高温超导心磁图仪在糖尿病患者冠脉介入治疗中的应用

邸春霞，华宁，谢甲琦，陶耀兵，王波，唐发宽

中国人民解放军第三○九医院心内科，北京 100091

糖尿病是当今世界威胁人类健康的常见病、多发病之一。糖尿病常伴随心血管疾病，是心血管疾病的主要危险因素。目前，心血管病的高发病率、高致残率和高死亡率成为我国的重大公共卫生问题。而冠心病的早期诊断和早期预警亦是人类面临的一大难题。传统的检查手段如心电图、活动平板试验、彩色多普勒超声等均因敏感性和特异性不高而应用受限。心肌在兴奋活动中产生除极和复极电流。应用超导量子干涉器可以探测心肌在除极和复极过程中的磁场变化，称为心磁图（MCG）。自1963年发现至今，心磁图检测技术已有了很大进展。从单通道到多通道，从屏蔽到非屏蔽，从单点测量到多点测量。目前应用于临床和实验室研究的多为低温超导心磁图仪。但这些系统需要液氦作为制冷剂，价格昂贵，难以推广。最近北京大学物理系和中科院物理所研制成功了高温超导心磁图仪，用液氮代替液氦，开创了我国高温超导心磁图仪研究的新纪元。本研究应用四通道高温超导心磁图仪样机，观察冠心病患者介入治疗前后心磁图的特征，初步探讨高温超导心磁图仪在糖尿病合并冠心病患者冠脉介入术前评估、冠脉介入治疗术后随访中的应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2012年6月至2013年6月期间我院心内科和内分泌科住院的患者85例。纳入标准：窦性心律，初步诊断为冠心病(包括无症状性心肌缺血、稳定型心绞痛、不稳定型心绞痛、非ST段抬高型心肌梗死)，拟行冠脉造影检查、排除标准：心力衰竭、电解质紊乱、心律失常、急性ST段抬高性心肌梗死患者。2型糖尿病标准：餐后8h空腹静脉血糖≥7.0 mmol/L和/或餐后2 h静脉血糖≥11.1 mmol/L，或有明确2型糖尿病病史；除外I型糖尿病。所有患者根据冠脉造影结果确诊为冠心病者62例，除外冠心病者23例。其中冠心病患者分为糖尿病组（25例，其中行冠脉介入治疗者22例）和非糖尿病组（37例，其中行冠脉介入治疗者32例）。两组基本情况如年龄、性别、吸烟史、体重指数、既往病史差别均无统计学意义。所有患者均于入选后即行高温超导心磁图检查。54例行冠状动脉介入治疗者于介入治疗后1个月再次行高温超导心磁图检查。

1.2 方法

1.2.1 心磁图检查及结果判读

心磁图检查在高温超导SQUID技术联合医学实验室进行。所有患者均去除身上所有金属物品，以标准体位仰卧于检查床上行心磁图检测。测量探头距离前胸平面1～2 cm，探测范围为胸前20 cm×20 cm的平面，记录间距为4cm的矩形点阵，共记录9个不同位点，同时记录Ⅱ导联心电图作为时间参考。将检测信号输入计算机，并进一步对数据进行分析，做出ST-T段电流密度图及心脏磁场图，观察图像中有无电流矢量的额外区域。根据计算机分析系统的分级标准，将电流密度分布图分为0、1、2、3、4级共5级。分级标准主要根据是否存在双极结构、主要电轴在图中出现的位置和方向以及极值出现的数量、位置等。0级：存在对称的双极结构，双极间的向量在10°～80°；1级：存在对称的双极结构，双极间的向量在-20°～10°或80°～110°,或存在不对称的双极结构,双极间的向量在10°～80°；2级：存在不对称的双极结构，双极间的向量在-20°～10°或80°～110°；3级：缺乏双极结构,总向量在-20°～110°；4级：无论有无双极结构，总向量在110°～20°。0～1级为正常，2级为轻度异常，3～4级为中、重度异常。选取平均分级(ACTM)和异常心磁图比值(RAM)作为定量指标。

1.2.2 平均分级

ACTM的测定：选取心室复极期ST-T间期为研究时间段，分别计算每位观察对象所有电流密度图的平均分级。

1.2.3 异常心磁图比值

RAM的测定：选取心室复极期ST-T间期为研究时间段，分别计算每例的RAM：RAM=病理性磁图数(3～4级)/总磁图数(0～4级)。

1.2.4 冠脉造影检查及结果判读

应用GE Innova 3100血管造影机，采用Seldinger法穿刺股动脉或桡动脉，行左、右冠脉造影，左冠状动脉至少投照4个体位，右冠状动脉至少投照2个体位，必要时加其他体位，观察冠状动脉狭窄部位、程度、范围等。冠脉病变参照美国ACC/AHA标准进行分型：管腔狭窄程度<50%为无明显狭窄；管腔狭窄程度介于50%～74%为轻度狭窄；管腔狭窄程度介于75%～90%为中度狭窄；管腔狭窄程度>90%为重度狭窄；管腔100%闭塞为完全阻塞。根据病变部位将受累血管分为左主干、前降支、回旋支及右冠脉。无明显狭窄者除外冠心病诊断，不纳入此研究。

1.3 统计学方法

所有资料采用SPSS 13.0软件包进行统计学分析。数据用±s表示，计量资料采用t检验，计数资料采用卡方检验。P<0.05为差别有统计学意义。

2 结果

2.1 糖尿病组和非糖尿病组患者的基线特征比较

两组在年龄、性别、吸烟史、体重指数、既往病史等方面差别无统计学意义，见表1。

表1 两组基线水平比较

2.2 冠脉造影前两组患者心磁图比较

37例2型糖尿病患者中至少存在1～3个病理性电流区，其电流密度图分级多数为3～4级(即中-重度异常)。而非糖尿病组患者电流密度图分级多为1～3级(轻度或中度异常)。糖尿病组ACTM和RAM稍高于非糖尿病组，差别有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 冠脉造影前两组MCG结果比较

2.3 糖尿病患者行冠脉介入治疗前后心磁图的比较

糖尿病患者冠脉介入术后1个月的RAM、ACTM均显著低于术前（P<0.05），见表3。

表3 糖尿病组介入治疗前后MCG结果比较

2.4 非糖尿病患者行冠脉介入治疗前后心磁图的比较

非糖尿病患者冠脉介入术后1个月的RAM、ACTM均显著低于术前（P<0.05），见表4。

表4 非糖尿病组介入治疗前后MCG结果比较

3 讨论

心肌在兴奋过程中产生除极和复极电流，同时产生微弱的pT（皮特斯拉，10-12T）级磁场信号，而心磁信号比常规心电信号可以包含更丰富的信息。应用灵敏的超导量子干涉器（SQUID）可以测量心肌在除极和复极过程中的磁场变化，称为心磁图。心磁图和心电图具有相同的信号源，虽然ECG已经在临床上被广泛应用于心脏疾病的诊断，成为一种常规和最主要的心脏疾病无创诊断方法，但对于心肌缺血和心律失常等疾病来讲，ECG经常会遗漏掉很多微弱信号。而心磁信息由于其本身的磁场检测特点，往往能包含一些ECG无法测量到的信息[1]。相对于ECG，心磁信息具有以下优点：首先它是一种真正无创的测量系统，不需要额外的电极而能直接测量伴随心脏运动的磁场变化；其次，心磁信息信号受躯干组织的影响比ECG信号要小得多[2]；第三，心磁信息测量中不存在皮肤电极干扰。另外非常重要的一点是心磁信息和心电图对心脏电流的敏感特性不同：心磁信息对心脏切向电流最敏感，而ECG则对辐射状（透壁性）电流最敏感。心磁信息和ECG的这些不同，使得心磁信息的测量速度，精度和分辨率都比ECG高。虽然当前心磁信息标测在临床上还没有得到常规应用，但相关的临床研究已经表明心磁信息在心肌缺血、致心律失常风险评估和机制研究、心电源定位和胎儿心脏检查等方面表现出显著优于ECG标测的一些性能[3-8]。其中，心肌缺血是由冠状动脉狭窄或堵塞引起的心脏某个部位短期或长期供血不足引起的心脏疾病，如得不到及时治疗，则缺血部位心肌由于长期缺氧会损伤并最终导致死亡，从而引起心肌梗死。心肌缺血是导致死亡的首要因素[9]。ECG是临床上用于心肌缺血诊断的最常用手段，心肌缺血的ECG反常主要表现在ST段偏移和T波异常。但是由于ECG检测的固有缺陷，某些心肌缺血无法被及时诊断，而有研究表明心磁信息在某些心肌缺血的检测中明显优于ECG[10-11]。近日，Wu[12]等人有一项研究观察了冠心病患者和行心脏移植术患者的心磁图变化，研究表明心磁图可以作为心脏移植患者移植物冠状血管病的独立预测因素。提示心磁图在心血管疾病中具有广泛的应用前景。因此，进行心磁信息分析检查是非常有发展潜力的心脏病诊断手段，对心脏病的诊断精度可望大幅提高。

在国内，虽然早在1986年中国科技大学已研制出了我国第一台心磁图仪，成为我国心磁图研究的起点，但一直没有进入临床应用。近年来，上海瑞金医院、天津泰达心血管专科医院、阜外心血管医院和中国人民解放军第309医院等相继从国外引进了心磁图仪，作了很多临床病例测试，开展了对冠心病、心肌梗死、预激综合征等疾病的研究工作，但由于仪器设备来源于不同国家和厂家，使用的数据分析各不一样，得出的结论不尽然，再加上液氦来源稀缺昂贵，临床上未能发挥其应用的独特价值。我国SQUID相关的技术均处于国际领先水平。能在液氮温区工作的高温超导材料被发现后，在高温超导SQUID磁强计的基础上，高温超导SQUID心磁图仪研制成功。

本研究应用四通道高温超导SQUID心磁图仪，观察了冠心病患者及其介入治疗前后心磁图的特征。通过研究发现，冠心病患者中糖尿病组患者心磁图主要特征图像的均质性较差，双极结构特征相对不明显，电轴总向量多分布于-20°～110°范围内，分级多为3～4级，故ACTM和RAM均较高。而非糖尿病组ACTM和RAM则稍低于对照组，表明糖尿病组冠状动脉病变较非糖尿病组为重。考虑与缺血心肌部位有关。心肌灌注减少的部位跨膜活动时间延长，在正常心肌与缺血心肌交界处出现局部电流，在心磁图上则表现为额外电流。心肌细胞膜静息电位减低，动作电位传导速度也减低，于边缘区域内动作电位传播方向产生离散。故产生相应的心磁图改变。近年来，关于糖尿病患者冠脉病变特点的多项研究均表明，糖尿病患者冠脉病变较非糖尿病患者更加严重，具有三支病变和弥漫性病变发病率高的特点[13-14]，与本研究结果基本一致。

通过对冠心病患者行冠脉介入治疗前后心磁图的对比发现，无论是否合并2型糖尿病，冠心病患者行冠脉介入治疗术后ACTM和RAM较术前明显改善，考虑与心肌缺血改善有关。心肌缺血得到明显后，心磁图上额外电流消失，细胞电流活动同步性得到改善而相对稳定。

[1] Smith FE,Philip Langley,Peter van Leeuwen,et al.Comparison of magnetocardiography and electrocardiography[J]. Anadolu Kardiyoloji Derg,2007,(7):20-22.

[2] Williamson S,L Kaufman.Biomagnetism Sources and their detection[J].J Magnetism Magn Materials,1981,(22):147-160.

[3]Fenici R,Brisinda D,Meloni AM.Clinical application of magnetocardiography[J].Expert Rev Mol Diagn,2005,(5):291-313.

[4]Dossel O.Inverse problem of electro-and magnetocardiography:review and recent progress[J].Int J Bioelectromagnetism,2000,2(2):35-39.

[5]Nakai K,Oka T,Okabayashi H,et al.Three-dimensional spectral map of atrial fibrillation by a 64-channel magnetocardiogram[J].J Electrocardiol,2008,41(2):123-130.

[6]Tao R,Popescu EA,Drake WB,et al.Cardiac vectors in the healthy human fetus: developmental changes assessed by magnetocardiography and realistic approximations of the volume conductor[J]. Physiol Meas,2013,34(5):527-540.

[7]Yamada S.Surface Mapping and Magnetoelectrocardiography.Electrical Diseases of the Heart Genetics, Mechanisms,Treatment, Prevention[M].Springer,London,2008.

[8]Ogata K,Kandori A,Miyashita T,et al.Visualization of threedimensional cardiac electrical excitation using standard heart model and anterior and posterior magnetocardiogram[J].Int J Cardiovasc Imag,2006,(22):581-593.

[9]National Institutes of Health Morbidity & Mortality.Chart Book on Cardiovascular, Lung and Blood Diseases[S].2002,28-37.

[10]Lim HK,Kwon H,Chung N,et al.Usefulness of Magnetocardiogram to Detect Unstable Angina Pectoris and Non-ST Elevation Myocardial Infarction[J].American Journal of Cardiology,2009,(103):448-454.

[11]Kwong JS, Leithäuser B, Park JW, et al. Diagnostic value of magnetocardiography in coronary artery disease and cardiac arrhythmias: A review of clinical data[J]. Int J Cardiol,2013,167(5):1835-1842.

[12]Wu YW,Lee CM,Liu YB,et al.Usefulness of Magnetocardiography to Detect Coronary Artery Disease and Cardiac Allograft Vasculopathy[J].Circ J, 2013,77(7):1783-1790.

[13]黄静涵,陈纪株,杨跃进,等.1404例冠心病合并与不合并2型糖尿病患者冠状动脉造影特点对照分析[J].临床医学,2007,27(11):17-18.

[14]刘英,韩玮,刘惠亮,等.冠心病合并2型糖尿病患者冠状动脉造影的临床分析[J].心血管康复医学杂志,2008,17(1):35-37.