玻璃容器充满铯原子气体，其响应来自心脏的磁场。使用通过铯原子透射的激光检测磁场。图片来源：Niels Bohr研究所
心脏在电脉冲上运行 – 当医生测量一个人的心脏中的电活动以确定他或她的心脏状况时，他们通常依赖于心电图（ECG）：
将电极放置在患者的胸部区域以记录心脏电活动 – 例如以确定心律是否如此不规则以至于需要治疗; 一种医学检查，ECG可作为诊断工具。
当涉及检查胎儿心脏电活动时并不是这样 – 显而易见的原因是不可能将电极放置在胎儿的胸部区域，这使得ECG在这种情况下是不可行的。相反，医生通常会通过进行超声扫描来试图获得心脏电活动的印象; 然而，如果心脏跳动到快或太慢，那么它将无法提供精确的答案。
在可预见的未来，由于哥本哈根大学的两组科学家：来自Niels Bohr研究所（NBI）的量子光学（Quantop）和分别来自生物医学科学系。
在一份研究论文中 – 两组刚刚在“科学报告”杂志上发表 – 他们描述了一项实验，该实验表明确实可以详细了解胎儿心脏电活动。也就是说，如果你自己将一团铯原子锁在密闭的玻璃池中。
“我们的下一个挑战是将这种技术融入诊断传感器 – 这是可行的”，Quantop助理教授Kasper Jensen说。
Kasper Jensen和Quantop的负责人Eugene Polzik教授一直负责实验，只要通过锁定的铯原子进行测试即可。而生物医学科学系副教授Bo Hjorth Bentzen则协调了该实验的生物学部分 – 其中包括使用离体豚鼠心脏。
原子云
锁定的铯原子云是专为观察和测量而定制的技术的基石，Eugene Polzik和他的团队在Quantop已经多年改进 – 并应用于许多任务。
简而言之，该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通过锁定的原子云传输。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容量。
“锁定的铯原子能够检测到非常小的磁场。这就是为什么我们也开始研究这种技术作为测量胎儿心脏电活动的可能方法 – 通过孕妇的腹部。我们的实验证明了这一点。确实可能 – 我们在科学报告的文章中也得出结论，“卡斯帕尔詹森说。
豚鼠的心
为了进行实验，Quantop科学家需要他们可以测量的心脏 – 这些心脏由副教授Bo Hjorth Bentzen及其生物医学科学系的团队提供。
他们选择的豚鼠心脏大小与人胎儿的大小相似，大约20周的孕龄 – 并且在许多其他方面也非常适合这种实验，Bo Hjorth Bentzen说，他专门研究心脏病节奏分析：
上图：在塑料容器中的孤立的豚鼠心脏。底部：来自心脏的测量磁场。图片来源：Niels Bohr研究所
“豚鼠的心脏节律与人类胎儿的心律相当接近 – 许多调节豚鼠心脏功能的蛋白质类似于人类的相应蛋白质”。
在实验过程中，生物医学科学系的科学家们按照丹麦兽医和食品管理局批准的方案对6只豚鼠实施了安乐死。通过手术将心脏从动物身上移除，冷却 – 然后运送到几百米外的NBI的Quantop实验室。
在Quantop，心脏逐渐升温至体温 – 然后放入有机玻璃室中，以盐溶液的形式持续供应氧气和水。这种环境使豚鼠的心脏开始跳动
– 这通常会在接下来的三到四个小时内完成。
该设备被放置在磁屏蔽后面，以便保持所有外部电磁活动 – 当心脏跳动时，科学家测量了器官通过树脂玻璃壁的电活动。
通过以这种方式测量 – 在大约一厘米的距离并且不将电极连接到心脏上 – Quantop科学家模仿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。
为了证明该设备能够检测出由心脏问题引起的电信号，生物医学科学系的科学家团队向盐溶液添加了一种化学物质，该溶液不断被泵入树脂玻璃室。这种化学物质改变了心脏中的电信号 – （引发类似于与长QT综合征相关的反应，遗传性心脏病） – 系统也完全能够检测到。
未来的待遇
基于NBI方法对胎儿进行心电图检查的新设备可能对未来的治疗产生重大影响，Niels
Vejlstrup博士，医学博士，以及Rigshospitalet心脏病科胎儿心脏病治疗专家在哥本哈根：
“这种设备可能与AV阻滞有关 – 这是一种阻断心脏某些电脉冲的罕见病症。如果母亲患有狼疮或干燥综合症，可能会在胎儿中发生AV阻滞 – 如果医生怀疑一个胎儿正在开发AV阻滞，他们将开始医学治疗母亲，试图保护胎儿。但是，目前我们只有一个选择来评估胎儿的心脏传导系统实际受到严重损害 – 即做超声波扫描。这种方法充满了不确定性 – 当你直接测量胎儿心脏电活动时，情况并非如此“，Vejlstrup博士说。
Niels Vejlstrup说，Rigshospitalet热衷于参与临床试验，以开发新方法 – 并补充说，该方法在诊断所有其他类型的胎儿心律紊乱时同样有益。
在室温下
世界各地的科学家们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℃接近绝对零度，或在+ 200℃附近。
“在这两种情况下，温度都会使技术从”正好“纳入设计用于检测胎儿心律的设备。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。我们估计在三年医生可以开始使用我们的设备测量胎儿的心脏电活动，“Kasper Jensen说。
该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”。
进一步探索：
光学磁场传感器可以检测来自神经系统的信号
更多信息：
Kasper Jensen等。使用室温光学泵浦磁力计对孤立的动物心脏进行心磁图，Scientific Reports（2018）。DOI：10.1038 / s41598-018-34535-z
期刊参考：
科学报告
由…提供：
尼尔斯玻尔研究所
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