Новая квантовая технология может помочь в диагностике и лечении заболеваний сердца.

Мерцательная аритмия (ФП) — это заболевание сердца, которое вызывает нерегулярную и ненормально быструю частоту сердечных сокращений, что может привести к образованию тромбов, инсульту, сердечной недостаточности и другим сердечным осложнениям. Хотя причины AF неизвестны, он затрагивает около одного миллиона человек, при этом число случаев заболевания, по прогнозам, возрастет, что будет дорого обходиться NHS.

В настоящее время ФП обычно диагностируется с помощью электрокардиограммы (ЭКГ), но это можно сделать только во время эпизода, поэтому необходимы дополнительные средства диагностики.

AF лечится посредством хирургической процедуры, называемой «катетерная абляция», которая тщательно разрушает пораженный участок сердца, прерывая ненормальные электрические цепи. В 50% случаев пациенты нуждаются в дальнейшем лечении.

Тестирование технологии, разработанной UCL, опубликованной сегодня в «Прикладной физике» , показывает, что она может успешно отображать проводимость растворов, имитирующих биологические ткани, и, следовательно, может использоваться для диагностики ФП и выявления областей сердца, на которые должна быть направлена операция.

Это будет работать путем отображения электрической проводимости сердца в 2D для выявления аномалий, где сердце пропускает зажигание.

Корреспондент, доктор Лука Мармуги (UCL Physics & Astronomy and UCLQ), сказал: «Мерцательная аритмия — это серьезное заболевание, о котором удивительно мало известно. Мы надеемся изменить это благодаря нашей работе с клиницистами с точки зрения как диагностики, так и лечения.

«Операция по лечению мерцательной аритмии эффективно обрезает провода, чтобы предотвратить короткое замыкание в сердце, восстанавливая нормальное сердцебиение до нормального, и наша технология поможет определить, где находится короткое замыкание. Впервые показано, что можно сопоставить проводимость живых тканей в небольших объемах с беспрецедентным уровнем чувствительности и при комнатной температуре».

Команда представила решения с проводимостью, сравнимой с проводимостью живых тканей, с чувствительностью 0,9 Сименса на метр и разрешением в 1 см с использованием не экранированного атомного магнитометра с переменным магнитным полем. Эти растворы имели объем 5 мл каждый, чтобы соответствовать ожидаемой необходимости применения в диагностике ФП.

Сигнал был обнаружен с помощью квантовых сенсоров на основе рубидия, которые были разработаны специально для точного и стабильного изображения небольших объемов в течение нескольких дней с областями яркости, указывающими на высокую проводимость.

Способность обнаруживать проводимость при менее чем одном Siemens на метр является улучшением в 50 раз по сравнению с предыдущими результатами визуализации и демонстрирует, что метод является чувствительным и достаточно стабильным для использования изображения биологических тканей в не экранированной среде.

Соавтор и руководитель группы, профессор Ферруччо Рензони (UCL Physics & Astronomy), сказал: — «Электромагнитная индукционная томография успешно используется в ряде практических применений, таких как не разрушающий контроль, определение характеристик материала и проверка безопасности. 

В первые было доказано, что он полезен для биомедицинских изображений.

Мы думаем, что его можно будет безопасно использовать, поскольку он подвергнет органы, такие как сердце, воздействию одной миллиардной доли магнитного поля, обычно используемого в сканерах МРТ.

«Мы достигли феноменального уровня чувствительности в не экранированной среде при комнатной температуре, что значительно приблизило нас к внедрению этой технологии в клинику. Это стало возможным только благодаря использованию квантовых технологий, и мы рады потенциальным приложениям для улучшения клинических исходов мерцательной аритмии».

Команда представляет множество своих квантовых сенсоров, которые можно разместить над сердцем, давая показания в считанные секунды.

Следующим шагом для команды будет сотрудничество с клиницистами для интеграции технологии в инструмент для использования в операциях врачей общей практики и больницах.

Работа финансировалась британским Центром Квантовых Технологий в области зондирования и метрологии, который является частью Научно-исследовательского совета по инженерным и физическим наукам.