本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种用于立体视觉刺激设备的立体视觉成像装置以及具有该立体视觉成像装置的立体视觉刺激设备。
背景技术：
人脑视觉功能的信息解码一直是脑科学研究中的前沿领域和热点问题，特别是研究人脑视觉功能相关脑区对看到的图像会产生怎样的脑响应，取得了一系列关键性成果。人类视觉的产生包括两个过程：物体的反射光通过角膜、晶状体等眼内光学结构折射成像于落于视网膜上；再由视网膜上的感光细胞提供神经信号经由视觉神经传给大脑相关视觉区域，形成我们的视觉。
功能性磁共振成像(fMRI，functionalmagneticresonanceimaging)是一种新兴的神经影像学研究方式，其原理是利用磁振造影来测量大脑对诱发刺激响应时神经元活动所引发的血液动力的改变。fMRI通过信号测定来反应血氧饱和度及血流量，间接反应脑的能量消耗，一定程度上反应神经元的活动情况。简单地说，fMRI主要是根据测量到的大脑各个区域的耗氧量，来判断某个区域是否处于活动之中。耗氧量越大，说明活动越厉害。此方法主要用于定位大脑的各个功能区，比如视觉区。
现有的提供视觉信号的设备由于其成像系统的缺陷和校准偏颇，普遍存在较大误差。而且所提供的视觉刺激信号都是平面的，与人眼所接受到的真实的视觉刺激存在较大差别，极大的限制了测试的准确性和多样性。
技术实现要素：
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种至少部分地解决上述问题的用于立体视觉刺激设备的立体视觉成像装置以及具有该立体视觉成像装置的立体视觉刺激设备。
根据本发明一个方面，提供了一种用于立体视觉刺激设备的立体视觉成像装置，包括：反射镜，其用于将左眼图形的光束和右眼图像的光束的传输方向由水平方向转换为竖直方向；沿竖直方向延伸的左眼光路通道，用于接收和传输经所述反射镜反射的左眼图像的光束并在所述左眼光路通道的出射表面上成像；沿竖直方向延伸的右眼光路通道，用于接收和传输经所述反射镜反射的右眼图像的光束并在所述右眼光路通道的出射表面上成像；以及支撑装置，所述左眼光路通道和所述右眼光路通道均沿左右方向和竖直方向可移动地设置在所述支撑装置上，所述反射镜也设置在所述支撑装置上。
优选地，所述左眼光路通道的出射表面和所述右眼光路通道的出射表面上设置有白色膜层。
优选地，所述左眼光路通道的出射表面和所述右眼光路通道的出射表面呈向内凹陷的球冠的形状。
优选地，所述球冠对应的球的半径为28-32mm，和/或所述球冠的底面直径为36-40mm。
优选地，所述支撑装置包括：左侧支架和右侧支架，所述左侧支架和所述右侧支架相对设置；水平轨道，其水平地连接在所述左侧支架和所述右侧支架之间；左固定件和右固定件，所述左固定件和所述右固定件均沿着所述水平轨道可移动地设置在所述水平轨道上，所述左眼光路通道和所述右眼光路通道分别设置在所述左固定件和所述右固定件上；以及反射镜定位件，其设置在所述左侧支架和所述右侧支架上，所述反射镜定位件用于定位所述反射镜。
优选地，所述反射镜定位件上设置有调节螺栓，所述调节螺栓用于调节所述反射镜相对于水平面的角度。
优选地，所述反射镜的反射表面上设置有用于提高反射效率的反射涂层。
优选地，所述立体视觉成像装置是由非金属材料制成的。
本发明还提供一种立体视觉刺激设备，包括：立体视觉信号发生装置，其用于沿水平方向投射出能够进行相干成立体像的左眼图像和右眼图像；以及如上所述的任一种立体视觉成像装置，其设置在所述立体视觉信号发生装置的光传输路径上。
优选地，所述立体视觉信号发生装置包括：具有长焦距镜头的第一投影装置，用于投射所述左眼图像；以及具有长焦距镜头的第二投影装置，用于投射所述右眼图像。
优选地，所述立体视觉刺激设备还包括成像调节装置，用于调节所述左眼图像和所述右眼图像分别在所述左眼光路通道的出射表面和所述右眼光路通道的出射表面上的成像位置。
