心磁圖在心臟病診斷檢查技術中的研究進展

劉星 吳浩

目前臨床上對于心臟疾病的檢測手段種類繁多，包括冠狀動脈造影、心內電生理等有創性檢查和心電圖、冠狀動脈CT等各類無創性檢查等。但是這些檢測技術均有不足之處，比如有創傷性、對人體有放射輻射傷害，或費用較高等，因此在臨床上的應用受到一定限制。常用的心電檢查，無創簡便，但是存在靈敏度、準確度低等缺陷。因而，心磁圖（magnetocardiography）作為一種無創性、準確度較高的檢測技術，近年來成為研究的熱點。心臟活動產生微弱電流，這些微弱電流周圍產生微弱的磁場。心磁圖就是一種通過采集分析心臟興奮時引起周圍磁場變化的檢測手段，它是基于心電技術發展而來。心磁與心電緊密相關，因此可以通過觀察心磁場的變化，進而來推測心電活動情況，也正因如此，我們可借助心磁圖來診斷心臟疾病，現就心磁圖在這一領域的研究進展作一綜述。

1 概述

生物磁場信號非常微小，心磁強度大概僅為地磁場強度的百萬分之一，為準確測量心磁信號，需要有極高靈敏度的磁力傳感器，同時還要設法排除屏蔽外界磁場的干擾。1962年，Baule運用磁梯度計在人體胸前第一次探測到微弱的心磁信號，之后不久Cohen等[1]成功研制出超導量子干涉器件（superconductingquantum inte rference device，SQUID）的磁力儀，SQUID的問世，使得對心磁信號的檢測能力大幅提高。1974年，Opfer等[2]推出了二次微分型SQUID磁強計，使得對心磁信號的檢測在一般實驗條件下就能進行。在大量的研究下，心磁圖由此也正式提出。隨著科技的不斷進步，目前研究者們已通過結合空間鑒別技術、計算機技術與SQUID，再通過應用軟件進一步減除噪聲，獲得更高質量的心磁圖為臨床提供更精確的信息。我國在心磁圖的研究上也取得了一定的成就。1986年，由中國科技大學自主研制，也是我國自產的第一臺心磁圖儀正式問世，2001年，阜外醫院從國外引進第一臺心磁圖儀，標志著我國正式開始心磁圖的研究。

2 工作機制

基于前期對于SQUID技術研究的不斷深入和改進，學者們成功研制出了可檢測心磁的醫療設備——心磁圖儀。當前已有多種心磁圖儀在臨床上使用，包括美國醫療器械產商（cardio mag imaging）研發的CMI-2409型心磁圖儀、德國Magscan公司研發的MCG7心磁圖儀、日本（株）日立高新技術生產的Mc-6400型心磁圖儀等。來自不同醫療器械公司生產的心磁圖儀，各自擁有不同數量的通道，不同的探測分析方法，并且使用不同的工作參數和分析指標。以德國Magscan公司研發的MCG7心磁圖儀為例，被檢者在接受檢測時，平臥于檢查床上，需要取下身上帶有磁性的例如金屬類物體，再將心磁圖儀探頭懸置于患者胸前壁上方，保持1～2cm的距離。探測部位在患者胸前壁上方（含心臟部分）20cm×20cm大小的矩形方陣區域內進行，此區域再被分成6×6個小網格，每個網格間距4cm，一共產生36個檢測點（檢測頭內有4個探測傳感器，可同時記錄4個檢測點的心磁信號信息），每個點的采集時長為30ms，檢測同時描記常規心電圖作為對比。

3 分析方法

心磁強度時間曲線圖表現形式同常規心電圖，目前國際上通用的是Einthoven氏命名法，即由P波、QRS波群、ST段和T波一組波形組成的圖形，分析方法也類似常規心電圖。磁場分布圖運用繪制地圖的方法，在額面上將磁場強度相等的點用同樣的顏色繪制成等高線，兩點間再用二維插補法處理，由此繪成的圖就是磁場分布圖。依據測得磁場強度分布可以進一步得出電流密度分布圖，研究者可以通過電流密度分布圖對心肌電活動進行直觀分析。不管是磁場分布圖還是電流密度分布圖，研究者均可選擇心動周期的任一時刻來進行分析，以獲取更詳細的心肌電活動信息。同時，心磁圖儀的軟件會對電流密度分布圖進行分級和分析，分級標準主要包括：有無雙極結構，雙極結構是否對稱等。通過軟件分析得出的各個參數可供臨床應用。

