心磁图在心脏病诊断检查技术中的研究进展

刘星 吴浩

目前临床上对于心脏疾病的检测手段种类繁多，包括冠状动脉造影、心内电生理等有创性检查和心电图、冠状动脉CT等各类无创性检查等。但是这些检测技术均有不足之处，比如有创伤性、对人体有放射辐射伤害，或费用较高等，因此在临床上的应用受到一定限制。常用的心电检查，无创简便，但是存在灵敏度、准确度低等缺陷。因而，心磁图（magnetocardiography）作为一种无创性、准确度较高的检测技术，近年来成为研究的热点。心脏活动产生微弱电流，这些微弱电流周围产生微弱的磁场。心磁图就是一种通过采集分析心脏兴奋时引起周围磁场变化的检测手段，它是基于心电技术发展而来。心磁与心电紧密相关，因此可以通过观察心磁场的变化，进而来推测心电活动情况，也正因如此，我们可借助心磁图来诊断心脏疾病，现就心磁图在这一领域的研究进展作一综述。

1 概述

生物磁场信号非常微小，心磁强度大概仅为地磁场强度的百万分之一，为准确测量心磁信号，需要有极高灵敏度的磁力传感器，同时还要设法排除屏蔽外界磁场的干扰。1962年，Baule运用磁梯度计在人体胸前第一次探测到微弱的心磁信号，之后不久Cohen等[1]成功研制出超导量子干涉器件（superconductingquantum inte rference device，SQUID）的磁力仪，SQUID的问世，使得对心磁信号的检测能力大幅提高。1974年，Opfer等[2]推出了二次微分型SQUID磁强计，使得对心磁信号的检测在一般实验条件下就能进行。在大量的研究下，心磁图由此也正式提出。随着科技的不断进步，目前研究者们已通过结合空间鉴别技术、计算机技术与SQUID，再通过应用软件进一步减除噪声，获得更高质量的心磁图为临床提供更精确的信息。我国在心磁图的研究上也取得了一定的成就。1986年，由中国科技大学自主研制，也是我国自产的第一台心磁图仪正式问世，2001年，阜外医院从国外引进第一台心磁图仪，标志着我国正式开始心磁图的研究。

2 工作机制

基于前期对于SQUID技术研究的不断深入和改进，学者们成功研制出了可检测心磁的医疗设备——心磁图仪。当前已有多种心磁图仪在临床上使用，包括美国医疗器械产商（cardio mag imaging）研发的CMI-2409型心磁图仪、德国Magscan公司研发的MCG7心磁图仪、日本（株）日立高新技术生产的Mc-6400型心磁图仪等。来自不同医疗器械公司生产的心磁图仪，各自拥有不同数量的通道，不同的探测分析方法，并且使用不同的工作参数和分析指标。以德国Magscan公司研发的MCG7心磁图仪为例，被检者在接受检测时，平卧于检查床上，需要取下身上带有磁性的例如金属类物体，再将心磁图仪探头悬置于患者胸前壁上方，保持1～2cm的距离。探测部位在患者胸前壁上方（含心脏部分）20cm×20cm大小的矩形方阵区域内进行，此区域再被分成6×6个小网格，每个网格间距4cm，一共产生36个检测点（检测头内有4个探测传感器，可同时记录4个检测点的心磁信号信息），每个点的采集时长为30ms，检测同时描记常规心电图作为对比。

3 分析方法

心磁强度时间曲线图表现形式同常规心电图，目前国际上通用的是Einthoven氏命名法，即由P波、QRS波群、ST段和T波一组波形组成的图形，分析方法也类似常规心电图。磁场分布图运用绘制地图的方法，在额面上将磁场强度相等的点用同样的颜色绘制成等高线，两点间再用二维插补法处理，由此绘成的图就是磁场分布图。依据测得磁场强度分布可以进一步得出电流密度分布图，研究者可以通过电流密度分布图对心肌电活动进行直观分析。不管是磁场分布图还是电流密度分布图，研究者均可选择心动周期的任一时刻来进行分析，以获取更详细的心肌电活动信息。同时，心磁图仪的软件会对电流密度分布图进行分级和分析，分级标准主要包括：有无双极结构，双极结构是否对称等。通过软件分析得出的各个参数可供临床应用。

