综述

心磁图在缺血性心脏病临床应用中的研究进展

孔祥忍 孙津津 张海涛

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引用格式： 孔祥忍,孙津津,张海涛. 心磁图在缺血性心脏病临床应用中的研究进展［J/OL］.中华心血管病杂志（网络版），2025，8: e1000182(2025‑02‑24). http://www. cvjc. org. cn / index.php/Column/columncon/article_id/362. DOI:10.3760/cma.j.cn116031.2025.1000182.

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发布日期： 2025/02/24    浏览量： 3334 次

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心磁图在缺血性心脏病临床应用中的研究进展
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引言


缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）是由心肌血供绝对或相对不足引起心脏结构和/或功能障碍的一组异质性疾病的总称，可导致急性心力衰竭、心脏性猝死（sudden cardiac death，SCD）等严重不良心血管事件，是2020年中国心血管疾病死亡的三大主要原因之一［1］。快速、准确识别IHD对改善患者预后、降低心血管疾病死亡率具有重要意义。冠状动脉造影（coronary angiography，CAG）是诊断IHD的金标准，但该检查有创且可能对患者肾功能有影响，不适合疑诊患者的常规检查。目前无创检测心肌缺血的方法主要包括冠状动脉CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA）、单光子发射计算机体层成像（single‑photon emission computed tomography，SPECT）、正电子发射断层成像（positron emission tomography，PET)、心脏磁共振（cardiac magnetic resonance, CMR）及近年逐渐推广的一体化正电子发射断层/磁共振（positron emission tomography/magnetic resonance, PET/MR）等。CCTA主要用于快速评估冠状动脉狭窄程度、通过计算CT血流储备分数（CT derived fractional flow reserve, CT‑FFR）检测冠状动脉的血流动力学改变，但CCTA评估冠状动脉狭窄程度的准确性受钙化斑块等客观因素的影响，且运动伪影的存在和心律失常等因素可能导致CCTA质量差，影响检查结果。SPECT［2］、PET［3］均可定量分析心肌血流量（myocardial blood flow，MBF），冠状动脉血流储备（coronary blood reserve, CFR）则主要用来判断冠状动脉狭窄的功能学意义。PET是无创测定MBF和CFR的“金标准”［4］。PET/MR结合了PET成像与MR成像的特点，可同时获得心脏的结构、功能及分子代谢信息，主要用于IHD的诊断、危险程度分层［5］。由于SPECT［2］、PET、PET/MR均为放射性检查且检查费用较高，均不适合IHD的常规应用。CMR是目前无创评估心脏结构及功能的“金标准”［6］，可定性、定量评价心肌血流灌注、识别心肌损伤、诊断心肌缺血。但由于设备需要在磁屏蔽室内进行，且检查时间通常需要30~60 min不等，不利于急性心肌缺血的快速诊断。

心磁图（magnetocardiography，MCG）是一种非接触式的记录心脏生物电磁场的方法，具有无创、灵敏度高和高时空特异性等特点［7］。已有研究表明，MCG在IHD的临床诊断、预后评估中具有重要价值，本文旨在对MCG在稳定性缺血性心脏病（stable ischemic heart disease，SIHD）、急性冠状动脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）、缺血伴非阻塞性冠状动脉疾病（ischemia with non‑obstructive coronary arteries，INOCA）的应用价值做一阐述。

