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光声技术是利用“光吸收——产生光声信号——超声波检测”的一种新型的无损伤检测技术。生物组织内激发的光声信号反映了组织对光吸收的差异、组织代谢的差异和病变特征,所以,用光声技术对组织进行无损伤检测是医学诊断和治疗的有效手段。光声方法可望发展成一种新的无损、实时、原位、活体、灵敏度高、重复性好和适用性广的检测方法。本文的主要工作围绕光声技术应用于测量生物组织及等效组织粘弹特性来描述生物组织力学性质这一方面展开,做了如下一些工作:
第一:本文首先介绍光声技术应用于测量组织粘弹特性的研究意义、目前现有的其它测量生物组织粘弹性的方法和本文的主要研究工作。
第二:本文介绍了光声技术的特点;光声波反射、透射和穿过中间层的能量分配理论。
第三:本文介绍了粘弹性一般理论和生物组织的粘弹性理论以及光声波在粘弹性介质中的粘滞性衰减理论。
第四:本文研究了一种用光声技术测量软骨模拟物的粘弹特性的一种新方法。即用脉冲激光在生物组织中激发出光声信号(应力波),从光声信号的振幅弛豫特性曲线中测量出应力波的弛豫时间,根据粘弹性理论,该弛豫时间就等于生物组织的粘弹比。用该方法测量Kelvin-Voigt模型的模拟软骨组织的粘弹比与用流变仪测量的结果完全一致,符合率达到97%。进而用光声方法首次测量出Maxwell模型的生物组织的粘弹比。通过理论分析与实验结果可得出结论:该方法只与被测物的声阻抗有关,而与它的状态无关,因此该方法可用于任意生物组织粘弹特性的测量。
第五:光声技术首次对细胞层次的粘弹特性测量进行了研究。本文用光声技术测量出了红细胞在正常对照组和浓度0.015%戊二醛孵育一小时后的粘弹比的差异,进一步计算出各自的粘性系数和刚性系数;并与传统的血液流变仪进行比较。实验结果表明:红细胞的松弛过程呈指数衰减形式,这与理论分析是吻合的;正常对照组红细胞的驰豫时间与处理过的红细胞的驰豫时间明显可分;计算出各自的粘性和弹性值变化趋势与血液流变仪测量结果相符。说明了光声技术测量细胞层次粘弹系数的可行性和正确性。光声方法可实现对活细胞在各种生理生化或病理条件变化的情况下实行实时跟踪监测,将对细胞生物力学的发展起到重要的作用。