传感器-信号源距离对磁神经肌肉信号的影响：基于OPM-MMG技术的系统性研究

本研究针对磁肌图(MMG)技术在实际应用中受传感器-信号源距离限制的关键问题，通过体内外联合实验揭示了距离对信号质量的影响规律。研究团队采用光学泵磁力计(OPM)和计算模型发现，当距离超过2厘米时，中等肌肉(如指浅屈肌FDS)的磁信号将无法被现有技术可靠检测。该成果为MMG设备优化和临床应用提供了重要参数依据，推动了无创神经肌肉监测技术的发展。

　　

在神经肌肉疾病诊断和康复监测领域，传统肌电图(EMG)需要皮肤准备和电极接触，而磁肌图(MMG)提供了无创检测的可能性。然而，磁信号随距离衰减的特性一直缺乏系统研究，这严重制约了MMG技术的临床应用。来自德国蒂宾根大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表论文，首次通过实验与模拟相结合的方式，量化了传感器-信号源距离对MMG信号的影响规律。

研究采用三轴光学泵磁力计(OPM)同步记录指浅屈肌(FDS)的表面EMG(sEMG)信号，并在磁屏蔽室内进行距离梯度测试。计算模型通过多尺度肌肉模拟预测信号衰减特征。关键技术包括：1) OPM-MMG与sEMG同步采集系统；2) 基于生物组织模型的磁场模拟；3) 信号噪声比(SNR)和频谱分析算法。

主要结果

1. 体内实验验证信号衰减
   数据显示在0.5-1 pT噪声水平下，X/Y/Z三轴信号幅度(RMS)随距离增加呈指数衰减，2厘米距离时信号幅度下降45%，接近噪声基线水平。

   

2. 计算模型揭示频谱变化
   模拟发现纯信号的中位频率(MDF)随距离增加而降低，但实测信号因噪声干扰呈现相反趋势，说明高频噪声对远距离测量影响显著。

3. 方向敏感性差异
   Y轴(正交肌纤维方向)信号幅度最高，X轴(平行肌纤维方向)最低，证实肌肉电流方向对磁场检测的关键影响。

   

结论与意义
该研究首次建立OPM-MMG技术的最佳检测距离参数，指出当前技术条件下检测中等肌肉活动的有效半径不超过2厘米。这一发现为未来MMG设备的小型化设计提供了明确目标：需将传感器敏感单元与皮肤间距控制在1厘米以内。研究同时揭示了肌肉几何取向对信号采集的影响机制，为多轴传感器阵列的优化布局奠定理论基础。尽管受试者数量有限，但计算模型与实验结果的高度吻合增强了结论的可靠性。这项研究解决了MMG技术临床应用的核心瓶颈问题，为开发新一代无创神经肌肉监测系统提供了关键参数依据。