冠心病(冠状动脉粥样硬化性心脏病)是成人主要的死亡原因之一｡常规检查技术如心电图检出率低,冠状动脉CT血管造影(CTA)需要使用对比剂,心肌核素扫描因其检测费用高等原因难以广泛开展｡近些年,随着超导量子技术发展成熟,其核心部件超导量子干涉器件作为一种极高灵敏度磁传感器,可检测到10~15T/Hz1/2微弱磁场,被广泛应用于人体弱磁信号检测[1]｡超导心磁图仪作为一种高灵敏度､无辐射､无需药物注射､无创性､可重复性诊断技术,在心血管疾病,尤其是心肌缺血的诊断方面成为国内外研究的热点[2]｡然而,目前心磁图仪尚未有统一的诊断标准,国内心磁图研究还处于起步阶段,大多集中在心磁图成像技术方面｡本研究采用现有的心磁图仪特征参数,系统分析心磁图仪在以“胸闷和/或胸痛”入院的患者冠状动脉评估中的价值｡

1、对象与方法

1.1对象本研究选取2024年4月1日至2024年12月30日在首都医科大学附属北京积水潭医院心血管内科以胸闷和/或胸痛住院,拟诊为冠心病的患者,纳入研究的患者冠状动脉造影前均完成冠状动脉CTA､心磁图､心电图､血常规､生化､心肌酶等检查,年龄18~75岁,共入组165例,最终诊断冠心病患者55例,为观察组,排除冠心病患者110例,为对照组｡排除标准:年龄>75岁､肝功能不全､急慢性肾功能衰竭､急慢性感染､心功能不全､贫血､外周血管疾病､妊娠､疑似全身性血栓性疾病､癌症､甲状腺功能障碍､自身免疫性疾病｡本研究经首都医科大学附属北京积水潭医院伦理委员会批准(积伦[K2024]第[162]号⁃00)｡患者均签署了知情同意书｡

1.2研究方法

1.2.1冠心病诊断①冠状动脉CTA:依据冠状动脉狭窄程度分为轻度<50%､50%≤中度<75%､重度≥75%,狭窄≥50%拟诊为冠心病｡②冠状动脉造影:依据造影结果冠状动脉狭窄程度分为轻度<50%､50%≤中度<75%､重度≥75%,以冠状动脉狭窄≥50%为“金标准”诊断为冠心病｡③心磁图检测缺血程度按心磁图仪分析软件得出的结果分为轻､中､重度,中度以上拟诊为冠心病｡心磁图软件判定流程如下｡①提取图谱:以心磁图蝶形图J点为始端,Te点为末端,将磁场图均分为36张图(不同时长进行归一化处理)｡②参数选定和打分:所有图谱共用参数为R峰与T峰比值,占0.1分;另外,每张图谱计算5个参数,分别为T波时间,占0.1分;T波正负极夹角(T_angle),占0.3分;ST⁃T段正负偶极子移动距离(n_p_distance),占0.1分;T波峰值最大电流矢量大小(MCV_Value),占0.2分;T波峰值处的最大电流矢量方向(MCV_Dir)和T波峰值处的总电流矢量方向(TCV_Dir),占0.2分｡得分大于0.8分为A级,0.5~0.8分为B级,小于0.5分为C级｡③缺血程度判定｡正常:A级图谱数量大于30张,或A级图谱与B级图谱数量之和大于35张,其中B级图谱数量不多于10张;异常图谱位置在前5张内或30张后｡轻度缺血:A级图谱数量在20~30张之间,或A级图谱与B级图谱数量之和在25~35张之间,其中B级图谱数量不多于10张;异常图谱位置在前10张内或30张后｡中度缺血:C级图谱数量在15~20张之间,或B级图谱与C级图谱数量之和在20~25张之间,其中B级图谱数量不多于10张,正常图谱位置在10~30张之间｡重度缺血:C级图谱数量大于20张,或B级图谱与C级图谱数量之和大于25张,其中B级图谱数量不多于10张,正常图谱位置在15~25张之间｡

1.2.2心磁图检测方法本研究使用首都医科大学附属北京积水潭医院9⁃通道心磁图仪系统(型号:CARDIOMOXMCG9),使用液氦杜瓦瓶中的超导量子干涉装置梯度计测量心脏磁场[3]｡获取同一心动周期各通道心磁数据后,进行叠加平均计算,以获得均化心磁信号,依此计算出等磁图｡对于各个通道心磁信号,分别在筛选后的基础上叠加并除以通道总数,即可获取均化心磁信号｡将36个通道数据放在一个坐标系内后得到蝶形图｡通常认为21号通道信号最大即表示探头定位心脏准确,数据最为可靠｡

1.2.3心磁图信号特征参数综述研究发现6种心磁图仪特征参数与心肌缺血相关[4],并将其用于学习机方法｡这6种特征参数分别为T波时间､T_angle､n_p_distance､MCV_Value､MCV_Dir和TCV_Dir｡

1.3统计学分析所有资料均采用SPSS20.0统计软件进行分析｡计数资料用例(%)表示,组间比较采用χ2检验;计量资料以xs表示,组间比较采用t检验｡P<0.05为差异有统计学意义｡

2、结果

2.1基线资料观察组55例患者中25例冠状动脉造影提示冠状动脉狭窄≥50%且<75%,30例冠状动脉狭窄≥75%｡对照组110例患者冠状动脉造影提示冠状动脉狭窄均<50%｡2组患者基线资料比较见表1｡

表1以胸闷和/或胸痛住院拟诊为冠心病的患者对照组和观察组基线资料比较

2.2散点图分析2组T波时间,做出散点图进行对比,结果显示,对照组大部分数据集中在200~300ms区域,尤其是250ms区域周围,异常值不多,且与大部分数据相差不大,呈现较为均匀;观察组在200~500ms各个区域分散分布,没有呈现出明显趋势｡

2.3核密度估计图(KDE图)以T_angle为横纵坐标,做出KDE图,可观察到对照组的T_angle范围较小,显示出单峰形态,数据分布较为集中,T_angle整体均在0°~100°,在50°处分布最多;而观察组的范围比对照组更大,T_angle分布在-150°~200°,但大部分集中在0°~150°附近,图形呈现为多峰形态,表明观察组中可能存在不同群体｡

2.4直方图对n_p_distance绘制直方图可看出对照组呈类似高斯分布,分布较为均匀,取值在0.9~1.5之间,在1.1~1.3区间高值分布较多,偏度和峰度都表明数据较为集中,无过多极端异常值;观察组数据分布较为广泛,取值在0.5~3.0之间,显示出更多不对称性,并且,一些异常值远离主峰,这可能是某些病理状态或其他因素导致｡

2.5箱线图对MCV_Value进行计算,并进行比较,结果显示,观察组为15.8(13.0,22.5),中位值较小并且更靠近于下四分位数;对照组为26.2(16.0,31.6),中位值较高且更为居中｡2组相比较,对照组的中位值大于观察组,且上限较高;观察组的中位值更低,且下限较低｡这可能是观察组患者冠状动脉缺血导致心肌功能下降或障碍,这些病理因素导致出现更低的异常数据｡

2.6极坐标散点图通过对MCV_Dir和TCV_Dir做极坐标散点图,并进行对比｡在MCV_Dir的极坐标散点图中,对照组此参数在-90°~0°较为集中,90%的数据均落在这个范围,而观察组较为分散,大部分在此区域,其他主要分布-90°~180°区间,在各个区域均分布有患者数据｡在TCV_Dir的极坐标散点图中,对照组此参数在-90°~20°较为集中,绝大部分数据处于此范围,极少数据处于-135°~-90°区间;观察组较为分散,大部分分布于-180°~0°区间,少部分分布于0°~90°各个区域,没有特别集中的趋势｡

2.7支持向量机(SVM)SVM模型是一种广泛应用于分类和回归任务的有监督学习算法,其核心思想是通过构建一个最优的决策边界,以最大化不同类别数据点之间的间隔,从而实现数据的有效分类｡在处理多维数据时,SVM通过在高维空间中找到一个最佳超平面,将不同类别的样本进行分割｡对于给定的6个参数,SVM算法能够在六维特征空间中确定1个最优的决策边界,将数据进行划分,并计算每个样本点到超平面的距离｡这些距离被用来生成SVM模型的输出分数,帮助模型做出分类判定｡

