Un casco realizzato mediante stampa 3D permette di collocare una serie di sensori quantistici a pochi millimetri dal cuoio capelluto, migliorando la rilevazione dei debolissimi campi magnetici generati dall’attività neuronale. Il sistema, denominato OPM-MEG, è stato sviluppato attraverso una collaborazione che coinvolge University College London, University of Nottingham, l’organizzazione britannica Young Epilepsy e alcune aziende specializzate nella produzione di apparecchiature per la magnetoencefalografia.
Tra le imprese coinvolte figurano Cerca Magnetics Limited, responsabile dello sviluppo e dell’integrazione commerciale del sistema OPM-MEG, Magnetic Shields Ltd, che produce gli ambienti schermati necessari per ridurre le interferenze magnetiche, e QuSpin Inc., azienda statunitense che realizza magnetometri pompati otticamente e sistemi elettronici destinati alle configurazioni OPM-MEG.
Il progetto è sostenuto anche dalla fondazione scientifica Wellcome e nasce da oltre dieci anni di attività condotte dai gruppi di ricerca di University College London e University of Nottingham.
Che cosa misura la magnetoencefalografia
La magnetoencefalografia, indicata con la sigla MEG, è una tecnica non invasiva utilizzata per registrare l’attività funzionale del cervello. Quando gruppi di neuroni comunicano tra loro, producono correnti elettriche. Queste correnti generano campi magnetici estremamente deboli, che possono essere misurati all’esterno del cranio mediante sensori ad alta sensibilità.
La MEG consente di seguire le variazioni dell’attività cerebrale su una scala temporale dell’ordine dei millisecondi. Questa caratteristica la distingue da altre tecniche di imaging, come la risonanza magnetica funzionale, che ricostruisce l’attività cerebrale attraverso le variazioni del flusso sanguigno e presenta tempi di risposta più lunghi.
In ambito clinico, la magnetoencefalografia può essere impiegata per individuare le aree dalle quali hanno origine le scariche epilettiche, analizzare la propagazione dell’attività anomala e contribuire alla pianificazione di un eventuale intervento chirurgico. Può inoltre essere utilizzata per localizzare funzioni come il linguaggio, il movimento e l’elaborazione sensoriale, aiutando i medici a preservare le regioni cerebrali essenziali durante un’operazione.
I limiti degli scanner MEG convenzionali
Gli scanner MEG tradizionali utilizzano sensori chiamati SQUID, acronimo di Superconducting Quantum Interference Device. Per funzionare, questi dispositivi devono essere mantenuti a una temperatura vicina allo zero assoluto, pari a circa quattro kelvin o meno 269 gradi Celsius.
Il raffreddamento richiede sistemi criogenici, isolamento sottovuoto e, in molti impianti, l’impiego di elio liquido. I sensori sono collocati all’interno di una struttura rigida simile a un casco di grandi dimensioni, ma non possono entrare direttamente in contatto con la testa. Tra il sensore e il cuoio capelluto rimane infatti uno spazio occupato dai sistemi di isolamento termico.
Questa distanza riduce l’intensità del segnale rilevato. Il problema risulta più evidente nei bambini, perché uno scanner progettato per la testa di un adulto lascia uno spazio maggiore tra il cranio e i sensori.
Anche il movimento rappresenta un limite. Nei sistemi tradizionali i sensori rimangono fermi mentre la testa può spostarsi rispetto alla loro posizione. Per ottenere dati utilizzabili, la persona deve restare immobile per periodi prolungati. Nei bambini piccoli e nei pazienti con disturbi motori, epilessia complessa, disabilità cognitive o difficoltà comportamentali, questa condizione può rendere l’esame difficile o incompleto.
In alcune circostanze può essere necessario ripetere la procedura o ricorrere alla sedazione, con un aumento del carico organizzativo e dello stress per il paziente e la famiglia.
Come funzionano i sensori quantistici OPM
Il sistema OPM-MEG sostituisce i sensori criogenici con magnetometri pompati otticamente, chiamati OPM. Si tratta di sensori quantistici che utilizzano le proprietà degli atomi per misurare variazioni minime del campo magnetico.
All’interno di ciascun sensore si trova una piccola cella contenente un vapore di atomi alcalini, spesso rubidio. Una sorgente laser prepara gli atomi in uno stato controllato e ne orienta le proprietà magnetiche. Quando un campo magnetico esterno interagisce con gli atomi, modifica il loro comportamento. Il cambiamento viene rilevato osservando la luce che attraversa la cella.
L’intensità e le caratteristiche della luce in uscita permettono di ricostruire la variazione del campo magnetico. Poiché il processo sfrutta livelli energetici e proprietà di spin degli atomi, gli OPM vengono classificati come sensori quantistici.