4 臨床應用

4.1 對冠心病的臨床研究 心肌缺血會引起心肌細胞電生理特性改變，缺血情況下心肌細胞膜靜息膜電位和傳導速度都會減少（膜電位負值減少）、細胞內外離子環境也會發生改變。這些電生理特性的改變均可反映在心電或心磁檢查中。大量的研究顯示不管是通過靜息、生理或是藥物誘導的缺血等條件下，心磁圖對于檢測缺血均有很高的價值。最先在1975年，Cohen和Kaufman通過犬冠狀動脈閉塞的模型發現了心磁圖可記錄到ST段的移位。目前，雖然心電圖是檢測心肌缺血、心律失常最重要的檢測方法之一，心磁圖由于價格昂貴、使用方法較為復雜等因素還未被廣泛使用，但是相對于常規心電檢查而言，心磁圖具備以下優勢：（1）檢測結果更真實穩定。心電圖記錄的是生物電信號，但是電傳導在穿透心臟周圍組織時會發生衰減或畸變，從而影響到記錄的電信號結果，但是磁場在傳導時不受非接觸組織電導率的影響，可以穿透檢測部位周圍高阻抗的物質不發生衰減或畸變。而且檢測時不使用皮膚電極，不容易受到患者呼吸運動等因素的影響，干擾因素較少，因此得到的結果更真實穩定。（2）靈敏度高。常規心電圖在胸前僅采用6個導聯測量心臟電活動所產生的電流信號，而且無法檢測到渦旋電流。不同的是，心磁圖對切向電流敏感，而且可以同時檢測直流和交流電磁信號，對體表電位差異更敏感。（3）更詳細。收集到的電磁信號圖，可通過計算機軟件推算出體內電流密度分布情況，并進行三維重建，三維空間分析，獲取更詳細的心肌缺血損傷的信息情況，供臨床使用。當前，大量的國內外研究結果提示[3-5]，相對于心電圖、超聲心動圖或平板運動試驗等檢查，心磁圖在檢測心肌缺血，診斷冠心病等方面，靈敏度、特異度和診斷的準確性均較高。

來自阜外醫院的一項研究顯示[6]，通過觀察48例經冠狀動脈造影證實為冠心病但常規心電圖表現正常的患者，心磁圖在診斷冠心病方面的靈敏度、特異度、診斷準確性均較高，結果提示：相對于常規心電圖，心磁圖作為無創性檢查手段之一，具有更高的診斷價值。Park等[7]的一項前瞻性研究顯示，264例表現為急性胸痛的非ST段抬高的冠心病患者均經冠狀動脈造影證實為冠心病，同時采用心磁圖、心電圖、超聲心動圖、血清肌鈣蛋白進行檢測。研究結果顯示，心磁圖、心電圖、超聲心動圖、肌鈣蛋白在預測冠心病時獲得的靈敏度分別為：95.1%、33.9%、51.0%、42.7%，特異度分別為：92.8%、91.1%、76.2%、90.5%，陰性預測值分別為：84.8%、27.4%、31.4%、31.7%，陽性預測值分別為：97.8%、93.3%、87.9%、93.8%。因此，Park等[7]通過研究提出相對于心電圖、肌鈣蛋白和超聲心動圖，心磁圖對冠心病的預測價值更高，而且Park等進一步通過研究發現心磁圖對于預測冠心病死亡風險同樣具有較高的價值。國內有研究顯示，對96例經冠狀動脈造影證實為冠心病的不穩定性心絞痛患者進行了心磁圖、心電圖、超聲心動圖檢測，結果顯示，96例患者中，心磁圖有缺血表現者81例（84.36%），心電圖有心肌缺血表現者51例（53.13%），超聲心動圖顯示有室壁節段性活動異常者為32例（33.33%），同樣的，研究結果提示對于冠心病的診斷，心磁圖優于心電圖和超聲心動圖[8]。同樣，與另一種無創性檢測手段平板運動試驗相比，山西醫科大學的一項研究提示，在冠心病的早期診斷中，心磁圖的靈敏度及特異度同樣優于平板運動試驗[9]。Lim等[10]入選了110例不穩定性心絞痛患者和83例非ST段抬高型心肌梗死患者作為實驗組，再選取204例健康者作為對照組。研究結果表明，非ST段抬高型心肌梗死患者與對照組相比，在實驗篩選的10個觀察參數比較中，差異均有統計學意義（均P＜0.01），在不穩定性心絞痛患者與對照組比較中，6個參數差異有統計學意義（均P＜0.01），研究還發現，心肌缺血情況程度越重，心磁圖缺血指標越多。因此，可以發現心磁圖對于診斷心肌缺血較為敏感，其對于急慢性、嚴重的心肌缺血具有較好的研究前景。

