脑磁图（Magnetoencephalography, MEG）是一种无创伤性地探测大脑生理信号的脑功能检测技术，具有毫秒级的时间分辨率和毫米级时间分辨率，且信号不受组织导电率和颅骨厚度等影响，在对活动的神经元的定位精度和测量信号的灵敏度上有很大优势。脑磁信号的获得是通过头皮传感器在脑外记录脑内神经电流发出的极其微弱，由神经元的突触后电位所产生的电流形成的生物磁场信号。图1为脑磁信号产生机理与探测过程简图。
图1 脑磁信号产生机理与探测示意图
在单位面积脑皮质中，数千个锥体细胞几乎同时进行神经活动，产生集合电流及与集合电流方向正切的脑磁场。105个细胞同步活动时产生的磁场强度约为100fT，神经磁场的强度通常在50-500 fT范围内。图2为环境噪声与生物磁信号强度的比较。
图2 环境噪声与生物磁信号强度比较
为获得微弱的脑磁信号，需要灵敏的弱磁探测传感器。目前，MEG的主要探测设备为SQUID-MEG系统，超导量子干涉仪 (Super-conducting Quantum Interfere Device, SQUID) 需要被放置在杜瓦中，经液氦冷却，呈超导状态。该系统体积较大，价格昂贵，且测量系统通常要置于特别的磁屏蔽环境内。图3为屏蔽房和商用探测设备。
图3 脑磁屏蔽房和SQUID-MEG系统
将MEG与核磁共振图像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）结合，构成磁源性影像（Magnetic Source Imaging, MSI），则可以实现在毫秒的时间刻度内跟踪大脑活动且达到毫米级的定位精度。在临床上，MEG的应用范围主要有：（1）颅脑手术前的脑功能定位；（2）脑功能损害判定；（3）癫痫外科的病灶定位；（4）神经精神疾病诊断。其中，最成熟的应用是在癫痫灶的定位，图4为MEG在癫痫灶定位中的应用举例。
图4 脑磁图在癫痫灶定位中的应用
近几年，基于无自旋交换弛豫（Spin-exchange Relaxation Free，SERF）技术的原子磁力计（Optically-pumped Magnetometers, OPMs)）得到广泛发展。基于该技术更易实现MEG系统的小型化，从而扩展MEG技术的应用范围。图5为诺丁汉大学在2018年、2019年设计的可穿戴式脑磁图仪系统在自然运动状态下的应用举例。
图5 基于原子磁力计的可穿戴脑磁图设计
参考文献
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[3] He, Bin, et al. "Electrophysiological source imaging: a noninvasive window to brain dynamics." Annual review of biomedical engineering 20 (2018): 171-196
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