脑磁图（MEG）新型技术及功能特点-多通道光泵磁力计便携平台

脑磁图（MEG）新型技术及功能特点
多通道光泵磁力计便携平台

脑磁图（MEG）发展市场前景原型市场前景介召

脑磁图（MEG）能够 测试精神电压电流引起的电磁振动器场来測量脑袋作用。中国传统的MEG适用超导感测器器，这男人性能、实际性和堡垒机被部署引起了关键禁止；尽管，近些余年来，光泵磁场计optically-pumped-magnetometers（OPMs）的添加使该邻域进行了红军性改变。OPMs还能在没能温度低的事情下測量MEG表现，于是构建了“OPM-MEG"操作渠道软件的理念，该操作渠道软件外观上合法扩大精准度度和辩认率、蓄电量依从性、放任受试者走动和更低的直接费用。在那里，我门统计一种新的OPM-MEG方案，分为小规模化和集成型的光电子把控好、高技術含量的便携式性和改善的感测器器静态依据（还能老说已有分析仪器设备的zui大禁止）。我门表达，与已加入的分析仪器设备相较，该操作渠道软件引起等效的控制措施；具体的一般来说，当測量世界任务诱导性的beta带、伽马带和致病的精神电症状时，来两大操作渠道软件的源定位手机分为层面参考价值，耗时相应的性＞0.7在个体经济技術含量和＞0.9人群中。适用电磁振动器体模，我门能够 在时代背景场中行驶操作渠道软件来證明改善的静态依据8nT。我门表达，该操作渠道软件在放任田径运动期内（分为坐立范式）回收利用数据分析是管用的，因此它与与此同时electroencephalography（EEG-临床上规格）兼容。zui后，我门能够 在两大实验操作室彼此走动操作渠道软件来證明可囊胚移植性。总体布局一般来说，我门的新操作渠道软件被證明是OPM-MEG技術的注重十步，共为下新一代作用中医药学激光散斑能提供一个有诱惑力的渠道。

脑磁图（MEG）测量电流通过大脑神经元组装产生的磁场（Cohen 1968）。这些磁场的数学建模产生三维图像，显示electrophysiological活动的空间和时间特征。MEG是研究大脑功能的成熟工具，在神经科学和临床实践中具有应用（Baillet，2017）。在神经科学中，它可用于测量诱发反应，神经振荡，功能连接和网络动力学-显示大脑如何不断形成和溶解支持认知的网络。临床上，MEG zui常用于癫痫，以定位负责癫痫发作的大脑区域以及周围雄辩的皮层（De Tiège et al.，2017）。还有其他潜在的应用，从研究儿童常见疾病（例如，自闭症听觉诱发反应潜伏期的测量（Matsuzaki等人，2019年））到调查老年人的神经退行性疾病（例如，痴呆症皮质减缓的测量（Gouw等人，2021年））。MEG在空间精度（因为磁场对头骨的扭曲比EEG测量的电位小）和灵敏度（因为EEG更受非神经元来源（如肌肉）的人工制品的影响）方面优于临床标准electroencephalography（EEG）（Boto等人，2019年；Goldenholz等人，2009年）

近年来，MEG仪器通过引入光泵磁力计（OPMs）而发生了革命性的变化。（参见（Brookes等人，2022年；Schofield等人，2023年；Tierney等人，2019年）的评论。）OPMs测量磁场的灵敏度与传统MEG使用的传感器相似，但不需要低温冷却。它们也可以是微制造的（Schwindt等人，2007年；V. Shah等人，2007年，2020年；V.K.Shah&Wakai，2013年），因此它们小巧轻便。这导致了多种优势。例如，传感器可以放置在更靠近头皮表面的位置（与低温设备相比，不再需要热绝缘间隙）；这显著提高了信号幅度（Boto等人，2016年，2017年；livanainen等人，2017,2019,2020）理论计算表明，这可以提供的空间分辨率（高于传统的MEG和EEG）（Nugent等人，2022年；Tierney等人，2022年；Wens，2023年）。阵列可以适应任何头部形状-从新生儿到成年人（Corvilain等人，2024年；Feys等人，2023年；Hill等人，2019年；Rier等人，2024年）。适应性还意味着阵列可以设计为优化对特定效应（Hill等人，2024年）或大脑区域（Lin等人，2019年；Tierney，Levy等人，2021年）的敏感性。当传感器随着头部移动时，参与者可以在记录期间自由移动（假设背景场得到良好控制）（Holmes等，2018,2019,2023； Rea等，2021）。这使得在新任务期间记录数据（Boto等，2018；Rea等，2022）甚至癫痫发作（Feys等，2023；Hillebrand等，2023）。对不同头部大小/形状的适应性加上运动鲁棒性（Feys&De Tiège，2024）意味着，像EEG一样，OPM-MEG系统是可穿戴的。然而，与EEG不同，传感器不需要与头部进行电接触，使得OPM-MEG在患者友好性方面比EEG更实用。

zui后，即便在开发管理的早期的关键期，立于OPM的专用设备也比传统的的MEG专用设备更实惠。等偏态的特色在做法论上可以使得OPMMEG作为electrophysiological检测的的shou选做法，因此有可以转化成EEG作为些APP的临床实验的工具。 

