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磁共振弹性成像在脑组织中的研究及进展
磁共振弹性成像(Magnetic Resonance Elastography,MRE)是一种新的、无创性的以不同组织弹性特性为基础的成像方法.MRE技术目前已经能够广泛应用于人体众多组织器官中,特别是慢性肝病患者.由于脑组织组成结构的复杂性,该技术在脑部成像中发展缓慢,主要以健康人、神经变性疾病的患者为主,在脑肿瘤应用中也有一定的进展.与传统MRI相比,MRE能够反应脑组织微结构差异,对病变的检测及组成成分敏感性更高,具有广阔的发展前景.
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组织弹性测量之传统印压测试
与手触诊非常类似,印压测试使用比组织截面积小的压头对组织进行压缩,然后利用组织的反应力/形变测量组织的弹性特征.相对于触诊,印压测试的结果具有定量化和客观性强的优点,同时由于它对被测试组织准备没有特别的要求,可以进行无创测量,因此被大量用于各种活体组织弹性的测量,是应用广泛的组织弹性测量技术之一.传统印压测试系统一般使用印压头的位移代替组织的形变,测试强调结果而不特别强调系统本身的实用性.近年来,该领域发展了一些新的印压系统,如超声印压和水冲印压系统,这些系统不仅可以很好地完成印压测试,而且具有便携性和可微型化的特点,所以在临床应用方面具有很大的前景,我们称这些系统为新型印压系统.本期我们主要介绍传统的印压测试和系统,先简要同顾它们的发展历史,然后重点介绍印压测试分析方法,以及在弹性测量里面的典型应用,后小结全文.
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离体软组织弹性的常用测试方法和应用
弹性是软组织-个很重要的力学参数,可用于生物力学系统的建模、分析和病灶的诊断及治疗手段有效性的评估.根据弹性力学和材料力学基本知识,可用标准测试例如压缩、拉伸、扭转和弯曲等来测量组织的弹性特征.这些测试的优点是边界条件简单,很容易直接获得组织的本征弹性参数例如杨氏模量、剪切模量或者泊松比.但是因为测试需要准备形状规则的样本,所以这些方法仅适用于离体组织的测量.结合适当的粘弹性模型,这些标准测试还可以用于测试组织的非线性粘弹性参数.因为可以方便测得组织很重要的基本弹性特征,这些离体组织样本测试方法还是被大量用于实际测量当中.这期我们将对离体组织样本的常用弹性测量方法作一些介绍,并分析这些测量方法及相关力学模型的优点和缺点,后以软骨的离体样本测试为例说明这些弹性测试方法在生物医学相关领域的应用.
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基于超声的组织弹性测量之剪切波传播法
近年来,随着临床实践上肝脏硬度检测的广泛开展,软组织弹性的测量也受到广大科研和医护人员的重视.除了弹性的直接测量法(印压和压缩测试)外,剪切波传播测量法也是一种实用的间接测量组织弹性的方法,如在肝脏硬度检测里面广泛使用的瞬时弹性测量技术,就是利用剪切波的传播速度方法来测量肝脏组织的弹性.该方法的原理是根据剪切波在组织里面的传播速度与组织剪切模量的理论关系,利用测得的剪切波的传播速度来计算组织的弹性系数.在组织中产生剪切波的方法有很多种,常用的包括外振动器振动法和声辐射力振动法.振动的形式也可以分为连续性振动或脉冲振动.超声是一种常用的探测振动传播的方法,其B模成像功能还可以用来引导测试的感兴趣区域,增加探测的准确性.本文主要介绍利用超声对剪切波传播进行测量,然后获取传播参数用以计算组织弹性的方法.首先介绍测量的原理和各种相关技术,然后介绍这些方法在组织弹性测量中一些热门的应用,后对该领域存在的不足和对未来的发展前景进行总结和展望.
