三维有限元多频谐波剪切波弹性成像研究：剪切波速对比评估与实验验证

本文推荐：本研究通过3D有限元(Finite-Element)仿真框架，创新性地评估了谐波剪切波弹性成像(HSWE)技术在多频(300-800Hz)条件下测量组织粘弹性的性能。与脉冲剪切波弹性成像(PSWE)相比，HSWE在群速度(GV)和相速度(PV)测量上分别仅相差5.21%和9.14%（仿真）及13.98%和22.32%（体模实验），尤其对小尺寸病灶在低频段的检测更具优势，为临床组织弹性定量提供了新方法。

　　

亮点
本研究采用3D有限元框架验证了谐波剪切波弹性成像(HSWE)的创新方法，通过多频谐波激励实现了对组织粘弹性的精准量化，为临床弹性成像提供了新范式。

材料与方法
图1展示了HSWE技术的仿真评估流程。我们建立了基于LS-DYNA的3D有限元模型，模拟多频谐波声辐射力(ARF)作用下组织位移响应，并与传统脉冲剪切波弹性成像(PSWE)进行对比验证。

结果
在25mm深度处，HSWE与PSWE的空间-时间域及傅里叶域粒子速度对比显示（图3a-d），HSWE获得的群速度与相速度（图3e-h）具有良好一致性。定量分析表明（图3i-j），仿真中GV/PV差异分别为5.21%/9.14%，体模实验差异为13.98%/22.32%（图4a-f）。参数研究表明HSWE对小病灶（尤其低频段）的检测灵敏度显著优于PSWE。

讨论
3D有限元框架证实HSWE能同时捕获多频段剪切波传播特性。相比PSWE，HSWE通过谐波叠加实现了能量聚焦，在300-800Hz范围内更精准反映组织粘弹性频率依赖性。参数优化显示该方法对病灶尺寸、刚度及粘度的变化具有优异分辨能力。

结论
HSWE框架通过多频谐波激励创新性地解决了传统弹性成像技术的频率限制问题，其GV/PV测量误差控制在临床可接受范围（<15% GV，<23% PV），特别在检测亚厘米病灶方面展现出独特优势，为发展新型弹性定量诊断工具奠定了基础。