近红外脑功能成像数据处理分析平台的开发和应用

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近红外光谱术(Near-infrared Spectroscopy,NIRS)利用近红外光在生物组织中低吸收和高散射的特性,提供基于血红蛋白浓度变化的血液动力学信息,反映大脑皮层的血氧代谢情况,可用于检测人脑功能活动。已有的连续波(Continuous Wave,CW)NIRS脑功能成像系统可以实现脑功能响应的快速测量,但缺乏配套的数据处理分析软件。本研究以CW NIRS脑功能成像系统采集到的实验数据为基础,研究数据处理和分析方法,围绕近红外脑功能成像数据处理分析平台的开发,主要的研究内容如下:(1)结合现有的CW NIRS系统的特点,开发可分析NIRS数据的软件平台,对采集的光强数据经过转换、滤波降噪、叠加平均等处理,得到反映脑功能响应的血液动力学参数,对处理的结果以时域曲线和二维地形图的形式显示,直观的展现实验中被试的大脑活动状态,同时实现统计分析功能,进一步评估实验结果。对软件平台需求按照模块划分并开发,建立NIRS数据处理分析平台。(2)对开发的NIRS数据处理分析平台进行性能评估。首先,模拟脑功能活动过程中的血液动力学响应和生理干扰,生成含有噪声信号的血氧数据。随后采用软件平台的数据处理方法进行模型仿真实验,并对提取的血氧数据质量进行评估,结果表明软件平台的处理方法理论上可以从背景噪声中提取到效信号。(3)应用软件平台处理分析在体实验数据。采用CW NIRS仪器测量Stroop效应中前额叶的活动,利用软件平台对采集到的数据进行处理,并分析数据处理结果,观察到认知冲突过程中的激活脑区,实验结果表明软件平台能够检测到任务期大脑的激活响应,可以应用于脑功能研究。本研究通过对模型实验和在体实验的数据进行处理和分析,证明所开发的软件平台具有可靠、相互依赖性小、简洁、友好、拓展度高等优势,可以应用到NIRS脑功能成像的研究中。
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