优选地，所述成像调节装置包括：操作部件，所述操作部件用于接收受试者的操作，并形成操作信号；控制部件，所述控制部件根据所述操作信号控制所述立体视觉信号发生装置提供的所述左眼图像和所述右眼图像移动。
优选地，所述立体视觉刺激设备还包括隐形眼镜，所述隐形眼镜用于调节佩戴者的瞳孔焦距。
本发明提供的立体视觉成像装置可以用于功能性磁共振成像的立体视觉刺激设备，以帮助提供接近人眼所接受的真实的立体视觉刺激，该装置为高磁场环境下视觉皮层区域的相关研究和测试提供一种全新的视基本研究手段，提高了测试的准确性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了具有根据本发明一个实施例的立体视觉刺激设备的fMRI系统的示意图；
图2为图1的局部示意图；
图3A-3B示出了根据本发明一个实施例的立体视觉成像装置安装在头部线圈上的示意图，其中图3A是从受试者的头顶方向观看的示意图，图3B是从受试者的侧面观看的示意图；
图4A和4B分别为根据本发明一个实施例的左眼光路通道的示意图和剖视图；
图5A-5C分别示出了不同的瞳孔间距的受试者佩戴该立体视觉成像装置的情况；
图6示出了根据本发明一个实施例的立体视觉成像装置的侧视立体图；
图7为图6中的立体视觉成像装置的俯视立体图，其中反射镜被移除；
图8为根据图6-7中的立体视觉成像装置的支撑装置的一部分的示意图以及
图9为根据本发明一个实施例的立体视觉刺激设备的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了具有根据本发明一个实施例的立体视觉刺激设备的fMRI系统。该fMRI系统100通常包括扫描床110。受试者120平躺在扫描床110上，受试者120的头部位于磁共振扫描装置130中。磁共振扫描装置130利用磁共振磁体产生的高磁场，通过对射频系统和梯度系统的控制，由射频系统进行激发和接收磁共振信号，利用梯度磁场对受试者120进行激发选层和空间编码，以获得具备空间位置信息。本发明提供的立体视觉刺激设备用于给受试者120提供立体视觉刺激。
立体视觉刺激设备包括立体视觉信号发生装置140(图1)以及立体视觉成像装置200(图2)。
立体视觉信号发生装置140用于沿水平方向投射出能够进行相干成立体像的左眼图像和右眼图像的光束。立体视觉信号发生装置140可以包括两个投影装置，用于分别投射上述左眼图像和右眼图像。两束成像光束(即左眼图像和右眼图像)可以经由同一光源产生，以便进行相干成像。左眼图像和右眼图像利用平行法或交叉法在人眼中各自成像，最终由大脑形成立体视觉图像。人产生立体感的原因之一是双眼视差，人的每一只眼球实际上都会各自成像，且两者存在差异，这种差异就是我们立体视觉的“信号”基础。平行法是使左眼图像位于左侧、右眼图像位于右侧，利用长焦成像的宽范围使左右眼所成的图像存在偏差，此时用眼观察能得到有立体感的图像。平行法由于成像焦距较长，导致所成的图像也较大。交叉法需要靠近双眼进行观看，右眼图像位于左侧并通过右眼成像，左眼图像位于右侧并利用左眼成像。交叉法所成图像的大小和间隔不分左右。相较于并行法，交叉法看到的图像稍小。在一个优选实施例中，采用平行法利用左右眼对长焦成像的观察差异进行立体成像。
优选地，立体视觉信号发生装置140可以包括具有长焦距镜头的第一投影装置以及具有长焦距镜头的第二投影装置。第一投影装置用于投射左眼图像。第二投影装置用于投射右眼图像。第一投影装置和第二投影装置可以为投影仪。所述投影仪可以是市场上可以买到的。普通投影仪的光束发散角较大，在较远距离传输时由于偏离理想高斯成像情况而出现失焦和成像模糊的情况，因而得到的图像信息会失准。在该优选实施例中，利用具有长焦镜头的投影装置能够平行地投射出两束高分辨率的相干光。作为示例，可以将两枚长焦距镜头分别加载在两台普通的投影仪的镜头前。依据平行法成立体图像的原理，这两束平行的相关光线分别成像在左眼光路通道和右眼光路通道的出射表面(可以称为成像屏)上。长焦距镜头是指比标准镜头的焦距长的摄影镜头。本实施例所采用的长焦距镜头可以是市场上可以买到的各种型号的长焦距镜头。根据几何光学的相关知识，利用透镜成像的原理对周围较大出射角度的光进行汇聚可以有效消除发散角带来的影响。所以，该实施例的巧妙之处在于利用长焦距镜头对投影仪投射出的光路进行修正，通过将其加载在投影仪前，能够近似平行地投射出能两束高分辨率的相干光。同样是利用平行法或交叉法成立体图像，这两束平行光线在成像屏上的成像效果就优质得多，由此，得到了一个非常精确的立体视觉像信号。
