211service.com
Ett bättre sätt att mäta magnetfält skulle kunna göra fostrets hjärtproblem lättare att upptäcka
De elektriska fälten som produceras i kroppen är ett kraftfullt diagnostiskt verktyg. Kliniker använder rutinmässigt dessa signaler för att mäta funktionen hos hjärnan, hjärtat, nerverna och musklerna, vilket ger insikter som är omöjliga att samla in med andra verktyg.
Men detta tillvägagångssätt har begränsningar. Till exempel är elektriska signaler från fostrets hjärtan svåra att samla eftersom de överväldigas av moderns signaler. Detta gör vissa fostrets hjärtsjukdomar särskilt svåra att diagnostisera.
Det finns dock ett annat sätt att studera kroppens elektriska aktivitet - genom att mäta det magnetiska fältet den producerar. Eftersom magnetfält sönderfaller snabbt över korta avstånd gör detta det mycket lättare att separera en fostersignal från moderns.
Men magnetometrar med den erforderliga känsligheten förlitar sig på supraledande teknologi som måste kylas till temperaturen hos flytande helium. Den isolering som detta kräver förhindrar dessa enheter från att komma nära målorganet. Följaktligen har de magnetiska signalerna alltid varit svaga och svåra att tolka.
Vad som behövs är en rumstemperaturmagnetometer som kan placeras inom millimeter från målet och som är tillräckligt känslig för att mäta de magnetiska signalerna av intresse.
Idag ser det nu ut som möjligt tack vare arbetet av Kasper Jensen vid Köpenhamns universitet i Danmark och kollegor, som har mätt olika diagnostiska signaler från ett hjärta i fosterstorlek med hjälp av en rumstemperaturmagnetometer. Arbetet har potential att revolutionera mätningen av biomagnetiska fält och kan hjälpa läkare att diagnostisera fosterhjärttillstånd som annars inte går att upptäcka.
Enheten som får detta att fungera är känd som en optiskt pumpad magnetometer. Den består av en liten kolv med atomgas, i detta fall cesiumatomer. Varje cesiumatoms spinn är mycket känslig för omgivande magnetiska fält, vilket gör dem till användbara mätverktyg.
Till att börja med måste alla atomernas spinn vara uppradade i samma riktning. Detta görs med polariserat laserljus. När lasern stängs av börjar snurren driva i enlighet med det lokala magnetfältet. Att mäta snurren igen en kort stund senare visar hur de har förändrats och avslöjar styrkan och riktningen på det lokala fältet.
På senare år har olika grupper börjat använda optiskt pumpade magnetometrar för att studera biomagnetiska fält. Men många av dessa försök har varit frustrerade. Magnetometrarnas smala bandbredd hindrar dem från att fånga upp alla önskade signaler.
I många enheter måste atomerna värmas upp till flera hundra grader Celsius och måste därför isoleras och separeras från målet. Eftersom magnetfältstyrkan sjunker dramatiskt över korta avstånd kan detta ha en betydande inverkan på enheternas användbarhet.
Jensen och co kommer runt dessa problem med en liten, optiskt pumpad magnetometer som har relativt bredbandskänslighet och fungerar vid kroppstemperatur. Det betyder att enheten kan placeras på eller inom några millimeter från målorganet.
Teamet testade enheten genom att använda den för att mäta det magnetiska fältet i samband med bankande marsvinshjärtan som hade isolerats i labbet. Dessa är ungefär lika stora som mänskliga fosterhjärtan och erbjuder därför ett bra test.
Tillvägagångssättet visar lovande resultat. Jensen och co säger att de tydligt upptäckte hjärtslag tillsammans med en mängd olika diagnostiska egenskaper.
I ett normalt hjärta utlöses muskelsammandragningen som är signaturen för ett hjärtslag av elektriska vågor som passerar över hjärtats yta. Flera vågor är inblandade, och dessa orsakar synkroniserad sammandragning av olika delar av hjärtat.
Kardiologer märker dessa vågor med bokstäverna P, Q, R, S och T. Tidpunkten mellan dem är en viktig indikator på hjärtfunktionen.
En signal av särskilt intresse i fostrets hjärtan är Q-T-intervallet. När detta är långvarigt tyder det på ett allvarligt problem. Elektrokardiogram kan dock inte användas för att upptäcka detta i fostrets hjärtan.
Jensen och co säger att deras nya teknik kan upptäcka detta problem. För att visa hur använde de droger för att inducera ett förlängt Q-T-intervall i marsvinshjärtan. De säger att den optiskt pumpade magnetometern tydligt plockade upp de diagnostiska tecknen.
Det är ett intressant arbete med betydande konsekvenser. Förlängda Q-T-intervall förekommer i 1 av 2 500 födslar, och det är viktigt att upptäcka dem tidigt. Den nya tekniken borde kunna göra just det.
Baserat på våra mätningar på marsvinshjärtat drar vi slutsatsen att realtidsdetektering av hjärtslag hos ett mänskligt foster vid en graviditetsålder på 18-22 veckor, där hjärtsensoravståndet beräknas vara ≥ 5 cm, bör vara möjligt, säger Jensen och co.
Detta skapar en spännande framtid. Nästa steg blir att testa tekniken på människor och då specifikt på gravida kvinnor. Den har också potential att mäta andra magnetfält i kroppen, till exempel de som produceras av hjärnan och nervsystemet. Gör dig redo att välkomna en ny form av diagnostiskt verktyg.
Ref: https://arxiv.org/abs/1806.10954 : Magnetokardiografi på ett isolerat djurhjärta med en rumstemperatur optiskt pumpad magnetometer