3D打印头盔突破束缚:全球首款可穿戴脑扫描仪问世,患者可自由活动接受检测
七岁的Liberty每天要发作三十次癫痫。为了搞清楚问题出在哪,她的脑袋里被植入电极,在医院住了整整十天。
这是侵入性颅内脑电图检查。听起来就很不好受,但在过去很长一段时间里,它是很多孩子唯一的选择。

伦敦大学学院和诺丁汉大学的研究者,花了十年时间,做了一台完全不同的设备。它叫光泵磁力计脑磁图,简称OPM-MEG,靠一个定制的3D打印头盔,把一组量子传感器贴近头皮。
你不需要躺进一个巨大的管子里,也不需要保持一动不动。戴上它,站起来,走两步,甚至跳舞,大脑的活动都能被记录下来。开发者说,这是世界上第一台便携式脑部扫描仪。
伦敦大学学院脑磁图负责人Gareth Barnes说,这是世界首创。他解释,这和通常让人塞进管子里做脑部扫描的方式完全不同,它改变了我们思考大脑的方式,让我们能在自然环境中扫描大脑,对神经科学是一个重大突破。

传统脑磁图长什么样呢?诺丁汉大学的物理学负责人Matt Brookes把它形容为一个非常大的均码保温瓶,每个人的头都得塞进去。它的磁场探测器必须在零下269摄氏度运行,被封装在真空的刚性外壳里。探测器离头部远,头部稍微一动,产生的磁场就会模糊。
孩子脑袋小,离固定传感器的距离更远,灵敏度就更差。更麻烦的是,小朋友本身就不容易在一个大机器里保持不动。
OPM-MEG的传感器,最早来源于21世纪初让原子钟变小变便宜的研究。当时美国科学家发现,同样的组件不用低温冷却,也能测到大脑发出的微弱磁场。
Brookes的团队做了模拟,结果让人兴奋。他带着结果跑到伦敦找Barnes,两个人就这么开始了合作。
你可能会觉得,这听起来有点像科幻片里的设定,但它是真的。最终做出来的传感器比拇指指甲盖还小,可以放进一个轻量级的定制3D打印头盔里。头盔内部是点阵结构,能让几十个传感器贴着头皮。婴儿、儿童、成人的脑袋尺寸不同,头盔都可以单独缩放。每个传感器连到患者背着的背包上,在磁屏蔽室里,人可以自由移动、站立,甚至走两步。

这么一套系统的研发,钱从哪来呢?这个项目由惠康基金会资助,它是英国一家支持医学研究的慈善机构。2016年,Barnes和Brookes带着一块玩具积木去申请资金,那块积木是用来展示他们目标传感器的大小的。他们拿到了为期五年的合作基金。
Barnes说,这种长期资金支持让他们从最初的原型走到现在,设备已经可以常规用于神经科学发现了。

惠康基金会还支持了伦敦大学学院惠康人类神经影像中心的数学建模、实验设计和早期验证,以及英国第一个专门面向儿童的OPM-MEG诊所,开设在癫痫慈善机构Young Epilepsy。扫描仪已经在那里投入使用,并和大奥蒙德街医院合作,那是英国著名的儿童医院,为面临复杂癫痫手术的儿童绘制脑部图谱。
这项技术最初的出发点,就是癫痫儿童。Barnes解释说,儿童在传统扫描仪里很难保持不动,所以很多孩子要等到大约18岁才能做上扫描。那意味着他们要一直等到成年,教育都已经读完了,才轮得到做手术。如果能更早治疗,更早手术,对这些孩子来说是巨大的优势。
Rachel的女儿Liberty就是这样的孩子。七岁时每天发作三十次癫痫,做颅内脑电图检查要住院十天,把电极直接植入大脑。Rachel说,现在整个过程太漫长了,做各种诊断测试,等结果,结果又不明确,再回到原点。任何能加快这个流程的技术,都会带来巨大的希望。
研究者还在探索OPM-MEG在帕金森病、精神分裂症、痴呆症和自闭症中的潜力,也在考虑体育赛场上给运动员做头部损伤扫描,或者军事环境里检测创伤性脑损伤。
Brookes和Barnes还在努力把技术扩展到脊髓,想支持多发性硬化症这类同时影响大脑和脊髓的神经退行性疾病的研究。
扫描仪目前还只用于研究,正在等待医疗器械审批,开发者希望2027年能拿到临床批准。
Brookes说,如果回到十年前,有人给他看现在这些东西,他会觉得那像科幻小说。让人站着、走着,甚至跳舞的时候做脑部扫描,听起来确实像《星际迷航》里的东西。
但比科幻更让人心动的,是那些孩子。他们不用再等到成年,不用在医院躺十天,不用把电极插进脑袋里,就能知道自己的大脑到底发生了什么。


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