穿戴式腦電采集系統(tǒng)正朝著更輕便、更高精度、更智能的方向發(fā)展，未來可能在醫(yī)療康復(fù)、人機(jī)交互、元宇宙等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性應(yīng)用，但仍需解決信號穩(wěn)定性、舒適性、成本等關(guān)鍵問題。

穿戴式腦電（EEG）采集系統(tǒng)是一種用于實時、移動場景下監(jiān)測大腦電活動的可穿戴設(shè)備，相較于傳統(tǒng)腦電帽，具有輕量化、柔性貼合、無線傳輸等特點，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、腦機(jī)接口（BCI）、神經(jīng)反饋訓(xùn)練、睡眠監(jiān)測等領(lǐng)域。

1. 系統(tǒng)組成

(1) 電極模塊

• 電極類型：

  • 濕電極：Ag/AgCl + 導(dǎo)電凝膠（信號質(zhì)量高，但需定期補(bǔ)充凝膠）。

  • 干電極：金屬微針/導(dǎo)電聚合物（無需凝膠，適合長期佩戴，但阻抗較高）。

  • 紡織電極：銀纖維/碳纖維編織（舒適，但易受運(yùn)動干擾）。

  • 柔性電極：石墨烯/液態(tài)金屬（高貼合度，抗運(yùn)動偽影）。

• 電極布局：

  • 國際10-20系統(tǒng)（標(biāo)準(zhǔn)EEG通道，如Fp1, C3, O2等）。

  • 簡化版（單通道/多通道，如消費(fèi)級頭環(huán)僅用FP1/FP2）。

(2) 信號采集與處理

• 模擬前端（AFE）：

  • 低噪聲放大器（LNA）、帶通濾波（0.5-100 Hz）、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）。

  • 典型芯片：Texas Instruments ADS1299（醫(yī)療級EEG AFE）。

• 降噪技術(shù)：

  • 硬件：屏蔽線、右腿驅(qū)動（RLD）降低共模干擾。

  • 軟件：ICA（獨立成分分析）、小波變換去除眼電/肌電偽影。

(3) 數(shù)據(jù)傳輸

• 有線：USB/輕量化線纜（實驗室設(shè)備，如BioSemi）。

• 無線：

  • 藍(lán)牙/BLE（低功耗，如Muse頭環(huán)）。

  • Wi-Fi（高數(shù)據(jù)量，如科研級EEG）。

  • 近場通信（NFC，用于低功耗植入式設(shè)備）。

(4) 電源管理

• 可充電鋰電池（如3.7V 500mAh，支持8-24小時續(xù)航）。

• 能量采集技術(shù)（實驗階段：摩擦納米發(fā)電機(jī)TENG）。

(5) 軟件與算法

• 實時顯示：腦電波形（α/β/θ/γ波）、頻譜分析。

• BCI應(yīng)用：

  • 運(yùn)動想象（MI-BCI）：控制外設(shè)（輪椅、機(jī)械臂）。

  • SSVEP/P300：視覺/聽覺誘發(fā)電位識別。

• 神經(jīng)反饋：專注度/放松度訓(xùn)練（如游戲化EEG應(yīng)用）。

2. 技術(shù)挑戰(zhàn)

3. 典型應(yīng)用場景

(1) 醫(yī)療與健康

• 癲癇監(jiān)測：異常放電預(yù)警。

• 睡眠分析：REM/深睡眠階段識別。

• 認(rèn)知障礙：阿爾茨海默病早期篩查。

(2) 腦機(jī)接口（BCI）

• 控制外設(shè)：輪椅、智能家居（通過SSVEP/P300）。

• 虛擬現(xiàn)實（VR）：意念交互游戲（如Neurable頭顯）。

(3) 消費(fèi)電子

• 專注力訓(xùn)練：NeuroSky MindWave（教育/辦公場景）。

• 情緒監(jiān)測：Muse頭環(huán)（冥想輔助）。

(4) 科研與軍事

• 神經(jīng)增強(qiáng)：DARPA項目（提高士兵認(rèn)知能力）。

• 腦-腦通信：實驗性“腦聯(lián)網(wǎng)”研究。

4. 商業(yè)產(chǎn)品示例

5. 未來發(fā)展趨勢

• 更高通道數(shù)：128+通道柔性電極陣列（如Neuralink的植入式方向）。

• AI增強(qiáng)分析：端側(cè)深度學(xué)習(xí)（如EEGNet模型實時解碼）。

• 無感佩戴：隱形電子紋身電極（如MIT開發(fā)的“DuoSkin”）。

• 多模態(tài)融合：EEG + fNIRS（近紅外光譜）提升信號精度。