一种磁兼容的光学脑功能成像方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁兼容的光学脑功能成像方法与装置。经中继光路将光学相干断层成像系统的输出扫描光束传递至磁共振成像装置；基于光学相干技术进行脑组织三维空间光学散射信号探测，同时通过磁共振成像装置进行磁共振成像探测获得脑组织磁共振信号；进行事件刺激，基于快速动态特性提取血流信号；然后基于事件刺激的动态特性提取非血流区域的神经组织响应信号。本发明专利技术能在核磁共振成像条件下同步开展光学相干成像，实现高分辨的神经组织和血流动力学的响应信号获取，将OCT扫描光束传递至MRI机器区样品位置，不存在成像的窜扰现象，能实现无标记、高分辨率的三维结构成像和血流成像。血流成像。

【技术实现步骤摘要】
一种磁兼容的光学脑功能成像方法与装置


[0001]本专利技术属于生物医学成像领域，涉及光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)和核磁共振成像技术(Magnetic Resonance Imaging,MRI)，尤其是涉及一种基于低相干干涉原理的磁兼容光学脑功能成像方法与装置，可用于脑皮层功能性研究中，研究事件刺激下生物皮质神经血流的激活情况。

技术介绍

[0002]大脑是生物体生命运动的核心，也是科学家研究的焦点。大脑在经受外部刺激时，会产生功能信号变化，这种变化与生物机能密切相关。因此如果能够准确分析脑功能信号
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神经信号变化和血流信号变化，对人类疾病病理研究具有重大意义。
[0003]在脑功能成像方面，目前已有许多成像方式可以获取脑功能信号，各有优缺点。其中，双光子成像可以在x，y和z轴方向进行密集采样，而且能够达到细胞级分辨率，但受采样视场的限制，并且需要通过注射病毒或基因转染来标记细胞。多光子成像深度可以达到1mm或更大，但对于较大的动物模型不实用。为了监测种群水平的神经活动，利用电压敏感染料(Voltage Sensitive Dye,VSD)染色的光学成像方法可实现大规模、高时间分辨率(1～10ms)成像，但是在大型动物中，VSD组织染色和光动力学损伤的相关性限制了其推广。基于血液动力学信号的内源信号光成像(Optical Intrinsic Signal Imaging,OISI)常用于更大规模成像，可以无需向脑中加入外源性物质。OISI信号与神经元群体响应相关性高，可用于绘制皮质柱，但是OISI无法实现深度信号探测。
[0004]MRI也是研究脑功能信号常用的方法，在脑功能成像方面有着巨大优势，在医学诊断领域占有重要位置。在MRI装置中，由磁体产生稳定的主磁场，梯度线圈产生梯度磁场。MRI技术的物理基础是核磁共振现象，以不同的射频脉冲序列对生物组织进行激励使其共振产生核磁共振信号，可根据磁共振信号重建产生磁共振图像。MRI可以进行全脑大规模成像，但是其分辨率只有mm量级，这对分析脑皮层中神经信号和毛细血管血流信号变化造成困难。而OCT是利用低相干干涉原理成像，具备非接触式(无需插入或应用任何材料)、大规模(mm到cm的比例)、深度可分辨(可以区分不同的深度)、高分辨率(μm量级)，并且易于应用于大型动物模型等特征。因此如果能够将OCT和MRI结合使用，能够弥补MRI的不足，有助于开展脑功能成像研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出了一种磁兼容的脑功能成像方法与装置，基于中继光路将扫描光束传递至磁共振成像装置，结合了MRI和OCT技术。
[0006]本专利技术是磁兼容的脑功能成像方法，用于在大脑皮层中以无接触，大规模，深度可分辨的方式映射脑神经血流功能信号，深度可达到1mm。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0008]一、一种磁兼容的光学脑功能成像方法：
[0009]一种光学照明方法：经中继光路将OCT的输出扫描光束传递至磁共振成像装置；
[0010]一种光学信号探测方法：基于光学相干技术(OCT)进行脑组织三维空间光学散射信号探测，同时在不干扰磁共振下通过磁共振成像(MRI)装置进行磁共振成像探测获得脑组织磁共振信号；
[0011]一种信号分析方法：将脑组织三维空间光学散射信号分为血流信号和非血流区域的神经组织信号；进行事件刺激，基于快速动态特性提取血流信号；然后基于事件刺激的动态特性提取非血流区域的神经组织响应信号。
[0012]一种光学照明方法中，所述的中继光路包含有多个透镜组，单个透镜组是由两个透镜以焦点重合同光轴组成，相邻透镜组之间也以焦点重合布置。
