ErgoLAB智能穿戴人因生理记录仪

一、产品概述

ErgoLAB智能穿戴人因生理记录仪，是津发科技自主研发的第四代可穿戴多导生理记录系统，传感器采用多信号融合技术及算法，同时监测多种生理参数，提高研究效率与便携性，定位于科研级仪器设备。​

ErgoLAB智能穿戴人因生理记录仪，可穿戴生理监测系统是一组能佩戴在人体各处的穿戴式多参数生命体征综合检测仪，主要包含3通道耳夹智能穿戴传感器，6通道手腕智能穿戴传感器，4通道手指智能穿戴传感器，6通道胸带智能穿戴传感器。可实时监测人体的SpO2血氧含量、RESP呼吸频率、HR心跳速度、ECG心电变化、EDA皮电变化、PPG脉搏变化、SKT体温、EMG肌电等生理指标，还可以实时提取人体的姿态变化和GPS时空行为轨迹与空间位置数据。智能穿戴技术可提供高质量、高精度数据采集同时被试佩戴舒适，是一套可在人体自然状态下或运动过程中持续实时监测测试者一系列生理参数和人体状态的综合测试系统，是监测长时程运动状态和生理参数的优良解决方案。

二、配套分析软件：

系统配套ErgoLAB测试分析云平台：包含HRV心率变异性分析软件、EDA皮电反应分析软件、RESP呼吸反应分析软件、EMG肌电分析系统、以及General通用信号分析软件。内置针对性的信号处理算法，自动对数据进行滤波、降噪、插值、动态识别等信号处理，同时支持各种生理指标进行时域分析、频域分析以及非线性分析，并生成可视化报告图表。同时结合ErgoLAB多模态数据同步云平台，可以整合其他人机环境数据如脑电与脑功能成像、眼动、行为与表情、动作与生物力学、物理环境，并进行同步分析与可视化报告生成。所有的可穿戴数据采集模块同步在线分析人体的脑电波变化、眼动轨迹、以及与情绪变化相关的生理信号：肌电、心电、皮电、皮温、呼吸、心率等生理变化。

通过与高校及相关研究单位建立产学研合作，支持后续二次开发和联合订制研发， 可以结合神经网络、机器学习等相关人工智能技术和算法进行创新的人的状态识别相关装备研制和开发，如人的行为模式识别、情绪识别、疲劳状态识别、认知负荷研究等，也可以进行士兵与运动员群体生理测试与反馈训练、生命体征监测、人因数据记录、人体状态识别与预警等研究和定制开发。

ErgoLAB平台是自主研发技术，具有多项国家发明与软件著作权，通过了多项管理体系认证。广泛应用于心理与行为观察、人因智能与人机互动、人机界面设计与产品可用性测试、产品（广告）营销、汽车驾驶（交通安全）、工业管理、工业设计、人因工程、消费行为学、应急行为研究、安全科学、环境行为学、建筑设计等多个领域科学研究。

三、智能穿戴硬件产品特点

1. ErgoLAB可穿戴手腕传感器：

● 支持测量SpO2血容量脉搏、EDA皮肤电、SKT皮肤温度等生理信号以及ACC人体姿态数据采集为一体的新型智能穿戴人因与生理记录仪。

2. ErgoLAB可穿戴胸带传感器：

● 支持测量RESP呼吸、ECG心电、EDA皮肤电等生理信号以及ACC人体姿态为一体的新型智能穿戴人因与生理记录仪。

3. ErgoLAB可穿戴手指传感器：

● 支持测量PPG血容量脉搏、SpO2血氧饱和度、SKT皮肤温度和EDA皮肤电生理信号为一体的新型智能穿戴组合传感器。

4. ErgoLAB可穿戴耳夹传感器：

● 支持测量PPG血容量脉搏和SpO2血氧饱和度等生理信号为一体的新型智能穿戴人因与生理记录仪。

四、软件产品特点

1. ErgoLAB生理测试云平台

● 1、完整的云项目管理及研究流程：包含云项目管理、实验设计、同步记录、数据回放、信号处理与分析，涵盖整个科学研究流程。

● 2、满足广泛的云实验设计需求：适合于实验室环境、移动终端、虚拟仿真以及真实现场研究，创建并运行实验程序，刺激呈现与屏幕刷新同步。

2. ErgoLAB实验设计云平台

● 基于云服务器进行实验设计，可以分发到任意或整体测试终端进行单人或群体实验，涵盖从实验设计、生成预览、实验运行到毫秒精度的数据收集、处理分析全过程。采集的所有多模态数据均实时上传存储至云端数据库，支持实验设计与大数据的云管理、云共享与云协作。

