更新时间：2023-10-25 20:49
脑磁图(Magnetoencephalography),或简称MEG，是集低温超导、 生物工程、电子工程、医学工程等二十一世纪尖端科学技术于一体，是无创伤性地探测大脑电磁生理信号的一种脑功能检测技术。
脑磁图(Magnetoencephalography),或简称MEG，是集低温超导、 生物工程、电子工程、医学工程等二十一世纪尖端科学技术于一体，是无创伤性地探测大脑电磁生理信号的一种脑功能检测技术。脑磁图技术使人类研究大脑的复杂功能、治疗脑部疾病的能力达到了前所未有的境界。这一前沿科学互相渗透的结晶代表了医学仪器发展的最高水准和新的方向。MEG是一种完全无侵袭，无损伤的脑功能检测技术，可广泛地用于大脑功能的开发研究和临床脑疾病诊断。MEG的检测过程，是对脑内神经电流发出的极其微弱的生物磁场信号的直接测量，同时，测量系统本身不会释放任何对人体有害的射线、能量或机器噪声。在检测过程中，MEG探测仪不需要固定在患者头部，测量前对患者无须作特殊准备，所以准备时间短，检测过程安全、简便，对人体无任何 副作用。MEG检测过程只需要经过一次测量就可采集到全头的脑磁场信号，且具备抗外磁场干扰系统，可同时高速采集整个大脑的瞬态数据。通过计算机综合影象信息处理，将获得的信号转换成脑磁曲线图，等磁线图，并通过相应数学模型的拟合得到信号源定位。进一步，MEG确定的神经信号源可与MRI、CT等解剖影象信息叠加整合，形成脑功能解剖学定位，能准确地反映出脑功能的瞬时变化状态。MEG已用于如思维、情感等高级脑功能的研究，以及广泛用于神经外科手术前脑功能定位、癫痫灶手术定位、帕金森病、精神病和戒毒等功能性疾病的外科治疗，也在脑血管病以及小儿胎儿神经疾病等临床科学应用。
在神经外科领域，以最小的损伤得到最佳的治疗效果、 并最大限度地保全神经功能的微创手术理念是国际和国内神经外科临床研究和实践的热点，也是21世纪神经外科的发展方向。MEG能够确定身体各个部位的体感中枢的地形图，精确地辨别体感反应的前、后中央成分的位置；还可以对大脑皮质中和感觉信息处理相关的数个区域的定位；能够用于辨别大脑皮质中进行语言处理的区域，从而在手术前即可达到的脑功能解剖精确定位，对于提高微创神经外科的水平具有重要价值。
临床医学以外，MEG还广泛用于脑神经科学、精神医学和心理学等各个领域的基础研究，如皮质下神经元活动、同步神经元分析、语言学习研究、学习记忆研究以及传统医学的研究等，也有用之于特殊人群（如宇航员、飞行员等）的体检。
脑磁图是现代生物工程的超导技术、影像融合技术和计算机技术相结合的产物。其核心硬件包括磁屏蔽室、探头部分(内有探测元件2SQUID) 、采集和处理工作站、1.5 TMRI 和专用刺激系统。
脑磁场仅有几百fT(10 -15 T) ,极其微弱,必须要有优良的磁屏蔽室(magnetically shielded room ,MSR) 。室壁由镆或铍镆合金做为高导磁屏蔽材料,外包8 mm 厚纯铝作为涡流屏蔽层,纯铝皮外用15 cm 铝条加固,纯铝条外再覆盖第二层镆或铍镆合金屏蔽层。与电屏蔽不同,磁屏蔽不需接地。检查时屏蔽室完全封闭,声、光、电等刺激均由刺激器在室外产生后,由室壁上的小孔送入屏蔽室内。为监测患者,室内装有经过特殊消磁处理的照明和摄像设备。 探头部分 探头部分位于磁屏蔽室内,巨大的探头底部有一头形凹陷,检测时患者头部位于此处。探头可绕横轴进行90 度旋转,以适应检测坐位和平卧位患者的需要。探头内部围绕头形凹陷周围分布有大量的SQUID , 是用来探测脑磁信号并转换为电压信号的核心装置, 其基本结构为一根导线做成的两个大小相等、方向相反的超导线圈。脑磁场随距离的增加而迅速减弱(与距离的平方成反比),通过远近两线圈的磁场强度不同,感应出的电流大小不同,不能完全抵消,在环路内就形成了电流, 而环境磁场却不能。这样SQUID 就消除掉了环境磁场的干扰。超导线圈的磁感应能力是普通线圈的数百倍,维持超导所需的低温由液氦提供。超导线圈的感应电流通过失超导技术转换成电压信号。当超导线圈围成的环路中的某点做的非常细,此点就会失去超导能力,超导电流经过该点就会产生电压降。用数十兆赫兹的高频磁场对超导环进行激励可将此电压信号取出并加以放大,由此电压信号可推算出该检测点磁场强度。
