生物医学工程概论.ppt

辩论人：王诗云小组成员贾胜果党世杰黄昱铭Page?*脑功能光学成像1技术2优劣分析3原理应用前景Page?*脑功能光学成像班级：生基硕21分工：PPT辩论PPT制作班级：生基硕21分工：制作PPT班级：生基硕21分工：制作PPT班级：生基硕21王诗云贾胜果党世杰黄昱铭班级：生物21分工：查阅文献、资料背景简介——脑功能成像脑功能成像Page?*脑功能成像是以神经活动产生的血流或代谢方面的变化为信号，经过图像处理并运用成像技术，将脑的活动以直观的图像形式表达出来。背景简介——脑功能成像技术Page?*功能磁共振成像(fMRI)正电子断层成像(PET)能实现对脑功能活动的三维空间定位，但其空间分辨率和时间分辨率还比较低，不宜提供功能柱水平的皮层功能构筑精细结构，以及皮层活动的早期响应信息和快事件相关信号。背景简介——脑功能成像技术Page?*脑电图(EEG)脑磁图(MEG)具备很高的时间分辨率，但其空间分辨率缺乏以分辨皮层功能柱。应用的广泛光学成像法内源光学成像法染色成像法他们都是通过探测响应的脑组织局部电活动或局部新陈代谢活动所引起的光学性质的微小变化来进行功能成像的。光学成像方法在空间和时间分辨力两个根本性能上居首位脑功能光学成像优势优势光学成像方法因其可利用普通光源成像，体积小、重量轻，本钱较fMRI等低廉光学成像方法在空间和时间分辨力两个根本性能上居首位特征信号易获取，具有成熟的技术支撑背景Page?*脑功能光学成像原理发色团：分子结构的某些基团吸收某种波长的光，而不吸收另外波长的光，从而使人觉得好似这一物质“发出颜色〞似的，因此把这些基团称为“发色团〞。对研究尤为重要的是脑体中满足激活神经元的新陈代谢作用的三类较容易测量的发色团，它们是氧和血色素、去氧血色素及细胞色素〔特别是细胞色素氧化酶〕。其中细胞色素通过利用血液中所带的氧供给细胞所需的能量。大脑包含有许多的发色团〔光的吸收体〕，这些物质可影响从人脑皮层外表所发射或反射的光谱，分光光度技术能够用来估计这些发色团的相比照例变化。Page?*内源光学成像内源光信号内源，意指不对组织施加染色、荧光标记等外源性影响，信号有组织本身的光学特性变化引起。内源光信号，脑皮层活动相关的内源光信号指由于神经元电活动引起的有关物质成分及其运动状态改变而导致的组织光学特性变化。Page?*技术方法——内源光学成像内源信号成分局部血流量的变化血红蛋白氧饱和水平的变化散射光的变化Page?*反射光可能涉及神经元细胞膜的去极化、动作电位产生过程的离子和水分子运动、细胞外空间的收缩和膨胀、毛细血管舒张或神经递质的释放等技术方法——内源光学成像内源光学成像原理采用一定波长的非相干光〔带宽通常为10-20mm〕，直接照射裸露的脑皮层或其他神经组织利用高灵敏度CCD成像器，通过一定的光学系统对皮层后向散射光强成像，成像结果送计算机进行处理和分析获得的是神经活动过程中一系列脑皮层后向散射光光强的二维分布，用皮层后向散射光光强的变化，反响神经活动过程中局部脑血液动力学变化引起的光吸收特性变化，以及其他过程调制的光散射变化Page?*技术方法——内源光学成像脑光学成像系统结构Page?*visualstinulatingsystem视觉刺激器产生图形opticalimagingsystem光学成像局部技术方法——内源光学成像图像处理叠加平均及滤波：去除一些与刺激无关的随机噪声第一帧分析：去除频率低于0.3Hz的噪声差分：提高信号强度和信噪比单条件图：展现出由刺激所引起的活动区域Page?*技术方法——内源光学成像由于内源光信号非常微弱，故要求成像系统：物理系统的噪声必须低于0.1%CCD摄像头的动态范围必须到达60dB必须采用一些抑制脑波动的方法，降低生物噪声必须采用实时差分和屡次平均等方法提高信噪比Page?*技术方法——内源光学成像光电二极管阵列Page?*具有毫秒级的时间分辨力，这对于研究内源信号随时间演化是很有价值的技术方法——内源光学成像慢扫描CCD摄像机Page?*具有很好的信噪比，而且仍然保存了较好的空间分辨力，且价格和复杂性也适中技术方法——内源光学成像结果分析Page?*内源性信号的几种不同成分在刺激4s前后的变化时程散射成分紧跟神经元活动，出现最快