可穿戴高密度腦成像系統

英國UCL可穿戴近紅外腦功能成像系統

（LUMO高密度近紅外腦成像系統）

 一、產(chǎn)品概述

英國UCL大學(xué)研制開(kāi)發(fā)了LUMO高密度可穿戴式近紅外腦成像系統。LUMO系統具有重量輕、可穿戴的特點(diǎn)，不需要光纖，可適用于任何年齡和各種真實(shí)自然環(huán)境；六邊形傳感器可以在不同帽子和通道組合之間靈活調整與升級配置，通過(guò)允許跨傳感器的多距離光源-探測器形成測量通道，提高數據質(zhì)量，提供連續、均勻高密度的到腦覆蓋范圍，形成高密度fNIRS或漫射光學(xué)層析成像（DOT）陣列。

LUMO系統配置包含36個(gè)光源，48個(gè)探測器（可選18個(gè)光源，24個(gè)探測器），可同時(shí)獲得高達48-1728個(gè)通道的數據；*的擴散光學(xué)層析成像技術(shù)（DOT）能以接近fMRI功能性核磁共振成像的空間分辨率顯示血紅蛋白濃度變化結果。

功能性近紅外光譜成像技術(shù)（fNIRS）使用光來(lái)監測人腦功能。該技術(shù)通過(guò)將近紅外光傳輸到頭皮，然后在幾厘米遠的地方檢測散射回頭皮的光，可以測量大腦中氧合和脫氧血紅蛋白濃度的變化。由于腦活動(dòng)和局部血流之間存在密切的聯(lián)系，血紅蛋白濃度的這些變化提供了腦功能的可靠度量。

相比其他腦功能成像技術(shù)，近紅外腦功能成像技術(shù)具有良好的空間分辨率、較高的采樣率、更多的測量指標、良好的舒適性和較低的成本等優(yōu)點(diǎn)，在認知神經(jīng)科學(xué)和臨床研究中有著(zhù)較為廣泛的應用；同時(shí)由于其抗運動(dòng)干擾性強、便攜可穿戴等特點(diǎn)，系統在運動(dòng)科學(xué)、腦機接口等領(lǐng)域的價(jià)值也逐漸被研究者所認識。具體應用案例包括駕駛員的認知負荷研究、多模態(tài)腦機接口研究、操作人的情緒狀態(tài)研究等。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

英國UCL可穿戴近紅外腦功能成像系統

LUMO系統的核心優(yōu)勢：瓦片傳感器設計所形成的高密度采樣。

• 增大了測量的腦區范圍：瓦片傳感器的設計，允許在傳感器之間進(jìn)行數據采集，使得采樣區域更加密集而均勻，大大增加了大腦測量范圍，避免了錯過(guò)某個(gè)大腦皮層的可能性；

• 更加可靠的腦功能數據：研究表明，高密度采樣較傳統的fNIRS采樣方式能夠獲取更加可靠的腦功能數據結果。只進(jìn)行某一固定間距（30mm）的測量方式極易受到來(lái)自頭皮的信號污染的影響；LUMO 對每個(gè)光源和探測器均提供了多個(gè)短距離的通道，這些通道可以用來(lái)檢測、分離和移除頭皮信號的干擾。只有采用高密度采樣，用戶(hù)才能真正確定所采集的數據來(lái)源于大腦；

• 靈活的配置：LUMO突破性的模塊化設計使研究人員可以隨時(shí)在不同的帽子和陣列配置之間切換，從而節省了寶貴的實(shí)驗時(shí)間；

• 可擴展的設計：LUMO系統是*模塊化的，這意味著(zhù)用戶(hù)可以從少量傳感器開(kāi)始，并在預算允許的范圍內建立自己的LUMO系統。

將瓦片傳感器與特制的LUMOCAP帽子結合，用戶(hù)可以快速創(chuàng )建高密度的fNIRS陣列，實(shí)現可與fMRI分辨率媲美的3D腦功能成像。

