定制床式光泵磁力计阵列用于胎儿磁心动图测量，推动胎儿研究与临床应用

为解决传统超导量子干涉器件（SQUID）系统测量胎儿磁心动图（fMCG）的弊端，研究人员用定制光泵磁力计（OPM）阵列测量 fMCG，发现其效果与 SQUID 相似，有望推动临床应用。

　　

探索胎儿健康的新视角：光泵磁力计在胎儿磁心动图中的应用

在生命的奇妙旅程中，胎儿在妈妈肚子里的健康状况一直备受关注。胎儿的心脏活动就像一首独特的 “生命之歌”，而胎儿磁心动图（fetal magnetocardiography，fMCG）技术就是 “聆听” 这首歌曲的有力工具。fMCG 是一种非侵入性技术，它能在孕妇腹部外测量与胎儿心脏电活动相关的磁场，相比胎儿心电图（fetal electrocardiography，fECG），其具有更高的信噪比（signal - to - noise ratio，SNR），能精准测量胎儿心率（fetal heart rate，FHR）及其变异性（fetal heart rate variability，FHRV），而 FHRV 是评估胎儿神经发育的重要指标，反映了胎儿自主神经系统的成熟度。

目前，测量 fMCG 信号主要依靠超导量子干涉器件（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID）系统。然而，SQUID 系统存在诸多弊端，比如维护成本高昂，传感器定位缺乏灵活性，这就像给 “聆听生命之歌” 设置了重重障碍，限制了 fMCG 技术的广泛应用。为了突破这些障碍，来自美国阿肯色大学医学科学中心的研究人员开展了一项极具意义的研究，他们致力于设计和配置一种基于床的独立光泵磁力计（microfabricated optically pumped magnetometers，OPM）阵列，以获取 fMCG 的连续记录，相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，搭建了一个包含 14 个传感器（28 通道）的独立 OPM 系统，该系统配备定制床和患者接口，放置在圆柱形三层屏蔽室内。其次，从 22 名 28 - 38 周孕龄的低风险孕妇中采集生物磁数据，每次记录前通过超声定位胎儿心脏，并使用 SQUID 系统进行对照测量。最后，对采集的数据进行信号处理，通过陷波滤波、带通滤波、独立成分分析（Independent Component Analysis，ICA）和基于最小范数的投影算子算法（Projection Operator based on the Minimum Norm，POMN）等方法去除噪声和母体心脏信号，提取 fMCG 信号。

下面来看看具体的研究结果：

1. fMCG 的检测：研究人员成功从 22 名孕妇中收集了 OPM 和 SQUID 的连续数据，共记录了 72 次联合测量，因技术问题剔除 6 次后，检测率达 91.67% 。33 周孕龄孕妇的 OPM fMCG 信号幅度在 2 - 6 pT 之间，且从 OPM 和 SQUID 测量得到的胎儿心率虽有差异，但这是由于非同步测量导致的。
2. FHRV 的比较分析：在进行 FHRV 分析时，因低信噪比或数据不完整等原因剔除 7 次测量后，对 59 对测量数据进行分析。结果显示，从 OPM 和 SQUID 数据获得的 FHRV 指标范围重叠，这表明 OPM 在测量 FHRV 方面与 SQUID 具有相似的效果。
3. 心脏时间间隔的比较：在 59 对测量数据中，43 次（72.88%）检测到完整的 PQRST 波群。分析发现，OPM 和 SQUID 记录的胎儿心脏时间间隔范围重叠，不过 OPM 记录的信号幅度整体更高。

在研究结论和讨论部分，此次研究意义非凡。该研究证实了成本较低的非低温 OPM 系统与使用大型屏蔽室的 SQUID 系统相比，能提供相似的胎儿心脏电生理和定量特征。新的 OPM 配置在测量 fMCG 时，时间序列与 SQUID 系统相似，虽传感器数量少于 SQUID，但有时能获得更高幅度的信号，展现出 OPM 在捕捉高信噪比 fMCG 信号方面的潜力。同时，新的 OPM 患者接口具有可移动传感器支架的优势，能确保传感器与孕妇腹部更紧密接触。虽然该研究存在一些局限性，如 OPM 传感器数量较少、噪声水平较高等，但这是首次使用定制独立 OPM 阵列对孕妇进行连续测量的研究。未来，增加传感器数量、提高信噪比、明确传感器位置和方向等研究方向，将进一步推动 OPM 在胎儿研究和临床应用中的发展，让我们能更清晰地 “聆听” 胎儿的 “生命之歌”，守护胎儿健康。