d Original Contribution
QUANTITATIVE ASSESSMENT OF BLADDER NECK COMPLIANCE BY USING TRANSV AGINAL REAL-TIME ELASTOGRAPHY OF WOMEN
H UANG Y ING,*L IU D A,y J IANG L UO,*L IU L I-X IA,*X IA Y U,*X IE L I-M EI,*and R EN W EI-D ONG*
*Department of Ultrasound,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang,China;and y Department of Orthopaedic Surgery,Shengjing Hospital of China Medical University,11Shenyang,China
(Received14November2012;revised18April2013;in?nal form22April2013)
Abstract—To assess the feasibility of using ultrasound real-time elastography(RTE)to measure bladder neck compliance,we performed real-time elastography measurements by manually applying repetitive compression with the transducer on the scan position of the bladder neck.Instant elastography index(EI)and mean EI of anterior and posterior lips of the bladder neck were calculated.The EI values of anterior and posterior lips of the bladder neck were analyzed in relation to age,body surface area,body mass index,detrusor wall thickness and length,width and thickness of the bladder neck in healthy women.The intra-observer and inter-observer repeatability of measurements in different parts of the bladder neck were assessed using intra-class correlation coef?cients with95%con?dence intervals and Bland–Altman analysis.There were no statistically signi?cant differences between elastography measurements made by the same or two different observers in each area measured.There was no signi?cant difference between anterior and posterior lip thickness of the bladder neck.
The distribution of the elastography measurements indicated that the anterior lip of the bladder neck was slightly harder than the posterior lip.On the whole,from the results of the study,it was clear that EIs of the bladder neck were related to age in healthy women.Stepwise multiple regression analysis results revealed that age was the only independent factor modulating compliance of the bladder neck in healthy women.It is possible to provide a reproducible semi-quanti?cation of real-time elastography in bladder neck compliance.(E-mail: spinecmu@https://www.doczj.com/doc/0f13070652.html,)ó2013World Federation for Ultrasound in Medicine&Biology.
Key Words:Bladder neck,Elastography,Transvaginal ultrasound.
INTRODUCTION
Conditions causing bladder-outlet obstruction(BOO)in women include,but are not limited to,scarring of the bladder neck,advanced pelvic organ prolapse,neurologic conditions that cause detrusor sphincter dyssynergia, primary bladder neck obstruction(PBNO),urethral stric-ture disease,pelvic?oor muscle hyperactivity and dysfunctional voiding.PBNO is a signi?cant source of pain and inconvenience to the patient.In PBNO,the bladder neck fails to open adequately during voiding,ob-structing the urinary?ow in the absence of other anatomic obstruction or increased striated sphincter activity.The precise etiology of PBNO remains to be de?ned,but several potential factors have been proposed, including muscular and neurologic dysfunctions and ?brosis(Padmanabhan and Nitti2007).
Evaluation of BOO in women has proven a particular challenge.To date,most investigations have been based on pressure-?ow tests(Dietz and Haylen2005),which are invasive,expensive and time consuming.Advances in ultrasonic technologies to measure bladder wall thick-ness(BWT)(Bright et al.2010;Kuhn et al.2010)and detrusor wall thickness(DWT)(Kessler et al.2006; Lekskulchai and Dietz2008)and estimate bladder weight(Chalana et al.2005)of urinary bladders are promising for quantifying bladder wall hypertrophy.It has been hypothesized that such measurements of bladder neck compliance may have important implications for clinical diagnosis and treatment of PBNO in females.
