Lepszy sposób pomiaru pól magnetycznych może ułatwić wykrywanie problemów z sercem płodu

Pola elektryczne wytwarzane w ciele są potężnym narzędziem diagnostycznym. Klinicyści rutynowo wykorzystują te sygnały do ​​pomiaru funkcji mózgu, serca, nerwów i mięśni, dostarczając informacji, których nie można zebrać za pomocą innych narzędzi.

Ale to podejście ma ograniczenia. Na przykład, sygnały elektryczne z serca płodu są trudne do zebrania, ponieważ są przytłaczane przez sygnały matki. To sprawia, że ​​niektóre choroby serca płodu są szczególnie trudne do zdiagnozowania.

Istnieje jednak inny sposób badania aktywności elektrycznej organizmu — poprzez pomiar wytwarzanego pola magnetycznego. Ponieważ pola magnetyczne zanikają szybko na krótkich dystansach, znacznie ułatwia to oddzielenie sygnału płodu od sygnału matki.

Jednak magnetometry o wymaganej czułości opierają się na technologii nadprzewodzącej, która musi być schładzana do temperatury ciekłego helu. Wymagana izolacja zapobiega zbliżeniu się tych urządzeń do organu docelowego. W konsekwencji sygnały magnetyczne zawsze były słabe i trudne do zinterpretowania.

Potrzebny jest magnetometr w temperaturze pokojowej, który można umieścić w milimetrach od celu i jest wystarczająco czuły, aby zmierzyć interesujące sygnały magnetyczne.

Dziś wydaje się to możliwe dzięki pracy Kaspera Jensena z Uniwersytetu Kopenhaskiego w Danii wraz z kolegami, którzy zmierzyli różne sygnały diagnostyczne z serca wielkości płodu za pomocą magnetometru w temperaturze pokojowej. Prace mogą zrewolucjonizować pomiary pól biomagnetycznych i mogą pomóc lekarzom w diagnozowaniu chorób serca płodu, które w inny sposób są niewykrywalne.

Urządzenie, które wykonuje tę pracę, znane jest jako optycznie pompowany magnetometr. Składa się z małej kolby gazu atomowego, w tym przypadku atomów cezu. Spin każdego atomu cezu jest bardzo wrażliwy na otaczające pola magnetyczne, co czyni je użytecznymi narzędziami pomiarowymi.

Po pierwsze, spin wszystkich atomów musi być ustawiony w tym samym kierunku. Odbywa się to za pomocą spolaryzowanego światła laserowego. Kiedy laser jest wyłączony, spiny zaczynają dryfować zgodnie z lokalnym polem magnetycznym. Ponowny pomiar obrotów chwilę później pokazuje, jak się zmieniły, ujawniając siłę i kierunek lokalnego pola.

W ostatnich latach różne grupy zaczęły wykorzystywać optycznie pompowane magnetometry do badania pól biomagnetycznych. Jednak wiele z tych prób zakończyło się niepowodzeniem. Wąskie pasmo magnetometrów uniemożliwia im wychwytywanie wszystkich pożądanych sygnałów.

W wielu urządzeniach atomy muszą być podgrzane do kilkuset stopni Celsjusza, a zatem muszą być izolowane i oddzielone od celu. Ponieważ natężenie pola magnetycznego gwałtownie spada na krótkich dystansach, może to mieć znaczący wpływ na użyteczność urządzeń.

Jensen i spółka rozwiązują te problemy za pomocą małego, pompowanego optycznie magnetometru, który ma stosunkowo szerokie pasmo czułości i działa w temperaturze ciała. Oznacza to, że urządzenie można umieścić na lub w promieniu kilku milimetrów od organu docelowego.

Zespół przetestował urządzenie, używając go do pomiaru pola magnetycznego związanego z biciem serc świnek morskich, które zostały wyizolowane w laboratorium. Są one wielkości ludzkich serc płodowych, a więc stanowią dobry test.

Podejście daje obiecujące wyniki. Jensen i spółka twierdzą, że wyraźnie wykryli bicie serca wraz z szeroką gamą cech diagnostycznych.

W normalnym sercu skurcz mięśni, który jest sygnaturą bicia serca, jest wyzwalany przez przejście fal elektrycznych przez powierzchnię serca. Zaangażowanych jest kilka fal, które powodują zsynchronizowany skurcz różnych części serca.

Kardiolodzy oznaczają te fale literami P, Q, R, S i T. Czas między nimi jest ważnym wskaźnikiem czynności serca.

Jednym z sygnałów o szczególnym znaczeniu w sercach płodów jest odstęp Q-T. Przedłużanie się oznacza poważny problem. Jednak elektrokardiogramy nie mogą być użyte do wykrycia tego w sercach płodów.

Jensen i spółka twierdzą, że ich nowa technika może wykryć ten problem. Aby pokazać, w jaki sposób użyli leków, aby wywołać wydłużony odstęp Q-T w sercach świnek morskich. Mówią, że optycznie pompowany magnetometr wyraźnie wychwycił znaki diagnostyczne.

To ciekawa praca o znaczących implikacjach. Wydłużone odstępy Q-T występują w 1 na 2500 urodzeń i ważne jest ich wczesne wykrycie. Nowa technika powinna właśnie to zrobić.

Na podstawie naszych pomiarów serca świnki morskiej dochodzimy do wniosku, że wykrywanie w czasie rzeczywistym bicia serca płodu ludzkiego w wieku ciążowym 18-22 tygodni, gdy odległość między czujnikiem serca szacowana jest na ≥ 5 cm, powinna być możliwe, mówią Jensen i spółka.

To tworzy ekscytującą przyszłość. Następnym etapem będzie przetestowanie tej techniki na ludziach, a następnie konkretnie na kobietach w ciąży. Ma również potencjał do pomiaru innych pól magnetycznych w ciele, takich jak te wytwarzane przez mózg i układ nerwowy. Przygotuj się na przyjęcie nowej formy narzędzia diagnostycznego.

Nr ref.: https://arxiv.org/abs/1806.10954 : Magnetokardiografia na izolowanym sercu zwierzęcia za pomocą magnetometru pompowanego optycznie w temperaturze pokojowej

ukryć