PTB与柏林夏里特医学院等团队合作成果：可用于同步OPM-MEG与EEG测量的柔性脑电帽

同步采集脑磁图(MEG)和脑电图(EEG)可提升神经源定位精度，对癫痫术前评估等临床场景具有重要意义。然而，传统刚性OPM-MEG头盔与EEG帽需分层佩戴，导致OPM距头皮更远、信号衰减，且难以适配不同头型、不便于运动实验。为解决这一问题，德国联邦物理技术研究院(PTB)联合柏林夏里特医学院等机构，在EEG帽基础上集成OPM固定架，开发出一款柔性M/EEG联合采集帽，并建立了基于3D扫描的传感器定位流程，系统评估了其在运动过程中的传感器位置稳定性、信噪比及伪影水平。

研究已于期刊Journal of Neural Engineering发表。

研究方法

本研究在ANT Neuro公司的waveguard origina 64通道EEG帽基础上进行定制改造。研究团队在电极之间的空隙打孔并调整布线，集成了36个OPM固定架。实际实验中因OPM数量有限，均匀布放了24个三轴OPM。

图1 (a) waveguard origina EEG帽(ANT Neuro)，带有集成的OPM支架。(b)OPM支架的特写。(c)组合MEG和EEG帽的示意图。

共纳入5名健康志愿者,实验在屏蔽室中进行，包含三个模块：模块一仅测OPM-MEG，模块二同步测M/EEG，模块三仅测EEG。每个模块包含静态任务(听觉诱发AEF、视觉诱发VEF)和运动任务(慢速头动SHM、快速点头FHM)。在模块开始/结束及动静任务之间，使用手持3D扫描仪对受试者头部进行扫描(共9次/人)，用于离线定位OPM和电极。

图2 Block示意图

OPM定位流程：将3D扫描数据在软件中预处理，并逐一分离OPM及其固定架，再通过Python库进行点云配准，获得每个OPM的位置和朝向。EEG电极定位基于颜色阈值聚类实现。信号处理方面，MEG原始采样率1.5 kHz(后降采样至500 Hz)，EEG采样率500 Hz，使用ANT Neuro EEG放大器。

研究结果

1.OPM位置与朝向在运动中保持稳定

平均所有OPM对，传感器距离变化(DSD)均值为0.6 mm，朝向变化(DSO)均值为1.7°。在排除枕部OPM后，最大DSD为2.3 mm，最大DSO为5.3°(剔除EEG涂胶环节后)。根据已有仿真研究，2 mm和5°的误差对偶极子定位误差影响小于1 mm，表明该柔性帽的传感器位移对源重建精度影响可忽略。枕部OPM位移较大，可能与帽体后部贴合欠佳及重力影响有关。

图3 OPM位置和方向变化的情况。

图4 每位参与者OPM位置和方向变化的情况。

2.同步采集不降低信噪比

EEG方面，同步M/EEG相比单模态EEG的SNR平均变化为AEF 1.14倍、VEF 1.21倍(略有提升)；OPM-MEG方面，同步相比单模态的SNR平均变化为AEF 1.01倍、VEF 1.06倍(基本无变化)。EEG阻抗在同步测量前后从(8.7±6.1) kΩ降至(6.4±4.3) kΩ，表明电极接触良好，未受OPM干扰。

图5 EEG和OPM-MEG信号质量的评估。

3.运动伪影无明显增强

EEG运动伪影幅度在同步与单模态间无系统性差异(仅受试者3在慢速头动中略有升高)；OPM-MEG伪影变化呈受试者一致性趋势，可能与不同时刻磁场梯度环境差异有关，但整体影响较小。

图6 EEG和OPM-MEG伪迹强度的评估。

结论与讨论

本研究成功研制了一款可同步采集OPM-MEG与EEG的柔性帽，克服了传统刚性头盔与EEG分层佩戴导致的信号衰减问题。实验证明，该柔性帽在包含头部运动的实验中，OPM传感器位移和朝向变化处于源重建可接受范围内，且同步采集不会降低SNR或显著增加伪影。该设计轻便、透气，适用于儿童和运动实验场景，为OPM-MEG向临床应用(尤其是癫痫术前评估)提供了与标准EEG直接对比的技术基础。未来改进方向包括优化枕部贴合、增加OPM槽位，并实现实时在线传感器定位。

Citation:Anders, P., Brickwedde, M., Grent-‘t-Jong, T., Kruger, P., Haueisen, J., Uhlhaas, P. J., & Sander, T. (2026). Characterization of a flexible cap for simultaneous OPM-MEG and EEG measurements. Journal of Neural Engineering, 23(3), 036002.

DOI:10.1088/1741-2552/adc8f3

通讯作者：Paul Anders，德国联邦物理技术研究院(PTB)，柏林