I magnetometri prodotti da QuSpin Inc. possono funzionare senza essere raffreddati alle temperature richieste dai sensori SQUID. Questo consente di posizionarli molto più vicino alla superficie della testa.
L’avvicinamento al cuoio capelluto aumenta l’intensità del segnale disponibile e può migliorare la capacità di distinguere sorgenti cerebrali vicine tra loro. Il beneficio è rilevante soprattutto per neonati e bambini, nei quali la distanza tra il cervello e un casco MEG convenzionale può ridurre la qualità della misurazione.
Il ruolo della stampa 3D
Il casco non è un semplice supporto protettivo. La sua geometria determina la posizione e l’orientamento dei sensori rispetto alla testa, due elementi indispensabili per ricostruire correttamente l’origine dell’attività cerebrale.
La struttura presenta numerosi alloggiamenti nei quali vengono inseriti i magnetometri OPM. Ogni apertura mantiene il sensore nella posizione prevista e ne orienta l’asse sensibile verso il cervello.
La stampa 3D permette di produrre caschi di dimensioni differenti per neonati, bambini, adolescenti e adulti. In alcune configurazioni è possibile creare una struttura personalizzata utilizzando dati anatomici ottenuti da una risonanza magnetica o da una scansione tridimensionale della testa.
La produzione additiva consente inoltre di modificare il numero e la distribuzione degli alloggiamenti, adattando il casco al tipo di esperimento o alla regione cerebrale da esaminare. Se è necessario concentrare i sensori sull’area motoria, sulle regioni temporali o su una zona associata alle scariche epilettiche, la disposizione può essere progettata di conseguenza.
Cerca Magnetics integra casco, sensori ed elettronica
Cerca Magnetics Limited ha trasformato i risultati della ricerca condotta presso University of Nottingham e University College London in una piattaforma OPM-MEG integrata.
Il sistema comprende il casco indossabile, l’insieme dei sensori, l’elettronica di controllo, gli strumenti di acquisizione e il software necessario per elaborare i segnali. Le configurazioni possono essere adattate al numero di sensori richiesto e alle dimensioni della testa del partecipante.
Nei sistemi sperimentali descritti nelle pubblicazioni scientifiche, i caschi stampati in 3D sono stati equipaggiati con magnetometri di QuSpin Inc.. Alcuni apparati utilizzano sensori in grado di misurare il campo magnetico lungo due o tre direzioni, aumentando il numero complessivo di canali disponibili.
La miniaturizzazione dell’elettronica ha permesso di ridurre apparecchiature che occupavano un armadio tecnico a unità trasportabili o collocabili in uno zaino. Questa configurazione non elimina la necessità di un ambiente controllato, ma rende più semplice installare il sistema, organizzare le sessioni e seguire i movimenti del partecipante.
Perché serve una stanza schermata
I campi magnetici prodotti dal cervello sono molto più deboli del campo magnetico terrestre e delle interferenze generate da ascensori, veicoli, linee elettriche, apparecchi elettronici e strutture metalliche.
Per questa ragione, l’esame viene eseguito all’interno di una stanza schermata magneticamente. La schermatura riduce il rumore ambientale e crea una zona nella quale i sensori possono registrare i segnali cerebrali.
Magnetic Shields Ltd ha sviluppato e costruito la MuRoom utilizzata nel progetto di Young Epilepsy. La struttura impiega materiali ad alta permeabilità magnetica e può integrare bobine per compensare i campi residui presenti nella stanza.
Rispetto agli ambienti progettati per i sistemi MEG criogenici, la MuRoom può avere una struttura più leggera e configurabile. La schermatura passiva viene affiancata da sistemi attivi che generano campi correttivi, riducendo le variazioni magnetiche all’interno dell’area di misurazione.
Il paziente può muovere la testa e il corpo, ma deve comunque restare entro il volume nel quale il campo è stato compensato. Il sistema non permette quindi di eseguire una scansione in qualsiasi ambiente: la libertà di movimento è disponibile all’interno di uno spazio magneticamente controllato.
Una misurazione più adatta ai bambini
Uno degli obiettivi principali del progetto riguarda l’epilessia pediatrica. Young Epilepsy ha installato un sistema OPM-MEG presso il proprio centro di Lingfield, nel Surrey, creando un ambiente pensato per bambini, adolescenti e famiglie.
La struttura è stata progettata per ridurre l’aspetto ospedaliero dell’esame. Durante la registrazione, il bambino può guardare immagini, svolgere attività, interagire con oggetti o muoversi entro i limiti consentiti dalla stanza schermata.
Poiché i sensori sono fissati al casco, si spostano insieme alla testa. La loro posizione relativa rispetto al cranio rimane quindi più stabile rispetto a quella di un sistema MEG tradizionale.
