環(huán)球報(bào)道:鉆石量子傳感器能以毫米的分辨率測(cè)量心臟電流

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許多心臟問(wèn)題--包括心動(dòng)過(guò)速和心肌顫動(dòng)主要源于電流在心臟中傳播方式的不完善。然而不幸的是，醫(yī)生很難研究這些不完善之處，這是因?yàn)闇y(cè)量這些電流涉及高度侵入性程序和暴露于X射線輻射。

不過(guò)幸運(yùn)的是，還有其他選擇。比如磁心動(dòng)圖(MCG)是一種有希望的間接測(cè)量心臟電流的替代方法。該技術(shù)涉及感應(yīng)心臟附近由心臟電流引起的磁場(chǎng)的微小變化。這可以以一種完全無(wú)接觸的方式完成。為此，科研人員們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了適合這一目的的各種類型的量子傳感器。然而它們的空間分辨率被限制在厘米級(jí)，這對(duì)于檢測(cè)在毫米級(jí)傳播的心臟電流來(lái)說(shuō)是不夠的。此外，這些傳感器中的每一個(gè)都有其實(shí)際限制，如尺寸和工作溫度。

在日前發(fā)表在《Communications Physics》上的一項(xiàng)新研究中，一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型裝置以更高的分辨率進(jìn)行MCG。他們的方法是基于一個(gè)由氮空位組成的鉆石量子傳感器，氮空位作為特殊的磁“中心”對(duì)心臟電流產(chǎn)生的弱磁場(chǎng)敏感。研究人員由日本東京工業(yè)大學(xué)的Takayuki Iwasaki副教授領(lǐng)導(dǎo)。

但如何觀察這些中心的狀態(tài)以提取有關(guān)心臟電流的信息呢？事實(shí)證明，該傳感器也是熒光的，這意味著它很容易吸收特定頻率的光，然后以不同的頻率重新發(fā)射出來(lái)。最重要的是，在氮空位處重新發(fā)射的光的強(qiáng)度會(huì)根據(jù)外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向而變化。

研究人員創(chuàng)建了一個(gè)MCG裝置，其使用一個(gè)532納米（綠色）激光器來(lái)激發(fā)鉆石傳感器和一個(gè)光電二極管來(lái)捕捉重新發(fā)射的光子（光粒子）。另外，他們還開(kāi)發(fā)了數(shù)學(xué)模型以準(zhǔn)確地將這些捕獲的光子跟相應(yīng)的磁場(chǎng)及反過(guò)來(lái)與負(fù)責(zé)這些光子的心臟電流進(jìn)行映射。

憑借前所未有的5.1毫米的空間分辨率，擬議的系統(tǒng)可以創(chuàng)建在實(shí)驗(yàn)室大鼠心臟中測(cè)量的心臟電流的詳細(xì)二維地圖。此外，哥們其他成熟的需要低溫的MCG傳感器不同，鉆石傳感器可以在室溫下運(yùn)行。這使研究人員能將他們的傳感器放置在極其靠近心臟組織的位置，這放大了測(cè)量的信號(hào)。Iwasaki博士強(qiáng)調(diào)道：“我們的非接觸式傳感器的優(yōu)勢(shì)跟我們目前的模型相結(jié)合，其將允許使用小型哺乳動(dòng)物模型對(duì)心臟缺陷進(jìn)行更精確的觀察?！?/p>

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究中開(kāi)發(fā)的MCG裝置似乎是一個(gè)有希望的工具，它可以理解許多心臟問(wèn)題及其他涉及電流的身體過(guò)程。在這方面，Iwaasaki說(shuō)道：“我們的技術(shù)將能研究各種心律失常的起源和發(fā)展及其他生物電流驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)象。”

來(lái)源：cnBeta.COM

關(guān)鍵詞： 研究人員 重新發(fā)射 空間分辨率 工作溫度 前所未有的