1903年 Einthoven首创心电记录， 1929年 Forssmann开创心导管技术， 1945年 Block和 Purcell发现磁共振（ MR）现象， 1973年 Lauterbur和 Mansfied引入梯度磁场编码定位 MR信号源等，这些获诺贝尔奖的重大发明使磁共振成像（ MRI）和心脏起搏（ CP）造福人类。 MRI采集氢核共振发出的电磁信号，揭示人体细胞、组织、器官的形态与功能，是继 X线 CT、同位素 CT和超声扫描后，临床诊断领域最重大的突破； CP进展迅猛、疗效卓著，已经和正在挽救千万个宝贵生命和改善患者生命质量。鉴于起搏系统（ IPG）受电磁干扰（ EMI）可能危及生命， MRI迄今禁用于植入起搏器的患者。心脏起搏与 MRI兼容将使众多患者受益，该研究热点近年取得突破。本文讨论起搏患者行 MRI的风险及对策。
一、磁共振成像和心脏起搏的重要价值
绝大多数情况下 MRI优于 X线 CT，几乎适用于全身所有疾病（如肿瘤、炎症、创伤、缺血、代谢紊乱、退行性变、先天畸形等）的定性与定量。因位置固定、不受呼吸和胃肠蠕动影响，中枢神经系统应用最多（约占 55%）效果也最优。 MRI良好的脂肪等软组织分辨率和流空效应，可清晰显示大脑、头颈、胸、腹、盆腔、四肢、血管的解剖结构和功能，是诊断与鉴别多种重大良 /恶性疾病的最佳选择，其多方位、大视野、任意断面多参数清晰成像的优势尚无其他方法可替代。由于诊疗价值提升、适应证拓宽和人口老龄化， MRI和 CP（心脏起搏）的数量均飞速增长， 1993～ 2002年美国 MRI例数从 770万增至 2200万， 2007年达 2750万，全球达 6千万，且以每年 10%速度增长。全球起搏器应用人数已达 5百万， 1项随访 12个月的研究中 17%起搏器患者需行 MRI。 50%～ 75%的患者在起搏器工作寿命期间需接受至少 1次 MRI。 80%起搏器患者年龄＞ 65岁。 65岁以上人群需 MRI检查和起搏治疗的几率是 65岁以下人群的 2倍。因植入式起搏器（ IPG）可能受到 MRI环境电磁干扰（ EMI）而威胁患者安全，日益庞大的群体将难从 MRI获益。美国每年约 20万起搏器患者不得不放弃 MRI，欧洲 200万依赖起搏器生存的患者也因此禁行 MRI，全球每 5 min就有 1位患者因植入起搏器而被迫放弃诊断价值极高的 MRI。 X线 CT的辐射有累积效应，重复应用增加医患癌症风险已倍受关注，医用 MRI则无创无辐射、无需碘造影剂、不引起人体基因变异或婴儿发育障碍、对人体无有害生物学效应，加之起搏与 MRI适应人群高度重叠，均多侧面凸显心脏起搏与 MRI兼容的现实需求和刻不容缓。
二、起搏器患者行磁共振成像的潜在风险
随身音乐播放器（ MP3）微弱的 EMI引起 IPG故障已见报道， MRI 3种电磁场的 EMI远强于 MP3，更可能干扰 IPG。有报道起搏器患者行 MRI至少发生 10例死亡，其中 3例确认心室颤动（ VF），多属起搏器依赖，提示 IPG与 MRI相互作用可威胁患者生命。因此，禁行 MRI见于所有起搏器产品的标签，尽管承认 MRI的获益有时大于潜在风险，美国食品药品管理局（ FDA）、美国放射学院（ ACR）、北美放射学会（ RSNA）和国内外教科书均将植入心脏电治疗装置的患者列为 MRI绝对禁忌。 IPG含铁磁性金属元器件、复杂电路和至少 1条心内导线， MRI的 3大磁场使其面临潜在干扰，场强不断增大的背景下尤其如此。 2004年以来多项动物实验和人体观察提示，多数 IPG/植入型心律转复除颤器（ ICD）可在 MRI环境中安全运行，但确实发现多种异常，正是这些异常使 FDA坚持不推荐传统起搏器人群接受 MRI。研究提示，因强 EMI与起搏器电路和铁磁性元器件复杂相互作用， MRI环境下传统 IPG有下列风险：
