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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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二维超声斑点追踪显像评价正常人及冠心病患者的心肌运动
目的:探讨二维超声斑点追踪显像(STI)评价心肌运动在正常人及冠心病(CHD)患者的临床应用价值.方法:选取正常人40例,经冠状动脉造影(CAG)证实至少1支主要冠状动脉狭窄≥75%～90%的冠心病患者40例.分别应用二维超声斑点追踪显像技术测得左室纵向应变、径向应变、圆周应变及旋转角度,对两组间各参数值进行对比分析.结果:正常对照组室壁各节段运动在同一水平无显著差异(P＞0.05).冠心病患者室壁运动各水平纵向应变、径向应变明显低于正常对照组(P＜0.05),圆周应变及旋转角度无显著降低,差异无统计学意义(P＞0.05).结论:STI为冠心病的诊断提供了一项无创检查依据,更将冠心病患者的局部心肌运动程度量化.
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超声弹性成像的研究进展
弹性成像能够获得组织内部的弹性分布的定量信息,因此具有重要的临床价值和广阔的应用前景.本文综述了超声弹性成像近年来取得的研究进展,包括在理论上、算法上、实用化方面、应用领域和活体实验方面的进展,并对未来比较重要的发展方向作了总结.
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按摩让生活更加性福
有一次,我跟一位老中医闲聊,婉转地提出了性这个问题,他说可以试试穴位按摩的方法.他说,人们在冬天之所以会性欲减退,是因为此时潜意识要求人们处于静止状态,以免热量流失.另外,寒冷天气会令人的反应变得迟钝,性兴奋难以形成.穴位按摩可以令体内血气运行加快,刺激人体激素分泌,从而提高"‘陛趣".从心理角度上看,夫妻相互按摩,对两人的感情也有莫大的帮助.
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利用数字散斑法分析不同手法对腰背部深浅肌群肌肉应变的影响
目的 应用数字散斑图像相关技术分析不同手法对腰背部深浅肌群肌肉应变的影响.方法 在新鲜尸体腰椎标本竖脊肌表面喷涂散斑,在MTS 858生物力学试验系统上进行拉伸及旋转实验,利用数字散斑法测量竖脊肌表面在不同力学条件下的肌肉应变.结果 对比3种不同条件下深浅肌群的不同部位肌肉应变变化发现,手法对浅层的横跨颈、腰、胸不同区域的动力型大肌群应变影响较小,对深层肌群应变影响较大.结论 数字散斑图像相关技术为中医手法力学的客观化和量化研究提供了技术支持.
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外固定器在体轴向加压骨断端压力长期变化的实验研究
目的:定量分析外固定器在体轴向加压时不同加压量、不同时期骨断端压力变化规律.方法:建立在体骨轴向加压断端压力测试动物模型,27只大耳白兔随机分为A、B、C三组,并分别加载1.5、1、0.5倍动物体重,以应变片为传感器,测量固定针应变.定标后15 d内每日测量固定针应变变化并转化为骨断端压力.结果:外固定器轴向加压15 d内在体骨断端压力持续下降,第15天在体骨断端压力剩余百分率:A组96%;B组96%;C组98%.结论:外固定器轴向加压15 d内在体骨断端压力持续衰减,且衰减幅度逐渐减少;15 d左右趋于稳定(≥额定压力的95%).
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“顺筋利节”理论指导“提拿”手法治疗腰痛的临床观察
“提拿”手法在祖国医学“顺筋利节、行气活血”这一理论指导下用于临床治疗腰痛.笔者用现代物理力学、生物力学阐明祖国医学“顺筋利节、行气活血”理论及“提拿”手法的作用机理.腰痛是由急性外伤或慢性劳损造成腰府“筋损节涩、血瘀气滞”所致.“提拿”手法因瞬间产生强大的虹吸力及负压力,能瞬间改变“筋聚”“筋结”即“结节”内在的“应力”,同时促进“结节”外在的“应变”趋向正常,“筋出槽”得以回位,“关节紊乱、卡锁”得以纠正;局部“瘀血肿胀”内的“张力”得以下降、消散,促进血液循环特别是静脉血回流,更易于炎性渗出和致痛物质排出、吸收,从而解除肌、腱、筋、膜痉挛等,终达到“筋顺节利、气血通畅”,即腰部伤、损部位的组织结构及力学平衡均恢复到正常的目的.附“提拿”手法治疗腰痛558例加以佐证.
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基于形变模型和微分同胚配准的超声应变分析
通过改进的三维形变混合模型分割算法及微分同胚非刚性配准算法对三维超声图像进行应变分析，以得到稳定可靠的超声应变图像。方法首先，使用各向异性扩散滤波器进行降噪处理，再使用二维投影的区域生长算法对左心室进行粗分割，然后通过形态学操作得到较为精确的分割。在此基础上使用三维参数形变模型，实现精确的心脏图像分割。后以心动周期内心室第一帧图像的三维分割为参考模型，利用微分同胚非刚性配准算法对后续图像配准，获取心室位移场，并进行应变估计。结果实验结果显示，该方法具有很高的效率和准确率。结论本方法得到的应变分析，符合心脏解剖学特征，对辅助诊断心室疾病具有一定意义。
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超声弹性成像用于高强度聚焦超声损伤的检测
采用超声弹性成像的方法检测高强度聚焦超声在动物组织内产生的损伤.结果表明,聚焦超声的损伤在应变分布图(弹性图像)上表现为应变较小的区域,即损伤部位的弹性模量较周围组织的大,组织切片的损伤范围和大小也与应变分布图的结果一致.