Real-time elastography(RTE)is a recently devel-oped technique that allows non-invasive estimation of the elastic properties of in vivo tissue.This technique is based on the fact that soft tissue deforms more easily than hard tissue.The difference in deformation translates into a difference in ultrasound signals,which can be visu-ally represented by a color map.Moreover,the hardness of a target tissue can be semi-quantitatively estimated
Address correspondence to:Liu Da,Department of Orthopaedic Surgery,Shengjing Hospital of China Medical University,Sanhao Street,Shenyang110004,China.E-mail:spinecmu@https://www.doczj.com/doc/0f13070652.html,
1727
Ultrasound in Med.&Biol.,Vol.39,No.10,pp.1727–1734,2013 Copyrightó2013World Federation for Ultrasound in Medicine&Biology
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0301-5629/$-see front matter
https://www.doczj.com/doc/0f13070652.html,/10.1016/j.ultrasmedbio.2013.04.015
by comparing its strain rate with that of a reference body (known as the strain ratio).
Therefore,this study was designed to determine an objective elastography semi-quantitative strategy for bladder neck compliance in women.
METHODS
Study population
Female volunteers were randomly sampled from the outpatient population treated in the Department of Ultra-sound,Shengjing Hospital of China Medical University (Shenyang,China).None of the volunteers had received prior pharmacologic treatment,experienced spontaneous improvement of urinary tract symptoms or underwent previous operations of the urinary tract.In addition,none of the volunteers had a small pelvis,neurologic de?cit or diabetes mellitus.A diagnosis of urethral caruncle,urethral stricture,urinary mucosa prolapse or urethral tumor was an indication for study exclusion.The study was conducted with approval from the local institutional review board and informed consent state-ments submitted by each participant in our study.
The volunteers were asked to empty their bladders,and those with a post-void residual urine volume .50mL were excluded from further analysis.Post-void residual urine volume was measured by transabdominal ultrasound (US),in which one dimension in the trans-verse plane and two dimensions in the mid-sagittal plane were measured,then multiplied together,and ?nally multiplied by 0.7(Huang et al.2012).Ultimately,174women met all the inclusion criteria and were asked to
join the study,and 115agreed to participate.Age,height and weight were recorded for each study participant,and body surface area (BSA)and body mass index (BMI)were calculated.
Ultrasound measures
For imaging analysis,the women were placed in the dorsal lithotomy position to facilitate scanning with an ultrasound machine (LOGIQ 9,GE Healthcare,Zipf,Austria)equipped with a 5-to 9-MHz transvaginal probe and ElastoScan elastography software.The transducer was positioned in the vagina and tilted upward to visu-alize the bladder neck in the mid-sagittal (Fig.1)and transverse sections.The position of the bladder neck is determined relative to the inferoposterior margin of the symphysis pubis (Dietz 2010;Hung et al.2011;Tunn and Petri 2003).Length of the bladder neck is the greatest dimension from the internal urethral ori?ce to the level of the inferior border of the symphysis pubis in the mid-sagittal plan,that is,point A to point B.Width of the bladder neck is the greatest dimension perpendic-ular to the ?rst plane in the transverse plan.Anterior and posterior lip thickness (the greatest dimension from the urinary mucosa to the margin of the bladder neck perpendicular to the ?rst plane in the mid-sagittal plan)of the bladder neck was measured too (Fig.1).Detrusor wall thickness was de?ned as the ratio of the thickness of the iso-echogenic layer to that of the hypo-echogenic layer at the bladder dome opposite the internal urethral meatus of the mid-sagittal plane (Fig.1).Three separate measurements were made,and the mean was calculated (Dietz 2004
).
Fig.1.Imaging the bladder neck of a 35-y-old woman.(a)Schematic representation of imaging of the bladder neck in the mid-sagittal plane.The bladder neck is supported well above the level of the inferior border of the symphysis pubis.The dotted line (L1)indicates the inferior margin of the symphysis pubis,that is,the reference for measurement of bladder neck position.The dotted line (L2)indicates the position for measurements of anterior and posterior lip thickness of the bladder neck.(b)Gray-scale ultrasound image of the bladder neck in the mid-sagittal plane.Detrusor wall thickness was de?ned as the thickness of the iso-echogenic layer to that of the hypo-echogenic layer at the bladder dome opposite
the internal urethral meatus of the mid-sagittal plane.
