心磁图仪：另辟蹊径查“心病” 环球讯息

 科技日报实习记者 李诏宇   

(资料图片仅供参考)

    心脏好比人体的发动机，维持血液循环，为机体源源不断提供氧气与养分。与此同时，不断跳动的心脏其实也面临着各种疾病的困扰。长期以来，以心电图仪为代表的心脏检测仪器在为患者带来便利的同时，也存在一些不足——不能满足多样化、高质量的检测需求。在这样的背景下，心磁图仪横空出世，为心脏检查提供了一种新的选择。

    近日，高灵敏度心磁图仪学术研讨暨产品发布会于上海成功举办。科技日报记者从有关专家处了解到，我国的心磁图仪在技术上不断取得新的突破，正逐渐成为一种崭新、有效的心脏疾病检测仪器。

    可敏锐捕获心脏细微异常

    心跳过程中心肌的活动会产生电。上海市第六人民医院教授沈成兴介绍：“因此，长久以来，临床上普遍通过心电图来评估患者是否存在心肌缺血、心律失常等问题。”

    电与磁是相伴而生的，有电就有磁。心跳既然会产生电，也同样会形成磁。沈成兴指出，心肌细胞内离子流动形成的电流产生的磁场就是心磁。“如若能够用高灵敏的磁信号探测设备记录心动周期的心磁变化，势必将更加敏锐地捕捉到某些心电图所不能探及的特殊信号，解释一些过去所无法解释的临床问题。”沈成兴说。相比于心电信号，心磁信号传输不会受到人体组织的干扰，可以反映出某些心电图无法反映的心脏细微的变化和异常，因此能够帮助医生诊断出心血管系统早期病变。心磁图检查不仅可以确定人是否发病，还可相对精准地确定病灶位置，可对心血管疾病提供更精确的诊断。

    然而，心磁不像心电那样明显、易于检测。况且周围环境的磁场，也会给检测带来巨大的干扰。“通常来说，心磁的信号极其微弱，是日常地球磁场的百万分之一，这为心磁的检测带来了极大的困难。”漫迪医疗总经理、中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员张树林说，“因此，必须有非常灵敏的探测设备和抗噪技术，才能在日常环境中完整提取乃至还原心磁信号，仅仅依靠常规的设备或手段是较难做到的。”

    张树林介绍，心磁图仪就是利用极高灵敏度的磁探测器，采集人体心脏磁场信号并进行分析的功能学检查设备。

    心磁图仪用于描记心磁图，以敏感的多通道传感器阵列，于胸部上方记录心动周期中的磁场，可对心肌缺血、冠脉微循环障碍心肌病等进行功能性诊断及预后研究。

    利用心磁图仪进行检查，无创、无辐射，适用于包括孕妇在内的广泛人群。其不对人体施加任何物理场，只被动探测心脏发出的磁场信号，检查过程不超过10分钟，无噪音、无患者接触。

    中国科学院院士、中国医师协会心血管内科医师分会会长葛均波表示，心磁图检查具有信号高度保真、对局部电流高度敏感的技术特点，在心血管疾病早期筛查、诊断评估、长期监测等方面具有良好应用前景。

    “软硬兼施”提升检测能力

    和其他医学仪器一样，心磁图仪的发展历经了一个漫长的演进过程。

    “心磁图仪在40多年的发展历程中，其检测手段不断进步，检测结果愈发精确。”张树林说，“目前来讲，按探测元器件划分，心磁图仪可以分为线圈心磁图仪、磁阻心磁图仪、原子磁强计心磁图仪及超导量子干涉仪；按去除噪声的方法划分，可以分为全封闭式、半开放式和开放式。”

    张树林指出，心磁探测性能和环境噪音的去除能力，是心磁图仪性能提升的重要因素。

    据了解，目前心磁探测综合性能最优的是超导量子干涉仪。超导量子干涉仪具有5飞特级的扫描精度，并能在50微特斯拉（UT）的环境下正常运作，且响应频率能达到1万赫兹（Hz）以上，具有非常优异的灵敏度和动态响应。“打个比方，超导量子干涉仪的工作能力相当于一台设备能以毫米量级测量北京到广州2000公里内任意物体的长度变化，且每秒可以测量1000次。”张树林说。

    除此之外，梯度采集和八维降噪方法能有效降低心磁图仪在运行过程中的环境噪音，最大程度地避免环境的干扰。

    然而，仅仅完成心磁信号的采集是不够的，对其的分析与研判才是检测心脏疾病的重点所在。“将心磁信号采集记录下来只是第一步。心磁图仪所采集的心磁信号是一个动态的二维图谱，其中包含的信息量非常大，通过传统的人工解读非常困难。”张树林说，“目前来说，利用计算机和人工智能技术，研究人员可以完成心磁图谱中30多个特征参数的自动提取，并能根据建立的数据库对心磁图进行解读。”

    目前，心磁图检查已在美国、日本、中国、欧盟等国家或地区完成超过10万例的临床应用；科研方面，已有百余篇心磁图相关论文发表在《循环》《欧洲心脏杂志》等心血管权威期刊。

    心磁图仪瞄准的主要是缺血性心脏病的精准诊断市场，我国超过千万的冠心病患者以及每年超过百万的介入治疗患者都是心磁图仪的目标应用对象。

    记者了解到，目前心磁图仪已在我国部分医院得到了应用。

    推动国内临床化应用

    张树林说：“目前心脏检查尤其是在治疗后的随访阶段，缺乏一种集灵敏、快速、无创、无辐射等优势于一身的检查项目，以方便医生对病人的心脏进行功能性评价。而心磁图仪恰好能弥补这一空白，具有良好的应用前景。”

    随着材料技术、磁场传感技术以及人工智能的发展，近年来，磁阻、磁通门计、原子磁强计等磁传感技术均实现了心磁的探测验证，目前正在进行商业化和产品化迭代。

    中国科学院上海微系统与信息技术研究所所长谢晓明坦言，包括心磁图仪在内，医疗设备的性能和临床价值挖掘是一个长期持续的过程，对医工紧密合作提出了较高的要求。谢晓明表示：“心磁技术的发展，需要更多的临床医院和专家加入，共同打造中国的创新产品和解决方案。”

    张树林表示，从技术上来说，国内心磁图仪技术与国外技术并驾齐驱，处于快速发展阶段。“在美国，心磁图仪已获得美国食品药品监督管理局（FDA）突破性医疗器械认证。”张树林说，“下一步，我们应该在重要部件国产化的相关研发上发力，同时在临床应用上建立心磁图仪相关的标准和体系。目前国家的‘十四五’重点专项‘基于国产创新心磁图仪的冠脉微循环障碍临床诊断解决方案研究’就是推动国内心磁图仪临床化应用的重要一环。”

    据了解，无论是超导量子干涉仪还是原子磁强计心磁图仪，除了在成人心磁探测上的广泛应用外，也可应用在脑磁、神经磁、胃肠磁等领域。

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