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）*新研制開(kāi)發(fā)了LUMO高密度可穿戴式近紅外腦成像系統。LUMO系統具有重量輕、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整與升級配置，通過(guò)允許跨傳感器的多距離光源-探測器形成測量通道，提高數據質(zhì)量，提供連續、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42-1728個(gè)通道的數據；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。
功能性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。
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)
LUMO系統的核心優(yōu)勢：瓦片傳感器設計所形成的高密度采樣。
增大了測量的腦區范圍：瓦片傳感器的設計，允許在傳感器之間進(jìn)行數據采集，使得采樣區域更加密集而均勻，大大增加了大腦測量范圍，避免了錯過(guò)某個(gè)大腦皮層的可能性；
更加可靠的腦功能數據：研究表明，高密度采樣較傳統的fNIRS采樣方式能夠獲取更加可靠的腦功能數據結果。只進(jìn)行某一固定間距(30mm)的測量方式極易受到來(lái)自頭皮的信號污染的影響；LUMO 對每個(gè)光源和探測器均提供了多個(gè)短距離的通道，這些通道可以用來(lái)檢測、分離和移除頭皮信號的干擾。只有采用高密度采樣，用戶(hù)才能真正確定所采集的數據來(lái)源于大腦；
靈活的配置：LUMO突破性的模塊化設計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，從而節省了寶貴的實(shí)驗時(shí)間；
可擴展的設計：LUMO系統是模塊化的，這意味著(zhù)用戶(hù)可以從少量傳感器開(kāi)始，并在預算允許的范圍內建立自己的LUMO系統。
將瓦片傳感器與特制的LUMOCAP帽子結合，用戶(hù)可以快速創(chuàng )建高密度的fNIRS陣列，實(shí)現可與fMRI分辨率媲美的3D腦功能成像。
三、功能應用
●1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統：LUMO提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案，LUMO 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數據同步。LUMO腦功能超掃描系統支持有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種運行模式，單人可達48-1728通道。符合人體工程學(xué)的六邊形傳感器設計，通過(guò)允許跨傳感器的多距離光源-探測器形成測量通道(10-50mm)，提供了連續、均勻的大腦覆蓋范圍，系統提供的平均皮層敏感性是傳統fNIRS的100倍。LUMO fNIRS腦功能超掃描系統操作方便、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)行數據的收集。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。
四、系統組成
LUMO系統主要由三部分組成：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)探測器?？梢栽谕咂瑐鞲衅鲀炔亢蛡鞲衅髦g進(jìn)行數據測量；使用兩個(gè)LUMO瓦片傳感器最多可以產(chǎn)生48個(gè)fNIRS通道；具有防光管設計；高品質(zhì)光學(xué)過(guò)濾器，*大限度地抑制周?chē)h(huán)境光線(xiàn)干擾；瓦片傳感器內部光源與探測器間距為10mm和20mm，瓦片傳感器之間的光源與探測器間距為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各種頭型；與頭皮接觸的光導管可拆卸，可適用于各種發(fā)質(zhì)和人群。
●LUMOHUB集成器：可在有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)模式下運行，有線(xiàn)模式下使用線(xiàn)纜將帽子與HUB集成器連接，再將HUB集成器通過(guò)USB線(xiàn)與筆記本電腦連接。每個(gè)HUB集成器可同時(shí)連接多達三頂LUMOCAP，以便同步采集。LUMOHUB AIR無(wú)線(xiàn)集成器可佩帶在上臂或塞進(jìn)口袋里，適用于無(wú)線(xiàn)神經(jīng)成像應用領(lǐng)域，包括運動(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)規格
| 配置選項 | fNIRS 6×8 | fNIRS 18×24 | fNIRS 36×48 |
| 光源 | 6 | 18 | 36 |
| 探測器 | 8 | 24 | 48 |
| 通道數 | 48 | 432 | 1728 |
| 光源波長(cháng) | 735 nm, 850 nm | ||
| 光二極管 | 感光面積：2.77 x 2.77 mm | ||
| 數據采集 | 16 Bit ADC | ||
| 可穿戴部件重量 | 120 g | 170 g | 240 g |
