Une meilleure façon de mesurer les champs magnétiques pourrait faciliter la détection des problèmes cardiaques fœtaux

Les champs électriques produits dans le corps sont un puissant outil de diagnostic. Les cliniciens utilisent régulièrement ces signaux pour mesurer la fonction du cerveau, du cœur, des nerfs et des muscles, fournissant des informations impossibles à recueillir avec d'autres outils.

Mais cette approche a des limites. Par exemple, les signaux électriques des cœurs fœtaux sont difficiles à recueillir car ils sont submergés par les signaux de la mère. Cela rend certaines maladies cardiaques fœtales particulièrement difficiles à diagnostiquer.

Il existe cependant une autre façon d'étudier l'activité électrique du corps, en mesurant le champ magnétique qu'il produit. Parce que les champs magnétiques se désintègrent rapidement sur de courtes distances, il est beaucoup plus facile de séparer un signal fœtal de celui de la mère.

Mais les magnétomètres ayant la sensibilité requise reposent sur une technologie supraconductrice qui doit être refroidie à la température de l'hélium liquide. L'isolation que cela nécessite empêche ces appareils de s'approcher de l'organe cible. Par conséquent, les signaux magnétiques ont toujours été faibles et difficiles à interpréter.

Ce qu'il faut, c'est un magnétomètre à température ambiante qui peut être placé à quelques millimètres de la cible et qui est suffisamment sensible pour mesurer les signaux magnétiques d'intérêt.

Aujourd'hui, cela semble désormais possible grâce aux travaux de Kasper Jensen de l'Université de Copenhague au Danemark et de ses collègues, qui ont mesuré divers signaux de diagnostic provenant d'un cœur de taille fœtale à l'aide d'un magnétomètre à température ambiante. Les travaux ont le potentiel de révolutionner la mesure des champs biomagnétiques et pourraient aider les médecins à diagnostiquer des maladies cardiaques fœtales autrement indétectables.

L'appareil qui fait ce travail est connu sous le nom de magnétomètre à pompage optique. Il se compose d'un petit flacon de gaz atomique, dans ce cas des atomes de césium. Le spin de chaque atome de césium est très sensible aux champs magnétiques ambiants, ce qui en fait des outils de mesure utiles.

Pour commencer, le spin de tous les atomes doit être aligné dans la même direction. Cela se fait avec une lumière laser polarisée. Lorsque le laser est éteint, les spins commencent à dériver en fonction du champ magnétique local. Mesurer à nouveau les spins peu de temps après montre comment ils ont changé, révélant la force et la direction du champ local.

Ces dernières années, divers groupes ont commencé à utiliser des magnétomètres à pompage optique pour étudier les champs biomagnétiques. Mais bon nombre de ces tentatives ont échoué. La bande passante étroite des magnétomètres les empêche de capter tous les signaux souhaités.

Dans de nombreux dispositifs, les atomes doivent être chauffés à plusieurs centaines de degrés Celsius et doivent donc être isolés et séparés de la cible. Étant donné que l'intensité du champ magnétique chute considérablement sur de courtes distances, cela peut avoir un impact significatif sur l'utilité des appareils.

Jensen et co contournent ces problèmes avec un petit magnétomètre à pompage optique qui a une sensibilité à bande relativement large et fonctionne à la température du corps. Cela signifie que l'appareil peut être placé sur ou à quelques millimètres de l'organe cible.

L'équipe a mis l'appareil à l'épreuve en l'utilisant pour mesurer le champ magnétique associé aux battements de cœurs de cobayes qui avaient été isolés en laboratoire. Ceux-ci ont à peu près la taille des cœurs de fœtus humains et offrent donc un bon test.

L'approche montre des résultats prometteurs. Jensen et co disent qu'ils ont clairement détecté le rythme cardiaque ainsi qu'une grande variété de caractéristiques diagnostiques.

Dans un cœur normal, la contraction musculaire qui est la signature d'un battement de cœur est déclenchée par le passage d'ondes électriques à travers la surface du cœur. Plusieurs ondes sont impliquées, et celles-ci provoquent la contraction synchronisée de différentes parties du cœur.

Les cardiologues étiquettent ces ondes avec les lettres P, Q, R, S et T. La synchronisation entre elles est un indicateur important de la fonction cardiaque.

Un signal d'intérêt particulier dans les cœurs fœtaux est l'intervalle Q-T. Lorsque cela se prolonge, cela indique un problème grave. Cependant, les électrocardiogrammes ne peuvent pas être utilisés pour détecter cela dans les cœurs fœtaux.

Jensen et co disent que leur nouvelle technique peut détecter ce problème. Pour montrer comment, ils ont utilisé des médicaments pour induire un intervalle Q-T prolongé dans le cœur des cobayes. Ils disent que le magnétomètre à pompage optique a clairement détecté les signes de diagnostic.

C'est un travail intéressant avec des implications importantes. Des intervalles Q-T prolongés se produisent dans 1 naissance sur 2 500, et il est important de les détecter tôt. La nouvelle technique devrait être capable de faire exactement cela.

Sur la base de nos mesures sur le cœur de cobaye, nous concluons que la détection en temps réel du rythme cardiaque d'un fœtus humain à l'âge gestationnel de 18-22 semaines, où la distance du capteur cardiaque est estimée à ≥ 5 cm, devrait être possible, disent Jensen et co.

Cela met en place un avenir passionnant. La prochaine étape sera de tester la technique chez l'homme puis spécifiquement chez la femme enceinte. Il a également le potentiel de mesurer d'autres champs magnétiques dans le corps, tels que ceux produits par le cerveau et le système nerveux. Préparez-vous à accueillir une nouvelle forme d'outil de diagnostic.

Réf : https://arxiv.org/abs/1806.10954 : Magnétocardiographie sur un coeur animal isolé avec un magnétomètre à pompage optique à température ambiante

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