英國(guó)UCL近紅外腦功能成像系統(tǒng)

UCL功能性近紅外腦成像儀NTS fNIRS系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述

英國(guó)UCL倫敦大學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室（BORL）研制開發(fā)的NTS近紅外光學(xué)腦成像系統(tǒng)是一種可以提供256個(gè)fNIRS多通道功能、高規(guī)格的功能性近紅外光譜成像（fNIRS）設(shè)備。NTS系統(tǒng)用途廣泛，幾乎可以以任何配置輕松應(yīng)用于成人、兒童或嬰兒。系統(tǒng)靈活且適應(yīng)性強(qiáng)，硬件、信號(hào)檢測(cè)方法和帽子的設(shè)計(jì)旨在讓用戶以任何可以想象的配置來布置光源和探測(cè)器光纖，從而可以在任何被試上進(jìn)行任何大腦皮層區(qū)域的研究。NTS可以獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，其光源-探測(cè)器的間距范圍從12mm到40mm以上，可對(duì)大腦淺層組織和較深的大腦區(qū)域進(jìn)行采樣。系統(tǒng)與各種神經(jīng)監(jiān)測(cè)、神經(jīng)成像和神經(jīng)刺激設(shè)備兼容，高質(zhì)量的玻璃光纖，確保系統(tǒng)的技術(shù)與EEG、tDCS和TMS設(shè)備之間的干擾為零，可實(shí)現(xiàn)多模態(tài)腦功能測(cè)試和團(tuán)體超掃描測(cè)試。

 功能近紅外光譜成像技術(shù)（fNIRS）使用近紅外光來監(jiān)測(cè)人腦功能。該技術(shù)通過將近紅外光傳輸?shù)筋^皮，然后在幾厘米遠(yuǎn)的地方檢測(cè)散射回頭皮的光，可以測(cè)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度量。NTS fNIRS系統(tǒng)處于這一技術(shù)增長(zhǎng)的前沿，以易于使用和便攜的方式安全地研究人腦功能。

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(cè)量指標(biāo)、良好的舒適性和較低的成本等優(yōu)點(diǎn)，在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和臨床研究中有著較為廣泛的應(yīng)用；同時(shí)由于其抗運(yùn)動(dòng)干擾性強(qiáng)、便攜可穿戴等特點(diǎn)，系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)科學(xué)、腦機(jī)接口等領(lǐng)域的價(jià)值也逐漸被研究者所認(rèn)識(shí)。具體應(yīng)用案例包括駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷研究、多模態(tài)腦機(jī)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(guó)UCL近紅外腦功能成像系統(tǒng)

NTS系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)：靈活的系統(tǒng)配置與高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

●內(nèi)置的靈活性：NTS從一開始就盡可能被設(shè)計(jì)得靈活且適應(yīng)性強(qiáng)。系統(tǒng)的硬件、信號(hào)檢測(cè)方法和帽子旨在讓用戶以任何可以想象的配置來布置NTS光源和探測(cè)器光纖，從而可以在任何被試上進(jìn)行幾乎任何皮層區(qū)域的研究。

●高質(zhì)量的數(shù)據(jù)：大量研究表明，短距離fNIRS通道可用于顯著提高fNIRS測(cè)量的性和特異性。這是因?yàn)?/span>fNIRS測(cè)量對(duì)頭皮血管中血容量的變化敏感。短距離fNIRS測(cè)量?jī)H對(duì)這些表面信號(hào)敏感，因此可以用來改善fNIRS的大腦特異性測(cè)量。NTS成像系統(tǒng)的靈活性使用戶能夠輕松將多個(gè)短距離測(cè)量結(jié)果納入其陣列設(shè)計(jì)，而無需光纖或單獨(dú)的探測(cè)器。系統(tǒng)的光源-探測(cè)器的間距范圍從12mm（對(duì)淺層組織進(jìn)行采樣）到40mm以上（對(duì)皮層和較深的大腦區(qū)域進(jìn)行采樣）。

