Supersonic shear wave imaging in stretched soft strips: modeling for quantitative elastography
本研究针对剪切波弹性成像在粘弹性、导波和静态变形下的局限，提出一种结合超音速扫描与理论模型的方法，可同时表征软组织的粘弹性和超弹性，实现细长组织的定量弹性成像。
2023-12-22 cond-mat.soft physics.med-ph
Brain MR-Elastography in microgravity analogous conditions
头向下倾斜（HDT）位置通常用于模拟航天飞行期间的血管和组织流体动力学。在HDT体位下，脑自身调节功能难以调节血管张力，而头侧液体移位可能导致颅内压升高和力学性质改变。最近在HDT位置的MRI T2标测显示脑内液体超压，导致CSF和眶隔室中的水含量损失。在类似的HDT条件下进行脑MRE。它的灵敏度足以提供关于脑组织在微重力类似条件下的总体机械反应的新见解。主要发现总结/简短概要通过头低位T2标测证实了脑脊液超压和由此导致的CSF和眶室含水量损失。全脑磁共振成像揭示了在这种微重力类似条件下的总体脑机械反应，即脑组织硬化。
2021-09-06 physics.med-ph
Quasi-static in vivo elastography from internal displacement information only
提出一种仅基于内部位移信息的抗噪准静态在体弹性成像框架，无需边界信息与位移空间导数，在体实验验证了其可重复性并成功应用于等长屈膝时的肌肉刚度定量分析。
2025-10-14 physics.med-ph
Spatial resolution in optical coherence elastography of bounded media
动态光学相干弹性成像（OCE）跟踪机械波在组织亚表面区域的传播，以成像其剪切模量。对于体剪切波，重建的模量图的横向分辨率（即，弹性成像分辨率）可以接近光学相干断层扫描（OCT）能力，通常为几十微米。在这里，我们进行了全面的数值模拟和声学微敲击OCE实验，表明对于角膜等有界介质中导波传播的典型情况，弹性成像分辨率无法达到OCT分辨率，主要由有界组织层的厚度定义。我们考虑了有界各向同性介质中宽带导波和准简谐导波的激发。利用宽带脉冲的特性，一个强大的方法，在界面处的最小伪影的模量重建。相比之下，组织边界在谐波的相位中产生大的不稳定性，导致模量重建中的严重伪影。
2022-06-27 physics.med-ph physics.optics
Optical time-harmonic elastography for multiscale stiffness mapping across the phylogenetic tree
Charité – Universitätsmedizin Berlin（柏林夏里特医学院）；German Cancer Consortium (DKTK)—German Cancer Research Center (DKFZ)（德国癌症联盟（DKTK）—德国癌症研究中心（DKFZ））；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin（马克斯·普朗克物理与医学中心）；Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·圣玛丽亚技术大学）
该研究提出了一种超快光学时谐弹性成像技术，用于在从显微到宏观成像的尺度上精确映射软生物组织的机械特性，推动生物物理研究。
2023-12-12 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Quantification of cervical elasticity during pregnancy based on transvaginal ultrasound imaging and stress measurement
目的：应变弹性成像和剪切波弹性成像是两种常用的量化颈椎弹性的方法;然而，它们都有局限性。应变弹性成像在显示组织弹性分布在一个单一的图像是有效的，但缺乏应力信息导致难以比较从不同的成像会话获得的结果。剪切波弹性成像在测量相对均匀的组织（例如肝脏）中的剪切波速度（与弹性相关的固有组织特性）方面是有效的。然而，对于子宫颈中的不均匀组织，剪切波速度测量不太鲁棒。为了克服这些局限性，我们开发了一个定量宫颈弹性成像系统，通过增加一个应力传感器的超声成像系统。研究方法：在定量宫颈弹性成像的成像过程中，我们使用经阴道超声成像系统记录宫颈的B型图像，显示其变形，并使用应力传感器同时记录探头表面应力。我们开发了一种基于相关性的自动特征跟踪算法来量化变形，从而量化应变。每次成像后，我们校准应力传感器并将其测量值转换为真实应力。应用线性回归的应力和应变，我们得到一个近似的颈部杨氏模量。结果：我们使用体模实验验证了该弹性成像系统的准确性和鲁棒性。将该系统应用于怀孕参与者，我们观察到怀孕期间宫颈显著软化（p值< 0.001），宫颈杨氏模量每周降低3.95%。我们估计，几何平均值的颈部杨氏模量在第一（11至13周），第二，第三孕期分别为13.07千帕，7.59千帕，和4.40千帕。
