测量生物组织等效杨氏模量的毫米压痕仪

杨红穗，高琦，刘逍逸，周红生



测量生物组织等效杨氏模量的毫米压痕仪

杨红穗1，高琦2，刘逍逸1，周红生1

(1. 中国科学院声学研究所东海研究站，上海200032；2. 长春理工大学机电工程学院，吉林长春130022)

生物组织的弹性是诊断其是否发生病变的重要依据，杨氏模量是反映组织弹性的重要参数。以Labview为软件平台结合数据采集和运动控制等硬件设备，研制了一套测量弹性模量的毫米压痕弹性仪。以市购冷鲜牛肉、猪肉、猪肝和猪肾为试样，测量了球形压头向试样施加的负载力和对应的试样压痕深度，在对测量数据进行校准的基础上，利用基于赫兹接触力学模型的压头半径、作用力、压痕深度与试样等效杨氏模量E间的解析关系，得到各试样的等效杨氏模量。实验结果表明，测得的组织试样等效杨氏模量数值与文献基本相符，所设计的毫米级压痕法测试装置可用于生物组织等效杨氏模量的检测。

生物组织；等效杨氏模量；压痕法；毫米压痕弹性仪

0 引言

生物软组织包括皮肤、血管、肌肉、肌腱、韧带及各种器官(如肝、肾等)，是非线性黏弹性的、各向异性的非均质材料[1]，病变通常会导致其弹性的变化，如癌症通常表现为组织硬块，囊肿呈现为柔软的结构，而类似肝硬化、纤维化肝之类的疾病也会使肝的弹性系数发生明显的变化[2-3]。测量生物组织的弹性，可以辅助疾病情况的准确诊断及确定针对性的治疗方案，并可对治疗方案的效果进行评估[4]。杨氏模……