弹性应变范文（精选6篇）
弹性应变 第1篇
在航空航天领域内, 有关构件的振动疲劳损伤问题十分突出。因为零部件的使用寿命直接影响机器设备的正常运作, 所以与飞行器结构设计相关的损伤识别问题扮演越来越重要的角色。近几十年来, 空难事件频繁发生, 其肇因引发了各方研究者的深入探讨[1]。因此, 航空领域设计上的安全保障不容忽视。弹性梁是飞行器广泛采用的一种基本构件, 如飞机机翼、直升机旋翼、发动机叶片等在一定条件下均可以简化为梁模型来研究。受加工、制造、环境因素以及外界载荷、疲劳效应等原因的影响, 任何弹性梁都不可避免地存在各种损伤, 加之振动贯穿于飞行器的发射、飞行直至完成使命的全过程, 在振动作用下, 尤其是振动载荷频率与飞行器结构固有频率相交时, 很容易导致损伤扩展, 最终引发失效。为了避免此类问题的继续产生, 研究探讨弹性梁的损伤识别方法具有十分重要的意义。
从结构动态或静态特性的变化来推断结构可能存在的损伤是一种行之有效的方法, 它在很多工程实际中得到了应用, 其中基于模态参数的结构损伤识别方法引起了广泛的关注。近几十年, 很多研究者把结构模态参数改变量定义为结构早期损伤发生的重要标志, 各类指标主要有频率、振型、阻尼、柔度、能量等[2]。固有频率是模态参数中最容易测试且识别精度较高的参数之一, 用其改变量作为损伤指标相对于模态振型而言更为准确[3]。但是不同位置的损伤可能引起相同的频率变化量, 如完全对称结构对称位置发生损伤引起的频率变化量完全相同, 此时便无法确定损伤位置[4]。相对于频率变化, 振型变化对损伤更为敏感, 但根据振型变化却无法检测出损伤发生位置, 而且单调变化难以用来诊断损伤程度[5]。因为振型曲率的变化大小和损伤程度密切相关, 而且损伤越大, 曲率变化越大, 于是有研究者提出用损伤前后振型曲率变化的绝对值来判断损伤位置[6]。考虑到损伤会导致结构柔度增大, 也有研究者利用结构损伤前后柔度矩阵差变化作为损伤检测指标[7]。近年来, 基于损伤前后结构应变能变化, 有学者提出利用单元模态应变能作为结构损伤指标的研究思路[8]。
尽管国内外研究者在弹性结构损伤识别模态诊断方法研究上取得了重要进展, 但是鲜有成果推广到工程实际中, 其原因在于这些方法或多或少存在一定的局限性。为了进一步推动弹性梁损伤识别方法的发展, 本文以单元模态应变能为基础, 通过对比结构单元损伤前后模态应变能的变化率构建新的损伤指标, 并通过数值计算和实验测试验证损伤识别方法的有效性。
1 弹性梁的模态应变能
忽略梁的剪切变形以及截面绕中性轴转动惯量的影响, 梁的弯曲自由振动方程为
式中, E (x) 为弹性模量;I (x) 为截面惯性矩;ρ (x) 为材料密度;A (x) 为梁的横截面面积;w为横向振动位移;x为坐标;t为时间。
假设弹性梁的横向固有振动形式为
式中, W (x) 为梁的横截面中性轴在x处的横向振动幅值函数;T (t) 为描述运动规律的函数。
等截面弹性梁的振型函数近似如下[9]:
式中, C1、C2、C3、C4为待定系数;ω为弹性梁的固有频率;EI为截面的抗弯刚度。
'根据均匀材料等截面弹性直梁的固有振型正交性条件, 弹性梁的第r阶模态质量Mr和模态刚度Kr分别表示为
式中, 为第r阶模态振型对x的二阶导数。
对于任何弹性体结构, 通常情况下其应变能的表达式为
式中, σi、εi分别为弹性体中任意一点上沿x、y、z方向的正应力和正应变分量;τi、γi分别为弹性体中任意一点上沿x、y、z方向的剪应力分量和剪应变分量;V为弹性体体积范围。
根据应变能表达式, 弹性梁振动时的模态应变能计算式为
弹性梁受损后, 结构单元的刚度退化, 柔度增加导致其应变能发生变化, 可表示为
式中, 上标H、D分别表示弹性梁无损状态和受损状态。
2 损伤指标的构建
为了更好地理解损伤指标的含义, 假定把弹性梁离散化, 可以认为梁的刚度是由单元刚度共同作用形成的, 则在第r阶模态下第j单元对弹性梁刚度的贡献度为
式中, kj为第j单元的单元抗弯刚度。
将单元刚度贡献度与弹性梁模态刚度的比值定义为单元刚度灵敏度Srj:
在任何模态情况下, 单元刚度灵敏度均满足
式中, NE为单元的个数。
如果弹性梁被离散为很多个单元, 则单元刚度灵敏度Srj远小于1, 于是弹性梁损伤时和无损时的关系可以用下式近似联系起来:
综合以上各式可进一步得出
考虑弹性梁损伤前后刚度的变化, 将式 (5) 和式 (9) 代入式 (13) , 并运用积分中值定理可得
式中, kjH、kjD分别为第j单元无损与受损时的单元抗弯刚度;, kH、kD分别为弹性梁无损与受损时截面的抗弯刚度;为积分中值。
在损伤不太大的情况下, 近似相等, 借助式 (14) , 可利用单元刚度的变化比来构建损伤指标:
损伤指标βjr描述第r阶模态下弹性梁损伤前和损伤后各单元模态应变能的变化比。弹性梁损伤后, 损伤位置的单元刚度肯定降低, 于是损伤指标的阈值取1, 即判断弹性梁的第j单元出现损伤的准则为
