英國UCL可穿戴近紅外(wai)腦功(gong)能(neng)成像系統

（LUMO高密(mi)度近紅(hong)外腦(nao)成像系統）

 一、產品概述(shu)

英國UCL大學(xue)研制開發了LUMO高密(mi)度可穿(chuan)戴式近紅外腦成(cheng)像系(xi)統(tong)。LUMO系統具有重(zhong)量輕、可穿戴的(de)特點(dian)，不(bu)需要(yao)光纖，可適用于任(ren)何年(nian)齡和各種真(zhen)實自然環境；六邊形(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)可以在(zai)不(bu)同帽子和通道(dao)組(zu)合之間靈(ling)活調整與(yu)升(sheng)級配置，通過允許(xu)跨傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)多距離光源-探測器形(xing)成測量通道，提(ti)高(gao)數據質(zhi)量，提(ti)供連(lian)續、均勻(yun)高(gao)密(mi)度的(de)到腦覆蓋范(fan)圍(wei)，形(xing)成高(gao)密(mi)度fNIRS或漫射光學層析(xi)成像（DOT）陣列。

LUMO系統配置包(bao)含36個光源，48個(ge)探測器（可選18個光(guang)源，24個探測(ce)器(qi)），可同(tong)時(shi)獲得高(gao)達48-1728個通道的數據；*的擴散光學(xue)層析成像技(ji)術(shu)（DOT）能以接近(jin)fMRI功(gong)能性(xing)核磁(ci)共振(zhen)成像的空間分辨率顯示血紅蛋(dan)白濃度變(bian)化結果。

功(gong)能性近紅外光譜成像技術（fNIRS）使(shi)用光來監測(ce)(ce)人腦功能。該技術通過將近紅外(wai)光傳輸到頭(tou)皮(pi)，然(ran)后在(zai)幾(ji)厘米遠的(de)地(di)方檢測(ce)(ce)散射回頭(tou)皮(pi)的(de)光，可(ke)以測(ce)(ce)量大腦中氧合和脫氧血紅蛋(dan)白(bai)濃(nong)度(du)的(de)變(bian)化。由于腦活動和局部血流之間(jian)存在(zai)密切的(de)聯(lian)系(xi)，血紅蛋(dan)白(bai)濃(nong)度(du)的(de)這些變(bian)化提(ti)供了腦功能的(de)可(ke)靠度(du)量。

相(xiang)比(bi)其他腦功能成(cheng)(cheng)(cheng)像技術(shu)，近紅(hong)外腦功能成(cheng)(cheng)(cheng)像技術(shu)具有良好的(de)(de)空(kong)間分辨率、較高的(de)(de)采樣率、更多的(de)(de)測量(liang)指(zhi)標(biao)、良好的(de)(de)舒適性和較低(di)的(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)等優點，在認知神經科(ke)學和臨床研究(jiu)(jiu)中有著較為廣泛的(de)(de)應用；同時(shi)由(you)于其抗(kang)運動干擾性強、便攜可穿戴等特點，系統在運動科(ke)學、腦機接口等領域的(de)(de)價值也(ye)逐漸被研究(jiu)(jiu)者(zhe)所認識。具體應用案例包括駕(jia)駛員的(de)(de)認知負荷研究(jiu)(jiu)、多模態(tai)腦機接口研究(jiu)(jiu)、操(cao)作人的(de)(de)情緒狀態(tai)研究(jiu)(jiu)等。

二、產(chan)品特點(dian)

英國UCL可穿戴近紅外腦功能成像系統

LUMO系統的(de)核(he)心優勢：瓦片傳感器設計所形成的(de)高密度采樣。

• 增大了測(ce)量的腦區范圍：瓦片傳感(gan)器(qi)的設(she)計，允(yun)許在傳感(gan)器(qi)之間進行(xing)數據采(cai)(cai)集，使(shi)得采(cai)(cai)樣區(qu)域更加密集而均(jun)勻，大大增加了大腦測(ce)量范圍(wei)，避免(mian)了錯(cuo)過(guo)某個大腦皮層(ceng)的可(ke)能(neng)性；

