系統(tǒng)概述

ErgoLAB智能穿戴人因生理記錄儀是津發(fā)科技自主研發(fā)的第四代可穿戴人因記錄儀與多導(dǎo)生理記錄儀，采用多傳感器融合技術(shù)及算法，定位于精密科研級儀器設(shè)備；ErgoLAB智能穿戴系統(tǒng)是完全自主研發(fā)專利技術(shù)，具有多項(xiàng)國家發(fā)明專利與軟件著作權(quán)，通過了省部級新技術(shù)新產(chǎn)品認(rèn)證及國家防爆認(rèn)證，歐洲CE、美國FCC、歐盟Rohs、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001等多項(xiàng)國際管理體系認(rèn)證。

ErgoLAB智能穿戴人因生理記錄儀，可穿戴生理監(jiān)測系統(tǒng)是一組能佩戴在人體各處的穿戴式多參數(shù)綜合檢測儀，主要包含2通道耳夾智能穿戴傳感器，6通道手腕智能穿戴傳感器，4通道手指智能穿戴傳感器，6通道胸帶智能穿戴傳感器?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)測人體的SpO2血氧含量、RESP呼吸頻率、HR心跳速度、ECG心電變化、EDA皮電變化、PPG脈搏變化、SKT體溫、EMG肌電等生理指標(biāo)，還可以實(shí)時(shí)提取人體的姿態(tài)體位變化和GPS時(shí)空行為與空間位置數(shù)據(jù)。智能穿戴技術(shù)可提供高質(zhì)量、高精度數(shù)據(jù)采集同時(shí)被試佩戴舒適，是一套可在人體自然狀態(tài)下或運(yùn)動(dòng)過程中持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測測試者一系列生理參數(shù)和人體狀態(tài)的綜合測試系統(tǒng)，是監(jiān)測長時(shí)程運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和生理參數(shù)的最佳解決方案。

通過與高校及相關(guān)研究單位建立產(chǎn)學(xué)研合作，支持后續(xù)二次開發(fā)和聯(lián)合訂制研發(fā)， 可以結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等相關(guān)人工智能技術(shù)和算法進(jìn)行創(chuàng)新的人的狀態(tài)識別相關(guān)裝備研制和開發(fā)，如人的行為模式識別、情緒識別、疲勞狀態(tài)識別、認(rèn)知負(fù)荷研究等，也可以進(jìn)行士兵與運(yùn)動(dòng)員群體生理測試與反饋訓(xùn)練、生命體征監(jiān)測、人因數(shù)據(jù)記錄、人體狀態(tài)識別與預(yù)警等研究和定制開發(fā)。

系統(tǒng)分析軟件：

系統(tǒng)配套ErgoLAB生理測試云平臺：包含HRV心率變異性分析軟件、EDA皮電反應(yīng)分析軟件、RESP呼吸反應(yīng)分析軟件、EMG肌電分析系統(tǒng)、以及General通用信號分析軟件。內(nèi)置針對性的信號處理算法，自動(dòng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、降噪、插值、動(dòng)態(tài)識別等信號處理，同時(shí)支持各種生理指標(biāo)進(jìn)行時(shí)域分析、頻域分析以及非線性分析，并生成可視化報(bào)告圖表。同時(shí)結(jié)合ErgoLAB同步云平臺，可以整合其他人機(jī)環(huán)境數(shù)據(jù)如腦電與腦功能成像、眼動(dòng)、行為與表情、動(dòng)作與生物力學(xué)、物理環(huán)境，并進(jìn)行同步分析。所有的可穿戴數(shù)據(jù)采集模塊同步在線分析人體的腦電波變化、眼動(dòng)軌跡、以及與情緒變化相關(guān)的生理信號：肌電、心電、皮電、皮溫、呼吸、心率等生理變化。

ErgoLAB可穿戴手腕傳感器：支持測量SpO2血容量脈搏、EDA皮膚電、SKT皮膚溫度等生理信號以及ACC人體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集為一體的新型智能穿戴人因與生理記錄儀。