为了更加精确地判断弹性梁的损伤位置以及损伤程度, 考虑所有可能获得的模态, 上述损伤指标可以进一步修正为
式中, NM为所获得模态的数量;kHjr、kDjr分别为弹性梁在无损状态和损伤状态时第r阶模态下第j单元的单元抗弯刚度。
为了减小试验数据的随机性以及在考虑某一指标阈值下损伤识别结果的可靠度, 对损伤指标进行归一化可得到新的损伤指标:
式中, μβj为所有单元损伤指标βj的平均值;σβj为βj的标准偏差。
3 数值算例
考虑图1所示的均质方形等截面简支梁, 其长度l=2m, 截面尺寸为0.4m×0.2m。弹性梁材料为304不锈钢[10], 弹性模量为204GPa, 材料密度为7.86g/cm3, 泊松比为0.3。
为了验证理论分析的有效性, 通过Patran建立图1所示弹性梁的有限元模型, 将模型划分为六面体单元, 仿真时设计以下3种损伤情况:①在简支梁的0.8m处设计其受损程度分别为5%、10%和20%。②在简支梁的0.8m处设计其受损程度为20%, 而在简支梁的1.7m处设计其受损程度分别为5%、10%和20%。③在简支梁的0.8m处设计其受损程度为20%, 在简支梁的1.2m处设计其受损程度分别为5%、10%和20%, 在简支梁的1.7m处设计其受损程度为10%。
在实际结构中, 裂纹会引起结构抗弯刚度的降低, 而结构质量几乎保持不变。所以在有限元建模时, 根据受损程度按相应的百分比对损伤截面材料的弹性模量进行折减, 以此模拟弹性梁的损伤大小。为提高损伤识别精度, 考虑多阶模态对损伤的贡献, 本文取前4阶模态来识别损伤。识别结果见图2, 图中损伤百分比与设计情况相对应。
分析发现, 不论是单损伤还是多损伤, 该方法均能准确地识别出损伤位置并定性地反映损伤程度, 而且识别精度高, 需要的模态阶数少。
4 实验验证
实验设备如图3所示, 实验所采用的模型为一铝合金弹性梁, 其几何尺寸为600mm×30mm×5mm, 材料力学性能如下:弹性模量为70.3GPa, 密度为2660kg/m3, 泊松比为0.33。
实验时把梁划分为17个单元, 将加速度传感器安装在第5单元下面。采用力锤激励法对损伤前后的弹性简支梁进行振动模态实验, 并通过模态分析软件分析加速度信号, 得到弹性梁损伤前后的模态振型。为验证方法的有效性, 在弹性梁表面设计以下两种损伤情况:①在弹性梁的第11单元上线切割出宽0.2mm、深0.5mm的表面贯穿直裂纹缺口;②在弹性梁的第6单元和第11单元上同时线切割出宽0.2mm、深0.5mm的表面贯穿直裂纹缺口。
分析时取前4阶模态代入损伤指标计算公式, 得到损伤识别结果如图4、图5所示。结果表明, 弹性梁含有单缺口时, 指标数值在损伤位置发生了明显突变, 除第5单元外, 其余无损伤部位发生的突变量较小。第5单元指标值发生突变可能与其下方的加速度传感器所带来的附加质量有关。然而, 即便损伤发生在传感器附近, 损伤指标值也很明显, 所以用该方法进行损伤识别效果不错。分析表明, 由于实验采用简支梁模型, 梁中间位置的弹性应变显著, 故对损伤敏感性较强。
5 结论
(1) 基于单元模态应变能的变化, 本文提出一种新的结构损伤识别方法, 该方法以结构损伤会导致其模态应变能变化为原则, 定义结构单元损伤前后模态应变能的变化率为损伤指标。 (2) 因为低阶模态在实际测量中比较容易准确获得, 所以本文方法仅需少量模态就可以准确地识别结构损伤, 能满足现有测量技术条件下对损伤识别要求的准确性。 (3) 利用实验数据进行损伤识别, 识别效果比数值识别效果差, 主要原因在于实验模型划分的单元数与数值模型划分的单元数相比明显偏少、数值模型模拟损伤采用的模量折减法与实验所设计的缺口损伤有一定的区别。另外, 附加传感器所引起的集中质量对结构损伤识别的准确度也有一定的影响。
摘要：针对飞行器弹性梁结构的振动疲劳损伤问题, 基于单元模态应变能的变化提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法以结构损伤会导致其模态性能变化为原则, 通过对比结构单元损伤前后模态应变能的变化率来构建损伤指标。在构建损伤指标之前, 假定弹性梁的刚度是由单元刚度组成的, 在定义单元刚度灵敏度公式的基础上, 建立了弹性梁损伤前后模态应变能变化的联系。最后采用数值计算和实验测试方法, 得到了弹性梁损伤状态的识别结果, 验证了该方法对损伤识别的正确性和有效性。
关键词：损伤识别,模态应变能,弹性梁,振动疲劳
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弹性应变 第2篇
弹性杆被看作是截面的弧坐标历程.拉压和剪切变形形成截面随形心的相对平移,弯扭变形形成截面绕形心的相对转动[7].根据弹性杆的细长性,假定弯曲时中性轴过截面形心,且忽略截面形状和大小的改变.