[0013]所述中继光路中的透镜组的镜架外壳采用非磁性材料，如塑料或者铜材料。
[0014]一种光学信号探测方法，包括：利用OCT对生物组织进行二维或三维空间的重复扫描成像，并且OCT成像采用以下方式之一：通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。
[0015]进行事件刺激，基于快速动态特性，提取血流信号，包括通过行间、帧间、体扫描之间的动态特性分析，提取血流信号。提取血流信号时，所用于计算的信号包括幅度、相位、同时包含幅度和相位的复数信号。提取方法包括去相关、方差、差分等运算。
[0016]基于事件刺激的动态特性，提取非血流区域的神经组织响应信号，包括：
[0017]1)利用提取的血流信号生成一个血流区域的掩膜；具体是将提取的血流信号进行二值化处理后获得掩膜；
[0018]2)利用血流区域的掩膜剔除血管区域，得到神经组织信号；
[0019]3)按照步骤2)方式处理获得事件刺激发生前、后的神经组织信号，计算事件刺激发生前、后的神经组织信号之间的相对变化信号；
[0020]4)选取神经组织信号显著变化范围；
[0021]5)由神经组织信号显著变化范围构建相对变化掩膜，用相对变化掩膜对相对变化信号做处理，最后得到神经组织功能响应信号。
[0022]选取神经组织信号显著变化范围，具体包括：利用自适应算法提高神经组织信号变化的信噪比，挑选像素点强度值连续N帧变化范围超过基线段信号点平均值
±
M倍标准偏差的范围为显著变化信号范围。
[0023]二、磁兼容的光学脑功能成像装置，包括：
[0024]一套OCT光学相干探测装置，基于中继光路将扫描光束传递至磁共振成像装置，用于对二维或者三维空间内的光学散射信号进行OCT采集；
[0025]一个或多个处理器，用于分析处理探测得到脑组织三维空间光学散射信号。
[0026]所述的一OCT光学相干探测装置是采用以下的一种：
[0027]包括低相干光源、干涉仪和探测器；
[0028]或者包括低相干光源、干涉仪和光谱仪；
[0029]或者包括扫频宽光谱光源、干涉仪和探测器。
[0030]所述的一个或多个处理器，包括：提取动态血流信号和非血管区域的神经组织响应信号。
[0031]本专利技术在核磁共振成像(MRI)条件下同步开展光学相干成像，实现高分辨的神经组织和血流动力学的响应信号获取，OCT和MRI的光路之间的连接依靠中继光路连接实现，将OCT扫描光束传递至MRI机器区样品位置。
[0032]本专利技术的中继光路全部采用非磁性材料，不存在成像的窜扰现象，能支持MRI同步成像，可实现无标记、高分辨率的三维结构成像和血流成像。
[0033]本专利技术相比现有技术具有以下有益效果和优势：
[0034]本专利技术是一种磁兼容的光学脑功能成像方法，结合MRI和OCT技术，利用外部刺激激发脑功能活动，利用OCT同时采集脑功能活动引发的光学散射信号变化，利用OCT散射信号结合OCTA算法提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁兼容的光学脑功能成像方法，包括：一种光学照明方法：经中继光路将OCT的输出扫描光束传递至磁共振成像装置；一种光学信号探测方法：基于光学相干技术进行脑组织三维空间光学散射信号探测，同时通过磁共振成像(MRI)装置进行磁共振成像探测获得脑组织磁共振信号；一种信号分析方法：进行事件刺激，基于快速动态特性提取血流信号；然后基于事件刺激的动态特性提取非血流区域的神经组织响应信号。2.根据权利要求1所述的磁兼容的光学脑功能成像方法，其特征在于：一种光学照明方法中，所述的中继光路包含有多个透镜组，单个透镜组是由两个透镜以焦点重合同光轴组成。3.根据权利要求2所述的磁兼容的光学脑功能成像方法，其特征在于：所述中继光路中的透镜组的镜架外壳采用非磁性材料。4.根据权利要求1所述的磁兼容的光学脑功能成像方法，其特征在于：一种光学信号探测方法，包括：利用OCT对生物组织进行二维或三维空间的重复扫描成像，并且OCT成像采用以下方式之一：通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。5.根据权利要求1所述的磁兼容的光学脑功能成像方法，其特征在于：进行事件刺激，基于快速动态特性，提取血流信号，包括通过行间、帧间、体扫描之间的动态特性分析，提取血流信号。6.根据权利要求1所述的磁兼容的光学脑功能成像方法，其特征在于：基于事件刺激的动态特性，提取非血流区域的神经组织响应信号，包括：1)利用提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，姚霖，张子艺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：