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英國(guó)UCL可穿戴近紅外腦成像系統(tǒng)

型號(hào):

產(chǎn)品時(shí)間:2023-07-20

簡(jiǎn)要描述:

英國(guó)UCL大學(xué)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室(BORL)最新研制開發(fā)了LUMO高密度可穿戴式近紅外腦成像系統(tǒng)。LUMO系統(tǒng)具有重量輕、可穿戴的特點(diǎn),不需要光纖,可適用于任何年齡和各種真實(shí)自然環(huán)境;六邊形傳感器可以在不同帽子和通道組合之間靈活調(diào)整與升級(jí)配置

詳細(xì)介紹


一、產(chǎn)品概述

英國(guó)UCL大學(xué)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室BORL最新研制開發(fā)了LUMO高密度可穿戴式近紅外腦成像系統(tǒng)。LUMO系統(tǒng)具有重量輕、可穿戴的特點(diǎn),不需要光纖,可適用于任何年齡和各種真實(shí)自然環(huán)境;六邊形傳感器可以在不同帽子和通道組合之間靈活調(diào)整與升級(jí)配置,通過(guò)允許跨傳感器的多距離光源-探測(cè)器形成測(cè)量通道,提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,提供連續(xù)、均勻高密度的到腦覆蓋范圍,形成高密度fNIRS或漫射光學(xué)層析成像(DOT)陣列。

LUMO系統(tǒng)配置包含36個(gè)光源,48個(gè)探測(cè)器(可選18個(gè)光源,24個(gè)探測(cè)器),可同時(shí)獲得高達(dá)42-1728個(gè)通道的數(shù)據(jù);擴(kuò)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(jié)果。

UCL_portico.jpg

功能性近紅外光譜成像技術(shù)(fNIRS)使用光來(lái)監(jiān)測(cè)人腦功能。該技術(shù)通過(guò)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可靠度量。

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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)

LUMO系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì):瓦片傳感器設(shè)計(jì)所形成的高密度采樣。

  • 增大了測(cè)量的腦區(qū)范圍:瓦片傳感器的設(shè)計(jì),允許在傳感器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,使得采樣區(qū)域更加密集而均勻,大大增加了大腦測(cè)量范圍,避免了錯(cuò)過(guò)某個(gè)大腦皮層的可能性;

  • 更加可靠的腦功能數(shù)據(jù):研究表明,高密度采樣較傳統(tǒng)的fNIRS采樣方式能夠獲取更加可靠的腦功能數(shù)據(jù)結(jié)果。只進(jìn)行某一固定間距(30mm)的測(cè)量方式極易受到來(lái)自頭皮的信號(hào)污染的影響;LUMO 對(duì)每個(gè)光源和探測(cè)器均提供了多個(gè)短距離的通道,這些通道可以用來(lái)檢測(cè)、分離和移除頭皮信號(hào)的干擾。只有采用高密度采樣,用戶才能真正確定所采集的數(shù)據(jù)來(lái)源于大腦;

  • 靈活的配置:LUMO突破性的模塊化設(shè)計(jì)使研究人員可以隨時(shí)在不同的帽子和陣列配置之間切換,從而節(jié)省了寶貴的實(shí)驗(yàn)時(shí)間;

  • 可擴(kuò)展的設(shè)計(jì):LUMO系統(tǒng)是模塊化的,這意味著用戶可以從少量傳感器開始,并在預(yù)算允許的范圍內(nèi)建立自己的LUMO系統(tǒng)。

將瓦片傳感器與特制的LUMOCAP帽子結(jié)合,用戶可以快速創(chuàng)建高密度的fNIRS陣列,實(shí)現(xiàn)可與fMRI分辨率媲美的3D腦功能成像。




三、功能應(yīng)用

1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統(tǒng):LUMO提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案,LUMO 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?jǐn)?shù)據(jù)同步。LUMO腦功能超掃描系統(tǒng)支持有線和無(wú)線兩種運(yùn)行模式,單人可達(dá)48-1728通道。符合人體工程學(xué)的六邊形傳感器設(shè)計(jì),通過(guò)允許跨傳感器的多距離光源-探測(cè)器形成測(cè)量通道(10-50mm),提供了連續(xù)、均勻的大腦覆蓋范圍,系統(tǒng)提供的平均皮層敏感性是傳統(tǒng)fNIRS100倍。LUMO fNIRS腦功能超掃描系統(tǒng)操作方便、不受空間限制、不受眼動(dòng)活動(dòng)等的影響,故常被用于生態(tài)效度較高的環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集。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EEGfNIRS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。為了準(zhǔn)確、全面、實(shí)時(shí)的測(cè)量大腦在認(rèn)知過(guò)程中的活動(dòng),實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)的腦成像方式無(wú)疑是一種更好的策略。結(jié)合EEGfNIRS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)。

四、系統(tǒng)組成

LUMO系統(tǒng)主要由三部分組成:LUMOTILE瓦片傳感器、LUMOCAP帽子和LUMOHUB集成器。

LUMOTILE瓦片傳感器:LUMO系統(tǒng)的核心部件,是一個(gè)六邊形瓦片狀傳感器。每個(gè)傳感器包含三個(gè)近紅外光源和四個(gè)探測(cè)器??梢栽谕咂瑐鞲衅鲀?nèi)部和傳感器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量;使用兩個(gè)LUMO瓦片傳感器最多可以產(chǎn)生48個(gè)fNIRS通道;具有防光管設(shè)計(jì);高品質(zhì)光學(xué)過(guò)濾器,最大限度地抑制周圍環(huán)境光線干擾;瓦片傳感器內(nèi)部光源與探測(cè)器間距為10mm20mm,瓦片傳感器之間的光源與探測(cè)器間距為50mm;符合人體工程學(xué)特點(diǎn),帽子連接簡(jiǎn)單快捷;可與3D定位系統(tǒng)配合使用;重量小于6g。

LUMOCAP帽子:由氯丁橡膠制成不同尺寸的帽子,每個(gè)帽子都包含一組基座,可將瓦片傳感器插入其中,采用印制電路板將多個(gè)基座組合在一起,使帽子可以拉伸和適應(yīng)各種頭型;與頭皮接觸的光導(dǎo)管可拆卸,可適用于各種發(fā)質(zhì)和人群。

LUMOHUB集成器:可在有線或無(wú)線模式下運(yùn)行,有線模式下使用線纜將帽子與HUB集成器連接,再將HUB集成器通過(guò)USB線與筆記本電腦連接。每個(gè)HUB集成器可同時(shí)連接多達(dá)三頂LUMOCAP,以便同步采集。LUMOHUB AIR無(wú)線集成器可佩帶在上臂或塞進(jìn)口袋里,適用于無(wú)線神經(jīng)成像應(yīng)用領(lǐng)域,包括運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域、自然環(huán)境領(lǐng)域和嬰兒日常環(huán)境中的相關(guān)研究。


五、技術(shù)規(guī)格



配置選項(xiàng)fNIRS 6×8fNIRS 18×24fNIRS 36×48
光源61836
探測(cè)器82448
通道數(shù)484321728
光源波長(zhǎng)735 nm, 850 nm
光二極管

感光面積:2.77 x 2.77 mm

數(shù)據(jù)采集16 Bit ADC
可穿戴部件重量120 g170 g240 g







 

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