1 轴线切向量对截面法向量的偏离
设(P-xyz)为与截面固结的形心主轴坐标系,基矢量ex,ey,ez称为Cosserat方向子,ez为截面的外法矢.取平行于主轴坐标平面的单元体,此单元体的剪应变在主轴基下表为角位移矢量γ=(-γzyγzx0)T,其中正负号按右手规则确定,图1是其在坐标平面上的投影.在此剪应变下,截面的法向量与轴线的切向量存在偏角,其关系为[5]
eτ=ez+γ×ez=(εxεy 1)T (1)
其中式(1)对eτ单位向量的表达是一阶近似意义上的.注意到,其中r为截面形心,亦即轴线的矢径;为变形后的弧坐标.轴线的应变为
s为原始弧坐标.由式(1)和式(3)得
其中略去了二阶微量;ε=(εxεyεz)T为截面形心的应变矢.
从图2可见
其中w为截面形心因变形导致的位移矢量.比较式(4)和式(5)知,ε=dw/ds.式(4)或式(5)就是Cosserat弹性杆的变形几何关系.Kirchhoff模型是取ε=dw/ds=0,此时轴线的切向量与截面的法向量重合,有dr/ds=eτ=ez.式(4)表明,除了弯扭度外,截面形心的应变矢ε也是影响弹性杆弯曲程度的重要因素.
2 本构方程中弯扭度和应变矢的基准
弯扭度和应变矢可以按原始或变形后的弧坐标定义
其中ΔΦ和Δw分别为因变形导致截面沿轴线的无限小角位移和平移.考虑了轴线应变后的本构方程不能想当然地由Kirchhoff弹性杆本构方程中的弯扭度替换成得到.
以圆截面为例从一点的应变和Hook定律出发考察这一问题[6],结论同样适用于非圆截面.在平面截面假定下,变形导致截面产生平移Δw和角位移ΔΦ,截面上相对圆心矢径为ρ=(x,y,0)T的一点处的线位移在一次近似下表为
根据Hook定律:σ=Eε,τ=Gγ(其中的应变都是相对原始尺寸的),应变矢为
其中ε,ω=(ωx,ωy,ωz)T由式(6)和式(7)式定义.式(9)中第1项的几何意义已由式(2)和式(3)明确:εx,εy为相邻两截面的相对错动产生的剪应变,εz为拉伸变形导致的正应变.第二项写成主轴坐标系的投影式
显然,第1和第2两个分量为扭转剪应变γn=(-yωz xωz0)T,显示了截面绕z轴的转动;第3个分量为弯曲正应变εw=(0 0 yωx-xωy)T,显示了截面绕主轴x,y转动的弯曲正应变的叠加.
按Hook定律计算对应于各个应变的应力
于是应力与截面内力的关系为
其中,v为与截面形状有关的因数[8],考虑了剪应力并非是沿截面均匀分布.将式(11)代入式(12),导出
其中,Kx=νGA,Ky=νGA,Kz=EA,Bx=EIx,By=EIy,Bz=GIt;这里,Ix,Iy为截面关于主轴x,y的惯性矩,It为相当极惯性矩(圆截面为极惯性矩)[9].式(12)仅适合圆截面而式(13)也适合非圆截面.由此可知,在一次近似下主矢和主矩分别与关于原始弧坐标的应变矢和弯扭度成正比,Kirchhoff弹性杆的主矩本构方程形式保持不变.
3 结语
对于精确Cosserat弹性杆,在发生弯扭变形的同时还发生拉压和剪切变形.剪应变导致轴线切向量对截面法向量的偏离;对于线弹性杆,主矢和主矩分别与关于原始弧坐标的应变矢和弯扭度成正比.
