心磁图的主要临床应用及研究进展

孙慧娜，唐发宽，黄骁，王洪叶，陶耀兵

心肌细胞激动时因离子跨膜运动，可产生微弱的电流，心电图可测量电流在体表形成的电势差信号并记录分析，被广泛应用于心血管疾病的临床诊断。这些电流在体内可以产生非常微弱（0.1～100pT）的磁场，靠以往技术难以检测和记录，因而目前对于心电磁场在心血管疾病中的变化及其临床意义的研究尚少。近些年来，随着心磁图（magnetocardiography，MCG）的出现，心电磁场的变化及在心血管疾病中的临床应用日益受到研究者的重视，成为研究热点。目前，心磁图的研究主要集中在心肌缺血、心律失常、心功能不全等的诊断及病情评估方面。本文就心磁图在心血管疾病中的临床应用及研究进展进行综述。

1 心磁图原理及检查方法

心磁图系统主要包括超导量子干涉装置（superconducting quantum interference device，SQUID）传感器及其电子学系统、无磁移动床、电磁屏蔽室（根据测量系统的特点，有的系统需配备屏蔽措施来获得更好的测量效果）和数据采集与处理系统。被测对象（人体）平躺在无磁移动床上，杜瓦悬挂在屏蔽室中央位于人体前胸正上方，杜瓦的高度可通过旋转悬挂支架调节，SQUID要尽可能地靠近杜瓦底部以缩短与前胸之间的距离。其他的室温电子学设备，包括SQUID 控制器、示波器、数据采集系统等均位于屏蔽室外。目前国际上使用的心磁图仪主要包括：美国CardioMag Imaging公司生产的CMI-2409型9通道心磁图仪，德国SQUID公司生产的MCG7心磁图仪，日本（株）日立高新技术生产的MC-6400心磁图仪和意大利AtB公司生产的ARGOS-50型心磁图仪。另外，北京大学物理学院完全自主开发研制的四通高温超导心磁图也已经进行了一系列的临床及动物实验。由于不同仪器间差异较大，测量标准各有不同，心磁图应用及分析方法尚未形成统一标准。

2 心磁图的主要临床应用

2.1 冠状动脉粥样硬化性心脏病 18导联心电图和运动负荷试验是目前诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）的主要无创技术，其主要表现为ST段的偏移和T波形态的改变，诊断的敏感度和特异度均不尽如人意。心磁图作为一种无创、非接触性的检查方法，对于心肌缺血的诊断有重要的应用价值。心磁图仪可以检测到微弱的心磁场，通过生成相应的心肌电流分布图，反映其组织损伤程度。由于心磁图仪工作时不接触人体，因而不受人体阻抗及干扰电流的影响。尽管大量研究提示，心磁图可以被用于冠心病的诊断，但不同实验应用的诊断指标不尽相同。Kandori等应用64通道心磁图仪对869人心磁图进行描记，包括PQ、QRS、QT间期等时间间期指标和各波群最大电流向量、总电流向量等电流分布指标，构建正常人心磁图标准[1]，并建立心磁图标准波形模版[2]，这为心磁图仪在临床上进一步分析、诊断应用打下基础。研究显示，冠心病患者心磁图ST-T波形与正常者相比存在异常，利用心磁图的这些特点诊断冠心病具有很高的灵敏度[3-6]。Wu等[7]应用64通道心磁图对75例疑诊冠心病患者进行研究发现，冠心病患者QT曲线离散度和曲线平滑指数（smoothness index of QT(c)，SIQT(c)）较正常者增加，提示心磁图的诊断价值。另有国内学者提出，应用4通道心磁图分析等磁场线和磁场极圈面积比，可以有效区分冠心病患者和正常者，其灵敏度71.4%，特异度72.0%[8]。Steinisch等[9]基于电磁信号熵，研究出一种自动分类系统，可用于冠状动脉疾病的早期诊断。杨静等[10]应用北京大学物理学院自主研制的四通道HG-MCG，对84例因“胸痛、胸闷”入院的患者进行评估，定量指标为：平均分级（ACTM）和异常磁图比率（RAM）。结果：53例冠心病患者中，MCG出现异常改变的患者为44 例（83.0%），ECG出现心肌缺血改变的患者24例（45.3%），超声心动图检出节段性室壁运动异常的患者21例（39.6%）。提示心磁图对冠心病诊断的价值，该心磁图能检测及定位急性心肌梗死时的心肌缺血、负荷实验引起的心肌缺血及慢性缺血，且准确度在无创检查中的价值较高。但是对缺血心肌区域的确切定量及定位还有待进一步研究，须依赖高质量的三维成像及精确的个体躯干模型的结合。