三、功能應用

1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統：LUMO提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案，LUMO fNIRS超掃描系統的模塊化設計可以提供2人以上實(shí)時(shí)同步進(jìn)行腦功能超掃描測試使用并支持*的數據同步。LUMO腦功能超掃描系統支持有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種運行模式，單人可達48-1728通道。符合人體工程學(xué)的六邊形傳感器設計，通過(guò)允許跨傳感器的多距離光源-探測器形成測量通道（10-50mm），提供了連續、均勻的大腦覆蓋范圍，系統提供的平均皮層敏感性是傳統fNIRS的100倍。LUMO fNIRS腦功能超掃描系統操作方便、不受空間限制、不受眼動(dòng)活動(dòng)等的影響，故常被用于生態(tài)效度較高的環(huán)境中進(jìn)行數據的收集。fNIRS超掃描技術(shù)提供了比fMRI超掃描技術(shù)更為真實(shí)的實(shí)驗環(huán)境、比EEG超掃描技術(shù)更好的空間精度，正成為認知與行為研究中的重要研究工具。

2、EEG-fNIRS多模態(tài)腦功能測試系統：UCL高密度近紅外腦功能成像系統可以和NeurOne高精度腦電測量系統搭配使用，將EEG和fNIRS進(jìn)行整合發(fā)揮二者的優(yōu)勢，EEG的時(shí)間分辨率高，但是空間分辨率低；fNIRS的時(shí)間分辨率低，實(shí)時(shí)性較差，但是空間分辨率高。為了準確、全面、實(shí)時(shí)的測量大腦在認知過(guò)程中的活動(dòng)，實(shí)現全面、實(shí)時(shí)的腦成像方式無(wú)疑是一種更好的策略。結合EEG與fNIRS的多模態(tài)腦成像技術(shù)在認知神經(jīng)科學(xué)研究中有著(zhù)很好的應用前景，同時(shí)還可搭建多模態(tài)腦-機接口系統。

四、系統組成

LUMO系統主要由三部分組成：LUMOTILE瓦片傳感器、LUMOCAP帽子和LUMOHUB集成器。

●LUMOTILE瓦片傳感器：LUMO系統的核心部件，是一個(gè)六邊形瓦片狀傳感器。每個(gè)傳感器包含三個(gè)近紅外光源和四個(gè)探測器?？梢栽谕咂瑐鞲衅鲀炔亢蛡鞲衅髦g進(jìn)行數據測量；使用兩個(gè)LUMO瓦片傳感器多可以產(chǎn)生48個(gè)fNIRS通道；具有防光管設計；高品質(zhì)光學(xué)過(guò)濾器，大限度地抑制周?chē)h(huán)境光線(xiàn)干擾；瓦片傳感器內部光源與探測器間距為10mm和20mm，瓦片傳感器之間的光源與探測器間距為50mm；符合人體工程學(xué)特點(diǎn)，帽子連接簡(jiǎn)單快捷；可與3D定位系統配合使用；重量小于6g。

●LUMOCAP帽子：由氯丁橡膠制成不同尺寸的帽子，每個(gè)帽子都包含一組基座，可將瓦片傳感器插入其中，采用印制電路板將多個(gè)基座組合在一起，使帽子可以拉伸和適應各種頭型；與頭皮接觸的光導管可拆卸，可適用于各種發(fā)質(zhì)和人群。

●LUMOHUB集成器：可在有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)模式下運行，有線(xiàn)模式下使用線(xiàn)纜將帽子與HUB集成器連接，再將HUB集成器通過(guò)USB線(xiàn)與筆記本電腦連接。每個(gè)HUB集成器可同時(shí)連接多達三頂LUMOCAP，以便同步采集。LUMOHUB AIR無(wú)線(xiàn)集成器可佩帶在上臂或塞進(jìn)口袋里，適用于無(wú)線(xiàn)神經(jīng)成像應用領(lǐng)域，包括運動(dòng)領(lǐng)域、自然環(huán)境領(lǐng)域和嬰兒日常環(huán)境中的相關(guān)研究。