1.磁控开关紊乱：磁铁试验时专用磁铁贴近胸部起搏器，可将任何起搏器的工作频率切换为磁铁频率，这时起搏器失去感知和按需功能，以工厂预设的固定频率竞争性起搏，借此可评估起搏器状况，磁铁频率与患者自发的折返性心动过速竞争还可终止后者。传统起搏器簧片式磁控开关在 MRI环境中的状态有不可预料性，主磁场如使其分离，起搏保持 DDD/VVI/AAI模式，心室过感知将抑制起搏，心房过感知将超速跟踪；主磁场如使其闭合，起搏保持 DOO/VOO/AOO模式，自身心率被非同步刺激竞争可诱发室性心动过速（室速） /心室颤动（室颤），均威胁患者安全。有报道 DDD起搏器进入磁孔后自动转换为 DOO，扫描期间簧片开关失活又回复 DDD并被 EMI干扰而完全抑制，危害起搏依赖的患者。起搏模式切换发生率 1.6%，单极发生率高于双极，影响因素包括起搏器的感知灵敏度、 IPG与干扰源的距离、磁场强度和方向。
2.起搏器电重置：电重置即起搏参数意外恢复出厂设置，原用于电池耗竭前以最简单而节能的起搏方式保护患者。电重置情况下梯度场可能抑制起搏导致心率过低，也可使患者处于竞争起搏状态。电重置可引起暂时性或永久性抑制起搏。 Sommer报道接受 MRI测试的 115例起搏器中 7例发生电重置（ 6.1%）。
3.“微波炉效应”：电流即带电离子定向移动，前提是有可移动的电荷、有驱使电荷的电场力且无阻碍电荷移动的绝缘屏障。过长的单级绝缘导线等同于暴露在扫描区的天线，可采集到射频（ RF）场的电流成分，其大小与 Lamor频率、主磁场强、翻转角等有关。梯度场所致发热多可忽略， RF场引发的导线尖端发热局限在数个立方毫米范围，与电阻效应有关，在低阻抗金属导线参与构成的回路中，电流密度最大，发热也最明显，尤以电极 /心肌界面最显著，有可能造成起搏阈值升高导致失夺获和电极周围心肌热损伤甚至穿孔，残留体内的电极仍有此危险。模拟实验中， MRI 0.5 T和特殊吸收比率（ specific absorption rate， SAR） 1.3 W/kg， RF场引起的电极升温高达 23.5℃， MRI l.5 T更高达 63.1℃，已接近心内旁道消融所需能量，影响因素包括主磁场强、 RF功率 SAR、导线位置 /长度 /极数、与 RF线圈中心的距离、扫描时长、电极周围血流和患者起搏依赖程度。
4.起搏系统损毁：像磁铁靠近点亮的交流灯泡灯丝会抖动一样，起搏导线的铁磁性金属成分在起搏电流或来自 RF场的感生电流通过时产生磁场，与强大外磁场相互作用也会使导线抖动，增加电极脱位的风险。静磁场对 IPG的铁磁性元器件产生强大磁力，导致起搏器和 /或导线震颤、抖动、脱出、磁化、外壳发热、元器件或电路完整性损坏，交变磁场干扰程序运行或电重置、诱生电流导致感知不良、起搏不良、电路和元件损坏等，如不能在脱离 MRI环境后消失则 IPG损毁。避开胸部的 MRI可大大降低 IPG损毁的风险。