4 临床应用

4.1 对冠心病的临床研究 心肌缺血会引起心肌细胞电生理特性改变，缺血情况下心肌细胞膜静息膜电位和传导速度都会减少（膜电位负值减少）、细胞内外离子环境也会发生改变。这些电生理特性的改变均可反映在心电或心磁检查中。大量的研究显示不管是通过静息、生理或是药物诱导的缺血等条件下，心磁图对于检测缺血均有很高的价值。最先在1975年，Cohen和Kaufman通过犬冠状动脉闭塞的模型发现了心磁图可记录到ST段的移位。目前，虽然心电图是检测心肌缺血、心律失常最重要的检测方法之一，心磁图由于价格昂贵、使用方法较为复杂等因素还未被广泛使用，但是相对于常规心电检查而言，心磁图具备以下优势：（1）检测结果更真实稳定。心电图记录的是生物电信号，但是电传导在穿透心脏周围组织时会发生衰减或畸变，从而影响到记录的电信号结果，但是磁场在传导时不受非接触组织电导率的影响，可以穿透检测部位周围高阻抗的物质不发生衰减或畸变。而且检测时不使用皮肤电极，不容易受到患者呼吸运动等因素的影响，干扰因素较少，因此得到的结果更真实稳定。（2）灵敏度高。常规心电图在胸前仅采用6个导联测量心脏电活动所产生的电流信号，而且无法检测到涡旋电流。不同的是，心磁图对切向电流敏感，而且可以同时检测直流和交流电磁信号，对体表电位差异更敏感。（3）更详细。收集到的电磁信号图，可通过计算机软件推算出体内电流密度分布情况，并进行三维重建，三维空间分析，获取更详细的心肌缺血损伤的信息情况，供临床使用。当前，大量的国内外研究结果提示[3-5]，相对于心电图、超声心动图或平板运动试验等检查，心磁图在检测心肌缺血，诊断冠心病等方面，灵敏度、特异度和诊断的准确性均较高。

来自阜外医院的一项研究显示[6]，通过观察48例经冠状动脉造影证实为冠心病但常规心电图表现正常的患者，心磁图在诊断冠心病方面的灵敏度、特异度、诊断准确性均较高，结果提示：相对于常规心电图，心磁图作为无创性检查手段之一，具有更高的诊断价值。Park等[7]的一项前瞻性研究显示，264例表现为急性胸痛的非ST段抬高的冠心病患者均经冠状动脉造影证实为冠心病，同时采用心磁图、心电图、超声心动图、血清肌钙蛋白进行检测。研究结果显示，心磁图、心电图、超声心动图、肌钙蛋白在预测冠心病时获得的灵敏度分别为：95.1%、33.9%、51.0%、42.7%，特异度分别为：92.8%、91.1%、76.2%、90.5%，阴性预测值分别为：84.8%、27.4%、31.4%、31.7%，阳性预测值分别为：97.8%、93.3%、87.9%、93.8%。因此，Park等[7]通过研究提出相对于心电图、肌钙蛋白和超声心动图，心磁图对冠心病的预测价值更高，而且Park等进一步通过研究发现心磁图对于预测冠心病死亡风险同样具有较高的价值。国内有研究显示，对96例经冠状动脉造影证实为冠心病的不稳定性心绞痛患者进行了心磁图、心电图、超声心动图检测，结果显示，96例患者中，心磁图有缺血表现者81例（84.36%），心电图有心肌缺血表现者51例（53.13%），超声心动图显示有室壁节段性活动异常者为32例（33.33%），同样的，研究结果提示对于冠心病的诊断，心磁图优于心电图和超声心动图[8]。同样，与另一种无创性检测手段平板运动试验相比，山西医科大学的一项研究提示，在冠心病的早期诊断中，心磁图的灵敏度及特异度同样优于平板运动试验[9]。Lim等[10]入选了110例不稳定性心绞痛患者和83例非ST段抬高型心肌梗死患者作为实验组，再选取204例健康者作为对照组。研究结果表明，非ST段抬高型心肌梗死患者与对照组相比，在实验筛选的10个观察参数比较中，差异均有统计学意义（均P＜0.01），在不稳定性心绞痛患者与对照组比较中，6个参数差异有统计学意义（均P＜0.01），研究还发现，心肌缺血情况程度越重，心磁图缺血指标越多。因此，可以发现心磁图对于诊断心肌缺血较为敏感，其对于急慢性、严重的心肌缺血具有较好的研究前景。

