Peer-reviewed study in Science Advances validates contactless room-temperature magnetocardiography via diamond sensors
Германски физици отчетоха сърдечен пулс с диамантени квантови сензори
Микроскопични синтетични кристали улавят магнитното поле на сърцето без контакт с кожата, проправяйки път към премахването на тежките криогенни скенери в болниците.
Същината
Германски физици доказаха, че микроскопични дефекти в синтетични диаманти могат да уловят магнитните импулси на човешкото сърце от разстояние и при стайна температура. Пробивът премахва нуждата от охлаждане с втечнен газ и тежка магнитна изолация, които досега спираха навлизането на магнитното сканиране в стандартната медицина, макар че практическото внедряване в болниците изисква по-висока чувствителност за отчитане на отделни удари без осредняване.
Акценти
- Сензори от синтетични диаманти записаха магнитната форма на сърдечните вълни без физически контакт с кожата.
- Измерената чувствителност на датчиците е между 6 и 26 pT/Hz^(1/2) при три различни хардуерни конфигурации.
- Измерванията бяха успешни и в неекранирани помещения благодарение на активно потискане на шума и градиометрия.
- За реално клинично приложение е необходима чувствителност под 5 pT/Hz^(1/2), за да се регистрира всеки отделен удар без натрупване на сигнали.
Из дневника на редактора
Успешното изолиране на слабите биомагнитни импулси на тялото от околния шум чрез твърдотелни диаманти при стайна температура пренася квантовата диагностика от теоретичната физика в практическото медицинско оборудване.
Кой участва
Дмитрий Будкер (Dmitry Budker)
професор по физика в университета „Йоханес Гутенберг“ в Майнц
цел → да адаптира твърдотелните диамантени квантови сензори в практични инструменти за клинична диагностика
Мухиб Омар (Muhib Omar)
докторант в университета „Йоханес Гутенберг“ в Майнц
цел → да създаде компактни прототипи на диамантени магнитометри, способни да улавят сърдечни сигнали
Арне Викенброк (Arne Wickenbrock)
координатор на водещия изследователски консорциум DIAQNOS
цел → да превърне научните постижения в квантовата магнитометрия в мобилни клинични системи за кардиологията и неврохирургията
Q.ANT GmbH
германски стартъп за квантови сензори
цел → да комерсиализира диамантените квантови магнитометрични устройства за медицински и промишлени цели
Накратко
Учени от Германия регистрираха магнитните сигнали на човешкото сърце без физически контакт с тялото, използвайки микроскопични синтетични диаманти, които работят при стайна температура. Постижението прави излишни сложните криогенни системи за охлаждане и масивните екранирани камери, които досега пречеха на магнитните сканирания на сърцето да навлязат в ежедневната болнична практика.
Крайната цел на разработката е създаването на преносими устройства за диагностика до болничното легло, способни да оценяват сърдечното здраве в реално време без залепващи се електроди.
Остава несигурно обаче кога технологията ще стигне до клиниките, тъй като настоящите прототипи все още се нуждаят от осредняване на данните от стотици или хиляди удари, за да изолират чист сигнал, вместо да разчитат единичен пулс веднага.
Как се разви
Предварителни данни доказаха безконтактното улавяне на пулс с диамантени сензори
Германският изследователски консорциум DIAQNOS, обединяващ академични институти и индустриални партньори за разработване на квантово оборудване, разпространи първоначални резултати, показващи, че азотно-ваканционните дефекти в субмилиметрови диаманти могат да уловят магнитните импулси на човешкото сърце от разстояние, без допир до тялото.
Научна публикация потвърди безконтактната регистрация на сърдечни сигнали
Авторитетното научно списание Science Advances публикува рецензираните резултати на консорциума след месеци технически проверки, доказвайки, че диамантените сензори с чувствителност между 6 и 26 pT/Hz^(1/2) разпознават сърдечните вълни в неекранирани помещения, когато се съчетаят с градиометрично филтриране на шума. Университетът „Йоханес Гутенберг“ в Майнц и партньорите му официално представиха данните като доказателство, че квантовите сензори със стайна работна температура са напълно приложими като практични медицински монитори.
Докъде стигна историята
Експерименталното доказателство за концепцията е напълно потвърдено: диамантените квантови сензори могат да мерят магнитните сигнали на човешкото сърце без съприкосновение с кожата и при стайна температура. Учените провериха успешно три различни конфигурации на хардуера, сред които и портативна сонда с оптични влакна, разработена в Майнц.
Основното техническо ограничение остава времето за запис на данните: сегашните датчици все още не могат да осигурят моментална диагностика на единичен сърдечен удар в реално време без математическо осредняване на множество цикли. Екипите в консорциума са съсредоточени върху подобряването на чувствителността под прага от 5 pT/Hz^(1/2) и изграждането на системи за градиометрично премахване на шума в реално време, които да направят възможно клиничното скриниране до леглото на пациента с един-единствен импулс.