成立5年，这款诞生于诺丁汉大学的零磁医学产品已迈向临床【零磁医学专题】

当一名自闭症儿童需要接受脑功能检查时，传统脑磁图（MEG）设备的笨重机身、冰冷的液氦冷却系统，以及必须固定头部的检测流程，往往让诊疗过程充满挑战。

这一困境背后，是全球神经疾病精准诊断长期面临的瓶颈。近年来兴起的零磁医学（全称“极弱磁功能信息医学”），正为破解这一难题提供全新路径。

该学科通过在近零磁环境中，利用量子自旋等高精度磁场测量技术，捕捉人体心、脑等器官产生的极微弱磁信号，实现功能层面的无创、超早期诊断，被视为未来医学的重要方向之一。

在英国诺丁汉大学，一家名为Cerca Magnetics Limited（以下简称Cerca）的初创公司，正将其基于光学泵浦磁力计（OPM）的可穿戴脑磁图系统推向临床。

从2020年诞生于学术实验室，到2023年斩获英国物理学会量子创新奖，再到2024年获政府资助探索阿尔茨海默症早筛，这家量子医疗初创企业以技术落地临床为锚点，为零磁医学在心脑疾病无创诊断领域的应用打开了新想象空间。

Cerca的技术起源于诺丁汉大学物理与天文学学院的量子传感实验室。团队长期深耕光学泵浦磁力计（OPM）在生物磁场探测中的研发，目标直指传统超导量子干涉仪（SQUID）设备在临床应用中的核心痛点。这一研究方向与零磁医学的核心使命“通过高精度、无创地探测人体极弱磁场，实现疾病早期诊断”高度契合。

脑磁图作为一种无创、无辐射的功能成像技术，能够捕捉强度仅为地球磁场十亿分之一（50–500 fT）的极微弱神经磁信号。它在癫痫灶定位、脑功能区测绘、乃至精神疾病早期发现和诊断中具有独特价值。

然而，传统MEG设备不仅造价高昂，动辄便是数千万美元，还需配套昂贵的磁屏蔽室，且受限于笨重机身、液氦冷却与严格头部固定要求，对儿童、特殊需求患者极不友好，检查效果大打折扣。

OPM技术的出现，从原理上提供了新的可能：它无需液氦冷却，能在室温下运行，且具备小型化、可穿戴的潜力。

2018年，诺丁汉大学彼得·曼斯菲尔德成像中心的科研团队融合原子磁力计与3D打印技术，实现了首个“穿戴式”脑磁图原型设计。该设备重量仅905克，并可实现个性化适配，确保传感器与受试者头皮紧密贴合，彻底改变了传统设备重达450公斤、要求头部完全静止的检测模式。

在这一技术基础上，2020年该中心与Magnetic Shields公司合作设立Cerca，推出新型原子磁力计脑磁图仪产品。次年，Cerca成功推出第一代OPM-MEG原型机。尽管仍需简易固定，该设备已实现室温运行并摆脱液氦依赖，为后续临床验证与技术迭代奠定基础。

2023年，Cerca发布真正意义上的可穿戴脑磁图扫描仪，将传感器嵌入轻质头盔，患者无需固定头部，即使在坐姿或轻微活动状态下也能完成检测，极大提升了检测的灵活性与舒适度。

Cerca可穿戴脑磁图扫描仪 来自：Cerca官网

该产品随后获英国物理学会首届qBIG量子创新奖，并在多伦多儿童医院投入临床试点，用于自闭症儿童的神经发育研究。反馈显示，患儿检测配合度从不足50%提升至90%以上，初步验证了可穿戴设计的临床价值。

2024年，Cerca获得英国政府200万英镑专项资助，用于在牛津大学人类脑活动中心部署OPM-MEG系统，开展阿尔茨海默症的早期诊断研究。该项目旨在通过脑磁信号的细微变化，在患者出现记忆衰退症状前5-10年发现异常。初步数据显示，该系统已能捕捉到患者大脑默认网络区域的磁场波动差异。

与此同时，Cerca并未局限于脑磁图领域。2025年，其明确提出向心脏磁场探测（MCG）延伸，计划开发覆盖从“脑”向“心”双系统的全链条成像解决方案，进一步拓宽极弱磁场测量技术在精准医疗中的应用边界。

Cerca的颠覆性，源于对光学泵浦磁力计（OPM）技术的医疗化改造，为零磁医学的临床落地提供了关键技术支撑。

这一技术基于量子力学中的Zeeman效应，即原子在外磁场作用下，能级随磁场强度发生分裂。通过对这一物理效应的工程化创新，Cerca成功解决了传统SQUID设备在临床应用中长期存在的痛点。

OPM技术的工作原理可分为三个关键步骤：

首先，在原子极化环节，Cerca将铷或铯原子密封于特制原子蒸气室中，通过频率稳定的激光器发射特定波长激光。激光能量对原子进行“泵浦”，使其自旋方向趋于一致，形成整齐的自旋阵列。

