测试任务模块上运行空间工作记忆测试任务系统。
测试任务模块还设置有第一手柄、第二手柄，第一手柄上设置有按键一和按键二，第二手柄上设置有按键三和按键四。
空间工作记忆相关脑功能评估系统的运行方法，包括如下步骤：
步骤一：选定受试者，并在数据录入模块录入受试者的姓名、性别、年龄等信息，并有数据录入模块建立完整的受试者信息数据库，供测试者或者研究人员随时调用。
步骤二：受试者接受操作培训，包括：熟悉磁共振检测环境、任务具体执行流程和按键操作。另外，受试者仰卧在磁共振扫描仪中，耳朵用隔音棉填塞，磁共振头部线圈和受试者头部之间的空隙用海绵泡沫填塞固定，避免测试过程中的大幅度头动导致的扫描伪差。
步骤三：
基于空间工作记忆测试任务系统的测试：
空间工作记忆测试任务系统运行于Matlab编程环境下，结合Psychtoolbox工具包，构建二维空间任务环境。空间工作记忆测试任务系统包含多个组块，每个组块中包括：空间位置记忆任务、等待、空间导航任务。本实施例设定单次测试工20个组块，即20次任务。
测试过程中，空间工作记忆测试任务系统生成的空间位置图像信号投射至受试者可视的虚拟界面（参照图3所示）中，其中，空间位置图像信号包括可移动标记物、目标。受试者操纵第一手柄的按键一、二控制可移动标记物左右移动，控制第二手柄的按键三、四控制可移动标记物前进或后退。
参照图4所示，每个空间导航任务的每一组块开始后，虚拟界面呈现出的路标一、路标二和目标物点均已绕圆形边界按照同一角度旋转，旋转角度为随机设置，然后，受试者需要记忆视野中路标一、路标二和目标物的空间位置及其相互间的相对位置关系，空间位置记忆环节限定时间为10秒。记忆过程完成后，虚拟界面呈现灰色空白界面，持续时间为8秒；然后开始空间导航任务，受试者需要操作手柄将可移动标记物移动到目标物位置，该环节时间为16秒。做出估计并操作手柄将标记物移动到估计的目标可能所在的位置，随后按键确认。程序此时会自动显示目标的正确位置。
空间工作记忆测试任务系统负责控制虚拟界面同步呈现任务内容并实时记录受试者的按键信号。空间工作记忆测试任务系统接收核磁共振仪的扫描起始信号，全程自动呈现同步视觉图像刺激，且空间工作记忆测试任务系统配备专用眼镜用于近视、散光和老花的视力调节。
功能性磁共振成像：
所有磁共振扫描均在3.0T超导型临床医用磁共振上完成（Philips Achieva 3T TXMedical System，Nehterlands）,配有8通道头线圈，以EPI序列采集全脑功能像。
受试者首先完成一组结构像扫描，接着完成一组功能像的扫描，最后完成一组高清三维结构像的扫描。
步骤四：数据处理和结果分析：
首先，利用基于windows操作系统的SPM和Brainvoyager软件分析处理图像信息。将DICOM格式扫描数据转换为NIFTI格式，对功能像数据进行时间序列和空间位置运动的校正、图像对齐、空间滤波、空间平滑，再对结构像进行空间标准化，对功能像和结构像进行配准，应用配准信息将功能像进行空间标准化；最后，通过线性模型分析并进行FDR校正后得到任务相关的脑区激活分布统计图（参照图5所示），根据图4结合受试者脑结构重建立体脑功能几乎统计图（参照图6所示）。
步骤五：匹配受试者数据，在展示模块展示分析结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种空间工作记忆相关脑功能评估系统，包括核磁共振仪，其特征在于：还包括数据录入模块、测试任务模块、数据分析模块、显示模块以及空间工作记忆测试任务系统；数据录入模块和测试任务模块均连接数据分析模块，数据分析模块连接显示模块，测试任务模块和数据分析模块通过串口与核磁共振仪连接，测试任务模块上运行空间工作记忆测试任务系统；
空间工作记忆相关脑功能评估系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤一：在数据录入模块录入受试者数据；
步骤二：受试者接受测试前进行流程和操作培训，以及测试准备；
步骤三：空间工作记忆测试；
步骤四：数据分析模块对测试所得到的数据进行分析，并提供分析的结果；
步骤五：匹配受试者数据，在展示模块展示分析结果。
2.根据权利要求1 所述的空间工作记忆相关脑功能评估系统的运行方法，其特征在于：步骤一数据录入模块录入包括受试者的姓名、性别、年龄，并建立完整的随访数据库。
3.根据权利要求1 所述的空间工作记忆相关脑功能评估系统的运行方法，其特征在于，步骤三包括：
基于空间工作记忆测试任务系统的测试；
功能性磁共振成像。
4.根据权利要求1 所述的空间工作记忆相关脑功能评估系统，其特征在于：空间工作记忆测试任务系统是基于Matlab 编程语言及Psychtoolbox 工具包编写的软件系统；空间工作记忆测试任务系统包含多个组块，每个组块中包括：空间位置记忆任务、延迟等待、空间导航任务；空间工作记忆测试任务系统生成的空间位置图像信号投射至受试者可视的虚拟界面中，其中，空间位置图像信号包括可移动标记物、目标物；空间位置记忆任务是指受试者需要在目标物隐藏前记忆目标物的位置，空间导航任务是指受试者在控制可移动标记物在模拟界面中移动，基于自身和环境线索判断路线并找到目标物的任务。
5.根据权利要求1 所述的空间工作记忆相关脑功能评估系统，其特征在于，测试任务模块还设置有第一手柄、第二手柄，第一手柄上设置有按键一和按键二，第二手柄上设置有按键三和按键四；
受试者需要在空间工作记忆测试任务系统模拟的虚拟环境中判断隐藏的目标物的位置，通过第一手柄、第二手柄操作可移动标记物在屏幕上移动并标记出受试者确定的目标物位置；
空间导航任务的各组块之间的目标物位置信息均不重复；
受试者需每次重新记忆目标物新的空间位置。
CN201710795851.3A 2017-09-06 2017-09-06 一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法 Pending CN107374593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710795851.3A CN107374593A (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710795851.3A CN107374593A (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107374593A true CN107374593A (zh) 2017-11-24

Family

ID=60351816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710795851.3A Pending CN107374593A (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种空间工作记忆相关脑功能评估系统及评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107374593A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111000560A (zh) * 2019-12-26 2020-04-14 中国科学院合肥物质科学研究院 一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104287733A (zh) * 2014-11-07 2015-01-21 中山大学 伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法