立体视觉成像装置200可以设置在头部线圈上150上，参见图2和图3A-3B。立体视觉成像装置200也可以设置在其他位置上，只要能够使立体视觉成像装置200的成像屏221和231(后文将对它们进行详细描述)位于受试者的双眼正上方即可。
立体视觉成像装置200可以包括反射镜210、左眼光路通道220、右眼光路通道230和支撑装置240。
反射镜210用于将沿水平方向传输的光转换为沿竖直方向传输的光。将水平方向传输的左眼图像和右眼图像的光束转变为沿竖直方向传输。由立体视觉信号发生装置140平行射出的左眼图像和右眼图像的光束经过该立体视觉成像装置200后传输方向发生改变，被送入平躺的受试者的眼中。由此，反射镜210与水平方向的夹角以及与反射镜210的入射光束(也就是立体视觉信号发生装置140投射出的两束光束)的夹角均为45度。如图3B所示，反射镜210的入射光束沿着从受试者的脚底到头部的方向水平地入射到反光镜210上，经反光镜210反射后分别竖直地入射到左眼光路通道220和右眼光路通道230。在左眼光路通道220和右眼光路通道230的出射表面221和231上成像。因此，该出射表面221和231也可以称为成像屏221和231。反射镜210的成像范围可以为169mm×194mm。当然，反射镜210的成像范围也可以更大或更小。
普通的反射镜在反射光线的时候，一方面会出现一定程度的光吸收现象而减弱信号，另一方面由于普通反射镜自身的厚度和不平整会出现一定程度的色散现象。这两种现象都会影响对被测视觉信号的接受。同时，色散分光还会导致图像视角模糊的现象，因此，为了更多更完全的将图像信号送入受试者的双眼中，减少其他干扰，对普通的反射镜进行改造。在一个优选实施例中，在反射镜210的反射表面上设置有用于提高反射效率的反射涂层，使之能够有效减弱光吸收和色散现象。作为示例，该反射涂层为采用例如电镀方式形成在反射镜210的表面上的铝层。经由具有反射涂层的反射镜210反射后，出射光能够不产生色差，因而能在成像屏221和231上得到无干扰的精确的左眼图像和右眼图像。
左眼光路通道220沿竖直方向延伸，用于接收和传输经反射镜210反射的左眼图像的光束，并最终在它的出射表面221上成像。右眼光路通道230也沿竖直方向延伸，用于接收和传输经反射镜210反射的右眼图像的光束，并最终在它的出射表面231上成像。左眼光路通道220和右眼光路通道230在使用中分别对准受试者的左眼251和右眼252。由于光束经由反射镜210反射后在进入到受试者眼中的一段距离内也会因为空气的折射和散射等现象破坏立体视觉的形成，所以构建了左眼光路通道220和右眼光路通道230，以维持信号不被干扰。
在一个优选实施例中，利用聚丙烯等非金属材料来制作左眼光路通道220和右眼光路通道230。在左眼光路通道220和右眼光路通道230的出射表面221和231上设置有白色膜层。作为示例，可以利用白色聚丙烯材料在出射表面221和231上形成白色膜层。该白色膜层作为光的不良吸收体，可以用作屏幕来显示左眼图像和右眼图像。由于左眼光路通道220和右眼光路通道230的结构类似，因此仅采用图4A-4B示出左眼光路通道220的构造，右眼光路通道230可以参照该左眼光路通道220。左眼光路通道220大体上都呈圆柱形。经由反射镜210反射后的左眼图像的光束由左眼光路通道220的入射表面222所接收，并在左眼光路通道220底部的出射表面221上成像。右眼光路通道230的结构类似，因此不再赘述。