采集工作站通过运行不同的采集程序控制检测过程并将测量结果储存。该站主要负责数据的后期处理。MRI 系统用于对患者进行MRI 超薄扫描并将结果传输至处理工作站。刺激系统在采集工作站的控制下对患者进行体感、听觉、视觉、语言等刺激,以适应不同检测的需要。
在实际测量中,检测前先标记被测者鼻根、 左右耳前点作为参照点建立头部三维坐标系,然后患者进入磁屏蔽室内,进行MEG 检查。脑磁信号采集完成后,再标志患者鼻根和左右耳前点,作为影像融合的标志点,然后进行超薄MRI (层厚1.5 mm, 层间距为0) 检查,全部测量结束后,使用模型法求得信号源在MEG 坐标系中的位置和方向,以标志点为参照同MRI 图像进行重合,得到电流偶极子在大脑结构中位置、方向的清晰影像。达到了功能影像与解剖结构影像的很好结合。通过软件,还可以实现三维显像,使结果更为直观。
外科治疗局限性癫痫近年有增多的趋势。术前如何确定真正的癫痫起源,如何辨别癫痫激动区、致痫区、致痫灶、发作起始区、发作症状区、主要功能区,并了解它们的空间结构关系至关重要。在MEG 问世以前,只有EEG 能检测神经元电活动,EEG 被广泛应用于癫痫的诊断,发作分类及痫性病灶的定位。但头皮EEG 的空间分辨率低,不能区分真正的致痫灶和镜灶,定位价值小。硬膜下EEG 和皮质EEG( ECoG) 、深部埋植电极可直接记录神经元活动,但是存在侵袭性、设备昂贵、监测时间长、并发症多的问题,不适宜作为常规检查。MEG 的应用克服了这些缺点。MEG 和EEG 相比较,其优势在于(1) 空间分辨率可达1 mm, 是EEG 无法比拟的; (2) MEG 探测的电流源来自细胞内树突电流,电磁场不受传导介质的影响; (3) 对电流源的方向、位置、强度可行三维空间定位; (4) 不需参考电极; (5) 可直接进行功能区定位,能准确反映致痫区的位置和范围; MEG 作为一种非侵袭性的高效检查技术,有取代侵袭性检查的趋势。临床研究显示MEG 定位与侵袭性检查的符合率很高。
颞叶以外的癫痫
颞叶外癫痫中,额叶癫痫占大部分, 顶叶及枕叶癫痫极为少见。在额叶癫痫实施外科手术前,了解致痫区与重要功能区如感觉、运动、语言区的相互空间关系尤为重要。额叶癫痫常用定位技术包括:临床病史、神经心理测定,MRI 、PET 、侵入性EEG 。然而当重要脑区没有出现功能形态上的改变时,上述技术定位困难。其次,传到额叶或从额叶传出的痫性活动会经常干扰病灶定位。即使是MRI 在形态学上发现病灶,也难以以此来确定致痫区的范围。MEG 和MRI 结合更能了解痫性活动与功能区解剖部位的关系,从而在减少功能损害危险性的情况下切除病灶及致区。对MRI 无异常的病例,MEG 能确定痫性活动的中心,使假定的广泛致痫区局限。Stefan 等调查了69 例均行MEG 检查的颞叶外侧癫痫,且同步记录EEG, 认为MEG 与临床病史及其他诊断技术结合对间性活动的产生和传播提供了很重要的信息。但在大多数病例,最后仍要ECoG 证实。神经外科医师可以根据MEG 提供的信息了解病灶、致痫灶、重要功能区的空间关系。Otsubo 等调查12 例灶性颞叶外癫,术前均行MEG 检查,偶极子定位均被ECoG 所证实。术后11 例1～6 年无发作。从而证实MEG 在颞叶外癫痫中的定位价值。
癫痫术前应了解致痫灶和重要功能区如语言、 感觉、运动区的空间结构关系以避免手术造成患者永久性的神经功能缺损。以往常需创伤性检查才能确定皮质功能区,而MEG 能实时追踪大脑神经元的电活动以确定皮质功能区,且无任何不良反应,有取代侵袭性检查的趋势。大脑语言中枢的定侧定位,尤其是颞叶语言区域的测定对癫痫术前评估尤为重要。无创性大脑语言中枢定位检查中,MEG 达毫秒级的时间分辨率优于fMRI , 且与有创性检查吻合率高。有研究显示,在大脑语言优势定侧和确定感觉性语言功能区时,MEG 与术中皮质电刺激结果很吻合。从而证实MEG 在确定语言优势侧及颞叶语言中枢位置的可信度高。MEG 对感觉功能区的定位效果良好, MEG 也用于另一些重要皮质功能区的定位,病灶邻近皮质运动区
