心磁圖儀：另辟蹊徑查“心病”

心磁圖儀就是利用極高靈敏度的磁探測器，採集人體心臟磁場信號並進行分析的功能學檢查設備。心磁圖儀用於描記心磁圖，以敏感的多通道感測器陣列，于胸部上方記錄心動週期中的磁場，可對心肌缺血、冠脈微迴圈障礙心肌病等進行功能性診斷及預後研究。

心臟好比人體的發動機，維持血液迴圈，為機體源源不斷提供氧氣與養分。與此同時，不斷跳動的心臟其實也面臨著各種疾病的困擾。長期以來，以心電圖儀為代表的心臟檢測儀器在為患者帶來便利的同時，也存在一些不足——不能滿足多樣化、高品質的檢測需求。在這樣的背景下，心磁圖儀橫空出世，為心臟檢查提供了一種新的選擇。

近日，高靈敏度心磁圖儀學術研討暨産品發佈會于上海成功舉辦。科技日報記者從有關專家處了解到，我國的心磁圖儀在技術上不斷取得新的突破，正逐漸成為一種嶄新、有效的心臟疾病檢測儀器。

可敏銳捕獲心臟細微異常

心跳過程中心肌的活動會産生電。上海市第六人民醫院教授沈成興介紹：“因此，長久以來，臨床上普遍通過心電圖來評估患者是否存在心肌缺血、心律失常等問題。”

電與磁是相伴而生的，有電就有磁。心跳既然會産生電，也同樣會形成磁。沈成興指出，心肌細胞內離子流動形成的電流産生的磁場就是心磁。“如若能夠用高靈敏的磁信號探測設備記錄心動週期的心磁變化，勢必將更加敏銳地捕捉到某些心電圖所不能探及的特殊信號，解釋一些過去所無法解釋的臨床問題。”沈成興説。相比於心電信號，心磁信號傳輸不會受到人體組織的干擾，可以反映出某些心電圖無法反映的心臟細微的變化和異常，因此能夠幫助醫生診斷出心血管系統早期病變。心磁圖檢查不僅可以確定人是否發病，還可相對精準地確定病灶位置，可對心血管疾病提供更精確的診斷。

然而，心磁不像心電那樣明顯、易於檢測。況且周圍環境的磁場，也會給檢測帶來巨大的干擾。“通常來説，心磁的信號極其微弱，是日常地球磁場的百萬分之一，這為心磁的檢測帶來了極大的困難。”漫迪醫療總經理、中國科學院上海微系統與資訊技術研究所研究員張樹林説，“因此，必須有非常靈敏的探測設備和抗噪技術，才能在日常環境中完整提取乃至還原心磁信號，僅僅依靠常規的設備或手段是較難做到的。”

張樹林介紹，心磁圖儀就是利用極高靈敏度的磁探測器，採集人體心臟磁場信號並進行分析的功能學檢查設備。

心磁圖儀用於描記心磁圖，以敏感的多通道感測器陣列，于胸部上方記錄心動週期中的磁場，可對心肌缺血、冠脈微迴圈障礙心肌病等進行功能性診斷及預後研究。

利用心磁圖儀進行檢查，無創、無輻射，適用於包括孕婦在內的廣泛人群。其不對人體施加任何物理場，只被動探測心臟發出的磁場信號，檢查過程不超過10分鐘，無噪音、無患者接觸。

中國科學院院士、中國醫師協會心血管內科醫師分會會長葛均波表示，心磁圖檢查具有信號高度保真、對局部電流高度敏感的技術特點，在心血管疾病早期篩查、診斷評估、長期監測等方面具有良好應用前景。

“軟硬兼施”提升檢測能力

和其他醫學儀器一樣，心磁圖儀的發展歷經了一個漫長的演進過程。

“心磁圖儀在40多年的發展歷程中，其檢測手段不斷進步，檢測結果愈發精確。”張樹林説，“目前來講，按探測元器件劃分，心磁圖儀可以分為線圈心磁圖儀、磁阻心磁圖儀、原子磁強計心磁圖儀及超導量子干涉儀；按去除噪聲的方法劃分，可以分為全封閉式、半開放式和開放式。”

張樹林指出，心磁探測性能和環境噪音的去除能力，是心磁圖儀性能提升的重要因素。

據了解，目前心磁探測綜合性能最優的是超導量子干涉儀。超導量子干涉儀具有5飛特級的掃描精度，並能在50微特斯拉（UT）的環境下正常運作，且響應頻率能達到1萬赫茲（Hz）以上，具有非常優異的靈敏度和動態響應。“打個比方，超導量子干涉儀的工作能力相當於一台設備能以毫米量級測量北京到廣州2000公里內任意物體的長度變化，且每秒可以測量1000次。”張樹林説。

除此之外，梯度採集和八維降噪方法能有效降低心磁圖儀在運作過程中的環境噪音，最大程度地避免環境的干擾。

然而，僅僅完成心磁信號的採集是不夠的，對其的分析與研判才是檢測心臟疾病的重點所在。“將心磁信號採集記錄下來只是第一步。心磁圖儀所採集的心磁信號是一個動態的二維圖譜，其中包含的資訊量非常大，通過傳統的人工解讀非常困難。”張樹林説，“目前來説，利用電腦和人工智慧技術，研究人員可以完成心磁圖譜中30多個特徵參數的自動提取，並能根據建立的數據庫對心磁圖進行解讀。”

目前，心磁圖檢查已在美國、日本、中國、歐盟等國家或地區完成超過10萬例的臨床應用；科研方面，已有百餘篇心磁圖相關論文發表在《迴圈》《歐洲心臟雜誌》等心血管權威期刊。

心磁圖儀瞄準的主要是缺血性心臟病的精準診斷市場，我國超過千萬的冠心病患者以及每年超過百萬的介入治療患者都是心磁圖儀的目標應用對象。

記者了解到，目前心磁圖儀已在我國部分醫院得到了應用。

推動國內臨床化應用

張樹林説：“目前心臟檢查尤其是在治療後的隨訪階段，缺乏一種集靈敏、快速、無創、無輻射等優勢于一身的檢查項目，以方便醫生對病人的心臟進行功能性評價。而心磁圖儀恰好能彌補這一空白，具有良好的應用前景。”

隨著材料技術、磁場傳感技術以及人工智慧的發展，近年來，磁阻、磁通門計、原子磁強計等磁傳感技術均實現了心磁的探測驗證，目前正在進行商業化和産品化迭代。

中國科學院上海微系統與資訊技術研究所所長謝曉明坦言，包括心磁圖儀在內，醫療設備的性能和臨床價值挖掘是一個長期持續的過程，對醫工緊密合作提出了較高的要求。謝曉明表示：“心磁技術的發展，需要更多的臨床醫院和專家加入，共同打造中國的創新産品和解決方案。”

張樹林表示，從技術上來説，國內心磁圖儀技術與國外技術並駕齊驅，處於快速發展階段。“在美國，心磁圖儀已獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）突破性醫療器械認證。”張樹林説，“下一步，我們應該在重要部件國産化的相關研發上發力，同時在臨床應用上建立心磁圖儀相關的標準和體系。目前國家的‘十四五’重點專項‘基於國産創新心磁圖儀的冠脈微迴圈障礙臨床診斷解決方案研究’就是推動國內心磁圖儀臨床化應用的重要一環。”

據了解，無論是超導量子干涉儀還是原子磁強計心磁圖儀，除了在成人心磁探測上的廣泛應用外，也可應用在腦磁、神經磁、胃腸磁等領域。實習記者李詔宇