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从微观的神经元活动到宏观的认知行径，脑科学探索着人类最奥秘、最繁杂的行业之一。在这个过程中，研究人员、大夫和创业者们扮演着至关要紧的角色。她们不仅致力于揭示大脑的奥秘，更将研究成果转化为实质应用，推动脑科学行业的进步和发展。
为了深入认识脑科学行业的研究创新、转化、临床应用和前景，以及产业内的创业风向和发展瓶颈，橙果局策划了“Brain talk接龙”系列访谈。咱们期盼经过与研究人员、大夫和创业者的对话，为大众呈现一个全面、深入的脑科学世界，让更加多人认识这一行业的最新发展和将来趋势。
本期“Brain talk接龙”的专家是来自北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院丁铭教授，她将带来结合量子磁场测量脑部疾患的科研故事。
当量子磁场测绘技术和脑科学出现交集，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授丁铭在成功开发没液氦脑磁图仪后，几乎每日都能收到来自各大医院神经科大夫的反馈：“这个制品太好了，咱们临床太必须了。”
精确诊断脑部疾患是大夫们面临的棘手问题。虽然功能基因组学和神经系统影像技术已然被广泛应用于临床实践，但许多脑重大疾患的病理机制仍然是未解之谜。这种感受亦一样萦绕在丁铭心上。在大体积小的学术会议间歇，许多临床大夫会主动找上丁铭团队寻求合作，期盼能够一起突破脑重大疾患精细诊断关联技术。
“是由于痛点太明显了，在有些问题上缺少一个精确诊断的工具。”在采访过程中，丁铭反复提及这句话，她很同意用“千呼万唤使出来”来形容没液氦脑磁图制品的诞生。
#01
下一代生物影像技术
2015年前后，丁铭偶然间看到有些关于量子磁场测绘进行脑部疾患检测的论文；2017年，丁铭又看到英国诺丁汉大学 Sir Peter Mansfield 影像中心基于原子磁力计开发了世界上首台可穿戴式非超导式脑磁图仪，病人能够在扫描过程中移动,乃至是喝水、颠乒乓球。“当时就觉得特别有趣。”丁铭回忆道。
而这亦打开了丁铭将量子磁场测绘技术用于脑疾患科研的思路。丁铭说，当时国内还很少有团队专注该方向的科研，她们基本集中在底层磁场测绘技术的研发工作上。做为工科教授，她始终期盼结合现有技术，开发出能实质用于临床的生物磁场测绘仪器。
 ▲ 没液氦脑磁图仪，源自于未磁科技官网
朝着这个方向，丁铭起始进行原子磁力计技术的科研，并在原子磁力计技术突破后，进一步成功开发出新一代常温运行的没液氦脑磁图仪。这款脑磁图仪最高可集成256通道原子磁力计，能够有效检测大脑磁场信息，帮忙大夫进行脑疾患诊断与科研。
其中，仪器采集的脑磁信号来自大脑皮层中做为重点投射神经元的锥体细胞，当大脑产生认识活动时，锥体细胞内将出现微弱的电流变化从而产生脑磁信号。一起始着手开发时，丁铭就感到这种方式与其他测绘技术有很大不同。
“此刻常用的脑功能影像办法，大多经过含氧量变化或代谢变化进行判断，都是对大脑神经元活动的间接测绘。”丁铭如此说道。
而脑磁是对大脑放电活动的直接测量，能够精细地实现大脑功能性影像。与脑电信号相比，脑磁信号不受头皮软组织、颅骨等人体组织阻抗的影响，衰减率低且很难出现畸变，亦因此呢能够得到更加细微且准确的大脑活动信息，拥有较高的时间及空间分辨率。
这亦被定义成“下一代生物影像技术”。
#02
锚定脑机接口、脑肿瘤、癫痫、阿尔兹海默病等热门赛道
医疗技术和仪器永远是为处理临床问题服务。丁铭告诉橙果局，团队开发的没液氦脑磁图仪能辅助大夫完成要紧脑部手术前的定位和评定。
2024年2月初，首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队宣布实现经过移植式硬膜外电极脑机接口，帮忙54岁四肢截瘫病人老杨持有自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。
其中，没液氦脑磁图可发挥脑磁信号采集并诠释数据的功效。在接受采访时，未磁科技创始人蔡宾博士暗示，没液氦脑磁图仪大概只需10分钟就可完成精细、没创的定位，找到必须手术的大脑功能区域，为后续有创手术供给术前规划。
这只是没液氦脑磁图仪应用的一个方向。在更加多脑部疾患行业，如癫痫、脑肿瘤、阿尔兹海默病等方向，丁铭团队开发的没液氦脑磁图仪一样发挥着要紧功效。
以脑肿瘤术前功能区定位和评定为例，2023年11月，首都医科大学附庸北京天坛医院季楠教授团队完成全世界首例没液氦脑磁图运动功能区定位辅助下的胶质瘤切除手术。在术前，手术团队利用没液氦脑磁图仪和功能核磁进行了上肢运动功能区定位，并利用“金标准”术中皮层电刺激进行运动功能区定位验证，结果显示没液氦脑磁图仪较功能核磁定位更加准确，与皮层电刺激结果高度一致。
