211service.com
Een betere manier om magnetische velden te meten, zou foetale hartproblemen gemakkelijker kunnen detecteren
De elektrische velden die in het lichaam worden geproduceerd, zijn een krachtig diagnostisch hulpmiddel. Clinici gebruiken deze signalen routinematig om de functie van de hersenen, het hart, de zenuwen en de spieren te meten, waardoor inzichten worden verkregen die onmogelijk met andere hulpmiddelen te verzamelen zijn.
Maar deze benadering heeft beperkingen. Elektrische signalen van foetale harten zijn bijvoorbeeld moeilijk te verzamelen omdat ze overweldigd worden door de signalen van de moeder. Dit maakt sommige foetale hartaandoeningen bijzonder moeilijk te diagnosticeren.
Er is echter nog een andere manier om de elektrische activiteit van het lichaam te bestuderen: door het magnetische veld dat het produceert te meten. Omdat magnetische velden over korte afstanden snel vervallen, is het veel gemakkelijker om een foetaal signaal te scheiden van dat van de moeder.
Maar magnetometers met de vereiste gevoeligheid vertrouwen op supergeleidende technologie die moet worden gekoeld tot de temperatuur van vloeibaar helium. De isolatie die hiervoor nodig is, voorkomt dat deze apparaten in de buurt van het doelorgaan komen. Bijgevolg zijn de magnetische signalen altijd zwak en moeilijk te interpreteren geweest.
Wat nodig is, is een magnetometer op kamertemperatuur die binnen millimeters van het doel kan worden geplaatst en die gevoelig genoeg is om de magnetische signalen van belang te meten.
Tegenwoordig lijkt dat mogelijk dankzij het werk van Kasper Jensen aan de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken en collega's, die verschillende diagnostische signalen van een foetaal hart hebben gemeten met behulp van een magnetometer op kamertemperatuur. Het werk heeft de potentie om een revolutie teweeg te brengen in het meten van biomagnetische velden en kan artsen helpen bij het diagnosticeren van foetale hartaandoeningen die anders niet detecteerbaar zijn.
Het apparaat dat dit werk maakt, staat bekend als een optisch gepompte magnetometer. Het bestaat uit een kleine kolf met atomair gas, in dit geval cesiumatomen. De spin van elk cesiumatoom is zeer gevoelig voor magnetische velden in de omgeving, waardoor ze nuttige meetinstrumenten zijn.
Om te beginnen moet de spin van alle atomen in dezelfde richting worden uitgelijnd. Dit gebeurt met gepolariseerd laserlicht. Wanneer de laser wordt uitgeschakeld, beginnen de spins te drijven volgens het lokale magnetische veld. Even later de spins opnieuw meten, laat zien hoe ze zijn veranderd en onthult de sterkte en richting van het lokale veld.
In de afgelopen jaren zijn verschillende groepen begonnen optisch gepompte magnetometers te gebruiken om biomagnetische velden te bestuderen. Maar veel van deze pogingen zijn gefrustreerd. De smalle bandbreedte van de magnetometers verhindert dat ze alle gewenste signalen opvangen.
In veel apparaten moeten de atomen worden verwarmd tot enkele honderden graden Celsius en moeten daarom worden geïsoleerd en gescheiden van het doelwit. Aangezien de magnetische veldsterkte over korte afstanden dramatisch daalt, kan dit een aanzienlijke impact hebben op de bruikbaarheid van de apparaten.
Jensen en co omzeilen deze problemen met een kleine, optisch gepompte magnetometer met een relatief brede bandgevoeligheid en werkend op lichaamstemperatuur. Dat betekent dat het apparaat op of binnen enkele millimeters van het doelorgaan kan worden geplaatst.
Het team testte het apparaat door het te gebruiken om het magnetische veld te meten dat geassocieerd wordt met het kloppen van caviaharten die in het laboratorium waren geïsoleerd. Deze zijn ongeveer zo groot als menselijke foetale harten en bieden dus een goede test.
De aanpak laat veelbelovende resultaten zien. Jensen en co zeggen dat ze duidelijk de hartslag hebben gedetecteerd, samen met een breed scala aan diagnostische kenmerken.
In een normaal hart wordt de spiercontractie die de handtekening is van een hartslag veroorzaakt door de passage van elektrische golven over het oppervlak van het hart. Er zijn verschillende golven bij betrokken, en deze veroorzaken de gesynchroniseerde samentrekking van verschillende delen van het hart.
Cardiologen labelen deze golven met de letters P, Q, R, S en T. De timing ertussen is een belangrijke indicator van de hartfunctie.
Een signaal van bijzonder belang in foetale harten is het Q-T-interval. Wanneer dit langdurig is, wijst dit op een ernstig probleem. Elektrocardiogrammen kunnen echter niet worden gebruikt om dit in foetale harten te detecteren.
Jensen en co zeggen dat hun nieuwe techniek dit probleem kan detecteren. Om te laten zien hoe ze medicijnen gebruikten om een verlengd Q-T-interval in de harten van cavia's te induceren. Ze zeggen dat de optisch gepompte magnetometer de diagnostische tekens duidelijk heeft opgepikt.
Dat is interessant werk met belangrijke implicaties. Verlengde QT-intervallen komen voor bij 1 op de 2500 geboorten, en het is belangrijk om ze vroeg te detecteren. De nieuwe techniek moet dat kunnen.
Op basis van onze metingen aan het hart van de cavia concluderen we dat real-time detectie van de hartslag van een menselijke foetus bij een zwangerschapsduur van 18-22 weken, waarbij de hart-sensorafstand geschat wordt op ≥ 5 cm, moet worden mogelijk, zeggen Jensen en co.
Dit zorgt voor een spannende toekomst. De volgende stap is het testen van de techniek bij mensen en dan specifiek bij zwangere vrouwen. Het heeft ook het potentieel om andere magnetische velden in het lichaam te meten, zoals die geproduceerd door de hersenen en het zenuwstelsel. Maak je klaar om een nieuwe vorm van diagnostisch hulpmiddel te verwelkomen.
Referentie: https://arxiv.org/abs/1806.10954 : Magnetocardiografie op een geïsoleerd dierlijk hart met een op kamertemperatuur gepompte magnetometer