图片来源：阿恩·维肯布罗克

心脏每次跳动都会产生微弱的磁场，大约是地球磁场的百万分之一。检测这些信号通常需要笨重的超导设备和高规格的磁屏蔽室。现在，基于金刚石中氮-空位（NV）色心的量子传感器，正在让这件事变得简单得多。

心磁图与心电图：互补的两种信号

心电图（ECG）通过贴在皮肤上的电极记录心脏的电活动，是临床上最成熟、最广泛使用的心脏诊断工具。但ECG有一个物理上的局限：人体组织的导电性会扭曲电信号，肺部、脂肪和体液的分布都会影响信号的清晰度。

心磁图（MCG）记录的是心脏电流产生的磁场。磁场几乎不被人体组织衰减，因此MCG能够检测到ECG可能遗漏的细微异常，并支持病理来源的精确定位。

但MCG信号极其微弱——心脏磁场大约在皮特斯拉（pT）量级，而地磁场大约是它的百万倍。传统MCG依赖SQUID传感器，需要液氦冷却和严格的磁屏蔽，系统复杂、昂贵，限制了临床推广。

金刚石中的NV色心：室温工作的量子传感器

金刚石中的氮-空位色心是一种原子尺度的量子缺陷。它的电子自旋对外部磁场极其敏感，可以通过光学方法读取——用激光照射，测量荧光强度的变化就能推算出磁场大小。

在这项发表于Science Advances的研究中，团队使用基于NV色心的金刚石量子传感器，在室温下工作，无需低温冷却，成功记录了清晰的心磁图轨迹。传感器的灵敏度达到6–26 pT/Hz^{1/2}，传感体积不到0.5 mm³。

从平均信号到实时检测

当前测量需要对多个心跳进行信号平均来从噪声中提取有用信息，但研究者指出，结果已经展示了通向实时检测的清晰路径。团队还探索了一种梯度测量方案，用于无屏蔽的噪声环境，为在挑战性临床条件下的无接触心脏检测铺平了道路。

更近期的进展显示，通过磁通集中器和连续波光学检测磁共振读出方案的增强，NV金刚石磁强计已经实现了亚皮特斯拉的有效灵敏度，能够可靠检测与心脏动作电位传播相对应的时间波动。

与需要磁屏蔽室的SQUID系统相比，金刚石量子传感器的小型化和室温工作特性，使其有望发展为可穿戴式心磁监测设备。对于烧伤患者等无法使用皮肤电极的人群，以及需要长时间连续心脏监测的场景，这种非接触方案具有独特价值。