CN111000560A - 一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法，包括脑功能测试模块、运动测试模块、数据采集处理模块及人机交互处理模块，脑功能测试模块用于采集测试者在运动过程中的脑部活动信息；运动测试模块为测试者提供不同运动强度的负荷；数据采集处理模块实时记录测试者在不同运动强度下运动信息及脑部活动信息；人机交互处理模块对测试者脑部活动信息进行分析处理和显示。本发明采用测试者主动真实的运动模式，通过真正记录到人体在经历低、高运动强度变化过程的循环调节时的大脑实时活动状态，具体描述了高低强度运动在转换过程中的神经基础。该系统可实时获取时序特征的脑功能生理和运动行为之间的关联信息，为运动对脑功能影响机制研究提供可靠量化工具。

Description

一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及人体运动脑功能测评装置、体育科研及生物力学技术领域，具体涉及一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法。
背景技术
相关研究工作表明，通过对人体大脑的皮层下和皮层结构的激活，人体的前额叶皮层(PFC)在认知上可调节运动耐力和运动表现。同时，还有研究提出皮下结构(主要是认知调节的脑区)同样在这个过程中起到一定的调节的作用。以往的研究，大多使用EEG采集测试者在运动过程中的大脑数据，或者使用fMRI采集测试者在被动运动时(例如通过观看视频等模拟运动场景的方法)，并没有真正观察或记录到人体在经历不同运动强度变化过程的循环调节时的大脑实时活动状态，因此无法具体描述高低强度运动在转换过程中的神经基础。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不完善，设计一种运动脑功能实时测评系统及其使用方法，该系统通过不同运动强度下，实时获取测试者的脑部活动信息，并进行分析及评估。
本发明采用的技术方案是：一种运动脑功能实时测评系统：包括脑功能测试模块、运动测试模块、数据采集处理模块及人机交互处理模块；
所述脑功能测试模块、运动测试模块、数据采集处理模块及人机交互处理模块相互之间电连接，所述的脑功能测试模块包括核磁共振脑成像仪及头部固定装置，用于采集测试者在运动过程中的脑部活动信息；所述的运动测试模块包括脚踏式测功仪及伸缩支架，所述的脚踏式测功仪采用恒功率磁阻式，为测试者提供不同运动强度的负荷；伸缩支架能够根据测试者的身高进行调整；所述的数据采集处理模块包括信号采集电路及计算机通信接口电路，实时记录测试者在不同运动强度下运动信息及脑部活动信息；所述的人机交互处理模块包括输入设备和显示设备，用于输入测试参数，以及对测试者脑部活动信息进行分析处理和显示。
进一步的，所述的运动脑功能测评模块用于控制测试者的运动强度及运动时间，分析对应运动强度下的大脑部位的多个活动信息，包括：初级运动区(M1)、前运动区、辅助运动区、小脑、脑岛、后扣带回、dLPFC、前侧PFC、内侧角回、海马、颞极、前扣带回、尾状核、楔前叶、体感联合区、视觉联合区、眶部、缘上回、顶上回、颞上回及眶额叶皮层。
另一方面，本发明还提出一种权利要求1所述运动脑功能实时测评系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1)测试者根据身高调整伸缩支架，并进行头部固定；
步骤2)登入系统后，设置运动强度及运动时间；
步骤3)测试者通过脚踏式测功仪进行登脚踏板骑行式运动，首先进行1分钟的热身运动；
步骤4)热身运动结束后，进行RPE运动强度范围为6-12的低强度运动，，运动时间为90秒，脑功能测试模块开始实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤5)低强度运动结束后，自动进行RPE为13-17的高强度运动，运动时间为90秒，脑功能测试模块开始实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤6)运动结束后，测试者休息90秒，脑功能测试模块继续实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤7)测试完成后，脑功能测试模块将所采集测试者的脑部活动信息通过数据采集处理模块传输给人机交互模块，进行分析及评估。
进一步的，包括对测试时间进行设置，运动时间默认为90秒，
本发明采用脚踏式测功仪方式，记录分析人类在不同强度运动时的皮层和皮层下脑区的神经活动。测试结果表明，除了经典的运动控制区被激活外，与自主调节相关的脑区(如脑岛)也同样出现了激活。而在该运动中与认知相关的脑区(PFC)出现负活，且在高强度的运动中这种负激活会增加。小脑则在低运动强度下激活，在高强度运动下未出现激活。运动皮层在任何运动强度中都保持激活。
本发明的意义在于证明了特定的大脑区域可以通过神经调节方法来提高运动表现。同时，运动可能可以作为提升部分脑区的认知调控的医学治疗方法，为运动治疗精神障碍提供了理论依据。
有益效果
本发明采用测试者主动真实的运动模式，真正记录到人体在经历不同运动强度变化过程的循环调节时的大脑实时活动状态，具体描述了高低强度运动在转换过程中的神经基础。该系统可实时获取时序特征的脑功能生理和运动行为之间的关联信息，为运动对脑功能影响机制研究提供可靠量化工具。
附图说明
图1是本发明的一种运动脑功能实时测评系统结构示意图；
图2是本发明的一种运动脑功能实时测评系统使用方法流程图。