2.2 房性心律失常 早在上世纪90年Ribeiro等[11]将心磁图用于兔房扑及房颤折返电流的检测。心磁图可以反映心脏电流的三维信息，Nakai等[12]通过64通道心磁图构建房颤及房扑患者心脏电流的三维电流图，对心房颤动（房颤）及心房扑动（房扑）下传的通路进行研究，发现房扑患者存在逆时针旋转的电流，而房颤患者存在无序的微折返现象。Koskinen等[13]对阵发性孤立性房颤患者心房复极信号进行研究，结果显示心磁图检测心房复极信号的可重复性优于信号平均心电图（signal-averaged ECG，SAECG），其重复性在房颤患者及正常人中无明显差异。目前应用于房颤研究的心磁图指标主要包括P波时程（P-wave duration，Pd）、Pd离散度、心房波群后40秒波幅的均方根（root mean square amplitudes of the last 40 ms，RMS40）和电流密度。Jurkko等[14]的研究显示局灶性房颤患者Pd较正常人延长，而RMS40无明显异常，而非局灶性的房颤者Pd与正常人无明显差异，而RMS40明显延长。这种心磁图结果的差异可能反映了房颤的病理变化，并可能对房颤的诊断和治疗策略有一定意义。Lehto等[15]对房颤患者复律即刻及1月后的心磁图指标进行评估，Pd和RMS40在复律即刻均高于正常人，1月后，除Pd和左房内径未恢复正常外，RMS40、Pd离散度及二尖瓣A波速度、左房收缩力等指标均与正常人无明显差异。近年来，心磁图亦被应用于房颤的术后评价。Nakai等[12]应用心磁图评估患者消融术后转复窦性心律的情况，但样本量较少。Sato等[16]对71例行肺静脉消融术的房颤者进行了随访，发现术后患者左房及右房的磁场强度明显降低，无复发者磁场强度明显低于复发者，而右房磁场强度是预测房颤复发的有力指标。

2.3 恶性心律失常 近年来，已有大量实验针对心源性猝死的危险分层进行研究。目前，除左室射血分数外，几乎没有能够用于临床常规预测心源性猝死的指标。恶性室性心率失常如持续性室速及室颤是心源性猝死的主要原因，约占三分之二[17]。心室内折返是室性恶性心律失常发生的主要机制，而触发室内折返则需要异常复极、心肌收缩异常等诱因，即所谓的复极异常和除极异常。复极异常如T波倒置、QT间期延长及QT离散度增加均为心源性猝死的预测因子。而心室后除极QRS波群内的碎裂波/ 微电位（fragmented QRS，fQRS）等除极异常也能够一定程度预测心源性猝死。Korhonen等[18]发现QRS波群内分裂指数（intra-QRS fragmentation score，FRA）与心室激动末期密切相关，即除极后心电图回到基线，后续的研究显示与心肌梗死后患者发生持续性室性心律失常相关，FRA是恶性心律失常及患者心源性死亡的独立预测因素。Oikarinen等[19]的研究显示心磁图可以通过测量QT间期预测心肌梗死，患者恶性心律失常的发生。离子通道病如Brugada综合征、长QT间期综合征可以发生恶性心律失常，是心源性猝死的原因之一。Kandori等[20]通过二维电流矢量图获取Brugada综合征[21]患者心脏电流的空间分布信息，心磁图可记录反映右室流出道异常电流的信息，进一步的分析显示，Brugada综合征患者ST段抬高前100 ms的电流矢量角度与正常人明显不同，有助于疾病的诊断。Kandori等[22]应用心磁图获取心脏电活动图发现，在Brugada综合征患者心电图S波时段，后上间隔电流激活速度较正常人降低，导致右室传导延迟。扩张性心肌病以左室扩大和心肌收缩障碍为主要表现，患者存在较高的恶性心律失常和猝死风险。其心电图可表现为ST段及T波改变、异常Q波、房颤或室性心律失常。Korhonen等[23]将心磁图用于扩张性心肌病患者心律失常的发病风险的评估，发现T波末期延长与恶性心律失常相关。

3 展望

心磁图因其无创、非接触、灵敏度高的特点，成为近年来心血管疾病研究的热点之一。然而，价格高昂、严格的检测环境和型号的不同，限制了心磁图在临床和基础研究领域的广泛应用。心电图等传统诊断技术目前仍占据心血管疾病诊断的主导地位。随着技术的发展，高温超导心磁图的出现大大降低心磁图检查的价格，并已完成了相关动物实验及部分临床实验，为心磁图进一步在临床工作中应用提供了便利。另外，开放环境下可使用的心磁图也已经被研究生产并投入使用，但目前大量研究仍依赖于封闭环境心磁图仪。目前大量的临床试验表明与心电图相比，心磁图对心血管疾病有着更灵敏的诊断能力。相信随着研究的深入，是否心磁图可以发挥比超声、CT、核磁共振等传统检测方法更有力的作用，需进一步的试验研究。心磁图的出现为心血管疾病的诊断及研究提供新的技术手段。

[1] Kandori A,Ogata K,Watanabe Y,et al. Space-time database for standardization of adult magnetocardiogram-making standard MCG parameters. Pacing ClinElectrophysiol. 2008,31(4):422-31.

[2] Kandori A,Ogata K,Miyashita T,et al. Standard template of adult magnetocardiogram. Annals of noninvasive electrocardiology : the official journal of the International Society for Holter and Noninvasive Electrocardiology, Inc. 2008,13(4):391-400.