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超声热效应下海藻酸钠微球力学特性模型分析
目的：对超声刺激产生的热效应下海藻酸钠微球机械特性变化进行模型分析。方法采用压缩实验，对微球压缩率、压应力进行记录，通过赫兹模型测量其剪切模量。在不同的超声刺激条件下，如改变超声刺激时间、超声刺激强度和超声刺激脉冲比率，检测超声刺激后微球水溶液温度和微球剪切模量的变化。对微球在不同温度下，剪切模量的变化进行模型化分析。通过实验再次验证模型对于预测微球剪切模量的高度可行性。结果超声刺激引起被刺激水溶液温度升高以及海藻酸钠微球剪切模量的升高；通过模型分析，获得海藻酸钠微球剪切模量和超声刺激后与水溶液温度相关性，以及二者的关系函数。结论海藻酸钠微球剪切模量和水溶液温度的关系函数可作为不同温度下微球剪切模量的预测模型，为海藻酸钠微球在具有温度变化环境中的应用提供良好的基础研究支持。
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实时剪切波弹性成像测量猪离体心脏心肌剪切模量
目的 研究猪离体心脏左室壁心肌剪切模量大小的分布规律.方法 取4枚新鲜离体猪心,采用实时剪切波弹性成像技术,在探头方向与左室长轴或短轴平行两种情况下,分别测量各心脏左室前壁心外膜下层、中层和心内膜F层心肌的剪切模量.结果 探头方向与左室长轴平行时,测得左室前壁中部心外膜下层、中层、心内膜下层心肌剪切模量分别为( 46.04±17.07)kPa,(87.70±29.67) kPa,(115.73±30.04)kPa;探头方向与左室短轴平行时,心外膜下层、中层、心内膜下层心肌剪切模量分别为(78.71±26.48)kPa,(77.08±34.00)kPa,(70.69±41.38)kPa.结论 通过实时剪切波弹性成像技术测得的左室壁心外膜下层、中层及心内膜下层心肌剪切模量大小不同,且同一部位心肌在切面不同时剪切模量大小也有差异.
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基于Zener模型的生物组织剪切模量测量
目的 克服基于Voigt模型的超声振动检测方法的不足,使用Zener模型更加准确地测量生物组织剪切模量,为组织定征提供有效的手段.方法 利用基于力学模型本构关系的剪切波传播速度公式,在获得剪切波在多个频率上速度的前提下,通过数学方法估计出介质的剪切模量.实验对象为不同浓度的凝胶模型和不同程度热力学损伤的猪肝脏,通过超声辐射力振动产生剪切波,获取剪切波在不同实验介质中的传播速度.结果 分别用Voigt模型和Zener模型对速度值进行拟合,结果均显示Zener模型描述的准确性更高,并且所估计出的剪切模量能够很好地区分不同浓度的凝胶模型或不同损伤程度的猪肝.结论 本方法为无创测量生物组织剪切模量提供了潜在的手段,对医学上的组织定征和疾病诊断有着重要的意义.
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磁共振弹性成像的初步实验研究
目的:研究磁共振弹性成像(MRE)技术.方法:研制外部激发装置,设计成像脉冲序列,制作模拟人体软组织的体模.激发装置由序列控制,于体模表面产生低频率剪切波.脉冲序列采用梯度回波序列,在x、y或z轴上施加运动敏感梯度(MSG).剪切波导致的介质内的周期性移位可使接收信号产生周期性相位位移,从测得的相位位移就能计算出每个体素的移位值,直接显示介质内剪切波的传播.通过调整相位偏置,获得一个完整周期内剪切波的动态传播图像.相位图经局部频率估算法(LFE)处理后计算出量化的弹性模量图.实验采用浓度为1.0%和1.5%不同弹性的琼脂凝胶体模,激发频率分别采用150Hz、200Hz、250Hz和300Hz.结果:MRE的相位图显示了剪切波在体模内的传播,剪切波的波长随激发频率和体模弹性变化.波长与激发频率呈反比,与体模弹性呈正比.剪切波的波长在不同激发频率和不同浓度体模之间呈严格的比例关系.计算出的弹性模量图清楚显示了两种浓度介质的弹性对比.结论:MRE的相位图可显示剪切波在介质内的传播,弹性图可量化和显示介质的弹性模量.
