脑电波EEG传感方案丨穿戴脑机接口BCI设备的挑战

有别于科研用脑电产品，穿戴脑机接口BCI设备的开发需要考虑到信号获取的方便性和使用者的体验，不但要求有较高的信号精度，信号采集的方式需要简单、体验舒适，而且还要求系统的尺寸和重量便于穿戴，以及产品要有较长的续航时间。因此在面向消费者应用领域的穿戴脑机接口设备上，其主流的发展方式是使用金属干电极并放置在人体前额，再使用高精度的脑电传感芯片获取脑电EEG信号，通过信号处理与分析获得脑波谱。

尽管信号的通道数目一般只有1-2通道，精度相对有所下降，但是在体验性、舒适性和使用方便性上具有很大的提升。寄希望于传感芯片在高输入阻抗和低噪声设计性能方面的提高，以及人工智能算法和大数据分析手段在脑电信号处理和分析方面的发展，未来穿戴脑电产品有望在精度、舒适性方便做出更大的突破。

由于脑电波EEG信号十分微弱，幅度在几微伏至几十微伏，而且极其容易受到人体的微动影响，即使在十分昂贵、精度很高的脑电科研设备中，往往被试者要求处于静息状态，且需要使用具有导电膏的湿电极才能采集到头皮层的脑电信号。因此可想而知，在穿戴脑电监测产品开发中，面临的技术难点和挑战有多大。

在使用金属电极的前提下，要想获得较高精度的脑电波EEG信号，这对于脑电传感芯片的要求颇高。尽管国内外近些年涌现出了大量的脑电头环产品，但是大部分商业产品精度相对有限且极易受到环境噪声干扰，逐渐沦为噱头。一部分尽管有不错的精度，但是要么售价脱离群众十分高昂、要么体积庞大不易使用。这些都极大程度限制了穿戴脑机接口设备的发展和应用。

由此看来，穿戴脑机接口BCI受到便携性、信号精度以及成本、体积和功耗等诸多因素的制约。值得一提的是，芯森微电子的蓝牙脑电模组EEGM102，作为集大成者很好地迎合了穿戴脑电设备的上述发展需求。EEGM102模组集成了芯森微®/Kingsense®的双通道低噪声脑电前端芯片KS1092和低功耗32-bit ARM® Cortex-M4F蓝牙5.0处理器MCU，具有高精度的信号采集和强大的信号处理运算能力。

支持使用金属电极在前额获取左右脑区的脑电波EEG信号，内嵌的高能效信号预处理与分析算法直接通过蓝牙无线输出原始脑电α， β， γ， δ， θ波谱和量化的脑电分析特征值（如专注力、左右脑情绪、脑负荷压力、疲劳度、放松度、冥想等指标）。模组尺寸仅为12mm*20mm（包含蓝牙MCU和天线），最大工作电流约5mA。

上述诸多特点无疑让EEGM102模组成为推动目前智能穿戴脑电监测发展的重要催化剂，为穿戴脑机接口在意念控制、专注力训练、冥想、睡眠/情绪监测，以及VR娱乐和智能穿戴产品等领域的开发提供了一套优秀的解决方案。

审核编辑：符乾江