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新的量子技术可以帮助诊断和治疗心脏病

心房颤动(AF)是一种导致不规则且异常快的心律的心脏病,可能导致血液凝块,中风,心力衰竭和其他与心脏相关的并发症。虽然房颤的病因尚不清楚,但它影响了英国约100万人,预计病例数将增加给国家医疗服务系统(NHS)。

目前,房颤通常使用心电图(ECG)进行诊断,但是只能在发作期间进行,因此需要辅助诊断手段。

AF是通过称为“导管消融”的外科手术治疗的,该手术会仔细破坏心脏的患病区域,以中断异常电路。在50%的情况下,患者需要进一步治疗。

由UCL开发的技术的测试(今天在《应用物理快报》上发表)表明,它可以成功地模拟模仿生物组织的溶液的电导率,因此可以用于诊断房颤并确定应作为手术目标的心脏区域。

它可以通过以二维方式绘制心脏的电导率来识别心脏失火的异常来工作。

通讯作者卢卡·马姆吉(Luca Marmugi)博士(UCL物理与天文学和UCLQ)说:“房颤是一种严重的疾病,对此知之甚少。我们希望通过与临床医生合作在诊断和治疗方面改变这一状况。

“治疗房颤的手术有效地切断了导线,以防止心脏短路,将不规则的心跳重置为正常的心跳,我们的技术将有助于识别短路的位置。尽管目前尚无临床应用,但我们首次表明,可以将小体积活组织的电导率映射到前所未有的灵敏度,并在室温下进行。”

该团队使用具有交流磁场的非屏蔽原子磁力计,对电导率与活体组织低至0.9西门子每米,分辨率达到1厘米的溶液进行了成像。这些溶液的体积均为5 ml,以符合AF诊断中预期的应用需求。

该信号是使用基于Rub的量子传感器检测到的,该团队专门开发了这种传感器,可以在几天内准确,一致地对小体积的图像进行成像,其中亮度区域表示高电导率。

能够以每米不到1西门子的电导率进行检测,比以前的成像结果提高了50倍,并且证明了该技术足够灵敏和稳定,可用于在非屏蔽环境中对生物组织进行成像。

联合作者兼小组负责人Ferruccio Renzoni教授(UCL物理与天文学)说:“电磁感应成像已成功用于各种实际用途,例如无损评估,材料表征和安全筛选,但这是首次证明它对生物医学成像有用,我们认为使用它是安全的,因为它将使诸如心脏等器官暴露于MRI扫描仪常用的十亿分之一的磁场中。

“在非屏蔽的室温环境中,我们已经达到了惊人的灵敏度水平,这使我们更接近将这项技术带入临床。只有通过使用量子技术才有可能,而且我们对改进的潜在应用感到兴奋心房颤动的临床结果。”

研究小组设想了一种可以放置在心脏上方的量子传感器阵列,可以在几秒钟内给出读数。

下一步是该团队与临床医生合作,以将该技术集成到GP外科手术和医院中使用的工具中。

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