在应用该方法进行病例判读时,分析对照组和观察组的结果显示,心磁图诊断冠心病的敏感度为86.7%,特异度为83.3%,阳性预测值为81.2%,阴性预测值为88.2%,准确度为84.8%;冠状动脉CTA诊断冠心病的敏感度为69.9%,特异度为65.6%,阳性预测值为65.6%,阴性预测值为63.6%,准确度为57.7%｡

3、讨论

心电图､心脏超声和冠状动脉CTA是目前临床上常用的冠心病辅助检查方法,而冠状动脉造影则是诊断冠状动脉疾病的“金标准”｡然而,这些传统方法各有局限性,例如心电图对心肌缺血的检测敏感度有限,冠状动脉CTA需要使用对比剂且对肾功能有一定要求｡

近年来,心磁图作为一种新兴的无创诊断技术,逐渐受到关注｡研究表明,心磁图在检测心肌缺血方面比心电图更为灵敏｡例如,Chaikovsky等[5]研究了123例以心绞痛为主要症状的患者,这些患者静息状态下心电图正常､心脏超声提示左心室功能正常,但经冠状动脉造影证实患有冠状动脉疾病｡该研究通过分析电流密度向量图,开发了一种心磁信号计算机分类方法,用于诊断冠心病｡此后,Zhao等[6]也指出,心磁图在冠状动脉疾病诊断方面的潜力,未来有望成为一种快速诊断冠状动脉疾病的新方法｡既往研究显示,对于出现急性胸痛,但心电图未表现出ST段抬高的患者,心磁图对于冠心病的预测价值高于心电图和肌钙蛋白[7]｡近年来,心磁图用于检测冠状动脉微循环的优势也逐渐显现,心磁图可以对心肌缺血早期进行识别[8]｡另外,利用心磁图的空间准确性对心律失常患者心电生理异常起始部位的定位,有利于指导临床治疗[9]｡由于心磁信号传导不受限制,在诊断胎儿心律失常方面,心磁图也有独特的优势[10]｡

本研究通过心磁图仪分析冠状动脉造影患者的心脏复极化过程,以评估其心肌缺血的程度｡通过分析提取的6个特征参数,心磁图仪能够显著区分对照组与观察组之间的差异｡对照组T波持续时间大部分数据集中在200~300ms区域;对照组T_angle整体均在0°到100°,在50°处分布最多;而观察组的范围比对照组更大,T_angle分布在-150°到200°,但大部分集中在0°到150°｡这表明冠心病患者的复极化过程呈现出更为不均匀的特征,这一现象可假定与静息状态下心肌缺血的存在相关｡缺血本质上是一个时间上具有连续性的动态过程,起初由分子层面的变化引发,随后可能表现为12导联标准心电图上的无明显异常,再进一步发展为室壁运动障碍,最终引发心绞痛｡心磁图仪能够在这一动态过程中早期检测到缺血的征兆｡复极不均匀性的成因较为复杂,首先,细胞凋亡可能是导致复极化改变的重要因素｡早期心肌缺血可引起局部细胞的坏死,进而导致电生成功能的损伤,并引发离子转运的显著改变[11]｡心脏电生理的异常,导致磁场的异常,心磁图能够灵敏地捕捉到磁场变化,并通过不同的参数呈现,这在既往许多研究中进行了证实,例如QRS持续时间､QT离散度､QRS持续时间､ST段和斜率等｡QT离散度反映了心室复极化的区域性变化,因此可能代表了复极化时间的整体变异性｡ST⁃T面积和T波幅度是短暂性心肌缺血的敏感和特异性标志,心磁图中ST⁃T面积包含除ST压低之外的额外信息,因此在缺血检测中具有独立的判别价值[12]｡不仅对于患有冠状动脉疾病的患者,在健康人当中,不同年龄和性别的群体心磁图也具有差异,有研究表明,在29个心磁图参数中,对于健康男性和女性,有19个参数存在差异;对于不同年龄的健康群体,有9个参数存在差异[13]｡

