伴隨著無線技術、放大技術及集成電路不斷地進步,腦電信號的采集和應用在可穿戴、腦信號溯源、疾病診斷、人機交互、醫療健康等領域具有巨大的應用潛力。
無創地從人體表面采集高質量的腦電信號一直是一項極具挑戰性的任務。開發一種便攜、穩定的腦電傳感器用于獲取高質量的腦電信號成為很多研究機構和企業孜孜不倦追求的目標。
在體外無創式腦電傳感器的研發領域,江蘇省產業技術研究院腦機融合智能技術研究所(簡稱“集萃腦機所")走在了行業的前端。這家研究所成立于2019年7月,是一家專注于為教育娛樂、醫療健康、安防等行業,提供技術領先的腦機融合智能技術關鍵模塊和解決方案的研發型企業,其中神經電極傳感器是其研發攻克難關的重點之一。
3月29日,在深圳國際傳感器與應用技術展覽會現場,感知芯視界對集萃腦機所神經電極傳感器研發中心負責人章祥先生進行了采訪。這次他為了我們帶來了最新推出的64導全腦便攜式腦電帽,分享了體外式腦電傳感器的技術發展情況以及未來前景。
江蘇省產業技術研究院腦機融合智能技術研究所神經電極傳感器研發中心負責人章祥
據介紹,章祥先生主要從事體外式腦電傳感器材料的研發,研究所團隊熟悉電極相關的傳感材料和腦電采集的后端數據處理和應用,能夠快速打通相關技術環節,突破技術瓶頸。
此外,章祥先生還擔任集萃腦機所的孵化企業蘇州意憶計科技有限公司(下文簡稱“意憶計 ”)的總經理。意憶計主要從事腦電、生物電在體傳感技術、材料及器件的研發,提供腦電傳感器的產品以及定制化技術服務。其中,便捷式凝膠腦電電極和配套產品處于行業領先水平,并已實現產業化應用,并連續兩年成為世界機器人大賽腦機接口比賽的供應商,受到研究人員的廣泛好評。
以下是專訪對話內容:
專注腦電傳感器 技術實力走在國際前列
Q:感謝您接受感知芯視界的專訪,請您介紹一下您的研究方向和企業專注的領域?
章祥:我主要負責體外式神經電極傳感器的研發和制作。蘇州意憶計科技專注于腦電信號采集傳感器,我們即將推出一款64導便攜式凝膠腦電帽。
腦電信號的采集的第一步是將腦電電極材料貼在人的腦袋上,采集生物電信號,經后端放大器、軟件算法進行處理后,進行一系列的場景應用。
目前市面上主流的腦電信號采集傳感器采用濕電極法,需要用針管注射導電膏,導電膏中的氯、鉀、鈉等離子擴散進入人體皮膚的角質層,降低了電極與皮膚之間的接觸阻抗。導電膏的形態類似現在醫院做B超時用的液態膠體,這種方式采集到的腦電信號質量非常好。
但是濕電極法想要走出實驗室、走出醫院是行不通的。因為液態膠體狀的導電膏涂到人的頭發上,做完測試以后仍有很多殘留,需要立刻洗頭,使用不便利。
除此以外,市面上還有干電極法采集腦電信號,即用一個很硬的材質的電極扣在頭上,它采集的腦電信號質量取決于干電極與頭皮之間接觸的壓力,壓力越大,信號越清晰。但可想而知,一個非常硬的東西緊緊勒住人的頭皮,很容易讓人接受不了。
目前,我們的凝膠腦電帽綜合考慮干、濕電極使用中的不足之處,提供了一種折中的最優解決方案。在確保較高的腦電采集信號質量的同時,做到舒適性、便捷性兼備,使用后無需清洗頭皮。
圖:意憶計部分展品
Q:請您談談除了凝膠材料上的創新以外,我們的腦電帽還有哪些技術優勢?
章祥:還有一種優勢是它可調節。目前市面上很多的腦電帽都是不可調節的。按照人的不同頭圍分為大、中、小號,不同的頭圍需要佩戴不同的腦電帽。我們這款腦電帽不僅可以適配不同的頭圍,還可以適配不同的頭型,可調節使電極良好貼附。
Q:請問凝膠方式的腦電傳感器采集效率更高嗎?
章祥:目前我們采集的效率對標導電膏,二者之間的信號相似度達到98.8%左右。而干電極跟導電膏比起來,信號相似度大概只在80%左右。相比干電極,凝膠電極采集的腦電信號質量更好一些??偨Y來說,凝膠電極信號質量是介于干電極和導電膏之間,優點是采集信號質量更接近于導電膏,但又提升了信號采集的便捷性和舒適性。
Q:請問國內大概有多少企業從事凝膠腦電帽的研發、生產工作?
章祥:在國內做腦電帽的企業比較多,但是做便捷式凝膠腦電帽的應該還沒有。我們這款64導便捷式腦電帽兼容市面上的很多方案,包括導電膏、凝膠,也兼容市面上另外一種比較通用的鹽水電極方式。
Q:請問凝膠腦電電極產品和國際上的產品對比,處于什么水平?