• 更(geng)加可靠的(de)腦功能數據：研究表明，高(gao)密度(du)采(cai)(cai)樣較(jiao)傳(chuan)統的(de)fNIRS采(cai)(cai)樣方(fang)式(shi)(shi)能夠獲(huo)取更加可靠的(de)腦(nao)功能數(shu)據(ju)(ju)結果。只進(jin)行某(mou)一固定間距（30mm）的(de)測(ce)量(liang)方(fang)式(shi)(shi)極易受到來自(zi)頭皮(pi)的(de)信號污染的(de)影響(xiang)；LUMO 對每個(ge)光源和(he)探測(ce)器(qi)均提供了多(duo)個(ge)短距離的(de)通道(dao)，這些通道(dao)可以用來檢測(ce)、分離和(he)移(yi)除頭皮(pi)信號的(de)干(gan)擾。只有采(cai)(cai)用高(gao)密度(du)采(cai)(cai)樣，用戶(hu)才能真正確定所(suo)采(cai)(cai)集的(de)數(shu)據(ju)(ju)來源于大腦(nao)；

• 靈活的配置：LUMO突破性的模塊化設計使(shi)研(yan)究人員可以隨時(shi)在不同的帽子和陣(zhen)列(lie)配(pei)置之間(jian)切換，從(cong)而節省了寶貴的實驗(yan)時(shi)間(jian)；

• 可擴展(zhan)的設計：LUMO系統是*模塊化的(de)，這意(yi)味著用戶(hu)可以從(cong)少量傳感器開始(shi)，并在預算允許的(de)范圍(wei)內建(jian)立自己的(de)LUMO系統。

將(jiang)瓦片傳(chuan)感器與(yu)特制的(de)LUMOCAP帽子(zi)結合，用戶可(ke)以快速創建高密度的(de)fNIRS陣列，實現可(ke)與(yu)fMRI分辨率媲美的(de)3D腦功能成(cheng)像。

三、功(gong)能(neng)應用

1、fNIRS Hyperscanning腦功能(neng)超掃(sao)描系(xi)統：LUMO提供了fNIRS Hyperscanning腦(nao)功能(neng)超(chao)掃描解決(jue)方案(an)，LUMO fNIRS超掃描系(xi)統的模塊化設計可以(yi)提供2人以(yi)上實時同步進行(xing)腦功能(neng)超(chao)掃描(miao)測(ce)試使用并支持*的數據同步。LUMO腦功能(neng)超掃(sao)描(miao)系(xi)統支(zhi)持(chi)有線和無線兩種(zhong)運行模式，單人可達48-1728通(tong)道。符合(he)人體工程學(xue)的六邊形傳感器(qi)設計，通(tong)過允許跨(kua)傳感器(qi)的多距離(li)光(guang)源-探測(ce)器形(xing)成測(ce)量通道（10-50mm），提(ti)供(gong)了(le)連續(xu)、均勻的(de)大腦覆蓋范(fan)圍，系統(tong)提(ti)供(gong)的(de)平均皮層敏感性是(shi)傳統(tong)fNIRS的100倍。LUMO fNIRS腦功(gong)能超掃描(miao)系統操(cao)作方便、不(bu)受空間限制(zhi)、不(bu)受眼動(dong)(dong)活動(dong)(dong)等的(de)影響，故常被(bei)用于生態效(xiao)度(du)較高的(de)環(huan)境中進(jin)行數據的(de)收(shou)集。fNIRS超(chao)掃描技術提供(gong)了比fMRI超掃描技術更為真實的實驗環(huan)境、比EEG超(chao)掃描技術(shu)更(geng)好的空(kong)間精度(du)，正成(cheng)為認(ren)知與行為研究(jiu)中的重要研究(jiu)工具。

2、EEG-fNIRS多模態腦功能測試系統：UCL高密度近(jin)紅外腦(nao)功能成像系統(tong)可(ke)以和NeurOne高精度腦電測量系統(tong)搭(da)配使用，將(jiang)EEG和fNIRS進行整合(he)發揮二(er)者(zhe)的(de)優勢(shi)，EEG的時(shi)間分辨率高，但(dan)是空(kong)間分辨率低(di)；fNIRS的時(shi)(shi)間分辨率(lv)低，實時(shi)(shi)性較差，但(dan)是空(kong)間分辨率(lv)高。為了準(zhun)確(que)、全面、實時(shi)(shi)的測量大腦在認知過程中的活(huo)動(dong)，實現全面、實時(shi)(shi)的腦成像方式無疑是一種更好(hao)的策略(lve)。結合(he)EEG與fNIRS的(de)多模態腦(nao)成像技術在認知神經科學研究中有(you)著(zhu)很好的(de)應(ying)用前景(jing)，同(tong)時還可搭建多模態腦(nao)-機接(jie)口系(xi)統。