ErgoLAB可穿戴胸帶傳感器：支持測量RESP呼吸、ECG心電、EDA皮膚電等生理信號以及ACC人體姿態(tài)為一體的新型智能穿戴人因與生理記錄儀。

ErgoLAB可穿戴手指傳感器：支持測量PPG血容量脈搏、SpO2血氧飽和度、SKT皮膚溫度和EDA皮膚電生理信號為一體的新型智能穿戴組合傳感器。

ErgoLAB可穿戴耳夾傳感器：支持測量PPG血容量脈搏和SpO2血氧飽和度等生理信號為一體的新型智能穿戴人因與生理記錄儀。

ErgoLAB生理測試云平臺： 

1、完整的云項(xiàng)目管理及研究流程：包含云項(xiàng)目管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、同步記錄、數(shù)據(jù)回放、信號處理與分析，涵蓋整個(gè)科學(xué)研究流程。

2、滿足廣泛的云實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需求：適合于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、移動(dòng)終端、虛擬仿真以及真實(shí)現(xiàn)場研究，創(chuàng)建并運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序，刺激呈現(xiàn)與屏幕刷新同步。

ErgoLAB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)云平臺：

基于云服務(wù)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以分發(fā)到任意或全部測試終端進(jìn)行單人或群體實(shí)驗(yàn)，涵蓋從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、生成預(yù)覽、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行到毫秒精度的數(shù)據(jù)收集、處理分析全過程。采集的所有多模態(tài)數(shù)據(jù)均實(shí)時(shí)上傳存儲至云端數(shù)據(jù)庫，支持實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與大數(shù)據(jù)的云管理、云共享與云協(xié)作。

General通用信號分析軟件： 

ErgoLAB生理測試云平臺，除針對EMG、EDA、HRV、RESP信號的專業(yè)處理與分析軟件之外，還提供了General通用信號分析軟件，包含如生物力學(xué)信號（角度，加速度等）、環(huán)境信號（溫度、濕度、噪音、大氣壓、光照等）、皮溫SKT、眼電等，該分析模塊默認(rèn)為通用的處理方式，可滿足基本的信號處理與分析統(tǒng)計(jì)。

HRV心率變異性分析軟件：

ErgoLAB生理測試云平臺心電與脈搏信號分析

1、數(shù)據(jù)處理與特征點(diǎn)提取 ：系統(tǒng)內(nèi)置多種信號處理方式，包括小波、高/低通濾波等對原始信號進(jìn)行處理，自動(dòng)標(biāo)記R峰值點(diǎn)（包括異常值檢測、異常點(diǎn)矯正），提取IBI間期，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，可一鍵導(dǎo)出.csv文件。

2、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與可視化報(bào)告： 支持IBI間期的時(shí)域統(tǒng)計(jì)、經(jīng)FFT轉(zhuǎn)換的頻域數(shù)據(jù)以及非線性分析，從不同角度挖掘數(shù)據(jù)信息。支持一鍵導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)以及結(jié)果的可視化報(bào)告，更加可靠與豐富。

3、多模態(tài)數(shù)據(jù)同步交叉統(tǒng)計(jì) ：支持HRV信號與多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉統(tǒng)計(jì)分析，包括行為、眼動(dòng)、腦電、動(dòng)作捕捉以及其他的生理電信號數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多維度的結(jié)果驗(yàn)證與多模態(tài)數(shù)據(jù)更精確的的狀態(tài)識別。

4、信號分析模塊：

信號分析模塊包括時(shí)域分析、頻域分析和非線性分析三種，三者可實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換。

A.     時(shí)域分析（Time Domain）：包括全程記錄期間所有N-N間期的均值（MeanIBI）、全程記錄期間所有N-N間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）、全程記錄期間所有N-N間期的標(biāo)準(zhǔn)差平均值SDANN、相鄰N-N間期差值的標(biāo)準(zhǔn)差（SDANN Index）、相鄰N-N間期之差的標(biāo)準(zhǔn)差（SDSD）相鄰N-N間期差值的均方根（RMSSD）、相鄰N-N間期之差大于50ms的比例（PNN50）、相鄰N-N間期之差大于20ms的比例（PNN20）。SDNN與總體變異性相關(guān)，而RMSSD與副交感神經(jīng)影響心率的活動(dòng)有關(guān)。

