利用纳米力学方法对皮肤进行超声组织定征的研究.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 10 (2014) 104304 利用纳米力学方法对皮肤进行超声组织 定征的研究 欧阳灵 刘晓宙 刘杰惠 龚秀芬 (南京大学声学研究所, 近代声学教育部重点实验室, 南京 210093) ( 2013 年11 月27 日收到; 2014 年1 月16 日收到修改稿) 纳米力学方法适用于具有离散特性的材料. 利用纳米力学方法, 得出声波在多层皮肤组织中的波动方程. 分别改变黑素瘤皮肤的泊松比、黑素瘤侵袭厚度 (Breslow 深度)、节间距离, 计算多层皮肤结构模型对垂直入 射纵声波的反射系数. 同时计算了声速和声衰减系数随组织参数的变化. 计算结果表明, 可综合利用一定频 率段内反射系数最小点数、声速和衰减系数的变化来表征正常皮肤和病变皮肤. 关键词: 纳米力学, 皮肤组织, 超声组织定征 PACS: 43.80.Cs, 43.35.Cg DOI: 10.7498/aps.63.104304 时, 手术治疗的五年存活率达到95%. 然而随着肿 1 引 言 瘤细胞向深处扩散, Breslow 深度为1.5—4 mm 时, 手术治疗的五年存活率下降到70%; 如果癌症加 超声组织定征的研究已经取得了显著成效和 重, 黑素瘤细胞扩散到4 mm 以下, 手术治疗的五 5 重大进步, 在临床医疗中应用广泛, 如应用于皮肤 年存活率降到45% 以下 . 因此, 黑素瘤的早期发 癌的诊断方面. 皮肤的截面层状结构主要由表皮、 现治疗非常关键. 目前临床医生诊断黑素瘤主要 1 依靠ABCDE 准则: A (asymmetry) 表示不对称性; 真皮和皮下脂肪三部分组成 . 最上层的表皮层 的厚度约为75—150 m; 第二层为真皮层, 富含胶 B (border) 表示弥散状边缘; C (color) 表示颜色不 原纤维和弹力纤维, 具有一定的弹性和张力, 厚度 均; D (diameter) 表示直径; E (enlargement) 表示 为1—4 mm; 第三层为皮下组织层, 主要由脂肪细 进展. 事实上, 主观的ABCDE 准则检测黑素瘤的 胞构成, 不同的身体部位厚度不同2 . 黑色素瘤是 准确率较低. 本文提出的应用纳米力学(DM) 组织 一种恶性程度相当高的恶性肿瘤, 大多原发于皮 定征方法是对表观病理学检查准则的有效补充, 能 肤, 可转移到肺、脑等部位. 在2010 年的统计中, 每 够提高定征的准确性. 3 固体力学模型根据质量分布情况分为连续模 年有超过68000 多人因黑素瘤死亡 . 由于黑素瘤 发病率日益提高, 人们需要找到高效准确的诊断技 型和离散模型. 经典连续介质力学(CCM)假定媒 术. 当黑素瘤细胞由表皮层扩散到真皮层时, 黑素 质是均匀的连续模型. 许多生物材料 (如软组织) 瘤的转移性变得至关重要, 黑素瘤的弹性也发生改 在细胞量级上具有离散特性结构, 当超声频率在相 变4 . 目前惟一有效的治疗方法是在Bresl