使用金刚石量子传感器以毫米分辨率测量心脏中电流

许多心脏问题，包括心动过速和心肌颤动主要源于电流在心脏中传播方式的不完善。然而不幸的是，医生很难研究这些不完善之处，这是因为测量这些电流涉及高度侵入性程序和暴露于X射线辐射。

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不过幸运的是，还有其他选择。比如磁心动图(MCG)是一种有希望的间接测量心脏电流的替代方法。该技术涉及感应心脏附近由心脏电流引起的磁场的微小变化。这可以以一种完全无接触的方式完成。为此，科研人员们已经开发了适合这一目的的各种类型的量子传感器。然而它们的空间分辨率被限制在厘米级，这对于检测在毫米级传播的心脏电流来说是不够的。此外，这些传感器中的每一个都有其实际限制，如尺寸和工作温度。

在日前发表在《Communications Physics》上的一项新研究中，一个科学家团队开发了一种新型装置以更高的分辨率进行MCG。他们的方法是基于一个由氮空位组成的钻石量子传感器，氮空位作为特殊的磁“中心”对心脏电流产生的弱磁场敏感。研究人员由日本东京工业大学的Takayuki Iwasaki副教授领导。

但如何观察这些中心的状态以提取有关心脏电流的信息呢？事实证明，该传感器也是荧光的，这意味着它很容易吸收特定频率的光，然后以不同的频率重新发射出来。最重要的是，在氮空位处重新发射的光的强度会根据外部磁场的强度和方向而变化。

研究人员创建了一个MCG装置，其使用一个532纳米（绿色）激光器来激发钻石传感器和一个光电二极管来捕捉重新发射的光子（光粒子）。另外，他们还开发了数学模型以准确地将这些捕获的光子跟相应的磁场及反过来与负责这些光子的心脏电流进行映射。

凭借前所未有的5.1毫米的空间分辨率，拟议的系统可以创建在实验室大鼠心脏中测量的心脏电流的详细二维地图。此外，哥们其他成熟的需要低温的MCG传感器不同，钻石传感器可以在室温下运行。这使研究人员能将他们的传感器放置在极其靠近心脏组织的位置，这放大了测量的信号。Iwasaki博士强调道：“我们的非接触式传感器的优势跟我们目前的模型相结合，其将允许使用小型哺乳动物模型对心脏缺陷进行更精确的观察。”

总的来说，这项研究中开发的MCG装置似乎是一个有希望的工具，它可以理解许多心脏问题及其他涉及电流的身体过程。在这方面，Iwaasaki说道：“我们的技术将能研究各种心律失常的起源和发展及其他生物电流驱动的现象。”

相关链接：https://phys.org/news/2022-08-currents-heart-millimeter-resolution-diamond.html

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