优选地，左眼光路通道220和右眼光路通道230的出射表面221和231都向内凹陷，以形成球冠状的出射表面。本装置的下端采用了曲面结构，利用光的折射原理使得人眼的观测范围增大。球冠对应的球的半径R(也就是球冠形的出射表面221的曲率半径)可以为28-32mm。或者/以及球冠的底面直径D可以为36-40mm。这样，人眼的观测范围最大可以增加到80°(朝向左右两侧的偏心角α均为40°)，用于提供宽视野成像信号。成像屏的球冠形设计能够很好的进行宽视野成像，成像角度能达到双向40°偏离中心。
左眼光路通道220和右眼光路通道230分别设置在支撑装置240上。左眼光路通道220和右眼光路通道230均沿左右方向和竖直方向可移动，以便在左右方向和竖直方向上能够调节左眼光路通道220和右眼光路通道230的位置。这里所说的“左右方向”和“竖直方向”均是相对于佩戴该立体视觉成像装置的受试者120平躺在扫描床110上而言的，参见图1。由于左眼光路通道220和右眼光路通道230直接与受试者的双眼对准，为了适应受试者的不同瞳孔间距，左眼光路通道220和右眼光路通道230均设计成沿左右方向可移动的，使得左眼光路通道220和右眼光路通道230可以良好的匹配上受试者的双眼位置。图5A、5B和5C分别示出了相对于标准瞳孔间距来说较窄的情况、标准情况、和相对于标准瞳孔间距来说较宽的情况，需要根据受试者的瞳孔间距在左右方向上调节左眼光路通道220和右眼光路通道230之间的距离。此外，不同受试者的头部尺寸不同，我们期望不同的受试者佩戴该立体视觉成像装置时，能够使左眼光路通道220和右眼光路通道230的出射表面(即成像屏)到受试者的瞳孔的距离在一定范围内，以便保证较好的立体视觉效果。因此，左眼光路通道220和右眼光路通道230还设计成沿竖直方向可移动。此外，反射镜210也设置在支撑装置240上，以使整个立体视觉成像装置200更加紧凑。
图6示出了根据本发明一个优选实施例的立体视觉成像装置200。为了更加清楚地显示该立体视觉成像装置200的部件，图7中移除了图6中的发射镜210，图8中进一步移除了左眼光路通道220、右眼光路通道230和调节螺栓247。下面将结合图6-8详细说明该优选的立体视觉成像装置200。
如图6-8所示，左眼光路通道220、右眼光路通道230和反射镜210均设置在支撑装置240。在该优选实施例中，支撑装置240包括左侧支架241和右侧支架242、水平轨道243、左固定件244和右固定件245、以及反射镜定位件246。左侧支架241和右侧支架242相对设置。水平轨道243水平地连接在左侧支架241和右侧支架242之间。左固定件244和右固定件245均沿着水平轨道243可移动地设置在水平轨道243上。左固定件244和右固定件245移动到合适的位置后，可以通过紧固螺栓来固定它们的相对位置。左眼光路通道230和右眼光路通道240分别设置(包括可拆卸地固定和不可拆卸地固定)在左固定件244和右固定件245上。左固定件244和右固定件245可以是具有通孔的固定件，以使左眼光路通道230和右眼光路通道240可卡持在相应的通孔内。为了方便拆卸，形成通孔的侧壁在某一位置处可相互分离，来改变通孔的尺寸。当需要安装或拆卸左眼光路通道230和右眼光路通道240时，调节用于连接相互分离处的侧壁的螺栓。如此设置，还可以调节左眼光路通道230和右眼光路通道240在左固定件244和右固定件245上的相对位置，进而在竖直方向上调节左眼光路通道230和右眼光路通道240相对于受试者的眼睛的高度。
