原子磁力計に基づく心臓磁気検出

 

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位置を正確に特定できます。伊藤ら。らは 51 人の不整脈患者を研究し、心磁図の 3 つのパラメータを分析することにより、不整脈を引き起こすさまざまな病巣 (右心室流出路、大動脈洞) の位置を 94% の精度で特定することができました。

参考文献：ハートリズム、11(9):1605-1612(2014)

03 胎児心臓スクリーニング

中国では毎年、約10万～20万人の子供が先天性心疾患を持って生まれている。現在、胎児心電図は胎児表面の皮脂腺、羊水、羊膜の影響を受けることが多く、心臓の活動に関する情報を正確に得ることができません。胎児心電図とは異なり、磁気信号は体の組織に干渉しないため、胎児心磁図は胎児の心臓を正確に反映するため、妊娠中の胎児の心臓活動を検出する唯一の手段となります。キャンベルら。上室性頻拍性不整脈で入院した単胎妊娠 2 例と双胎妊娠 1 例を観察し、MCGを使用して妊婦と胎児の心不整脈をモニタリングしました。MCG は母体と胎児の不整脈をモニタリングするために利用され、これに基づいて薬物治療が実施されました。その結果、研究に参加した胎児不整脈患者 3 名全員が効果的に治療されたことが示されました。

参考文献: Obstet Gynecol、108(3-2):767-771(2006)。

 

磁気検出手段

心臓磁気技術の数十年の発展により、磁力計は超電導磁力計と非超電導磁力計に大別できます。

超電導磁力計は磁束量子化技術と超電導ジョセフソン接合効果に基づいており、臨床用途に導入された初期の磁力計です。現在、米国 Cardio Ma、ドイツ SQUID AG、フィンランド Neuromag、中国 MANDI Medical、Cardiomag など、国内外に成熟したメーカーがあります。

 

超伝導心磁計

 

超伝導心磁図検査では、超伝導状態を維持するために広い磁気シールド室と大量の液体ヘリウムが必要ですが、世界的なヘリウム不足により液体ヘリウムの価格が高騰しており、運用コストが非常に高くなり、臨床応用が大きく制限されています。 。しかし、MRI の臨床効果は顕著であり、科学者たちは代替手段を模索してきました。

 

マルチチャンネル原子磁力計による成人の心臓磁気の検出

 

原子磁力計は、近年開発された超高感度の磁力計です。2012 年、科学者たちはアルカリ金属ベースの原子磁力計を使用して超高感度原子磁力計の 4 チャネル アレイ (チャネルごとに最大6 ～ 11 fT/Hz ^1/2の感度) を構築し、成人心磁図の取得に成功しました。磁気シールドされた部屋。

参考文献：物理学 医学。バイオル。57 (2012) 2619 – 2632

 

 

原子磁力計をベースとした磁力計は、運用保守コストがほとんどかからないため、大規模臨床応用の可能性を秘めています。Genetesis, Inc.は2017年に原子磁力計をベースとした磁力計の研究開発を開始し、その後世界初の磁力計を発売しました。現在臨床で使用されている原子磁力計ベースの磁力計 CardioFlux™。

原子磁力計ベースの磁力計は、磁力測定の分野における重要な開発方向となっており、原子磁力計はその中核コンポーネントとして、運用コストを効果的に削減しながら磁力測定の感度をさらに向上させます。CIQTEK は、量子精密測定分野における豊富な技術蓄積と応用実践に基づいて、量子スピン磁力計 (SpinMag-I) を開発、発売しました。

スピンマグ-I

CIQTEK が開発した量子スピン磁力計 (SpinMag-I) は、アルカリ金属原子 (Rb-87) の外側電子のスピンの性質を利用し、操作手段としてポンプ レーザーを使用してアルカリ金属原子にスピン偏極を生成します。外部からの弱い磁場の作用により、アルカリ金属原子がラーモア進行し、検出用レーザーの吸収が変化し、高感度な磁場測定が可能になります。量子スピン磁力計は、高感度、小型、低エネルギー消費、持ち運びが容易という特徴があり、将来、科学研究や生物医学などの分野における磁気センシング分野で人類が量子時代に突入することになるでしょう。