首次展示利用流固弹性成像技术在体内估算癌症杨氏模量的实验验证

《Scientific Reports》：First demonstration of in vivo estimation of Young’s modulus in cancers using poroelastography with experimental validation

　　摘要超声弹性成像（USE）是一种实时无创成像方式，被广泛用于定量重建组织的力学性质（即刚度）。在体内条件下求解逆问题长期面临的挑战包括实现高精度、快速收敛和广泛适用性。传统超声弹性成像技术的计算简便且快速的数学框架模型中，多孔弹性组织被假定为几乎不可压缩（泊松比接近0.5），并使用线性弹性模型进行表征。这些假设可能导致组织材料性质的估计不准确。我们结合基于多孔弹性模型的横向应变校正与Eshelby理论，将杨氏模量的体内估计扩展到具有不同程度可压缩性的组织。该模型需要知晓稳态应变分量、远场施加应力以及包含体的基础几何形状。我们通过标准有限元（FE）和基于超声的多孔弹性仿真对复杂临床场景进行了验证，平均相对百分比误差小于5%。基于人乳腺癌的同基因小鼠模型（MDA-MB-231），我们首次提出了基于多孔弹性成像的杨氏模量体内估计方法，并通过离体力学测试进行了实验验证，在大多数情况下相对百分比误差小于15%。该方法有望吸引癌症研究者，将肿瘤机械生物学与癌症的起始、进展和治疗策略联系起来。