从“跟跑”到“领跑”！北京创新生态滋养的“探脑”先锋

这是一项听起来颇为科幻的技术——脑磁场探测。借助极为灵敏的“脑磁摄像机”，大脑神经元放电产生的微弱磁场信号都被精准捕捉、实时记录。

这不是一个科幻故事。从实验室样机的反复迭代打磨，到生产出服务全国的产品，再到率先取得全球首张无液氦脑磁图产品医疗器械注册证……历时10年，北京昆迈医疗科技有限公司（以下简称：昆迈医疗）创始人盛经纬完成了脑磁探测医疗装备的“弯道超车”。这款“北京智造”的无液氦脑磁图系统，让我国在该领域首次实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越，更让我国在高端脑功能成像装备领域打破国外长期技术垄断，实现了核心装备的自主可控。

盛经纬

攀登脑成像领域的“珠峰”

走进昆迈医疗的研发场地，一台外观与CT相仿的无液氦脑磁图设备正在持续工作。利用这台设备，原本看不见、摸不着的大脑活动，被具象为一幅幅直观的脑磁图像，人类窥探脑海奥秘有了新“武器”。

无液氦脑磁图设备探测的听觉诱发波形图

当前，脑疾病已成为全球公共卫生的重大挑战，世界卫生组织的统计数据显示，全球超过30亿人患有神经系统疾病。近年来，脑科学和脑机接口取得了巨大突破，很多“科幻电影”式的场景正在走向现实。但作为人类最复杂、最神秘的器官，大脑依然存在着诸多未知领域，等待科学家探秘。

人类大脑中约有860亿个神经元，它们之间彼此交织，形成一张复杂的网络。功能磁共振成像和脑电图，是目前医学诊断和科学研究中常用的脑功能成像手段，它们让神秘的大脑活动能够被“看见”，但也各自存在局限性，难以满足科研、诊疗的需求。功能磁共振成像画面清晰、空间分辨率高，但成像速度慢、时间分辨率低，适合追踪缓慢的脑部血流变化；脑电图时间分辨率高，但受颅骨等绝缘介质的干扰，空间分辨率较低。

探测大脑神经元放电时产生的微弱磁场，成为更合适的选择。脑磁图，就像一部高速、高清的摄影机，能够在无创伤、无辐射的环境下，同时实现成像的高时间分辨率和高空间分辨率。这个医工结合的领域，是盛经纬在北京大学攻读博士期间的主攻方向。

然而，脑电信号已经是极其微弱，很难捕捉，脑磁探测的难度更是远超于脑电信号。“神经电流磁场探测，就是脑成像领域的‘珠穆朗玛峰’，我要挑战它！”盛经纬坚定了自己的选择。

通往山巅的道路，没有坦途。

最初的两年，盛经纬一头扎进了磁共振探测方向，想通过优化现有技术实现目标，却一无所获。“今天想个主意去尝试，失败；明天换一条路，还是失败。那两年，我始终没有探测到有效的信号。”盛经纬坦言，这是他科研路上遇到的最大的挫折，但也是必须经历的阶段，“做研究，就是要在不断尝试的过程中，逐渐去寻找可行的路径。”

一条路走不通，那就换一条。

“脑磁信号的强度，仅相当于地球磁场的十亿分之一。这相当于我们要在剧烈的台风中，清晰识别出一片叶子落地后引发的震动。”盛经纬打了一个形象的比喻。过去，国际上脑磁探测的主流方案是超导量子干涉仪技术，探测器要在液氦创造的超低温状态下达到超导条件，也就是在零下269摄氏度左右的环境下才能正常工作。于是，整套探测设备都围绕极低温的需求进行设计，不仅造价和维护费用高昂，泡在液氦中的探测器距离被检测者的头部还必须保留几厘米的刚性距离。

几厘米的距离，仿佛“天堑”，导致信号明显衰减。

经过反复调研，盛经纬所在的实验室团队选择了一个“弯道超车”的新方案，研发无需液氦、能在常温下工作的新技术，从而更近距离地捕捉脑磁变化，获取更高质量的信号。

实验室角落诞生关键成果

基于量子传感的原子磁强计技术，是利用光与原子的相互作用来探测磁场。它的原理与传统超导技术完全不同，在室温下即可开展探测，因此探测器可以贴近头皮，捕捉到更强的脑磁信号。在这一领域，国内外多个顶尖技术团队都处在同一起跑线上，北京大学量子脑磁图研发团队也在其中，盛经纬正是这个团队的首位成员。

