上周跟小伙伴们分享了脊髓磁图在动物水平上的可利用性，“人的脊髓磁图能测吗？”“人脊髓的磁信号强吗？”“可以应用在哪些疾病呢”。这就是本期想跟大家分享一篇发表于2017年的人脊髓磁图的文章，首次发现具有高空间和时间分辨率的MSG可用于绘制颈部脊髓和脊柱神经的电生理活动。希望大家能从这篇文章中找到关于脊髓磁图的临床应用可能性，甚至于共同建立临床脊髓磁图应用的标准。
影像技术对于神经系统疾病的诊断无疑是非常重要的，但任何单一方式都足以全方面地评估神经系统功能，因此，具有高时间和空间分辨率的功能评估对于诊断和治疗脊髓功能障碍至关重要。例如，脊髓型颈椎病（Cervical Spondylotic Myelopathy, CSM），即由于颈椎的退行性变化导致椎管变窄，是老年人最常见的脊髓疾病之一；由于脊髓受压引起的机械和生理病理变化，患者常常表现为上肢无力和麻木、步态障碍、下肢痉挛以及肠道和膀胱功能紊乱。有些患者没有任何临床症状，而磁共振成像等影像学检查显示脊髓有明显的压迫；CSM的进展模式各不相同，往往无法预测，即使在影像学检查中看到类似的脊髓压迫程度，其症状的严重程度和特点也存在很大差异。因此，为了早期预测骨髓病的进展和确定治疗方案，必须评估脊髓功能并准确地确定病变位置。功能磁共振、弥散张量成像和磁共振光谱等磁共振技术可以作为这样的工具，但由于脊髓与大脑相比是一个狭窄的部分，这些成像技术的分辨率还有待改进。
电生理学记录是评估脊髓功能的另一种方法。它不仅被用于术中监测，还被用于术前评估，以诊断导致脊髓病变的脊柱病变，并预测无症状病例向脊髓病变的发展。然而，体表记录的电生理活动并不特别适合于记录深层和复杂结构的传导活动，如脊髓、脊神经和臂丛神经；因为表面电位的振幅相对较小，并受神经周围组织的传导性影响，传导速度不稳定或不准确。
为了记录比从脊柱附近体表表面电位更大、更清晰的信号，人们采用了脊髓诱发电位（Spinal Cord Evoked Potentials, SCEPs），是将硬膜外导管电极直接放置于脊髓，对脊髓或经颅刺激做出反应后产生的电位；这些SCEPs有助于检测CSM中的脊髓反应段，主要是脊柱外科医生在使用。但将电极插入狭窄的颈椎硬膜外腔有损伤颈部脊髓的风险，并且技术要求相当高；因此，无创且精确的方法来评估脊髓活动的功能成为必然趋势，脊髓磁图（Magnetospinography, MSG）就是这样一种可能的方法。
神经磁图，包括MSG，在评估神经活动和功能障碍方面比电生理记录有几个优势。首先，神经磁图不需要大型电极阵列来扫描大范围的区域，相比于传统的电生理记录需要多个记录点来重建动作电流。第二，神经中的动作电流可以从诱发磁场中更准确地计算重建，因为磁场不受电导率的影响、 尽管它确实随着距离的增加而减弱。因此，电流源，包括轴内动作电流和体积电流，可以从诱发磁场中推断出来。重要的是，扫描区域内任何一点的动作电流都可以被重建，就像 “虚拟电极 “一样，而电流源的重建可以将神经系统中的动作电流模式可视化为一个电流图。
当神经受到电刺激时，轴内电流根据安培的环形定律产生神经电磁场，它比地磁场小9个数量级，这些来自生物结构的弱磁场可以在磁屏蔽的房间里用敏感的磁传感器检测到。每个传感器检测与其传感器线圈正交的磁场，从多个传感器同时记录可以将诱发磁场的空间扩展可视化为磁性等高线图；此外，诱发动作电流的时间和空间扩展可以通过计算重建并可视化为电流图。因此，在没有记录电极的情况下，也可以获得传播动作电流的图像。
1998年，Mackert等报告了腰椎间盘突出患者腰椎周围的磁场，估计传导阻滞位置在神经根受压部位的尾部2.5厘米和侧面0.8-2.5厘米。然而，在回顾MNG的机制和早期历史时，他们指出，在MSG能够用于临床实践之前，需要更敏感的测量硬件和更精确的源重建算法。
自1999年以来，该课题小组一直致力于研究MSG和MNG，以无创地评估脊髓和深层神经功能障碍。它们使用MSG测得动物神经电磁场，脊髓诱发磁场的传播和传导阻滞，兔子腰部脊髓突触活动诱发的磁场，以及动作电流的详细特征和 在离体神经的传导阻滞部位的磁场的详细特征。此外，他们还记录了人体腰椎管内的神经电磁场，并对其测量系统进行了各种改进，使其具有更好的信噪比和更低的液氦消耗的SQUID生物磁力计；使用能够更精确定位的X射线系统；对较大信号的最佳神经刺激方法；以及为信号定位减少伪影和最佳信号处理。
近几十年来，周围神经中诱发磁场的记录取得了进展。1980年，Wikswo及其同事报告了青蛙坐骨神经的诱发磁场，当孤立的神经被插入一个环形拾音线圈并受到刺激时，测量到一个大的磁场（峰值60 pT）；但这种方法需要暴露和分离神经。随后能在体表无创地记录神经诱发磁场；磁屏蔽室和高灵敏度SQUID传感器的发展通过提高信噪比使无创记录成为可能。此外，降噪方法和信号源重建技术也有所改进。
降噪方法，包括双信号子空间投影和共模子空间投影，能够解决小的和/或埋在噪声中的磁场。早期研究中，该课题组对动作电流和体积导体进行了假设，以确定源的位置，这被证明对相对简单的系统（如孤立的外周神经）是有用的，但在应用于脊髓时却不令人满意。在本研究中，采用一种称为递归空转向（RENS）波束成形器的空间滤波器，它不假设任何体积导体；使用RENS波束成形器能够更准确地重建脊髓和脊柱神经根的动作电流。应该强调的是，MSG可以观察到脊髓中的电流分布。传统的电生理检查依赖于电势记录，因为在体内记录动作电流是很困难的。因此，通过MSG观察动作电流可以帮助神经科学的研究。
该课题组在磁屏蔽室中使用120通道的超导量子干涉装置生物磁力计系统，在对健康受试者和一名颈椎病患者的下胸脊髓进行刺激后，以及对健康受试者的正中神经进行刺激后，记录了颈椎脊髓诱发磁场，再重建成脊髓中的电生理活动，并通过空间滤波器、递归空转向波束成形器进行可视化。他们在2017年就证实了，MSG可以可视化CSM患者和健康受试者颈部脊髓的传播诱发电流，表明MSG在脊髓的无创临床评估方面有很大的潜力。
该课题组在磁屏蔽室中使用120通道的超导量子干涉装置生物磁力计系统，在对健康受试者和一名颈椎病患者的下胸脊髓进行刺激后，以及对健康受试者的正中神经进行刺激后，记录了颈椎脊髓诱发磁场，再重建成脊髓中的电生理活动，并通过空间滤波器、递归空转向波束成形器进行可视化。他们在2017年就证实了，MSG可以可视化CSM患者和健康受试者颈部脊髓的传播诱发电流，表明MSG在脊髓的无创临床评估方面有很大的潜力。