原子磁力计脑磁成像-卧式脑磁图系统(OPM-MEG)通过量子操控技术下光与原子相互作用进行极弱磁场传感,可实现无创伤地大脑神经动态活动成像,揭示大脑实时活动信息。
原理解析:原子磁力计如何感知大脑信号?
脑磁图(Magnetoencephalography, MEG) 是一种新兴的功能性神经影像技术,通过记录大脑自然发生的磁场来绘制大脑活动,可进行脑功能区定位及评价脑活动状态。MEG可测量毫秒级别的大脑活动,并实时显示大脑活动的位置。
多模态医学成像装置配备的原子磁力计卧式脑磁图系统(OPM-MEG)基于原子磁力计(也称原子磁强计,光泵磁强计,即Optically Pumped Magnetometer, OPM)技术,使用高灵敏弱磁传感器阵列,配合高性能磁屏蔽装置,以非侵入方式实时检测大脑神经组织活动产生的磁场信号,是一种理想的新型脑功能影像设备,在神经系统疾病诊断、精神疾病筛查、穿戴式脑成像、婴幼儿脑发育、脑机接口等领域均有巨大应用前景。
技术亮点:OPM-MEG为何被认为是脑成像领域最尖端的技术之一?
安全无创,精准定位
OPM-MEG是一种完全无侵袭、无损伤、无辐射的脑功能成像设备,对人体无任何副作用或不良影响,适用于全年龄段的人群,孕妇和新生儿均适用。OPM-MEG的时间分辨率小于1ms,空间分辨率误差在0.5~1mm,可以精准捕捉微弱的颅内电磁信号,获取每一瞬间的脑活动情况,是无创脑机接口及无创脑功能疾病诊断的利器。
无需液氦,可贴合不同头型
OPM-MEG无需使用液氦,常温下即可工作,采用个性化扫描头盔设计,可贴合不同头型,将OPM传感器阵列覆盖全脑,捕捉更强脑磁信号。
超高灵敏度,直接观测脑功能状态
灵敏度达到fT(10-15T)量级,精准捕捉脑磁信号,检测神经元直接反应,提供了因自发或诱发而引起的大脑活动的功能信息,能够科学地评估和定位大脑功能。配合高性能磁屏蔽装置(剩余磁场典型值<0.5nT),无需建造磁屏蔽房,对场地要求低,安装更灵活,且可有效屏蔽外部电磁干扰。
一键式空间配准,多模态溯源
OPM-MEG可进行一键式空间配准,将捕捉到的动态数据与三维MRI解剖图像融合,形成集结构和功能于一体的四维脑成像,实现病灶的动态精确定位,从时间和空间两个方面最大程度地提高检测精度,并可轻松实现多模态溯源。
助力科研:OPM-MEG在神经科学领域有哪些应用场景?
临床应用 主要用于癫痫致痫灶定位和大脑功能区的评估与定位,辅助进行神经外科手术的术前规划;也可用于自闭症、抑郁症、精神分裂症等精神类疾病,以及阿尔茨海默症、帕金森病等神经退行性疾病的早期诊断及精准治疗相关研究;还可用于婴幼儿脑发育评估。
科研探索 认知神经科学研究;无创脑机接口;脑图谱研究;脑网络研究;神经解码等。
科研及应用范例分享:
听觉功能区定位

体感功能区定位

大规模样本验证国产OPM-MEG性能

该研究招募了100名受试者进行了听觉和视觉任务的实验测试,并分别采集了SQUID-MEG和OPM-MEG的数据信息,系统性评估了OPM-MEG的表现。结果表明,OPM-MEG在精度和信号捕捉能力上可以媲美国外的SQUID-MEG,甚至在信号强度上更具优势。
基于国产OPM-MEG的认知神经科学研究

该研究利用基于机器学习的多变量模式分析(MVPA)方法,深入探讨了面孔知觉的快速时间结构,尤其是面孔各维度信息在时间上的相互作用。突显了该技术在未来用于探索高级认知神经基础研究中的巨大潜力。
技术参考文献
1. Wang, X. et al.(2024). Performance of optically pumped magnetometer magnetoencephalography: validation in large samples and multiple tasks. Journal of Neural Engineering.
2. Xu, W. et al. (2024). Decoding the temporal structures and interactions of multiple face dimensions using optically pumped magnetometer magnetoencephalography (OPM-MEG). The Journal of neuroscience.
设备存放地点:
北京市怀柔区多模态跨尺度生物医学成像设施1号楼
设备负责人:
任君 博士
设备预约入口:https://ioc.nbic.cn:37218/#/equipment/detail?id=634741742402278597
设备预约方式:提前联系设备负责人,电话/微信:15801337195
点击查看: