摘要
心磁图（MCG，Magnetocardiography）是一种对心脏电磁功能进行无损、无创、无害的检测技术。自20世纪60年代初发明出现以来，MCG检测技术已逐步走向成熟并进入临床应用阶段。MCG应用于缺血性心脏病的早期筛查诊断、心律失常的病灶定位、胎儿心脏电生理检查、心脏介入手术的术后随访，以及心血管事件的长期监测。超导量子干涉仪（Superconductingquantuminterferencedevice，SQUID）作为最早的进行心磁图检查的设备，已经发展了近60年，积累了大量的临床数据，但其昂贵的售价及超导维护费用限制了SQUID的发展和临床应用。近年来，出现了一种新型的基于原子磁力计的非超导式心磁图仪，使用低成本的磁屏蔽装置即可实现环境磁场的屏蔽，并且几乎不需要任何维护，使得MCG的广泛应用成为可能。
什么是心磁图检查？
心肌细胞内离子活动形成容积电流在体表造成电位差，可被体表电极记录到随时间变化的曲线称为心电图(ECG，Electrocardiogram)。同样的容积电流亦可形成极其微弱的磁场，场强一般只有几十pT量级（10-12特斯拉），相当于地球磁场（大约为±nT）的百万分之一。心磁图(MCG，Magnetocardiography)是以非常敏感的多通道传感器阵列，于胸部上方无创性记录心动周期中由心脏电活动产生的磁场的方法。
心磁图起源于20世纪60年代初期。经过多年的发展，MCG技术已逐步走向成熟并进入临床，目前，MCG检查已在德国、日本、芬兰、中国等国家进行临床应用。心脏电/磁信号同生共源。虽然MCG的研究比ECG延迟了80多年，但由于MCG对心脏磁场检测不受胸壁及心包等间隔厚度的影响，并且MCG阵列比心电图维度更为立体，因此可较ECG提供更详尽的信息。此外，MCG对心电切向电流(tangentialcurrent)产生的磁场较为敏感,可提供额外的心脏电生理功能信息。
通过分析心脏磁场信息，可以定位心脏病灶的病理源头。目前核医学（SPECT）、冠状动脉CT血管成像、心脏核磁和冠脉造影等虽然在临床应用较多，但仍存在价格昂贵、放射风险、检查时间长、操作有创性等不同问题，较难为普查者接受，并不完合适用于门诊患者的常规诊断及筛查。而与上述传统检查方法相比，MCG具有独特的优势：首先，心电图测量的电信号在被记录之前会受到人体组织和皮肤各种电导率的影响，ECG记录的电位差受胸腔的不均匀性和几何形状影响很大。而心磁图利用的磁信号可以几乎不受干扰地穿过人体，因此心磁信号更真实、可靠，可对心脏疾病提供更精确的诊断。其次，与心电图不同的是，心磁图可通过多角度、多维度磁场传感器阵列对心脏磁场进行探测，实现既可以定量又可定向的矢量磁场测量；空间分辨率高，可以实现病灶的高精度定位。可以实现一维信号采集、二维信号成像以及三维信号映射。另外，心磁技术不给人体施加任何物理场，而探测人体自身发出的磁场信号，因此不会对人体造成任何的损伤，患者也不会有任何损伤及不适，无创、安全、快捷，对于各种心脏疾病，尤其是冠心病的早期诊检，具有很高的敏感性和特异性，适合大规模人群的心血管疾病筛查及胸痛中心的快速心脏检查。
心磁图图像示例
心磁图的应用现状
心磁图仪发明以来，随着技术的不断进步和完善，其在临床和基础研究迅速发展并取得了丰硕的成果。目前，已有五十余篇关于心磁图的论文发表在心血管权威期刊《Circulation》和《EuropeanHeartJournal》上，全球有超过10万例临床应用，主要体现在以下几方面的临床和基础研究中：
1、缺血性心脏病的早期筛检
缺血心肌的静息跨膜电位降低，动作电位传导减弱，在缺血区域及其边缘区域内除极复极过程存在着病理性不均一性，正常心肌与缺血部位交界处出现局部损伤电流，在MCG上表现为心肌复极期电流密度分布图的方向和分布的改变。MCG作为一种对人体完全无害的无创检测方法，能够实现心肌缺血导致的异常电流磁场和心律失常的早期精确诊断，并可实现静息状态和运动状态的检测，避免延误早期心肌缺血的诊治。
