穿戴式脑电采集系统正朝着更轻便、更高精度、更智能的方向发展，未来可能在医疗康复、人机交互、元宇宙等领域实现突破性应用，但仍需解决信号稳定性、舒适性、成本等关键问题。

穿戴式脑电（EEG）采集系统是一种用于实时、移动场景下监测大脑电活动的可穿戴设备，相较于传统脑电帽，具有轻量化、柔性贴合、无线传输等特点，广泛应用于医疗诊断、脑机接口（BCI）、神经反馈训练、睡眠监测等领域。

 

1. 系统组成

 

 

(1) 电极模块

 

  • 电极类型：

    • 湿电极：Ag/AgCl + 导电凝胶（信号质量高，但需定期补充凝胶）。

    • 干电极：金属微针/导电聚合物（无需凝胶，适合长期佩戴，但阻抗较高）。

    • 纺织电极：银纤维/碳纤维编织（舒适，但易受运动干扰）。

    • 柔性电极：石墨烯/液态金属（高贴合度，抗运动伪影）。

  • 电极布局：

    • 国际10-20系统（标准EEG通道，如Fp1, C3, O2等）。

    • 简化版（单通道/多通道，如消费级头环仅用FP1/FP2）。

 

(2) 信号采集与处理

 

  • 模拟前端（AFE）：

    • 低噪声放大器（LNA）、带通滤波（0.5-100 Hz）、模数转换（ADC）。

    • 典型芯片：Texas Instruments ADS1299（医疗级EEG AFE）。

  • 降噪技术：

    • 硬件：屏蔽线、右腿驱动（RLD）降低共模干扰。

    • 软件：ICA（独立成分分析）、小波变换去除眼电/肌电伪影。

 

(3) 数据传输

 

  • 有线：USB/轻量化线缆（实验室设备，如BioSemi）。

  • 无线：

    • 蓝牙/BLE（低功耗，如Muse头环）。

    • Wi-Fi（高数据量，如科研级EEG）。

    • 近场通信（NFC，用于低功耗植入式设备）。

 

(4) 电源管理

 

  • 可充电锂电池（如3.7V 500mAh，支持8-24小时续航）。

  • 能量采集技术（实验阶段：摩擦纳米发电机TENG）。

 

(5) 软件与算法

 

  • 实时显示：脑电波形（α/β/θ/γ波）、频谱分析。

  • BCI应用：

    • 运动想象（MI-BCI）：控制外设（轮椅、机械臂）。

    • SSVEP/P300：视觉/听觉诱发电位识别。

  • 神经反馈：专注度/放松度训练（如游戏化EEG应用）。

 

2. 技术挑战

 

挑战 解决方案
信号质量 高阻抗干电极优化、自适应滤波算法
运动伪影 惯性传感器（IMU）辅助运动校正
舒适性 柔性材料、透气设计、轻量化（<100g）
长期稳定性 自清洁电极、抗汗涂层
功耗 低功耗蓝牙+边缘计算（如TensorFlow Lite）

 

3. 典型应用场景

 

 

(1) 医疗与健康

 

  • 癫痫监测：异常放电预警。

  • 睡眠分析：REM/深睡眠阶段识别。

  • 认知障碍：阿尔茨海默病早期筛查。

 

(2) 脑机接口（BCI）

 

  • 控制外设：轮椅、智能家居（通过SSVEP/P300）。

  • 虚拟现实（VR）：意念交互游戏（如Neurable头显）。

(3) 消费电子

  • 专注力训练：NeuroSky MindWave（教育/办公场景）。

  • 情绪监测：Muse头环（冥想辅助）。

 

(4) 科研与军事

 

  • 神经增强：DARPA项目（提高士兵认知能力）。

  • 脑-脑通信：实验性“脑联网”研究。

 

4. 商业产品示例

 

产品 特点 应用领域
Muse S 7通道干电极，蓝牙传输，神经反馈 冥想/睡眠监测
Emotiv EPOC X 14通道湿电极，研究级EEG BCI/科研
NeuroSky MindWave 单通道干电极，低成本 教育/游戏
CGX Quick-20 水凝胶电极，快速佩戴设计 医疗/运动科学

 

5. 未来发展趋势

 

  • 更高通道数：128+通道柔性电极阵列（如Neuralink的植入式方向）。

  • AI增强分析：端侧深度学习（如EEGNet模型实时解码）。

  • 无感佩戴：隐形电子纹身电极（如MIT开发的“DuoSkin”）。

  • 多模态融合：EEG + fNIRS（近红外光谱）提升信号精度。