伴随着无线技术、放大技术及集成电路不断地进步,脑电信号的采集和应用在可穿戴、脑信号溯源、疾病诊断、人机交互、医疗健康等领域具有巨大的应用潜力。
无创地从人体表面采集高质量的脑电信号一直是一项极具挑战性的任务。开发一种便携、稳定的脑电传感器用于获取高质量的脑电信号成为很多研究机构和企业孜孜不倦追求的目标。
在体外无创式脑电传感器的研发领域,江苏省产业技术研究院脑机融合智能技术研究所(简称“集萃脑机所")走在了行业的前端。这家研究所成立于2019年7月,是一家专注于为教育娱乐、医疗健康、安防等行业,提供技术领先的脑机融合智能技术关键模块和解决方案的研发型企业,其中神经电极传感器是其研发攻克难关的重点之一。
3月29日,在深圳国际传感器与应用技术展览会现场,感知芯视界对集萃脑机所神经电极传感器研发中心负责人章祥先生进行了采访。这次他为了我们带来了最新推出的64导全脑便携式脑电帽,分享了体外式脑电传感器的技术发展情况以及未来前景。
江苏省产业技术研究院脑机融合智能技术研究所神经电极传感器研发中心负责人章祥
据介绍,章祥先生主要从事体外式脑电传感器材料的研发,研究所团队熟悉电极相关的传感材料和脑电采集的后端数据处理和应用,能够快速打通相关技术环节,突破技术瓶颈。
此外,章祥先生还担任集萃脑机所的孵化企业苏州意忆计科技有限公司(下文简称“意忆计 ”)的总经理。意忆计主要从事脑电、生物电在体传感技术、材料及器件的研发,提供脑电传感器的产品以及定制化技术服务。其中,便捷式凝胶脑电电极和配套产品处于行业领先水平,并已实现产业化应用,并连续两年成为世界机器人大赛脑机接口比赛的供应商,受到研究人员的广泛好评。
以下是专访对话内容:
专注脑电传感器 技术实力走在国际前列
Q:感谢您接受感知芯视界的专访,请您介绍一下您的研究方向和企业专注的领域?
章祥:我主要负责体外式神经电极传感器的研发和制作。苏州意忆计科技专注于脑电信号采集传感器,我们即将推出一款64导便携式凝胶脑电帽。
脑电信号的采集的第一步是将脑电电极材料贴在人的脑袋上,采集生物电信号,经后端放大器、软件算法进行处理后,进行一系列的场景应用。
目前市面上主流的脑电信号采集传感器采用湿电极法,需要用针管注射导电膏,导电膏中的氯、钾、钠等离子扩散进入人体皮肤的角质层,降低了电极与皮肤之间的接触阻抗。导电膏的形态类似现在医院做B超时用的液态胶体,这种方式采集到的脑电信号质量非常好。
但是湿电极法想要走出实验室、走出医院是行不通的。因为液态胶体状的导电膏涂到人的头发上,做完测试以后仍有很多残留,需要立刻洗头,使用不便利。
除此以外,市面上还有干电极法采集脑电信号,即用一个很硬的材质的电极扣在头上,它采集的脑电信号质量取决于干电极与头皮之间接触的压力,压力越大,信号越清晰。但可想而知,一个非常硬的东西紧紧勒住人的头皮,很容易让人接受不了。
目前,我们的凝胶脑电帽综合考虑干、湿电极使用中的不足之处,提供了一种折中的最优解决方案。在确保较高的脑电采集信号质量的同时,做到舒适性、便捷性兼备,使用后无需清洗头皮。
图:意忆计部分展品
Q:请您谈谈除了凝胶材料上的创新以外,我们的脑电帽还有哪些技术优势?
章祥:还有一种优势是它可调节。目前市面上很多的脑电帽都是不可调节的。按照人的不同头围分为大、中、小号,不同的头围需要佩戴不同的脑电帽。我们这款脑电帽不仅可以适配不同的头围,还可以适配不同的头型,可调节使电极良好贴附。
Q:请问凝胶方式的脑电传感器采集效率更高吗?
章祥:目前我们采集的效率对标导电膏,二者之间的信号相似度达到98.8%左右。而干电极跟导电膏比起来,信号相似度大概只在80%左右。相比干电极,凝胶电极采集的脑电信号质量更好一些。总结来说,凝胶电极信号质量是介于干电极和导电膏之间,优点是采集信号质量更接近于导电膏,但又提升了信号采集的便捷性和舒适性。
Q:请问国内大概有多少企业从事凝胶脑电帽的研发、生产工作?
章祥:在国内做脑电帽的企业比较多,但是做便捷式凝胶脑电帽的应该还没有。我们这款64导便捷式脑电帽兼容市面上的很多方案,包括导电膏、凝胶,也兼容市面上另外一种比较通用的盐水电极方式。
Q:请问凝胶脑电电极产品和国际上的产品对比,处于什么水平?