Введение к работе
Актуальность работы. Метод пальпации, основанный на
прощупывании ткани с целью обнаружения различающихся по твердости включений, в течение длительного времени оставался первичным методом обнаружения опухолей. Даже сегодня, наряду с использованием современных клинических систем визуализации, пальпация широко применяется для обнаружения новообразований в мягких тканях. Физической основой этого метода является отличие механических характеристик новообразований разных типов от характеристик нормальных, тканей, что приводит к различному характеру деформирования исследуемого объекта при заданном внешнем механическом воздействии. Метод пальпации имеет ряд существенных ограничений. Во-первых, он высоко субъективен и не может позволить количественно оценивать "твердость" найденного включения и, во-вторых, неэффективен для обнаружения опухолей, удаленных от поверхности кожного покроза. Гем не менее, успех з ранней диагностике заболеваний мягких тканей организма тса;о связан как с массовым использованием пальпации, так и с периодическим прохождением медицинских осмотрен, включаюнз:х исследования при помощи современной клинической аппаратуры. Объективна л количественна л оценка упругих свойств биологических мягких тканей может быть использована как важный диагностический метод в выявлении различного вида опухолевых включений, а также и в диагностике ряда других заболеваний. При этом ключевым является то обстоятельство, что при деформировании биологических мягких тканей, являющихся, слабоежншемшіи материалами, ведущую роль играет их модуль сдвига, который, как показывают исследования, отражает физиолопгчх сое состояние ткани и характер патологий [Сарвазян АД, Сковорода А.Р. и др, 1993].
Существующие системы визуализации внутренних структур организма обеспечивают получение прямой или косвенней
информации, прежде всего геометрического характера, о структуре исследуемого объекта, но ни один из современных методов визуализации, используемых в клинической практике, не обеспечивает получения информации об упругих сдвиговых свойствах тканей, что непосредственно соответствует понятию "твердость", используемому при характеризации включений методом пальпации. Так, например, информация, получаемая при помощи ультразвуковых сканеров, связана, в оаювном, с вариациями акустического импеданса тканей, являющегося комбинацией модуля всестороннего сжатия и плотности ткана Информация, получаемая при помощи компьютерных томографических сканеров, относится к пространственному распределению затухания рентгеновских лучей, где первичный механизм затухания связан с плотностью ткани. Информация, получаемая при помощи ЯМР сканеров, отражает молекулярный состав исследуемого объекта, вследствии чего в частности ЯМР изображения очень чувствительны к содержанию воды и жиров в тканях.
Информация, которая может быть получена при визуализации сдвиговой упругости тканей, является независимой, но в настоящее время ее получение не обеспечивается ни одним из существующих методов визуализации. Наличие такой информации может существенно повысить диагностические критерии и будет служить важным методом в диагностике состояния мягких тканей. Визуализация сдвиговой упругости тканей позволит провести оценку состояния тканей и выявление в ней патологических отклонений. При этом количественное определение модуля сдвиговой упругости может обеспечить резкий контраст между нормальными и патологически измененными тканями, благодаря очень большому относительному различию этого параметра для различных типов тканей.
Исходя из изложенного, основной задачей настоящей работы являлось исследование возможности использования современных систем визуализации внутренних структур организма (на примере
ультразвуковых и ЯМР сканеров) для количественной характеризации их сдвиговых упругих свойств.
теоретически обоснована возможность визуализации сдвиговой упругости мягких тканей организма с использованием ультразвуковых и ЯМР сканеров. На оаюве разработанного нового метода ультразвуковых прецизионных измерений движения внутренних участков ткани под действием приложенных внешних сил впервые удалось получить оценку абсолютных смещений внутренних участков ткани в достаточно широком диапазоне (от нескольких микрон до нескольких миллиметров) и соответствующих им деформаций, что является необходимым для дальнейшей реконструкции пространственного распределения модуля сдвига ткани. Впервые в целях визуализации сдвиговой упругости мягких тканей были применены методы оценки движения участков тканей внутренних структур организма при помощи ЯМР сканеров. С использованием полученных экспериментальных данных обоснована применимость модели линейно-упругой несжимаемой среды для проведения количественной диагностики состояния мягких тканей организма.
Научно-практическая ценность. Полученные результаты направлены на развитие методов визуализации упругих сдвиговых свойств мягких тканей внутренних структур организма. Разработан новый ультразвуковой метод оценки абсолютных смещений и деформаций гкани под действием приложенных внешних сил, позволяющий іроводить прецизионные измерения в широком диапазоне смещений їнутренних участков тканей. Этот метод может быть использован три создании нового поколения сканеров, визуализирующих не "олько внутренние структуры, но и сдвиговую упругость мягких каней организма. Разработанные алгоритмы могут быть применены :ак в задачах медицинской диагностики, так и в биофизических юследованиях микроструктуры биологических объектов, при олучении данных о деформации в исследуемом образце не только с
помощью ультразвуковых или ЯМР сканеров, но и при использовании световых или акустических микроскопов. Предложенные методы могут найти применение в материаловедении при анализе механических свойств мягких композитных материалов в процессе их эксплуатации.
Апробация работы. Основные результаты диссертации
докладьшались на Международном симпозиуме "Механизмы акустических биоэффектов" (Пушино, 1990), на Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы организации и повышения качества ультразвуковой диагностики опухолей" (Москва, 1990), на 78-й Научной ассамблее радио- логического общества США (Chicago, USA, 1992), на Международном симпозиуме по ультразвуку Американского института инженеров по электронике и радиотехнике (Tucson, USA, 1992), а также на семинарах Института математических проблем биологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Лаборатории ультразвуковых исследований Мичиганского университета (Ann Arbor, USA).
ПуШшкаишл Ho теме диссертации опубликованы 4 тезисов на Всесоюзной и Международных конференциях и 1 статья, 3 статьи находятся в печати.
&pyjaypAJi_jbR_pa6fiibL Диссертация состоит из введения и трех глав с изложением анализа литературных данных, результатов собственных экспериментов и расчетов, их обсуждения, заключения и выводов. Оіисок литературы включает 105 ссылок на работы отечественных и зарубежных авторов. Текст изложен на 142 страницах и содержит 39 рисунков.
