心脏病诊断学发展史
19 世纪以前,以解剖学、生理学及病理解剖学的进步较为突出;到了19 世纪,出现了细胞学、细胞病理学和局部解剖学。19 世纪后半期,临床医学有了较大的发展。许多临床诊断辅助手段如血压测量、体温测量、体腔镜检查都是在19 世纪开始应用的。
(一)物理诊断
基本物理检查包括望、触、叩、听四步物理诊断法。扁鹊首先以测脉来判断生死,用心脏是否停止跳动作为判断死亡的标准,并沿用至今。直至20 世纪80年代,有些国家才以脑死亡来判断生死。亚历山大时期,赫洛菲洛斯(Herophilus,公元前300年)曾用滴漏法计数脉搏的次数,并仔细观察脉搏搏动。后来,圣托里奥(SLLeonel,1561~1636)制作了体温计和脉搏计。
1733年,赫尔兹(HalesS,1677~1761)将一根长玻璃管插入马的动脉,测量动脉内压力和血流速度。1847年,路得维希(LudwigK,1816~1895)采用计波器(kymograph)通过连接管与动脉内腔相连,持续记录动脉内压力。贝希(BaschSV,1837~1905)将充满水的囊袋压迫肢体动脉,该囊袋又与水银压力计相连,进行无创性血压测量。1896年,里洛罗基(RivaRocci)开始使用袖带式间接测量血压的血压计。1905年,克罗卡瓦(Korotkov)发现血压听诊的四个点,并以此来表达收缩压和舒张压,应用至今。1962年,西曼(Hinman)研制成间接动态血压监测仪,可显示血压昼夜变化的规律。
18 世纪后半期,奥地利医生J.L.奥恩布鲁格(Auenbrugger L,1722~1809)发明了叩诊。他的父亲是酒店老板,常用手指敲击大酒桶根据声音猜测桶里的酒量。后来,奥恩布鲁格把这个方法用在人的胸腔,以寻找“病灶”。经过大量经验观察,包括尸体解剖追踪,他创立应用至今的叩诊法,采用四指末端叩击体表以发现不同病变。叩诊法受到当时的守旧医生的轻视和嘲笑,未得到应用。直到19 世纪初,法国医生J.N.科尔维萨(Corvisa,1755~1821)经过20年研究后对叩诊加以推广,才促进了叩诊法在临床上的应用。雷奈克(Laennec R,1781~1826)从希波克拉底的遗著中得到了心肺可以听诊的启示,发明听诊法(最初用直接听诊法,后来用“听诊器”听诊)。他于1819年发表论文“间接听诊法”,并用这种新方法诊断肺部和心脏疾病。
叩诊法和听诊法的发明和应用奠定了物理诊断的基础,与望诊、触诊等检查方法相结合,形成了四步物理诊断法。
(二)心电诊断
心电检测是20 世纪建立起来并广泛应用于临床诊断和监测的重大技术成果之一。威勒(Waller AD,1856~1922)首次将弦线静电计通过电极导线与人体肢体相连,并记录到心脏电活动,首次证实除了鸽子、青蛙的心脏外,人类心脏也存在生物电。1897年,爱因多芬(Einthoven W,1860~1927)利用工业用新型电流计,发明了心电图描记仪。他从改良沃勒的毛细管电流计入手,进行了改进和校正,并对记录曲线的4 个峰点做了进一步分解和标定,采用P、Q、R、S、T 标出心电图上的波峰和波谷。1904年,在T 波之后他又记录到另一波,命名为U 波。他倡导的心电图波的命名法一直沿用至今。1912年,爱因托芬又研究了呼吸时心脏位置变动对心电图的影响,同时说明了三个导联之间的关系,提出著名的“爱因托芬三角”的概念,进一步为心电图原理和心电测量的方法学奠定了基础,使心电图成为20 世纪对心脏病患者进行临床诊断和监测的重要技术手段。
1920年,劳文斯(Lewis)经过研究认为,标准导联只能反映颌面心电向量的变化,便开始了心前区导联的研究工作。1934,威尔逊(WilsonFN,1890~1952)在Lewis 的研究基础上,根据Kirchhoff 电流定律,引入中心电端的概念,创设单极导联(单极肢体导联及单极胸前导联)。至此,心脏横面的心电向量变化得到一定程度的反映,改进了心电向量变化的检测。
