一、产品概述

英国UCL大学生物医学光学研究实验室（BORL）最新研制开发了LUMO高密度可穿戴式近红外脑成像系统。LUMO系统具有重量轻、可穿戴的特点，不需要光纤，可适用于任何年龄和各种真实自然环境；六边形传感器可以在不同帽子和通道组合之间灵活调整与升级配置，通过允许跨传感器的多距离光源-探测器形成测量通道，提高数据质量，提供连续、均匀高密度的到脑覆盖范围，形成高密度fNIRS或漫射光学层析成像(DOT)阵列。

LUMO系统配置包含36个光源，48个探测器(可选18个光源，24个探测器)，可同时获得高达42-1728个通道的数据；扩散光学层析成像技术（DOT）能以接近fMRI功能性核磁共振成像的空间分辨率显示血红蛋白浓度变化结果。

功能性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。

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

LUMO系统的核心优势：瓦片传感器设计所形成的高密度采样。

• 增大了测量的脑区范围：瓦片传感器的设计，允许在传感器之间进行数据采集，使得采样区域更加密集而均匀，大大增加了大脑测量范围，避免了错过某个大脑皮层的可能性；

• 更加可靠的脑功能数据：研究表明，高密度采样较传统的fNIRS采样方式能够获取更加可靠的脑功能数据结果。只进行某一固定间距(30mm)的测量方式极易受到来自头皮的信号污染的影响；LUMO 对每个光源和探测器均提供了多个短距离的通道，这些通道可以用来检测、分离和移除头皮信号的干扰。只有采用高密度采样，用户才能真正确定所采集的数据来源于大脑；

• 灵活的配置：LUMO突破性的模块化设计使研究人员可以随时在不同的帽子和阵列配置之间切换，从而节省了宝贵的实验时间；

• 可扩展的设计：LUMO系统是模块化的，这意味着用户可以从少量传感器开始，并在预算允许的范围内建立自己的LUMO系统。

将瓦片传感器与特制的LUMOCAP帽子结合，用户可以快速创建高密度的fNIRS阵列，实现可与fMRI分辨率媲美的3D脑功能成像。

三、功能应用

●1、fNIRS Hyperscanning脑功能超扫描系统：LUMO提供了fNIRS Hyperscanning脑功能超扫描解决方案，LUMO 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数据同步。LUMO脑功能超扫描系统支持有线和无线两种运行模式，单人可达48-1728通道。符合人体工程学的六边形传感器设计，通过允许跨传感器的多距离光源-探测器形成测量通道(10-50mm)，提供了连续、均匀的大脑覆盖范围，系统提供的平均皮层敏感性是传统fNIRS的100倍。LUMO fNIRS脑功能超扫描系统操作方便、不受空间限制、不受眼动活动等的影响，故常被用于生态效度较高的环境中进行数据的收集。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。

四、系统组成

LUMO系统主要由三部分组成：LUMOTILE瓦片传感器、LUMOCAP帽子和LUMOHUB集成器。

●LUMOTILE瓦片传感器：LUMO系统的核心部件，是一个六边形瓦片状传感器。每个传感器包含三个近红外光源和四个探测器。可以在瓦片传感器内部和传感器之间进行数据测量；使用两个LUMO瓦片传感器最多可以产生48个fNIRS通道；具有防光管设计；高品质光学过滤器，最大限度地抑制周围环境光线干扰；瓦片传感器内部光源与探测器间距为10mm和20mm，瓦片传感器之间的光源与探测器间距为50mm；符合人体工程学特点，帽子连接简单快捷；可与3D定位系统配合使用；重量小于6g。

●LUMOCAP帽子：由氯丁橡胶制成不同尺寸的帽子，每个帽子都包含一组基座，可将瓦片传感器插入其中，采用印制电路板将多个基座组合在一起，使帽子可以拉伸和适应各种头型；与头皮接触的光导管可拆卸，可适用于各种发质和人群。

●LUMOHUB集成器：可在有线或无线模式下运行，有线模式下使用线缆将帽子与HUB集成器连接，再将HUB集成器通过USB线与笔记本电脑连接。每个HUB集成器可同时连接多达三顶LUMOCAP，以便同步采集。LUMOHUB AIR无线集成器可佩带在上臂或塞进口袋里，适用于无线神经成像应用领域，包括运动领域、自然环境领域和婴儿日常环境中的相关研究。

五、技术规格