当心肌损伤造成的局部异常T波向量被健康部位的T波向量遮盖时，在心电图上表现不出来，而在心磁图上则可将二者都表现出来，故心磁图可诊断出心电图无法诊断出的某些心肌损伤。MCG诊断心肌缺血较ECG更敏感。MCG中T波倒置和磁场分布出现多个偶极子现像有确诊心肌缺血的意义，MCG生成的磁场分布图诊断心肌缺血优于心电图及等电位图。
2、心律失常的病灶定位
心律失常患者在进行手术时，高精度的病灶定位尤为关键。其他无创检查如心电图、体表电位图、心脏超声等在定位心律失常起源的病灶部位和数量时精度有限。心脏导管电生理检测可准确定位病灶，但是其有创、耗时长、延长辐射时间等因素限制了其广泛应用。MCG检查对心脏磁场极为敏感，同时由于磁场具有方向和大小，结合多通道探测可以实现房室旁路和异位起搏点进行毫米级高精度定位，可为射频消融术前提供更精准的参考信息。
心律失常的导管消融治疗成功与否取决于对靶病变的精确定位。体表心电图和其它非侵入性影像技术已用于对消融靶点的术前和术中定位，但由于大多数病例术前定位资料目前仅限于定性的估计，参考价值有限；因此在侵入性检查及治疗中对靶组织的精确定位有时会比较耗时，被动延长了手术时间，耗费术者精力，患者配合度降低。心磁图标测能够提供定量的三维空间定位和心电活动的影像资料。目前已有成功的报道，如通过心磁图标测技术对WPW综合征、局灶性房性和室性心动过速、室性早搏进行病灶定位以及起搏电极的位置进行定位等。
3、胎儿心脏功能检查
中国每年有近40万先天性心脏病的患儿出生，其主要原因是胎儿心脏健康状况的检测手段不足。目前常用的胎儿心动超声仅针对心脏结构而非心电功能进行检查。胎儿在母体内受到羊水及羊膜等的保护，利用成人常用的心电图等测量手段难以测得胎儿心脏的电活动。由于磁场可以几乎没有衰减地穿透人体，胎儿心脏电活动可以由高灵敏度的MCG检查，是目前唯一可以在孕期对胎儿心脏电生理活动进行准确监测的技术，这为胎儿心律失常等先天性心脏病的诊断提供了新的思路，从心电生理学角度实现先天性心脏病的早发现、早干预，减轻患儿的痛苦和家庭的负担。美国心脏协会将此项技术列入胎儿心脏健康状况检查的指南中。
美国心脏协会对于胎儿心脏健康状况检查的指南
4、右心病生理的诊断
由于心磁图对位置分辨力好，故对切线电流的检出率高于ECG。因心电图中右心电流被占优势的左心电流抵消，其诊断右心异常的灵敏度较低，而心磁图对接近前胸壁位置的右心房、右心室病理状态有很高的诊断价值。
此外，MCG还可用于心脏介入手术术后随访、评估心梗后发生室性心律失常的危险等级、评估心脏移植排异反应，ST-T异常的诊断、预防心血管事件以及对药物治疗的长期监测。由于其完全无创、灵敏度高、数据丰富等特点，特别适合对于有心脏高危因素患者（如高血压、高血脂等）和特殊职业（如飞行员、航天员、潜员等）的心脏疾病筛查，以查明心脏病变的早期现象，真正做到早发现、早预防、早治疗。
心磁图的发展及展望
MCG迄今已有近60年的发展。年Baule与McFee成功地利用梯度仪首先记录出人体心脏磁场，年Cohen等采用超导量子干涉装置，实现了更容易的心脏磁场测量。随着科学技术的不断进步，新的材料不断产生，计算机技术的飞速发展，人们将超导量子干涉装置、空间鉴别技术与计算机技术相结合，生产出可供临床使用的心磁图仪。我国于医院安装了第一台心磁图检查设备，做了大量的临床研究工作，处在世界领先水平。心磁图检查以它的无创伤性，对心脏信号的高度敏感性，诊断结果高准确性为我们提供了一种新的心脏病检查手段。
1、超导式心磁图仪
传统的心磁图使用超导量子干涉仪(SQUID,SuperconductingQuantumInterferenceDevice)实现，目前,基于SQUID的MCG系统已从早期的4通道发展到通道.利用心磁图无创获取心脏功能信息的研究也取得了实质的进展。上海漫迪医疗于年5月取得了II类医疗器械注册证，成为目前国内首家自主知识产权的超导心磁检查设备。但SQUID通常需要特殊的磁屏蔽室和液氦冷却实现超导。昂贵的售价及超导维护费用限制了SQUID的发展和临床应用。
上海漫迪医疗的心磁图仪
2、非超导式心磁图仪
