Un modo migliore per misurare i campi magnetici potrebbe rendere più facile rilevare i problemi cardiaci fetali

I campi elettrici prodotti all'interno del corpo sono un potente strumento diagnostico. I medici usano abitualmente questi segnali per misurare la funzione del cervello, del cuore, dei nervi e dei muscoli, fornendo informazioni che sono impossibili da raccogliere con altri strumenti.

Ma questo approccio ha dei limiti. Ad esempio, i segnali elettrici dei cuori fetali sono difficili da raccogliere perché sopraffatti dai segnali della madre. Ciò rende particolarmente difficili da diagnosticare alcune condizioni cardiache fetali.

C'è un altro modo per studiare l'attività elettrica del corpo, tuttavia, misurando il campo magnetico che produce. Poiché i campi magnetici decadono rapidamente su brevi distanze, questo rende molto più facile separare un segnale fetale da quello materno.

Ma i magnetometri con la sensibilità richiesta si basano sulla tecnologia dei superconduttori che deve essere raffreddata alla temperatura dell'elio liquido. L'isolamento richiesto impedisce a questi dispositivi di avvicinarsi all'organo bersaglio. Di conseguenza, i segnali magnetici sono sempre stati deboli e difficili da interpretare.

Ciò che serve è un magnetometro a temperatura ambiente che può essere posizionato entro millimetri dal target ed è sufficientemente sensibile per misurare i segnali magnetici di interesse.

Oggi, ciò sembra possibile grazie al lavoro di Kasper Jensen dell'Università di Copenaghen in Danimarca e colleghi, che hanno misurato vari segnali diagnostici da un cuore delle dimensioni di un feto utilizzando un magnetometro a temperatura ambiente. Il lavoro ha il potenziale per rivoluzionare la misurazione dei campi biomagnetici e potrebbe aiutare i medici a diagnosticare condizioni cardiache fetali che altrimenti non sarebbero rilevabili.

Il dispositivo che fa questo lavoro è noto come magnetometro a pompaggio ottico. Consiste in una piccola boccetta di gas atomico, in questo caso atomi di cesio. Lo spin di ciascun atomo di cesio è altamente sensibile ai campi magnetici ambientali, il che li rende utili strumenti di misurazione.

Per cominciare, la rotazione di tutti gli atomi deve essere allineata nella stessa direzione. Questo viene fatto con luce laser polarizzata. Quando il laser è spento, gli spin iniziano a spostarsi in base al campo magnetico locale. Misurare di nuovo le trottole poco dopo mostra come sono cambiate, rivelando la forza e la direzione del campo locale.

Negli ultimi anni, vari gruppi hanno iniziato a utilizzare magnetometri a pompaggio ottico per studiare i campi biomagnetici. Ma molti di questi tentativi sono stati vanificati. La stretta larghezza di banda dei magnetometri impedisce loro di captare tutti i segnali desiderati.

In molti dispositivi, gli atomi devono essere riscaldati a diverse centinaia di gradi Celsius e devono quindi essere isolati e separati dal bersaglio. Poiché l'intensità del campo magnetico diminuisce drasticamente su brevi distanze, ciò può avere un impatto significativo sull'utilità dei dispositivi.

Jensen e compagni risolvono questi problemi con un piccolo magnetometro pompato otticamente che ha una sensibilità a banda relativamente ampia e funziona a temperatura corporea. Ciò significa che il dispositivo può essere posizionato sopra o entro pochi millimetri dall'organo bersaglio.

Il team ha messo alla prova il dispositivo utilizzandolo per misurare il campo magnetico associato al battito dei cuori di cavia che era stato isolato in laboratorio. Questi hanno all'incirca le dimensioni dei cuori fetali umani e quindi offrono un buon test.

L'approccio mostra risultati promettenti. Jensen e colleghi affermano di aver rilevato chiaramente il battito cardiaco insieme a un'ampia varietà di caratteristiche diagnostiche.

In un cuore normale, la contrazione muscolare che è la firma di un battito cardiaco è innescata dal passaggio di onde elettriche attraverso la superficie del cuore. Sono coinvolte diverse onde che causano la contrazione sincronizzata di diverse parti del cuore.

I cardiologi etichettano queste onde con le lettere P, Q, R, S e T. Il tempo tra loro è un indicatore importante della funzione cardiaca.

Un segnale di particolare interesse nei cuori fetali è l'intervallo Q-T. Quando questo è prolungato, è indicativo di un problema serio. Tuttavia, gli elettrocardiogrammi non possono essere utilizzati per rilevare questo nei cuori fetali.

Jensen e compagni affermano che la loro nuova tecnica può rilevare questo problema. Per mostrare come, hanno usato farmaci per indurre un intervallo Q-T prolungato nei cuori di cavia. Dicono che il magnetometro a pompaggio ottico abbia chiaramente rilevato i segni diagnostici.

È un lavoro interessante con implicazioni significative. Intervalli Q-T prolungati si verificano in 1 nascita su 2.500 ed è importante rilevarli precocemente. La nuova tecnica dovrebbe essere in grado di fare proprio questo.

Sulla base delle nostre misurazioni sul cuore di cavia, concludiamo che il rilevamento in tempo reale del battito cardiaco di un feto umano all'età gestazionale di 18-22 settimane, dove la distanza del sensore cardiaco è stimata ≥ 5 cm, dovrebbe essere possibile, dicono Jensen e co.

Questo crea un futuro entusiasmante. La fase successiva sarà testare la tecnica sull'uomo e quindi in particolare sulle donne in gravidanza. Ha anche il potenziale per misurare altri campi magnetici nel corpo, come quelli prodotti dal cervello e dal sistema nervoso. Preparati ad accogliere una nuova forma di strumento diagnostico.

Rif: https://arxiv.org/abs/1806.10954 : Magnetocardiografia su un cuore di animale isolato con un magnetometro a pompaggio ottico a temperatura ambiente

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