科学家想出如何测量胎心的电活动

电极被放置在患者的胸部区域以记录心脏的电活动——例如，确定心律是否如此不规则以至于需要治疗；一次体检，心电图可以作为诊断工具。在检查胎儿心脏的电活动时，情况并非如此——明显的原因是不可能在胎儿的胸部区域放置电极，这使得心电图在这种情况下不可行。相反，医生通常试图通过超声波扫描获得心脏电活动的印象；但是，如果心跳过快或过慢，就无法提供准确的答案。在可预见的未来，这些与胎儿心电活动检查相关的问题将很快得到解决——这要归功于哥本哈根大学的两组科学家的共同努力：来自尼尔斯玻尔研究所(NBI)的量子光学(Quantum Optics)分别来自生物医学科学系。

在刚刚发表在《科学报告》杂志上的一篇研究论文中，两组人描述了一个实验，该实验表明我们可以真正详细地了解胎儿心脏的电活动。也就是说，如果你自己把一团铯原子锁在封闭的玻璃池里。Quantop的助理教授卡斯珀延森说：“我们的下一个挑战是将这项技术集成到诊断传感器中——这是可行的。只要锁定的铯原子用于测试，卡斯珀延森和Quantop公司的负责人尤金波尔兹克教授就一直负责这项实验。生物医学科学系副教授博赫霍斯本特森协调了实验的生物学部分——包括使用分离的豚鼠心脏。

原子云

锁定的铯原子云是为观测和测量定制的技术的基石。尤金波尔兹克和他的团队在Quantop中改进了它多年，并将其应用于许多任务。简而言之，这项技术允许在量子水平上进行极其精确的观察和测量——如果某些波长的激光透过锁定的原子云。Quantop目前参与的一个项目旨在通过“原子云原理”提高引力波探测器的能力。“锁定的铯原子可以探测到非常小的磁场。这就是为什么我们也开始研究这项技术，作为一种可能的测量胎心电活动的方法——通过孕妇的腹部。我们的实验表明这确实是可能的——我们也在科学报告的文章中得出结论，”卡斯珀延森说。

豚鼠心脏

为了进行实验，Quantop的科学家需要可以测量的心脏——这些心脏由生物医学科学系的Bo Hjorth Bentzen副教授和他的团队提供。

他们选择了豚鼠的心脏，其大小与大约20周的胎儿相似——在许多其他方面也非常适合这个实验，从事心律分析的专业人士Bo Hjorth Bentzen说：“豚鼠的心律与人类胎儿非常接近——许多调节豚鼠心脏功能的蛋白质与人类相应的蛋白质相似。”在实验过程中，生物医学科学系的科学家根据丹麦兽医和食品管理局批准的计划，对总共6只豚鼠实施了安乐死。通过手术从动物体内取出心脏，冷却，然后运送到数百米外的NBI Quantop实验室。在Quantop中，心脏逐渐升温到体温——然后放在有机玻璃房间里，氧气和水以盐溶液的形式持续供应。这种环境使豚鼠的心脏开始跳动——这通常发生在接下来的三到四个小时内。

该设备被放置在磁屏蔽后面，以保持所有外部电磁活动——当心脏跳动时，科学家通过有机玻璃壁测量器官的电活动。通过这种方式测量——在大约一厘米的距离上，不将电极连接到心脏上——Quantop的科学家模拟了通过直接放置在孕妇腹部上方的仪器记录胎儿心脏电活动的情况。为了证明这种装置可以检测心脏问题引起的电信号，生物医学科学系的一组科学家在盐溶液中加入了一种化学物质，盐溶液被连续泵入有机玻璃室。这种化学物质会改变心脏中的电信号(引起类似于长QT综合征(遗传性心脏病)的反应

基于NBI方法的胎儿心电图检查新设备可能会对未来的治疗产生重大影响。哥本哈根Rigshospitalet心脏病科的医学博士、胎儿心脏病专家Niels Vejlstrup说：“这种设备可能与房室传导阻滞有关——这是一种罕见的疾病，可以阻断心脏中的一些电脉冲。如果母亲患有狼疮或干燥综合征，胎儿可能会出现房室传导阻滞——如果医生怀疑胎儿正在经历房室传导阻滞，他们会开始为母亲进行医疗治疗，以保护胎儿。然而，目前我们只有一个选择来评估胎儿心脏传导系统的严重损伤——即进行超声扫描。这种方法充满了不确定性——当你直接测量胎儿心脏的电活动时，情况就不是这样了，”Vejlstrup博士说。Niels Vejlstrup说，Rigshospitalet热衷于参与临床试验，以开发新的方法——并补充说，这种方法在诊断所有其他类型的胎儿心律失常方面同样有益。

在室温下

世界各地的科学家正在开发先进的测量系统——在某些情况下，基于超导体或使用铷(一种化学元素)。然而，这些方法需要极端温度-在-273.15或200左右接近绝对零度。”在这两种情况下，温度都会让这项技术“恰到好处”地融入到专为检测胎心节律而设计的设备中。另一方面，我们的设备在室温下运行，这在这方面是一个优势。我们估计医生可以在三年内开始使用我们的设备来测量胎儿的心脏电活动，”卡斯珀延森说。这种方法背后的原理也适用于其他形式的生物登记和检查，他说：“例如，在寻找癫痫症状时测量大脑活动。”

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