哥本哈根大學研發新技術，拯救 1/2500 新生兒的心臟

編者按：來自丹麥哥本哈根大學的Kasper Jensen和他的同事最近研究出一項新技術，能夠在室溫下近距離檢測胎兒的心臟狀況。心臟Q-T間隔延遲平均每2500個新生兒中就會產生一例，這種病越早發現越好，Jensen和他的同事研究出的光泵磁力儀為心臟病檢測帶來了福音。本文經授權譯自MIT Technology Review原標題為" A BETTER WAY TO MEASURE MAGNETIC FIELDS COULD MAKE FETAL HEART PROBLEMS EASIER TO DETECT"的文章。

人的體內可以產生電場，而這種電場可以有效地幫助醫生進行疾病診斷。臨床醫生經常使用這些電場信號來檢測大腦、心臟、神經和肌肉的功能，因為人體產生的電場可以提供其他方式不可比擬的資訊。

但這種方法也有一定的局限性。例如，來自胎兒心臟的電信號就很難收集，因為胎兒產生的電信號很容易被母親的信號所覆蓋。這使得一些胎兒的心臟狀況特別難以診斷。

然而，還有另一種方法可以用來研究人體的電活動，即通過測量電場產生的磁場。由於磁場會在短距離內迅速衰減，這就使得醫生可以更容易地將胎兒信號與母親的信號分離開。

但是，要想使用具有高靈敏度的磁力計，必須依賴於超導技術，這種技術的實施溫度必須冷卻到液態氦的溫度。所以醫生還需要用絕緣材料隔離人體和磁力計，以防止這些設備接近人體器官。因此，人體產生的磁信號一直很弱。

我們需要的是一個能在室溫下工作的磁力儀，它可以被放置在受監測目標的幾毫米距離之內，並且依然保持足夠靈敏，以便可以測量出我們需要的磁性信號。

如今，多虧了丹麥哥本哈根大學的Kasper Jensen和他的同事們的研究，現在看來這個願望可能要成真了。他們用一個在室溫下工作的磁力儀測量了從胎兒大小的心臟發出的各種診斷信號。這項工作有可能對生物磁場的測量產生革命性的影響，並且可以幫助醫生診斷用其他方法根本無法檢測到的胎兒心臟狀況。

在室溫下能檢測到胎兒心臟磁信號的儀器被稱為光泵磁力儀。它由一小瓶原子氣體組成（原子氣體是氣體在高溫狀態下的一種狀態。隨著氣體溫度的升高，氣體分子的互相碰撞加劇，分子被碰碎了，從而變成單個的氣體原子，即原子氣體。），在上述例子中是銫原子。每個銫原子的自旋對周圍的磁場高度敏感，這使得銫原子能夠成為有用的測量工具。

首先，所有原子的自旋必須在同一個方向上排列。排列的過程可以用偏振光雷射做到。當雷射消失時，自旋的過程開始取決於附近的磁場。在原子根據磁場旋轉一小段時間之後，再次測量這些原子的旋轉狀態，可以觀察出這期間的變化，從而揭示當地磁場的強度和方向。

近年來，各個團體組織已經開始使用光泵磁力計來研究生物磁場，但大多數都以失敗告終。

磁力計只能捕獲很窄的波段寬度的信號，所以它不能獲得所需的所有信號。

在很多種儀器中，原子必須被加熱到幾百攝氏度才能到達檢測需要的狀態，因此就必須將磁力計與被檢測體隔離。而由於磁場強度在短距離內會急劇下降，所以這將大大減弱設備的檢測效果。

Jensen和他的同事用一種小型的光泵磁力儀解決了這些問題，這種磁力儀較以前的磁力儀具有更寬的波段敏感度，並它能在體溫下工作。這也就意味著該設備可以直接放置在被檢測器官上，或者放置在被監測器官的幾毫米之內。

研究小組對這個光泵磁力儀進行了測試，他們用儀器測量在實驗室中分離出來的豚鼠心臟產生的磁場。因為豚鼠心臟和人類胎兒心臟的大小差不多，因此這個實驗進行了很有效的測試。

測試的結果讓人欣喜。Jensen和他的同事說，他們清楚地檢測到了心跳以及各種各樣的診斷特徵。

對於一顆正常的心臟來說，肌肉收縮是「心跳」的標誌，這是由心臟表面的電波傳播引起的。

這個過程持續好幾波，這也就導致了在心臟不同部位可以同步收縮。

心臟病學家用字母P、Q、R、S和T來標記這些波，它們之間的時間間隔是反映心臟功能的一個重要指標。

對於胎兒心臟的心臟來說，有一個很有趣的信號：Q-T間隔。當Q-T間隔延長時，就表明胎兒的心臟可能存在嚴重的問題。然而，心電圖不能用於胎兒心臟的檢測。

Jensen和他的同事說他們發明的新技術可以解決這個問題，能夠檢測到檢測胎兒心臟的Q-T間隔。為了說明儀器是能做到的，他們對實驗的豚鼠餵食藥物，誘導它們的心臟產生Q-T間隔延長的問題。他們說，光泵磁力儀非常清楚地發現了相關的診斷信號。

這項有趣的成果具有非常重大的意義。Q-T間隔延遲病症平均在每2500個新生兒中就會產生一例，這種病越早發現越好。而Jensen和他的同事新研究出的技術正好能做到這一點。

Jensen和他的同事說：「根據我們對豚鼠心臟的測量，我們得出的結論是：在18-22周的妊娠期，對人類胎兒心跳的實時檢測應該是可能的，那時預計心臟和儀器之間的距離會大於5厘米。」

這項技術將開創更加美好的未來。下一個階段的工作是在人類身上測試這項技術，然後再針對孕婦進行檢測。而且這項技術還可以運用到其他場景，用來測量身體的其他部位，比如測量大腦和神經系統產生的磁場。準備好迎接一種全新的診斷工具吧！

編譯組出品。譯者：劉麥麥 Jane，編輯：郝鵬程。