心电图ST段改变一直是临床上用于评估心肌缺血和梗死的重要指标｡研究表明,心肌缺血时ST段移位可能与损伤电流有关,而心电图对这种稳定的直流电成分响应较弱｡相比之下,心磁图能够更有效地响应直流电,因为他不受皮肤产生的稳定磁场的显著干扰,并且可以通过技术手段控制其他来源的干扰磁场｡这使得心磁图在检测心肌缺血方面比心电图更为灵敏[14]｡此外,心肌的纤维结构具有各向同性,主要表现为螺旋结构,导致电流路径较为弯曲｡如果心肌存在瘢痕或心肌梗死区域,电流路径会更加复杂,形成涡旋电流｡心磁图对这种复杂的电流路径变化更为敏感,能够更准确地反映心肌缺血或损伤的情况[15]｡

对于心电图正常的疑似缺血的冠心病患者来说,以一种完全非侵入性的､临床意义上相对简单的方法来识别,具有相当的临床意义｡临床上,许多患者由于对比剂过敏､肾功能不全､心律失常等原因,难以完成冠状动脉CTA检查｡心磁图仪的出现为临床医师提供了更多､更可靠的选择,能够改善心脏缺血的判断方式,并更有效地排除非缺血患者进行后续不必要的检测,从而减少患者和医院的费用[16⁃18]｡此外,对于已确诊为冠心病的患者或接受过介入治疗的患者,心磁图仪在后续跟踪诊断方面具有更为明显的作用｡这些患者接受侵入式诊断(如冠状动脉造影)往往受到限制,而心磁图仪作为一种无创､可重复的检测手段,能够为临床医师提供重要的参考信息,帮助监测患者的病情变化和治疗效果[19]｡

本研究结果显示,心磁图诊断冠心病的敏感度和特异度明显高于冠状动脉CTA｡与国内学者心磁图诊断冠心病的总符合率为88.60%,敏感度为89.63%,特异度为88.23%,阳性预测值为93.80%,阴性预测值为81.08%比较接近[20]｡心磁图在检测心肌缺血方面表现出更高的敏感度和准确度｡然而,心磁图在狭窄血管的精确定位方面不如冠状动脉CTA,因为CTA能够直接显示冠状动脉的解剖结构｡另外,由于目前不同医院使用的心磁图规格不同,判读方法也不一致,缺乏统一的判读标准｡既往研究大多样本量较少,缺乏国内的大数据研究｡因此,尽管心磁图在冠心病的诊断中具有明显优势,但其软件和分析方法仍需进一步升级,以便为临床医师提供更全面的信息,包括狭窄血管的定位和解剖细节｡这将有助于更好地结合心磁图和冠状动脉CTA的优势,优化冠心病的诊断流程｡

综上所述,心磁图仪在冠心病诊断方面具有广阔的应用前景｡其高敏感度､无辐射､无需药物注射､无创性､可重复性等优点,使其成为一种理想的诊断工具｡尤其是在围手术期术前评估方面具有快捷､方便､可重复性的特点,大大减少手术患者的等待时间｡未来,随着技术的进一步发展和临床应用的不断拓展,心磁图仪有望在心血管疾病的诊断和管理中发挥更大的作用｡

参考文献:

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[16]刘琳祺,杨舒雯,张欢,等.新型冠状病毒感染患者恢复期心磁图动态改变1例[J].中国医药,2023,18(6):912⁃914.

[17]黄骁,华宁,李玲,等.低温超导心磁图对冠心病早期诊断价值的研究[J].中国循证心血管医学杂志,2019,11(8):960⁃963.

[18]CMIA中国医药信息学心功能学术委员会,CPDE全国医药技术市场协会心功能信息学专业委员会.心磁图心肌缺血临床诊断专家共识[J].中国循证心血管医学杂志,2024,16(6):641⁃646.

[20]许锋,屠琛琛,杨舒雯,等.心磁图对于冠心病诊断价值的探讨[J].中华全科医师杂志,2023,22(11):1159⁃1166.

基金资助:首都卫生发展科研专项(首发2024-2-2073)~~;

文章来源:李格轩,韩蕊,郑梅,等.心磁图仪在冠心病患者冠状动脉评估中的价值研究[J].中国医药,2025,20(06):812-816.