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弹性应变 第3篇
关键词：超声检查,应变率比值,乳腺结节,良恶性病变,鉴别诊断
近年来,我国乳腺结节的发病率逐渐增高,其中乳腺癌的的发病率位居女性恶性肿瘤的第一位。由于发病部位特殊,给女性的生活质量和生命安全带来了严重的威胁[1,2]。早发现、早诊断、早治疗能够较大地提高乳腺疾病的治愈率,因此乳腺结节的及时发现及良恶性的鉴别诊断尤为重要[3]。彩色多普勒超声是乳腺结节首选的常规检查方法,随着超声弹性成像技术的发展,国内外许多学者将此技术应用于乳腺结节良恶性的鉴别诊断[4]。本研究通过弹性应变率比值(strain ratio,SR)来辅助诊断乳腺结节的良恶性,探讨其在乳腺良恶性结节鉴别诊断中的价值。
1资料与方法
1.1一般资料
选取2013年11月~2016年2月在我院行乳腺超声检查发现乳腺结节的女性患者68例,共72个病灶,均经组织病理学检查确切证实。其中有44个结节为良性,28个恶性结节。患者年龄26~72岁,平均年龄(43±10.2)岁。
1.2方法
采用飞利浦IU-Elite彩色多普勒超声诊断仪,高频线阵探头5~12Hz,QLAB10.2工作站。患者平卧位,先行常规的彩色多普勒超声对其进行扫描,在检查之前先依照患者透声条件进行图像调节,发现肿块后先观察肿块的部位、大小、形态、内部回声、血流情况。将机器切换成弹性成像模式,此时二维与弹性图双幅实时显示,调整探头的位置,使肿块与正常腺体组织均能清晰显示,调节取样框,瞩患者短暂屏气,待屏幕右下方的的绿色压力图标稳定时冻结图像,再将实时组织弹性成像检查图像存入仪器及QLAB工作站。本实验设计采取病灶的整体组织弹性与同一深度正常腺体组织弹性比较获得两者的弹性形变比值,用来评价病灶质地的坚硬程度。操作时,进入EQ模式,选取绿色标尺较稳定的20幅图,先在病灶内勾画感兴趣A区,软件会自动计算,结束后移动轨迹球,将感兴趣区移至正常腺体组织内B区,SR为A区形变/B区形变,取平均值。对于体积较大的肿块采取分块勾画肿块局部区域,SR值越小,提示结节越硬,恶性病变可能性越大,SR值越大提示结节越软,良性病变可能性大[5]。
1.3统计学方法
采用SPSS21.0统计软件包分析数据,乳腺良恶性结节的SR值比较行两独立样本t检验。以病理结果为金标准,应用ROC曲线分析法确定乳腺结节SR值的最佳临界值,计算超声弹性成像诊断乳腺良恶性结节的敏感性、特异性及准确性。P<0.01为差异有统计学意义。
2结果
2.1病理类型
对68例患者72个结节病灶术后病理组织学证实良性结节44个,其中,纤维腺瘤35个,乳腺腺病4个,乳头状瘤2个,囊性增生病变3个,恶性结节20个,其中浸润性导管癌27个,导管原位癌1个。
2.2超声弹性成像检查结果
常规灰阶声像图所检结节均为实性回声团块。所检结节与同深度腺体组织的弹性比值结果可知乳腺良性结节SR为(1.06±0.68),恶性结节SR为(0.35±0.14),两者比较差异有统计学意义(P<0.01)。以病理检查结果为标准,SR为结果值,获得ROC曲线(图1),曲线下面积为0.912。以SR<0.40作为诊断恶性结节的标准,其敏感性90.2%,特异性89.3%,准确性90.6%。
3讨论
超声弹性成像是近年来兴起的一项新技术,通过反映组织内部弹性特征间接鉴别病变的良恶性。有报道乳腺内的不同组织的弹性系数从大到小依次为:浸润性导管癌、非浸润性导管癌、乳腺腺病、乳腺纤维腺瘤、乳腺腺体、乳腺脂肪组织,即乳腺恶性病灶的弹性系数大,良性病变弹性系数小[6,7,8]。弹性分析主要分为定性和半定量两种,定性分析是根据弹性图像的颜色进行综合评估,半定量分析则利用SR以数值形式进行量化分析,后者更客观。
本研究对72个乳腺结节实行弹性超声检查时,摆脱了既往向组织施压的方法,避免了病变组织应变受检查者力量不同的影响,弹性图像的获得是通过患者本人的心跳、呼吸运动使组织发生形变,扫查技术具有非依赖性,其重复性较好[9]。图2中乳腺结节与同深度的正常乳腺组织弹性应变率比值为0.53,术后病理诊断为良性。图3中乳腺结节与同深度的正常乳腺组织弹性应变率比值为0.24术后病理诊断为恶性。以0.40为诊断临界值时,诊断乳腺结节良恶性良恶性的敏感性、特异性和准确性分别90.2%、89.3%和90.6%,因此,可以认为弹性超声的应变率比值法对乳腺结节良恶性鉴别有较高的诊断价值。为了减少SR测值的误差,在检查时要尽可能在弹性图像中同时清晰显示结节与同深度正常腺体组织,这时可以将乳腺结节的声像图偏于弹性图像的一侧,以利于正常乳腺腺体组织的显示。肿块较大时分次取部分结节测量,取最小值,即结节中最硬的部分。如遇到患者乳腺腺体组织较少,腺体组织面积小于乳腺结节的时候,会在一定程度上限制了比值法的应用[10]。乳腺髓样癌瘤块大多具有较为清楚的边界,质地较为柔软,易造成与良性肿瘤的混淆,弹性成像易出现假阴性。而有的良性结节因纤维化程度较高或并发粗钙化时,弹性成像易发生假阳性。故乳腺良恶性结节的SR值部分重叠,这时一定要结合详细认真地进行常规超声检查,综合分析结节的大小、形态、回声、血流、腋下淋巴结等多种信息。