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超声弹性成像仿真的有限元分析
本文利用有限元分析的方法,用弹性力学的理论计算得到软组织在不同情况下的应变分布.这对于弹性成像的理论分析具有重要的辅助作用,可以研究软组织的不同状态和各种力学参数对弹性成像的影响,以及从理论上估计弹性成像的局限性.有限元分析的结果说明,弹性成像比较适于检测较硬的肿块,另外,还可能判断乳腺肿瘤的一些性质,这在临床上有很大的参考价值.
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二维数字化超声软组织应变成像系统的研制
利用超声散射回波测量生物组织在静态压缩情况下弹性系数的超声弹性成像方法得到了很大的发展.利用国产高速数据采集卡以及商业线阵B型超声诊断仪,建立了一套二维数字化超声软组织应变成像系统.应用这一系统获得了数字化的射频组织超声散射回波信号,并对组织内的应变分布进行成像.实验结果表明,该应变成像系统在获得传统B型超声图像的同时,可以获得组织内部的应变分布图像,从而获取在B超图像上无法得到的组织弹性变化.这一系统的研制成功,不仅为超声弹性成像技术在医学临床上的应用研究打下了基础,同时也为扩宽普通商业B超的应用范围提供了途径.
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超声弹性成像技术研究现状
超声弹性成像(ultrasound elastography,UE)是以软组织的弹性参量为对象的一种新的成像技术,它弥补了传统超声成像技术不能提供生态学特性的不足,拓宽了超声图像在肿瘤探测及扩散疾病成像方面的应用,具有非常重要的临床应用价值.本文详细介绍了超声弹性成像技术的实现原理、 研究现状以及常用的临床衡量指标,如对比度传输率、 应变滤波器、 时间延时等,并对其发展做出展望.
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动脉壁力学性质研究评述
动脉壁复杂的结构使其力学性质具有特殊性,残余应变是其一个很重要的力学性质.在描述动脉壁组织结构和力学性质的基础上,给出了完整的动脉壁力学理论模型.后对动脉壁的残余应变研究进行了总结,指出了其中存在的问题.
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斑点追踪显像技术在临床应用的新进展
目的:探讨斑点追踪显像技术在心血管疾病超声检查中的应用.方法:在PubMed和中国期刊全文数据库中查阅近年来国内外的相关文献,并做进一步综合分析.结果:应用斑点追踪显像技术测定心肌运动的应变及应变率,能更准确的评价心肌整体与局部的功能.结论:斑点追踪显像技术检查无角度依赖性,其判断室壁运动的敏感性及准确性优于以往相关超声检查方法.
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一种超声弹性成像试验数据的快速仿真算法
基于有限元分析和Field Ⅱ声场模拟的超声弹性成像试验数据的仿真需要较长时间,本研究基于超声线性系统理论和弹性力学原理,借助数字信号处理与插值技术,提出了一种快速仿真超声弹性成像试验数据的算法.实验结果显示,该算法能仿真不同组织模型在压缩过程中产生的超声回波数据集,使用标准的弹性成像程序在该仿真的数据集上运行,生成的应变图与预期目标一致;原方法仿真一帧128像素×1 039像素的回波数据需6.3 h,而新算法生成相同的一帧只需要35 s.实验结果证明了该算法的正确性和高效性,可为弹性成像研究所需要的试验数据提供有效仿真手段.
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基于超声影像的动脉壁应变分析
对动脉壁受力而产生的应变进行分析是判断动脉弹性的基础,而动脉弹性又是评价心血管系统功能的重要依据.提出一种动脉壁应变的分析方法,以血管内超声图像为依据,采用有限变形力学理论,建立管壁应变的数学模型,并计算出相对应变.对血管壁区域进行三角形网格划分,以三角形单元为基础,求解动脉血管壁应变,从而判断血管壁的弹性.结果显示:血管壁各处产生的应变情况很复杂,既有正应变(x轴和y轴方向),又有角应变.用已知形变图像验证的结果表明,该方法能准确地找到血管壁的病变区域并分析应变状态,对动脉功能评价以及临床诊断有重要意义.
