心磁圖在心臟病診斷檢查技術(shù)中的研究進(jìn)展

劉星 吳浩

目前臨床上對(duì)于心臟疾病的檢測(cè)手段種類(lèi)繁多，包括冠狀動(dòng)脈造影、心內(nèi)電生理等有創(chuàng)性檢查和心電圖、冠狀動(dòng)脈CT等各類(lèi)無(wú)創(chuàng)性檢查等。但是這些檢測(cè)技術(shù)均有不足之處，比如有創(chuàng)傷性、對(duì)人體有放射輻射傷害，或費(fèi)用較高等，因此在臨床上的應(yīng)用受到一定限制。常用的心電檢查，無(wú)創(chuàng)簡(jiǎn)便，但是存在靈敏度、準(zhǔn)確度低等缺陷。因而，心磁圖（magnetocardiography）作為一種無(wú)創(chuàng)性、準(zhǔn)確度較高的檢測(cè)技術(shù)，近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)。心臟活動(dòng)產(chǎn)生微弱電流，這些微弱電流周?chē)a(chǎn)生微弱的磁場(chǎng)。心磁圖就是一種通過(guò)采集分析心臟興奮時(shí)引起周?chē)艌?chǎng)變化的檢測(cè)手段，它是基于心電技術(shù)發(fā)展而來(lái)。心磁與心電緊密相關(guān)，因此可以通過(guò)觀察心磁場(chǎng)的變化，進(jìn)而來(lái)推測(cè)心電活動(dòng)情況，也正因如此，我們可借助心磁圖來(lái)診斷心臟疾病，現(xiàn)就心磁圖在這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展作一綜述。

1 概述

生物磁場(chǎng)信號(hào)非常微小，心磁強(qiáng)度大概僅為地磁場(chǎng)強(qiáng)度的百萬(wàn)分之一，為準(zhǔn)確測(cè)量心磁信號(hào)，需要有極高靈敏度的磁力傳感器，同時(shí)還要設(shè)法排除屏蔽外界磁場(chǎng)的干擾。1962年，Baule運(yùn)用磁梯度計(jì)在人體胸前第一次探測(cè)到微弱的心磁信號(hào)，之后不久Cohen等[1]成功研制出超導(dǎo)量子干涉器件（superconductingquantum inte rference device，SQUID）的磁力儀，SQUID的問(wèn)世，使得對(duì)心磁信號(hào)的檢測(cè)能力大幅提高。1974年，Opfer等[2]推出了二次微分型SQUID磁強(qiáng)計(jì)，使得對(duì)心磁信號(hào)的檢測(cè)在一般實(shí)驗(yàn)條件下就能進(jìn)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(jìn)步，目前研究者們已通過(guò)結(jié)合空間鑒別技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與SQUID，再通過(guò)應(yīng)用軟件進(jìn)一步減除噪聲，獲得更高質(zhì)量的心磁圖為臨床提供更精確的信息。我國(guó)在心磁圖的研究上也取得了一定的成就。1986年，由中國(guó)科技大學(xué)自主研制，也是我國(guó)自產(chǎn)的第一臺(tái)心磁圖儀正式問(wèn)世，2001年，阜外醫(yī)院從國(guó)外引進(jìn)第一臺(tái)心磁圖儀，標(biāo)志著我國(guó)正式開(kāi)始心磁圖的研究。

2 工作機(jī)制

基于前期對(duì)于SQUID技術(shù)研究的不斷深入和改進(jìn)，學(xué)者們成功研制出了可檢測(cè)心磁的醫(yī)療設(shè)備——心磁圖儀。當(dāng)前已有多種心磁圖儀在臨床上使用，包括美國(guó)醫(yī)療器械產(chǎn)商（cardio mag imaging）研發(fā)的CMI-2409型心磁圖儀、德國(guó)Magscan公司研發(fā)的MCG7心磁圖儀、日本（株）日立高新技術(shù)生產(chǎn)的Mc-6400型心磁圖儀等。來(lái)自不同醫(yī)療器械公司生產(chǎn)的心磁圖儀，各自擁有不同數(shù)量的通道，不同的探測(cè)分析方法，并且使用不同的工作參數(shù)和分析指標(biāo)。以德國(guó)Magscan公司研發(fā)的MCG7心磁圖儀為例，被檢者在接受檢測(cè)時(shí)，平臥于檢查床上，需要取下身上帶有磁性的例如金屬類(lèi)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(cè)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(qū)域內(nèi)進(jìn)行，此區(qū)域再被分成6×6個(gè)小網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格間距4cm，一共產(chǎn)生36個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（檢測(cè)頭內(nèi)有4個(gè)探測(cè)傳感器，可同時(shí)記錄4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的心磁信號(hào)信息），每個(gè)點(diǎn)的采集時(shí)長(zhǎng)為30ms，檢測(cè)同時(shí)描記常規(guī)心電圖作為對(duì)比。

