使用压痕和磁共振弹性成像对软组织模拟明胶模型进行粘弹性表征

该协议提供了一种在离体制备组织模拟凝胶功能和体内生物力学表征方法的方法，这对于理解和寻找组织的新生物标志物压痕可以测量小尺寸组织样品并且易于执行，而相同的样品可以使用MRE进行测试，提供体内测试场景的直接估计。该方法可以深入了解软生物样品（如脑、肝、肿瘤组织等）的粘弹性频率依赖性机械性能。也可以测量其他样品模型的类似特性。

首先将明胶粉与水混合，得到明胶溶液。在水浴中将明胶溶液加热至60摄氏度，并在保持温度的同时向溶液中加入甘油。搅拌溶液并再次加热至60摄氏度。

将混合溶液倒入将用于MRE和压痕测试的容器中。将溶液冷却至室温，等待溶液凝固。将明胶幻影放入头部线圈中。

然后，将振动板放在明胶幻影的顶部。确保幻象和振动盘之间的接触牢固。在明胶幻影周围放海绵和沙袋，以确保幻影牢固放置。

在头线圈上安装电磁执行器，并将传动杆连接到振动盘。将执行器的电源线与放大器连接，然后将控制线与控制器连接。在函数发生器中设置波形、振动频率和振幅。

通过调整功率放大器来设置所需的振动幅度。然后，将函数发生器设置为在触发模式下工作。将触发线连接到MRI机器的外部触发端口。

将MRE扫描频率设置为与函数发生器相同的频率，使运动编码梯度与振动板的运动同步。接下来，将翻转角度设置为 30 度，将 TR 和 TE 设置为 50 和 31 毫秒，将视场设置为 300 毫米，切片厚度设置为 5 毫米，将体素大小设置为 2.34 x 2.34 平方毫米。在一个正弦周期内测量四个时间点的相位图像。

在每个时间点应用正负运动和编码梯度。根据采集的相位图像，通过减去正负编码相位图像来去除背景相位。使用基于可靠性排序的算法解开阶段。

通过对展开的相位图像应用快速傅里叶变换来提取运动的主分量。使用数字带通滤波器滤波相位图像，并使用二维直接反演算法估计剪切模量，以获得储能模量G素数和损耗模量G双素数。使用圆形冲头将明胶模型修剪成圆柱形样品，并使用手术刀片将其修剪成长方体样品。

用锋利的刀片修剪样品表面，使其尽可能光滑，以便压痕。打开压痕测试仪的电源，然后单击GUI中的“退避”按钮以初始化校准过程。从激光传感器读取值，然后在“基线”框中键入该值。

将载玻片放在挡板上并记录激光传感器显示的值。接下来，将样品放在载玻片上，并将它们一起放在挡板上。从激光传感器读取该值，并在“示例幻灯片”框中键入此值。

这两个值之间的差异是感兴趣区域的样品厚度。小心地将样品与下面的载玻片一起放置在压痕的正下方，然后单击“接触”按钮以启动压痕和样品表面之间的自动接触。根据测量的样品厚度，通过将厚度乘以缩进的测试应变来估计压痕位移。

在“位移”框中键入位移值。在“停留时间”框中将放松时间设置为 180 秒，然后单击“缩进”按钮。斜坡/保持过程中的位移和反作用力将自动记录并保存在指定文件路径的文件中。

此处显示了两个明胶幻影在 40 赫兹和 50 赫兹下的波传播图像。这四个相位对应于一个正弦周期的四个时间点。此处显示了从MRE和压痕实验中测量的粘弹性。

代表性图像描绘了MRE的两个明胶幻影在40赫兹和50赫兹处的典型估计G素数和G双素数图。这里给出了六个重复压痕测试中两个模型的 G-zero 和 G 无穷大值的平均值和标准偏差。屏幕上显示的图形图像表示六个重复MRE测试的两个模型在40赫兹和50赫兹处的G素数和G双素值的平均值和标准偏差。

星号表示显著差异。尝试此过程时，请确保将振动板牢固地压在幻影顶部，不要过度按压板。处理样品时，请确保表面尽可能平坦。

该技术为探索与病理学研究相关的生物力学特性铺平了道路，并开发了用于疾病诊断和预后的基于生物力学的生物标志物。