2023-03-10 eess.IV eess.SP physics.med-ph
In vivo stiffness measurement of epidermis, dermis, and hypodermis using broadband Rayleigh-wave optical coherence elastography
行波光学相干弹性成像（OCE）是一种很有前途的测量生物组织刚度的技术。虽然OCE已被应用于相对均匀的样品，组织具有显着变化的弹性，通过深度提出了一个挑战，需要深度分辨测量具有足够的分辨率和精度。在这里，我们开发了一种宽带瑞利波OCE技术，能够测量的3个主要的皮肤层（表皮，真皮，皮下组织）的弹性模量可靠地通过分析泄漏的瑞利表面波在0.1-10 kHz的宽频率范围内的分散。我们发现，以前未探索的，4-10 kHz的高频范围是解决薄表皮的关键，而0.2-1 kHz的低频范围是足够的探测真皮和更深的皮下组织。我们开发了一个双双层的逆模型，以确定在所有3层的弹性模量，并验证其高精度与有限元分析和皮肤模仿幻影。最后，将该技术应用于健康志愿者前臂皮肤的测量。表皮（包括角质层）的杨氏模量在4-10 kHz下测量为约4 MPa，而真皮和皮下组织的杨氏模量在0.2-1 kHz下分别为约40和15 kPa。除了皮肤病学的应用，这种方法可能是有用的各种其他分层组织的亚毫米深度分辨率的力学分析。
2022-01-28 physics.app-ph physics.med-ph
In vivo Optical Coherence Elastography Reveals Spatial Variation and Anisotropy of Corneal Stiffness
本文提出高频光学相干弹性成像技术，结合各向异性非线性模型与声弹性理论，首次在活体健康人眼角膜中揭示剪切模量的空间变化与各向异性，为临床生物力学评估提供高精度工具。
2023-07-09 physics.app-ph physics.med-ph
Fast Strain Estimation and Frame Selection in Ultrasound Elastography using Machine Learning
Concordia University（康考迪亚大学）
超声弹性成像旨在通过监测由于内部或外部力引起的组织变形来确定组织的机械特性。从超声射频（RF）信号估计组织变形，并且组织变形通常被称为时间延迟估计（TDE）。给定两个RF帧I1和I2，我们可以计算位移图像，其示出I1中的每个样本的位置到I2中的新位置的变化。TDE中的两个重要挑战包括高计算复杂度和难以选择合适的RF帧。选择合适的帧是非常重要的，因为许多对RF帧或者不具有用于提取信息应变图像的可接受的变形，或者是去相关的，并且变形不能被可靠地估计。在这里，我们介绍了一种方法，通过对大型训练数据库的位移场进行主成分分析（PCA）来学习准静态弹性成像中的12种位移模式。在推理阶段，我们使用动态规划（DP）计算约1%的样本的初始位移估计，然后将此稀疏位移分解为12个位移模式的线性组合。我们的方法假设整个图像的位移也可以用主成分的线性组合来描述。然后，我们使用GLOBAL超声弹性成像（GLUE）方法来微调结果，从而获得精确的位移图像。我们称之为PCA-GLUE的方法在计算初始位移图时比DP快10倍以上，同时给出相同的结果。本文的第二个贡献是确定帧对I1和I2对应变估计的适用性，这是通过使用我们为PCA-GLUE计算的权重向量作为多层感知器（MLP）分类器的输入来实现的。
2021-10-16 cs.LG eess.IV physics.med-ph
3D Ultrafast Shear Wave Absolute Vibro-Elastography using a Matrix Array Transducer
本文首次提出基于矩阵阵列换能器的三维超快S-WAVE弹性成像，实现实时体积采集，在0.05秒内获取100个RF体积，频率范围扩展至800 Hz，并在体模上验证了高精度弹性估计。
2023-05-22 eess.IV physics.med-ph
Quasi-Real Time Multi-Frequency 3D Shear Wave Absolute Vibro-Elastography (S-WAVE) System for Prostate
本文提出一种用于前列腺的准实时多频三维剪切波绝对振动弹性成像（S-WAVE）系统，通过经会阴机械振动器产生多频剪切波，结合带通采样和斑点追踪算法实现组织弹性定量测量，临床验证表明其在前列腺癌识别上具有较高的诊断准确性。
2022-05-09 eess.SP physics.med-ph
Crossover Frequency as a Model-Independent Viscoelastic Constant for Soft Tissue Biomechanics
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Charité - Universitätsmedizin Berlin（柏林夏里特医科大学）