1942年,高登博格(Goldberger)修改了单极肢体导联负输入端,将R、L、F3 端组成的中心电端改为两端组成的参比系RL、LP 和FR,消除探查电极(F、R、L)信号自身的共模抑制而得以放大。结果使记录图形波幅增大50%,故称为加压肢体导联(avR、avL、avF),并取代了单极肢体导联。1954年,由美国心脏学会推荐为国际通用,因而将十二导联(I、Ⅱ、Ⅲ、avR、avL、avF、V1~V6)称为常规导联,治用至今。1959年,计算机心电图应用于临床。这种心电图能自动处理体表心电信号,做出较正确的分析诊断。1959年,美国物理学家Hoher 首创动态心电图(Dynamic electrocardiogram),可被随身携带,连续24 小时监测人体心电变化,为临床医生提供了更全面的心电诊断手段。
1958年,艾伦尼斯(Alanis)在动物身上记录到希氏束电位。同年,斯达基(Stucky)首先在人身上记录到希氏束电活动。1969年,斯克莱格(Scherlag)和多明图(Damato)又经电极导管记录到希氏束电图。此后,这种导管技术与程序心脏电刺激技术、心外膜标测技术相结合,促进了临床心电诊断学的发展。1980年,豪姆巴赫(Hommbach)首次报告以体表信号平均技术记录心室晚电位,自此心室晚电位的研究日渐深入。信号平均心电图所记录到的心室晚电位在预测心肌梗死患者发生室性心动过速或心脏性猝死方面具有重要价值。随着计算机技术的引入,心电监测、心电模拟、计算机心电仿生、自动诊断、体表和心表标测、心律失常介入治疗等分支相继出现,使心电学进入了现代化阶段。
(三)放射诊断
1895年,伦琴(RontgenWC,1845~1923)发现X 线,并拍摄了他妻子的左手骨骼的第一张X 线照片,成为20 世纪物理学发展的一个里程碑式的标志。威廉斯(WilliamsFH)于1896年证明X 线可用于心脏和主动脉病变的诊断,1923年首次报告静脉肾盂造影。20 世纪30年代,出现周围动脉造影。古巴医生冈察雷斯(Gonzales)、美国人罗波(Robb)和斯坦伯格(Stein-berg)研究心血管造影。1938年,三人同时在国际医学会议上宣读自己的成果。1939年,冈察雷斯采用双相心血管造影术。20 世纪前半期,影像增强器、电视监控术及倾斜床均研制成功并应用。1963年,美国物理学家科马克(Kemac)首先提出图像重建的数学方法,并用于X 线投影数据模型。1967年,英国的工程师汉斯菲尔德(C.Hounsfield)开始了模式识别的研究工作。1971年第一张CT 片诞生。1980年,格奈梅(Gnammy)发明动脉和静脉造影的减影术,使造影剂的用量大为减少,所得影像却更为清晰。目前,多排螺旋CT 更可进行影像的三维重建,提高了心血管病诊断的准确性,可发现心血管器官结构和活动的异常。(https://www.daowen.com)
(四)磁共振成像诊断
1938年,美国人拉比(Rabbi)利用原子束和不均匀磁场研究原子核磁矩时观察到核磁共振现象;1946年,美国科学家柏塞耳(Purcell)和布路赫(Bloch)分别用不同方法在常规物质中观察到核磁共振现象,他们的发现和所用的方法成为现代核磁共振技术的基础。20 世纪50年代初,法国科学家卡斯特勒发明光磁双共振技术,使磁共振的探测灵敏度提高;20 世纪60~70年代,瑞士科学家恩斯特(Enst)用傅里叶变换方法获得高分辨核磁共振谱和二维核磁共振谱方面做出重要贡献;1973年,美国科学家劳特布尔(Lauterbur)首先采用磁场和射频相结合的方法来获取磁共振图像,为磁共振成像术奠定了基础。1978年,利用磁共振装备取得了第一幅人体头、胸和腹部图像。1980年,商品MRI 机出售,开始应用于临床。1990年,西吉奥格瓦(Seiji Ogawa)使用血液氧气水平反转成像检测到人体组织氧含量的差异。磁共振成像术使用高强度的磁场,通常不需要对比物质(造影剂)来产生清晰的心脏,特别是大血管图像,但是,较之CT、MRI 成像费时较长,且由于心脏处于运动当中,MRI 的心脏图像不甚清晰。
