脑磁图是20世纪60年代国外发展起来的一种脑功能检测技术,近年来,我国也相继引进了脑磁图设备并应用于神经学科领域中。本文就脑磁图技术的有关基础知识及其在癫痫诊断和治疗中的应用予以论述。

一．脑磁图发展简史

        1969年，Cohen第一次成功地利用超导量子干涉仪（ super conducting quantum interfered device,SQUID）检测到颅内电流变化产生的磁场，奠定了脑磁图的基础，成为脑磁图研究的核心理论，使MEG的探测水平发生了一个质的飞跃,具备了现代脑磁图技术的雏形。

        初期的MEG为单信道的传感器装置，在检查时必须不断移动单信道的传感器探头以检测MEG信号，其检测过程不仅费力耗时，而且检测结果重复性差，以致无法深入进行脑功能研究和临床应用。随着计算机技术的不断发展和应用软件的开发，医学影像学信息处理技术得到迅速发展，因而使得MEG的设计和研制发生了质的变化。脑磁图技术已从原始的单信道磁力计演化成具有数百信道，覆盖全脑的系统，只需要经过一次测量就可采集到全头的脑磁场信号，可同时快速地收集整个大脑的数据，并通过抗外磁场干扰系统和计算机综合影像信息处理技术，将获得的信号转换成脑磁曲线图，等磁线图，可与MRI或CT等解剖影像信息叠加整合，形成脑功能解剖学定位，准确地反映出脑功能瞬时变化状态，用于脑的高级功能方面的研究。2002年脑磁图获得了美国FDA认证和批准，已经从实验室的基础研究进入了医院，可以用于临床进行非侵袭性脑功能影像检测，目前脑磁图广泛用于神经科学、神经外科、癫痫等临床科学的研究。

二．脑磁图仪器和技术

        脑磁图系统由电子采集系统、含传感器阵列分布的液氦杜瓦容器、计算机、病床、低温容器支撑装置及头部模拟模型组成。脑组织神经元产生的磁场信号极其微弱，仅在10-15 T（T，特斯拉，磁通量密度的单位）和 10-12 T (pT) 之间，而且其信号频率也非常低（约在 0.1Hz 和 100Hz 之间）。心磁场（MKG）比其大100倍，地磁场强度为0.3×10-4T，比其大十亿倍，都市环境噪音比其大约100万倍。因此，如要测定微弱的脑磁波信号只能应用超高敏感度的磁场检测装置，即低温超导装置。SQUID是利用超导约瑟夫效应可把微弱磁通量的变化转化成电压变化的一种变换器,具有10-14 ～10-15T级的高灵敏度，把铌探测线圈组成的生物磁力计和超导量子干涉仪浸入在充满液氦的杜瓦瓶中可以有效地减少阻抗所产生的问题，增加探测微小磁场继发的传导改变的敏感性。磁场屏蔽室可以屏蔽周围装置产生的磁场噪音。

        胞膜内外的离子运动形成的生物电流而产生的磁场，是变动磁场。脑磁图记录的是兴奋神经元内部电流变化产生的磁通量（magnetic flux），磁场不受组织导电率的影响。垂直于径向矢量的平面定义为切向平面，这一平面上的矢量称为切向矢量。任意方向上的偶极子总可以表示成一个径向分量和两个切向分量。由于径向偶极子在空间上的对称性，因此由径向偶极子产生的磁场为零，而不能被MEG传感器探测到。

        脑磁图主要用于正切磁场的测量，进一步说，脑磁图是测量细胞内的电流，是体内神经电流源引发的瞬间磁场。更准确地说，脑磁图测量的是与细胞内电流相关的磁场分布，而非脑电图所测量的容积电流。MEG两个本质的优点（1）磁场受脑组织和颅骨之间的传导组织干扰很少，（2）MEG仅探测与颅骨正切的神经元活动，这些特点增加了其定位的准确性。MEG可以实时地记录脑活动，磁信号可毫无衰减地穿透脑组织和颅骨，信号源定位准确。脑磁信号易于定位，时间和空间的定位准确率很高（空间分辨率0.1到1 cm，时间分辨率1ms）。

三．脑磁图检查方法

        在实际测量中，首先在被试者头部皮肤表面选择3个点作为参照点，一般选用清晰的解剖标志，例如鼻根、左右耳前点，作为参照点建立头部三维坐标系，这3个点确定了脑和磁力计的相对位置。耳前两点的连线确定了Y轴，鼻根与Y轴中点的垂直连线设定为X轴，垂直于X-Y平面且穿过X和Y轴交点的线设定为Z轴。检查过程中被试者的头部位移不能超过5mm，如超过则测量不准确，需要重新再测。微弱的神经磁场可以被生物磁力计探测到，显示为等磁图，等磁图是位于大脑沟或者裂隙的神经元产生的磁场的振幅图。通常，在进行解剖结构检查（如超薄MRI）时用液体标记物（例如，维生素E胶丸）覆于X、Y、Z这3个标记点之上，在脑磁图测量的前后均可进行MRI检查关系，在MRI图像上可以清晰地识别标记点的位置。应用此方法可以分析并识别兴奋灶的位置，与MRI解剖影像相融合形成磁源成像（MSI），明了兴奋源与所有脑组织的相对位置关系，用于显示有意义的脑区。

