功能磁共振成像温度觉刺激装置的设计与验证

发布时间：2017-09-11 06:12

  本文关键词：功能磁共振成像温度觉刺激装置的设计与验证

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【摘要】：由于功能磁共振(fMRI)有着较高的时间和空间分辨率等优点,其在人类脑科学研究中正得到了越来越广泛的应用。在fMRI脑功能研究方面,需要有专门的辅助fMRI的刺激装置,用来给予被试特定的感觉刺激。特别是对人体的五种基本感觉——视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉的刺激。目前,刺激方式还主要局限于视、听觉刺激,究其原因,主要是缺乏其他感觉刺激装置,特别是触觉刺激装置。另外人体的触觉感受比较复杂,具体又分为触压觉、痛觉和温度觉。它具有与视、听觉不同的特点。对于触觉里面的触压觉和痛觉需要被试直接参与到相关的fMRI实验中,不可避免的会引入其他的刺激。对于温度觉只需要被试感受不同温度的变化即可。考虑到实验的可行性,本文以温度觉作为研究对象,提出了满足温度觉刺激需求的方案设计并搭建了相应的原理样机。另外,设计了fMRI温度觉验证性实验对上述原理样机进行了功能性验证,具体成果如下:一、针对目前已有的温度觉刺激装置的特点进行了分析和总结,从单一刺激、自动控制、成像同步、电磁兼容等方面进行需求分析,从PC端软件平台、控制模块、温度刺激产生模块等方面进行了方案论证,得出了温度觉刺激装置的设计方案。二、根据提出的设计方案,设计了一台满足需求的fMRI温度觉刺激装置。PC端软件平台采用LabVIEW编程环境进行实现,可实现用户自定义刺激序列;控制模块采用MSP430作为设计核心,能够实现刺激序列转换等功能;温度刺激产生模块采用的是数字PID温控设备,接收来自MSP430传递过来的设置温度值,实现对刺激端温度的快速调控。整个装置在不引起其他刺激的情况下能够给予被试定量的温度刺激。三、采用设计的fMRI温度觉刺激装置对5名被试进行了温度觉fMRI实验。实验设计使用了基于组块分析的实验设计方案。刺激温度为冷(16℃),热(40℃)和对照温度(32℃)。最终得到了较理想的脑功能激活图像,结果初步验证了该装置的可行性。
【关键词】：功能磁共振成像(fMRI) 刺激装置 Lab VIEW 温度刺激
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.1.1 功能磁共振成像介绍12-13
• 1.1.2 研究触觉fMRI的研究意义13-14
• 1.2 相关领域的研究现状14-18
• 1.2.1 fMRI刺激装置14-16
• 1.2.2 fMRI触觉刺激装置16-18
• 1.3 论文的主要内容18
• 1.4 本章小结18-20
• 第2章 温度觉fMRI实验设计模式研究20-26
• 2.1 fMRI实验设计模式20-23
• 2.1.1 组块设计模式20-21
• 2.1.2 事件相关设计模式21-22
• 2.1.3 混合设计模式22-23
• 2.2 温度觉fMRI实验设计模式23-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第3章 fMRI温度觉刺激装置方案设计26-40
• 3.1 需求分析26-27
• 3.2 刺激装置总体设计27-28
• 3.3 PC端软件平台设计28-30
• 3.4 控制模块设计30-33
• 3.4.1 基于PC/104模块系统方案设计30-32
• 3.4.2 基于ARM控制芯片系统方案设计32-33
• 3.4.3 基于MSP430F149系统方案设计33
• 3.5 温度觉刺激产生系统设计33-38
• 3.5.1 半导体制冷片原理介绍33-35
• 3.5.2 TEC驱动电路设计方案35-38
• 3.6 刺激端设计38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第4章 fMRI温度觉刺激装置实现40-54
• 4.1 刺激装置硬件框图40-41
• 4.2 硬件搭建41-48
• 4.2.1 数据采集卡41-43
• 4.2.2 系统电源设计43-44
• 4.2.3 单片机MSP430F149最小系统的设计44-45
• 4.2.4 液晶显示器LCD1602的设计45-46
• 4.2.5 温度觉产生系统46-48
• 4.3 软件设计48-50
• 4.3.1 PC上位机软件设计48-49
• 4.3.2 MCU软件设计49-50
• 4.4 刺激装置功能验证50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 温度觉fMRI实验研究54-62
• 5.1 材料与方法54-56
• 5.1.1 实验材料54-55
• 5.1.2 实验设计55
• 5.1.3 实验步骤55-56
• 5.2 结果与讨论56-60
• 5.2.1 实验数据处理56-57
• 5.2.2 数据统计57-59
• 5.2.3 讨论59-60
• 5.3 本章小结60-62
• 第6章 结论与展望62-63
• 6.1 结论62
• 6.2 研究展望62-63
• 参考文献63-68
• 在学期间学术成果情况68-69
• 指导教师及作者简介69-70
• 致谢70

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