(五)超声诊断
1917年,法国科学家保罗·朗之万(Polo.Longewon)首次使用了主要由石英晶体制成的超声换能器,发明了声呐(sound navigation and ranging,简称SONAR),即声探测与定位技术,并成功地用于探测水下潜艇。20 世纪30年代,超声用于医学治疗和工业金属探伤,从而使超声治疗在医学超声中最先获得发展。1942年,丽斯卡(D.Lssik)首次报告应用超声技术诊断疾病。1946年,佛科斯通(Fircstone)等研究应用反射波方法进行医学超声诊断,提出了A 型(Ampli- tude mode)超声诊断技术原理。1952年,威尔德(Wild)首先提出二维回声仪(two-dimension- al echoscope)。1958年,赫尔兹(Hertz)等首先用脉冲回声法诊断心脏疾病,开始出现“M 型(Motion type)超声心动图”,同时开始了B 型(Brightness mode)两维成像原理的探索。1973年,鲍姆(Bom)报告实时超声显像仪,是第一个真正用于心血管疾病诊断的实时切面超声仪。1976年,佛朗恩(Von Raun)等研制成功相控阵超声系统(phased array ultrasound system),该系统又与M 型超声技术相结合,形成目前的心脏超声诊断仪。
1842年,多普勒(Doppler)发现多普勒效应。1961年,富兰克林(Franklin)首先用超声血流计检测周围血管的血流状况。1969年,连续波多普勒超声诊断仪(continuous-wave Doppler ultra Sonography)用于心脏的研究。1970年,贝克(Backer)引入脉冲多普勒超声诊断仪(pulsed Doppler ultra Sonography)。1967年,革兰密克(Gramiak)首先采用注射靛氰蓝绿进行超声声学造影。1975年,王新房教授首先提出过氧化氢心脏声学造影法。超声诊断已从A型(一维)、B 型(二维)发展到三维成像,可得到脏器的立体图;多普勒彩色血流显像,用颜色表示血液的流动及失常的血流(彩色多普勒),能确定和显示心脏和血管内血液流动的方向和速度;食管内超声心动图能在更接近心脏的部位进行探测,可获得更为清晰的图像或分析心脏后方的结构。超声心动图能够检测心脏壁的活动情况、心脏每搏泵血量(每搏输出量)、心包膜的厚度及疾病、心包内的液体量等。
20 世纪90年代,医学超声影像设备向综合化、自动化、定量化和多功能等方向发展,介入超声、全数字化电脑超声成像、三维成像及超声组织定性不断取得进展。超声诊断和药物试验相结合用于判断心肌缺血、心肌活力以及心脏功能;超声技术与导管技术相结合,可行心腔内和血管腔内超声检查,能显示血管壁结构的变化,有力地补充血管造影的不足。超声检查目前已成为心血管疾病基本的无创性检查,整个超声设备和诊断技术也呈现出持续发展的热潮。
(六)核素诊断
1896年,贝可勒尔发现天然放射性,这一重大发现是核物理学的开端。1926年,彼特姆盖迪(Bitlmgard)首次应用天然放射性核素测定动静脉血管床之间的“循环时间”。1949年7闪烁功能仪和1951年第一台自动γ闪烁扫描仪制成,用扫描机进行心血池扫描,成功地诊断了心包积液,并用于与心脏扩大鉴别。20 世纪60年代,核医学进入了一个更高的发展阶段,这一阶段最主要的进展是利用加速器和发生器(特别是Tc 发生器)生产出了更多和更符合临床要求的放射性核素,制备成功了多种的标记化合物。1962年,卡尔(Carr)等人首先应用131Cs进行心肌灌注扫描,为心肌梗死的诊断提供了一种准确而又无创的方法。
