近日，来自西班牙巴利亚多利德大学的研究团队成功开发并验证了一款低成本、可穿戴的多通道脑电图（EEG）系统——ECOEEG。该系统以仅200美元的制造成本，实现了与商用高端设备相当的信号质量，有望大幅降低神经科学研究、脑机接口（BCI）等领域的门槛。
当前，商用EEG设备价格跨度极大，从302美元到50000美元不等，其中低成本设备普遍存在明显局限，如采用被动干电极导致信号质量较低、模数转换器（ADC）分辨率低于24位难以捕捉宽动态范围的EEG信号、电极位置固定缺乏灵活性等，这些问题严重限制了EEG技术在脑机接口（BCI）、认知研究等领域的广泛应用。为此，研究团队设计了ECOEEG系统，通过整合有源湿电极、高分辨率ADC及创新柔性头带，在大幅降低成本的同时保证了信号质量。
开发一款价格亲民的可穿戴式4通道脑电图系统，集成有源电极和新型柔性头带 @IEEE Access
该系统的技术要求基于国际临床神经生理学联合会（IFCN）、IEC 60601标准及相关研究制定，核心包括：采用有源湿电极以提升信号质量；共模抑制比（CMRR）需达到95dB以上以抵抗电源干扰；配备24位ADC及至少140Hz的采样率（满足0-70Hz的EEG信号的Nyquist准则）；支持无线通信与灵活的电极配置；总成本需低于当时最便宜的商用设备Muse 2（302美元）。
设计概述，重点介绍有源电极、ECOEEG 主采集板和电源模块 @IEEE Access
在电子系统设计上，有源电极部分由Ag/AgCl被动电极集成前置放大板（采用AD8603 CMOS运算放大器，共模抑制比典型值98dB）构成，其余电子设计包括两个RC低通滤波器和去耦电容，布线与前置放大器板通过热缩管封装以减少电磁干扰，同时使用NaCl导电凝胶降低电极阻抗。
ECOEEG主板以ADS1299-4版本芯片作为4通道24位ADC，负责信号数字化，其共模抑制比达110dB，采样率可设为250Hz或500Hz；采用CC2650微控制器实现蓝牙低功耗（BLE）通信，支持数据无线传输；电源管理依赖3.7V 450mAh锂聚合物电池，通过稳压器和升压转换器分别提供3.3V（数字部分）和5V（模拟部分及有源电极）电压。
电子系统设计。(a) 有源脑电图电极，由带有集成前置放大板的无源银/氯化银电极组成。(b) 前置放大板封装在热缩管中的有源电极。(c) ECOEEG主采集板，突出显示四个相互连接的功能单元：微控制器蓝牙、模数转换器、输入和电源模块。 @IEEE Access
机械设计方面，系统采用柔性头带与耳夹组合：头带由两条弹性带组成，带多个孔位，通过3D打印部件固定4个有源电极和1个被动偏置电极，孔位间距符合10-10系统标准，支持根据应用需求灵活调整电极位置；耳夹为3D打印结构，内置弹簧机制，用于固定参考电极以确保稳定接触。
完整的脑电图系统概述。(a) 拆解后的电极及其机械按钮。(b) 固定在机械按钮上的电极。(c) 完全组装好的电极安装在弹性带上。(d) 集成电极和参考耳夹的头带，电极连接到电子盒。(e) 用于固定参考电极的3D打印耳夹。@IEEE Access
性能评估结果显示，ECOEEG的峰值功耗为18mA（BLE通信时），典型功耗12mA，满电状态下续航可达35小时；总成本约200美元，其中商用Ag/AgCl电极是最主要成本构成。信号质量方面，通过对10名健康受试者（平均年龄29.5±5.23岁，7男3女）的闭眼静息态EEG信号记录，与商用设备g.Nautilus PRO对比分析了10项指标（包括相对功率、中位数频率、频谱熵等）。
结果表明，两者的功率谱密度（PSD）分布相似，核心生理特征（如闭眼时的α波峰值）在所有受试者中均清晰可见；尽管ECOEEG在高频噪声（γ波段）和信号不规则性上略高，但多数指标无统计学显著差异，证实其信号质量与商用设备功能相当。（其他指标测试此处略，详情可参考原论文）
每个通道在受试者（清醒、闭眼）间平均的归一化功率谱密度。ECOEEG信号用蓝色表示，g.Nautilus PRO信号用橙色表示。@IEEE Access
ECOEEG系统通过整合有源湿电极、24位ADC、柔性头带及BLE通信，在200美元的成本下实现了与中高端设备相当的信号质量，且具备灵活配置和长续航优势，适用于脑机接口、神经科学研究、认知评估等多种场景。研究也指出，未来需扩大样本量、测试在运动及不同脑机接口范式下的表现，以进一步验证其适用性。
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2025.3568302
