腦電波EEG傳感方案丨穿戴腦機(jī)接口BCI設(shè)備的挑戰(zhàn)

有別于科研用腦電產(chǎn)品，穿戴腦機(jī)接口BCI設(shè)備的開發(fā)需要考慮到信號(hào)獲取的方便性和使用者的體驗(yàn)，不但要求有較高的信號(hào)精度，信號(hào)采集的方式需要簡單、體驗(yàn)舒適，而且還要求系統(tǒng)的尺寸和重量便于穿戴，以及產(chǎn)品要有較長的續(xù)航時(shí)間。因此在面向消費(fèi)者應(yīng)用領(lǐng)域的穿戴腦機(jī)接口設(shè)備上，其主流的發(fā)展方式是使用金屬干電極并放置在人體前額，再使用高精度的腦電傳感芯片獲取腦電EEG信號(hào)，通過信號(hào)處理與分析獲得腦波譜。

盡管信號(hào)的通道數(shù)目一般只有1-2通道，精度相對(duì)有所下降，但是在體驗(yàn)性、舒適性和使用方便性上具有很大的提升。寄希望于傳感芯片在高輸入阻抗和低噪聲設(shè)計(jì)性能方面的提高，以及人工智能算法和大數(shù)據(jù)分析手段在腦電信號(hào)處理和分析方面的發(fā)展，未來穿戴腦電產(chǎn)品有望在精度、舒適性方便做出更大的突破。

由于腦電波EEG信號(hào)十分微弱，幅度在幾微伏至幾十微伏，而且極其容易受到人體的微動(dòng)影響，即使在十分昂貴、精度很高的腦電科研設(shè)備中，往往被試者要求處于靜息狀態(tài)，且需要使用具有導(dǎo)電膏的濕電極才能采集到頭皮層的腦電信號(hào)。因此可想而知，在穿戴腦電監(jiān)測(cè)產(chǎn)品開發(fā)中，面臨的技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)有多大。

在使用金屬電極的前提下，要想獲得較高精度的腦電波EEG信號(hào)，這對(duì)于腦電傳感芯片的要求頗高。盡管國內(nèi)外近些年涌現(xiàn)出了大量的腦電頭環(huán)產(chǎn)品，但是大部分商業(yè)產(chǎn)品精度相對(duì)有限且極易受到環(huán)境噪聲干擾，逐漸淪為噱頭。一部分盡管有不錯(cuò)的精度，但是要么售價(jià)脫離群眾十分高昂、要么體積龐大不易使用。這些都極大程度限制了穿戴腦機(jī)接口設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。

由此看來，穿戴腦機(jī)接口BCI受到便攜性、信號(hào)精度以及成本、體積和功耗等諸多因素的制約。值得一提的是，芯森微電子的藍(lán)牙腦電模組EEGM102，作為集大成者很好地迎合了穿戴腦電設(shè)備的上述發(fā)展需求。EEGM102模組集成了芯森微?/Kingsense?的雙通道低噪聲腦電前端芯片KS1092和低功耗32-bit ARM? Cortex-M4F藍(lán)牙5.0處理器MCU，具有高精度的信號(hào)采集和強(qiáng)大的信號(hào)處理運(yùn)算能力。

支持使用金屬電極在前額獲取左右腦區(qū)的腦電波EEG信號(hào)，內(nèi)嵌的高能效信號(hào)預(yù)處理與分析算法直接通過藍(lán)牙無線輸出原始腦電α， β， γ， δ， θ波譜和量化的腦電分析特征值（如專注力、左右腦情緒、腦負(fù)荷壓力、疲勞度、放松度、冥想等指標(biāo)）。模組尺寸僅為12mm*20mm（包含藍(lán)牙MCU和天線），最大工作電流約5mA。

上述諸多特點(diǎn)無疑讓EEGM102模組成為推動(dòng)目前智能穿戴腦電監(jiān)測(cè)發(fā)展的重要催化劑，為穿戴腦機(jī)接口在意念控制、專注力訓(xùn)練、冥想、睡眠/情緒監(jiān)測(cè)，以及VR娛樂和智能穿戴產(chǎn)品等領(lǐng)域的開發(fā)提供了一套優(yōu)秀的解決方案。

審核編輯：符乾江