信号探测单元、接收单元、处理单元……要搭建一套完整的量子脑磁图设备，必须对每个环节的技术细节了然于胸。“哪怕是拧螺丝、抬设备，我都亲力亲为，丝毫马虎不得。”盛经纬说，量子脑磁图探测器的“心脏”是原子磁强计，需要精密组合起数百个元器件。研发和调试量子传感器，是他研发过程中耗时最长的一个阶段。

起初，在设计实验室样机时，数百个元器件铺满了一张桌子。“解决原理问题只是第一步，更重要的是得给样机‘瘦身’。”盛经纬说，脑磁信号的探测，需要将多个探测器组成探测阵列，将大脑包围起来，才能获取到完整的信号，因此单个探测器的体积必须控制在合理范围内。

要把“一张桌子”的元器件缩小为盈盈一握的探头，技术难题层出不穷。比如，体积减小会导致探测器出现一定程度的性能退化；更棘手的是产品集成后的内部干扰增加。“产品内部的金属等材料会带来磁性干扰，就像在一片寂静中突然出现窸窣声，这对于极为灵敏的磁传感器来说，是毁灭性的影响。”盛经纬说。

排查噪声的过程仿佛是在破案。加工时混入的一点点金属碎屑，或是不同材料间微小的磁性差异，都是可能的“元凶”，需要经过反复测试，才能定位原因并加以排除。就这样一点一点地筛查，历时两年多，第一个小型化的脑磁探测器终于诞生了。它的长度不过几厘米，便于操作者进行探测。

脑磁信号的测试和调试工作，需要多人配合，“小白鼠”就由盛经纬和团队成员担任。“亲身参与实验，不只是科研探索精神的体现，也让我们能在此过程中体验患者的感受。”

2016年的一个深夜，当城市的喧嚣归于宁静，一场关键的实验开始了。

为了避开其他大型设备的磁场干扰，实验场地选在了磁屏蔽房间的一处角落。实验桌的边缘固定着一个探测器，一名团队成员坐在地上，头部紧靠探测器，尽量保持静止，另一名成员则在远处操作，为受试成员的手臂施加轻微的电刺激。

“再来一次！”“头不要动！”盛经纬和团队成员轮流担任受试者，采集到的原始数据回传至电脑处理后，信号图上出现了与电刺激同步的、特征明确的脑磁响应波形。

“那一刻激动的感受，对我来说，不亚于看到原子弹爆炸成功的画面。”盛经纬说，这是我国科研团队第一次用自主研发的无液氦脑磁设备捕获了来自大脑的信号，“这是‘从0到1’的突破！”

完成“从1到100”的跨越

临近博士毕业时，盛经纬与他的导师、北京大学讲席教授高家红进行了一次长谈。这次谈话，促使他走上了创业之路。

“那天的对话，我至今印象深刻。我的导师说，他在《科学》《自然》等国际顶级期刊都发表过有影响力的科研成果，但他的遗憾是，这些成果的基础数据采集，都不是我国自主研发的设备完成的。”当时，盛经纬已经手握多份工作机会，但他拒绝了国外顶尖实验室的邀请函，也放弃了科研院所的职位，选择创立昆迈医疗。

“昆迈”这个名字，取自“量子（Quantum）”与“磁（Magnetism）”两个元素。盛经纬期待在这里，将实验室研究出的先进技术转化成真正有价值的生产力，实现“用磁场感知生命”的目标。

“现在回想起来，选择创业是一个年轻气盛的决定。”盛经纬笑道。公司创立后，启动资金成了第一个难题，在创业准备期只能借用他人的场地办公，盛经纬更是没有领过一分钱的工资。他的底气，在于看得见摸得着的实验室样机，以及多年深耕该领域的技术积累。

终于，北京首都科技发展集团提供的“第一桶金”到位。从无到有的研发固然不易，但真正的硬仗——“从1到100”的产品工程化才刚刚开始。

实验室样机的元器件制作大多依靠手工完成，研制过程完全可以“百里挑一”。但要让无液氦脑磁设备走向市场，实现批量化的产品生产，就必须确保同一台设备内几十甚至上百个核心传感器的一致性。

在产业化初期，尺寸仅有三四毫米的玻璃腔难住了盛经纬。这个玻璃腔名叫原子气室，是脑磁传感器的核心元器件。向腔体内充入特殊的原子气体，再用光进行操控，就能完成对磁场的高灵敏探测。在早期的工程化阶段，技术人员检测不同批次产品的腔内压力时，得到的结果令人震惊——原子气室内的气压误差达到了50%至100%。

