電極被放置在患者的胸部區(qū)域以記錄心臟的電活動(dòng)——例如，確定心律是否如此不規(guī)則以至于需要治療；一次體檢，心電圖可以作為診斷工具。在檢查胎兒心臟的電活動(dòng)時(shí)，情況并非如此——明顯的原因是不可能在胎兒的胸部區(qū)域放置電極，這使得心電圖在這種情況下不可行。相反，醫(yī)生通常試圖通過(guò)超聲波掃描獲得心臟電活動(dòng)的印象；但是，如果心跳過(guò)快或過(guò)慢，就無(wú)法提供準(zhǔn)確的答案。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，這些與胎兒心電活動(dòng)檢查相關(guān)的問(wèn)題將很快得到解決——這要?dú)w功于哥本哈根大學(xué)的兩組科學(xué)家的共同努力：來(lái)自尼爾斯玻爾研究所(NBI)的量子光學(xué)(Quantum Optics)分別來(lái)自生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系。
在剛剛發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上的一篇研究論文中，兩組人描述了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)表明我們可以真正詳細(xì)地了解胎兒心臟的電活動(dòng)。也就是說(shuō)，如果你自己把一團(tuán)銫原子鎖在封閉的玻璃池里。Quantop的助理教授卡斯珀延森說(shuō)：“我們的下一個(gè)挑戰(zhàn)是將這項(xiàng)技術(shù)集成到診斷傳感器中——這是可行的。只要鎖定的銫原子用于測(cè)試，卡斯珀延森和Quantop公司的負(fù)責(zé)人尤金波爾茲克教授就一直負(fù)責(zé)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系副教授博赫霍斯本特森協(xié)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的生物學(xué)部分——包括使用分離的豚鼠心臟。
原子云
鎖定的銫原子云是為觀測(cè)和測(cè)量定制的技術(shù)的基石。尤金波爾茲克和他的團(tuán)隊(duì)在Quantop中改進(jìn)了它多年，并將其應(yīng)用于許多任務(wù)。簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)技術(shù)允許在量子水平上進(jìn)行極其精確的觀察和測(cè)量——如果某些波長(zhǎng)的激光透過(guò)鎖定的原子云。Quantop目前參與的一個(gè)項(xiàng)目旨在通過(guò)“原子云原理”提高引力波探測(cè)器的能力。“鎖定的銫原子可以探測(cè)到非常小的磁場(chǎng)。這就是為什么我們也開(kāi)始研究這項(xiàng)技術(shù)，作為一種可能的測(cè)量胎心電活動(dòng)的方法——通過(guò)孕婦的腹部。我們的實(shí)驗(yàn)表明這確實(shí)是可能的——我們也在科學(xué)報(bào)告的文章中得出結(jié)論，”卡斯珀延森說(shuō)。
豚鼠心臟
為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，Quantop的科學(xué)家需要可以測(cè)量的心臟——這些心臟由生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系的Bo Hjorth Bentzen副教授和他的團(tuán)隊(duì)提供。
他們選擇了豚鼠的心臟，其大小與大約20周的胎兒相似——在許多其他方面也非常適合這個(gè)實(shí)驗(yàn)，從事心律分析的專(zhuān)業(yè)人士Bo Hjorth Bentzen說(shuō)：“豚鼠的心律與人類(lèi)胎兒非常接近——許多調(diào)節(jié)豚鼠心臟功能的蛋白質(zhì)與人類(lèi)相應(yīng)的蛋白質(zhì)相似?！痹趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系的科學(xué)家根據(jù)丹麥獸醫(yī)和食品管理局批準(zhǔn)的計(jì)劃，對(duì)總共6只豚鼠實(shí)施了安樂(lè)死。通過(guò)手術(shù)從動(dòng)物體內(nèi)取出心臟，冷卻，然后運(yùn)送到數(shù)百米外的NBI Quantop實(shí)驗(yàn)室。在Quantop中，心臟逐漸升溫到體溫——然后放在有機(jī)玻璃房間里，氧氣和水以鹽溶液的形式持續(xù)供應(yīng)。這種環(huán)境使豚鼠的心臟開(kāi)始跳動(dòng)——這通常發(fā)生在接下來(lái)的三到四個(gè)小時(shí)內(nèi)。
該設(shè)備被放置在磁屏蔽后面，以保持所有外部電磁活動(dòng)——當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)，科學(xué)家通過(guò)有機(jī)玻璃壁測(cè)量器官的電活動(dòng)。通過(guò)這種方式測(cè)量——在大約一厘米的距離上，不將電極連接到心臟上——Quantop的科學(xué)家模擬了通過(guò)直接放置在孕婦腹部上方的儀器記錄胎兒心臟電活動(dòng)的情況。為了證明這種裝置可以檢測(cè)心臟問(wèn)題引起的電信號(hào)，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系的一組科學(xué)家在鹽溶液中加入了一種化學(xué)物質(zhì)，鹽溶液被連續(xù)泵入有機(jī)玻璃室。這種化學(xué)物質(zhì)會(huì)改變心臟中的電信號(hào)(引起類(lèi)似于長(zhǎng)QT綜合征(遺傳性心臟病)的反應(yīng)
基于NBI方法的胎兒心電圖檢查新設(shè)備可能會(huì)對(duì)未來(lái)的治療產(chǎn)生重大影響。哥本哈根Rigshospitalet心臟病科的醫(yī)學(xué)博士、胎兒心臟病專(zhuān)家Niels Vejlstrup說(shuō)：“這種設(shè)備可能與房室傳導(dǎo)阻滯有關(guān)——這是一種罕見(jiàn)的疾病，可以阻斷心臟中的一些電脈沖。如果母親患有狼瘡或干燥綜合征，胎兒可能會(huì)出現(xiàn)房室傳導(dǎo)阻滯——如果醫(yī)生懷疑胎兒正在經(jīng)歷房室傳導(dǎo)阻滯，他們會(huì)開(kāi)始為母親進(jìn)行醫(yī)療治療，以保護(hù)胎兒。然而，目前我們只有一個(gè)選擇來(lái)評(píng)估胎兒心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p傷——即進(jìn)行超聲掃描。這種方法充滿(mǎn)了不確定性——當(dāng)你直接測(cè)量胎兒心臟的電活動(dòng)時(shí)，情況就不是這樣了，”Vejlstrup博士說(shuō)。Niels Vejlstrup說(shuō)，Rigshospitalet熱衷于參與臨床試驗(yàn)，以開(kāi)發(fā)新的方法——并補(bǔ)充說(shuō)，這種方法在診斷所有其他類(lèi)型的胎兒心律失常方面同樣有益。
在室溫下
世界各地的科學(xué)家正在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)——在某些情況下，基于超導(dǎo)體或使用銣(一種化學(xué)元素)。然而，這些方法需要極端溫度-在-273.15或200左右接近絕對(duì)零度?！痹谶@兩種情況下，溫度都會(huì)讓這項(xiàng)技術(shù)“恰到好處”地融入到專(zhuān)為檢測(cè)胎心節(jié)律而設(shè)計(jì)的設(shè)備中。另一方面，我們的設(shè)備在室溫下運(yùn)行，這在這方面是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。我們估計(jì)醫(yī)生可以在三年內(nèi)開(kāi)始使用我們的設(shè)備來(lái)測(cè)量胎兒的心臟電活動(dòng)，”卡斯珀延森說(shuō)。這種方法背后的原理也適用于其他形式的生物登記和檢查，他說(shuō)：“例如，在尋找癲癇癥狀時(shí)測(cè)量大腦活動(dòng)?！?
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