CN105808970A (zh) * 2016-05-09 2016-07-27 南京智精灵教育科技有限公司 一种在线认知评估系统及评估方法
CN107045593A (zh) * 2017-04-17 2017-08-15 浙江大学 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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104287733A (zh) * 2014-11-07 2015-01-21 中山大学 伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法
CN105808970A (zh) * 2016-05-09 2016-07-27 南京智精灵教育科技有限公司 一种在线认知评估系统及评估方法
CN107045593A (zh) * 2017-04-17 2017-08-15 浙江大学 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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
武文博等: "中国人群不同认知状态下空间导航能力的初步研究", 《中国临床神经科学》 *
王鑫等: "脑损害患者数字工作记忆的功能性磁共振研究", 《临床神经病学杂志》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111000560A (zh) * 2019-12-26 2020-04-14 中国科学院合肥物质科学研究院 一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法
CN111000560B (zh) * 2019-12-26 2023-03-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schilling et al. Challenges in diffusion MRI tractography–Lessons learned from international benchmark competitions
Liu et al. Weakly supervised deep learning for brain disease prognosis using MRI and incomplete clinical scores
Mazziotta et al. A probabilistic atlas and reference system for the human brain: International Consortium for Brain Mapping (ICBM)
Mazziotta et al. A four-dimensional probabilistic atlas of the human brain
Toga et al. Towards multimodal atlases of the human brain
Bede et al. Virtual brain biopsies in amyotrophic lateral sclerosis: diagnostic classification based on in vivo pathological patterns
EP3315986B1 (de) Verfahren zum bereitstellen einer information zur vorbereitung einer mr-bildgebung
Correia et al. Quantitative tractography metrics of white matter integrity in diffusion-tensor MRI
US8170347B2 (en) ROI-based assessment of abnormality using transformation invariant features
Caspers et al. Microstructural grey matter parcellation and its relevance for connectome analyses
Shinkareva et al. Classification of functional brain images with a spatio-temporal dissimilarity map
Jannin et al. Validation in medical image processing.
CN103327925B (zh) 用于确定组织中的对象的移动的至少一个适用路径的方法
JP2014145770A (ja) アルツハイマー病の予測を支援する方法及び自動化システム、並びに、前記システムをトレーニングする方法
EP2158574A1 (en) Model-based differential diagnosis of dementia and interactive setting of level of significance
CN110544252A (zh) 基于多模态磁共振脑影像的帕金森病辅助诊断系统
US20170238879A1 (en) Method of Analyzing the Brain Activity of a Subject
CN110689536A (zh) 基于多模态磁共振影像的大脑灰质及白质追踪方法及装置
CN108898135A (zh) 一种大脑边缘系统图谱构建方法
US11612322B2 (en) Searching system for biosignature extraction and biomarker discovery
CN108324244A (zh) 用于ai+mri影像辅助诊断的自动增广训练样本的构建方法及系统
WO2013007556A1 (en) Method and device for determining target brain segments in human or animal brains
Bermudez et al. Towards machine learning prediction of deep brain stimulation (DBS) intra-operative efficacy maps
Yang et al. Exploring sMRI biomarkers for diagnosis of autism spectrum disorders based on multi class activation mapping models
TW201941220A (zh) 診斷支援裝置、程式製品、記錄有學習完成模型的記錄媒體及學習裝置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171124