肿瘤成功切除后病人运动功能完整保存，病人得以重返社会正常生活。“找到肿瘤，而后切除肿瘤。”丁铭这般说，“切除肿瘤是为了活下来，而最大程度的守护脑部功能区是为了让病人更好地生活。”日前在天坛医院已开展的研究病例中，基于没液氦脑磁图仪对脑肿瘤病人进行脑功能区定位的科研成功率已然达到100%。
在癫痫病灶定位方面，没液氦脑磁图仪一样供给了一种全新办法。2024年2月，媒介报告了“全世界首例没液氦脑磁图定位核磁阴性难治性癫痫手术”资讯。要晓得，核磁阴性的难治性癫痫已然作为癫痫外科中公认的难点。因为常规影像学检查没法定位致痫病灶，许多此类病人亦失去了经过手术达到治愈的机会。
华中科技大学同济医学院附庸同济医院神经外科舒凯教授团队经过没液氦脑磁图的检测，完成癫痫病人在静息状态下1小时上下的脑磁图没创检测，经过分析，其偶极子定位置于右侧额上回及额上沟，与其他检测相符且更加精细。
“这与过往检测癫痫病灶的有创技术有很大不同。”丁铭说，“常规办法必须向病人大脑中移植电极棒，而用脑磁信号进行定位，则是完全没创的，不消移植任何东西。”
而针对阿尔兹海默病，丁铭团队更加注重于病症的初期诊断。“阿尔茨海默病是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾患，病理改变累积缓慢，直到产生痴傻症临床症状。越是发展到后期，药品治疗的成功率就越低。”在丁铭看来，脑磁图仪有望作为初期没创检测阿尔兹海默病的要紧手段。
没创、高空间分辨率和高时间分辨率是没液氦脑磁图仪独有的优良，亦是制品能够快速应用于各类脑重大疾患的要紧原由。丁铭认为，她们的工作便是为大夫供给一个工具，帮忙大夫和专家处理脑疾患检测及脑科学科研上的困难。
#03
产业明日之星
从想法萌芽到项目立项，丁铭说，一切还算是顺利。
2023年5月21日，国家重点开发计划“诊疗装备与生物医用材料”重点专项“新型没液氦脑磁图系统开发”项目起步会召开。该项目由北京未磁科技有限机构牵头，联合与首都医科大学附庸北京天坛医院、北京航空航天大学、机械工业仪器仪表综合技术经济科研所、中国食品药物检定科研院、华中科技大学同济医学院附庸同济医院、北京中医药大学东直门医院、北京交通大学、北京水木东方医用设备人技术创新中心有限机构协同攻关。在国家项目的支持下，团队得以快速搭建脑磁图实验室，进行有效开发和制品迭代。
丁铭面临最大的难点是怎样把制品做得更好。丁铭告诉橙果局，在实质开发过程中，脑磁图制品仍然存在许多困难。
一是怎样准确收集到微弱的脑磁信号。脑磁信号在颅外的强度仅在10-100fT量级，约为地球磁场的十亿分之一，非常微弱因而难以探测。
“而要测绘微弱的脑磁信号则必须尤其灵敏的传感器。虽然国内外针对传感器的关联科研非常多，但真正能形成制品的机构不外两三家。”丁铭同期感叹，传感器想要集灵敏性、小型化于一身，是一件非常不易的事情。
二是高密度阵列结构会影响传感器效果。脑部磁场测绘必须非常多通道同期进行，这寓意着传感器与传感器之间亦会互相影响，产生串扰，从而影响脑磁信号测绘准确度。三是脑磁测绘对场地及环境需求较高。必须搭建磁屏蔽系统隔绝外边磁场，而传统脑磁图仪运用的磁屏蔽房造价昂贵，占地面积大，且建设周期长，有害于脑磁图在医院的实质落地应用。
为此，丁铭团队首要是在传感器上下功夫。丁铭暗示，团队运用的传感器是自主开发的全国产化传感器。据认识，这是全世界为数不多进入到量产的商用量子磁场传感技术。
丁铭暗示：“此刻，咱们开发的传感器不仅在指标上追平美国竞争对手，在集成度、靠谱性等方面都比国外做得更好，尤其在对脑磁检测重要的体积上，相较于此前美国Quspin原子磁力计制品体积进一步缩小15%。”
在磁场屏蔽方面，丁铭团队利用重量不足一吨的集成式的屏蔽仓和动态磁场跟踪系统实现了有效能的主被动磁场屏蔽，可方便、快速的在几乎所有医疗环境中进行安排，并大幅降低了设备的购置、安装和守护成本及难度。
 ▲ 全世界首台256通道没液氦脑磁图仪，源自于未磁科技官网
2024年2月3日，未磁科技颁布了全世界首台256通道没液氦脑磁图仪。据认识，该款制品运用了截面尺寸仅为11.4mm×15mm的全新原子磁力计，相较于此前美国Quspin原子磁力计制品体积进一步缩小15%，是日前全世界最微型化的商用原子磁力计。
另外，该脑磁图仪还保持了10fT量级的极弱磁场测绘灵敏度。同期还突破了256通道超高密度脑磁探测器阵列串扰及同步掌控的困难，第1次使得没液氦脑磁图仪OPM-MEG通道数达到与传统超导量子干涉仪脑磁图仪SQUID-MEG相当。
针对脑磁图技术开发以及制品发展，丁铭认为：“产业发展速度火速，制品性能亦快速走向成熟，非常多临床专家亦已然用上了咱们的设备开展科研。只不外市场的培育可能还必须必定的时间。”反过来，身为科创者的她亦非常期盼和临床专家合作，一起推广技术走向市场。
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发表于 2024-6-24 13:15:18