其次，在磁场响应阶段，当人体产生极微弱磁场（如大脑神经元的1fT级磁场或心脏活动的1000-10000fT级磁场）时，这些磁场会作用于已极化的原子，导致原子自旋方向发生偏转。磁场强度越强，偏转角度越大，原子对激光的吸收效率也随之改变。

最后，在信号读取环节，高精度光探测器捕捉原子对激光吸收效率的变化，将其转化为电信号，再通过专业算法处理，最终重建为医生可解读的脑磁或心磁图像。

这一过程的关键突破在于摆脱了对低温冷却的依赖。传统SQUID设备需依赖-269℃的液氦维持超导状态，而OPM技术通过原子蒸气室与激光泵浦的设计，在室温20-25℃下即可稳定运行。

此外，Cerca的OPM系统能落地临床，离不开三大核心组件的工程化优化，这些细节决定了设备的性能与实用性。

● OPM传感器：小尺寸、高灵敏度，适配头盔集成。相比必须低温保存的SQUID传感器，OPM利用碱原子的量子特性实现微小磁场测量，在保持媲美超导器件灵敏度的同时，摆脱了液氦冷却的束缚。

● 背景磁场控制：告别传统屏蔽室，头盔可在临床环境使用。针对极弱磁场测量的特殊需求，Cerca采用了新型磁屏蔽室设计与电磁线圈技术，构建出静磁场低于1nT、屏蔽系数（外磁场强度与屏蔽后剩余磁场强度的比值）超过50000的优异磁环境。

● 系统集成：3D打印头盔，实现全人群适配+自由移动。Cerca采用独特的头盔设计，集成了64个紧贴头皮布置的传感器，配合先进的阵列算法，能有效消除干扰源产生的无关磁场。已发表的数据显示，在测量神经振荡和功能连接时，该系统的表现甚至优于最好的低温系统。其人性化的设计让受试者可以在扫描过程中自由移动，同一系统可适配从成人到婴儿的不同头型。

医疗成像设备的价值，终究要回归“是否能用、是否好用”。Cerca的OPM-MEG系统，在性能上实现了“精准”与“灵活”的双向兼顾。

精度够“准”，满足临床诊断需求。系统具备毫米级空间分辨率与毫秒级时间分辨率，既能精确定位大脑功能区或癫痫病灶，又能捕捉快速变化的神经信号，完全满足神经科临床诊断与科研需求。

使用够“活”，打破人群与场景限制。设备体积小、重量轻，支持跨机构灵活部署。传感器集成于3D打印的可调节头盔中，患者可在舒适坐姿甚至活动状态下完成扫描，显著提升了检查舒适度和适用范围，实现了从新生儿到成人的全年龄段覆盖。

成本够“低”，降低医疗普及门槛。系统造价仅为传统SQUID设备的50%，且无需后续液氦补充费用，还能在普通临床环境中稳定运行，大幅降低了医疗机构的设备投入与运维门槛，为先进脑磁图技术的普及推广创造了条件。

随着零磁医学从理论走向实践，Cerca正通过构建产业合作网络、推进临床验证与优化供应链，系统性地打通OPM技术从实验室到病床的落地路径。

在技术整合方面，Cerca与美国量子传感企业QuSpin建立深度战略合作，共同开发高性能原子物理模块，提升OPM设备的性能与可靠性。这种合作有助于Cerca获取先进的原子操控技术，增强其产品竞争力。

临床验证显示，Cerca的设备已在多伦多儿童医院、伦敦大学学院医院等机构投入使用。在癫痫灶定位研究中，OPM系统将定位准确率提升至92%，检测时间从4小时压缩至2小时；在新生儿脑功能监测中，系统成功捕捉到早产儿脑活动的异常信号，为早期干预提供依据。

在全球范围内，零磁医学正迎来政策与市场的双重机遇。英国将量子技术列为国家战略并计划投入2.5亿英镑支持研发。此外，在中国，零磁医学的研究与应用正稳步推进。北京未磁科技等创新企业正在积极研发基于原子磁强计的心磁图仪与脑磁图仪，致力于攻克核心传感器技术与临床解决方案。

同时，中国科学院、北京航空航天大学等科研机构也在极弱磁场测量基础研究、磁屏蔽技术、新型量子传感器等领域持续深耕，为零磁医学的长期发展提供学术支撑。这些机构与Cerca一样，共同致力于将极弱磁场测量技术转化为普惠的临床工具。

尽管面临临床认知、信号稳定性、商业化路径等挑战，但全球对阿尔茨海默症、癫痫、心肌缺血等疾病早诊的迫切需求，为零磁医学技术的发展提供了强劲动力。

Cerca的五年历程，勾勒出一条将零磁医学从实验室理论转化为临床工具的可行路径。从诺丁汉实验室的原子自旋研究，到临床可用的可穿戴头盔，其真正的价值，在于证明了零磁医学的临床化，本质上是一场以技术解决真实医疗痛点的工程实践。

随着Cerca等企业的持续探索，以及全球范围内产学研力量的共同推动，零磁医学正逐步从一个前沿科学概念，逐步演进为能够为医生和患者带来实际价值的诊断工具，为心脑疾病的早期诊断开启一个更精准、更普惠的新阶段。