四、系(xi)統(tong)組(zu)成

LUMO系統主要由三(san)部分組成(cheng)：LUMOTILE瓦片傳感器、LUMOCAP帽子和LUMOHUB集成(cheng)器。

●LUMOTILE瓦(wa)片(pian)傳感器(qi)：LUMO系統的核(he)心部件，是一個六邊形瓦片(pian)狀傳感(gan)器(qi)(qi)。每(mei)個傳感(gan)器(qi)(qi)包含三個近紅外光源和(he)四個探測器(qi)(qi)。可以在瓦片(pian)傳感(gan)器(qi)(qi)內部和(he)傳感(gan)器(qi)(qi)之間(jian)進行數(shu)據測量；使用(yong)兩個LUMO瓦片傳感器多(duo)可以(yi)產(chan)生48個fNIRS通道；具(ju)有防光(guang)管(guan)設計；高(gao)品(pin)質光(guang)學過濾器(qi)(qi)，大(da)限度地(di)抑制周圍環境光(guang)線(xian)干擾；瓦片傳感器(qi)(qi)內部光(guang)源與探測器(qi)(qi)間距(ju)為10mm和(he)20mm，瓦(wa)片傳感器之間的(de)光源與探測器間距為50mm；符(fu)合人體(ti)工程學特點(dian)，帽子連接簡單快捷；可與3D定位系統配合使用；重量小(xiao)于6g。

●LUMOCAP帽(mao)子：由氯(lv)丁(ding)橡(xiang)膠制(zhi)成(cheng)不(bu)同尺寸的帽(mao)子，每個(ge)帽(mao)子都包含一(yi)組基座(zuo)，可(ke)將瓦片傳(chuan)感器插入其中，采用印制(zhi)電路板將多個(ge)基座(zuo)組合在一(yi)起，使帽(mao)子可(ke)以拉伸和適應各(ge)(ge)種頭(tou)型；與頭(tou)皮接觸的光導管(guan)可(ke)拆(chai)卸，可(ke)適用于各(ge)(ge)種發質(zhi)和人群。

●LUMOHUB集(ji)成器：可在有線(xian)或無線(xian)模(mo)式下運行(xing)，有線(xian)模(mo)式下使用線(xian)纜(lan)將帽子與HUB集(ji)成器連接，再將HUB集成(cheng)器通過USB線與筆記(ji)本(ben)電腦(nao)連接。每個HUB集成器可同時連接多達三頂(ding)LUMOCAP，以便同步(bu)采(cai)集。LUMOHUB AIR無線集成(cheng)器(qi)可佩帶在(zai)上(shang)臂或塞進口袋(dai)里，適用于(yu)無線神經成(cheng)像應用領(ling)域(yu)(yu)，包括(kuo)運動領(ling)域(yu)(yu)、自然環境領(ling)域(yu)(yu)和嬰兒日常(chang)環境中的相關研究。

五、技術規格(ge)

六、同步方案

    UCL全系(xi)(xi)列功能(neng)性近(jin)紅(hong)外(wai)腦成(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)統(tong)通過(guo)結合(he)ErgoLAB人(ren)(ren)(ren)機(ji)環(huan)(huan)境同(tong)(tong)步云(yun)平臺(tai)可以實(shi)現在不同(tong)(tong)實(shi)驗環(huan)(huan)境下對裝(zhuang)備及系(xi)(xi)統(tong)進行主觀和客(ke)觀定(ding)量的(de)人(ren)(ren)(ren)機(ji)交互測(ce)試、人(ren)(ren)(ren)因與(yu)工效(xiao)學分析與(yu)評價：通過(guo)ErgoLAB人(ren)(ren)(ren)機(ji)環(huan)(huan)境同(tong)(tong)步云(yun)平臺(tai)與(yu)廣(guang)泛(fan)的(de)數(shu)(shu)據同(tong)(tong)步，將近(jin)紅(hong)外(wai)腦成(cheng)像(xiang)(xiang)數(shu)(shu)據與(yu)廣(guang)泛(fan)的(de)數(shu)(shu)據同(tong)(tong)步，包(bao)括常用的(de)生理數(shu)(shu)據GSR皮(pi)膚電(dian)，呼吸和心率等(deng)、EEG腦電(dian)，眼動、人(ren)(ren)(ren)體動作，行為觀察(cha)、面部表(biao)情、生物力(li)學、人(ren)(ren)(ren)機(ji)交互。實(shi)現極(ji)低延遲(chi)的(de)同(tong)(tong)步水平同(tong)(tong)時確保(bao)您的(de)整體方(fang)案(an)的(de)便攜性。