1728Ultrasound in Medicine and Biology V olume 39,Number 10,2013
After switching to the elastography pattern,the RTE image was obtained by manually applying slight repeti-tive compression (rhythmical compression/relaxation cycle)with the transducer in the mid-sagittal scanning plane.Patients were asked to remain absolutely still,as movement or coughing can interfere with the scan so that an image cannot be obtained.A region of interest was selected to cover the whole bladder neck in width and depth,and the elasticity information was presented on a color map,with blue indicating harder tissue and red indicating deformable,soft tissue.When the indicator of compression velocity on the lateral part of the RTE image was green and the waveform had a regular curve,the velocity of compression was adequate to calculate local strains.The US images were saved in digital format and stored on a hard disk for subsequent review and anal-ysis.We selected two regions of interest in the bladder neck for detailed analysis:the anterior lip of the bladder neck (A)and the posterior lip of the bladder neck (B).A circle,about 5mm in diameter,was placed in each of the two regions equidistant from the tip of the transducer;the
US machine automatically displayed an instant elastogra-phy index (EI)value for each circle (Fig.2).E1and E2indicate the instant EI values of regions A and B,respec-tively.E2/E1is the ratio of EI values.Afterward,the mean EI of each region during the elastrography process was displayed by the Q-analysis ElastoScan elastography software (Fig.3).
Bladder neck elastography was carried out in tripli-cate by a single operator to eliminate the risk of intra-observer bias in the analysis.However,in 30recurrent cases,a second operator performed the bladder neck elastography,and this measurement was compared with the ?rst measurement made by the previous operator to estimate inter-observer reproducibility.The mean value of triplicate measurements was used for statistical analysis.
Statistical analysis
The intra-observer and inter-observer repeatability of measurements was assessed using intra-class correla-tion coef?cients with 95%con?dence intervals
(CIs).
Fig.2.Instant elastrographic images of the bladder neck of (a)a 35-y-old woman and (b)a 61-y-old woman.Left:Gray-scale ultrasound image of the bladder neck.Right:Elastogram indicating the regions of interest selected in the bladder
neck.Region A:Anterior lip of the bladder neck.Region B:Posterior lip of the bladder neck.
Bladder neck compliance assessment using RTE d H.Y ING et al .1729
The difference in observational variability was analyzed according to the technique of Bland and Altman (1986).
Associations between the bladder neck compliance parameters and age,BSA,BMI,detrusor wall thickness,length,width and thickness of the bladder neck were also assessed with Spearman’s correlation coef?cients.Step-wise multiple regression analysis was performed to assess linear associations between EI values of the anterior and posterior lips of the bladder neck (as the dependent vari-ables)and determinants of clinical parameters (including age,BSA,BMI,detrusor wall thickness,length,width and thickness of the bladder neck).
Differences in means of the continuous variables were evaluated with Student’s t -test.A p -value #0.05was considered to indicate statistical signi?cance.The Statistical Package for Social Sciences (SPSS)software,Version 17.0,was used for all statistical analyses.
RESULTS
Demographic characteristics and measured parame-ters of the study participants are listed in Table 1.In general,sonography revealed that the bladder neck had a clear border and smooth surface.The anterior and posterior lips of the bladder neck were hypo-echoic (Fig.1).There was no signi?cant difference in thickness between the anterior and posterior lips (0.5160.12vs.0.5460.12,p 50.385).In bladder neck elastography of the women,the green-blue signals of the bladder neck were surrounded by the intermediate red-yellow signals of soft tissue (Fig.2).Afterward,the mean EI of each region imaged in the elastography process was displayed using Q-analysis ElastoScan elastography software (Fig.3).The distribution of elastography measurements indicated that the anterior lip of the bladder neck was slightly harder than the posterior lip (1.9761.08vs.1.3260.72,p ,0.05).
