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由于脑内神经电活动产生的颅外磁场非常微弱，只有50-500fT（飞特斯拉，10的负15次方），只有地球磁场的一亿分之一以下，所以需要一种极其灵敏的磁探测器。基于超导磁量子探测器（Superconductor Quantum Interference Devices, SQUID）的传统脑磁图得以诞生了。

然而SQUID 需要运行在超低温下以大量液氦维持其超导状态，氦在地球上是一种稀缺的不可再生资源，在半导体、医学、国防等领域都有着重要的应用。目前随着全球性的氦气资源紧缺，液氦价格不断高涨，美国、日本等一些国家已经开始限制氦气在娱乐领域的应用，而我国的氦99%以上依赖进口。SQUID 脑磁图的运行需要消耗大量的液氦，成本极高，这在很大程度上限制了脑磁图的普及应用。

光泵磁力计(optically pumped magnetometer, OPM)作为新一代超高灵敏度磁信号传感器，提供一种适应性强、可活动的、更精确、成本更低的新一代脑磁图系统解决方案。

历史文章

技术基础

脑磁图(MEG)和脑电图(EEG)是研究大脑活动的电生理技术。这两种技术都是基于从不同的角度测量大脑中神经元产生的动作电位所产生的电化学活动。

动作电位是神经元用来传递信息的机制。静息状态的神经元相对于周围介质呈现约65 mV的负电位。这种电位的差异是通过细胞膜上的活性通道来维持的。另一方面，突触中发生的化学刺激改变了膜的通透性。对膜的兴奋性刺激增加了膜的通透性，减小了电位差，产生了一种冲击波，从树突到胞体，从胞体到轴突，通过神经元传播。这种冲击波类似于在神经元内部传播的电流，通常被称为初级(或细胞内)电流。活动通道在短时间后恢复平衡，产生第二种冲击波，该冲击波在神经元外传播，通常被称为次级(或体积)电流。这两种现象(一次电流和二次电流)在本质上是相似的，并且由于电荷守恒原理，具有相同的强度。初级电流局限于神经元内部，不能在体内直接测量。二次电流通过整个导电体积传播，理论上可以在任何点测量。

就中枢神经系统的电生理学而言，在头皮水平可以观察到头盖骨内部产生的次级电流。这种测量被称为脑电图。然而，为了到达头皮，二次电流必须通过形成头部的所有不同结构传播，遵循由其组成的不同组织的电导率确定的曲折路径。因此，为了准确估计在头皮中测量的EEG信号的来源，必须知道头部的完整电导率剖面。根据安培电磁学定律，任何电流都会产生一个与电流垂直传播的成比例的磁场。电生理信号也是如此。即使被限制在神经元内部，初级电流也会产生一个可以在头部外部测量的磁场。这种测量被称为脑磁图。二次电流也会产生相关的磁场，但由于这些电流分布在较大的体积上，因此产生的磁场通常较弱。此外，这种磁场不受头部不同组织的影响，总是以直线传播。因此，在头皮外测量的磁场的原点的估计相对容易。

为了获得EEG或MEG数据，感兴趣的信号(分别是次级电流或磁场)必须远离神经元传播。这种现象只出现在开放场神经元，特别是像锥体神经元这样的长神经元中。此外，单个神经元产生的电流太弱，在头外看不到。据估计，至少有1万个神经元必须同步激活，才能正确测量电生理活动。在人类大脑中，满足这些要求的较大一组神经元是大脑皮层中的锥体神经元。这些细胞的树突分布在一个平行的网格中(允许它们的信号直接在空间上求和)，大片神经元同时激活(这允许时间求和)。从这个角度来看，模型表明这些神经元是EEG和MEG信号的主要贡献。

脑电和脑磁图信号是由相同的生理现象产生的。在理想条件下，假设噪声水平相似，几何形状良好，两种技术提供的信息应该是相同的。然而，在实际操作中，它们的性质略有不同。之前提到的第一个不同之处，脑磁图主要是一次电流的测量，而脑电图只是二次电流的测量。由于二次电流沿着一条曲折的路径到达电极，因此在脑电图中识别活动的来源(通常称为源重建)要比脑磁图复杂得多。在类似的情况下，与脑电图相比，这通常会导致脑磁图的空间分辨率更高。

脑电图和脑磁图之间的另一个重要区别是，虽然脑磁图只在一个点上测量磁场，但脑电图不能直接测量应用于阿尔茨海默病研究。相反，脑电图通过头皮两点之间的电位差来估计这一电流。根据欧姆定律，如果两个连接点之间存在电位差，则它们之间一定有电流流过，反之亦然。因此，EEG是基于参考的测量，而脑磁图是无参考的。如果估计了初级电流的潜在分布，那么这种差异就不重要了。然而，如果在传感器水平上分析活动，则参考电极将有效地修正测量，并且必须考虑到这一点。

脑电图和脑磁图的第三个不同之处与两种技术的灵敏度有关。脑电图测量头皮中的二次电流，可以检测到与任何开发场神经元相关的回声。另一方面，脑磁图测量一次电流和二次电流产生的磁场。虽然一般来说，次级磁场比初级磁场弱，但在高度对称的情况下，次级电流可以定向成这样的方式，即它们的磁场抵消初级电流产生的磁场。这些非常特殊的结构被称为无声源。无声源的一个典型例子是(近似)球形导体中的径向初级电流。由于头部可以粗略地近似为球体，所以脑磁图通常被认为对放射源不敏感，而脑电图则不然。