综上所述,SR为乳腺结节良恶性提供了新的诊断指标,将其与常规超声相结合能有效提高乳腺结节良恶性诊断的准确率[11]。并对其是否需行手术治疗和手术方式进行指导,有较好的临床应用价值[12]。
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弹性应变 第4篇
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2011年7月-2013年10月来本院接受手术的甲状腺结节患者74例 (102个结节) , 其中男23例, 女51例, 年龄19~66岁, 平均 (42.1±6.5) 岁, 结节直径0.6~3.1 cm, 所有结节均由术后病理检查证实。
1.2 仪器与方法
使用HITACHI EUB-7500超声诊断仪, 配备超声弹性成像技术软件, 探头频率为7.5~13 MHz。患者仰卧位, 先行常规二维超声检查, 观察结节的数量、形态、内部回声、声晕、内部微钙化及血流情况, 并测量结节的最大直径, 评价结节的良恶性。然后启动弹性成像程序, 采用实时双幅模式分别显示弹性图与灰阶图, 弹性取样框调节至病变区面积的2倍以上, 压力指数控制在3~4, 获得弹性图像后, 选定结节与周围正常甲状腺腺体, 测量计算两者应变率比值。
1.3 手术方法
根据结节多少、大小和分布选择适宜的手术切除范围。对单发的甲状腺结节, 行肿块摘除术、腺叶部分切除术或单侧腺叶全切术。多发的甲状腺结节, 如一侧腺叶多发结节, 对侧结节较小者, 行一侧腺叶切除+对侧结节摘除术。两侧甲状腺多发结节, 如仍有部分正常腺体, 行一侧腺叶切除+对侧腺叶大部切除术。两侧甲状腺多发结节, 基本上没有正常甲状腺组织, 则行全甲状腺切除术。对于术中冰冻病理诊断为恶性结节者, 行甲状腺全切或近全切, 并行颈部淋巴结清扫。
1.4 超声诊断标准
1.4.1 二维超声诊断指标
良性结节多表现为边界清晰, 形态规则, 纵横比<1, 伴声晕, 内部无钙化或有粗大钙化, 血流规则等;恶性结节多表现为内部低回声, 边界不清晰, 形态不规整, 无明显包膜, 纵横比≥1, 内部可见微小钙化, 伴有杂乱血流信号。
1.4.2 弹性应变率比值诊断标准
应变率比值≥3.3诊断为恶性, 应变率比值<3.3诊断为良性[3]。
1.4.3 弹性应变率比值结合二维超声诊断方法
具备良性结节二维图像特征且应变率比值<3.3诊断为良性;具备恶性结节二维图像特征且应变率比值≥3.3诊断为恶性;对于二维图像为良性但应变率比值≥3.3的结节, 若弹性比值≥6则诊断为恶性, 弹性比值<6为良性;对于二维图像为恶性但应变率比值<3.3的结节, 若弹性比值≥2则诊断为恶性, 弹性比值<2为良性。
1.5 统计学处理
采用SPSS 13.0统计软件进行分析, 计数资料的比较采用X2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 手术病理结果
102个甲状腺结节中恶性结节为31个, 良性结节71个。
2.2 常规二维超声结果
102个甲状腺结节中, 常规二维超声诊断为恶性结节有19个, 良性结节83个, 与病理符合64个, 诊断准确率62.7%。
2.3 弹性应变率比值结果
102个甲状腺结节中, 依据弹性应变率比值诊断为恶性结节有45个, 良性结节57个, 与病理符合57个, 诊断准确率55.9%。
2.4 弹性比值结合二维超声结果
102个甲状腺结节中, 弹性比值结合二维超声诊断为恶性结节有34个, 良性结节68个, 与病理符合85个, 诊断准确率83.3%。
2.5 诊断准确率的比较
常规二维超声与弹性比值结合二维超声两种方法对甲状腺结节性质的诊断准确率比较中, 结果表明两者有统计学差异 (P<0.05) ;弹性应变率比值法与弹性比值结合二维超声两种方法对甲状腺结节性质的诊断准确率比较中, 结果表明两者有统计学差异 (P<0.05) 。常规二维超声检查诊断准确率要优于弹性应变率比值方法;常规二维超声检查结合弹性应变率比值则能进一步提高诊断准确率。
3 讨论
近年来, 随着超声技术的普及应用, 甲状腺结节的检出率明显增高[4,5,6,7]。恶性结节在二维声像图上的共同特征表现为:形态不规则、边界不清、周边无声晕、纵横≥1、呈低回声、内部呈砂粒样钙化等[8,9,10,11]。本研究中, 通过对常规二维超声与病理不符的甲状腺结节回顾分析图像特征发现, 在二维声像图上, 良恶性结节表现存在重叠, 即部分良性结节可表现为形态不规则、无声晕、伴钙化等, 而部分恶性结节可表现为形态规则、边界清晰、无钙化等。这些重叠的二维图像特征对于良恶性结节的定性诊断造成一定困难, 由此造成诊断准确率减低, 对外科医生选择手术方式造成一定影响。
研究结果表明, 甲状腺恶性结节的硬度大于良性结节, 超声弹性成像技术能够了解所检测组织的硬度, 为鉴别甲状腺结节的良、恶性提供了新的途径。该技术利用病变与正常组织之间弹性系数的不同, 对产生的不同应变以彩色编码显示, 弹性图中以绿色表示组织弹性系数中等, 为平均硬度;红色表示组织弹性系数小, 较平均组织软;蓝色表示组织弹性系数大, 较平均组织硬。目前甲状腺结节的超声弹性成像技术有评分法和比值法。评分方法是由检查医生对病灶的弹性图像进行分析给出主观性的评分, 因弹性图像的多样性与复杂性, 使弹性图像的分级存在一定的主观性, 而造成结果的偏倚[12]。而弹性应变率比值法是计算病灶区与正常组织区的应变比值, 客观地评估被测区的硬度情况, 可以避免主观因素的影响[13]。本研究应用弹性应变率比值法结合二维超声联合诊断, 准确率明显高于单纯应用二维超声检查方法及单纯应用弹性应变率比值方法, 由此可见, 应用弹性应变率比值法结合二维超声联合诊断甲状腺结节对鉴别诊断结节的良恶性有较大帮助。