MCG概述及发展


MCG是一种记录、分析心脏电活动产生的微弱电磁场（10‑14~10‑11 T）的技术，心磁图仪先后经历超导式心磁图仪和非超导无液氦心磁图仪2个阶段［8］。1963年McFee和Baule首次测得心脏磁场，获得第一份MCG［9］。1970年Cohen等发明了超导量子干扰磁力计（superconducting quantum interference device，SQUID），并于1972年使用该新型探测器测得磁场，极大提高了检测精度，将MCG的发展推向高峰［10］。SQUID需要液态氦及超导体冷却，由于液态氦紧缺及设备成本高昂使得SQUID心磁图仪的普及明显受限。无自旋交换弛豫（spin‑exchange relaxation‑free，SERF）原子磁力计心磁图仪无需液态氦，为MCG的大规模研究与应用提供了有力条件。经过数十年发展，心磁图仪已从单通道系统发展为64通道系统，检测环境从磁屏蔽室发展为非屏蔽环境下即可检测，检测时间缩短至90 s。近几年，新型便携式感应线圈作为一种可穿戴式设备，其体积大幅减小，为心磁图仪床旁应用提供了可能［11］。芯片级原子磁力仪的体积更小［12］，使得心磁图仪的使用更加便捷。目前，我国临床常用的非屏蔽环境的心磁图仪主要包括北京未磁科技有限公司研发的64通道无液氦心磁图仪、德国SQUID公司的MCG‑7心磁图仪、美国CardioMag Imaging公司的CMI‑2409型9通道心磁图仪、杭州昕磁科技有限公司研发的49通道心磁图仪、曼迪医疗仪器（上海）有限公司的MD‑U041001型通道心磁图仪，以及苏州卡迪默克医疗器械有限公司的Cardiomox MCG 12型心磁图仪等。

MCG工作原理及参数应用


一、MCG工作原理
心肌细胞去极化与复极化过程会产生电流及电磁场，而该磁场的变化受身体各组织电导率差异的影响较小［13］，MCG是一种无创、非侵入性检测心肌电活动所产生磁场的方法。作为医工结合的产物，MCG主要通过采用高灵敏度的传感器阵列来测量心肌电活动产生的磁场，并生成相应的磁感应强度时间曲线图（包含P波、QRS波、ST段、T波）、磁场图（即等磁场图，由冠状面上磁场强度相等的点连接形成）及电流密度图（分为5个级别：0~1级为正常，2级为轻度异常，3~4级为重度异常）。通过与正常范围进行比较，分析各项指标的差异，从而为疾病诊断、风险分层及预后评估提供辅助依据。

心磁图仪的临床应用主要包括3个步骤：信号采集、数据处理和结果判读。第一步，心磁信号的采集阶段，检查对象需要移除可能干扰磁场的物品（如钥匙等），并仰卧在检查床上。通过调整床位，将探测器的探头置于前胸壁上方1~2 cm处，进行心磁信号的检测与采集。第二步，采集到的信号经过物理学及计算机算法处理，自动生成心脏磁场图及电流密度图的动态显示，并计算各项参数。第三步，分析相关参数并得出检测结论。目前，人工智能技术已被引入，辅助判读结果的准确性和可靠性。MCG检测报告示例见图1。


二、心磁图主要参数及应用
目前，MCG的测量参数种类繁多，主要包括P波、P‑R段、QRS参数、QT离散度、T波相关参数等。MCG的多个参数均可用于心肌缺血的诊断。Ramesh等［14］的一项研究共纳入29例存在慢性胸痛症状但心电图无异常的患者，根据运动平板试验（treadmill test，TMT）分为阴性组和阳性组，记录患者TMT过程中 T 波峰值处的磁场角，结果发现，阳性组中磁场角异常的比例显著高于阴性组（72%、6%），这提示磁场角异常有助于识别慢性胸痛但心电图正常的IHD。Kwon等［15］针对364例患者的研究发现，T波峰处的磁场图方向异常在诊断非ST段抬高型心肌梗死（non ST elevation myocardial infraction，NSTEMI）的敏感度为84.0%，特异度为85.0%。Li等［16］纳入101例冠状动脉狭窄程度≥70%的IHD患者及116例健康人群作为对照，结果显示IHD组 R‑max/T‑max 比值（6.30±4.07）远高于对照组（3.73±1.41）；Shin等［11］基于108例患者的MCG数据，采用T波评分、T波离散度等参数构建的评分模型，预测冠状动脉严重狭窄（狭窄程度≥70%）的敏感度和特异度分别为89%和74%。

MCG的相关参数在预测疾病预后方面也具有重要意义。一项纳入191例急性胸痛患者的回顾性研究表明，QTc间期延长可作为预测急性胸痛患者心源性死亡风险的指标［12］，QTc间期联合心肌复极电流、血清肌酐预测此类患者6.5年内死亡的敏感度为90.9%，特异度为85.6%，阴性预测值 为99.4%。Park等［17］针对急性胸痛起病但心电图无ST段抬高的355例患者长达3年的前瞻性随访研究表明，入院MCG异常的249例患者中，43例（17.3%）于随访期间死亡，入院MCG正常的106例患者中，仅4例（3.77%）死亡，进一步分析显示，T波开始至T波峰的时间间隔（Tbeg‑Tmax）可以预测NSTEMI的预后，入院MCG异常的糖尿病患者，其3年死亡的风险是MCG正常的糖尿病患者的18倍。

此外，Her等［13］的研究发现，MCG中的P波、P‑R段、PQ分段波动分数可用于检测阵发性房颤患者的左心室功能障碍；Yoshida 等［18］的研究表明，QRS时间间隔等参数与心律失常密切相关。

MCG在IHD中的临床应用


一、MCG在SIHD的应用
SIHD 通常由冠状动脉粥样硬化引起的管腔狭窄或闭塞，导致心肌缺血，局部电流表现为切线电流，MCG对切线电流和涡旋电流更为敏感［19］，因此在识别SIHD时具有较高的敏感度。黄骁等［20］等应用上海漫迪医疗仪器有限公司研发的四通道低温超导心磁图仪（MD‑U041001）将99例单支冠状动脉狭窄且狭窄程度≥70%的患者的10个MCG参数（T峰磁场角度、T峰最大电流角度、T峰最大最小比值、TT角度最大值、TT角度最小值、TT角度变化值、TT电流角度最大值、TT电流角度最小值、TT电流角度变化值、TT距离变化值）与对照组进行对比，结果发现病变部位（左前降支、左回旋支、右冠状动脉主干或其主要分支）不同，发生变化的MCG参数也有所不同。此研究并未将病变严重程度纳入研究对象，存在一定的局限性。黄骁等［21］开展的一项包含213例有胸痛症状的患者的研究，对上述10个MCG参数进行分析，结果表明，T峰磁场角度、TT电流角度最小值、TT电流角度变化值、TT角度变化值4个参数与冠心病独立相关，上述4个参数中至少存在1个异常作为诊断标准时,其诊断冠心病的敏感度为97.70%,特异度为46.90%,阳性预测值为75.00%，阴性预测值为92.70%。Ramesh等［14］发现，心脏MCG中的非偶极子异常及磁场角度变化有助于识别心电图正常的冠心病患者。

与心电图和超声心动图相比，MCG在静息或运动状态下对心肌缺血的检测具有更高的敏感度。Fenici和Brisinda［22］的研究发现，MCG在诊断稳定性心绞痛方面的敏感度高于心电图，且特异度、阳性预测值、阴性预测值与心电图相当。Shin等［23］进行的一项纳入202例具有心肌缺血相关症状、疑诊冠心病患者的前瞻性研究显示，对于冠状动脉狭窄程度≥70%的中、高危冠心病患者，MCG运动试验的诊断敏感度、准确性均高于运动心电图（MCG运动试验和运动心电图的敏感度分别为68.4%和40.5%，准确性分别为84.7%和71.3%)，且MCG联合心电图对中、高危冠心病的诊断价值并没有增加（P=0.357）。因此，MCG在SIHD的早期筛查中具有较高的诊断价值。大数据和人工智能的进步显著提高了检测的准确性，减少了误差，使MCG在SIHD的检测中更加客观可靠。

此外，基于机器学习的方法，MCG已被用于IHD的早期筛查及自动检测。Huang等［24］采用多层感知器（multilayer perceptron，MLP）神经网络，通过选择10个MCG参数，建立了11种冠心病诊断模型，其中一种模型的准确性达90.0%（敏感度和特异度分别为91.4%和87.7%）。

Tao等［25］建立的SIHD诊断模型准确率为94.03%，并能基于T波复极同步性降低和磁场类型自动定位缺血区域。来自山东大学齐鲁医院的一项前瞻性研究利用一维MCG信号的形状特征、时空特征同样实现了冠心病的自动识别、狭窄程度评估及狭窄血管定位［26］。Huang等［10］建立的logistic回归模型可用于评估心绞痛患者是否需要行冠状动脉血运重建，当模型值>0.55时，推荐行CAG。

尽管已有研究证明基于机器学习的MCG能够有效识别SIHD并为其进一步诊治提供依据，但由于样本量较小和选择偏倚的存在，仍需进行更多临床试验以验证这些模型的诊断效能。


二、MCG在ACS的应用
超过30%的ACS患者在常规心电图检查中未见明显异常［27］，这可能导致部分心肌酶未升高的ACS患者漏诊。与心电图相比，MCG能够识别非ST段抬高型心肌梗死（non‑ST‑elevation myocardial infarction, NSTEMI），弥补这一诊断空白。

一项回顾性研究表明，在15个MCG的特定参数中，T波峰的磁场图角度在诊断NSTEMI的敏感度为86%，特异度为75%，阳性预测值为84%，阴性预测值为78%［28］。另一项前瞻性研究也表明，MCG在诊断NSTEMI的敏感度高于常规心电图［29］。因此，MCG有助于提高NSTEMI的检出率，并且可作为辅助诊断工具，尤其是在传统心电图未能及时诊断的情况下。MCG诊断ACS的阴性价值较高，与常规心电图结合，可降低ACS的漏诊率。

MCG不仅具有辅助诊断价值，还在预后预测中发挥着作用。一项包含402例急性胸痛患者的前瞻性研究表明，与MCG的磁场图（magnetic field maps, MFM）正常者相比，T波起始和最大值之间存在异常者，在未来3年的死亡风险增加4.58倍［30］。此外，MCG中的多向心室传导电流可用于预测心脏再同步治疗（cardiac resynchronization therapy，CRT）术后5年内的不良心血管事件［31］，而MCG异常则被认为是心脏移植术后冠状动脉病变的独立危险因素［32］。


三、MCG在非阻塞性IHD的应用
在中国，约70%的心绞痛患者在CAG中未见明显的冠状动脉阻塞性病变（即冠状动脉狭窄<50%），这一类患者被诊断为INOCA［33］。其发病机制通常与冠状动脉微循环功能障碍（coronary microvascular dysfunction, CMD）和/或冠状动脉痉挛（coronary artery spasm, CAS）有关［34］。

目前，INOCA的诊断主要依赖于微循环流量参数的评估。CFR<2.0通常提示存在CMD［35］，但由于该指标同时受心外膜冠状动脉血流和微循环的影响，CMD的诊断需要首先排除冠状动脉的阻塞性病变。微血管阻力指数（microcirculation resistance index,IMR）较CFR更为稳定，且具有较高的重复性［36‑37］，能够更直接地反映微循环状态，因此，IMR已成为评估冠状动脉微循环功能的主要指标，但获取该数据仍需要有创操作。PET是定量检测心肌血流量和CFR的“金标准”，但由于其涉及放射性、费用昂贵且操作烦琐，并非常规检测手段。相较之下，MCG作为一种无创、无辐射且操作简单的检查方式，对于检测INOCA引起的心肌缺血具有潜在优势。

关于MCG在INOCA中的应用，当前仍处于探索阶段。Park等［38］的研究发现，MCG在诊断心绞痛患者的心肌缺血时，与冠状动脉血流储备分数（functional flow reverse, FFR）相比，假阳性率约为7%，这一部分可能包括FFR无法检测的INOCA引发的缺血。Ashokprabhu等［39］的多中心研究显示，ST 段磁场图抬高、呈单极、R 峰和T 波磁场图方向的角度异常,以及T波磁场图旋转可帮助诊断INOCA，其敏感度为68%、特异度为65%，受试者工作特征（receiver oprating characteristic，ROC）曲线下面积为0.66。Quesada等［40］的另一项前瞻性研究显示，以CFR<2.0为“金标准”，MCG在诊断冠状动脉微循环疾病方面具有100%的敏感度和93.3%特异度，平均准确性为94.8%。因此，对于那些有疑似心绞痛等心肌缺血症状，但CAG结果阴性的患者，MCG的净现值较高，有助于进一步排除INOCA的可能性。


四、MCG在其他与心肌缺血相关疾病中的应用
除了冠状动脉疾病和CMD相关的IHD外，心律失常也可能引发一过性或长期心肌缺血。MCG在诊断室性早搏等心律失常、定位病灶及预测预后以及检测胎儿心律失常方面具有重要价值［41］。Aita等［42］进行了一项研究，采用消融术中确定的室性早搏起源部位为参照，分析了18例特发性室性早搏患者的MCG病灶定位结果。研究发现，17例患者的MCG‑CT定位结果与术中确定的病灶起源一致，且MCG‑CT在区分室性早搏不同起源部位（如右心室流出道、主动脉窦）时的准确性为94%，而传统心电图算法的准确性为56%。此外，Lombardi等［43］的研究表明，MCG联合心脏磁共振成像可实现三维电解剖成像，准确定位室性心律失常起源于流出道的初始去极化的位点。在SCD风险评估方面，MAGNETO‑SCD前瞻性多中心试验发现，MCG的QRS碎裂评分和峰值旋转评分可有效评估SCD的风险，并可用于对心律失常进行危险分层［44］。Escalona‑Vargas等［45］通过记录胎儿心率变异性，成功诊断胎儿致死性心律失常。Wacker‑Gussmann 等［46］回顾性分析则表明，胎儿MCG能够有效检测胎儿心动过缓、心动过速、房室传导阻滞和长 QT 综合征等异常。

除了IHD及相关疾病外，Heidecker［47］的最新研究发现，MCG在监测炎症性心肌病（包含心肌淀粉样变性）的治疗反应中具有重要应用价值。与超声心动图相比，MCG对炎症性心肌病的免疫治疗反应更加敏感。在临床治疗有反应的患者中，治疗1周即可检测到病理性心磁向量恢复至正常水平，而超声心动图则需30 d才能发现治疗反应［48］。然而，值得注意的是，虽然MCG能够识别心肌病［48］，但它无法区分心肌病的不同亚型。

综上所述，目前已有大量研究表明，MCG在IHD的诊断、严重程度评估、预后预测方面展现了强大的应用价值，同时在成人及胎儿心律失常、评估炎症性心肌病的治疗反应方面也有重要作用。

MCG同样存在局限性，如检测参数众多、信息量大，MCG医师的熟练程度、专业能力等主观因素可能影响分析的准确性及其耗费时间的长短。同时，由于客观技术路线的不同，不同设备生产厂商对IHD的诊断结果可能略有差异。受限于设备成本高和检查费用贵等原因，目前MCG相关的临床试验较少，样本量普遍偏小。目前关于MCG在INOCA的诊断、心肌缺血的定位诊断中的研究仍处于初步探索阶段，需要进行大量的前瞻性、多中心、大样本的临床研究以进一步验证其效能。

总结与展望


MCG作为一种快捷、无创且非侵入性的检测手段，已在SHID、ACS和INOCA的筛查、诊断和排除诊断中展现了重要应用价值，它不仅有潜力改善IHD的诊断路径，还能帮助早期识别疾病并预测预后，从而降低不良心血管事件的发生率。

随着2024年《心磁图心肌缺血临床诊断专家共识》的发布［49］，未来不同生产厂家的MCG诊断心肌缺血将逐步准确化和规范化。随着大量MCG数据库的建设和基于机器学习的分析方法的发展，MCG在IHD中的应用潜力将进一步拓展。通过优化检测流程、人工智能自动化数据分析模型的构建与完善，减少人力消耗及主观因素的影响，MCG有望在诊断、评估、预测IHD及辅助临床决策提供方面发挥更大的作用。

  • 作者： 孔祥忍    孙津津    张海涛   

  • 作者单位： 空军军医大学空军特色医学中心心血管内科   

  • 通信作者： 张海涛，Email：kjzht@sina.com

  • 关键词： 心磁图； 心肌缺血；缺血性心脏病

  • DOI： 10.3760/cma.j.cn116031.2025.1000182

  • 基金项目： 军队后勤科研项目重点项目（BKJ23 WS1J001）

  • 利益冲突： 无

  • 收稿日期： 2024-11-08

  • 录用日期： 2025-01-20

  • 本文编辑： 史红

    • 摘要中文

    无

    摘要英文

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    本研究主要材料与器材

    无

    参考文献

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