3. General通用信号分析软件：

● ErgoLAB生理测试云平台，除针对EMG、EDA、HRV、RESP信号的处理与分析软件之外，还提供了General通用信号分析软件，包含如生物力学信号（角度，加速度等）、环境信号（温度、湿度、噪音、大气压、光照等）、皮温SKT、眼电等，该分析模块默认为通用的处理方式，可满足基本的信号处理与分析统计。

4. HRV心率变异性分析软件：ErgoLAB心电与脉搏信号分析

● 1、数据处理与特征点提取 ：系统内置多种信号处理方式，包括小波、高/低通滤波等对原始信号进行处理，自动标记R峰值点（包括异常值检测、异常点矫正），提取IBI间期，进行数据统计与分析，可一键导出.csv文件。

● 2、数据统计与可视化报告： 支持IBI间期的时域统计、经FFT转换的频域数据以及非线性分析，从不同角度挖掘数据信息。支持一键导出原始数据、处理数据、统计分析数据以及结果的可视化报告，更加可靠与丰富。

● 3、多模态数据同步交叉统计 ：支持HRV信号与多模态数据进行交叉统计分析，包括行为、眼动、脑电、动作捕捉以及其他的生理电信号数据，实现多维度的结果验证与多模态数据更准确的状态识别。

● 4、信号分析模块：信号分析模块包括时域分析、频域分析和非线性分析三种，三者可实现自由转换。

● A.     时域分析（Time Domain）：包括全程记录期间N-N间期的均值（MeanIBI）、全程记录期间N-N间期的标准差（SDNN）、全程记录期间N-N间期的标准差平均值SDANN、相邻N-N间期差值的标准差（SDANN Index）、相邻N-N间期之差的标准差（SDSD）相邻N-N间期差值的均方根（RMSSD）、相邻N-N间期之差大于50ms的比例（PNN50）、相邻N-N间期之差大于20ms的比例（PNN20）。SDNN与总体变异性相关，而RMSSD与副交感神经影响心率的活动有关。

● B.     频域分析（Frequency Domain）：运用参数模型法和快速傅里叶变化将时域分析信号转换为频域分析信号，用以表达不同频率的变异数量，包括：高频段（HF 0.15-0.4Hz）、低频段（LF 0.04-0.15Hz）、极低频段（VLF 0.0033-0.04Hz）和超低频段（ULF 0-0.0033Hz），并对信号进行功率谱密度分析。从功率谱密度中确定信号的频带，将在功率谱分析图中以不同的颜色区分。统计数据包括Power、Power Percent、Power Norm以及Peak、Total Power、LF/HF指标统计。

● C.     非线性分析：散点图分析（Pioncare）,利用R-R间期变化绘制图像，包含了HRV的线性和非线性的变化趋势了，给出了心脏波动的直观显示，能揭示非线性过程和非周期性运动。同时引入了向量长度指数和向量角度指数，分别反映R-R间期的变化程度和相邻R-R间期的变化程度。参数包含垂直偏差SD1，水平偏差SD2；差值散点图（Scatter）：时间序列中连续的速率值之间的相关性，以连续三个IBI点做差值得到一个坐标点做图，得到四个象限的值。参数指标包括：第一象限点的个数A++、第三象限点的个数B--。

5. EDA皮肤电反应分析软件：ErgoLAB生理测试云平台皮电信号分析软件包含如下功能:

●1、SC皮肤电导数据分析：SC上升一般反应注意/情绪唤醒度的升高，降低代表注意/情绪唤醒度下降。系统通过多种平滑处理方法自动提取随时间变化的SC皮肤电导数值（单位μS），并一键导出CSV文件。

