心磁信號探測的意義

　　人體磁場(chǎng)能夠反應人體內部各種組織及器官的信息。對人體磁場(chǎng)進(jìn)行測量可獲得有關(guān)人體疾病的信息，其檢測效果及便利程度已超出對人體生物電的測量。心磁大小大概在幾十pT量級，相較于腦磁而言，是人類(lèi)較早研究的人體磁場(chǎng)之一。

　　心臟的心房和心室肌肉的周期性收縮、舒張伴隨著(zhù)復雜的交變生物電流，由此產(chǎn)生了心磁圖（Magnetocardiography, MCG）。相比于心電圖（Electrocardiogram, ECG），心臟磁場(chǎng)檢測不受胸壁等組織的影響，并且心磁圖可通過(guò)多角度、多維度傳感器陣列對心臟磁場(chǎng)進(jìn)行探測，從而提供更多的心臟信息，實(shí)現對心臟病灶的精準定位。相比于CT、核磁等心臟研究技術(shù)，心磁圖完全無(wú)輻射。目前心磁圖技術(shù)日益成熟，已有超過(guò)10萬(wàn)例臨床應用，主要體現在以下幾方面：

　　01冠心病

冠心病是常見(jiàn)病、多發(fā)病，據統計，目前我國冠心病患者已超過(guò)1100萬(wàn)人。冠心病是最常見(jiàn)的死因，致死人數甚至超過(guò)所有腫瘤死亡人數的總和。針對冠心病，MCG主要是對心肌缺血造成的心肌復極不一致進(jìn)行檢測。例如，Li等研究人員對101例冠心病患者和116名健康志愿者進(jìn)行MCG測量。結果表明，冠心病患者的R-max/ T-max、R值、平均角度三項參數顯著(zhù)高于正常人。101例冠心病患者中，MCG、心電圖和超聲心動(dòng)圖檢測出心肌缺血的比例分別為 74.26%、48.51%和 45.54%，由此可見(jiàn)，MCG對冠心病患者的診斷準確率明顯高于心電圖和超聲心動(dòng)圖。

　　參考文獻：Int. J. Clin. Exp. Med. 8(2):2441-2446(2015)

　　02心律失常

　　心律失常是指心臟沖動(dòng)在起源部位、心搏頻率和節律以及沖動(dòng)傳導的任何環(huán)節出現異常。據統計，中國心律失?；颊呷藬禐?000多萬(wàn)。MEG可用于對心律失?；颊卟≡畹臏蚀_定位。Ito等研究人員對51名心律失?；颊哌M(jìn)行研究，通過(guò)分析心磁圖的3項參數，能夠判斷導致心律失常的不同病灶部位（右心室流出道、主動(dòng)脈竇），其準確率達94%。

　　參考文獻：Heart Rhythm, 11(9):1605-1612(2014)

　　03 胎兒心臟檢查

　　中國每年有約10-20萬(wàn)先天性心臟病的患兒出生。當前，胎兒心電圖常常受到胎兒表面皮脂腺、羊水及羊膜等影響，無(wú)法準確獲得心臟活動(dòng)信息。與胎兒心電圖不同的是，由于磁信號不受人體組織干擾，胎兒心磁圖能準確地反映胎兒的心臟情況，是目前唯一可以實(shí)現在孕期檢測胎兒心臟活動(dòng)的手段。Campbell 等研究人員觀(guān)察了因胎兒室上性心動(dòng)過(guò)速而入院的兩名單胎妊娠患者和一名雙胎妊娠患者，運用 MCG 來(lái)監測孕婦及胎兒心律失常情況，并基于此開(kāi)展藥物治療，結果顯示，研究中的3例胎兒心律失?；颊呔玫搅擞行У闹委?。

　　參考文獻：Obstet Gynecol,108(3-2):767-771(2006)

　　心磁探測手段

　　心磁技術(shù)發(fā)展幾十年，心磁圖儀大致可分為超導式心磁圖儀和非超導式心磁圖儀兩種。

超導式心磁圖儀以磁通量子化和超導約瑟夫森結效應為技術(shù)基礎，是較早進(jìn)入臨床應用的心磁圖儀。目前國內外已經(jīng)有成熟的生產(chǎn)廠(chǎng)商，如：美國Cardio Ma、德國SQUID AG、芬蘭Neuromag、中國漫迪醫療、卡迪默克等。

漫迪醫療超導式心磁圖儀

超導式心磁圖儀需要搭配大型磁屏蔽房，且在使用時(shí)需大量液氦制冷以維持超導狀態(tài)，而隨著(zhù)當前全球氦氣資源緊缺，液氦價(jià)格不斷上漲，再加上我國氦氣資源基本依賴(lài)進(jìn)口，因此導致其運行成本極高，極大地限制了臨床應用。然而心磁圖又具備顯著(zhù)的臨床有效性，故科學(xué)家們一直在探尋替代方案。

基于多通道原子磁力計探測成人心磁

　　原子磁力計是近些年發(fā)展起來(lái)的具有超高靈敏度的磁力計。2012年科學(xué)家利用基于堿金屬的原子磁力計，搭建了4通道超靈敏原子磁力計陣列（每個(gè)通道的靈敏度可達6-11 fT/Hz1/2），成功在磁屏蔽房中獲得了成人的心磁圖。

　　參考文獻：Phys. Med. Biol. 57 (2012) 2619-2632

由于基于原子磁力計的心磁圖儀幾乎沒(méi)有運維成本，因此具有大規模臨床應用的潛力。2017年，美國Genetesis公司開(kāi)始進(jìn)行基于原子磁力計的心磁圖儀的研發(fā)，隨后推出了全球首臺基于原子磁力計的心磁圖儀CardioFluxTM，目前已投入臨床使用。

　　基于原子磁力計的心磁圖儀現已成為心磁測量領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，原子磁力計作為其核心部件，在進(jìn)一步提高心磁測量靈敏度的同時(shí)有效降低了運行成本。在國內，國儀量子基于在量子精密測量領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累與應用實(shí)踐，研制并發(fā)布了量子自旋磁力儀（SpinMag-I）。

國儀量子·量子自旋磁力儀

　　國儀量子自研的量子自旋磁力儀（SpinMag-I）利用堿金屬原子（Rb-87）外層電子自旋性質(zhì)，以泵浦激光作為操控手段，使堿金屬原子產(chǎn)生自旋極化。在外界弱磁場(chǎng)的作用下，堿金屬原子發(fā)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)，改變對檢測激光的吸收，從而實(shí)現高靈敏度的磁場(chǎng)測量。量子自旋磁力儀具有靈敏度高、體積小、能耗低、易于攜帶的特點(diǎn)，未來(lái)將引領(lǐng)人類(lèi)在科學(xué)研究、生物醫學(xué)等磁傳感領(lǐng)域進(jìn)入量子時(shí)代。