科學家想出如何測量胎心的電活動

電極被放置在患者的胸部區(qū)域以記錄心臟的電活動——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時，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)生通常試圖通過超聲波掃描獲得心臟電活動的印象；但是，如果心跳過快或過慢，就無法提供準確的答案。在可預見的未來，這些與胎兒心電活動檢查相關的問題將很快得到解決——這要歸功于哥本哈根大學的兩組科學家的共同努力：來自尼爾斯玻爾研究所(NBI)的量子光學(Quantum Optics)分別來自生物醫(yī)學科學系。

在剛剛發(fā)表在《科學報告》雜志上的一篇研究論文中，兩組人描述了一個實驗，該實驗表明我們可以真正詳細地了解胎兒心臟的電活動。也就是說，如果你自己把一團銫原子鎖在封閉的玻璃池里。Quantop的助理教授卡斯珀延森說：“我們的下一個挑戰(zhàn)是將這項技術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試，卡斯珀延森和Quantop公司的負責人尤金波爾茲克教授就一直負責這項實驗。生物醫(yī)學科學系副教授博赫霍斯本特森協(xié)調了實驗的生物學部分——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和測量定制的技術的基石。尤金波爾茲克和他的團隊在Quantop中改進了它多年，并將其應用于許多任務。簡而言之，這項技術允許在量子水平上進行極其精確的觀察和測量——如果某些波長的激光透過鎖定的原子云。Quantop目前參與的一個項目旨在通過“原子云原理”提高引力波探測器的能力?！版i定的銫原子可以探測到非常小的磁場。這就是為什么我們也開始研究這項技術，作為一種可能的測量胎心電活動的方法——通過孕婦的腹部。我們的實驗表明這確實是可能的——我們也在科學報告的文章中得出結論，”卡斯珀延森說。

豚鼠心臟

為了進行實驗，Quantop的科學家需要可以測量的心臟——這些心臟由生物醫(yī)學科學系的Bo Hjorth Bentzen副教授和他的團隊提供。

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實驗，從事心律分析的專業(yè)人士Bo Hjorth Bentzen說：“豚鼠的心律與人類胎兒非常接近——許多調節(jié)豚鼠心臟功能的蛋白質與人類相應的蛋白質相似?！痹趯嶒炦^程中，生物醫(yī)學科學系的科學家根據(jù)丹麥獸醫(yī)和食品管理局批準的計劃，對總共6只豚鼠實施了安樂死。通過手術從動物體內取出心臟，冷卻，然后運送到數(shù)百米外的NBI Quantop實驗室。在Quantop中，心臟逐漸升溫到體溫——然后放在有機玻璃房間里，氧氣和水以鹽溶液的形式持續(xù)供應。這種環(huán)境使豚鼠的心臟開始跳動——這通常發(fā)生在接下來的三到四個小時內。

該設備被放置在磁屏蔽后面，以保持所有外部電磁活動——當心臟跳動時，科學家通過有機玻璃壁測量器官的電活動。通過這種方式測量——在大約一厘米的距離上，不將電極連接到心臟上——Quantop的科學家模擬了通過直接放置在孕婦腹部上方的儀器記錄胎兒心臟電活動的情況。為了證明這種裝置可以檢測心臟問題引起的電信號，生物醫(yī)學科學系的一組科學家在鹽溶液中加入了一種化學物質，鹽溶液被連續(xù)泵入有機玻璃室。這種化學物質會改變心臟中的電信號(引起類似于長QT綜合征(遺傳性心臟病)的反應

基于NBI方法的胎兒心電圖檢查新設備可能會對未來的治療產(chǎn)生重大影響。哥本哈根Rigshospitalet心臟病科的醫(yī)學博士、胎兒心臟病專家Niels Vejlstrup說：“這種設備可能與房室傳導阻滯有關——這是一種罕見的疾病，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，胎兒可能會出現(xiàn)房室傳導阻滯——如果醫(yī)生懷疑胎兒正在經(jīng)歷房室傳導阻滯，他們會開始為母親進行醫(yī)療治療，以保護胎兒。然而，目前我們只有一個選擇來評估胎兒心臟傳導系統(tǒng)的嚴重損傷——即進行超聲掃描。這種方法充滿了不確定性——當你直接測量胎兒心臟的電活動時，情況就不是這樣了，”Vejlstrup博士說。Niels Vejlstrup說，Rigshospitalet熱衷于參與臨床試驗，以開發(fā)新的方法——并補充說，這種方法在診斷所有其他類型的胎兒心律失常方面同樣有益。

在室溫下

世界各地的科學家正在開發(fā)先進的測量系統(tǒng)——在某些情況下，基于超導體或使用銣(一種化學元素)。然而，這些方法需要極端溫度-在-273.15或200左右接近絕對零度?！痹谶@兩種情況下，溫度都會讓這項技術“恰到好處”地融入到專為檢測胎心節(jié)律而設計的設備中。另一方面，我們的設備在室溫下運行，這在這方面是一個優(yōu)勢。我們估計醫(yī)生可以在三年內開始使用我們的設備來測量胎兒的心臟電活動，”卡斯珀延森說。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：“例如，在尋找癲癇癥狀時測量大腦活動?！?

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