“腔体空间很小，充入原子气体的过程中，任何一个细节处理不当，都会导致内部气压剧烈变化。”盛经纬意识到，必须通过严格的标准化流程和精细化管控解决这一难题，为此，他带领团队重新梳理充气全流程。从气体纯度筛选、充入速率控制到腔体密封检测，他们建立起全链条操作规范，同时设置多道质量校验节点，确保每一步操作都可追溯、可把控。研发团队则与生产环节实时对接，一旦发现气压波动隐患，立刻联动优化参数、调整工艺。与此同时，研发团队还不断优化设计方案，进一步缩小原子磁强计的体积。经过上百次的迭代，新一代原子磁强计更加小巧，只相当于半个拇指大，能组成更密集的脑磁探测阵列。

完成了核心传感器的攻关，如何将无液氦脑磁图系统整合为便于使用的整机设备，这道题的答案同样重要。脑磁信号极其微弱，必须在高度屏蔽外界磁场的环境方能完成探测，传统方案要配合探测设备建造一座磁屏蔽室，但这种方式成本高昂，也不符合临床上便捷、友好的需求。

盛经纬带领团队创新设计了开放式的圆柱形磁屏蔽舱，与目前常见的CT、磁共振等设备的结构类似，受试者平躺在检测床上，在被推入磁屏蔽舱的过程中，周围的磁场也层层衰减，最终确保测试者头部所在的中心区域磁场环境足够“安静”。

终于，全球首个无液氦脑磁图医疗器械诞生了！2024年5月，这款“北京智造”的医疗器械，成为全球首款基于原子磁强计技术临床获批的无液氦脑磁图设备。“研究用了5年，产业化又用了5年，真是十年磨一剑。”盛经纬感慨。

“北京智造”惠及全国

如今，在全国多家医疗机构、科研院所，这套无液氦脑磁图设备已经投入使用，服务于医疗检测、科学研究等实际需要。盛经纬说，该设备仅需一间面积约30平方米的普通房间即可装机工作，能够适应医院检测的复杂环境。

目前，这套设备已累计采集了上千例脑磁信号数据，应用范围也从神经内科拓展到眼科、耳鼻喉科、精神科等科室。“以突发性耳聋为例，突聋患者的大脑对声音信号处理会发生变化，通过脑磁图就能观察到这种改变。”盛经纬介绍，研究者还利用这套设备开展了更多探索性实验，比如让受试者躺在设备里收看综艺节目，研究大脑在观看节目时的实时反应。

大科学装置中，也有这套设备的身影。位于怀柔科学城的多模态跨尺度生物医学成像设施平台，就配备了无液氦量子脑磁图设备。“在怀柔，我们的设备已经陆续参与了神经解码、无创脑功能区定位等相关研究，还和设施平台上的其他设备协同合作，推动脑科学研究到脑疾病临床诊疗的应用进程。”盛经纬表示，脑磁图与磁共振设备可以展开多模态融合，还能与电子显微镜、荧光显微镜、超分辨显微镜等设备形成跨尺度的互补关系，让脑科学研究既能深入机理，也能指导临床，加速脑科学的发病机理研究和临床药物开发。

在拓展应用平台的同时，盛经纬还带领团队持续提升设备性能。几个月前，无液氦脑磁图设备再升级——昆迈自主研发的新一代无液氦脑磁图取得医疗器械注册证，实现96个探测位点的全脑高密度覆盖，将空间定位精度平均提升至毫米量级。“这就像把摄像机由高清升级到超高清，分辨率再创新高。”盛经纬表示，高密度的探测位点能更精准地捕捉微小神经活动，为癫痫病灶定位、脑功能区识别等需求提供更清晰的“地图”。而在科研领域，公司已具备百余个探测位点的集成能力，甚至可根据科研需求提供更高配置的定制化方案。

“在医疗器械创新领域，北京走在全国的最前沿。这里的创新氛围、人才集聚程度、上下游生态，是别处难以比拟的。”回顾自身的科研和创业历程，盛经纬深刻体会到北京这片创新沃土对于科技工作者的滋养。

目前盛经纬正在与更多科研团队展开跨界合作，尝试将人工智能等技术与无液氦脑磁图结合，进行相关数据的建模、分析、优化处理等工作。这套设备的应用边界还将持续拓展，不仅能为认知神经科学研究、脑网络图谱等前沿科技领域提供高精准的研究工具，还能为无创脑机接口所需的神经信号实时解码、人机交互精准响应等提供关键支撑。

同时，团队正重点推进多模态脑功能成像方案开发，依托无液氦脑磁图的高时空分辨率优势，构建脑疾病精准诊断与治疗模型，加速脑科学基础研究向临床应用的转化。2026年，昆迈医疗还计划启动无液氦脑磁图系统的海外注册，推动产品销往海外，让我国高端医疗影像设备走上世界舞台。（刘苏雅）