脑磁图(MEG)是脑科学和神经影像研究中不可或缺的工具。传统MEG设备主要基于超导量子干涉器件(SQUIDs),需要使用液氦冷却,操作复杂且成本高昂,从而限制了其广泛应用。
近年来,随着光泵磁强计(OPM)技术的快速发展,OPM-MEG系统应运而生。相比传统SQUID-MEG,OPM-MEG系统无需液氦冷却,可在室温下运行,显著降低了运行成本和维护复杂性。此外,它能够更接近头皮采集数据,从而增大信号强度,在捕捉脑活动的微弱信号方面更具优势。因此,OPM-MEG被认为是替代SQUID-MEG的有力候选,特别适用于脑科学、认知研究和神经疾病诊断领域。
2024年11月24日,首都医科大学三博脑科医院栾国明团队,在《Journal of Neural Engineering》上发表了题为“Performance of optically pumped magnetometer magnetoencephalography: validation in large samples and multiple tasks”的研究,首次通过大规模样本验证了国产OPM-MEG系统的性能。
该研究基于纳通科技集团生态圈企业北京昆迈医疗科技有限公司自主研发的PyraMag Epoch 64脑磁图系统,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。实验流程详见图1。
▲ 图1 听觉、视觉任务实验流程
结果表明,在听觉和视觉任务中,OPM-MEG成功诱发出与传统SQUID-MEG系统高度一致的神经活动模式(图2A,B (i)),展现了两者在反映神经活动上的高度一致性。在磁场分布方面,OPM-MEG和SQUID-MEG也呈现出相似的空间模式(见图2A,B (ii))。值得注意的是,OPM-MEG的信号强度显著高于SQUID-MEG(见图2A,B (iii)),这意味着OPM-MEG不仅在精度上满足研究要求,而且在捕捉神经信号的强度方面具有明显优势。进一步分析表明,OPM-MEG和SQUID-MEG在SNR方面相当(见图3)。这些结果证明,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。
▲ 图2 OPM-MEG与SQUID-MEG任务诱发
▲ 图3 OPM-MEG与SQUID-MEG信噪比结果
本研究验证了国产OPM-MEG作为新一代脑磁图技术的强大潜力,为替代传统液氦冷却的SQUID系统提供了实验依据。这一成果为我国自主研发的OPM-MEG系统在神经科学、脑疾病诊断等领域的应用提供了坚实支持,为脑科学的发展带来新的可能性。
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