[发明专利]一种非损伤性声学测试生物软组织弹性的方法和装置

说明书

本发明与生物软组织弹性的测试有关。具体些说，本发明提供一种声学装置和方法，用来对组织中表面声波的速度进行非损伤性测量，从而提供了估计组织切变弹性的手段，用于医学诊断。

生物组织的粘弹性能与其结构构成状况直接有关，已经发现组织的体弹性能主要由其分子组成情况决定，而切变弹性模量则在更高层次上反映了结构特征。有机体的生理过程会引起组织中结构的变化，这变化可以通过测量该组织的切变弹能性能检测出来。

测试组织的粘弹性能主要是根据对分离出来的样品进行损伤性测量。如：马克斯威尔（Maxwell）应用了将一个切割成圆棒形、其一端被固定在样品进行扭转振动的方法（Maxwell    B.ASTM    Bull，215，76，1956）。通过测量使在棒的另一端处产生一定形变所需的力的大小来确定出切变弹性模量，工作频率范围为0.001至200千赫。

已经研究了用高频体声波来测量介质的体弹性性能（即超声波速度）和体压缩性能的大量不同方法。例如，其中一种方法（Nole    A.W.，Mowrg    S.C.J.Acowst.Soc.Amer.，20，432，1948）是测量在浸于超声波换能器和反射器之间的液体里受试样品中的声脉冲传播时间，从而推算出声速。

对组织的体弹性性能进行非损伤性测试的几种已知方法中的一种方法和装置是非损伤地监视话组织的与粘弹性能有关的性能的瞬时起伏（Bengamin    Gauish，European    Patent    EP    0    135    325    A2，U.S.Patent    4580574，T.1065）。这种装置由一对基本平行分开的压电换能器组成，其中一个换能器可以根据另一个进行调整，使得一段活组织得以插入和卡住在这二个换能器之间。一个换能器与高频振荡器相连，而另一个换能器则通过放大器和解调器接到信号分析器上，在组织中所引起的超声谐振振荡的频率和振幅表征了该组织的粘弹性能。

所述测试组织的方法能够检测一定的生理过程，特别是血液微循环的变化，但由于测试对象是体弹性性能，而体弹性性能在组织中的变化超不过百分之几，因此，与用切变弹性模量方法（某些情况下由于组织生理状态不同其变化可以达到百分之几百）的精度相比，这种方法的精度不会很高。这种方法没有任何措施来控制换能器加在处于两个换能器之间间隔内的组织样品上的压力，然而，这种压力会影响样品的特性，更增加了测量误差，此外，由于受试组织通常很难放入到相对的两侧之间，因此这种技术不能用于身体大多数部位。

用这种方法不能估价与活组织结构构成情况有关的一个重要特性-活组织的各向异性现象，即在不同的方向上具有不同的机械性能。

在一篇题为“采用测量收缩肌肉粘弹性能验证肌肉收缩模型的可能性”的文章中（V.A.Passechnik，A.P.Sarvaggan：on    The    possibilitg    of    examination    of    themuscle    Contraction    models    bg    measuring    the    uiescoelastic    Properties    of    the    contracting    muscle    Studia    Biophysica，Berlin，Band13，1969，Heff2，S143-150）考察了测试生物组织切变弹性的可能性。在这篇著作中研究了被分离肌肉在收缩过程中弹性性能的变化。样品中的低频声振动（450-1200赫）由挠曲性压电换能器激励，由同类压电换能器在一定距离上接收，对不同收缩阶段下的肌肉张力进行了测量。通过测量所接收信号的振幅和相位推算出切变弹性模量。

按照另一种测试组织切变弹性的方法（R.O.Rotts，D.A.Christman，E.M.Bnras：The    dgnamic    mechanical    Properties    of    human    skin    in    uiuo，J.Biomechanics，Vol.16，6，PP.365-372，1983），组织中的切变振动由以其接触端（留声针）与组织表面接触的“录音器”（留声机录音刻纹头）产生。带有唱针的唱机拾音器用作接收器，在200-1000赫的频率范围内进行了测量。