本研究中, 恶性结节的弹性应变率比值以≥3.3为恶性标准, 将恶性误诊为良性结节的主要原因可能为: (1) 弹性应变率比值反映的是结节与周围组织相比较的硬度相对值, 当甲状腺有弥漫性病变时应变率比值可能也会降低; (2) 恶性结节内部出现坏死液化也致使弹性成像评分偏低而漏诊; (3) 少部分结节病理表现为良性结节中有少部分恶性成分, 这类结节硬度与良性结节硬度相似。弹性误诊为恶性的良性可能为良性病变内并发粗大钙化、胶原化和炎性病变引起的丰富的间质细胞, 造成弹性成像比值增高。虽然弹性应变率比值法可在一定程度上避免医生的主观偏差, 但是该技术尚处于研究阶段, 用于良恶性结节的截断值还是有差别的[14,15]。本研究中, 单纯应用弹性应变率比值法评价甲状腺结节良恶性的准确率仅为55.9%, 可见该方法不适合于单独应用于评价结节良恶性。
总之, 超声弹性应变率比值法能定量地分析病灶的硬度, 较客观地评价病灶的相对硬度, 能弥补常规二维超声的不足, 两者结合, 能提高甲状腺结节的诊断准确率。但对于临床怀疑为恶性结节、常规二维超声和超声弹性比值法检查均不能明确诊断的甲状腺结节, 仍需行穿刺活检以明确诊断。
摘要：目的:评价超声弹性应变率比值结合二维超声在甲状腺结节诊断中的应用价值。方法:对74例甲状腺结节患者的102个甲状腺结节进行常规二维超声及弹性成像检查, 测定结节的弹性应变率比值。将超声诊断结果与病理结果进行对比分析。结果:根据二维超声的声像图表现, 诊断甲状腺结节性质的准确率为62.7%;根据弹性应变率比值诊断甲状腺结节性质的准确率为55.9%;而将超声弹性应变率比值结合二维声像图表现联合诊断, 超声诊断甲状腺结节性质的准确率为83.3%, 与前两种方法比较差异均有统计学意义 (P<0.05) 。结论:超声弹性应变率比值结合二维超声明显提高了超声诊断甲状腺结节的诊断准确率。
弹性应变 第5篇
关键词：甲状腺结节,超声,应变率,比值法
甲状腺结节性疾病是临床上一种常见的甲状腺疾病, 其结节可分为良性和恶性, 及早的诊断良恶性对临床治疗方法的确定具有重要意义[1]。由于结节的病理结构复杂, 常规的超声在良恶性诊断上存在交叉现象, 超声弹性成像应变率比值法是近年来新发展起来的一种影像学技术, 其广泛应用于临床良恶性肿瘤的诊断[2]。本文通过比较超声弹性成像应变率比值法诊断甲状腺功能异常与病理结果的差异性, 旨在说明其在甲状腺功能异常上的诊断价值。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2013年2月~2014年2月来本院就诊的150例甲状腺结节性患者 (150个甲状腺结节) , 其中男65例, 女85例, 年龄25~72岁, 平均年龄 (45±10) 岁。结节均可触及, 其中78个结节位于左叶, 72个位于右叶。检查结果以病理结果为“金标准”, 并作为对照组与采用超声弹性成像应变率比值法诊断 (观察组) 形成对照。
1.2 诊断方法
对照组由3名以上经验丰富的主任级病理医师做病理切片并下诊断。观察组使用的超声诊断仪器为HI VISION Preirus, 该仪器具有实时UE技术, 自带SR比值测算功能。患者取仰卧位, 充分暴露检查区, 对患者甲状腺进行常规超声扫查发现甲状腺结节后测量结节大小, 观察结节形态、边界回声 (内部有无钙化及内部血供) 等。然后再应用UE技术检查甲状腺结节, 取样框的中间位置应该尽量覆盖结节区, 最好在病灶区3倍左右取样, 主要参照物为甲状腺组织, 其与结节处于同一层。具体测量步骤如下: (1) 先勾画甲状腺结节轮廓, 应变率记为A。 (2) 勾画同一水平的甲状腺组织, 大小基本一致, 应变率记为B。 (3) 系统自动计算获得SR比值B/A, 以B/A=3.3作为良恶性结节的交界点, B/A>3.3定为恶性, B/A<3.3定为良性, 计算灵敏度与特异度[3]。
1.3统计学方法
采用SPSS17.0统计学软件对所得数据进行统计分析。计数资料以率 (%) 表示, 采用χ2检验。P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组良恶性结节诊断比较
观察组与对照组差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表1。
注:与对照组比较, aP>0.05, bP>0.05
2.2 两组超声弹性成像应变率比值法与病理结果比较
病理结果显示良性结节为126个, 恶性结节为24个;超声弹性成像应变率比值法B/A<3.3为118个, B/A>3.3为32个。两组结果比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。超声弹性成像应变率比值法与病理检查两种方法检测结果。见表2。
注:两种结果比较, P>0.05
