英国UCL近红外脑功能成像系统

UCL近红外脑成像系统NTS

一、产品概述

英国UCL大学生物医学光学研究实验室研制开发的NTS近红外光学脑成像系统是一种可以提供256个fNIRS多通道功能、高规格的功能性近红外光谱成像（fNIRS）设备。NTS系统用途广泛，几乎可以以任何配置轻松应用于成人、儿童或婴儿。系统灵活且适应性强，硬件、信号检测方法和帽子的设计旨在让用户以任何可以想象的配置来布置光源和探测器光纤，从而可以在任何被试上进行任何大脑皮层区域的研究。NTS可以获得高质量的数据，其光源-探测器的间距范围从12mm到40mm以上，可对大脑浅层组织和较深的大脑区域进行采样。系统与各种神经监测、神经成像和神经刺激设备完全兼容，高质量的玻璃光纤，确保系统的技术与EEG、tDCS和TMS设备之间的干扰为零，可实现多模态脑功能测试和团体超扫描测试。

功能近红外光谱成像技术（fNIRS）使用光来监测人脑功能。该技术通过将近红外光传输到头皮，然后在几厘米远的地方检测散射回头皮的光，可以测量大脑中氧合和脱氧血红蛋白浓度的变化。由于脑活动和局部血流之间存在密切的联系，血红蛋白浓度的这些变化提供了脑功能的可靠度量。NTS fNIRS系统处于这一技术增长的*前沿，以易于使用和便携的方式安全地研究人脑功能。

相比其他脑功能成像技术，近红外脑功能成像技术具有良好的空间分辨率、较高的采样率、更多的测量指标、良好的舒适性和较低的成本等优点，在认知神经科学和临床研究中有着较为广泛的应用；同时由于其抗运动干扰性强、便携可穿戴等特点，系统在运动科学、脑机接口等领域的价值也逐渐被研究者所认识。具体应用案例包括驾驶员的认知负荷研究、多模态脑机接口研究、操作人的情绪状态研究等。

二、产品特点

NTS系统的核心优势：灵活的系统配置与高质量的数据。

●内置的灵活性：NTS从第一天开始就尽可能被设计得灵活且适应性强。系统的硬件、信号检测方法和帽子旨在让用户以任何可以想象的配置来布置NTS光源和探测器光纤，从而可以在任何被试上进行几乎任何皮层区域的研究。

●高质量的数据：大量研究表明，短距离fNIRS通道可用于显著提高fNIRS测量的可靠性和特异性。这是因为fNIRS测量对头皮血管中血容量的变化敏感。短距离fNIRS测量仅对这些表面信号敏感，因此可以用来改善fNIRS的大脑特异性测量。NTS成像系统的灵活性使用户能够轻松将多个短距离测量结果纳入其阵列设计，而无需专用光纤或单独的探测器。系统的光源-探测器的间距范围从12mm（对浅层组织进行采样）到40mm以上（对皮层和较深的大脑区域进行采样）。

●多模态脑功能测试：NTS系统与各种神经监测、神经成像和神经刺激设备完全兼容。系统使用高质量的玻璃光纤，确保我们的技术与EEG、tDCS和TMS设备之间的干扰为零。NTS系统还旨在促进fNIRS和EEG的同时使用：系统的帽子允许EEG电极直接集成在NTS光纤上，NTS系统可以轻松地与几乎所有EEG设备同步。

短距离fNIRS通道

伦敦大学脑与认知发展中心（CBCD，也称为Babylab）研发儿童帽子

三、功能应用

1、fNIRS Hyperscanning脑功能超扫描系统：NTS提供了fNIRS Hyperscanning脑功能超扫描解决方案，fNIRS超扫描系统的模块化设计可以提供2人以上实时同步进行脑功能超扫描测试使用并支持完全的数据同步。fNIRS超扫描技术提供了比fMRI超扫描技术更为真实的实验环境、比EEG超扫描技术更好的空间精度，正成为认知与行为研究中的重要研究工具。

2、EEG-fNIRS多模态脑功能测试系统: UCL高密度近红外脑功能成像系统可以和NeurOne高精度脑电测量系统搭配使用，将EEG和fNIRS进行整合发挥二者的优势，EEG的时间分辨率高，但是空间分辨率低；fNIRS的时间分辨率低，实时性较差，但是空间分辨率高。为了准确、全面、实时的测量大脑在认知过程中的活动，实现全面、实时的脑成像方式无疑是一种更好的策略。结合EEG与fNIRS的多模态脑成像技术在认知神经科学研究中有着很好的应用前景，同时还可搭建多模态脑-机接口系统。