5.起搏系统失灵：胸壁刺激试验用频率超过体内起搏器的电脉冲刺激胸壁，使按需起搏器误感知而抑制，借此检测患者的起搏器依赖程度和起搏器感知功能（自身心律持续 1h、 1 min、偶见自身心搏、无自身心搏，分别判定患者为起搏器依赖Ⅰ～Ⅳ级）。 MRI在导线中诱生的电流虽不一定夺获心脏，却与该试验类似，可造成起搏器漏起搏或误跟踪。 MRI期间，等同于容积导体的患者和 IPG暴露于强而低频的梯度磁场，起搏导线中诱生的电场只出现在梯度磁场发生及其后 15 ms内，根据法拉第原理，诱生电场的强度是梯度场强的函数，如导线近端未被绝缘，导线借助起搏器主机和人体可形成回路，则电场在导线两端形成的电流最强，该电流与起搏脉冲随机叠加，既可增加也可减弱起搏电流，当磁生电场足够强大时还将仿真起搏脉冲，成为对心肌的阈上刺激而引发恶性心律失常，反之将抵消起搏器发出的既定脉冲而丢失对心肌的有效夺获，均对患者构成威胁，双极导线也可在＞ 100 T/s·m的梯度场中发生类似干扰，成像序列的磁场发生时间占比太高（如 100%）也使干扰几率增加。 MRI期间心肌受到高频刺激可能因 DDD或 VDD模式下，导线内梯度场诱生电流“假冒”心房电活动引发心室跟踪，心室率将被跟踪上限锁定，程控起搏模式为 DOO可避免。超过 300次 /min的刺激与误感知 /误触发无关，可能是 RF脉冲干扰起搏电路，对策是及时发现并中断 MRI。梯度磁场可使受激励组织感生电流，多数情况下电流强度远低于刺激心脏、神经和肌纤维所需强度，偶可引发超越程控上限的高频率电刺激。
6.干扰磁共振成像图像：由于绝大多数起搏器患者行 MRI的研究不直接扫描埋植 IPG的胸部， IPC干扰 MRI的报道较少。有研究发现胸部扫描时，起搏器和导线作为金属异物，本身及其产生的伪影会不同程度遮挡病变区域，如果引起扫描区温度变化和心率、呼吸波动，也会降低磁场均一性而影响图像质量。
需要强调的是：迄今 MRI相关并发症率极低的结果仅来自＜ 2000例的观察，且均在条件好的少数中心完成，提示起搏器患者行 MRI罕见不良事件可能存在漏报。目前提示 MRI仅引起“起搏阈值轻微上升”或“电池容量轻微下降”等“良性变化”的短期研究尚需延长随访期追踪观察。为追求更清晰的图象和更短的成像时间，未来 MRI的静磁场强可高达 10.0 T、梯度场强和斜率以及 RF频率和功率也将更高，是否干扰现有和未来各型 IPG尚须深入研究，现在安全的 IPC和 MRI扫描方案不代表未来安全。
三、为使起搏系统与磁共振成像兼容所做的改进
1.改进起搏系统：半个世纪前推出首台埋藏式起搏器的美敦力公司经 20年研发推出的 EnRhythm MRI（ rM） SureS-can起搏器和 CapSureFix MRI 5086配套导线，作为首款 MRI兼容 IPG先后被欧洲 CE和美国 FDA批准用于 MRI环境，标志着可埋藏心内电治疗装置进入新的时代。百多力公司也研制出 ProMRI兼容 IPG但尚未见国内应用报道。美敦力公司 SureScan起搏器为避免 MRI危害，做了以下设计改进：①改进磁控开关，传统簧片开关被 Hall传感元件取代，降低了 MRI环境下磁控开关的不稳定性（图 1）；②改进电路设计，降低 EMI导致电重置的风险，增设内部电源保护电路，避免 MRI损伤内置电源引发电重置；③最小化使用铁磁性元器件，减少强磁场对起搏器的吸引力和对内部电路的干扰，减少 MRI导致的起搏器扭动、升温；④增设专用于 MRI环境的起搏模式， MRI“on”时，医生可根据患者自身心率选择 DOO、 AOO、 VOO、 ODO模式，工作频率也在 30～ 120次 /mm间多挡可调，专门设计的软 /硬件在 MRI期间高效、简便地暂停或弃用起搏器的复杂功能（如诊断数据收集和对房性心律失常的干预）。最大限度减少 EMI干扰；⑤改进起搏导线，导线内芯由 4股合金丝绕制改为 2股绕制，减少铁磁性金属含量，减少导线内合金丝扭转斜度、尺寸、阻抗等，降低导线与梯度场和 RF场的相互作用，减少导线尖端发热。增加导线输入滤波电容弱化磁诱生电流。主动固定减少脱位，双极配置降低“天线”效应。起搏器和导线上增加不透 X线的特殊标记，便于临床快速识别该起搏器是否属 MRI兼容。不过作者运用 2例感觉导线偏软，可操纵性不如传统导线，需反复运用积累手感。