[3] Lim HK,Kwon H,Chung N,et al. Usefulness of magnetocardiogram to detect unstable angina pectoris and non-ST elevation myocardial infarction. Am J Cardiol. 2009. 103(4):448-54.

[4] Kyoon LH,Kim K,Lee YH,et al. Detection of non-ST-elevation myocardial infarction using magnetocardiogram: new information from spatiotemporal electrical activation map. Ann Med. 2009,41(7):533-46.

[5] Hailer B,Van Leeuwen P,Chaikovsky I. Auth-Eisernitz S, Schafer H,Gronemeyer D. The value of magnetocardiography in the course of coronary intervention. Annals of noninvasive electrocardiology: the official journal of the International Society for Holter and Noninvasive Electrocardiology, Inc. 2005,10(2):188-96.

[6] Tolstrup K,Madsen BE,Ruiz JA,et al. Non-invasive resting magnetocardiographic imaging for the rapid detection of ischemia in subjects presenting with chest pain. Cardiology. 2006,106(4):270-6.

[7] Wu YW,Lee CM,Liu YB,et al. Usefulness of magnetocardiography to detect coronary artery disease and cardiac allograft vasculopathy.Circ J. 2013,77(7):1783-90.

[8] Wu Y,Gu J,Chen T,et al. Noninvasive diagnosis of coronary artery disease using two parameters extracted in an extrema circle of magnetocardiogram. Conference proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society.IEEE Engineering in Medicine and Biology Society.Conference. 2013:1843-6.

[9] Steinisch M,Torke PR,Haueisen J,et al. Early detection of coronary artery disease in patients studied with magnetocardiography: an automatic classification system based on signal entropy. ComputBiol Med. 2013,43(2):144-53.

[10] 杨静,唐发宽,邸春霞,等. 高温超导心磁图对冠心病诊断价值的初步探讨. 中国心血管病研究. 2013,11(5):326-8.

[11] Ribeiro PC,Bruno AC,SaboiaeSPL,et al. Detection of reentry currents in atrial flutter by magnetocardiography. IEEE Trans Biomed Eng.1992,39(8):818-24.

[12] Nakai K,Kawazoe K,Izumoto H,et al. Construction of a threedimensional outline of the heart and conduction pathway by means of a 64-channel magnetocardiogram in patients with atrial flutter and fibrillation. Int J Cardiovasc Imaging. 2005,21(5): 555-61.

[13] Koskinen R,Lehto M,Vaananen H,et al. Measurement and reproducibility of magnetocardiographic filtered atrial signal in patients with paroxysmal lone atrial fibrillation and in healthy subjects. J Electrocardiol. 2005. 38(4): 330-6.

[14] Jurkko R,Vaananen H,Mantynen V,et al. High-resolution signalaveraged analysis of atrial electromagnetic characteristics in patients with paroxysmal lone atrial fibrillation. Annals of noninvasive electrocardiology : the official journal of the International Society for Holter and Noninvasive Electrocardiology, Inc. 2008,13(4):378-85.

[15] Lehto M,Jurkko R,Parikka H,et al. Reversal of atrial remodeling after cardioversion of persistent atrial fibrillation measured with magnetocardiography. Pacing ClinElectrophysiol. 2009,32(2): 217-23.

[16] Sato Y,Yoshida K,Ogata K,et al. An increase in right atrial magnetic strength is a novel predictor of recurrence of atrial fibrillation after radiofrequency catheter ablation. Circ J. 2012,76(7):1601-8.

[17] Huikuri HV,Castellanos A,Myerburg RJ. Sudden death due to cardiac arrhythmias.N Engl J Med Overseas Ed. 2001,345(20):1473-82.

[18] Korhonen P,Pesola K,Jarvinen A,et al. Relation of magnetocardiographic arrhythmia risk parameters to delayed ventricular conduction in postinfarction ventricular tachycardia.Pacing ClinElectrophysiol. 2002,25(9):1339-45.

[19] Oikarinen L,Paavola M,Montonen J,et al. Magnetocardiographic QT interval dispersion in postmyocardial infarction patients with sustained ventricular tachycardia: validation of automated QT measurements. Pacing ClinElectrophysiol. 1998,21(10):1934-42.

[20] Kandori A,Shimizu W,Yokokawa M,et al. Identifying patterns of spatial current dispersion that characterise and separate the Brugada syndrome and complete right-bundle branch block. Med BiolEngComput. 2004,42(2):236-44.

[21] 张飞飞,党懿,齐晓勇. Brugada综合征研究进展. 心电图杂志(电子版)[J]. 2013,2(4):214-6.

[22] Kandori A,Miyashita T,Ogata K,et al. Electrical space-time abnormalities of ventricular depolarization in patients with Brugada syndrome and patients with complete right-bundle branch blocks studied by magnetocardiography. Pacing ClinElectrophysiol.2006,29(1):15-20.

[23] Korhonen P,Vaananen H,Makijarvi M,et al. Repolarization abnormalities detected by magnetocardiography in patients with dilated cardiomyopathy and ventricular arrhythmias. J CardiovascEle ctrophysiol. 2001,12(7): 772-7.