英國UCL近紅外腦功能成像系統(tǒng)

UCL近紅外腦成像系統(tǒng)NTS

一、產(chǎn)品概述

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

功能近紅外光譜成像技術（fNIRS）使用光來監(jiān)測人腦功能。該技術通過將近紅外光傳輸?shù)筋^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。由于腦活動和局部血流之間存在密切的聯(lián)絡，血紅蛋白濃度的這些變化提供了腦功能的可靠度量。NTS fNIRS系統(tǒng)處于這一技術增長的前沿，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，近紅外腦功能成像技術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，在認知神經(jīng)科學和臨床研究中有著較為廣泛的應用；同時由于其抗運動干擾性強、便攜可穿戴等特點，系統(tǒng)在運動科學、腦機接口等領域的價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

NTS系統(tǒng)的核心優(yōu)勢：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*天開始就盡可能被設計得靈活且適應性強。系統(tǒng)的硬件、信號檢測方法和帽子旨在讓用戶以任何可以想象的配置來布置NTS光源和探測器光纖，從而可以在任何被試上進行幾乎任何皮層區(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測量的可靠性和特異性。這是因為fNIRS測量對頭皮血管中血容量的變化敏感。短距離fNIRS測量僅對這些表面信號敏感，因此可以用來改善fNIRS的大腦特異性測量。NTS成像系統(tǒng)的靈活性使用戶能夠輕松將多個短距離測量結果納入其陣列設計，而無需光纖或單獨的探測器。系統(tǒng)的光源-探測器的間距范圍從12mm（對淺層組織進行采樣）到40mm以上（對皮層和較深的大腦區(qū)域進行采樣）。

●多模態(tài)腦功能測試：NTS系統(tǒng)與各種神經(jīng)監(jiān)測、神經(jīng)成像和神經(jīng)刺激設備*兼容。系統(tǒng)使用高質(zhì)量的玻璃光纖，確保我們的技術與EEG、tDCS和TMS設備之間的干擾為零。NTS系統(tǒng)還旨在促進fNIRS和EEG的同時使用：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設備同步。

短距離fNIRS通道

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

三、功能應用

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)的模塊化設計可以提供2人以上實時同步進行腦功能超掃描測試使用并支持*的數(shù)據(jù)同步。fNIRS超掃描技術提供了比fMRI超掃描技術更為真實的實驗環(huán)境、比EEG超掃描技術更好的空間精度，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(tǒng): UCL高密度近紅外腦功能成像系統(tǒng)可以和NeurOne高精度腦電測量系統(tǒng)搭配使用，將EEG和fNIRS進行整合發(fā)揮二者的優(yōu)勢，EEG的時間分辨率高，但是空間分辨率低；fNIRS的時間分辨率低，實時性較差，但是空間分辨率高。為了準確、全面、實時的測量大腦在認知過程中的活動，實現(xiàn)全面、實時的腦成像方式無疑是一種更好的策略。結合EEG與fNIRS的多模態(tài)腦成像技術在認知神經(jīng)科學研究中有著很好的應用前景，同時還可搭建多模態(tài)腦-機接口系統(tǒng)。

EEG-fNIRS多模態(tài)腦功能測試系統(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，可提供出色的光耦合和傳輸。系統(tǒng)光纖是由薄包層光纖構成的，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，以允許將兩個波長的光傳輸?shù)筋^皮上的*相同的點。Gowerlabs的光纖束有嬰兒、成人、成人+三種不同的設計，保證不同人群使用的舒適性。

●帽子：公司在帽子開發(fā)和設計方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗。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計和優(yōu)化程序，該程序使用解剖學和光子傳輸建模方法來確保提供的陣列適合您的實驗項目。

●軟件：NTS數(shù)據(jù)采集軟件的設計和開發(fā)基于多年在成人、兒童和嬰兒中進行的fNIRS研究經(jīng)驗，與眾多經(jīng)驗豐富的fNIRS研究人員一起完成。軟件具有用戶友好且可擴展的界面、信號優(yōu)化、數(shù)據(jù)質(zhì)量保證和實時反饋、靈活的事件標記、開放的數(shù)據(jù)格式等特點。

五、同步方案

英國UCL全系列近紅外腦功能成像系統(tǒng)通過結合ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺可以實現(xiàn)在不同實驗環(huán)境條件下對智能化人機系統(tǒng)進行主觀和客觀定量的人機交互測試、人因與工效學分析與評價：通過ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺與廣泛的數(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，包括常用的身體數(shù)據(jù)GSR皮膚電，呼吸和心率等、EEG腦電，眼動、人體動作，行為觀察、面部表情、生物力學、人機交互。實現(xiàn)極低延遲的同步水平同時確保您的整體方案的便攜性。

數(shù)據(jù)分析平臺：如果研究人員希望得到比實時觀察更深入、全面的結論， ErgoLAB平臺可提供數(shù)據(jù)后期分析的強大工具。

ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺綜合統(tǒng)計分析模塊包含多維度人-機-環(huán)境數(shù)據(jù)綜合分析、EEG腦電分析與可視化、眼動分析與可視化、行為觀察實時編碼分析、面部表情分析與狀態(tài)識別、動作姿態(tài)傷害評估與工效學分析、交互行為分析（ErgoLAB/ErgoVR人機交互測試版本）、時空行為分析、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)境與生物力學信號分析）。系統(tǒng)具備專門的信號處理模塊以及開放式信號處理接口，可以直接導出可視化分析報告以及原始數(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，與人因工程與工效學分析評價領域相關的算法模型、軟硬件產(chǎn)品與技術可深入研發(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家*、*認定的科技型中小企業(yè)和中關村*，具備國家軍工保密裝備科研生產(chǎn)保密資質(zhì)，具備自主進出口經(jīng)營權；自主研發(fā)的人因工程與工效學相關技術、產(chǎn)品與服務榮獲多項省部級科學技術獎勵、國家發(fā)明專注、國家軟件著作權和省部級新技術新產(chǎn)品（服務）認證；通過了歐洲 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業(yè)的學術科研團隊、技術團隊及研發(fā)團隊，并通過多年與科研機構及高校的產(chǎn)學研合作，積累了人因與工效學領域多項核心技術，以及基于機器學習等人工智能算法的狀態(tài)識別和人機工效評價技術與研究方法等，是國內(nèi)*的人因工程技術創(chuàng)新中心！津發(fā)科技技術與科研團隊提供全方面的技術支持及學術服務，從實驗室建設的規(guī)劃與布局，到技術與學術培訓與指導，全方面多角度提供實驗室建設全生命周期的服務。

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

英國倫敦大學學院（UCL）是享譽世界的綜合研究型大學，在多個世界大學排行榜上位居*。UCL生命科學暨臨床科學研究院擁有英國規(guī)模大、久負盛名的醫(yī)學和生命科學研究聚合體，以教學及學術研究享譽。UCL腦科學學院在控制身體機能的神經(jīng)通路、認知和心理等確定人類行為的研究和教學領域處于*地位，是的。

七、參考文獻