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医学影像

小议肌肉粘弹性测量的发展

作者:佚名 来源: 日期:2015-09-02
导读

,在肌肉的粘弹性评估中,剪切波速度测量的准确性起到至关重要的作用,它直接影响着粘弹性评估的可行性、重复性和有效性,是目前物理学界公认的肌肉粘弹性评估的基础。而声科影像的E-成像(SWE™),第一次向使用者同时显示了二维图像中的的剪切波即时速度和杨氏模量值(kPa),使肌肉粘弹性的评估,更加无创、迅速、精准!真正把肌肉粘弹性测量带入了“E时代!”

关键字: 肌肉 | 粘弹性测量 |

人体中的骨骼肌,是一种很难使用普通软组织的杨氏模量去描述其生物力学特征的器官,因为骨骼肌是一种既可被动运动,又可以主动运动的器官。造成这种独特物理现象的基础就是由骨骼肌纤维平行排列构成的肌细胞。这些肌细胞长且细,可以被激动并主动收缩。收缩的结果导致肌纤维被缩短,整个肌肉会变硬。

我们熟悉的肌电图仅仅在皮肤表面,通过记录肌肉电活动来记录这种物理变化,是无法精确测量肌肉生物力学特征的。而传统的超声灰阶图、核磁成像以解剖学为基础,仅能粗略地通过肌肉形态的变化来评估肌肉收缩。

肌肉的粘弹性已经被人们公认为是一种有效描述肌肉生物力学特征的物理量,然而其测量方法一直被局限在实验室里,无法被人们广泛使用。

1981年,Fung等人,使用标准的Voigt’s 模体,描述了肌肉的粘弹性(粘性+弹性)特征,其公式如下,并受到广泛认可:

其中μ为剪切模量(弹性),η为粘度(粘性),σ为施加的压力。

2004年,Chen等人基于此公式,将剪切波的传播方式设定为平行和垂直肌纤维两个方向,每个传播方向上的剪切波的速度可以表达为以下公式:

从此,不同切面传播的剪切波速度Vφ(ω)就与剪切模量(弹性)μ和粘度(粘性)η就紧密联系在了一起。

上世纪末,科学家首次使用以剪切波为基础的MRE(magnetic resonance elastography)技术测量到了肌肉的粘弹性,但那时,人们并没有意识到肌肉的各向异性。随着相关研究的深入,2005年,Papazoglou等人又利用MRE首次确认了肌肉的各向异性确实存在,即平行于肌纤维,肌肉粘弹性最大,垂直于肌纤维,肌肉粘弹性最小,造成这种现象的原因是:剪切波会沿着肌纤维传播,不会沿着但是但是受到成本和扫查时间等限制,核磁的这项技术一直没能在临床展开。

法国声科影像的E-成像(SWE™)技术在人体内利用马赫圆锥原理和分层聚焦原理,首次快速在肌肉内大量产生剪切波,并且其能量ISPTA 仅为266 mW/cm2,远远小于FDA推荐的720 mW/cm2,完美地解决了以往单点超声聚焦产生剪切波时的能量过大问题。

同时,利用20000 HZ每秒的图像采集帧频、3GB/S的数据计算速度,法国声科影像旗下的超声成像仪器以毫秒为单位,迅速采集并计算出剪切波的传播速度,形成了一幅与二维灰阶图像贴合的二维彩色硬度图像,完美解决了肌肉收缩过程中的剪切波信号追踪和记录的问题。

2009年,素以严格著称的美国FDA总局,将合格证颁发给法国声科影像的E-成像(SWE™)技术,这是超声首次在剪切波产生、采集、测量中获得 的权威机构认可。

不仅如此,由于声科影像仪器的剪切波即时速度数值(Cs,单位m/s)真实、可靠,由3 ρCs2计算出的杨氏模量值(单位kPa)也被FDA授权通过,成为软组织硬度测量的标杆。

综上所述,在肌肉的粘弹性评估中,剪切波速度测量的准确性起到至关重要的作用,它直接影响着粘弹性评估的可行性、重复性和有效性,是目前物理学界公认的肌肉粘弹性评估的基础。而声科影像的E-成像(SWE™),第一次向使用者同时显示了二维图像中的的剪切波即时速度和杨氏模量值(kPa),使肌肉粘弹性的评估,更加无创、迅速、精准!真正把肌肉粘弹性测量带入了“E时代!”

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