临床上仅有 20% 左右的癫痫可以通过影像学定位致痫灶, 有相当数量的难治性癫痫因无法定位致痫灶而得不到适当的手术治疗。MEG 是一种无创的功能成像技术,它将大脑皮层神经元电活动产生的磁信号在颅外采集处理后将磁信号源的空间位置融合对应于MRI 图像相应的解剖部位,因此可直观地反映局部神经元的活动情况。脑磁图可以探测到皮层直径＜3mm 的癫痫灶活动,分辨时相可达1ms ,是最灵敏的无创性癫痫灶定位方法。它能将捕捉到的瞬时磁信号与三维MRI 解剖图融合,从而精确确定致痫灶的解剖部位,有极高的时间和空间分辨率。同时由于磁信号穿过头皮、颅骨等解剖结构时不会发生畸变,所以MEG 定位较其他功能检查具有更高的准确性。
MEG 在确定重要功能区定位及功能中的应用
在神经外科手术中,病灶与重要功能区关系密切或侵犯重要功能区时, 常面临着损伤重要功能区的可能。 检查诱发电流产生的MEG, 可以得知相应的神经传导通路有无损害。术前可通过对感觉、运动和视听中枢进行定位,为手术计划提供重要参照。
随着MEG 在脑功能区定位的发展及研究,MEG 已成为神经精神疾病的早期诊断和指导治疗的一种重要手段。MEG 在神经精神疾病中主要应用于以下几个方面: (1) 通过MEG 的变化早期诊断某些神经精神疾病, 如Alzheimer′s 病的早期诊断中, van Cap2 pellen van Walsum AM 等 MEG 在所有的波段信号较正常对照降低。(2) 监测胎儿的神经发育状况,MEG 具有无创性,重复多次的无损害性,故可以用于胎儿发育的监测,使胎儿在出生前明确是否有脑瘫、先天性失明、先天生聋哑等疾病。(3) 小儿精神疾病,利用MEG 的无创性,适用于小儿精神疾病的诊断及鉴别诊断,如视听功能障碍、学习障碍、朗读障碍、注意力障碍、智力障碍、孤独症等,有利于早期预防及实现这些病症的早期治疗和症状的长期改善。(4) 动态指导治疗,神经精神疾病的治疗方案比较个性化,需要多次调整才能达到最好的疗效,通过MEG 在治疗中的动态观察,可以及早取得最佳治疗方案。
在脑梗死的超早期,脑组织缺血区在MRI 上发现不了受损结构异常,但MEG 可表现为异常低频磁活动,有助于确定脑组织受损区的定位,及时诊断和早期治疗。张维娜和魏慈等 报道,在脑梗死的MEG 显示,超低频慢波提示为可逆性的脑功能受损,类似于影像学的缺血半暗带,如及时治疗,可以恢复,预后良好。如M20 、M35 诱发反应波明显降低、消失,提示为不可能的脑功能受损,预后不良,类似于影像学的缺血灶。
在重型颅脑外伤的昏迷病人中,由于弥漫性脑损伤导致脑功能恢复不全。对于这类病人的功能评价比较困难,临床上常用体感诱发电位来进行脑功能的评估,但存在着由于脑组织传导的不均匀、颅骨缺损或者脑缺陷引起的准确度降低,而脑磁图的检测不受此种因素的影响,比较适合此类患者的评估。
MEG 在帕金森氏病的应用比较少, Pekkonen 等 在对11 例帕金森氏病人的脑磁图研究中发现,N100m 和P50m 峰顶潜伏期左耳侧明显延长,认为可能是由于纹状体的单侧损害导致感觉传导通路通过丘脑到皮层。
司法鉴定:由于外伤或手术等原因造成的智力损伤,脑磁图可以为植物人的判断提供客观依据。特殊人群的体检:宇航员、飞行员或从事特殊职业者,如被检人隐瞒癫痫等病史,脑磁图可以为此类人员提供客观依据。戒毒, 通过MEG, 可查出吸毒原因,找出隐发点,进行治疗。MEG 还应用在皮质下神经元的活动、信息处理过程的动态学、同步神经元的分析、新药的开发和研究、特异功能的研究等基础方面。
脑磁图在神经系统疾病中的应用前景
随着物理超导技术及计算机应用技术的发展,MEG 已经成为神经疾病诊断和指导治疗的一种重要方法。在难治性癫痫的诊断及痫灶的定位、术前功能区的定位、神经精神疾病的早期诊断和指导治疗中取得了广泛的应用。在颅脑损伤、脑血管疾病、帕金森氏病的应用中也取得了比较大的进展。相信随着技术的进步,MEG 在神经疾病的诊断和治疗中必将取得更为广泛的应用。