EEG-fNIRS多模态脑功能测试系统

四、系统组成

NTS系统主要组成包括：光纤，帽子，软件。

●光纤：NTS采用高质量、轻便和柔软的玻璃光纤束，可提供出色的光耦合和传输。系统光纤是由薄包层光纤构成的，以提供*大的堆积率，从而增加了光的收集。源光纤束是分叉的，并且是不相干的，以允许将两个波长的光传输到头皮上的完全相同的点。Gowerlabs的光纤束有婴儿、成人、成人+三种不同的设计，保证不同人群使用的舒适性。

●帽子：公司在帽子开发和设计方面拥有数十年的经验。系统的fNIRS帽子解决方案有两种主要样式，可适合各种头部形状和尺寸，并且能够收集高质量的fNIRS数据。我们还提供定制的阵列设计和优化程序，该程序使用解剖学和光子传输建模方法来确保提供的阵列适合您的实验项目。

●软件：NTS数据***软件的设计和开发基于多年在成人、儿童和婴儿中进行的fNIRS研究经验，与众多经验丰富的fNIRS研究人员一起完成。软件具有用户友好且可扩展的界面、信号优化、数据质量保证和实时反馈、灵活的事件标记、开放的数据格式等特点。

五、同步方案

英国UCL全系列近红外脑功能成像系统通过结合ErgoLAB人机环境同步云平台可以实现在不同实验环境条件下对智能化人机系统进行主观和客观定量的人机交互测试、人因与工效学分析与评价：通过ErgoLAB人机环境同步云平台与广泛的数据同步，将近红外脑成像数据与广泛的数据同步，包括常用的生理数据GSR皮肤电，呼吸和心率等、EEG脑电，眼动、人体动作，行为观察、面部表情、生物力学、人机交互。实现极低延迟的同步水平同时确保您的整体方案的便携性。

数据分析平台：如果研究人员希望得到比实时观察更深入、全面的结论， ErgoLAB平台可提供数据后期分析的强大工具。

ErgoLAB人机环境同步云平台综合统计分析模块包含多维度人-机-环境数据综合分析、EEG脑电分析与可视化、眼动分析与可视化、行为观察实时编码分析、面部表情分析与状态识别、动作姿态伤害评估与工效学分析、交互行为分析（ErgoLAB/ErgoVR人机交互测试版本）、时空行为分析、车辆与驾驶行为分析（ErgoLAB驾驶版本）、HRV心率变异性分析、EDA/GSR皮电分析、RESP呼吸分析、EMG肌电分析、General通用信号分析（如TEMP/SKT皮温/体温分析、EOG眼电分析以及其他环境与生物力学信号分析）。系统具备专门的信号处理模块以及开放式信号处理接口，可以直接导出可视化分析报告以及原始数据，支持第三方集成与定制开发。津发科技提供定制开发服务，与人因工程与工效学分析评价领域相关的算法模型、软硬件产品与技术可深入研发，详情咨询津发科技！

六、厂家介绍

北京津发科技股份有限公司是***高新技术企业、科技部认定的科技型中小企业和中关村高新技术企业，具备军工国防武器装备科研生产保密资质，具备自主进出口经营权；自主研发的人因工程与工效学相关技术、产品与服务荣获多项省部级科学技术奖励、国家发明专利、国家软件著作权和省部级新技术新产品（服务）认证；通过了欧洲 CE、美国 FCC、欧盟 RoHS、***、ISO14001、OHSAS18001 等多项国际认证和国家防爆认证。

津发科技设立人因工程专业的学术科研团队、技术团队及研发团队，并通过多年与科研机构及高校的产学研合作，积累了人因与工效学领域多项核心技术，以及基于机器学习等人工智能算法的状态识别和人机工效评价技术与研究方法等，是国内**的人因工程技术创新中心！津发科技技术与科研团队提供全方位的技术支持及学术服务，从实验室建设的规划与布局，到技术与学术培训与指导，全方位多角度提供实验室建设全生命周期的服务。

英国UCL伦敦大学学院生物医学光学研究实验室（BORL）衍生了Gowerlabs。实验室在过去30年中率先推广了近红外光谱脑功能成像技术。与UCL的一体化意味着Gowerlabs在fNIRS设备的设计、制造和应用方面拥有****的经验，并且始终站在开发新技术和新数据分析方法的*前沿。Gowerlabs（UCL）fNIRS系统已在四大洲的机构中使用，包括：剑桥大学，牛津大学，伦敦大学学院，瑞典哥德堡大学，美国波士顿儿童医院，美国普林斯顿大学和香港大学。

英国伦敦大学学院（UCL）是享誉世界的**综合研究型大学，在多个世界大学排行榜上位居全球前十。UCL生命科学暨临床科学研究院拥有英国规模*大、*久负盛名的医学和生命科学研究聚合体，以**教学及学术研究享誉全球。UCL脑科学学院在控制身体机能的神经通路、认知和心理等确定人类行为的研究和教学领域处于世界**地位，是全球公认的***。

七、参考文献