La maggiore tolleranza al movimento non significa che qualsiasi spostamento sia irrilevante. I ricercatori devono conoscere la posizione del casco e compensare le variazioni del campo ambientale. Movimenti molto ampi o irregolari possono ancora introdurre artefatti nei dati. Il vantaggio consiste nella possibilità di gestire movimenti naturali che renderebbero inutilizzabile una registrazione effettuata con uno scanner fisso.
L’applicazione nello studio dell’epilessia
Nell’epilessia, l’OPM-MEG viene studiata per individuare le scariche intercritiche, ossia le anomalie che possono comparire tra una crisi e l’altra, e per localizzare le aree cerebrali coinvolte nella generazione delle crisi.
Una localizzazione più precisa può aiutare il gruppo clinico a valutare se un paziente sia candidato alla chirurgia e quali regioni debbano essere esaminate con ulteriori procedure. L’OPM-MEG potrebbe inoltre contribuire a ridurre il ricorso ad alcune indagini invasive, ma questa possibilità deve essere verificata attraverso studi clinici e confronti sistematici con EEG, MEG criogenica, risonanza magnetica e registrazioni intracraniche.
L’elettroencefalografia e la magnetoencefalografia non sono tecniche intercambiabili. L’EEG misura le differenze di potenziale elettrico attraverso elettrodi applicati sul cuoio capelluto, mentre la MEG misura i campi magnetici associati alle correnti neuronali. Le due modalità possono fornire informazioni complementari e, in alcune configurazioni, essere utilizzate nello stesso esame.
Una tecnologia ancora destinata alla ricerca
Nonostante l’installazione presso centri specializzati e il crescente numero di pubblicazioni scientifiche, il sistema di Cerca Magnetics Limited è commercializzato come apparecchiatura di ricerca.
Alla data del 6 agosto 2026, Cerca Magnetics Limited specifica che il proprio OPM-MEG non dispone di approvazioni mediche o regolatorie in alcuna giurisdizione. I dati ottenuti non possono quindi essere impiegati come unico fondamento per decisioni cliniche senza i percorsi autorizzativi previsti per i dispositivi medici.
Il passaggio dalla ricerca all’assistenza sanitaria richiede la dimostrazione della sicurezza, la validazione delle prestazioni, la standardizzazione delle procedure, la verifica della ripetibilità dei risultati e la produzione della documentazione richiesta dagli organismi regolatori.
Un’altra questione riguarda il confronto tra centri differenti. Caschi, numero di sensori, sistemi di calibrazione, schermature e software di analisi possono variare. Per l’impiego clinico saranno necessari protocolli che permettano di ottenere risultati confrontabili e interpretabili da neurologi, neurofisiologi e chirurghi.
Dallo studio del cervello a quello del midollo spinale
University College London e gli altri gruppi coinvolti stanno valutando l’impiego dei magnetometri pompati otticamente anche per misurare l’attività del midollo spinale.
L’obiettivo è costruire configurazioni nelle quali un casco registra l’attività cerebrale mentre sensori aggiuntivi, collegati a un sistema indossabile, rilevano i segnali prodotti lungo la colonna vertebrale. Una misurazione simultanea potrebbe aiutare a studiare come cervello e midollo collaborano durante il movimento e come questa comunicazione viene alterata da ictus, lesioni spinali e patologie neurologiche.
Ulteriori ambiti di ricerca comprendono i disturbi del movimento, lo sviluppo cerebrale, l’autismo, la riabilitazione neurologica e l’analisi dell’attività cerebrale durante comportamenti più naturali rispetto a quelli osservabili in uno scanner fisso.
Stampa 3D, sensori quantistici e progettazione clinica
Il valore del progetto non dipende da un singolo componente. La stampa 3D consente di avvicinare i sensori alla testa e di adattare il casco al paziente. I magnetometri di QuSpin Inc. rendono possibile la misurazione senza criogenia. Cerca Magnetics Limited integra sensori, struttura, elettronica e software. Magnetic Shields Ltd realizza gli ambienti necessari per controllare le interferenze magnetiche.
University College London, University of Nottingham, Young Epilepsy e Great Ormond Street Hospital contribuiscono alla ricerca neuroscientifica, alla sperimentazione pediatrica e alla valutazione delle possibili applicazioni nell’epilessia.
Il risultato è una piattaforma che modifica il rapporto tra paziente e scanner: non è più la testa a doversi adattare a una struttura rigida progettata per un adulto, ma è il sistema di misurazione che può essere configurato intorno alla persona.
Prima di un impiego clinico esteso restano da completare la validazione, la standardizzazione e il percorso regolatorio. Il casco stampato in 3D rappresenta comunque un esempio concreto di come produzione additiva, fisica quantistica, ingegneria e medicina possano essere integrate nella progettazione di strumenti per lo studio dell’attività cerebrale.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
