NIE 2024 昆迈医疗盛经纬博士:脑成像技术趋势与脑科学前沿应用
发布时间: 2024-12-08 作者: EMI屏蔽吸收材料

  第十八届沙利文中国增长、科创与领导力峰会暨第三届新投资大会生命科学新投资高峰论坛于2024年8月28-29日在上海举办。该论坛汇聚了40多位产业领袖、生物医药企业、医疗器械企业、投资机构及专业服务机构,以“应变局,开新局”为主题,与会各方一同探讨投资合作的新模式,旨在构建更加紧密、高效、共赢的合作网络,一同推动国内外生命科学产业的蓬勃发展。

  在本次论坛上,昆迈医疗创始人兼总经理盛经纬博士发表《脑成像技术趋势与脑科学前沿应用》主题演讲。该演讲主要围绕脑成像技术发展历史、脑磁图技术及应用、国产化无液氦脑磁图技术与产品,以及脑成像技术的未来展望等四个部分展开。

  盛经纬博士指出,在脑成像设备问世之前,人类对大脑的认知处于“蒙昧时代”,对大脑的理解主要是基于哲学和简单的观察手段。随着科学技术的进步,1895年X射线平面成像的发明是脑成像技术的开端。随后,1971年CT(X射线断层成像)技术问世,可以对脑外伤、脑出血等脑结构伤害损坏进行诊断;1973年磁共振成像(MRI)技术出现,提升了对脑软组织和纤维束成像的能力。

  脑功能信号检测的开端则可以追溯到德国神经外科医生汉斯·伯格,他发明了脑电图(EEG),开启了脑功能信号记录的时代。脑功能成像技术的主要手段包括基于物理、电磁信号的EEG和iEEG(头皮脑电图、颅内脑电图),基于化学、代谢信号的PET、SPECT、MRS(核素追踪成像、大分子波谱),以及基于生物、生理信号的BOLD-fMRI、fNIRS(血液动力学与血氧饱和)。其中,在以神经、精神影像的应用场景下,BOLD-fMRI时间分辨率较低,且无法直接探测神经元的活动,扫描时间长,依赖统计分析,存在一定局限性。

  脑磁图(MEG)技术是一种非侵入性、无辐射的脑功能成像手段,通过记录新皮层中大量平行排列的椎体细胞突触后电位所产生的切向电流,提供高分辨率的脑磁场信号。与颅内脑电记录相比,头皮脑磁场记录能够无损穿透颅骨;与头皮脑电记录相比,头皮脑磁场记录分辨率更高。这使得脑磁图在癫痫病灶定位、脑功能区划分、脑认知语言加工等领域具有广泛的应用价值。脑磁图技术由于其无噪音、无信号畸变、高时间分辨率,还可以追踪动态的语音加工变化,成为研究以听觉为刺激模态的脑语言认知功能的有效工具。然而,传统超导脑磁图设备也面临一些挑战,如系统庞大、安装复杂,需建造大型磁屏蔽室,占地面积大;且由于消耗液氦,设备成本高昂,信号探测器无法贴近头皮,导致信号强度受限;此外,人群适用性差,市场教育不足,设备价格昂贵,国内装机量较少,这些都限制了脑磁图技术的广泛推广。

  国产化无液氦脑磁图技术是基于量子弱磁传感的原子磁强计(OPM)技术的突破。OPM技术的发展可以追溯到诺贝尔物理学奖获得者Alfred Kastler,他发展了光泵理论,为原子磁强计的诞生奠定了重要的理论基础。Hans G. Dehmelt逐步发展了这一技术,提出了光泵磁力仪的设想,推动了原子磁强计的发展。2002年,普林斯顿大学的Michael Romalis首次完成了无自旋交换弛豫原子磁强计,并将其成功应用于脑磁图测量。

  多年技术沉淀催生了国内首个获批临床准入的无液氦脑磁图系统,该设备可在癫痫病灶辅助定位、脑功能区划分、脑认知研究等多个领域大范围的应用。通过量子弱磁传感技术的突破,设备不再依赖液氦冷却,明显降低了设备的成本和维护难度。这一创新不仅打破了传统技术的瓶颈,还大幅度的提高了脑磁图技术的推广可行性和临床应用范围。

  脑成像技术正朝着“更高清、更便携、更个体化”的方向加快速度进行发展。借助脑磁图实时成像与扩散大模型的结合,当前的图像解码与重建速度已提升至0.25秒,这一技术突破使得大脑活动的动态呈现更精准。人工智能的应用逐步推动了脑成像技术的发展,尤其是在癫痫异常放电信号的自动检验测试方面,通过AI算法能够在短短5秒内完成高年资医生耗时3小时的棘波检测工作,极大的提升了诊断效率。此外,便携式、可穿戴成像设备的开发,使得脑磁图技术变得更轻便和普及,为个体化医疗提供了更多的可能性;超高场强MRI的引入进一步提升了图像的清晰度。这些技术的进步将推动脑科学、脑临床和脑智能三个阶段的跨越式发展,为未来的脑疾病诊断和神经科学研究提供更多前沿工具和手段。

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