Ny kvanteteknologi kan hjælpe med at diagnosticere og behandle hjertesygdomme

Atrieflimren (AF) er en hjertesygdom, der forårsager en uregelmæssig og unormalt hurtig puls, potentielt føre til blodpropper, slag, hjertesvigt og andre hjerterelaterede komplikationer. Mens årsagerne til AF er ukendte, det påvirker omkring en million mennesker i Storbritannien med tilfælde, der forventes at stige til store omkostninger for NHS.

I øjeblikket, AF diagnosticeres almindeligvis ved hjælp af et elektrokardiogram (EKG), men dette kan kun gøres under en episode, så der er behov for supplerende diagnosemidler.

AF behandles gennem en kirurgisk procedure kaldet 'kateterablation', som omhyggeligt ødelægger det syge område af hjertet for at afbryde unormale elektriske kredsløb. I 50 % af tilfældene patienter har brug for yderligere behandling.

Test af den UCL-udviklede teknologi, offentliggjort i dag i Anvendt fysik bogstaver , viser, at det med succes kan afbilde ledningsevnen af ​​opløsninger, der efterligner biologiske væv og derfor, kunne bruges til at diagnosticere AF og identificere områder af hjertet, hvor operationen bør målrettes.

Det ville fungere ved at kortlægge hjertets elektriske ledningsevne i 2-D for at identificere anomalier, hvor hjertet fejler.

Kontaktforfatter, Dr. Luca Marmugi (UCL Fysik &Astronomi og UCLQ), sagde:"Atrieflimren er en alvorlig tilstand, som man forbavsende lidt ved om. Det håber vi at kunne ændre gennem vores arbejde med klinikere med hensyn til både diagnose og behandling.

"Kirurgi til behandling af atrieflimren skærer effektivt ledningerne over for at forhindre kortslutning i hjertet, nulstille den uregelmæssige hjerterytme til en normal, og vores teknologi ville hjælpe med at identificere, hvor kortslutningen er. Selvom det ikke er tilgængeligt i klinikken endnu, vi har vist, for første gang, at det er muligt at kortlægge ledningsevnen af ​​levende væv i små volumener til et hidtil uset niveau af følsomhed og ved stuetemperatur."

Holdet afbildede løsninger med en ledningsevne, der kan sammenlignes med den for levende væv, ned til en følsomhed på 0,9 Siemens pr. meter og til en opløsning på en cm ved hjælp af et uafskærmet atommagnetometer med et AC-magnetfelt. Disse opløsninger var 5 ml i volumen hver for at matche det forventede behov for anvendelser i AF-diagnoser.

Signalet blev detekteret ved hjælp af Rubidium-baserede kvantesensorer, som teamet udviklede specifikt til at afbilde små mængder nøjagtigt og konsekvent over flere dage, med områder med lysstyrke, der indikerer høj ledningsevne.

At være i stand til at detektere ledningsevne ved mindre end én Siemens pr. meter er en forbedring på 50 gange i forhold til tidligere billeddannelsesresultater og viser, at teknikken er følsom og stabil nok til at blive brugt til at afbilde biologiske væv i et uafskærmet miljø.

Medforfatter og gruppeleder, Professor Ferruccio Renzoni (UCL Fysik &Astronomi), sagde:"Elektromagnetisk induktionsbilleddannelse er med succes blevet brugt i en række praktiske anvendelser såsom ikke-destruktiv evaluering, materialekarakterisering, og sikkerhedsscreening, men det er første gang, at det har vist sig at være nyttigt til biomedicinsk billeddannelse. Vi tror, ​​det vil være sikkert at bruge, da det ville blotlægge organer, såsom hjertet, til en milliard af det magnetiske felt, der almindeligvis anvendes i MR-scannere.

"Vi har opnået et fænomenalt niveau af følsomhed i en uafskærmet, stuetemperatur miljø, hvilket bringer os meget tættere på at bringe denne teknologi til klinikken. Det var kun muligt ved at bruge kvanteteknologier, og vi er begejstrede for de potentielle anvendelser til at forbedre de kliniske resultater af atrieflimren."

Holdet forestiller sig en række af deres kvantesensorer, der kan placeres over hjertet, giver aflæsninger i løbet af få sekunder.

Næste skridt er, at teamet samarbejder med klinikere for at integrere teknologien i et værktøj til brug i praktiserende læger og hospitaler.