●多模態(tài)腦功能測(cè)試：NTS系統(tǒng)與各種神經(jīng)監(jiān)測(cè)、神經(jīng)成像和神經(jīng)刺激設(shè)備兼容。系統(tǒng)使用高質(zhì)量的玻璃光纖，確保我們的技術(shù)與EEG、tDCS和TMS設(shè)備之間的干擾為零。NTS系統(tǒng)還旨在促進(jìn)fNIRS和EEG的同時(shí)使用：系統(tǒng)的帽子允許EEG電極直接集成在NTS光纖上，NTS系統(tǒng)可以輕松地與幾乎所有EEG設(shè)備同步。

短距離fNIRS通道

倫敦大學(xué)腦與認(rèn)知發(fā)展中心（CBCD，也稱為Babylab）研發(fā)兒童帽子

三、功能應(yīng)用

1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統(tǒng)：NTS提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案，fNIRS超掃描系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)可以提供2人以上實(shí)時(shí)同步進(jìn)行腦功能超掃描測(cè)試使用并支持的數(shù)據(jù)同步。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(yàn)環(huán)境、比EEG超掃描技術(shù)更好的空間精度，正成為認(rèn)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(cè)試系統(tǒng): UCL高密度近紅外腦功能成像系統(tǒng)可以和NeurOne高精度腦電測(cè)量系統(tǒng)搭配使用，將EEG和fNIRS進(jìn)行整合發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，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、、實(shí)時(shí)的測(cè)量大腦在認(rèn)知過程中的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)、實(shí)時(shí)的腦成像方式無疑是一種更好的策略。結(jié)合EEG與fNIRS的多模態(tài)腦成像技術(shù)在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中有著很好的應(yīng)用前景，同時(shí)還可搭建多模態(tài)腦-機(jī)接口系統(tǒng)。

EEG-fNIRS多模態(tài)腦功能測(cè)試系統(tǒng)

四、系統(tǒng)組成

NTS系統(tǒng)主要組成包括：光纖，帽子，軟件。

●光纖：NTS采用高質(zhì)量、輕便和柔軟的玻璃光纖束，可提供的光耦合和傳輸。系統(tǒng)光纖是由薄包層光纖構(gòu)成的，以提供大的堆積率，從而增加了光的收集。源光纖束是分叉的，并且是不相干的，以允許將兩個(gè)波長(zhǎng)的光傳輸?shù)筋^皮上的相同的點(diǎn)。Gowerlabs的光纖束有嬰兒、成人、成人+三種不同的設(shè)計(jì)，不同人群使用的舒適性。

●帽子：公司在帽子開發(fā)和設(shè)計(jì)方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)。系統(tǒng)的fNIRS帽子解決方案有兩種主要樣式，可適合各種頭部形狀和尺寸，并且能夠收集高質(zhì)量的fNIRS數(shù)據(jù)。我們還提供定制的陣列設(shè)計(jì)和優(yōu)化程序，該程序使用解剖學(xué)和光子傳輸建模方法來確保提供的陣列適合您的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

●軟件：NTS數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)基于多年在成人、兒童和嬰兒中進(jìn)行的fNIRS研究經(jīng)驗(yàn)，與眾多經(jīng)驗(yàn)豐富的fNIRS研究人員一起完成。軟件具有用戶友好且可擴(kuò)展的界面、信號(hào)優(yōu)化、數(shù)據(jù)質(zhì)量和實(shí)時(shí)反饋、靈活的事件標(biāo)記、開放的數(shù)據(jù)格式等特點(diǎn)。

五、同步方案

英國(guó)UCL全系列近紅外腦功能成像系統(tǒng)通過結(jié)合ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步云平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下對(duì)智能化人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行主觀和客觀定量的人機(jī)交互測(cè)試、人因與工效學(xué)分析與評(píng)價(jià)：通過ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步云平臺(tái)與廣泛的數(shù)據(jù)同步，將近紅外腦成像數(shù)據(jù)與廣泛的數(shù)據(jù)同步，包括常用的生理數(shù)據(jù)GSR皮膚電，呼吸和心率等、EEG腦電，眼動(dòng)、人體動(dòng)作，行為觀察、面部表情、生物力學(xué)、人機(jī)交互。實(shí)現(xiàn)極低延遲的同步水平同時(shí)確保您的整體方案的便攜性。

