基于动态瞬时响应检测肝组织粘弹性的方法研究

There are large amount of patients with hepatic disease in China. With the development of the disease, big part of them will have hepatofibrosis, some even cirrhosis or cancer. They require a convenient and accurate method to determine the extent of hepatofibrosis for purpose of diagnosis or treatment evaluation. Elasticity imaging, providing the stiffness of hepatic tissues, has been used to assess the hepatofibrosis in clinic. Hepatic tissue owns viscosity beside elasticity. So research on viscoelasticity will provide new property of hepatic tissue, and may support the accurate diagnosis of hepatofibrosis..Grounding on decades' research on elasticity imaging and tissue characterization of our group, as well as the hardware of the laboratory, the project focuses on research on viscoelasticity of hepatic tissue based on its dynamic transient response. The research includes the following work: establishing the viscoelasticity model of hepatic tissue based on its structure and composition; calculating the parameters of viscoelasticity model from the dynamic response of hepatic tissue due to transient excitation; evaluating the method using the in-vivo data of patients from chronic liver disease, with the pathological results as the reference..The research will provide an approach to measure the viscoelasticity of hepatic tissue, and provide new diagnosis information for hepatofibrosis of chronic liver disease.

中国具有大量的肝病病人，他们中很大一部分会发展为肝纤维化，而重度肝纤维化会导致肝硬化乃至肝癌。这些人需要方便准确的肝纤维化诊断方法用于病情诊断及治疗评估。弹性成像通过检测肝脏弹性从而评估肝脏纤维化程度，目前已经应用于临床。由于肝组织除了弹性还具有粘性，因此粘弹性的研究将能够更真实的反映肝组织属性，从而有助于肝纤维化的准确诊断。.本项目依托研究小组在超声弹性成像、组织定征方面的多年研究基础，以及实验平台，研究基于动态瞬时响应检测肝组织粘弹性的方法。研究内容包括：根据肝脏组织结构和组成特点，建立肝组织粘弹性参数模型；根据肝组织对瞬时振动激励的动态响应，利用系统辨识方法计算肝脏粘弹性参数；采集慢性肝病病人对瞬时激励的动态响应数据，并与病理结果进行对比分析，从而对建立的方法进行评估。.研究成果将提供一种新的肝组织粘弹性测量方法和手段,有望为慢性肝病肝纤维化程度评估提供新的诊断信息。

中国具有大量的肝病病人，他们中很大一部分会发展为肝纤维化，甚至肝硬化和肝癌。肝纤维化中早期是可逆的，因此方便准确的肝纤维化诊断对于肝病诊治非常关键。肝组织的弹性已经在临床被证明可以用于评估肝脏纤维化程度。由于肝组织除了弹性还具有粘性，因此粘弹性的研究将能够更真实的反映肝组织属性，从而有助于肝纤维化的准确诊断。.本项目探索了基于动态瞬时响应检测肝组织粘弹性的方法，搭建了瞬时振动激励平台和响应监测平台，研究了肝组织的粘弹性模型和参数辨识方法，并对该模型和方法进行了临床验证。.本研究搭建了瞬时振动激励和响应监测平台，实现激发频率、时间长度、强度等参数可控，并且可以通过超声波观测该瞬时激励下的组织响应，该平台可以存储原始超声射频数据，供后续处理分析。.本研究通过有限元方法建立了粘弹性体开尔文-沃伊特数学模型，并针对不同的弹性和粘性，对不同的物理模型进行瞬态分析，通过对数值结果的数据处理找到粘弹性体对该激励平台在肝脏体内部产生的响应特征的影响，研究表明，不同的弹性模量和粘性模量均会对肝脏内的动态激励响应产生影响。当这种动态激励响应是组织内部转播的剪切波时，弹性模量主要影响了剪切波的速度，粘性模量主要影响了剪切波幅值的衰减速度，并建立了模型参数和响应特征之间的关系。继而，对于弹性参数，建立剪切波速度与弹性参数之间的关系和辨识方法，对于粘性参数，建立剪切波衰减特征与粘性参数之间的关系和辨识方法。.对研究中建立的模型和方法进行了临床验证，获取了肝穿病理结果的慢性乙型肝炎患者108例，采集对应病人对瞬时激励的动态响应数据，继而基于该数据计算病人肝脏粘弹性参数。最终通过对病人粘弹性参数和其组织病理关系进行统计学分析。结果表明：粘弹性参数与肝脏病理存在显著的正向相关性；通过回归方程建立的粘弹性参数联合诊断表明，肝脏弹性值与粘性参数联合诊段对于≥S2期肝纤维化预测价值有很好的诊断价值，要优于单独弹性值评估纤维；纤维化S1期与S2期的粘性参数值具有明显的统计学差异，粘弹性参数均与多项血清学检测标准具有相关性，且不同的血清学标准水平会对粘弹性参数的检测值造成影响。.研究结果证明，本研究所建立的动态瞬时响应检测肝组织粘弹性方法可以提供具有较高准确度的肝纤维化检测，粘弹性参数对于肝纤维化诊断具有潜在应用价值，并且效果优于单独弹性参数用于纤维化的检测。