四．脑磁图分析方法

        脑磁研究分为正问题和逆问题。从测定的数据来推算磁信号源的位置、方向和强度，是属于人体磁场检测逆问题的计算。MEG逆问题研究也有两类方法,一是等效偶极子方法,另一是皮层或深部成像法。等效偶极子法是先设定偶极子模型和头模型,然后由MEG推断出偶极子的位置、大小和方向。假定有两个大小相等、符号相反的电荷、它们之间有一定的距离，如我们仅研究离这两个电荷很远处的电场，则称这样一对电荷的总体为电流偶极子。偶极子由源（source）和汇(sink)构成，它只是脑中区域源的近似，在这一模型中,将处于兴奋态的神经元看作电流偶极子的电源。一个偶极子由偶极子的大小、方向和三维的位置这五个参数确定其特征。

        棘波发放时，许多神经元超同步化过度兴奋，作为整体而言，这群神经元兴奋时，其分布组合等价于一个电流，其正负电荷的中央称为等价电流偶极子。等价电流偶极子ECD(Equivalent Current Dipole)磁场源定位法是一种传统的大脑生物磁场信号源的计算机软件定位方法。因大脑皮质的兴奋而引起的皮质离子电流在其周围产生了脑磁信号，这一大脑的生理电磁现象可用等效电流偶极子来等价近似表示，用它可简便地构造脑内电磁活动模式的数学等效模型，从而推算出脑内信号源所在位置。对于大脑活动的点状信号源，例如癫痫活动和感觉诱发反应都能快速而可靠的由等价电流偶极子来定位。等价电流偶极子磁场源定位法的缺点是不利于对大脑深部神经元以及多处神经元进行定位。

        进行癫痫灶定位时，一般使用信号平均化方法改善MEG信号的信号噪声比（SNR），非平均化的MEG信号只在测量强信号源（信噪比大）时才会有相应的响应（如癫痫棘波活动）。但在信噪比小、广泛的高级皮层活动定位和多灶性癫痫起源灶的定位时不能应用ECD技术检测。此时可以应用SAM(Synthetic Aperture Magnetometry)方法，SAM （合成孔径磁场测定法）是一种使用空间滤波器测定因脑的电磁活动而产生的脑磁图信号源的分析方法，是一种融合了脑信号源定位及图形化的计算机算法，其理论基础是数理统计的线性制约最小变数聚束算法，用于从脑磁图信号来评估大脑信号源的活动。SAM是基于从射电天文学引用过来的精心确定的聚束技术基础之上，环境噪声和多余的脑噪声都会被SAM滤波过程所消除。SAM使用全脑磁图传感器矩阵来分辨有用和无用的脑信号并进行非线性叠加。SAM通过计算机算法使用一套加权因子组合收集来自传感器的信号，根据各个传感器距离脑内信号源的远近自动选择不同的加权因子，大幅度提高了脑磁图信号的信号噪声比。SAM可以空间性地选择减弱噪声，从而提高了信噪比。通过不同颜色或者灰阶值描述病灶或功能区活动情况和噪声变量，绘制不同大脑活动的功能影像。SAM的影像和MRI的成像原理相同，都是由非常小的称之为“体素（voxels）”的画像单元所构成，因此它能够从三维空间上检测整个大脑的功能活动的影像信息。采用SAM制作的动态影像可实时显示癫痫发作的起源灶、过程及传播的路径，这对快速而形象直观的癫痫病灶定位特别有效。SAM的另一优点是它相对等价电流偶极子方法能提高大脑深部信号源的定位精度。例如对大脑深部的癫痫病灶定位传统的等价电流偶极子定位法已很不可靠。SAM可检测出几毫秒之差的无器质病变的原发性癫痫波是起源于左脑还是右脑。 目前此技术最新进展是利用假想电极（SAM-VS）代替实际硬膜下电极或深部电极测量皮质脑波，与人体大脑有损害的颅内埋入或插入硬膜下或硬膜外电极、皮层电极和深部电极脑电监测相比较，SAM-VS充分显示了脑磁图测量对于人体的无接触，无损伤的优越性。

