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類(lèi) 型:
近紅外腦功能成像系統、腦功能分析系統描 述:
英國UCL大學(xué)生物醫學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗室研制開(kāi)發(fā)的NTS近紅外光學(xué)腦成像系統是一種可以提供256個(gè)fNIRS多通道功能、高規格的功能性近紅外光譜成像(fNIRS)設備。NTS系統用途廣泛,幾乎可以以任何配置輕松應用于成人、兒童或嬰兒。UCL近紅外腦成像系統NTS
一、產(chǎn)品概述
英國UCL大學(xué)生物醫學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗室(BORL)研制開(kāi)發(fā)的NTS近紅外光學(xué)腦成像系統是一種可以提供256個(gè)fNIRS多通道功能、高規格的功能性近紅外光譜成像(fNIRS)設備。NTS系統用途廣泛,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(hù)以任何可以想象的配置來(lái)布置光源和探測器光纖,從而可以在任何被試上進(jìn)行任何大腦皮層區域的研究。NTS可以獲得高質(zhì)量的數據,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域進(jìn)行采樣。系統與各種神經(jīng)監測、神經(jīng)成像和神經(jīng)刺激設備完全兼容,高質(zhì)量的玻璃光纖,確保系統的技術(shù)與EEG、tDCS和TMS設備之間的干擾為零,可實(shí)現多模態(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(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。NTS fNIRS系統處于這一技術(shù)增長(cháng)的最前沿,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)
NTS系統的核心優(yōu)勢:靈活的系統配置與高質(zhì)量的數據。
●內置的靈活性:NTS從第一天開(kāi)始就盡可能被設計得靈活且適應性強。系統的硬件、信號檢測方法和帽子旨在讓用戶(hù)以任何可以想象的配置來(lái)布置NTS光源和探測器光纖,從而可以在任何被試上進(jìn)行幾乎任何皮層區域的研究。
●高質(zhì)量的數據:大量研究表明,短距離fNIRS通道可用于顯著(zhù)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?jì)H對這些表面信號敏感,因此可以用來(lái)改善fNIRS的大腦特異性測量。NTS成像系統的靈活性使用戶(hù)能夠輕松將多個(gè)短距離測量結果納入其陣列設計,而無(wú)需專(zhuān)用光纖或單獨的探測器。系統的光源-探測器的間距范圍從12mm(對淺層組織進(jìn)行采樣)到40mm以上(對皮層和較深的大腦區域進(jìn)行采樣)。
●多模態(tài)腦功能測試:NTS系統與各種神經(jīng)監測、神經(jīng)成像和神經(jīng)刺激設備完全兼容。系統使用高質(zhì)量的玻璃光纖,確保我們的技術(shù)與EEG、tDCS和TMS設備之間的干擾為零。NTS系統還旨在促進(jìn)fNIRS和EEG的同時(shí)使用:系統的帽子允許EEG電極直接集成在NTS光纖上,NTS系統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(xué)腦與認知發(fā)展中心(CBCD,也稱(chēng)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:NTS提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案,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完全的數據同步。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。
EEG-fNIRS多模態(tài)腦功能測試系統
四、系統組成
NTS系統主要組成包括: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。系統光纖是由薄包層光纖構成的,以提供最大的堆積率,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(cháng)的光傳輸到頭皮上的完全相同的點(diǎn)。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(kāi)發(fā)和設計方面擁有數十年的經(jīng)驗。系統的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數據。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(xué)和光子傳輸建模方法來(lái)確保提供的陣列適合您的實(shí)驗項目。
●軟件:NTS數據采集軟件的設計和開(kāi)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,與眾多經(jīng)驗豐富的fNIRS研究人員一起完成。軟件具有用戶(hù)友好且可擴展的界面、信號優(yōu)化、數據質(zhì)量保證和實(shí)時(shí)反饋、靈活的事件標記、開(kāi)放的數據格式等特點(diǎn)。
五、同步方案
英國UCL全系列近紅外腦功能成像系統通過(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)境條件下對智能化人機系統進(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)、fNIRS近紅外腦成像,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。
數據分析平臺: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平臺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)察實(shí)時(shí)編碼分析、面部表情分析與狀態(tài)識別、動(dòng)作姿態(tài)傷害評估與工效學(xué)分析、交互行為分析(ErgoLAB/ErgoVR人機交互測試版本)、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)。津發(fā)科技提供定制開(kāi)發(fā)服務(wù),與人因工程與工效學(xué)分析評價(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(xún)津發(fā)科技!
六、廠(chǎng)家介紹
北京津發(fā)科技股份有限公司是國家級高新技術(shù)企業(yè)、科技部認定的科技型中小企業(yè)和中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè),具備軍工國防武器裝備科研生產(chǎn)保密資質(zhì),具備自主進(jìn)出口經(jīng)營(yíng)權;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)明專(zhuān)利、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 等多項國際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,是國內領(lǐng)先的人因工程技術(shù)創(chuàng )新中心!津發(fā)科技技術(shù)與科研團隊提供全方位的技術(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,全方位多角度提供實(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年中率先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無(wú)與倫比的經(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最前沿。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)世界的頂尖綜合研究型大學(xué),在多個(gè)世界大學(xué)排行榜上位居全球前十。UCL生命科學(xué)暨臨床科學(xué)研究院擁有英國規模最大、最久負盛名的醫學(xué)和生命科學(xué)研究聚合體,以尖端教學(xué)及學(xué)術(shù)研究享譽(yù)全球。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)域處于世界領(lǐng)先地位,是全球公認的領(lǐng)導者。
七、參考文獻
Publications
Original publication describing the NTS Optical Imaging System
Everdell NL, Gibson AP, Tullis IDC, Vaithianathan T, Hebden JC and Delpy DT. A frequency multiplexed near-infrared topography system for imaging functional activation in the brain. Rev. Sci. Instrum. 76, 093705, 2005.
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LUMO是英國UCL大學(xué)最新研制開(kāi)發(fā)的一款高密度可穿戴式近紅外腦成像系統。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1728個(gè)通道的數據;特有的擴散光學(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。
介紹 參數英國UCL近紅外腦成像在嬰幼兒領(lǐng)域的應用