3 分析方法

心磁強(qiáng)度時(shí)間曲線(xiàn)圖表現(xiàn)形式同常規(guī)心電圖，目前國(guó)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(lèi)似常規(guī)心電圖。磁場(chǎng)分布圖運(yùn)用繪制地圖的方法，在額面上將磁場(chǎng)強(qiáng)度相等的點(diǎn)用同樣的顏色繪制成等高線(xiàn)，兩點(diǎn)間再用二維插補(bǔ)法處理，由此繪成的圖就是磁場(chǎng)分布圖。依據(jù)測(cè)得磁場(chǎng)強(qiáng)度分布可以進(jìn)一步得出電流密度分布圖，研究者可以通過(guò)電流密度分布圖對(duì)心肌電活動(dòng)進(jìn)行直觀分析。不管是磁場(chǎng)分布圖還是電流密度分布圖，研究者均可選擇心動(dòng)周期的任一時(shí)刻來(lái)進(jìn)行分析，以獲取更詳細(xì)的心肌電活動(dòng)信息。同時(shí)，心磁圖儀的軟件會(huì)對(duì)電流密度分布圖進(jìn)行分級(jí)和分析，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要包括：有無(wú)雙極結(jié)構(gòu)，雙極結(jié)構(gòu)是否對(duì)稱(chēng)等。通過(guò)軟件分析得出的各個(gè)參數(shù)可供臨床應(yīng)用。

4 臨床應(yīng)用

4.1 對(duì)冠心病的臨床研究 心肌缺血會(huì)引起心肌細(xì)胞電生理特性改變，缺血情況下心肌細(xì)胞膜靜息膜電位和傳導(dǎo)速度都會(huì)減少（膜電位負(fù)值減少）、細(xì)胞內(nèi)外離子環(huán)境也會(huì)發(fā)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(guò)靜息、生理或是藥物誘導(dǎo)的缺血等條件下，心磁圖對(duì)于檢測(cè)缺血均有很高的價(jià)值。最先在1975年，Cohen和Kaufman通過(guò)犬冠狀動(dòng)脈閉塞的模型發(fā)現(xiàn)了心磁圖可記錄到ST段的移位。目前，雖然心電圖是檢測(cè)心肌缺血、心律失常最重要的檢測(cè)方法之一，心磁圖由于價(jià)格昂貴、使用方法較為復(fù)雜等因素還未被廣泛使用，但是相對(duì)于常規(guī)心電檢查而言，心磁圖具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）檢測(cè)結(jié)果更真實(shí)穩(wěn)定。心電圖記錄的是生物電信號(hào)，但是電傳導(dǎo)在穿透心臟周?chē)M織時(shí)會(huì)發(fā)生衰減或畸變，從而影響到記錄的電信號(hào)結(jié)果，但是磁場(chǎng)在傳導(dǎo)時(shí)不受非接觸組織電導(dǎo)率的影響，可以穿透檢測(cè)部位周?chē)咦杩沟奈镔|(zhì)不發(fā)生衰減或畸變。而且檢測(cè)時(shí)不使用皮膚電極，不容易受到患者呼吸運(yùn)動(dòng)等因素的影響，干擾因素較少，因此得到的結(jié)果更真實(shí)穩(wěn)定。（2）靈敏度高。常規(guī)心電圖在胸前僅采用6個(gè)導(dǎo)聯(lián)測(cè)量心臟電活動(dòng)所產(chǎn)生的電流信號(hào)，而且無(wú)法檢測(cè)到渦旋電流。不同的是，心磁圖對(duì)切向電流敏感，而且可以同時(shí)檢測(cè)直流和交流電磁信號(hào)，對(duì)體表電位差異更敏感。（3）更詳細(xì)。收集到的電磁信號(hào)圖，可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件推算出體內(nèi)電流密度分布情況，并進(jìn)行三維重建，三維空間分析，獲取更詳細(xì)的心肌缺血損傷的信息情況，供臨床使用。當(dāng)前，大量的國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果提示[3-5]，相對(duì)于心電圖、超聲心動(dòng)圖或平板運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)等檢查，心磁圖在檢測(cè)心肌缺血，診斷冠心病等方面，靈敏度、特異度和診斷的準(zhǔn)確性均較高。