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体外培养心肌细胞代谢和微管蛋白对拉伸应变的响应
探讨不同参数的拉伸应变与体外培养心肌细胞代谢和微管蛋白含量的关系.建立体外细胞基底膜拉伸装置,分析膜上应变分布.分离乳鼠心肌细胞接种在膜上,施加不同大小和频率的周期性应变,观察细胞形态,测定培养液中葡萄糖和乳酸含量,Western Blot法测定细胞内聚合态微管蛋白β-tubulin含量.自行研制的基底膜拉伸装置性能稳定.所得心肌细胞成活率较高,α-横纹肌肌动蛋白和结蛋白免疫细胞化学染色阳性.拉伸后细胞由多角形趋向于杆状,且排列方向改变.固定频率1 Hz时,8%应变组的葡萄糖比消耗速率,乳酸比生成速率和β-tubulin含量均明显高于对照组(P<0.05).固定应变8%时,1 Hz的周期性拉伸对细胞代谢的促进作用为明显(P<0.01),频率0.5～2 Hz的拉伸应变均可使β-tubulin含量升高.适当的拉伸应变可促进体外培养心肌细胞的代谢和微管聚合.
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颅骨和硬脑膜随颅内压变化的粘弹性有限元分析
目的 颅内压对神经外科危重患者的手术时机起决定性作用,其测量方法的简单性、准确性、对患者较小创伤性都是神经外科临床和科研的重要研究方向.方法 提出一种通过测量颅骨应变可获得颅内压变化量的新思路,利用有限元软件ANSYS的粘弹性模型,对人体颅骨和硬脑膜随颅内压变化的相应应变进行了分析计算;分别建立了模拟颅腔的三维空心薄壳有限元模型,颅骨和硬脑膜的粘弹性模型;同时通过有限元软件分考虑与不考虑粘弹特性两种情况,对颅骨和硬脑膜随颅内压变化的应变进行对比.结果 考虑与不考虑粘弹性的颅骨和硬脑膜应变误差在14%左右,而颅骨和硬脑膜的粘性应变占总应变的40%.结论 通过在颅骨外表面粘贴应变片可以获得颅内压的变化量,微创颅内压应变电测法理论上可行,为进一步的临床应用提供了理论基础.
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外固定器轴向加压后骨折断端压力变化的在体实验研究
为了探讨骨折断端压力的在体测试方法,定量分析外固定器轴向加压后在体骨折断端压力变化规律,将30只大耳白兔随机分为3组,左侧胫骨中段横形截骨,分别用外固定器加载0.5、1、1.5倍动物体重.以固定针上的应变片为传感器测得加压量(骨折断端压力)-应变片电压定标曲线.在轴向加压术后24h内连续测量应变片电压变化,并通过加压量(骨折断端压力)-应变片电压定标曲线转化为骨折断端压力变化.结果:外固定器轴向加压后24h内在体骨折断端压力持续衰减,3组骨折断端压力变化速率经t检验有显著性差异(P<0.05).结论认为:外固定器应变测量可用于在体骨折断端压力测试;外固定器轴向加压后在体骨折断端压力迅速衰减,加压量越大衰减速率越快.
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三维斑点追踪成像评价心肌存活性的临床研究
目的 探讨三维斑点追踪成像技术超声心动图评价心肌存活性的临床价值.方法 病例均为2010年4月至2012年12月间于南京医科大学附属南京医院心内科、心外科收住就诊患者,均根据心电图、心肌酶学及冠状动脉造影确诊为心肌梗死.受检患者静息状态下均存在不同程度的节段性室壁运动异常,其中部分患者已接受经皮腔内冠状动脉成形术和冠脉内支架置入术或冠状动脉旁路移植术,入选患者均排除糖尿病、心肌病及严重瓣膜病.选取图像清晰者进行图像采集,应用二维超声心动图观察入选45例心肌梗死患者心肌运动,二维斑点追踪成像及三维斑点追踪成像技术分别检测患者各节段径向、纵向及环向收缩期峰值应变(Rs、Ls、Cs)和(或)面积应变、3D应变.以核素心肌灌注/代谢显像结果作为金标准将各节段划分为存活组及非存活组心肌,并分析三维斑点追踪成像技术评定存活心肌的敏感度及特异度.所有测值均采用均数±标准差(-x±s)表示,两组间及组内比较采用t检验,特异度及敏感度分析采用受试者工作特征曲线(ROC)分析.结果 ①所观察的720个节段中,368个节段表现为运动异常,其中存活心肌节段204,梗死心肌节段164;②存活组与非存活组比较,二维应变Rs、Ls及Cs两组比较差异无统计学意义;③三维应变Cs于存活组及非存活组差异无统计学意义,Ls、Rs及3D应变、面积应变于非存活组较存活组应变值显著减低;④以Rs、Lss及3D应变、面积应变作为观察对象,Rs值为11.1％评价存活心肌的敏感度为95.1％,特异度为53.4％;Ls值为14.3％评判存活心肌的敏感度为65.2％,特异度为65.7％;3D应变值为17.4％评判存活心肌的敏感度为70.6％,特异度为77.2％;面积应变值为23.2％评判存活心肌的敏感度为91.5％,特异度为78.8％.结论 三维斑点追踪成像技术超声心动图能够作为临床提供有效区分存活与非存活心肌的新途径.