本文提出穿越频率作为软组织粘弹性特性描述的无模型常数，通过实验验证其在不同组织中的区分能力，提升弹性成像研究的可比性。
2026-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.med-ph
SWENet: a physics-informed deep neural network (PINN) for shear wave elastography
剪切波弹性成像（SWE）能够以非侵入性方式测量软材料（包括软组织）的弹性特性，并在各种学科中得到广泛应用。在各种仪器中商业化的最先进的SWE方法依赖于剪切波速度的测量来推断材料参数，并且由于波场的复杂性，对于不均匀的软材料具有相对低的分辨率和精度。在本研究中，我们克服了这一挑战，提出了一个基于物理信息神经网络（PINN）的SWE（SWENet）方法，考虑PINN在解决逆问题的优点。非均匀材料的弹性性质的空间变化已被定义在控制方程，这是编码在PINN作为损失函数。局部区域内的波动快照已被用于训练神经网络，并在此过程中，弹性性能的空间分布推断。有限元仿真和仿组织体模实验都验证了该方法的有效性。我们的研究结果表明，由基体和夹杂物组成的软复合材料的剪切模量在横截面尺寸与规则或不规则的几何形状可以识别具有良好的精度。与传统SWE方法相比，SWENet方法的优点在于利用了非均匀软材料中更多的波动特征，并在反演分析中实现了多源数据的无缝集成。鉴于所报道的方法的优点，它可以找到应用，包括但不限于人工软生物材料的机械表征，在体内神经的成像弹性特性，以及通过定量测量其不同的刚度来区分小的恶性肿瘤与良性肿瘤。
2022-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Non-contact acoustic micro-tapping optical coherence elastography for evaluating biomechanical changes in the cornea following UV/riboflavin collagen cross linking: ex vivo human study
目的：为了使用非接触式声学微敲击光学相干弹性成像（AuT-OCE）评估用UV交联（CXL）处理的离体人角膜的各向异性弹性性质的变化，设计：在正常和CXL离体人供体角膜上进行AuT。使用非接触式声学微敲击光学相干弹性成像（AuT-OCE）来量化正常和UV CXL处理的人角膜的弹性特性。主要结果测量：可以在正常和CXL治疗的组织中以及在使用非接触式AuT-OCE的CXL手术期间评估角膜弹性模量（平面内杨氏弹性模量E和平面外剪切模量G）。结果：CXL诱导人角膜拉伸和剪切模量的显着增加。在配对研究（前和后，n=7）中，面内杨氏模量E=3u的平均值从19 MPa增加到43 MPa，而面外剪切模量G从188 kPa增加到673 kPa。亚组中的机械测试支持CXL诱导的角膜模量变化，并且通常与AuT-OCE一致。结论：人角膜是一种高度各向异性的材料，其面内和面外的力学性能有很大差异。非接触式AuT-OCE可以测量UV-CXL引起的人角膜各向异性弹性特性的变化。
2022-09-15 physics.med-ph
Simultaneous tensile and shear measurement of the human cornea in vivo using S0- and A0-wave optical coherence elastography
本文提出一种导波光学相干弹性成像技术，通过同时激发并分析角膜中约10 kHz的S0和A0弹性波频散曲线，结合声弹性理论，在体测得人眼角膜拉伸模量3.6 MPa和剪切模量76 kPa，为临床角膜生物力学定量评估提供了新方法。
2023-08-10 physics.app-ph physics.med-ph
Acousto-elasticity of Transversely Isotropic Incompressible Soft Tissues: Characterization of Skeletal Striated Muscle
利用剪切波弹性成像技术，我们测量了横纹肌在等长随意收缩过程中随应力变化的波速。为了将单个肌肉的行为与相邻肌肉的互补或拮抗作用分离，我们选择小指屈肌，其唯一功能是伸展小指。为了将波速与刚度联系起来，我们发展了一个剪切波在均匀、横观各向同性、不可压缩固体中受单轴应力作用的声弹性理论。然后，我们提供测量的表观剪切弹性模量沿，横向，纤维轴为6个健康的人类志愿者的不同年龄和性别。结果显示，在六个科目的差异很大。我们发现，沿纤维方向的表观剪切弹性模量的斜率的变化成反比的最大自愿收缩（MVC）所产生的志愿者。我们建议通过引入纤维的S（慢）或F（快）性质来解释我们的结果，这些纤维以不同的方式硬化肌肉，从而产生不同的MVC。这项工作为测量肌肉骨骼疾病或神经退行性疾病患者的肌肉弹性刚度开辟了道路。
2021-03-17 cond-mat.soft physics.med-ph
