一体化眼脑部视觉功能成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种一体化眼脑部视觉功能成像系统，包括：视觉刺激呈现设备，呈现包含多种刺激诱发范式的图片和视频；眼部视觉成像设备，是基于多光谱的视网膜和瞳孔成像设备；脑部视觉成像设备，是基于近红扩散相关谱技术的视觉脑皮层血流信号成像设备；协同工作站，包括成像采集控制模块和图像分析模块，用于协同控制眼部视觉成像设备和脑部视觉成像设备，并将获取到的多光谱视网膜、瞳孔图像和视觉脑皮层血流图像进行处理与分析。通过该系统能够实现眼部视网膜、瞳孔和大脑视觉皮层神经功能响应的同步记录，对多模态多参数的视觉生理信号进行联合分析，为视觉信息编解码、视觉重建机理研究、视觉神经调控定量评估受损定位等提供方法。

Integrated Visual Functional Imaging System for Eye and Brain

【技术实现步骤摘要】
一体化眼脑部视觉功能成像系统
本专利技术涉及医疗成像
，特别是涉及一种一体化眼脑部视觉功能成像系统。
技术介绍
由于视觉功能的重要性，国内外在视觉神经功能方面的研究一直是个热点。在大脑视觉神经功能成像方面，常用的设备有功能磁共振成像仪(fMRI)、脑电仪(EEG)、近红外脑功能成像仪(fNIRS)。fMRI的原理是利用动态磁共振成像来测量神经元活动所引发的血氧水平的改变。运用fMRI能实现对人类视觉系统相关脑皮层的功能定位、颜色识别、视觉加工等的研究，然而，fMRI的时间分辨率较低，不能测量瞬时的脑神经活动变化。EEG可以检测大脑神经活动产生的电信号，但是EEG测量的是头表面的电信号，由于脑神经活动的电传导会受到头颅组织的影响，测量空间的EEG信号会在一定程度上偏离真实的颅内脑神经电信号，因此通常需要联合功能磁共振成像才能实现脑活动的准确定位。fNIRS对现有的fMRI、EEG技术是一个非常有益的补充，是一种通过安全的近红外光来评估大脑皮层含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白成分变化的功能性近红外光脑成像系统，但由于fNIRS测量的是缓慢变化的血氧代谢活动，因此仍不能准确记录神经活动过程。在眼部视觉神经功能成像方面，常用的设备有光学相干断层扫描技术(OCT)、眼底镜、瞳孔仪。OCT是一种非接触、高分辨率层析和生物显微镜成像设备，它可用于眼后段结构(包括视网膜、视网膜神经纤维层、黄斑和视盘)的活体上查看、轴向断层以及测量，是特别用作帮助检测和管理眼疾的诊断设备。眼底镜主要用于眼底视网膜成像，眼底镜不仅可以针对常见的白内障、青光眼等眼科疾病检查，而且可早期诊断高血压、糖尿病等全身系统性疾病，已经成为临床医学和现代科学研究的热门对象。瞳孔仪主要用于瞳孔对光反射、瞳孔传导阻滞、眼震测量以及眼动跟踪等领域，另外，其还是多种眼科仪器的精密对准核心组件。但是，这些设备仅限被用于静态眼部成像，无法连续、动态地对眼部进行成像，并且，无法定量测量瞳孔对光反射完整的神经回路。综上分析，目前对视觉神经功能成像的都是采用一种成像设备，或采用多种成像设备分时、分部位对视觉神经功能进行成像，并在此基础上进行分析。其中，对视网膜神经元活动的监测多基于侵入式或离体测量的方式进行；而当前对眼底的研究多只针对视网膜及周边血管结构的明显病变，尚缺少对活体眼底神经活动的检测手段。然而，视觉加工是从眼部视网膜至大脑视觉皮层的动态神经反应，现有设备的简单组合无法对眼部视网膜和大脑视觉皮层的动态神经反应进行瞬时、动态的功能成像。本技术能够提供一种同时对眼部视网膜和大脑视觉皮层功能进行活体成像的方法，研制能够同时用于视网膜-视觉皮层同步功能成像的设备，为研究视觉重建机理、视觉神经调控定量评估、视觉受损定位等临床问题提供新方法，具有重要的科学研究价值和临床应用价值。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是当前现有设备的简单组合无法对眼部视网膜和大脑视觉皮层的动态神经反应进行瞬时、动态的功能成像的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种一体化眼脑部视觉功能成像系统，所述系统包括：视觉刺激呈现设备，所述视觉刺激呈现设备是包含多种刺激诱发范式的图片和视频呈现设备；眼部视觉成像设备，所述眼部视觉成像设备是基于多光谱的眼部视网膜和瞳孔图像采集；脑部视觉成像设备，所述脑部视觉成像设备是基于近红外扩散相关谱技术的视觉脑皮层血流信号采集；协同工作站，所述协同工作站包括成像采集控制模块和图像分析模块，用于协同控制所述眼部视觉成像设备和所述脑部视觉成像设备，并将获取到的所述多光谱眼部图像和所述视觉脑皮层血流信号进行数据处理。优选的是，视觉刺激呈现设备包括多种刺激诱发范式的图片和视频，并且保持与眼部成像设备和脑部成像设备的时间一致性。优选的是，所述眼部视觉成像设备包括多光谱光源模块、图像信号采集与控制模块、图像采集模块和多光谱光源控制模块。优选的是，所述图像采集模块包括准直透镜、中空反射镜、第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、瞳孔相机和视网膜相机；所述多光谱光源模块发出的光经所述准直透镜准直后被所述中空反射镜反射，然后透射所述第一汇聚透镜照射到人眼的瞳孔和视网膜；瞳孔反射的光线进入所述瞳孔相机，视网膜反射的光线透射所述第一汇聚透镜，然后穿过所述中空反射镜中部再透射所述第二汇聚透镜，达到所述视网膜相机。优选的是，所述多光谱光源控制模块包括多光谱控制单元、一键采集单元和环境光控制单元。优选的是，所述视觉刺激呈现设备包括左刺激显示模块和右刺激显示模块。优选的是，所述脑部视觉成像设备包括脑血流号采集模块和数据处理模块，所述脑血流号采集模块包括多个光源和若干个探头，所述多个光源和所述若干个探头形成脑血流信号采集通道，所述数据处理模块用于对所述脑血流信号采集模块采集到的信号进行处理后得到所述视觉脑皮层血流信号的量化指标。优选的是，所述脑血流信号采集模块为图像采集帽，所述多个光源和若干个探头环绕分布在所述图像采集帽上。优选的是，所述光源为近红外激光光源；所述光源包括4个，所述探头包括16个。4个光源和16个探头形成20个脑电信号采集通道。优选的是，所述探头包括近红外激光器、单光子探测器和单模/多模光纤。优选的是，所述协同工作站包括成像采集控制模块和视觉成像分析模块，所述成像采集控制模块用于协同控制所述眼部成像设备和所述脑部视觉成像设备，所述视觉成像分析模块通过功能磁共振图像，提取出脑功能成像空间特征，结合所述多光谱眼部图像和所述视觉脑皮层血流信号进行多模态谱聚类分析。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术通过一体化的神经功能成像系统，利用医用光学技术，同时采集眼部及脑部的视觉神经活动信号，提供更全面丰富的视觉神经功能检测信息；同时，本申请基于眼部视神经活动的动态多光谱成像技术和基于近红外光谱的视觉皮层脑电成像技术能够实现活体成像；本申请还利用协同工作站对一体采集的多光谱眼部图像和视觉脑皮层血流信号进行多态谱聚类分析及图像重建，从而能够提供更加精准的疾病分析。附图说明图1是本专利技术的一体化眼脑部视觉功能成像系统一实施方式的结构示意图；图2是图1中眼部视觉成像设备的结构示意图；图3是图2中图像采集模块的光路结构示意图；图4是图1脑部视觉成像设备的结构示意图；图5是图1协同工作站的结构示意图；图6是图4中视觉成像分析模块对功能磁共振图像进行提取脑功能成像空间特征的算法流程示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术所提供的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术所提供的一种一体化眼脑部视觉功能成像系统进行详细阐述。请参阅图1，本专利技术一体化眼脑部视觉功能成像系统一实施方式，包括视觉刺激呈现设备10、眼部视觉成像设备11、脑部视觉成像设备12和协同工作站13。具体地，视觉刺激呈现设备10内包括多种刺激诱发范式的图片和视频，并且保持与眼部成像设备和脑部成像设备的时间一致性。所述视觉刺激呈现设备10包括左刺激显示模块和右刺激显示模块。用于分别对使用者的左眼和右眼提供视觉刺激，瞳孔图像由眼部视觉成像设备11中的瞳孔相机1145采集。眼部视觉成像设备11是基于动态视觉刺激的多光谱眼部图像采集。眼部视觉成像设备用于采集人眼瞳孔图像和视网膜图像。当前对眼部视觉神经功能成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体化眼脑部视觉功能成像系统，其特征在于，所述系统包括：视觉刺激呈现设备，所述视觉刺激呈现设备是包含多种刺激诱发范式的图片和视频呈现设备；眼部视觉成像设备，所述眼部视觉成像设备是基于多光谱的眼部视网膜和瞳孔图像采集；脑部视觉成像设备，所述脑部视觉成像设备是基于近红外扩散相关谱技术的视觉脑皮层血流信号采集；协同工作站，所述协同工作站包括成像采集控制模块和图像分析模块，用于协同控制所述眼部视觉成像设备和所述脑部视觉成像设备，并将获取到的所述多光谱眼部图像和所述视觉脑皮层血流信号进行数据处理。

