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  心臓磁気信号検出の意義 人体の磁場は、人体内のさまざまな組織や器官に関する情報を反映することができます。人体の磁場の測定は人間の病気に関する情報を得ることができ、その検出効果と利便性は人体の生体電気の測定を超えています。心臓の磁場のサイズは数十 pT 程度で、脳の磁場と比較すると、人類によって研究された最も初期の磁場の 1 つです。心臓の心房筋と心室筋は体の最も重要な部分です。 心磁図検査 (MCG)は、心臓の心房筋と心室筋の周期的な収縮と拡張期に伴う複雑な交流生体電流の結果です。心電図 (ECG) と比較して、心臓磁場の検出は胸壁やその他の組織の影響を受けません。MCG は多角度、多次元のセンサー アレイを通じて心臓磁場を検出できるため、心臓と心臓に関するより多くの情報が得られます。心臓病巣の正確な位置特定が可能になります。CT、MRI、その他の心臓研究技術と比較して、心磁図検査は放射線をまったく使用しません。現在、心磁図の技術はますます成熟しており、100,000 以上の臨床応用があり、主に次の側面に反映されています。   01 冠状動脈性心疾患 統計によると、冠状動脈性心疾患は一般的かつ頻度の高い疾患であり、現在、中国の冠状動脈性心疾患患者は1,100万人を超えています。冠状動脈性心疾患は最も一般的な死因であり、死亡者数はすべての腫瘍による死亡者数の合計を上回っています。冠状動脈性心疾患の場合、MCG は主に心筋虚血によって引き起こされる心筋再分極不一致を検出します。たとえば、Li et al. 101人の冠動脈疾患患者と116人の健康なボランティアのMCGを測定した。その結果、冠動脈疾患患者では、R-max/T-max、R-value、平均角度の 3 つのパラメータが正常な人よりも有意に高いことが示されました。冠動脈疾患患者101人のうち、MCG、心電図検査、心エコー検査によって検出された心筋虚血の割合はそれぞれ74.26%、48.51%、45.54%であり、冠動脈疾患患者におけるMCGの診断精度が有意に高いことが示された。心電図検査や心エコー検査よりも高い。これは、冠状動脈性心疾患患者における MCG の診断精度が ECG や心エコー検査よりも大幅に高いことを示しています。 参考：国際 Ｊ．クリン．経験値 医学。8(2):2441-2446(2015) 02 不整脈 不整脈は、心臓インパルスの発生部位、心拍の周波数とリズム、およびインパルス伝導の一部の異常として定義されます。統計によると、中国の不整脈患者の数は2,000万人を超えており、MEGを使用すると不整脈患者の病変の�

光、電気、熱、磁気はすべてライフサイエンス測定に関与する重要な物理量であり、光学イメージングが最も広く使用されています。技術の継続的な発展により、光学イメージング、特に蛍光イメージングは​​生物医学研究の視野を大きく広げてきました。しかし、光学イメージングは​​、生体サンプルのバックグラウンドシグナル、蛍光シグナルの不安定性、および絶対定量の難しさによって制限されることが多く、その応用がある程度制限されます。磁気共鳴画像法 (MRI) は優れた代替手段であり、浸透性が高く低強度であるため、頭蓋、神経、筋肉、腱、関節、腹部骨盤臓器の病変の検査など、いくつかの重要なライフ サイエンスのシナリオで広範囲に応用できます。バックグラウンドと安定性の特性。MRI は前述の光学イメージングの欠点に対処することが期待されていますが、低感度と低い空間分解能によって制限されており、ミクロンからナノメートルの分解能で組織レベルでのイメージングに適用することが困難になっています。    近年開発された新しい量子磁気センサーである窒素空孔（NV）センター、ダイヤモンドの発光点欠陥、  NVセンターベースの磁気イメージング技術は、ナノメートルレベルまでの分解能で微弱な磁気信号の検出を可能にし、非磁性を実現します。 -侵襲的。これにより、ライフサイエンス向けに柔軟で互換性の高い磁場測定プラットフォームが提供されます。これは、免疫および炎症、神経変性疾患、心血管疾患、生体磁気センシング、磁気共鳴造影剤、特に光学的背景および光学的透過収差を含む生体組織の分野における組織レベルの研究および臨床診断を実施するのに独特であり、以下を必要とする定量分析。     ダイヤモンドNVセンター磁気イメージング技術   ダイヤモンド NV センター磁気イメージング技術には、主に 2 つのタイプがあります。走査磁気イメージングと広視野磁気イメージングです。走査型磁気イメージングは​​、ダイヤモンド単色中心センサーを使用する原子間力顕微鏡 (AFM) 技術と組み合わされています。