●2、SCR事件相关皮电分析：Phasic信号是潜藏在tonic信号之下，系统通过出汗模型自动提取Phasic EDA。通过自定义设置SCR幅值与时间窗口，完成事件相关SCR（ER-SCR）分析，包括nSCR、Latency、Amp、SCL、P.Driver Density、P.Driver Sum等数据指标，充分满足研究者分析需求。

●3、SCL时相相关皮电分析：通过数学算法去除SCRs后平均的皮电水平值（SCL），系统自动完成自定义事件片段或手动划分时间片段区域的渐变信号Tonic（SCL）分析，并导出时域信号Mean、Max、Min、SD、Variance、Polar Distance等数据指标。

6. EMG肌电信号分析软件：

●ErgoLAB肌电分析软件自动对原始数据进行滤波降噪处理，根据MVC进行数据归一化与统计分析。时域分析包括原始数据、处理数据、归一化数据的Mean、Max、Min、SD、Variance、RMS、Mean Absolute Value、iEMG等指标；频域分析的中值频率、均值频率、可视化频谱图，系统支持自动识别周期性动态用力分析。

7. RESP呼吸信号分析软件：

●ErgoLAB呼吸反应分析软件提供多种滤波方式，便于根据研究需要进行选择与自定义调节。还可监测与分析全程以及阶段化的数据信息处理方式，更加准确的分析某一时间段内的呼吸行为。从而统计并导出呼吸信号的时域与频域数据报告，具体数据包括时域数据AVRESP、SD、Max、Min、Rang；频域数据Power、Peak值，以及可视化的功率谱图等。

●可视化行为分析

　　基于多维度人机环境时空数据同步技术，系统采集的任意数据均可以作为时空分析的数据源进行可视化分析与统计，如眼动数据、生理数据、行为编码数据等与时空轨迹的同步分析。数据分析方式包括可视化空间位置、人迹地图、时空热力图、以及行为编码时空热图、SOI时空数据统计与序列性分析。

　　系统支持统计SOI兴趣区内所有行为编码数据，包括在兴趣区域内的每组行为名称、发生次数、每分钟发生次数、总持续时间、最小持续时间、最大持续时间、平均持续时间等。

五、应用领域

●心理学与神经科学研究；

●人因工程与工效学研究；

●人因智能与人机交互研究；

●智能交通与驾驶行为研究；

●建筑人居健康与环境行为研究；

●市场研究与消费者调研；

●用户体验与交互研究；

●教育研究；

●临床研究；

●婴儿研究；

●体育运动研究；

●沉浸式VR研究；

六、厂家介绍

●北京津发科技股份有限公司是高新技术企业、科技部认定的科技型中小企业和中关村高新技术企业，具备自主进出口经营权；自主研发的人因工程与工效学相关技术、产品与服务荣获多项省部级科学技术奖励、国家发明专利、国家软件著作权和省部级新技术新产品（服务）认证；通过了多项认证。　　

●津发科技设立人因工程专业的学术科研团队、技术团队及研发团队，并通过多年与科研机构及高校的产学研合作，积累了人因与工效学领域多项关键技术，以及基于机器学习等人工智能算法的状态识别和人机工效评价技术与研究方法等。津发科技的实验室规划建设技术团队提供全方位的技术支持及售后服务，从实验室建设的规划与布局，到设备的培训与指导，全方位多角度的进行实验室建设的全生命周期的服务。

系统概述

ErgoLAB智能穿戴人因生理记录仪是津发科技自主研发的第四代可穿戴人因记录仪与多导生理记录仪，采用多传感器融合技术及算法，定位于科研级仪器设备；ErgoLAB智能穿戴系统是完全自主研发专利技术，具有多项国家发明专利与软件著作权，通过了多项管理体系认证。

ErgoLAB智能穿戴人因生理记录仪，可穿戴生理监测系统是一组能佩戴在人体各处的穿戴式多参数综合检测仪，主要包含2通道耳夹智能穿戴传感器，6通道手腕智能穿戴传感器，4通道手指智能穿戴传感器，6通道胸带智能穿戴传感器。可实时监测人体的SpO2血氧含量、RESP呼吸频率、HR心跳速度、ECG心电变化、EDA皮电变化、PPG脉搏变化、SKT体温、EMG肌电等生理指标，还可以实时提取人体的姿态变化和GPS时空行为与空间位置数据。智能穿戴技术可提供高质量、高精度数据采集同时被试佩戴舒适，是一套可在人体自然状态下或运动过程中持续实时监测测试者一系列生理参数和人体状态的综合测试系统，是监测长时程运动状态和生理参数的优良解决方案。

