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实时功能磁共振通过在线分析数据,实时呈现分析结果,为传统的功能磁共振提供了更广阔的应用前景。这种新的技术出现,可以用来监测扫描过程中的数据质量,快速功能定位以及进行生物神经反馈。基于实时功能磁共振的生物神经反馈使被试能够实时地观察并控制自己特定脑区的大脑活动强度,从而实现被试对其大脑活动的调节。
随着磁共振扫描技术和计算机运算能力的提高及分析所用算法的改进,实时功能磁共振逐渐成为国际上的一个研究热点。现有的实时功能磁共振数据处理软件平台主要采用广义线性模型和相关分析作为核心分析算法,能够完成任务态数据的实时处理；与广义线性模型不同,独立成分分析方法作为一种数据驱动的分析方法,不但能够处理任务态数据,还能够处理静息态数据,用于功能磁共振数据分析中可以得到大脑活动的功能网络。
本论文的研究重点是设计与实现一个基于独立成分分析方法的实时功能磁共振软件平台,并且对该软件平台进行测试和验证。平台主要包括数据格式转换模块、预处理模块,独立成分分析模块,感兴趣区选择模块以及反馈模块,其中数据格式转换模块和预处理模块将磁共振扫描仪实时传输的功能磁共振图像的DICOM格式转换成ANALYZE格式,并对其进行头动校正和平滑处理,以提高数据的信噪比；独立成分分析模块采用实时ICA方法分离大脑活动的相关功能网络,并在此基础上提取研究关注的功能网络；感兴趣区选择模块对针对提取网络的一个节点或多个节点区域进行选定并保存为感兴趣区域,通过反馈模块将感兴趣区的大脑活动强度反馈给被试进行调节。
在此基础上,为了增加平台的实用性和可扩展性,同时设计了参数配置模块、显示模块以及用户图像界面。该平台通过离线数据仿真实验进行了测试,测试结果表明该软件平台达到了设计的要求,能够实时而有效地分析功能图像数据。最后将该软件平台应用到运动想象的反馈调节实验中,通过与磁共振扫描仪的硬件连调实现了功能磁共振数据的在线分析与反馈调节。