在微尺度分辨率下利用晶体肋骨绘制肺和肺癌的应变强化行为

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 肺部医学 肺部医学
• 计算生物学 计算生物学

背景情况:

• 肺部疾病,包括癌症,显著改变肺部的机械特性,影响疾病的进展和治疗.
• 在亚气泡分辨率下测量完整的肺部的机械性质 (刚性) 是一个重大挑战.
• 之前的方法缺乏评估肺部微环境内的局部硬度变化的分辨率.

研究的目的:

• 开发和验证一种新的数据驱动模型,以产生微观分辨率的肺部绝对刚度图.
• 量化健康肺和癌症肺之间肺组织刚性的差异.
• 研究疾病对肺组织机械异质性和应变强化行为的影响.

主要方法:

• 利用晶体胸系统,在各种气压下获得高分辨率的肺部功能图像.
• 开发了一个多尺度网络模型来处理图像数据并生成相应的绝对刚度图.
• 验证了模型在显微尺度上绘制肺硬度的准确性.

主要成果:

• 绝对硬度图显示了健康和癌症肺部显著的微观硬度异质性.
• 发现,与健康的肺组织相比,初级肺瘤带来了更大的硬度异质性.
• 瘤的硬性随着肺间压力的增加而显著增加,显示出比健康的肺气更大的应变硬效应.
• 瘤的硬度明显高于周围的肺组织,特别是在更高的压力下.

结论:

• 开发的模型允许在微观尺度上对疾病诱导的肺组织硬度变化的定量评估.
• 癌症肺组织的增加硬度和异质性对了解疾病进展和机械传导有影响.
• 这种方法为研究健康和疾病中的肺机械提供了一个强大的工具,可能有助于诊断和治疗策略.