เซ็นเซอร์เพชรความละเอียดสูงแผนที่กระแสไฟฟ้าในหัวใจ

เซ็นเซอร์ที่ใช้เพชรซึ่งแสดงกระแสไฟฟ้าอันละเอียดอ่อนภายในหัวใจได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในญี่ปุ่น นำโดย ทาคายูกิ อิวาซากิ ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว ทีมงานได้ใช้อุปกรณ์ของตนโดยอาศัยการเรืองแสงของศูนย์กลางไนโตรเจน (NV) ในเพชร พวกเขาใช้เซ็นเซอร์ในการวัดสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่เดินทางในหัวใจของหนูที่มีชีวิต และนักวิจัยกล่าวว่าความละเอียด 5.1 มม. ของอุปกรณ์นั้นไม่เคยมีมาก่อน

โรคหัวใจบางชนิด รวมทั้งหัวใจเต้นเร็วและภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะมีสาเหตุมาจากความไม่สมบูรณ์ในการถ่ายทอดกระแสไฟฟ้าผ่านหัวใจ เพื่อวินิจฉัยภาวะเหล่านี้ แพทย์หทัยวิทยาจะใช้เครื่องตรวจคลื่นแม่เหล็ก (MCG) ซึ่งเป็นเทคนิคแบบไร้สัมผัสที่จะวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในหัวใจจากระยะไกล

ความละเอียดของ MCG ถูกจำกัดด้วยปัจจัยต่างๆ รวมถึงขนาดเซ็นเซอร์และอุณหภูมิในการทำงาน ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดสามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กขนาดเล็กได้ดีมาก แต่ต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก ด้วยเหตุนี้ เซ็นเซอร์เหล่านี้จึงต้องอยู่ห่างจากหัวใจพอสมควร ดังนั้นจึงไม่สามารถแก้ไขกระแสในระดับมิลลิเมตรได้ ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถแก้ไขคลื่นการหมุนที่ซับซ้อนที่เกิดจากภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะได้อย่างสมบูรณ์

ข้อบกพร่องระดับอะตอม

ในการสร้างเซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดสูงขึ้น ทีมงานของอิวาซากิใช้ศูนย์ไนโตรเจนว่าง (NV) ซึ่งเป็นข้อบกพร่องระดับอะตอมในเพชร ในศูนย์กลาง NV อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกันคู่หนึ่งในโครงตาข่ายเพชรจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมไนโตรเจนและพื้นที่ว่าง โดยพื้นฐานแล้วศูนย์ NV นั้นเป็นการหมุนควอนตัมแบบแยกเดี่ยวซึ่งมีความไวต่อสนามแม่เหล็กภายนอกมาก ยิ่งไปกว่านั้น ยังปล่อยแสงฟลูออเรสเซนต์ในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับความเข้มและทิศทางของสนามแม่เหล็กอีกด้วย คุณสมบัติเหล่านี้สามารถนำมารวมกันเพื่อสร้างเซ็นเซอร์แม่เหล็กที่มีการอ่านข้อมูลแบบออปติคอล

อิวาซากิและเพื่อนร่วมงานได้สร้างเซ็นเซอร์จากชิปเพชรที่มีศูนย์กลาง NV ที่มีความหนาแน่นสูง เมื่อทำงานที่อุณหภูมิห้อง พวกเขาวางตำแหน่งเซ็นเซอร์ให้ห่างจากใจกลางของหนูที่มีชีวิตเพียงไม่กี่มิลลิเมตร ศูนย์ NV ได้รับการส่องสว่างด้วยเลเซอร์สีเขียว และใช้โฟโตไดโอดเพื่อจับแสงฟลูออเรสเซนต์ที่ปล่อยออกมา ทีมงานของอิวาซากิยังได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อแปลการวัดค่าเรืองแสงเป็นสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกัน สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถสร้างภาพ 2D รายละเอียดของกิจกรรมทางไฟฟ้าในหัวใจได้ โดยมีความละเอียด 5.1 มม. นักวิจัยหวังว่าเซ็นเซอร์ของพวกเขาจะช่วยให้แพทย์โรคหัวใจสามารถศึกษาต้นกำเนิดและการลุกลามของภาวะหัวใจประเภทต่างๆ ในผู้ป่วยได้ง่ายขึ้นมาก ซึ่งอาจนำไปสู่วิธีการใหม่ในการวินิจฉัยและรักษาโรคเหล่านี้ ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติม เซ็นเซอร์ยังสามารถใช้เพื่อตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ละเอียดยิ่งขึ้นที่ผลิตในส่วนอื่นๆ ของร่างกายได้

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ฟิสิกส์สื่อสาร.