多工作区OPM-MEG设备数据报告采集工具研究分析

 

我们zui初的目标是比较两种不同的OPM-MEG系统。两者都由64个三轴Quspin QZFM OPM传感器（QuSpin Inc. Colorado，USA）组成，每个传感器都能够在三个正交方向上测量磁场，从而实现192个独立通道的数据收集。传感器设计已经有了很好的记录（Boto等人，2022；V.Shah等人，2020），这里不再详细重复；简而言之，每个传感器头都是一个独立的单元，包括一个87Rb蒸汽电池，一个用于光泵浦的激光器，一个用于电池内场控制的板载电磁线圈和两个用于信号读出的光电二极管。光束分离器将激光输出分开，相关光学器件通过电池投射两个正交光束，以实现三轴场测量。传感器的中位数噪声底限预计~15fT/sqrt(Hz)在3-100 Hz范围内。这比典型的单轴或双轴OPM的噪声底略高，因为需要将激光束分开进行三轴测量（Boto et al.，2022）。两个系统的传感器安装在相同的3D打印头盔中（Cerca Magnetics Limited，Nottingham，UK），确保阵列几何形状对于所有测量都是相同的（参见图1A-插图）。阵列被放置在一个磁屏蔽室（MSR）中，包括四个金属层和一个铜层，以分别衰减DC/低频和高频磁干扰场（Magnetic Shields Limited，Kent，UK）。MSR墙壁配备了消磁线圈，以减少扫描前的残余磁化。MSR还配备了矩阵线圈（Holmeset al.，2023）和指纹线圈（Holmeset al.，2019）-两者都能够进行主动场控制（Cerca Magnetics Limited，Nottingham，UK）。单个“采集"计算机用于OPM-MEG控制和数据采集；该范式（以及相关的时间标记（“触发器"）描述了向受试者提供刺激的时间）由第二台“刺激"计算机控制。视觉刺激通过波导投影到位于受试者前方的背投影屏幕上~100 cm呈现。我们使用了Optoma HD39 Darbee投影仪，刷新率为120 Hz。两个系统的示意图如图1C所示。

图1：OPM-MEG设计： A）机架装设（RM）OPM-MEG设计；调节器器头能够MSR外的电商机架的掌握。B）ibms小行化（IM）OPM-MEG设计；受试者戴带的小背包内是指几乎所有的掌握和收集电商装置。设计的工作原理图——对两设计都高效，重要不同之处是电商OPM：颜色相对路径彰显IM设计，粉色彰显RM设计。ibms徽型设计的电商装置照片儿。

图2表现了让我们的RM和IM机系统范围内的比效最终成果。单独某个个性话题的最终成果表现（在任何6次执行中评均）；第四个个个性话题的等效图在补点建材中保证。控制面板A表现快捷按住这段时间内的beta调配。今天两大机系统中，zui大的beta调配被手机定位到左边侧初级职称感到健身运转皮层（重要是因为右无名指的健身运转），耗时时表现出显眼的健身运转诱惑beta波幅的下降，如估计的这种。图2B表现了圆促进表现这段时间内的伽马调配。今天里，zui大的促进诱惑增大在重要观感地域，并考察到促进表现这段时间内伽马波幅的估计增大。图2C表现了傍边部表现的诱因反映。数字图像表现了诱因反映的室内空间签名图片，其延期为~170ms，重要在梭形地域。

图2：RM和IM系统比较： A）手指运动的β带反应；在左边的图像中，叠加显示zui大beta调制的位置，右边的时间过程显示beta带振幅的时间演变。b）对视觉刺激的伽马反应；图像显示伽马调制的位置，时间过程显示伽马带振幅的演变。c）对面部呈现的诱发反应；图像显示zui高诱发功率的位置，时间过程显示试验平均诱发反应。在所有三种情况下，数据在6次运行中平均；显示了两个系统的图像，在时间过程图中，红色表示RM系统，蓝色表示IM系统，阴影区域表示运行均方差。