通过与高校及相关研究单位建立产学研合作，支持后续二次开发和联合订制研发， 可以结合神经网络、机器学习等相关人工智能技术和算法进行创新的人的状态识别相关装备研制和开发，如人的行为模式识别、情绪识别、疲劳状态识别、认知负荷研究等，也可以进行士兵与运动员群体生理测试与反馈训练、生命体征监测、人因数据记录、人体状态识别与预警等研究和定制开发。

系统分析软件：

系统配套ErgoLAB生理测试云平台：包含HRV心率变异性分析软件、EDA皮电反应分析软件、RESP呼吸反应分析软件、EMG肌电分析系统、以及General通用信号分析软件。内置针对性的信号处理算法，自动对数据进行滤波、降噪、插值、动态识别等信号处理，同时支持各种生理指标进行时域分析、频域分析以及非线性分析，并生成可视化报告图表。同时结合ErgoLAB同步云平台，可以整合其他人机环境数据如脑电与脑功能成像、眼动、行为与表情、动作与生物力学、物理环境，并进行同步分析。所有的可穿戴数据采集模块同步在线分析人体的脑电波变化、眼动轨迹、以及与情绪变化相关的生理信号：肌电、心电、皮电、皮温、呼吸、心率等生理变化。

ErgoLAB可穿戴手腕传感器：支持测量SpO2血容量脉搏、EDA皮肤电、SKT皮肤温度等生理信号以及ACC人体姿态数据采集为一体的新型智能穿戴人因与生理记录仪。

ErgoLAB可穿戴胸带传感器：支持测量RESP呼吸、ECG心电、EDA皮肤电等生理信号以及ACC人体姿态为一体的新型智能穿戴人因与生理记录仪。

ErgoLAB可穿戴手指传感器：支持测量PPG血容量脉搏、SpO2血氧饱和度、SKT皮肤温度和EDA皮肤电生理信号为一体的新型智能穿戴组合传感器。

ErgoLAB可穿戴耳夹传感器：支持测量PPG血容量脉搏和SpO2血氧饱和度等生理信号为一体的新型智能穿戴人因与生理记录仪。

ErgoLAB生理测试云平台： 

1、完整的云项目管理及研究流程：包含云项目管理、实验设计、同步记录、数据回放、信号处理与分析，涵盖整个科学研究流程。

2、满足广泛的云实验设计需求：适合于实验室环境、移动终端、虚拟仿真以及真实现场研究，创建并运行实验程序，刺激呈现与屏幕刷新同步。

ErgoLAB实验设计云平台：

基于云服务器进行实验设计，可以分发到任意或整体测试终端进行单人或群体实验，涵盖从实验设计、生成预览、实验运行到毫秒精度的数据收集、处理分析全过程。采集的所有多模态数据均实时上传存储至云端数据库，支持实验设计与大数据的云管理、云共享与云协作。

General通用信号分析软件： 

ErgoLAB生理测试云平台，除针对EMG、EDA、HRV、RESP信号的处理与分析软件之外，还提供了General通用信号分析软件，包含如生物力学信号（角度，加速度等）、环境信号（温度、湿度、噪音、大气压、光照等）、皮温SKT、眼电等，该分析模块默认为通用的处理方式，可满足基本的信号处理与分析统计。

HRV心率变异性分析软件：

ErgoLAB生理测试云平台心电与脉搏信号分析

1、数据处理与特征点提取 ：系统内置多种信号处理方式，包括小波、高/低通滤波等对原始信号进行处理，自动标记R峰值点（包括异常值检测、异常点矫正），提取IBI间期，进行数据统计与分析，可一键导出.csv文件。

2、数据统计与可视化报告： 支持IBI间期的时域统计、经FFT转换的频域数据以及非线性分析，从不同角度挖掘数据信息。支持一键导出原始数据、处理数据、统计分析数据以及结果的可视化报告，更加可靠与丰富。

