可穿戴近紅外腦成像系統(tǒng)一、產(chǎn)品概述
功能近紅外光譜成像技術(shù)(fNIRS)使用光來(lái)監(jiān)測(cè)人腦功能，功能性近紅外光譜技術(shù)是近年來(lái)新興的一種非侵入式腦功能成像技術(shù)。fNIRS進(jìn)行腦功能成像的原理與fMRI相似，即大腦神經(jīng)活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致局部的血液動(dòng)力學(xué)變化。其主要利用腦組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對(duì)600-900nm不同波長(zhǎng)的近紅外光吸收率的差異特性，來(lái)實(shí)時(shí)、直接檢測(cè)大腦皮層的血液動(dòng)力學(xué)活動(dòng)。
1995年，以小泉英明為首的的日立團(tuán)隊(duì)，研發(fā)近紅外光譜腦成像技術(shù)NIRS（NearInfrared Spectroscopy），*向世界成功推出腦功能定量成像裝置。這款研究大腦皮層血氧活動(dòng)變化的產(chǎn)品隨著技術(shù)的改進(jìn)與經(jīng)驗(yàn)的累積，已經(jīng)更新到ETG-7100，實(shí)現(xiàn)全腦同步檢測(cè)，支持高級(jí)腦功能研究。
近紅外光可以穿透人體組織和骨骼，達(dá)到顱內(nèi)2-3cm的深度，即大腦皮質(zhì)水平。近紅外光可被大腦血紅蛋白選擇性吸收。通過(guò)選用恰當(dāng)?shù)慕t外激光波長(zhǎng)（695nm,830nm）可準(zhǔn)確地反映出腦皮層氧合血紅蛋白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關(guān)系，血紅蛋白濃度的這些變化提供了腦功能的可靠度量。
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、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)和人因工程應(yīng)用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)在自然現(xiàn)場(chǎng)研究、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)
日立近紅外腦功能成像系統(tǒng)追求技術(shù)操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)同步采集。
●探索大腦皮層血流動(dòng)力學(xué)變化：近紅外光可以穿透人體組織和骨骼，達(dá)到顱內(nèi)2-3cm的深度，即大腦皮質(zhì)水平。近紅外光可被大腦血紅蛋白選擇性吸收。通過(guò)選用恰當(dāng)?shù)慕t外激光波長(zhǎng)（695nm，830nm）可準(zhǔn)確地反映出腦皮層氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度的變化。
●使用超短波695 nm，數(shù)據(jù)信噪比（S/N）高，噪聲少。使用兩種不同的波長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白及總血紅蛋白的濃度變化。靈活運(yùn)用血紅蛋白的光學(xué)特性，短波長(zhǎng)檢測(cè)，采集的數(shù)據(jù)噪聲干擾小，信噪比高。
●采用分頻技術(shù)處理數(shù)據(jù)，不受外來(lái)光干擾。分頻采集，室內(nèi)照明條件下檢測(cè)：采用Lock-in方式按照中心頻率變頻調(diào)節(jié)近紅外光，分頻采集使通道之間數(shù)據(jù)互不干擾，實(shí)現(xiàn)所有通道數(shù)據(jù)同時(shí)相檢測(cè)，避免不同時(shí)相引起的檢查誤差。頻率固定，采用雪崩光電二極管對(duì)抗外來(lái)光干擾性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明條件下檢測(cè)。
●通道間數(shù)據(jù)無(wú)時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)全通道同時(shí)相采集。
●探頭帽易佩戴，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高。硅膠探頭架，L 型光纖探頭，探頭位置任意可調(diào)。
三、產(chǎn)品型號(hào)
1、日立ETG-7100功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：可進(jìn)行48、72、96、120通道同時(shí)測(cè)量。可多通道同時(shí)測(cè)量多處所需部位。迎合檢測(cè)部位設(shè)計(jì)的探頭裝置可方便的完成檢測(cè)，如腦功能定位測(cè)定。測(cè)量時(shí)無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)束縛感。舒適的頭套及精巧的探頭設(shè)計(jì)，只需將探頭與頭皮接觸，便可以安全且多次反復(fù)進(jìn)行測(cè)量。裝置輕小可移動(dòng)，無(wú)需屏蔽室等特殊設(shè)備和環(huán)境。
●技術(shù)參數(shù)
同時(shí)測(cè)量的通道數(shù)： 48-120通道，支持近紅外超掃描、多模態(tài)腦功能測(cè)試。
信號(hào)采集方式：中心頻率變頻調(diào)節(jié)（可全通道同時(shí)計(jì)測(cè)）
光源波長(zhǎng)： 2波長(zhǎng)（695nm，830nm)
探測(cè)器： APD（雪崩光電倍增管）
2、日立ETG-4100功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：可進(jìn)行24，31，48，52通道同時(shí)測(cè)量。系統(tǒng)探頭佩戴簡(jiǎn)便，硅膠探頭架，L型光纖探頭，探頭位置任意可調(diào)。采用分頻采集，可室內(nèi)照明條件下檢測(cè)，采用Lock-in方式按照中心頻率變頻調(diào)節(jié)近紅外光，分頻采集使通道之間數(shù)據(jù)互不干擾，實(shí)現(xiàn)所有通道數(shù)據(jù)同時(shí)相檢測(cè)，避免不同時(shí)相引起的檢查誤差。頻率固定，采用雪崩光電二極管對(duì)抗外來(lái)光干擾性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明條件下檢測(cè)。
●技術(shù)參數(shù)
同時(shí)測(cè)量的通道數(shù)： 24-52通道
信號(hào)采集方式：中心頻率變頻調(diào)節(jié)（可全通道同時(shí)計(jì)測(cè)）