Hall开关的开启或闭合不受磁场干扰，簧片开关则在特定磁场力作用下开启或闭合，一旦磁场强度超出规定范围，开关运作将发生紊乱
图 1 两种不同的磁控开关
2008年 8月 ESC发布 Sutton等对 SureScanTM IPG有效性、安全性的多中心、对照研究： 464名植入 SureScan IPG的患者随机分为 MRI组和非 MRI组，平均随访 11个月， MRI场强 1.5T。 IPG安全可靠，无 MRI相关并发症（ P＜ 0.001）， 4个月观察 MRI组与对照组的导线阈值差异无统计学意义。未发现 MRI期间心律失常或失夺获。鉴于我国绝大多数医院使用≤ 1.5T的 MRI设备，推广应用具可行性。
2010年 Wilkoff等报道针对同一样本 MRI兼容 IPG安全性和有效性的多中心、前瞻性对照研究， 1.5T环境下特殊扫描序列（体线圈覆盖区域高于第一颈椎和低于第十二胸椎平面，确保植入 IPG的胸部不被直接扫描。） 464例起搏患者中 211例接受 MRI，扫描前后监测和 1个月后随访，所有 MRI顺利完成（含 158例非同步起搏和 67例暂停起搏），无任何相关并发症。 MRJ期间无死亡，但随访结束死亡 6例比对照组多 4例。起搏阈值在 SAR超标的 7例中有 l例增高，均未引起感知、阻抗和起搏阈值变化，提示导线尖端温度未达有意义的上升。改进的 IPG未发生电重置或不恰当电刺激。这些正面结果为世界各国 2009年以来批准 SureScan起搏器上市扫清了障碍。但权威专家们不建议对以上研究结果过度解释或滥用。
2.改进起搏技术和磁共振成像方案：我们从本院放射科专家处得知，少数患者植入合金材料制造的人工关节、冠状动脉支架、血管银夹、钛钉等后，因诊断急需已接受 MRI并未发生不良事件，提示植入顺磁性极弱的金属材料有可能从 MRI绝对禁忌逐步转变为相对禁忌。开发 MRI兼容 IPG或合理设置起搏参数或改进 MRI实施方法都是近年来使起搏患者安全接受 MRI的有效途径。大量研究致力于减少或消除 IPG与 MRI的不良相互作用。低于 3.0T的观察中未证实不良事件发生，但仍不能确认安全。 52例起搏器 /ICD患者共进行 59次 MRI扫描，均程控为 VVI/DDI模式，保持消磁状态，起搏阈值无变化，发生小幅度的感知振幅与阻抗降低。 7次扫描显示明显的心室非同步。有报道采用起搏脉冲门控触发的不应期 MRI扫描， 8个患者 12次检查均安全完成。对于起搏器非依赖患者， MRI期间暂时关闭起搏功能是最简单的 EMI消除方法。 32例起搏器、 45条起搏导线接受头部 MRI，最大 SAR=3.2 W/kg， 3.0T，术前程控为 60次 /min VOO或 DOO模式，随访 3个月，提示特殊设计的方案行头部 MRI安全有效。 44例起搏器患者接受 51次 0.5 T的 MRI，事先程控为 AOO/VOO/DOO模式，有限制地暴露于 RF场（每次成像时间不超过 10 min，两次成像至少间隔 5 min，不做增强扫描和梯度回波扫描），无起搏故障发生，无起搏参数改变，无起搏器囊袋发热、起搏器抖动、心悸、头昏、疼痛等不适，最大导线尖端温度升高在 SAR=0.6 W/kg为 8.9℃， SAR=1.3 W/kg为 23.5℃。 