【技术特征摘要】
1.一种一体化眼脑部视觉功能成像系统，其特征在于，所述系统包括：视觉刺激呈现设备，所述视觉刺激呈现设备是包含多种刺激诱发范式的图片和视频呈现设备；眼部视觉成像设备，所述眼部视觉成像设备是基于多光谱的眼部视网膜和瞳孔图像采集；脑部视觉成像设备，所述脑部视觉成像设备是基于近红外扩散相关谱技术的视觉脑皮层血流信号采集；协同工作站，所述协同工作站包括成像采集控制模块和图像分析模块，用于协同控制所述眼部视觉成像设备和所述脑部视觉成像设备，并将获取到的所述多光谱眼部图像和所述视觉脑皮层血流信号进行数据处理。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述眼部视觉成像设备包括多光谱光源模块、图像信号采集与控制模块、图像采集模块和多光谱光源控制模块。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像采集模块包括准直透镜、中空反射镜、第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、瞳孔相机和视网膜相机；所述多光谱光源模块发出的光经所述准直透镜准直后被所述中空反射镜反射，然后透射所述第一汇聚透镜照射到人眼的瞳孔和视网膜；瞳孔反射的光线进入所述瞳孔相机，视网膜反射的光线透射所述第一汇聚透镜，然后穿过所述中空反射镜中部再透射所述第二汇聚透镜，达到所述视网膜相机。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多光谱光源控...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴亚康，彭博，刘燕，耿辰，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32