五、技術(shù)規格

六、同步方案

    UCL全系列功能性近紅外腦成像系統通過(guò)結合ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺可以實(shí)現在不同實(shí)驗環(huán)境下對裝備及系統進(jìn)行主觀(guān)和客觀(guān)定量的人機交互測試、人因與工效學(xué)分析與評價(jià)：通過(guò)ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺與廣泛的數據同步，將近紅外腦成像數據與廣泛的數據同步，包括常用的生理數據GSR皮膚電，呼吸和心率等、EEG腦電，眼動(dòng)、人體動(dòng)作，行為觀(guān)察、面部表情、生物力學(xué)、人機交互。實(shí)現極低延遲的同步水平同時(shí)確保您的整體方案的便攜性。

如果研究人員希望得到比實(shí)時(shí)觀(guān)察更深入、全面的結論， ErgoLAB可提供數據后期分析的強大工具。ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺綜合統計分析模塊包含多維度人-機-環(huán)境數據綜合分析、EEG腦電分析與可視化、眼動(dòng)分析與可視化、行為觀(guān)察分析、面部表情分析、動(dòng)作姿態(tài)傷害評估與工效學(xué)分析、交互行為分析、時(shí)空行為分析、車(chē)輛與駕駛行為分析（ErgoLAB駕駛版本）、HRV心率變異性分析、EDA/GSR皮電分析、RESP呼吸分析、EMG肌電分析、General通用信號分析（如SKT皮溫分析、EOG眼電分析以及其他環(huán)境與生物力學(xué)信號分析）。系統具備專(zhuān)門(mén)的信號處理模塊以及開(kāi)放式信號處理接口，可以直接導出可視化分析報告以及原始數據，支持第三方集成與定制開(kāi)發(fā)。

七、廠(chǎng)家介紹

北京津發(fā)科技股份有限公司是國家高企、科技部認定的科技型中小企業(yè)和中關(guān)村高企，具備，具備自主進(jìn)出口經(jīng)營(yíng)權；自主研發(fā)的人因工程與工效學(xué)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品與服務(wù)榮獲多項省部級科學(xué)技術(shù)獎勵、國家發(fā)明、國家軟件著(zhù)作權和省部級新技術(shù)新產(chǎn)品（服務(wù)）認證；通過(guò)了歐洲 CE、美國 FCC、歐盟 RoHS、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001 等多項認證和國家防爆認證。

津發(fā)科技設立人因工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)術(shù)科研團隊、技術(shù)團隊及研發(fā)團隊，并通過(guò)多年與科研機構及高校的產(chǎn)學(xué)研合作，積累了人因與工效學(xué)領(lǐng)域多項核心技術(shù)，以及基于機器學(xué)習等人工智能算法的狀態(tài)識別和人機工效評價(jià)技術(shù)與研究方法等，是國內當先的人因工程技術(shù)創(chuàng )新中心！津發(fā)科技技術(shù)與科研團隊提供完整的技術(shù)支持及學(xué)術(shù)服務(wù)，從實(shí)驗室建設的規劃與布局，到技術(shù)與學(xué)術(shù)培訓與指導，完整多角度提供實(shí)驗室建設全生命周期的服務(wù)。

英國UCL倫敦大學(xué)學(xué)院生物醫學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗室（BORL）衍生了Gowerlabs。實(shí)驗室在過(guò)去30年中*推廣了近紅外光譜腦功能成像技術(shù)。與UCL的一體化意味著(zhù)Gowerlabs在fNIRS設備的設計、制造和應用方面擁有的經(jīng)驗，并且始終站在開(kāi)發(fā)新技術(shù)和新數據分析方法的前沿。Gowerlabs（UCL）fNIRS系統已在四大洲的機構中使用，包括：劍橋大學(xué)，牛津大學(xué)，倫敦大學(xué)學(xué)院，瑞典哥德堡大學(xué)，美國波士頓兒童醫院，美國普林斯頓大學(xué)和香港大學(xué)。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）是享譽(yù)世界的綜合研究型大學(xué)，在多個(gè)世界大學(xué)排行榜上位居*。UCL生命科學(xué)暨臨床科學(xué)研究院擁有英國規模大、久負盛名的醫學(xué)和生命科學(xué)研究聚合體，以教學(xué)及學(xué)術(shù)研究享譽(yù)。UCL腦科學(xué)學(xué)院在控制身體機能的神經(jīng)通路、認知和心理等確定人類(lèi)行為的研究和教學(xué)領(lǐng)域處于世界當先地位。