For the entire study population,a positive correla-tion was observed between the EI of the anterior lip of the bladder neck and age (r 50.393,p ,0.05)and the EI of the posterior lip of the bladder neck (r 50.632,p ,0.01).A positive correlation was also found between the EI of the posterior lip of the bladder neck and age (r 50.358,p ,0.01),length (r 50.369,p ,
0.05)
Fig.3.Quanti?cation of the bladder neck compliance of (a)a 35-y-old woman and (b)a 61-y-old woman.The mean elastography index (EI)of each region during elastography was displayed using Q-analysis ElastoScan elastography soft-ware.Curve A:Anterior lip of the bladder neck.Curve B:Posterior lip of the bladder neck.
1730Ultrasound in Medicine and Biology V olume 39,Number 10,2013
and width (r 50.498,p ,0.01)of the bladder neck.The EI of the bladder neck was not signi?cantly associated with BSA (r 50.009,p 50.86),BMI (r 50.002,p 50.97)or detrusor wall thickness (r 50.002,p 50.432).Figure 4is the plot of the elastographic index of the
bladder neck versus age.In general,from the results of the study,it was clear that the EI of the bladder neck was age related.
Stepwise multiple regression analysis revealed that age (p ,0.05)was the only independent factor modu-lating compliance of the bladder neck.The EI of the ante-rior lip of the bladder neck was independently in?uenced by age (p ,0.05).The EI of the posterior lip of the bladder neck was independently in?uenced by both age (p ,0.05)and width of the bladder neck (p ,0.01)(Table 2).BSA,BMI and detrusor wall thickness did not signi?cantly in?uence the EI in this group of patients.
The intra-class correlation coef?cients for intra-observer and inter-observer reproducibility of the various elastography measurements are summarized in Table 3.Intra-observer and inter-observer intra-class correlation coef?cients were statistically signi?cant in each area measured.The data indicating the degree of concordance between pairs of measurements made by the same observer and by two different observers are summarized in Table 4.In all cases,there was no signi?cant bias (p .0.05)because the difference between measurements
Table 1.Demographic characteristics of the study
subjects (115female volunteers)*
Clinical parameters Age (years)3568.98(26–65)Height (cm)164.265.1Weight (kg)
60.468.2Body surface area (m 2) 1.7560.4Body mass index (kg/m 2)25.562.1Detrusor wall thickness (mm)
3.161.56
Ultrasound parameters of bladder neck Length (mm) 2.1060.32Width (mm)
1.2560.20Anterior lip thickness (mm)0.5160.12Posterior lip thickness 0.5460.12Elastography index (EI)Anterior lip 1.9761.08Posterior lip
1.32672
*Continuous variables are expressed as means 6standard
deviations.
Fig.4.Plots of the elastographic index of (a)the anterior lip and (b)the posterior lip of the bladder neck versus age.
Bladder neck compliance assessment using RTE d H.Y ING et al .1731
remained stable and the mean and standard deviation of differences appeared constant throughout the range of measurements for all comparisons.
DISCUSSION
Over the past several years,BOO in women has become an increasingly recognized entity(Lemack 2006).The type of obstruction may be divided broadly into functional and anatomic,including in?ammatory processes of the bladder neck,?brosis,urethral stricture, pelvic prolapse,neoplastic compression,iatrogenic obstruction and functional obstruction(Patel and Nitti 2001).Although a urodynamic study is considered to be the best diagnostic tool for assessing lower urinary tract function,some studies have clearly found a lack of corre-lation between symptoms and urodynamic diagnoses.In addition,it is generally believed that X-rays and cystos-copy examinations are not routinely warranted because of their radiation source and invasive nature,respectively (Coblentz et al.2001).