20 世纪70年代后期出现的放射性核素断层显像装置,80年代研制成功的心脑功能显像剂和单克隆技术的应用,使临床核医学进入了又一特色鲜明的新阶段,相继建立了心血管动态显像、心血池显像、心脏功能测定、心肌灌注显像、心肌阳性显像、心肌代谢显像和心肌活力等研究方法。1975年,第一台利用发射正电子的放射性核素进行脏器断层显像的仪器PET 研制成功,于20 世纪80年代相继实现了利用它和正电子发射体C、N、O 和F 的许多标记化合物进行了脑和心的血流灌注。1979年,研制成功了可以利用发射γ射线(即单光子)的常用放射性核素进行脏器断层显像的仪器——SPECT,价格是PET 和加速器的1/10,经过不断地改进和完善,现在已成为核医学常规设备。核医学显像与其他影像技术的结合,进入20 世纪90年代以来又有了新的发展,ECT 和CT、MRI 影像在同一仪器上拟合进行显像,既有良好的解剖定位效果,又发展了核医学显像反映脏器物质代谢功能的优势。
(七)导管诊断
导管诊断的发展经历了一个漫长的探索过程。17 世纪,赫尔斯(HalesS,1677~1761)用一根长玻璃管插入周围动脉,以测量动物血管腔内压力和血流速度。1844年,波纳德(Ber-nard)在其生理学研究中将导管插入了动物心脏,1879年,介绍了在动物身上经颈静脉、下腔静脉及股动脉插入导管的方法,称之为心脏导管术(cardiac catheterization)。1895年,海斯科克(Haschek)和兰登塞尔(Lindenthal)首次在截肢手的动脉内作动脉内注入造影剂造影。1910年,富兰克(Franck)和埃文斯(Alwens)在活狗及活兔的动脉内进行造影。1923年,血管造影始用于人类,德国的波比瑞斯(Berbefich)经皮穿刺将溴化锶水溶液注入人体血管内造影成功。1924年,美国的布鲁科斯(Brooks)用50%的碘化钠成功地作了第一例股动脉造影。1927年,盖科特莱那斯(Caxtellanos)、罗波(Robb)和斯登波戈(Steinberg)等先后采用了经前臂注射造影剂作心脏和大血管造影。1929年,医生福斯曼(Forssmann,W,1904~1979)在自身经左臂肘静脉将导尿管插入右心房,并拍下了医学史上第一张心导管胸片,证实人身插入心导管可行,从此拉开了人类心导管检查的序幕。之后,他相继9 次在自己身上进行右心导管术。1930年,捷克医生科伦(Klein)报告,根据Fick 法则,采用右心导管技术为18 例患者测得了心排血量。1941年,医生科纳德(Coumand)和理查兹(Richards)利用这一技术进行心血管血流动力学和呼吸生理研究,测定右心及肺动脉压和心排血量,诊断先天性和风湿性心脏病。1941年,佛瑞那斯(Farinas)采用股动脉切开插管作腹主动脉造影。
1949年,兹穆尔曼(Zimmerman)经动脉将导管逆血流插入左心,开创了左心导管检查术。1959年,斯万(Swan)研制成气囊血流导向导管,利于危重症患者床边血流动力学监测。同年,罗斯(Ross)发明房间隔穿刺术,将导管插入静脉而后经房间隔穿刺孔送入左心,为二尖瓣球囊成形术奠定了基础。1951年,Peizce 通过套管作经皮置管术。1953年,塞尔丁戈(Seldinger)发明经皮穿刺将血管鞘置于周围动脉或静脉,使心导管的插送更为便捷。1958年,宋斯(Sones)发明选择性冠状动脉造影术,奠定了冠心病的介入治疗基础。1967年,Amp-latz 和Judkins分别对冠状动脉造影导管进行了改进。目前,在行冠状动脉造影时,多选用嘉德肯斯(Judkins)导管,其次是Sones 导管,有时也用艾姆普莱兹(Amplatz)导管。1972年,波恩(Bom)将超声探头置于9 号导管头上,首次进行血管内超声检查。1980年,斯皮尔兹(Spears)研制成功冠状动脉内镜,与血管内超声、定量冠状动脉造影术共同组成现代“冠状动脉影像学”。目前,心脏导管技术日臻完善,在世界医学界引起了广泛的关注,掀起了一股研究和应用的热潮。