2.3 超声弹性成像应变率比值法灵敏度及特异度
由表2可以计算得出采用超声弹性成像应变率比值法的灵敏度为62.5%, 特异度为86.5%。
3 讨论
超声弹性成像技术最早由Ophir提出, 其成像基本原理是根据不同组织间弹性系数不同, 在外力作用下发生形变的程度不同[4]。收集被测组织某段时间内的片段信号用自相关法综合分析。以灰阶或彩色编码显示, 通过图像来反映组织硬度。而应变率比值在一定程度上相关于病灶及其四周组织所具有的弹性比, 可较为精确地对病灶的相对硬度予以反映, 防止医师受到主观因素的影响, 使结果更为科学客观。甲状腺良性与恶性结节有鉴别起来很多方面不同, 其中硬度就是一方面, 超声弹性成像技术和应变率比值法正是根据这个特点加以鉴别。
随着超声弹性成像应变率比值法的发展, 现在越来越多的把这项技术应用在影像学诊断上, 尤其是良恶性肿瘤的诊断。与病理检查相比, 此项检查是一项无创性的检查, 使患者免遭手术创伤的痛苦。近年来文献报道显示, 超声弹性成像应变率比值法也被应用于乳腺良恶性肿块的诊断[5]。由此, 作者认为此方法可以推广至其他部位 (如肝脏、肾脏等) 的良恶性诊断上。
研究显示, 超声弹性成像应变率比值法在诊断甲状腺功能异常上与病理检查结果比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 其特异性与敏感性均明显高于常规超声[6]。本研究中超声弹性成像应变率比值法诊断甲状腺恶性结节的敏感性为62.5%, 特异度为86.5%。本研究结果与余珊珊等[7]的结果一致, 均证实了超声弹性成像应变率比值法对甲状腺功能异常诊断的可行性。与常规超声相比, 应用此项技术的优点是可以有效避免如桥本氏甲状腺炎结节由于内部广泛的纤维组织增生, 纤维条索将病变甲状腺分隔形成结节造成误诊。
综上所述, 超声弹性成像应变率比值法与病理结果比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 与病理检查相比, 其具有无创性、操作简单等优点, 与常规超声相比其诊断正确率明显较高。
参考文献
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弹性应变 第6篇
1 资料与方法
1.1 研究对象
2012-04~09南昌大学第二附属医院就诊并行手术治疗的97例乳腺结节患者, 结节共116个。患者年龄15~61岁, 平均 (36.57±11.77) 岁。所有患者手术病理结果均为乳腺纤维腺瘤或腺病。
1.2 仪器与方法
采用Philips i U22彩色多普勒超声显像仪, 配置L12-5探头, 频率5~12 MHz。患者取仰卧位, 充分暴露乳腺及腋窝, 常规扫描观察肿块的数目、大小、形态、回声、有无钙化、钙化特点及血流等情况;再切换至UE模式, 在同一屏幕上显示二维图像和弹性图像, 调节取样框和压力指标, 从而取得实时弹性图;分别勾画病灶同层的腺体组织和病灶区作为感兴趣区, 测量其弹性应变率比值 (SR) 。根据手术病理结果整理分析所有结节的SR。
1.3 统计学方法
采用SPSS 17.0软件, 乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病结节SR比较采用成组t检验, P<0.05表示差异有统计学意义。构建ROC, 并根据Youden指数的最高临界点结合临床实际确定诊断界值。
2 结果
2.1 病理类型
116个结节病理显示, 纤维腺瘤 (图1) 75个, 其中64个纤维腺瘤的结节SR≥1.535, 11个纤维腺瘤结节SR<1.535;乳腺腺病 (图2) 41个, 其中15个腺病结节SR≥1.535, 26个腺病结节SR<1.535。
2.2常规超声
先对所有结节进行常规超声检查, 根据结节的形态、回声、有无钙化等特点对结果进行整理 (表1) 。
2.3 SR结果
116个结节均进行SR诊断。乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病结节的SR分别为2.01±0.45、1.40±0.42, 差异有统计学意义 (t=6.829, P<0.05) 。用ROC曲线判定SR诊断效能时, 以1.535为临界点判定乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病的敏感度、特异度、准确度分别为85.2%、72.5%、77.6% (图3) 。
图1患者女, 27岁, 乳腺纤维腺瘤。A.超声示左乳头上方等回声结节, 形态规则, 后方回声增强, 内部回声均匀, 测得SR为2.70;B.结节的大体标本可见表面光滑, 有包膜, 瘤体切面部分呈灰白色;C.病理镜下见纤维腺瘤腺体及间质的纤维组织增生, 腺管被挤压成鹿角状 (HE, ×100)
图2患者女, 42岁, 乳腺腺病。A.超声示右侧乳腺内低回声结节, 形态规则, 内部回声均匀, 测得SR为1.34;B.结节的大体标本可见结节无包膜、与周围正常乳腺分界不清;C.病理镜下见乳腺小叶及纤维组织增生, 部分腺管成囊状扩张 (HE, ×100)
1-特异度
3 讨论
