環(huán)球報道:鉆石量子傳感器能以毫米的分辨率測量心臟電流

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許多心臟問題--包括心動過速和心肌顫動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，這是因為測量這些電流涉及高度侵入性程序和暴露于X射線輻射。

不過幸運的是，還有其他選擇。比如磁心動圖(MCG)是一種有希望的間接測量心臟電流的替代方法。該技術涉及感應心臟附近由心臟電流引起的磁場的微小變化。這可以以一種完全無接觸的方式完成。為此，科研人員們已經(jīng)開發(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，這對于檢測在毫米級傳播的心臟電流來說是不夠的。此外，這些傳感器中的每一個都有其實際限制，如尺寸和工作溫度。

在日前發(fā)表在《Communications Physics》上的一項新研究中，一個科學家團隊開發(fā)了一種新型裝置以更高的分辨率進行MCG。他們的方法是基于一個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”對心臟電流產(chǎn)生的弱磁場敏感。研究人員由日本東京工業(yè)大學的Takayuki Iwasaki副教授領導。

但如何觀察這些中心的狀態(tài)以提取有關心臟電流的信息呢？事實證明，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。最重要的是，在氮空位處重新發(fā)射的光的強度會根據(jù)外部磁場的強度和方向而變化。

研究人員創(chuàng)建了一個MCG裝置，其使用一個532納米（綠色）激光器來激發(fā)鉆石傳感器和一個光電二極管來捕捉重新發(fā)射的光子（光粒子）。另外，他們還開發(fā)了數(shù)學模型以準確地將這些捕獲的光子跟相應的磁場及反過來與負責這些光子的心臟電流進行映射。

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)建在實驗室大鼠心臟中測量的心臟電流的詳細二維地圖。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，這放大了測量的信號。Iwasaki博士強調(diào)道：“我們的非接觸式傳感器的優(yōu)勢跟我們目前的模型相結合，其將允許使用小型哺乳動物模型對心臟缺陷進行更精確的觀察?！?/p>

總的來說，這項研究中開發(fā)的MCG裝置似乎是一個有希望的工具，它可以理解許多心臟問題及其他涉及電流的身體過程。在這方面，Iwaasaki說道：“我們的技術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)動的現(xiàn)象?！?/p>

來源：cnBeta.COM

關鍵詞： 研究人員 重新發(fā)射 空間分辨率 工作溫度 前所未有的