超声激励测量技术应用于肝纤维化定量评价的若干关键问题研究

Many pathological changes in biological tissues are usually related to the mechanical properties of soft tissue. The study of shear modulus has great potential for tissue characterization because the range of variation of the shear modulus is several orders higher than the bulk modulus for biological tissue. Ultrasound vibrometry method can measure the micron displacement of soft tissue vibration noninvasively, the shear modulus of tissue can be estimated from the variation of displacement. Our project is to establish quantitative assessment method of degree of hepatofibrosis via ultrasound vibrometry method, and it's very potential to instead of biopsy. The research are mainly related to several key problems on application of ultrasound vibrometry in quantitative assessment of hepatofibrosis, including mechanical model mathematical theory of liver tissue，improvement of vibration pulse for achieving shear wave velocity at higher frequency, boundary problem of shear wave propagation in tissue，the inverse estimation of shear modulus and the relationship between the pathological change and the shear mechanical property change. The ultimate object of our research is to establish the quantitative characterization method of liver tissue， and provide theoretical basis to quantitative assessment and early diagnosis of liver diseases.

生物组织的病理变化往往与组织的力学性质相关。对于生物组织而言，剪切模量的动态变化范围远大于体积模量的变化范围，因此，剪切模量在组织定征的研究领域具有很大的应用潜力。超声激励测量技术能够无创地测量微米级的组织振动位移，通过位移变化情况可以估计出组织的剪切模量。项目基于该测量技术建立定量评价肝脏纤维化程度的方法，该方法对于早期肝脏疾病的诊断有着非常重要的意义，具有代替活检的前景。研究工作主要涉及到将超声激励测量技术应用于肝组织评价相关的若干关键问题，具体包括肝脏组织力学模型的理论研究，剪切波在组织中传播的边界问题研究，如何改进激励脉冲获取更高频率剪切波，剪切模量反演问题的研究以及肝脏组织病理变化与剪切力学性质变化之间关系的研究。最终建立起肝脏组织定量表征的方法，为肝纤维化等早期肝脏疾病的定量评价与诊断提供理论依据。

生物组织的病理变化往往与组织的力学性质相关。对于生物组织而言，剪切模量的动态变化范围远大于体积模量的变化范围，因此，剪切模量在组织定征的研究领域具有很大的应用潜力。项目基于该测量技术建立定量评价肝脏纤维化程度的方法，该方法对于早期肝脏疾病的诊断有着非常重要的意义，具有代替活检的前景。研究工作主要涉及到将超声激励测量技术应用于肝组织评价相关的若干关键问题，具体包括肝脏组织力学模型的理论研究，如何改进激励脉冲获取更高频率剪切波，剪切模量反演问题的研究以及肝脏组织病理变化与剪切力学性质变化之间关系的研究。我们的研究建立了基于各种模型的剪切波传播速度与剪切力学性质之间的数学关系；完成了超声激励测量实验平台，实现了无创地测量微米级的组织振动位移，通过位移变化情况可以估计出组织的剪切模量；在此基础上，利用人工神经网络解决了参数反演问题的初值依赖问题；并提供了改进激励脉冲设计的方法。实验数据表明，离体肝脏组织的纤维化程度与肝脏的剪切弹性成正相关。项目建立起肝脏组织定量表征的方法，为肝纤维化等早期肝脏疾病的定量评价与诊断提供理论依据。