五．脑磁图在临床研究中应用

        脑磁图可以根据真正致痫灶与“镜灶”出现的时间差，很容易区别二者。利用这种信号时间差技术，脑磁图不仅可以确定双侧大脑半球同时出现而脑电图难以鉴别的双侧广泛性癫痫波病灶，而且还能分辨一侧半球中多个部位出现的异常脑电活动。有研究表明，在一些脑电图检测不到棘波放电的病人，脑磁图有可能检测到棘波发放，所以脑磁图对致痫灶的定位有着重要的意义。多项研究表明，脑磁图检测结果与颅内皮层脑电和深部电极描记的结果一致。脑磁图对于新皮层癫痫尤其有益，可以有助于没有局灶病灶的癫痫患者的致痫灶定位，有助于明确深部电极埋放的位置。

        有许多关于直流MEG的研究报道，其被广泛应用于动物和人类，疾病包括偏头痛、家族性偏头痛和癫痫等。MEG慢波灶是有助于术前评估的潜在方法。持续和间歇（包括发作之后）的局灶慢波有定位价值，因为这些慢波通常反映部分性癫痫的病理情况，有些病理改变在MRI表现为囊性病变。尽管没有对MEG慢波灶定位的敏感性，特异性和有效性进行系统的研究，但是Johannes等报道对20位神经上皮肿瘤继发癫痫的患者进行MEG检查，滤波为1~4Hz，分析异常低频磁场活动（ALFMA），发现ALFMA多位于肿瘤内或周边组织[146]。

        脑磁图可以在无创的情况下探测躯体感觉、听觉和视觉刺激等的诱发磁场变化，通过进行数据分析处理，融合到MRI上形成磁源成像（MSI），显示这些初级皮层功能区，此技术已被成功应用于科研和临床 。

        有许多研究中心正在进行关于语言诱发的脑磁场的试验，其中有一些试验已经得出肯定的结论，MEG检测结果与功能磁共振、Wada实验和术中刺激监测结果一致，认为MEG有可能代替有创性检查用于语言功能区定位。世界上许多脑磁图研究中心通过对正常人手部运动脑磁波检测，成功地进行了人手运动功能区的定位研究。Rossini 等对一位卒中病人成功地进行脑磁图、功能磁共振和经颅磁刺激运动皮质定位，三者结果一致。对简单的单侧手部运动进行研究发现，运动前600ms双侧运动皮层对称性兴奋，磁场慢波化，仅在运动前300-200ms磁场变化方定侧到对侧的运动皮层。一系列的研究证明自发运动和被动运动时，脑磁波主要表现为15-30Hz频段β节律增加，通过合成孔径磁源成像技术可以将运动皮质定位于中央前回。Lang等应用听觉刺激作为同步化信号研究单指运动诱发磁场变化，并取得了良好的结果。Taniguchi等应用合成孔径磁源成像技术（SAM）成功地对中央沟附近的肿瘤进行运动皮质的定位研究，成功指导制定了手术治疗方案。Munoz等利用SAM方法对自闭症和精神疾患导致的特异性语言的功能障碍的患者进行研究，证实脑磁图有助于区分二者，并且有助于了解综合性精神发育障碍的发病机制。

六．脑磁图的局限性

        尽管MEG可以通过无创性的方法提供提供重要的信息（重要皮层功能区和癫痫激惹灶），但是目前其仍有一些不足：

1．  如果病人头部或胸部有金属植入物，或带有金属物品，（如金属假牙，用大量的金属元素补牙，或带有金属背带，脑室腹膜泵，迷走神经刺激器等）则可以产生很强的噪声，干扰MEG数据，使信噪比下降，导致结论的不可靠性；

2．  由于儿童或不合作的患者不能配合认知检查，从而无法进行语言区定位；

3．  有些患者需要服用水合氯醛诱导睡眠，提高癫痫波出现的阳性率，如果水合氯醛不能成功诱导睡眠，有些作者采用服小剂量propofol亦可以成功诱导睡眠；

4．  长程MEG检查很难进行，很少有病人可以耐受长期固定于某一姿势；

5．  头皮EEG没有癫痫波的病人，MEG诊断率还不确定，但是此时MEG能探测到激惹灶的可能性很低；

6．  尚不清楚MEG是否能确定发作间期多灶性癫痫波是否为单一致痫灶产生的；

7．  常规检查技术设施很难获得发作期MEG数据。

总结

        全头型脑磁图技术是MEG的重要突破，可以快速简便地进行致痫灶和脑功能区定位。MEG时间和空间分辨率很高，与MRI相融合可以产生集脑功能信息和脑解剖影像于一体的脑功能医学解剖影像—磁源成像技术（MSI）。相信随着MEG技术的完善和推广、成本的降低、经验的积累，越来越多的临床医生和患者将从中受益，从而使脑磁图技术提高到一个新的水平。