其中：核磁共振脑成像仪1、头部固定装置2、脚踏式测功仪3、伸缩支架4、数据采集处理模块5、人机交互处理模块6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图1对本发明作进一步的说明。如图1所示，一种运动脑功能实时测评系统，包括脑功能测试模块、运动测试模块、数据采集处理模块及人机交互模块。脑功能测试模块包括核磁共振脑成像仪1及头部固定装置2，所述的头部固定装置设置有一圆形孔洞，用于放置用户头部；运动测试模块包括脚踏式测功仪3及伸缩支架4，数据采集处理模块5包括信号采集电路及计算机通信接口电路，人机交互处理模块6包括输入设备和显示设备，用于输入测试参数，以及对测试者脑部活动信息进行分析处理和显示。
脚踏板测功仪采用恒功率磁阻式，为测试者提供不同运动强度的负荷，并可使测试者在要求的运动时间内的保持负荷恒定，保证了不同运动强度下脑部信息采集完整性及准确性；
运动过程中，运动脑功能测评模块记录设定运动强度下所对应的脑部成像信息，如：在RPE等级为12情况下的脑部血流量和脑部血氧饱和度数据，来反馈脑部激活情况。
所述的运动脑功能测评模块用于控制测试者的运动强度及运动时间，分析对应运动强度下的初级运动区(M1)、前运动区、辅助运动区、小脑、脑岛、后扣带回、dLPFC、前侧PFC、内侧角回、海马、颞极、前扣带回、尾状核、楔前叶、体感联合区、视觉联合区、眶部、缘上回、顶上回、颞上回及眶额叶皮层等大脑部位的活动信息。
图2是本发明的运动脑功能测评系统使用方法流程图，具体方法流程包括如下步骤：
步骤1)测试者根据身高调整伸缩支架，并进行头部固定；
步骤2)登入系统后，设置运动强度及运动时间；
步骤3)测试者通过脚踏式测功仪进行登脚踏板骑行式运动，首先进行1分钟的热身运动；
步骤4)热身运动结束后，进行RPE运动强度范围为6-12的低强度运动，，运动时间为90秒，脑功能测试模块开始实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤5)低强度运动结束后，自动进行RPE为13-17的高强度运动，运动时间为90秒，脑功能测试模块开始实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤6)运动结束后，测试者休息90秒，脑功能测试模块继续实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤7)测试完成后，脑功能测试模块将所采集测试者的脑部活动信息通过数据采集处理模块传输给人机交互模块，进行分析及评估。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种运动脑功能实时测评系统，其特征在于：
包括脑功能测试模块、运动测试模块、数据采集处理模块及人机交互处理模块；所述脑功能测试模块、运动测试模块、数据采集处理模块及人机交互模块相互之间电连接，所述的脑功能测试模块包括核磁共振脑成像仪及头部固定装置，用于采集测试者在运动过程中的脑部活动信息；所述的运动测试模块包括脚踏式测功仪及伸缩支架，所述的脚踏式测功仪采用恒功率磁阻式，为测试者提供不同运动强度的负荷；伸缩支架能够根据测试者的身高进行调整；所述的数据采集处理模块包括信号采集电路及计算机通信接口电路，实时记录测试者在不同运动强度下运动信息及脑部活动信息；所述的人机交互处理模块包括输入设备和显示设备，用于输入测试参数，以及对测试者脑部活动信息进行分析处理和显示。
2.根据权利要求1所述的一种运动脑功能实时测评系统，其特征在于：
所述的运动脑功能测评模块用于控制测试者的运动强度及运动时间，分析对应运动强度下的大脑部位的多个活动信息，包括：初级运动区(M1)、前运动区、辅助运动区、小脑、脑岛、后扣带回、dLPFC、前侧PFC、内侧角回、海马、颞极、前扣带回、尾状核、楔前叶、体感联合区、视觉联合区、眶部、缘上回、顶上回、颞上回及眶额叶皮层。
3.一种权利要求1所述运动脑功能实时测评系统的使用方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤1)测试者根据身高调整伸缩支架，并进行头部固定；
步骤2)登入系统后，设置运动强度及运动时间；
步骤3)测试者通过脚踏式测功仪进行登脚踏板骑行式运动，首先进行1分钟的热身运动；
步骤4)热身运动结束后，进行RPE运动强度范围为6-12的低强度运动，，运动时间为90秒，脑功能测试模块开始实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤5)低强度运动结束后，自动进行RPE为13-17的高强度运动，运动时间为90秒，脑功能测试模块开始实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤6)运动结束后，测试者休息90秒，脑功能测试模块继续实时采集测试者的脑部活动信息；
步骤7)测试完成后，脑功能测试模块将所采集测试者的脑部活动信息通过数据采集处理模块传输给人机交互模块，进行分析及评估。
4.根据权利要求3所述的运动脑功能实时测评系统的使用方法，其特征在于：对测试时间进行设置，运动时间默认为90秒。
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黄清玲等: "创伤后应激障碍静息状态下脑fMRI的研究", 《临床放射学杂志》 *

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