來(lái)自阜外醫(yī)院的一項(xiàng)研究顯示[6]，通過(guò)觀察48例經(jīng)冠狀動(dòng)脈造影證實(shí)為冠心病但常規(guī)心電圖表現(xiàn)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(zhǔn)確性均較高，結(jié)果提示：相對(duì)于常規(guī)心電圖，心磁圖作為無(wú)創(chuàng)性檢查手段之一，具有更高的診斷價(jià)值。Park等[7]的一項(xiàng)前瞻性研究顯示，264例表現(xiàn)為急性胸痛的非ST段抬高的冠心病患者均經(jīng)冠狀動(dòng)脈造影證實(shí)為冠心病，同時(shí)采用心磁圖、心電圖、超聲心動(dòng)圖、血清肌鈣蛋白進(jìn)行檢測(cè)。研究結(jié)果顯示，心磁圖、心電圖、超聲心動(dòng)圖、肌鈣蛋白在預(yù)測(cè)冠心病時(shí)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(yù)測(cè)值分別為：84.8%、27.4%、31.4%、31.7%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值分別為：97.8%、93.3%、87.9%、93.8%。因此，Park等[7]通過(guò)研究提出相對(duì)于心電圖、肌鈣蛋白和超聲心動(dòng)圖，心磁圖對(duì)冠心病的預(yù)測(cè)價(jià)值更高，而且Park等進(jìn)一步通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)心磁圖對(duì)于預(yù)測(cè)冠心病死亡風(fēng)險(xiǎn)同樣具有較高的價(jià)值。國(guó)內(nèi)有研究顯示，對(duì)96例經(jīng)冠狀動(dòng)脈造影證實(shí)為冠心病的不穩(wěn)定性心絞痛患者進(jìn)行了心磁圖、心電圖、超聲心動(dòng)圖檢測(cè)，結(jié)果顯示，96例患者中，心磁圖有缺血表現(xiàn)者81例（84.36%），心電圖有心肌缺血表現(xiàn)者51例（53.13%），超聲心動(dòng)圖顯示有室壁節(jié)段性活動(dòng)異常者為32例（33.33%），同樣的，研究結(jié)果提示對(duì)于冠心病的診斷，心磁圖優(yōu)于心電圖和超聲心動(dòng)圖[8]。同樣，與另一種無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)手段平板運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)相比，山西醫(yī)科大學(xué)的一項(xiàng)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(yōu)于平板運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)[9]。Lim等[10]入選了110例不穩(wěn)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(shí)驗(yàn)組，再選取204例健康者作為對(duì)照組。研究結(jié)果表明，非ST段抬高型心肌梗死患者與對(duì)照組相比，在實(shí)驗(yàn)篩選的10個(gè)觀察參數(shù)比較中，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.01），在不穩(wěn)定性心絞痛患者與對(duì)照組比較中，6個(gè)參數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.01），研究還發(fā)現(xiàn)，心肌缺血情況程度越重，心磁圖缺血指標(biāo)越多。因此，可以發(fā)現(xiàn)心磁圖對(duì)于診斷心肌缺血較為敏感，其對(duì)于急慢性、嚴(yán)重的心肌缺血具有較好的研究前景。

4.2 對(duì)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(píng)估心律失常患者，通過(guò)心磁圖準(zhǔn)確定位心律失常部位。對(duì)心律失常的診斷具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，因其具備很強(qiáng)的空間準(zhǔn)確性。例如對(duì)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(jià)值大部分來(lái)源于統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果的總結(jié)，雖然也可以提供有用的信息，但在大多情況下，不能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)于心律失常部位的準(zhǔn)確定位和數(shù)目。而心磁圖的使用可有效解決這一問(wèn)題，心磁圖作為一種靈敏度和特異度較高的檢測(cè)手段，可有助于解決心律失常的各類(lèi)問(wèn)題。Ito等[11]的研究通過(guò)電生理檢查結(jié)果將特發(fā)性室性期前收縮患者分為右心室流出道和主動(dòng)脈竇兩組，比較分析兩組的心磁圖后發(fā)現(xiàn)，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(dú)特的優(yōu)勢(shì)。最近一項(xiàng)研究顯示，利用心磁圖區(qū)分不同起源部位（右心室流出道、主動(dòng)脈竇）室性心律失常準(zhǔn)確率達(dá)94%。對(duì)于心房顫動(dòng)、室性心動(dòng)過(guò)速、各類(lèi)室上性心動(dòng)過(guò)速的原發(fā)起始部位的定位診斷中，心磁圖均有較大的診斷價(jià)值。Lehto等[12]對(duì)26例進(jìn)行電復(fù)律的持續(xù)性心房顫動(dòng)患者研究發(fā)現(xiàn)，相比健康人群，持續(xù)性心房顫動(dòng)節(jié)律恢復(fù)時(shí)刻的P波時(shí)間和P-RMS40明顯升高，在復(fù)律后1個(gè)月P波時(shí)間仍明顯延長(zhǎng)。Kim等[13]首次利用心磁圖三維重構(gòu)指導(dǎo)慢性心房顫動(dòng)消融術(shù)，并提出心磁圖有助于發(fā)現(xiàn)慢性心房顫動(dòng)心房異常的電生理活動(dòng)，對(duì)于術(shù)中選擇精準(zhǔn)的消融路徑，減少手術(shù)程序等都具備重要的價(jià)值。對(duì)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(jià)值及研究意義[14]。心磁圖也可獲得碎裂QRS波群這一參數(shù)，即QRS波群碎裂極性變化的個(gè)數(shù)和碎裂積分。Endt等[15]研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用心磁圖檢測(cè)碎裂QRS波群這一參數(shù)，幾乎可發(fā)現(xiàn)所有發(fā)生于心肌梗死后的室性心動(dòng)過(guò)速，相比心電圖更敏感。Korhonen等[16]的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在是否發(fā)生室性心動(dòng)過(guò)速的兩組患者比較中，心磁圖晚期電活動(dòng)和碎裂QRS波群這兩個(gè)參數(shù)在兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這種差異在射血分?jǐn)?shù)＜40%患者中更顯著，研究進(jìn)一步提出心磁圖對(duì)于室性心動(dòng)過(guò)速的預(yù)測(cè)能力較心電圖QRS持續(xù)時(shí)間（QRSd）更強(qiáng)。