4.2 对成人心律失常的临床研究 早期心磁图在心律失常的研究集中在评估心律失常患者，通过心磁图准确定位心律失常部位。对心律失常的诊断具有很强的实用价值，因其具备很强的空间准确性。例如对于室性期前收缩的定位，虽然也可使用心电图判断室性期前收缩起源部位，但是心电图的判断价值大部分来源于统计学结果的总结，虽然也可以提供有用的信息，但在大多情况下，不能有效实现对于心律失常部位的准确定位和数目。而心磁图的使用可有效解决这一问题，心磁图作为一种灵敏度和特异度较高的检测手段，可有助于解决心律失常的各类问题。Ito等[11]的研究通过电生理检查结果将特发性室性期前收缩患者分为右心室流出道和主动脉窦两组，比较分析两组的心磁图后发现，心磁图在定位流出道室性期前收缩的起源部位方面具备独特的优势。最近一项研究显示，利用心磁图区分不同起源部位（右心室流出道、主动脉窦）室性心律失常准确率达94%。对于心房颤动、室性心动过速、各类室上性心动过速的原发起始部位的定位诊断中，心磁图均有较大的诊断价值。Lehto等[12]对26例进行电复律的持续性心房颤动患者研究发现，相比健康人群，持续性心房颤动节律恢复时刻的P波时间和P-RMS40明显升高，在复律后1个月P波时间仍明显延长。Kim等[13]首次利用心磁图三维重构指导慢性心房颤动消融术，并提出心磁图有助于发现慢性心房颤动心房异常的电生理活动，对于术中选择精准的消融路径，减少手术程序等都具备重要的价值。对于诊断一些特殊的电生理异常，如心房电阻滞的Baye’s综合征等，心磁图可能具备较高的诊断价值及研究意义[14]。心磁图也可获得碎裂QRS波群这一参数，即QRS波群碎裂极性变化的个数和碎裂积分。Endt等[15]研究发现，运用心磁图检测碎裂QRS波群这一参数，几乎可发现所有发生于心肌梗死后的室性心动过速，相比心电图更敏感。Korhonen等[16]的一项研究发现，在是否发生室性心动过速的两组患者比较中，心磁图晚期电活动和碎裂QRS波群这两个参数在两组间差异有统计学意义，这种差异在射血分数＜40%患者中更显著，研究进一步提出心磁图对于室性心动过速的预测能力较心电图QRS持续时间（QRSd）更强。

4.3 对胎儿心律失常的临床研究 胎儿心电图常常受到胎儿表面皮脂腺、宫颈等绝缘物以及母体干扰等因素从而影响结果的准确性。胎儿心磁图（fetal magnetocardiography，fMCG）由于磁传导不受限制，因此可穿透宫颈、皮脂腺将胎儿的心磁信号与母体的心磁信号分开，更直接地反映出胎儿的心磁情况。1974年，Kariniemi等[17]最先提出并发表，可透过母亲腹部记录腹中胎儿的心磁图。Hoson等[18]的研究认为，心磁图可以诊断胎儿的各种心律失常，包括最多见的室上性心动过速、长QT综合征、房室传导阻滞、室性期前收缩等各种心律失常。虽然胎儿心磁图的应用目前还处于临床研究阶段，但已被美国心脏协会承认是一种具有学术和临床应用价值的新模式。在产科医生的常规筛查中，被视为异常节律的房性期前收缩，虽也可以通过胎儿超声心动图来证实，但由于超声心动图检查时间短等因素易影响结果准确性，fMCG提供长时间的节律分析，且常常清楚地显示出节律异常的机制，在某些情况还能帮助临床医生选择更合适的抗心律失常药物[19]。Hofbeck等[20]研究发现并指出：fMCG是当前唯一一种可以直接在胎儿心脏循环中测量心室复极时间的检测方法。Caneo等[21]的研究通过使用37通道的心磁图仪对胎儿猝死的危险性进行了风险评估。Hosono等[18]首次使用fMCG产前诊断了1例预激综合征患儿。Campbell等[22]观察了3例室上性心动过速胎儿，运用fMCG来监测孕妇及胎儿心律失常情况并指导药物治疗，3例胎儿心律失常均得到了有效的治疗且在出生后也无复发。

5 展望

心磁图作为一种无创、非接触、灵敏度、准确性均较高的检测手段，近年成为心脏疾病领域的研究热点之一，随着对其研究的不断深入和临床实践范围的不断扩展,目前心磁图被大量研究证实其不仅可以用于诊断冠心病和心律失常,还可以用于心室肥厚、心肌病及先心病等心脏疾病的诊断，具有广阔的发展前景。但是，心磁图广泛的临床应用仍存在几大挑战和难题：（1）目前不同厂家生产的心磁图仪存在通道数量不同、分析参数各异等情况，尚无统一的规范标准，因此有待进一步的研究制定统一的规范标准。（2）各种检测指标的正常值和用于各种疾病的诊断标准有待制订。（3）目前关于心磁图的各类研究普遍存在研究样本量较少等情况，还有待大样本、多中心的临床研究证实。