4.2 對成人心律失常的臨床研究 早期心磁圖在心律失常的研究集中在評估心律失常患者，通過心磁圖準確定位心律失常部位。對心律失常的診斷具有很強的實用價值，因其具備很強的空間準確性。例如對于室性期前收縮的定位，雖然也可使用心電圖判斷室性期前收縮起源部位，但是心電圖的判斷價值大部分來源于統計學結果的總結，雖然也可以提供有用的信息，但在大多情況下，不能有效實現對于心律失常部位的準確定位和數目。而心磁圖的使用可有效解決這一問題，心磁圖作為一種靈敏度和特異度較高的檢測手段，可有助于解決心律失常的各類問題。Ito等[11]的研究通過電生理檢查結果將特發性室性期前收縮患者分為右心室流出道和主動脈竇兩組，比較分析兩組的心磁圖后發現，心磁圖在定位流出道室性期前收縮的起源部位方面具備獨特的優勢。最近一項研究顯示，利用心磁圖區分不同起源部位（右心室流出道、主動脈竇）室性心律失常準確率達94%。對于心房顫動、室性心動過速、各類室上性心動過速的原發起始部位的定位診斷中，心磁圖均有較大的診斷價值。Lehto等[12]對26例進行電復律的持續性心房顫動患者研究發現，相比健康人群，持續性心房顫動節律恢復時刻的P波時間和P-RMS40明顯升高，在復律后1個月P波時間仍明顯延長。Kim等[13]首次利用心磁圖三維重構指導慢性心房顫動消融術，并提出心磁圖有助于發現慢性心房顫動心房異常的電生理活動，對于術中選擇精準的消融路徑，減少手術程序等都具備重要的價值。對于診斷一些特殊的電生理異常，如心房電阻滯的Baye’s綜合征等，心磁圖可能具備較高的診斷價值及研究意義[14]。心磁圖也可獲得碎裂QRS波群這一參數，即QRS波群碎裂極性變化的個數和碎裂積分。Endt等[15]研究發現，運用心磁圖檢測碎裂QRS波群這一參數，幾乎可發現所有發生于心肌梗死后的室性心動過速，相比心電圖更敏感。Korhonen等[16]的一項研究發現，在是否發生室性心動過速的兩組患者比較中，心磁圖晚期電活動和碎裂QRS波群這兩個參數在兩組間差異有統計學意義，這種差異在射血分數＜40%患者中更顯著，研究進一步提出心磁圖對于室性心動過速的預測能力較心電圖QRS持續時間（QRSd）更強。

4.3 對胎兒心律失常的臨床研究 胎兒心電圖常常受到胎兒表面皮脂腺、宮頸等絕緣物以及母體干擾等因素從而影響結果的準確性。胎兒心磁圖（fetal magnetocardiography，fMCG）由于磁傳導不受限制，因此可穿透宮頸、皮脂腺將胎兒的心磁信號與母體的心磁信號分開，更直接地反映出胎兒的心磁情況。1974年，Kariniemi等[17]最先提出并發表，可透過母親腹部記錄腹中胎兒的心磁圖。Hoson等[18]的研究認為，心磁圖可以診斷胎兒的各種心律失常，包括最多見的室上性心動過速、長QT綜合征、房室傳導阻滯、室性期前收縮等各種心律失常。雖然胎兒心磁圖的應用目前還處于臨床研究階段，但已被美國心臟協會承認是一種具有學術和臨床應用價值的新模式。在產科醫生的常規篩查中，被視為異常節律的房性期前收縮，雖也可以通過胎兒超聲心動圖來證實，但由于超聲心動圖檢查時間短等因素易影響結果準確性，fMCG提供長時間的節律分析，且常常清楚地顯示出節律異常的機制，在某些情況還能幫助臨床醫生選擇更合適的抗心律失常藥物[19]。Hofbeck等[20]研究發現并指出：fMCG是當前唯一一種可以直接在胎兒心臟循環中測量心室復極時間的檢測方法。Caneo等[21]的研究通過使用37通道的心磁圖儀對胎兒猝死的危險性進行了風險評估。Hosono等[18]首次使用fMCG產前診斷了1例預激綜合征患兒。Campbell等[22]觀察了3例室上性心動過速胎兒，運用fMCG來監測孕婦及胎兒心律失常情況并指導藥物治療，3例胎兒心律失常均得到了有效的治療且在出生后也無復發。

5 展望

心磁圖作為一種無創、非接觸、靈敏度、準確性均較高的檢測手段，近年成為心臟疾病領域的研究熱點之一，隨著對其研究的不斷深入和臨床實踐范圍的不斷擴展,目前心磁圖被大量研究證實其不僅可以用于診斷冠心病和心律失常,還可以用于心室肥厚、心肌病及先心病等心臟疾病的診斷，具有廣闊的發展前景。但是，心磁圖廣泛的臨床應用仍存在幾大挑戰和難題：（1）目前不同廠家生產的心磁圖儀存在通道數量不同、分析參數各異等情況，尚無統一的規范標準，因此有待進一步的研究制定統一的規范標準。（2）各種檢測指標的正常值和用于各種疾病的診斷標準有待制訂。（3）目前關于心磁圖的各類研究普遍存在研究樣本量較少等情況，還有待大樣本、多中心的臨床研究證實。