光源波長(zhǎng)： 2波長(zhǎng)（695nm，830nm)
探測(cè)器： APD（雪崩光電倍增管）
SFDA注冊(cè)證：有
3、日立WOT-1000功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：可進(jìn)行16通道同時(shí)測(cè)量。設(shè)備小巧輕便，可放入一個(gè)包里。頭部光圈和便攜控制盒可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立檢測(cè)。內(nèi)嵌光纖，不受光纖長(zhǎng)度的束縛，廣范圍內(nèi)可自由活動(dòng)。探頭接觸面積大，被試檢測(cè)時(shí)佩戴更舒適。一個(gè)筆記本電腦可同時(shí)對(duì)應(yīng)四套發(fā)射裝置，實(shí)現(xiàn)四人同時(shí)檢測(cè)，便于相互交流與合作。
●技術(shù)參數(shù)
同時(shí)測(cè)量的通道數(shù)：16通道
信號(hào)檢測(cè)方式：分時(shí)采集
光源波長(zhǎng)： 2波長(zhǎng)（705nm,830nm)
探測(cè)器：激光二極管
4、日立ETG-One功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：：可進(jìn)行24通道同時(shí)測(cè)量。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示腦皮質(zhì)功能活動(dòng)，多通道同時(shí)檢測(cè)多處所需部位，無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)束縛感。
●技術(shù)參數(shù)
同時(shí)測(cè)量的通道數(shù)： 22通道
信號(hào)采集方式：中心頻率變頻調(diào)節(jié)（可全通道同時(shí)計(jì)測(cè)）
光源波長(zhǎng)： 2波長(zhǎng)（695nm,830nm)
探測(cè)器： APD（雪崩光電倍增管）
SFDA注冊(cè)證：有
四、產(chǎn)品功能
1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統(tǒng)：日立Hitachi提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案，日立Hitachi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): 日立Hitachi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)。
3、強(qiáng)大的分析功能：
①提供“一站式”解決方案系統(tǒng)軟件，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到檢測(cè)，從原始數(shù)據(jù)到分析，ETG-4100“一站式”解決方案提供各種工具。
②實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中提供“Event”和“Stim”(block設(shè)計(jì))兩種檢測(cè)模式。
③提供多數(shù)據(jù)分析（相同Block加算平均、組間數(shù)據(jù)分析含計(jì)算組內(nèi)數(shù)據(jù)平均值、組間差異比較、t檢驗(yàn)等）、波形分析（興趣區(qū)域數(shù)據(jù)分析）、主成分分析在線(xiàn)分析軟件，并可將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)行線(xiàn)下軟件分析。
五、同步方案
日立HITACHI全系列功能性近紅外腦成像系統(tǒng)通過(guò)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)境下對(duì)裝備及系統(tǒng)進(jìn)行主觀(guān)和客觀(guān)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(guò)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(guān)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。
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(jié)論， ErgoLAB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(guān)察分析、面部表情分析、動(dòng)作姿態(tài)傷害評(píng)估與工效學(xué)分析、交互行為分析、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(hào)分析（如SKT皮溫分析、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(zhuān)門(mén)的信號(hào)處理模塊以及開(kāi)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(kāi)發(fā)。
六、廠(chǎng)家介紹
北京津發(fā)科技股份有限公司是國(guó)家、科技部認(rèn)定的科技型中小企業(yè)和中關(guān)村，具備國(guó)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(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(guò)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(zhuān)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(guò)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)的人因工程技術(shù)創(chuàng)新中心！津發(fā)科技的實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃建設(shè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)提供售后服務(wù)，從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的規(guī)劃與布局，到設(shè)備的培訓(xùn)與指導(dǎo)，多角度的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的全生命周期的服務(wù)。
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