B.     頻域分析（Frequency Domain）：運(yùn)用參數(shù)模型法和快速傅里葉變化將時(shí)域分析信號轉(zhuǎn)換為頻域分析信號，用以表達(dá)不同頻率的變異數(shù)量，包括：高頻段（HF 0.15-0.4Hz）、低頻段（LF 0.04-0.15Hz）、極低頻段（VLF 0.0033-0.04Hz）和超低頻段（ULF 0-0.0033Hz），并對信號進(jìn)行功率譜密度分析。從功率譜密度中確定信號的頻帶，將在功率譜分析圖中以不同的顏色區(qū)分。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括Power、Power Percent、Power Norm以及Peak、Total Power、LF/HF指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。

C.     非線性分析：散點(diǎn)圖分析（Pioncare）,利用R-R間期變化繪制圖像，包含了HRV的線性和非線性的變化趨勢了，給出了心臟波動(dòng)的直觀顯示，能揭示非線性過程和非周期性運(yùn)動(dòng)。同時(shí)引入了向量長度指數(shù)和向量角度指數(shù)，分別反映R-R間期的變化程度和相鄰R-R間期的變化程度。參數(shù)包含垂直偏差SD1，水平偏差SD2；差值散點(diǎn)圖（Scatter）：時(shí)間序列中連續(xù)的速率值之間的相關(guān)性，以連續(xù)三個(gè)IBI點(diǎn)做差值得到一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)做圖，得到四個(gè)象限的值。參數(shù)指標(biāo)包括：第一象限點(diǎn)的個(gè)數(shù)A++、第三象限點(diǎn)的個(gè)數(shù)B--。

EDA皮膚電反應(yīng)分析軟件：

ErgoLAB生理測試云平臺皮電信號分析軟件包含如下功能:

1、SC皮膚電導(dǎo)數(shù)據(jù)分析：SC上升一般反應(yīng)注意/情緒喚醒度的升高，降低代表注意/情緒喚醒度下降。系統(tǒng)通過多種平滑處理方法自動(dòng)提取隨時(shí)間變化的SC皮膚電導(dǎo)數(shù)值（單位μS），并一鍵導(dǎo)出CSV文件。

2、SCR事件相關(guān)皮電分析：Phasic信號是潛藏在tonic信號之下，系統(tǒng)通過出汗模型自動(dòng)提取Phasic EDA。通過自定義設(shè)置SCR幅值與時(shí)間窗口，完成事件相關(guān)SCR（ER-SCR）分析，包括nSCR、Latency、Amp、SCL、P.Driver Density、P.Driver Sum等數(shù)據(jù)指標(biāo)，充分滿足研究者分析需求。

3、SCL時(shí)相相關(guān)皮電分析：通過數(shù)學(xué)算法去除SCRs后平均的皮電水平值（SCL），系統(tǒng)自動(dòng)完成自定義事件片段或手動(dòng)劃分時(shí)間片段區(qū)域的漸變信號Tonic（SCL）分析，并導(dǎo)出時(shí)域信號Mean、Max、Min、SD、Variance、Polar Distance等數(shù)據(jù)指標(biāo)。

EMG肌電信號分析軟件：

ErgoLAB生理測試云平臺肌電分析軟件自動(dòng)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波降噪處理，根據(jù)MVC進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化與統(tǒng)計(jì)分析。時(shí)域分析包括原始數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、歸一化數(shù)據(jù)的Mean、Max、Min、SD、Variance、RMS、Mean Absolute Value、iEMG等指標(biāo)；頻域分析的中值頻率、均值頻率、可視化頻譜圖，系統(tǒng)支持自動(dòng)識別周期性動(dòng)態(tài)用力分析。

RESP呼吸信號分析軟件：

ErgoLAB生理測試云平臺呼吸反應(yīng)分析軟件提供多種濾波方式，便于根據(jù)研究需要進(jìn)行選擇與自定義調(diào)節(jié)。還可監(jiān)測與分析全程以及階段化的數(shù)據(jù)信息處理方式，更加精準(zhǔn)的分析某一時(shí)間段內(nèi)的呼吸行為。從而統(tǒng)計(jì)并導(dǎo)出呼吸信號的時(shí)域與頻域數(shù)據(jù)報(bào)告，具體數(shù)據(jù)包括時(shí)域數(shù)據(jù)AVRESP、SD、Max、Min、Rang；頻域數(shù)據(jù)Power、Peak值，以及可視化的功率譜圖等。