數(shù)據(jù)分析平臺(tái)：如果研究人員希望得到比實(shí)時(shí)觀察更深入、的結(jié)論， ErgoLAB平臺(tái)可提供數(shù)據(jù)后期分析的強(qiáng)大工具。

ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步云平臺(tái)綜合統(tǒng)計(jì)分析模塊包含多維度人-機(jī)-環(huán)境數(shù)據(jù)綜合分析、EEG腦電分析與可視化、眼動(dòng)分析與可視化、行為觀察實(shí)時(shí)編碼分析、面部表情分析與狀態(tài)識(shí)別、動(dòng)作姿態(tài)傷害評(píng)估與工效學(xué)分析、交互行為分析（ErgoLAB/ErgoVR人機(jī)交互測(cè)試版本）、時(shí)空行為分析、車輛與駕駛行為分析（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(hào)分析（如TEMP/SKT皮溫/體溫分析、EOG眼電分析以及其他環(huán)境與生物力學(xué)信號(hào)分析）。系統(tǒng)具備專門的信號(hào)處理模塊以及開放式信號(hào)處理接口，可以直接導(dǎo)出可視化分析報(bào)告以及原始數(shù)據(jù)，支持第三方集成與定制開發(fā)。津發(fā)科技提供定制開發(fā)服務(wù)，與人因工程與工效學(xué)分析評(píng)價(jià)領(lǐng)域相關(guān)的算法模型、軟硬件產(chǎn)品與技術(shù)可深入研發(fā)，詳情咨詢津發(fā)科技！

六、廠家介紹

北京津發(fā)科技股份有限公司是國(guó)家高企、認(rèn)定的科技型中小企業(yè)和中關(guān)村高企，具備國(guó)防裝備科研生產(chǎn)保密資質(zhì)，具備自主進(jìn)出口經(jīng)營(yíng)權(quán)；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(xiàng)省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)、國(guó)家發(fā)明ZHUANLI、國(guó)家軟件著作權(quán)和省部級(jí)新技術(shù)新產(chǎn)品（服務(wù)）認(rèn)證；通過了歐洲 CE、美國(guó) FCC、歐盟 RoHS、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001 等多項(xiàng)認(rèn)證和國(guó)家防爆認(rèn)證。

津發(fā)科技設(shè)立人因工程專業(yè)的學(xué)術(shù)科研團(tuán)隊(duì)、技術(shù)團(tuán)隊(duì)及研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并通過多年與科研機(jī)構(gòu)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(xiàng)核心技術(shù)，以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能算法的狀態(tài)識(shí)別和人機(jī)工效評(píng)價(jià)技術(shù)與研究方法等，是國(guó)內(nèi)當(dāng)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(tuán)隊(duì)提供完整的技術(shù)支持及學(xué)術(shù)服務(wù)，從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的規(guī)劃與布局，到技術(shù)與學(xué)術(shù)培訓(xùn)與指導(dǎo)，完整多角度提供實(shí)驗(yàn)室建設(shè)全生命周期的服務(wù)。

英國(guó)UCL倫敦大學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室（BORL）衍生了Gowerlabs。實(shí)驗(yàn)室在過去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Gowerlabs在fNIRS設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用方面擁有的經(jīng)驗(yàn)，并且始終站在開發(fā)新技術(shù)和新數(shù)據(jù)分析方法的前沿。Gowerlabs（UCL）fNIRS系統(tǒng)已在四大洲的機(jī)構(gòu)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(guó)波士頓兒童醫(yī)院，美國(guó)普林斯頓大學(xué)和香港大學(xué)。

英國(guó)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(guó)規(guī)模大、久負(fù)盛名的醫(yī)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(jī)能的神經(jīng)通路、認(rèn)知和心理等確定人類行為的研究和教學(xué)領(lǐng)域處于世界當(dāng)先地位。

七、參考文獻(xiàn)