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从实验室到临床：SERF原子磁强计如何推动心脑疾病精确诊断？

2025年06月03日

原子磁强计是一类通过光抽运实现碱金属原子自旋极化,进而检测其拉莫尔进动实现弱磁场精密测量的仪器。近20多年来,随着磁、光与原子自旋操控技术的发展,在传统的光泵磁强计基础上发展而来的以非线性磁光旋转磁强计(NonlinearMagnetoOpticalRotation,NMOR)、相干布居囚禁磁强计 (Coherent Population Trapping,CPT) 、无自旋交换弛豫磁强计(Spin-ExchangeRelaxationFree,SERF)为代表的各类新型原子磁强计涌现并快速发展,在磁异常探测、地磁绘测、空间磁探测、医学影像和前沿物理研究学等领域得到广泛应用。

原子磁强计技术演进

原子磁强计的发展经历了多个技术突破。早期的光泵磁强计通过光学方法探测原子自旋状态，而近年来，SERF磁强计因其超高灵敏度成为当前最具前景的技术方向。在高温、高原子密度（>10¹³/cm³）及极弱磁场（nT量级）环境下，SERF机制可显著抑制自旋交换弛豫，使磁场测量灵敏度达到亚飞特斯拉级（fT/√Hz），为目前最精密的磁场探测手段之一。

SERF磁强计在生物医学检测中的应用

人体心脏和大脑活动会产生极其微弱的生物磁场（约pT-fT量级），传统检测技术面临诸多限制，而SERF磁强计的出现为无创精确的医学诊断提供了新可能。

生物医学应用场景

SEEF原子磁强计主要应用于心磁图(Magnetocardiogram,MCG)和脑磁图 (Magnetoencephalography,MEG)的医学成像技术,利用磁强计探测心动周期中心脏电活动产生的微小磁场变化来可视化心肌活动,以及探测大脑神经元电活动所产生的极弱磁场来反映脑部神经活动,揭示人体心脑疾病的极弱磁场信号变化规律,对于心脑科学前沿研究和早期诊断的医学研究领域具有重要的意义。