基于超声瞬时弹性成像的生物组织粘弹性测量新方法

超声弹性成像技术近年来发展迅速并在临床医学上得到重要应用，该技术获得的生物组织弹性特征参数为若干重要疾病的临床诊断提供了关键依据。医学研究表明：除了弹性特性外，粘性特性的变化也是一些生理组织病变的重要标志，比如粘性在衡量肿瘤组织细胞是否容易发生转移方面有重要意义。本项目在前期研究的基础上，提出一种基于超声瞬时弹性成像技术测量生物组织粘性的新方法。该方法基于瞬态弹性成像技术，通过测量求解剪切波在生物组织中传播速度及其衰减，并通过流变学模型计算生物组织弹性系数和粘性系数。重点研究超声瞬时弹性成像偏移估计算法，推导声波动方程数值解并进行合理修正，选择合适的流变学模型求解粘弹性系数。本项目将在弹性成像原有的弹性图基础上创新性地引入粘性图，并明确粘弹性系数与组织病变的相关性，综合考虑弹性及粘性判断组织病变特征，对于将超声弹性成像拓展到超声粘弹性成像并实现其临床应用价值有重要意义。

本项目在超声瞬时弹性成像技术的基础上引入粘性系数，通过逆问题求解计算剪切波传播速度和衰减系数，最终通过流变学模型计算粘性系数和弹性系数，为临床诊断提供准确生物组织特征依据。我们研究了不同剪切波频率下，通过偏移估计算法从均匀弹性体模采集到的超声射频信号中求解剪切波传播速度及其衰减系数的方法；研究了通过声波动方程数值解进行逆问题求解，通过偏移估计算法从均匀粘弹性体模采集到的超声射频数据中求解剪切波传播速度及其衰减系数的方法；研究了基于二阶流变学模型从剪切波传播速度和衰减系数求解粘性系数和弹性系数的方法；分析研究了以上步骤中每一步的误差对最终求解的粘弹性系数的影响；研究从超声弹性成像技术单一的弹性图扩展到超声粘弹性成像技术的弹性图和粘性图相结合的综合评估方法。通过该项目的实施，我们已经全面掌握了超声瞬时弹性成像的关键技术与核心系统；实现了自制弹性体模的开发，并利用自制系统对其弹性模量进行了标定；通过对波动方程与逆问题求解的研究，我们实现了对超声瞬时弹性成像利用格林函数进行仿真分析及误差修正的方法，并在此基础上完成了利用超声瞬时弹性成像技术同时检测组织粘性和弹性的相关算法的研究；并且与企业合作实现了该设备的产业化；最后还初步尝试了将该方法用于引导HIFU治疗等临床应用中。迄今为止，本项目培养硕士研究生4名（已毕业4名，其中3名为与东北大学联合培养）；在国内外期刊发表论文6篇，其中SCI论文4篇；申请发明专利4项；参加IEEE国际学术会议并作分组报告2次。