图3展现了我们大家的坐立任何的结局。图3A和C图区别展现了beta调变和从初中级感官运作皮层阀值提现的TFS的pseudo-T-statistical图案。zui大的beta调变限制于两侧感官运作空间行政空间区域，从手部空间行政空间区域中展开到否则下肢运作的空间行政空间区域（回忆过去以下，任何针对的目标站时脚趾头运作，所有这部分是也可以意料之中的）。TFS在一次实验室检测的前4秒展现出比较清楚的beta带区别步，而受试者尚未运作。图3 展现了感知器估测的原状交变电场资料。绝大部分是数感知器展现由运作发生的背景图案场摆动，>1.5 nT这少于了感知器在开环方法下运作时的动态性领域。尽可能有这部分大的场摆动，感知器仍做到运作。既然感知器在开环运作时也可以做好这部分估测，但数据的更准性将由于增益值和CAPE误差率的正相关阻拦（Borna et al.，2022）。

图3：坐立每日的人物：A）每日的人物影响的beta解调的地方基本特征。B）通路在测量的原史磁场强度，体现感知器透过a ~2 nT游戏背景场，通过者从座姿手机到站姿。C）来源总觉体育体育运动皮层的TFS，体现体育运动神经谐振的时频发展历程。D）每日的人物的复现，以风采展示体育体育运动规模。

消息队列OPM-MEG/EEG协同的对比

图4：连接数OPM-MEG/EEG： A）戴着EEG帽和OPM-MEG防风镜的参于者。b）在理所当然脑部健身这段时间的备案统计资料：提示了工作中受试者所做的zui大移动和回转。条代表着受试者的平分別值公式值；统计资料点提示各个个人受试者的值。C）和D）分別提示组平分別值公式beta和伽马因素。在这儿两个情況下pseudo-T-statistical彩色图像文件和关于的TFS（来自于beta的zui小值和伽马感觉皮层的主点）在这儿些彩色图像文件中提示了EEG和MEG。一切统计资料都要在健身的情況下的备案的。

大中型化OPM-MEG系统软件工作总结

我们的总体目标是展示一种新的OPM-MEG系统，具有集成和小型化的电子设备，并测试其评估人体electrophysiological功能的可行性。我们的主要演示看到新的IM系统在两个受试者中多次使用，以提供与已建立的OPM-MEG设备的比较，该设备以前已经得到广泛验证（Boto等人，2022； Rea等人，2022；Rier等人，2023,2024），包括与传统MEG（Boto等人，2021；Hill等人，2020；Rhodes等人，2023）。两个系统获得的结果显示出惊人的一致性。源时间在系统之间具有高度可重复性，平均相关性为~0.75对于单个运行，以及>0.9对于同一受试者的多次运行的平均值。总体而言，这些结果表明这两个系统提供了等效的性能。重要的是，这不仅验证了小型化的电子设备，而且还表明MSR内部的这种电子设备（作为背包佩戴）不会在OPM传感器处产生取得的磁干扰，这些干扰不能通过均匀场校正（Tierney等人，2021）和波束成形（Brookes等人，2021）等方法在后处理中被拒绝。

 

zui后，从实际角度来看，IM系统表现良好。在之前的OPM中，MEG系统的鲁棒性一直是一个关键问题，特别是在测量中丢失的通道数量。在这里，在使用我们的IM系统的32个实验中，我们丢失了（平均）3±5通道。在我们丢失通道的情况下，原因通常是传感器头和带状电缆之间的连接。传感器头使用卡扣连接，卡在带状电缆上，进行电气连接。这在制造电缆时需要zui小的公差，因为即使是电缆厚度的微小变化也会使卡扣连接器松动，从而导致连接不稳定（这也是IM系统中空房间噪音略微增加的可能原因）。这是该系统未来几代应该改变的事情。尽管有这个小限制，IM系统表现良好。64个Quspin QZFM传感器的设置时间通常约为三分钟——这包括加热蒸汽电池和激光器、用PID控制器锁定温度、优化所有传感器参数、将每个电池内的场归零、校准传感器和打开闭环的时间。每个OPM传感器头的特性略有不同，这意味着控制参数必须在每个传感器的基础上进行优化（就像超导量子干涉设备（SQUID）必须在传统MEG系统中单独调整一样）。在IM系统中，由于这些参数是在传感器启动时优化和设置的，传感器头可以轻松更换，而不需要在更换后重新启动传感器以外的任何东西。这是运行系统时的一个重要的实际优势，进一步增加了设计的模块化。

 

这里报告了一种全新的OPM-MEG系统设计，具有小型化和集成的电子控制、高水平的便携性和明显改善的动态范围。我们已经证明，与已建立的仪器相比，这种仪器提供了对刺激的诱导和诱发神经电反应的等效测量，并且它提供了改进的动态范围。我们已经证明，该系统在参与者运动期间（包括从坐到站的范例）收集数据是有效的，并且它与同步EEG记录兼容。zui后，我们通过在两个实验室之间移动系统来证明便携性。总体而言，我们的新系统代表了OPM-MEG向前迈出的重要一步，并为下一代功能性医学成像提供了具吸引力的平台。

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