基于原子磁力计的心磁图仪的出现，使用低成本的磁屏蔽环境即可实现环境磁场的屏蔽，并且几乎不需要任何维护，使得MCG的大范围应用成为可能。美国Genetesis公司自年通过外购原子磁力计开始进行基于原子磁力计的心磁图仪的开发，推出了全球首台基于原子磁力计的非超导式心磁图仪CardioFlux?，并于年获得美国FDAK认证。该设备使用一个磁屏蔽装置和36个原子磁力计阵列，测量和记录由心脏电活动自然产生的磁场。成功完成扫描后，Genetesis开发的法拉第分析云平台将对获取的生物磁数据进行处理以生成磁场图。扫描完成后数分钟内，医院系统，医生可以直接查看扫描结果。Genetesis公司年报道了使用CardioFlux?对名低、中度风险胸痛患者进行了90秒的无创心脏扫描。CardioFlux?为患有和没有心肌缺血的患者制定了不同的磁场图。与胸痛中心传统的压力测试和冠状动脉造影等诊断技术相比，CardioFlux?具有竞争优势，被证明检测心源性胸痛的特异性为78.3％，阴性预测值（NPV）为92.3％。
Genetesis公司的基于原子磁力计的心磁图仪
及其云技术服务平台
在国内，基于原子磁力计的心磁图仪的研究大多集中于大学和科研院所，目前未见临床应用。北京未磁科技有限公司致力于量子精密磁测量的平台技术及应用的开发，是国内首家突破商用零场原子磁力计技术的公司，测量灵敏度达到飞特（10-15特斯拉）量级，可感知地球磁场亿分之一量级的微弱变化。更进一步推出全球首款商用多通道零场原子磁力计产品，极大简化了客户进行集成应用时的技术难度和系统复杂度。
未磁科技多通道零场原子磁力计
用户通过集成未磁科技推出的多通道零场原子磁力计，可使心磁图仪的实现更加简洁，实现对人体心脏磁场信息的准确测量。利用其超高的灵敏度和矢量测量特性，实现高准确率的缺血性心血管疾病的早期诊断、快速筛查和病灶定位、胎儿心磁检测、大规模人群的心血管疾病风险筛查使用等。
未磁科技心磁图仪
可以预见，基于原子磁力计的非超导心磁图仪不仅具有心磁图仪无创、安全、快捷、准确等特点，同时不需要特殊的磁屏蔽室和昂贵的液氦冷却系统等，有望使得心磁图的大规模使用成为可能。
主要参考文献：
1、R.Fenici,etal.()Clinicalapplicationofmagnetocardiography.ExpertReviewofMolecularDiagnostics.5(3),-.DOI:10./.5.3.
2、MaryT.Donofrio,etal.()DiagnosisandTreatmentofFetalCardiacDisease.Circulation.(21),-.DOI:10./01.cir...5d
3、MargaritaE.Pena,etal.()A90-secondmagnetocardiogramusinganovelanalysissystemtoassessforcoronaryarterystenosisinEmergencydepartmentobservationunitchestpainpatients.IJCHeartVasculature.26,.DOI:10.6/j.ijcha..
作者简介
崔贺贺
医院
崔贺贺：首都医科大学附属医院心脏中心主治医师，北京协和医医院心内科博士毕业，克利夫兰诊所冠脉介入访问学者；主要方向为冠心病介入与微循环保护，尤其冠脉腔内影像学与功能学检测。主持国家自然科学基金及北京青年人才个人项目，发表SCI多篇，参译多本专业书籍如《克利夫兰心内科手册》、《急诊心脏图谱》、《冠脉狭窄与微循环生理学评价》、《冠状动脉影像与生理学》、《血脂代谢异常》等。
蔡宾
北京未磁科技有限公司
蔡宾：英国巴斯大学博士，工程博士生导师。曾任英国国家先进制造中心首席测量专家、英国捷豹路虎公司动力总成全球测量技术总监；12年特种传感产品研发经验，服务多家世界强企业；英国国家测量学会会员，英国国家测量战略工业测量负责人，参与多项ISO国际测量标准制定。现任北京未磁科技有限公司CEO，中科院光子集成研究院特邀技术专家。
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