心磁信號探測的意義

　　人體磁場能夠反應(yīng)人體內(nèi)部各種組織及器官的信息。對人體磁場進(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，是人類較早研究的人體磁場之一。

　　心臟的心房和心室肌肉的周期性收縮、舒張伴隨著復(fù)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），心臟磁場檢測不受胸壁等組織的影響，并且心磁圖可通過多角度、多維度傳感器陣列對心臟磁場進(jìn)行探測，從而提供更多的心臟信息，實(shí)現(xiàn)對心臟病灶的精準(zhǔn)定位。相比于CT、核磁等心臟研究技術(shù)，心磁圖完全無輻射。目前心磁圖技術(shù)日益成熟，已有超過10萬例臨床應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

　　01冠心病

冠心病是常見病、多發(fā)病，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國冠心病患者已超過1100萬人。冠心病是最常見的死因，致死人數(shù)甚至超過所有腫瘤死亡人數(shù)的總和。針對冠心病，MCG主要是對心肌缺血造成的心肌復(fù)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(jié)果表明，冠心病患者的R-max/ T-max、R值、平均角度三項(xiàng)參數(shù)顯著高于正常人。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，MCG對冠心病患者的診斷準(zhǔn)確率明顯高于心電圖和超聲心動(dòng)圖。

　　參考文獻(xiàn)：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(jié)律以及沖動(dòng)傳導(dǎo)的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國心律失常患者人數(shù)為2000多萬。MEG可用于對心律失常患者病灶的準(zhǔn)確定位。Ito等研究人員對51名心律失常患者進(jìn)行研究，通過分析心磁圖的3項(xiàng)參數(shù)，能夠判斷導(dǎo)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(zhǔn)確率達(dá)94%。

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

　　03 胎兒心臟檢查

　　中國每年有約10-20萬先天性心臟病的患兒出生。當(dāng)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，無法準(zhǔn)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(zhǔn)確地反映胎兒的心臟情況，是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)在孕期檢測胎兒心臟活動(dòng)的手段。Campbell 等研究人員觀察了因胎兒室上性心動(dòng)過速而入院的兩名單胎妊娠患者和一名雙胎妊娠患者，運(yùn)用 MCG 來監(jiān)測孕婦及胎兒心律失常情況，并基于此開展藥物治療，結(jié)果顯示，研究中的3例胎兒心律失常患者均得到了有效的治療。

　　參考文獻(xiàn)：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(dǎo)式心磁圖儀和非超導(dǎo)式心磁圖儀兩種。

超導(dǎo)式心磁圖儀以磁通量子化和超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)效應(yīng)為技術(shù)基礎(chǔ)，是較早進(jìn)入臨床應(yīng)用的心磁圖儀。目前國內(nèi)外已經(jīng)有成熟的生產(chǎn)廠商，如：美國Cardio Ma、德國SQUID AG、芬蘭Neuromag、中國漫迪醫(yī)療、卡迪默克等。

漫迪醫(yī)療超導(dǎo)式心磁圖儀

超導(dǎo)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(dǎo)狀態(tài)，而隨著當(dāng)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進(jìn)口，因此導(dǎo)致其運(yùn)行成本極高，極大地限制了臨床應(yīng)用。然而心磁圖又具備顯著的臨床有效性，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(jì)探測成人心磁

　　原子磁力計(jì)是近些年發(fā)展起來的具有超高靈敏度的磁力計(jì)。2012年科學(xué)家利用基于堿金屬的原子磁力計(jì)，搭建了4通道超靈敏原子磁力計(jì)陣列（每個(gè)通道的靈敏度可達(dá)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(xiàn)：Phys. Med. Biol. 57 (2012) 2619-2632

由于基于原子磁力計(jì)的心磁圖儀幾乎沒有運(yùn)維成本，因此具有大規(guī)模臨床應(yīng)用的潛力。2017年，美國Genetesis公司開始進(jìn)行基于原子磁力計(jì)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(jì)的心磁圖儀CardioFluxTM，目前已投入臨床使用。

　　基于原子磁力計(jì)的心磁圖儀現(xiàn)已成為心磁測量領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，原子磁力計(jì)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(yùn)行成本。在國內(nèi)，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(yīng)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(xiàn)高靈敏度的磁場測量。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)，未來將引領(lǐng)人類在科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)等磁傳感領(lǐng)域進(jìn)入量子時(shí)代。