当使用该立体视觉成像装置200时，左侧支架241和右侧支架242分别在受试者的左侧和右侧相对设置。这样，沿着水平轨道243调节左固定件244和右固定件245，可以调节左眼光路通道230和右眼光路通道240的间距，以使用不同的瞳孔间距。反射镜定位件246设置在左侧支架241和右侧支架242上，反射镜定位件246用于定位反射镜210的位置。反射镜210可以可拆卸地固定在反射镜定位件246上。作为示例，反射镜定位件246可以是能够保持反射镜210处于预定位置的卡槽。在未示出的其他实施例中，反射镜定位件246还可以为能够夹持反射镜210使其保持预定位置的夹具等等。优选地，该支撑装置240是由非金属材料(例如聚丙烯)制成的，以使立体视觉成像装置200免受fMRI环境下强磁场的干扰，确保fMRI信号的优质信噪比。
优选地，反射镜定位件246上设置有调节螺栓247，调节螺栓247用于调节反射镜210相对于水平面的角度。这样，反射镜210能够更加准确的对光路进行修正。
由于立体视觉刺激信号是从距离受试者双眼非常近的位置(到受试者双眼的距离大约为30mm)处出射，此时，受试者裸眼不能做刺激辨认。为此，受试者可以佩戴隐形眼镜来调节瞳孔焦距，使双眼能够在较自然状态下进行裸眼观测。优选地，该隐形眼镜的折射率可以在25到20范围内。隐形眼镜的折射率是指光线在隐形眼镜中的传播速度与在真空中的传播速度的比值。隐形眼镜可以是硬性隐形眼镜。硬性隐形眼镜是由材质较硬的含硅、氟等聚合物制成，其具有良好的透氧性、湿润性和抗沉淀性。硬性隐形眼镜是通过压迫角膜来改变眼轴的长度，进而调节瞳孔焦距。当然，隐形眼镜还可以由其他材质制成，只要能够调节受试者的通孔焦距，使受试者能够进行刺激辨认即可。
由于不同受试者的视角存在偏差，处于同样位置的左眼图像和右眼图像由不同受试者观察会产生不同的立体视觉效果，其中一些受试者产生的立体视觉可能不够准确，所以优选地，本发明提供的立体视觉刺激设备还包括成像调节装置900，参见图9。成像调节装置900用于调节左眼图像和右眼图像分别在左眼光路通道220和右眼光路通道230的出射表面(即成像屏)上的成像位置。作为示例，成像调节装置900可以分别调节立体视觉信号发生装置140投射的左眼图像和右眼图像的出射位置和/或出射方向，例如可以调节立体视觉信号发生装置140的镜头的位置和/或角度，进而分别改变左眼图像和右眼图像在相应的出射表面(即成像屏)上的成像位置。
不同受试者对图像位置的要求不同，因此，优选地，该成像调节装置900可以包括操作部件910和控制部件920。
操作部件910由受试者120可操作，以使受试者120根据个人视觉自行调整左眼图像和右眼图像的成像位置，进而观察到较佳的立体视觉图像。操作部件910接收受试者120的操作，并形成操作信号。操作信号中包含受试者的操作信息。操作部件910可以为操作杆或具有操作按键的操作面板等等。操作面板可以为键盘或触摸屏等等。例如，操作部件910可以包括左手操作部件和右手操作部件，左手操作部件用于控制左眼图像，右手操作部件用于控制右眼图像。
控制部件920根据来自操作部件910的操作信号控制立体视觉信号发生装置140提供的左眼图像和右眼图像移动。最终体现在在各自成像屏上的移动。受试者120在操作部件910上执行的规定动作可以对应左眼图像和右眼图像在各自的成像屏上的规定移动。所述规定移动包括不同的平移移动量和/或不同的旋转移动量等。
在本发明的一个优选实施例中，操作部件910可以为具有操作按键的操作面板，如图9所示，操作面板上沿着上下左右4个方向分别设置两个操作按键。其中，单箭头操作按键表示沿箭头所指方向移动一个单位长度，双箭头操作按键则表示沿箭头所指方向移动十个单位长度或者移动大于一个单位长度的任意长度。该双箭头操作按键是为了快速实现图像成像位置的变更，以便于更加便捷的调整到最佳的立体视觉效果。该操作面板上还可以设置旋钮，用于旋转左眼图像和右眼图像分别在各自的成像屏上的角度。左眼图像和右眼图像的成像位置的改变也包括它们的角度改变。
当操作部件910采用操作杆时，也可以采用类似上面所描述的设计，例如，向某一方向短时间推动操作杆一下表示向该方向移动一个单位长度，而向某一方向长时间推动操作杆表示向该方向快速移动直到松开操作杆为止。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。