乳腺纤维腺瘤结节和乳腺腺病结节是乳腺疾病中最常见的良性结节。多数文献报道乳腺纤维腺瘤的恶变率低[4], 也有学者认为其恶变的危险是累积性增加的[5,6], 故长期以来乳腺纤维腺瘤的治疗原则是手术切除。乳腺腺病指乳腺腺体成分增大增多, 属于腺体自然发展的过程, 一般建议药物治疗。临床上发现乳腺结节就建议患者行手术切除, 这样会增加患者的痛苦, 如在术前能很好的鉴别乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病, 则可以减少一些不必要的手术。
UE根据在受到外力压迫时由于组织内部弹性系数不同而应变分布不同, 将受压前后回声信号移动幅度的变化转化为实时彩色图像, 从而推测组织的生物硬度。近年来UE技术不断发展, 其在鉴别乳腺结节良恶性方面有较高的诊断价值[7]。也有研究显示可以通过弹性图特征鉴别诊断乳腺纤维腺瘤和叶状瘤[8], 但关于乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病的鉴别诊断报道较少。
本研究采用UE应变率比值法在乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病鉴别诊断中的应用, 结果显示两者SR差异有统计学意义。这是由于UE技术反映组织的生物组织弹性信息, 组织弹性与其内部结构密切相关。乳腺腺病的病理基础是乳腺实质的腺体成分 (基本上是乳腺终末导管小叶单位中的小管成分) 非肿瘤性增多、增大、变性, 并伴纤维化的过程;而乳腺纤维腺瘤是发生于乳腺小叶内纤维组织和腺上皮的混合性瘤, 主要由上皮和纤维结缔组织组成。Kroushop等[9]研究显示乳腺内不同组织的弹性系数各不相同, 其中乳腺纤维组织的弹性系数比乳腺腺体的弹性系数大;组织弹性系数越大, 表示该组织的硬度越大。弹性成像技术根据腺体的弹性系数低于纤维组织的弹性系数这一特征为鉴别乳腺腺病和乳腺纤维腺瘤提供新的诊断依据。
本研究中以1.535为临界值鉴别诊断乳腺纤维腺瘤和腺病结节的敏感度、特异度、准确度分别为85.2%、72.5%、77.6%。根据Swets的标准[10], ROC曲线下面积为0.7~0.9时, 诊断方法有一定的准确度, 本研究中ROC曲线下面积为0.833。因此SR法作为一种半定量分析法对乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病的鉴别诊断有一定的价值。
由于结节内部组织成分多样化、复杂化会造成有些乳腺纤维腺瘤结节和乳腺腺病结节的硬度交叉。本研究乳腺腺病中15个结节的SR大于临界值, 这可能与乳腺腺病的类型及形态有关。如乳腺硬化型腺病和纤维型腺病以纤维组织增生为主并可能发生玻璃样变性, 引起腺体受压增加其硬度, 从而使结节的弹性系数增大, 测得的SR较一般以腺体增生为主的腺病高;本组2例乳腺腺病结节中有片状钙化, 使组织的生物硬度增加, 所测得的SR较高, 因此在测量时应避开结节内的钙化灶。同样有11例纤维腺瘤的SR低于临界值, 由于纤维腺瘤分为4型, 不同类型的组织成分不同, 最常见的是管内型和管周型。部分管周型纤维腺瘤可出现广泛黏液变性或透明变性, 江琼超等[11]研究显示, 广泛透明变性或黏液变性可以导致病灶硬度减低, 故测量的SR也会相应减低。同样纤维化的管内型纤维腺瘤可以使病灶变硬SR增高。由于乳腺纤维腺瘤和腺病的病理表现较多变, 内部结构复杂, 容易导致误诊。
本研究结果显示, UE应变率比值法对鉴别乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病有一定的敏感度, 但UE应变率比值法是一种半定量分析方法, 仍有一定的局限性, 对组织结构复杂的结节的诊断准确度有待进一步提高。因此, 可以进一步研究UE在鉴别诊断乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病中的应用, 在临床工作中应结合常规超声等多方面的表现综合分析, 进一步提高对两者的鉴别诊断。
摘要：目的 探讨超声弹性成像 (UE) 应变率比值法对乳腺纤维腺瘤与乳腺腺病鉴别诊断的应用价值。资料与方法 97例经手术病理证实的乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病结节患者, 共116个结节, 术前均行常规超声及UE检查, 分析患者术前UE检查的应变率比值 (SR) 。结果 116个结节中, 乳腺纤维腺瘤75个, 乳腺腺病结节41个。乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病结节的SR分别为2.01±0.45、1.40±0.42;以SR=1.535为临界点, 判定乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病的敏感度、特异度、准确度分别为85.2%、72.5%、77.6%。结论 UE应变率比值法在鉴别诊断乳腺纤维腺瘤和乳腺腺病方面具有重要价值。
关键词：乳腺肿瘤,纤维腺瘤,乳腺纤维囊性病,超声检查, 乳房,弹性成像技术,应变率比值法,诊断, 鉴别
参考文献
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