イメージング方法は単一点走査タイプのイメージングであり、非常に高い空間分解能と感度を備えています。ただし、イメージング速度とイメージング範囲により、一部の領域ではこの技術の適用が制限されます。一方、広視野磁気イメージングでは、単一の NV センターと比較して、高密度の NV センターを備えたテザー ダイヤモンド センサーが使用され、空間分解能は低下しますが、広視野のリアルタイム イメージングに大きな可能性を示します。後者は、細胞磁気イメージングの分野の研究により適している可能性があります。   の応用  NVセンター 細胞研究における広磁場磁気イメージング技術   応用例 1: 走磁性細菌の磁気イメージング   走磁性細菌は、外部磁場の作用下で方向性を持って移動し、主に土壌、湖、海洋で体内で磁性ナノ粒子 (マグネトソーム) を形成できる細菌の一種です。 細菌をダイヤモンド表面に置き、光学的方法を使用してNV中心の量子スピン状態を調べることにより、研究者は細菌内のマグネトソームによって生成された磁場ベクトル成分の画像を迅速に再構成できます。広視野磁気イメージング顕微鏡により、サブミクロンの解像度と広い視野で複数の細胞の光学的および磁気的イメージングを同時に行うことができます。この研究は、高空間分解能条件下で生細胞内の生体磁気構造をイメージングする新しいアプローチを提供し、細胞および細胞ネットワーク内の広範囲の磁気信号のマッピングを可能にします。     図 1. 向磁性細菌の磁気イメージング   (画像クレジット: DL Stage et al. 生細胞の光磁気イメージング Nature, 2013, 496(7446): 486-489)   応用例 2: マクロファージの鉄取り込みの磁気イメージング   マクロファージの主な機能は、固定細胞または遊離細胞の形で細胞破片および病原体を貪食（つまり、貪食および消化）し、リンパ球または他の免疫細胞を活性化して病原体に応答することです。マクロファージは複数の機能を持つ免疫細胞であり、サイトファジー、細胞性免疫、分子免疫学の研究にとって重要な対象です。 図 2 に示すように、研究者らは、サブミクロン分解能とナノテスラ感度を備えた Diamond NV 中心ベースの広視野磁気イメージングを使用して、マウス動物の細胞および組織内の磁場をイメージングしました。この技術の有用性は、マクロファージの鉄を観察することによって実証されました。マウスをモデルとして使用し、肝組織サンプル中の鉄過剰摂取と検出を行います。さらに、研究者らは生細胞における磁性粒子のエンドサイトーシスを検出しました。このアプローチは、MRI ボクセルとその微視的コンポーネントの間のギャップを埋めます。   図 2. マクロファージの鉄取り込みの磁気イメージング研究   (画像クレジット: HC Davis et al. 細胞内ダイヤモンド磁力測定による磁気共鳴画像コントラストのマイクロスケール起源のマッピング、Nature Communications、2018、9:131)   アプリケーション 3: 免疫磁気標識細胞の磁気イメージング   がんは現在、人類にとって最も致死率の高い病気の一つです。がんの分子メカニズムの研究と早期かつ正確な臨床診断は、効果的な治療の基礎となります。     図 3. 肺がん組織の磁気画像研究   (画像クレジット: SY Chen et al. ダイヤモンドの量子センサーを使用した腫瘍組織の免疫磁気顕微鏡法、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、2022、119: e2118876119)   中国科学技術大学 (USTC) は、組織レベルの免疫磁気標識法を開発しました。超常磁性粒子は、抗原抗体の特異的認識によって腫瘍組織内のPD-L1などの標的タンパク質分子で特異的に標識されました。次に、組織サンプルをダイヤモンド表面に密着させ、ダイヤモンドの表面近くに約 100 nm で分布した NV 中心の層を、400 nm の分解能で磁場イメージングを行うための 2 次元量子磁気センサーとして使用しました。 NV 広視野顕微鏡 (図 3) は、ミリメートルの視野でミクロンレベルの空間分解能を実現します。最後に、磁場に対応する磁気モーメント分布が深層学習モデルによって再構築され、定量的分析の基礎が提供されました。   ハーバードスミス天体物理学センターは、NV 広視野磁気イメージングによる免疫磁気標識技術を使用しています。癌細胞と健康な細胞の磁気イメージングの比較は、細胞検出の分野における生物医学に重要なツールを提供するこのイメージング技術の有用性を特徴付けるために行われました。  ...