光学跟踪原理（斑点追踪的设计者错在哪里）

光学跟踪原理（斑点追踪的设计者错在哪里）斑点追踪测量的心肌应变曲线在体外试验中，病变组织的与正常组织的应力-应变曲线截然不同，通过力学测试反过来也可以推测器官或组织有无疾病，并且与细胞结构、基因变化相关联。目前生物力学实验室测定的组织均为取自实验动物器官的静止的片状或条索状组织，为了使测量结果精确可靠，取出的活体组织须在保持供氧及合适体温的液体中生存，此时机械拉伸测试获得的应力-应变曲线才真实准确。生物力学实验室测定生物组织应变的原理示意图虽然粘弹性是所有人体组织共有的力学性质，由于绝大多数生物体器官或组织都是静止不动的物质，在力学实验室在体外测量组织粘弹性（应变）时，通常使用应力测量仪，应用机械外力牵拉组织直至组织断裂，测定各种应力下的组织应变，以获取反映力学性质的应力-应变曲线。心脏的残余应力示意图

斑点追踪技术是超声心动图的新技术之一，尽管大量实验研究与临床试用报告均肯定了其作用，目前斑点追踪技术的主要临床作用是诊断心肌节段运动异常。即它仅仅是为解决超声诊断节段运动异常的工具而设计的。超声影像学技术自问世以来开启了无创伤性诊断各种心血管疾病的纪元，但是却对冠心病等疾病的诊断有很大的局限性。研制斑点追踪技术的目的是要突破超声对节段运动分析的瓶颈，不过目前尚无定论，仍存较大争议。

三维斑点追踪技术——测定心肌功能的重器

斑点追踪技术设计者的初衷是用该技术测量心肌的应变。世界上任何物质都有其应变值，应变是物质的粘弹性（Viscoelasticity）参数之一，力学界通常用应力-应变曲线来测量与体现物质的粘弹性。心肌粘弹性（Viscoelasticity）也是物质的力学性质（material properties）。生物力学中通常用本构方程（Constitutive equation）来描述生物组织的粘弹性。

本构方程是连续介质力学中用于描述物质性质的数学方程，是反映被测物质力学性质的数学模型，组成生物体的材料有着自身特殊的本构方程，可通过力学实验测试进行推算与论证。心脏与动脉血管生物力学特性的研究就是通过测试与计算心脏与动脉血管的本构方程，获取应力-应变关系，再将其转化为代表心血管材料物质的力学性质的常数。在实际操作中计算本构方程需要建立生理与疾病的病理模型，通过对被测试物体进行一系列力学实验来验证与导出其主要的计算方程。目前可以应用计算机通过本构方程算出应力-应变（Stress-strain）的关系。

生物力学实验室测定生物组织应变的原理示意图

虽然粘弹性是所有人体组织共有的力学性质，由于绝大多数生物体器官或组织都是静止不动的物质，在力学实验室在体外测量组织粘弹性（应变）时，通常使用应力测量仪，应用机械外力牵拉组织直至组织断裂，测定各种应力下的组织应变，以获取反映力学性质的应力-应变曲线。

心脏的残余应力示意图

在体外试验中，病变组织的与正常组织的应力-应变曲线截然不同，通过力学测试反过来也可以推测器官或组织有无疾病，并且与细胞结构、基因变化相关联。目前生物力学实验室测定的组织均为取自实验动物器官的静止的片状或条索状组织，为了使测量结果精确可靠，取出的活体组织须在保持供氧及合适体温的液体中生存，此时机械拉伸测试获得的应力-应变曲线才真实准确。

斑点追踪测量的心肌应变曲线

生物的大多数组织结构都是静止不动的，但是静止的组织（包括骨骼）在各种肌肉的组合下，组成了一个个活生生的动物及人类。肌肉是体内可以自主或被动运动的组织结构。尽管肌肉（包括心肌、膈肌、括约肌、骨骼肌等）是一种外形或体积规律变化的组织，但是动态舒缩的肌肉仍然是生物组织结构，测定肌肉组织的应力-应变曲线的原理仍然与其它组织一样，须采用力学实验室的机械拉伸来测试力学性质。

生物组织的应力-应变曲线

构成心肌应变的物质基础，即影响心肌粘弹性的主要成分不是心肌的收缩蛋白，而是 ①肌联蛋白（Connectin）；②微管(Myocardial microtubule)；③胶原纤维。肌联蛋白是肌小节的骨架成分，肌联蛋白为肌小节的组装提供了分子支架。聚合状态的微管浓度能增加心肌的粘弹性。

心肌收缩与舒张造成的心肌体积/长度周期性变化所采集的数据，仅仅是心肌自身体积的周期性变化。这种由肌肉运动产生的体积变化不是力学意义上被动机械牵拉测试所致的应变或应变率。所有生物体组织（如肝脏、脾脏、骨骼、牙齿、胸膜等）有各自的应变与应变率，都能够采用生物力学实验室的机械测试仪，通过拉伸测试获得力学性质的数据。斑点追踪技术只测定了心肌收缩蛋白的变化，它采用计算机技术扫描心肌超声图像上的像素，捕捉到的仅仅是心肌运动的信息，它所测定的肌肉容积变化及变化率不是力学意义上的应变和应变率，更不是心肌的收缩力，因此不能算作力学测量。把斑点追踪技术称作心肌力学测量的说法是无理论根据的。

生物力学实验室的应变测试示意图

采用生物力学实验室的机械拉伸来测试机体组织的力学性质，前提是要被测组织的零应力初长度，血管还须测量展开角。残余应力（Residual stress）与零应力状态(Zero-stress state)是计算生物力学应变的基础，可是斑点追踪技术设定的无负荷状态并不是零应力状态，目前超声或磁共振测定的零应变状态，不能获得准确的心肌初长度。另外，由于心肌不同于骨骼肌，心肌在收缩与舒张过程中，心肌的长度在舒张期处于伸展状态，是而是处于充盈负荷下心肌拉伸长度，它超出了心肌的初长度，故心肌舒张期末长度不是零应力状态的心肌长度。因此残余应力也是导致斑点成像测量误差的内在原因之一。超声斑点追踪测量不符合三维力学实验条件下粘弹性（Viscoelasticity）测试的基本条件。

斑点追踪测量的心肌长度不是心肌真正的初长度

虽然斑点追踪技术测定心肌长度或容积变化率，不符合生物力学测量原则，它测得的应变或应变率不是力学意义上的粘弹性；但是斑点追踪所测心肌体积的变化分数或变化速率的原理，近似于心室射血分数的测量，对于判断心肌节段运动还是具有实际应用价值的。