VOO起搏器靠近 MRI设备，由于簧片开关被强大的静磁场启动，原有工作频率自动转变为磁铁频率，待起搏器随人体放入磁洞中心区后，簧片开关失活，起搏频率又恢复原有模式，关闭 VOO以外的起搏器功能，取双极感知、起搏配置。有报道如场强 0.5T、 SARO.6 W/kg、梯度斜率 6.8T/S.M，只做胸部以外的 MRI对传统起搏器患者是安全的。
非 MRI兼容起搏器患者接受 MRI的前提：①患者重大疾病的诊断急需 MRI且无其他可替代的方法；②个体化评估后做 MRI利大于弊；③所在医院伦理委员会批准，风险告知后征得患者签字同意；④起搏器植入 3个月以上；⑤备齐可在 MRI环境使用的多参数无创监护设备和药品；⑥有心脏科医师携程控仪全程陪伴；⑦ MRI硬件参数和扫描序列在允许范围。心率≤ 60次 /min，则 VOO模式防止起搏抑制，心率≥ 60次 /min则 VVI模式防止竞争性起搏。显然，不应在难于满足上述条件的基层医院常规开展起搏器患者的 MRI检查。
现有 MRI兼容 IPC均限定条件下才是安全的，比如：扫描区尽量高于第 1颈椎和低于第 12胸椎，全身 SAR≤2.0 W/Kg、头部 SAR≤3.2 W/Kg，术中严密监护血氧饱和度和心电、可视对讲。 65岁以上，有高血压、糖尿病、冠心病等脑卒中高危因素，有骨关节炎、脊柱相关疾病史，有肿瘤高危因素，植入起搏器前已有 MRI检查史，或一般状况良好、需终生依赖起搏的年轻患者，均应首选 MRI兼容 IPG。如功能不亚于传统 IPG且价格增幅在患者可承受范围，所有新植入 IPG的患者似应尽量采用 MRI兼容产品。我们为 1位男性、 67岁肺癌术后 5年合并病态窦房结综合征的患者植入美敦力公司 MRI兼容 SureScanDDD起搏系统，因定期复查血中肿瘤标志物可疑阳性，术后 2个月告知风险、锁定上述限制条件并严密监护下实施了胸部 MRI检查，扫描过程顺利完成，未见肺癌复发。植入美敦力公司 SureScan起搏器的患者行 MRI须满足下列条件：①同时植入 SureScanTM起搏器和原配电极导线且已超过 6周；②起搏器埋植在胸部；③起搏阈值≤ 2.0 V、 0.4 ms；④导线阻抗 200～ 1500 Ω；⑤体内无其他导线、装置、适配器等；⑥起搏器预置在 MRI“on”模式并在 MRI结束后尽快脱离该模式；⑦用 1.ST的设备；⑧正常工作模式下 RF场的全身 SAR＜ 2 W/kg；⑨除非特别必要，尽量不做胸部扫描。
3.小结： MRI与 IPG不良相互作用的风险使起搏器患者尚属 MRI绝对禁忌，已知不良事件包括起搏抑制，竞争性或高频率起搏、导线脱位、穿孔、起搏失夺获甚至 IPG损毁等。伴随 MRI与起搏的迅速普及和人口老龄化，越来越多起搏器患者面临做与不做 MRI的艰难抉择。植入 MRI兼容 IPG的患者行 MRI检查前必须程控并同时满足特定条件。何时、何种情况下需用全套 MRI兼容起搏器替换原系统尚无定论，技术改进可能使许多植入传统 IPG的患者不再属 MRI绝对禁忌，起搏依赖程度低的患者尤其如此，但必须监测血压、心电、氧饱和度，备齐复苏设备、扫描前程控起搏参数、扫描后核查并重新优化参数。针对起搏与 MRI，修订指南、宣教医患已十分必要，研发与 MRI兼容的 ICD、 CRT也迫在眉睫。
