利用混响剪切波实现组织的无创3D应力映射

《Nature Communications》：Noninvasive 3D mapping of tissue stress using reverberant shear wave

　　

摘要

机械应力是影响软组织细胞行为和组织完整性的重要因素，然而在活体状态下对应力进行无创成像仍然是一项重大挑战。传统的磁共振弹性成像技术可以测量组织的硬度，但无法检测应力。我们利用基于物理原理的模型，分析磁共振弹性成像所记录的反射剪切波场，从而实现组织应力的三维映射。通过将反射波分解为各向异性行波成分，我们建立了波速、极化状态与局部应力之间的直接关联，且无需知道波的传播方向。该方法已通过数值模拟和假体实验得到验证。将其应用于脑膜瘤和垂体腺瘤患者后，可生成与解剖结构和生理状况相符的高分辨率应力图。通过对皮质应力的测量，还可以估算颅内压力，并发现其与患者年龄和病理状况相关的规律。我们的研究结果表明，无创应力成像为机械生物学研究提供了新的定量生物标志物，同时也为临床应用带来了新的可能。