如果研究人員希望得到比實時(shi)觀(guan)察更深(shen)入、全(quan)面的結論(lun)， ErgoLAB可(ke)(ke)提(ti)供(gong)數據后期(qi)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)的強(qiang)大工具。ErgoLAB人機(ji)環境同步云平臺綜合統計分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)模塊包(bao)含多(duo)維度人-機(ji)-環境數據綜合分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、EEG腦電分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)與可(ke)(ke)視化(hua)、眼動(dong)(dong)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)與可(ke)(ke)視化(hua)、行為(wei)觀(guan)察分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、面部表(biao)情(qing)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、動(dong)(dong)作姿態(tai)傷(shang)害評(ping)估(gu)與工效學(xue)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、交互行為(wei)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、時(shi)空行為(wei)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、車輛與駕駛(shi)行為(wei)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)（ErgoLAB駕駛(shi)版(ban)本(ben)）、HRV心率(lv)變異性分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、EDA/GSR皮(pi)電分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、RESP呼吸分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、EMG肌電分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、General通用信(xin)號分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)（如SKT皮(pi)溫分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)、EOG眼電分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)以及(ji)其他環境與生物力學(xue)信(xin)號分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)）。系統具備專門的信(xin)號處理模塊以及(ji)開放式信(xin)號處理接口(kou)，可(ke)(ke)以直接導出可(ke)(ke)視化(hua)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)報告以及(ji)原始(shi)數據，支持(chi)第三方集成與定制開發。

七、廠(chang)家介紹(shao)

北京(jing)津發科(ke)(ke)技股份(fen)有限公司是國(guo)家(jia)(jia)高企(qi)、科(ke)(ke)技部(bu)(bu)認定的科(ke)(ke)技型中小(xiao)企(qi)業和中關村高企(qi)，具備，具備自主進出口經營權(quan)；自主研(yan)發的人(ren)因(yin)工程與(yu)工效學相(xiang)關技術、產品(pin)與(yu)服務榮獲多項省(sheng)部(bu)(bu)級(ji)科(ke)(ke)學技術獎勵(li)、國(guo)家(jia)(jia)發明、國(guo)家(jia)(jia)軟件著作(zuo)權(quan)和省(sheng)部(bu)(bu)級(ji)新技術新產品(pin)（服務）認證(zheng)；通過了歐洲 CE、美(mei)國(guo) FCC、歐盟 RoHS、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001 等多項認證(zheng)和國(guo)家(jia)(jia)防爆認證(zheng)。

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英(ying)國(guo)UCL倫(lun)敦大(da)學(xue)(xue)學(xue)(xue)院(yuan)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)(xue)光學(xue)(xue)研究實驗(yan)室(shi)（BORL）衍生(sheng)了Gowerlabs。實驗(yan)室(shi)在過去30年中*推廣了近紅外光譜腦(nao)功能成像技(ji)術。與UCL的(de)一體化意味(wei)著Gowerlabs在fNIRS設備(bei)的(de)設計、制(zhi)造和(he)(he)應用(yong)方面擁有的(de)經驗(yan)，并且始終站在開發新(xin)技(ji)術和(he)(he)新(xin)數據分析方法的(de)前沿(yan)。Gowerlabs（UCL）fNIRS系(xi)統已在四大(da)洲的(de)機構(gou)中使用(yong)，包(bao)括：劍橋大(da)學(xue)(xue)，牛津大(da)學(xue)(xue)，倫(lun)敦大(da)學(xue)(xue)學(xue)(xue)院(yuan)，瑞(rui)典哥德堡大(da)學(xue)(xue)，美國(guo)波(bo)士(shi)頓兒童(tong)醫(yi)院(yuan)，美國(guo)普林斯頓大(da)學(xue)(xue)和(he)(he)香港大(da)學(xue)(xue)。

英(ying)國(guo)倫敦大(da)學學院(yuan)(yuan)（UCL）是享譽世界的(de)綜(zong)合研(yan)究(jiu)(jiu)型(xing)大(da)學，在(zai)(zai)多個世界大(da)學排行榜上(shang)位居*。UCL生(sheng)命(ming)科學暨(ji)臨(lin)床科學研(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)擁有英(ying)國(guo)規模大(da)、久負盛名(ming)的(de)醫(yi)學和(he)(he)生(sheng)命(ming)科學研(yan)究(jiu)(jiu)聚合體，以教學及(ji)學術(shu)研(yan)究(jiu)(jiu)享譽。UCL腦科學學院(yuan)(yuan)在(zai)(zai)控制身(shen)體機(ji)能的(de)神(shen)經通路、認(ren)知和(he)(he)心(xin)理等確定(ding)人(ren)類行為的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)和(he)(he)教學領域處于世界當先地位。