老龄化社会下的脑疾病挑战与脑磁图技术革新
2025年07月17日
当前，全球社会步入老龄化已不可逆转， 国家统计局数据显示，至2022年末，中国60岁及以上人口达到2.8亿，占全国总人口的比例为19.8%；65岁及以上人口2.1亿，占全国总人口的比例为14.9%。 据全国老龄办预测，到2033年，中国老年人口将突破4亿，占总人口的1/4；2053年达到峰值4.87亿，占比超过总人口的1/3。中国已成为世界上老年人口最多的国家、老龄化速度最快的国家之一。[1]
全球主要脑疾病人数（来源：优脑银河）
在老龄化社会中，神经退行性疾病成为重大挑战。根据世界卫生组织的统计，包括各种神经类和精神类疾病在内的脑相关疾病，占所有疾病社会负担的28%，超过心血管疾病和癌症。因此，脑疾病的早期诊断和干预至关重要，这也是未来脑科学研究的核心方向之一。[2]
传统脑疾病监测手段的局限性
目前，社会对脑科疾病主要检测手段包括行为评估、脑电检测和影像检测但他们各有不足。
·行为评估：依赖主观判断和表象特征，判断时已为中后期，难以实现早期诊断。
·脑电检测（EEG）：信号易受颅骨衰减和肌肉活动干扰，空间分辨率低。
·影像检测（MRI/CT）：仅能反应脑结构变化，无法捕捉实时神经活动。
因此，医学界亟需一种能够高精度、无创、实时监测脑功能活动的技术，而脑磁图（MEG）的诞生提供了新的无限可能。
脑磁图的物理基础和探测挑战
早在19世纪，麦克斯韦方程组就揭示了电场与磁场之间的转换关系，而这套理论同样适用于生命科学。[3]
研究表明，人类意识源于大脑的电磁信息场(CEMI)，神经元的电磁信号是意识活动的关键.[4]
大脑神经电流的传播会产生微弱磁场，由于颅骨等脑组织的磁导率几乎是相同的，磁场可以近乎无损地穿透头部，这使得脑磁信号成为研究脑神经活动的理想指标，然而脑磁信号极其微弱，仅为地球磁场的十亿分之一，如何在强环境噪声中实现高灵敏度探测成为关键难题。
超导量子干涉仪（SQUID）脑磁图的局限
1972年，科恩利用基于约瑟夫森结效应的超导量子干涉仪(SQUID)成功探测到了脑磁信号，20世纪80年代，商业化脑磁图仪问世，从单通道发展至覆盖全脑的200—300通道系统。
图片引用于贝壳研究院 贝研报02
目前，商用SQUID脑磁图灵敏度通常为2—3fT/Hz1/2。然而，该系统依赖液氦维持超导状态，需要配备杜瓦（Dewar）装置，导致以下问题产生
·高昂的维护成本：单套系统每天消耗10-20L液氦,每周需要补充1-2次。
·体积庞大：探测距离受限，信号衰减明显。
·依赖进口：全球装机仅200余台，中国不足20台，严重制约普及。[5]
SERF原子磁强计,脑磁测量的革命性突破
早期的原子磁强计（OPM）灵敏度受诸多因素制约灵敏度远不如SQUID，主要受限于自旋交换弛豫效应。20世纪初，物理学家针对这一限制发展了基于无自旋交换弛豫(SERF)理论，通过提高原子数目密度和降低环境磁场的方式从宏观上有效地压制了自旋交换弛豫效应，实现了原子磁强计灵敏度的突破。
我国北京航空航天大学房建成院士团队在实验室条件下，利用原子自旋SERF效应，实现了0.089fT/Hz1/2 的超高灵敏度磁场测量[6]，更重要的是，SERF原子磁强计具备小型化潜力。
2024年，我司突破了长弛豫时间原子气室、高精密磁补偿、原子气室无磁加热以及小型化探头无磁封装等关键技术，成功研制出了探头体积仅为3.8cm³、灵敏度≤10fT/Hz1/2的SERF原子磁强计，成功运用至心磁图、脑磁图等零磁医疗装备，于全国范围投入临床检测。
由于不需要液氦维持工作，基于SERF原子磁强计的脑磁图装置也将不再受庞大的杜瓦装置制约而变得灵活高效，突破距离限制后，几乎可以紧贴头皮并适应个体的头部轮廓，甚至可以支持被检测者在小范围内进行活动，大大放宽了老年群体和少儿的检测条件。
SERF原子磁强计心磁图应用
SERF原子磁强计可以用于感知人体心脏磁场信息，实现高准确率的缺血性心血管疾病的早期诊断、快速筛查和病灶定位。
基于SERF原子磁强计技术的胎儿心磁检测，由于其无外界额外强磁辐射和无创伤性，是目前唯一可以在全孕期对胎儿心脏电生理活动进行准确监测的技术，为胎儿心律不齐等先天性心脏病的诊断提供全新的思路。
大量临床数据表明，心磁检测对于早期缺血性心脏疾病的诊断准确率达到80%以上，相比于现阶段普遍应用的心电、超声等非侵入式诊断大幅度提高。心磁检测是探测人体自身发出的磁场信号，完全无创，没有任何辐射，比超声、CT、核磁更安全。
结语
SERF原子磁强计技术的突破，使脑磁检测从昂贵、笨重的实验室设备走向灵活、经济的临床普及应用。在老龄化社会背景下，这项技术有望大幅度提升脑疾病的早期诊断率，降低医疗负担，并为我国在高端医疗设备领域赢得国际竞争力。
引用：
[1] 中国人口形势报告www.163.com/dy/article/JROIPBP5055616EC.html
[2] 世卫组织网站主页 / 新闻稿/神经系统疾病对全球超过三分之一的人造成影响，是致病、致残的主要原因.
[3] 周艳玲 吉春燕 杨庆余《19世纪电磁学史上的一座丰碑--麦克斯韦与电磁场理论的创立》徐州师范大学物理学与电子工程学院。
[4] 英国萨里大学 Johnjoe McFadd en(约翰乔·麦克法登) 《大脑电磁场中的整合信息：意识的电磁信息场理论》发表于《 Neuroscience of Consciousness 》杂志。
[5] 中国脑磁图设备行业市场深度调研及发展前景与投资潜力研究报告(2025-2030版)
[6] 陶飞.我校科研团队在基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量研究中取得进展[EB/0L].http://bhkj. buaa. edu. cninfo/1013/5294. htm
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国器传感器 专注于量子精密测量系统的研发