211service.com
En bedre måte å måle magnetiske felt på kan gjøre fosterets hjerteproblemer lettere å oppdage
De elektriske feltene som produseres i kroppen er et kraftig diagnostisk verktøy. Klinikere bruker rutinemessig disse signalene til å måle funksjonen til hjernen, hjertet, nervene og musklene, og gir innsikt som er umulig å samle med andre verktøy.
Men denne tilnærmingen har begrensninger. For eksempel er elektriske signaler fra fosterhjerter vanskelige å samle fordi de overveldes av morens signaler. Dette gjør enkelte føtale hjertesykdommer spesielt vanskelige å diagnostisere.
Det er imidlertid en annen måte å studere kroppens elektriske aktivitet på - ved å måle magnetfeltet den produserer. Fordi magnetiske felt forfaller raskt over korte avstander, gjør dette det mye lettere å skille et fostersignal fra morens.
Men magnetometre med den nødvendige følsomheten er avhengig av superledende teknologi som må avkjøles til temperaturen til flytende helium. Isolasjonen dette krever hindrer disse enhetene fra å komme nær målorganet. Følgelig har de magnetiske signalene alltid vært svake og vanskelige å tolke.
Det som trengs er et romtemperaturmagnetometer som kan plasseres innenfor millimeter fra målet og som er følsomt nok til å måle de magnetiske signalene av interesse.
I dag ser det nå ut som mulig takket være arbeidet til Kasper Jensen ved Københavns Universitet i Danmark og kolleger, som har målt ulike diagnostiske signaler fra et hjerte i fosterstørrelse ved hjelp av et romtemperaturmagnetometer. Arbeidet har potensial til å revolusjonere måling av biomagnetiske felt og kan hjelpe leger med å diagnostisere føtale hjertesykdommer som ellers ikke kan oppdages.
Enheten som får dette til å fungere er kjent som et optisk pumpet magnetometer. Den består av en liten kolbe med atomgass, i dette tilfellet cesiumatomer. Spinnene til hvert cesiumatom er svært følsomme for omgivelsesmagnetiske felt, noe som gjør dem til nyttige måleverktøy.
Til å begynne med må spinnene til alle atomene være oppstilt i samme retning. Dette gjøres med polarisert laserlys. Når laseren er slått av, begynner spinnene å drive i henhold til det lokale magnetfeltet. Å måle spinnene igjen en kort stund senere viser hvordan de har endret seg, og avslører styrken og retningen til det lokale feltet.
De siste årene har ulike grupper begynt å bruke optisk pumpede magnetometre for å studere biomagnetiske felt. Men mange av disse forsøkene har vært frustrerte. Den smale båndbredden til magnetometrene hindrer dem i å fange opp alle ønskede signaler.
I mange enheter må atomene varmes opp til flere hundre grader celsius og må derfor isoleres og separeres fra målet. Siden magnetfeltstyrken synker dramatisk over korte avstander, kan dette ha en betydelig innvirkning på enhetens nytte.
Jensen og co kommer rundt disse problemene med et lite, optisk pumpet magnetometer som har relativt bredbåndsfølsomhet og fungerer ved kroppstemperatur. Det betyr at enheten kan plasseres på eller innenfor noen få millimeter fra målorganet.
Teamet gjennomgikk enheten ved å bruke den til å måle magnetfeltet knyttet til bankende marsvinhjerter som hadde blitt isolert i laboratoriet. Disse er omtrent på størrelse med menneskelige fosterhjerter og gir derfor en god test.
Tilnærmingen viser lovende resultater. Jensen og co sier at de tydelig oppdaget hjerteslag sammen med en lang rekke diagnostiske egenskaper.
I et normalt hjerte utløses muskelsammentrekningen som er signaturen til et hjerteslag ved at elektriske bølger passerer over overflaten av hjertet. Flere bølger er involvert, og disse forårsaker synkronisert sammentrekning av forskjellige deler av hjertet.
Kardiologer merker disse bølgene med bokstavene P, Q, R, S og T. Tidspunktet mellom dem er en viktig indikator på hjertefunksjonen.
Et signal av spesiell interesse i fosterhjerter er Q-T-intervallet. Når dette er langvarig, tyder det på et alvorlig problem. Elektrokardiogrammer kan imidlertid ikke brukes til å oppdage dette i fosterhjerter.
Jensen og co sier at deres nye teknikk kan oppdage dette problemet. For å vise hvordan brukte de medisiner for å indusere et forlenget Q-T-intervall i marsvinhjertene. De sier at det optisk pumpede magnetometeret tydelig fanget opp de diagnostiske tegnene.
Det er interessant arbeid med betydelige implikasjoner. Forlengede Q-T-intervaller forekommer i 1 av hver 2500 fødsler, og det er viktig å oppdage dem tidlig. Den nye teknikken skal kunne gjøre nettopp det.
Basert på våre målinger på marsvinhjertet konkluderer vi med at sanntidsdeteksjon av hjerterytmen til et menneskefoster ved svangerskapsalder på 18-22 uker, hvor hjertesensoravstanden er beregnet til å være ≥ 5 cm, bør være mulig, sier Jensen og co.
Dette legger opp til en spennende fremtid. Neste trinn vil være å teste teknikken hos mennesker og da spesifikt hos gravide. Den har også potensial til å måle andre magnetiske felt i kroppen, for eksempel de som produseres av hjernen og nervesystemet. Gjør deg klar til å ønske velkommen til en ny form for diagnoseverktøy.
Ref: https://arxiv.org/abs/1806.10954 : Magnetokardiografi på et isolert dyrehjerte med et romtemperatur optisk pumpet magnetometer