3、多模态数据同步交叉统计 ：支持HRV信号与多模态数据进行交叉统计分析，包括行为、眼动、脑电、动作捕捉以及其他的生理电信号数据，实现多维度的结果验证与多模态数据更准确的状态识别。

4、信号分析模块：

信号分析模块包括时域分析、频域分析和非线性分析三种，三者可实现自由转换。

A.     时域分析（Time Domain）：包括全程记录期间N-N间期的均值（MeanIBI）、全程记录期间N-N间期的标准差（SDNN）、全程记录期间N-N间期的标准差平均值SDANN、相邻N-N间期差值的标准差（SDANN Index）、相邻N-N间期之差的标准差（SDSD）相邻N-N间期差值的均方根（RMSSD）、相邻N-N间期之差大于50ms的比例（PNN50）、相邻N-N间期之差大于20ms的比例（PNN20）。SDNN与总体变异性相关，而RMSSD与副交感神经影响心率的活动有关。

B.     频域分析（Frequency Domain）：运用参数模型法和快速傅里叶变化将时域分析信号转换为频域分析信号，用以表达不同频率的变异数量，包括：高频段（HF 0.15-0.4Hz）、低频段（LF 0.04-0.15Hz）、极低频段（VLF 0.0033-0.04Hz）和超低频段（ULF 0-0.0033Hz），并对信号进行功率谱密度分析。从功率谱密度中确定信号的频带，将在功率谱分析图中以不同的颜色区分。统计数据包括Power、Power Percent、Power Norm以及Peak、Total Power、LF/HF指标统计。

C.     非线性分析：散点图分析（Pioncare）,利用R-R间期变化绘制图像，包含了HRV的线性和非线性的变化趋势了，给出了心脏波动的直观显示，能揭示非线性过程和非周期性运动。同时引入了向量长度指数和向量角度指数，分别反映R-R间期的变化程度和相邻R-R间期的变化程度。参数包含垂直偏差SD1，水平偏差SD2；差值散点图（Scatter）：时间序列中连续的速率值之间的相关性，以连续三个IBI点做差值得到一个坐标点做图，得到四个象限的值。参数指标包括：第一象限点的个数A++、第三象限点的个数B--。

EDA皮肤电反应分析软件：

ErgoLAB生理测试云平台皮电信号分析软件包含如下功能:

1、SC皮肤电导数据分析：SC上升一般反应注意/情绪唤醒度的升高，降低代表注意/情绪唤醒度下降。系统通过多种平滑处理方法自动提取随时间变化的SC皮肤电导数值（单位μS），并一键导出CSV文件。

2、SCR事件相关皮电分析：Phasic信号是潜藏在tonic信号之下，系统通过出汗模型自动提取Phasic EDA。通过自定义设置SCR幅值与时间窗口，完成事件相关SCR（ER-SCR）分析，包括nSCR、Latency、Amp、SCL、P.Driver Density、P.Driver Sum等数据指标，充分满足研究者分析需求。

3、SCL时相相关皮电分析：通过数学算法去除SCRs后平均的皮电水平值（SCL），系统自动完成自定义事件片段或手动划分时间片段区域的渐变信号Tonic（SCL）分析，并导出时域信号Mean、Max、Min、SD、Variance、Polar Distance等数据指标。

EMG肌电信号分析软件：

ErgoLAB生理测试云平台肌电分析软件自动对原始数据进行滤波降噪处理，根据MVC进行数据归一化与统计分析。时域分析包括原始数据、处理数据、归一化数据的Mean、Max、Min、SD、Variance、RMS、Mean Absolute Value、iEMG等指标；频域分析的中值频率、均值频率、可视化频谱图，系统支持自动识别周期性动态用力分析。

RESP呼吸信号分析软件：

ErgoLAB生理测试云平台呼吸反应分析软件提供多种滤波方式，便于根据研究需要进行选择与自定义调节。还可监测与分析全程以及阶段化的数据信息处理方式，更加准确的分析某一时间段内的呼吸行为。从而统计并导出呼吸信号的时域与频域数据报告，具体数据包括时域数据AVRESP、SD、Max、Min、Rang；频域数据Power、Peak值，以及可视化的功率谱图等。