4.3 對(duì)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(jié)果的準(zhǔn)確性。胎兒心磁圖（fetal magnetocardiography，fMCG）由于磁傳導(dǎo)不受限制，因此可穿透宮頸、皮脂腺將胎兒的心磁信號(hào)與母體的心磁信號(hào)分開(kāi)，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(fā)表，可透過(guò)母親腹部記錄腹中胎兒的心磁圖。Hoson等[18]的研究認(rèn)為，心磁圖可以診斷胎兒的各種心律失常，包括最多見(jiàn)的室上性心動(dòng)過(guò)速、長(zhǎng)QT綜合征、房室傳導(dǎo)阻滯、室性期前收縮等各種心律失常。雖然胎兒心磁圖的應(yīng)用目前還處于臨床研究階段，但已被美國(guó)心臟協(xié)會(huì)承認(rèn)是一種具有學(xué)術(shù)和臨床應(yīng)用價(jià)值的新模式。在產(chǎn)科醫(yī)生的常規(guī)篩查中，被視為異常節(jié)律的房性期前收縮，雖也可以通過(guò)胎兒超聲心動(dòng)圖來(lái)證實(shí)，但由于超聲心動(dòng)圖檢查時(shí)間短等因素易影響結(jié)果準(zhǔn)確性，fMCG提供長(zhǎng)時(shí)間的節(jié)律分析，且常常清楚地顯示出節(jié)律異常的機(jī)制，在某些情況還能幫助臨床醫(yī)生選擇更合適的抗心律失常藥物[19]。Hofbeck等[20]研究發(fā)現(xiàn)并指出：fMCG是當(dāng)前唯一一種可以直接在胎兒心臟循環(huán)中測(cè)量心室復(fù)極時(shí)間的檢測(cè)方法。Caneo等[21]的研究通過(guò)使用37通道的心磁圖儀對(duì)胎兒猝死的危險(xiǎn)性進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Hosono等[18]首次使用fMCG產(chǎn)前診斷了1例預(yù)激綜合征患兒。Campbell等[22]觀察了3例室上性心動(dòng)過(guò)速胎兒，運(yùn)用fMCG來(lái)監(jiān)測(cè)孕婦及胎兒心律失常情況并指導(dǎo)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(wú)復(fù)發(fā)。

5 展望

心磁圖作為一種無(wú)創(chuàng)、非接觸、靈敏度、準(zhǔn)確性均較高的檢測(cè)手段，近年成為心臟疾病領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，隨著對(duì)其研究的不斷深入和臨床實(shí)踐范圍的不斷擴(kuò)展,目前心磁圖被大量研究證實(shí)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(fā)展前景。但是，心磁圖廣泛的臨床應(yīng)用仍存在幾大挑戰(zhàn)和難題：（1）目前不同廠家生產(chǎn)的心磁圖儀存在通道數(shù)量不同、分析參數(shù)各異等情況，尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此有待進(jìn)一步的研究制定統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。（2）各種檢測(cè)指標(biāo)的正常值和用于各種疾病的診斷標(biāo)準(zhǔn)有待制訂。（3）目前關(guān)于心磁圖的各類(lèi)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(shí)。