Bladder wall hypertrophy has been documented in men with BOO(Oelke et al.2007),women with detrusor overactivity(Kuo2009)and children with urethral valves,dysfunctional voiding or neurogenic bladder dysfunction(Tanaka et al.2008).In addition,determina-tion of post-void residual urine volume is an attractive surrogate for BOO,as it can be measured non-invasively with bladder US(Al-Shahrani and Lovatsis 2005).
The recently developed RTE has many bene?ts over the previously available procedures(Molina et al.2012). Elastography reveals the relative stiffness of different parts of tissues,rather than providing an objective measurement of stiffness(Berzigotti et al.2010).In contrast to the study of tumors,where the stiffness is compared with that of normal adjacent tissues equidistant from the tip of the transducer,the application of elastog-raphy in the study of the bladder neck is limited by the lack of a reference tissue for comparison.Unlike differen-tiating a malignant tumor by comparing it with the adja-cent benign tissue,the results were obtained as a relative variation in the stiffness of the anterior and posterior lips of the bladder neck.
Elastography has been successfully used in the assessment of tumors in various organs,including the prostate(Kapoor et al.2011),breast(Gong et al.2011; Thomas et al.2010),thyroid gland(Ding et al.2011), salivary gland tissue(Bhatia et al.2010)and liver (Inoue et al.2010),because malignant tumors have been shown to be stiffer than benign ones.Elastography is also being evaluated for its ef?cacy as a tool for imaging the uterine?broids in more detail than is currently possible with B-mode imaging(Ami et al. 2009).In addition,elastography of the uterine cervix during pregnancy and labor has been reported(Molina et al.2012;Swiatkowska-Freund and Preis2011). Recently,transvaginal sonography was used to study bladder?lling and bladder wall thickness and was con?rmed as helpful in assessing bladder wall disease (Panayi et al.2010).In the present study,transvaginal sonography was selected because of its superior capa-bility in imaging the bladder neck and its insensitivity to interference by fat content(obesity),bowel gas or ?lling degree of the bladder,compared with transabdomi-nal sonography.
Determination of residual urine volume may help in the clinical diagnosis of bladder neck obstruction; however,because residual urine can be caused by many different factors,including feeble detrusor(Oelke et al. 2007;Patel and Nitti2001),we measured the EI of the bladder neck when the post-void residual urine volume
Table2.Multiple regression analysis of the whole study
group(N5115)
Parameter Regression
coef?cient
Standard
error T p
EI of anterior lip*
Age(years)0.0470.02 2.4170.022
EI of posterior lip y
Age(years)0.0290.013 2.1680.038
Width of bladder neck(mm) 2.6220.807 3.2470.003
EI5elastography index.
*Model:R250.128,F55.84,model probability,0.05.
y Model:R250.224,F510.546,model probability,0.01.
Table3.Intraclass correlation coef?cients of EI in different bladder neck areas
Measurement Intraclass coef?cient95%con?dence interval Standard deviation of
differences p
EI of anterior lip
Same observer0.780.71–0.860.07,0.05 Two observers0.720.65–0.780.12,0.05 EI of posterior lip
Same observer0.830.78–0.870.13,0.05 Two observers0.730.68–0.800.19,0.05 EI5elastography index.
1732Ultrasound in Medicine and Biology V olume39,Number10,2013
of volunteers was,50mL.In this condition,the wall of the bladder neck was relaxed and not thickened,so that the measurements obtained were expected to not be subject to interference by the associated tension of the bladder neck with increased urine volume.Thus,we did not consider residual urine a parameter in our study. The EI of the bladder neck was not signi?cantly associ-ated with detrusor wall thickness in healthy women in our study,but we think there are some correlations among residual urine,detrusor wall thickness and EI of the bladder neck in symptomatic women,and we plan to do more research in symptomatic women.
Our study has con?rmed that there was a lack of homogeneity in the measurable stiffness of theanterior and posterior lips of the bladder neck.We considered that this?nding may indicate that the posterior lip of the bladder neck was subjected to a greater degree of pressure by the transducer than the anterior part,which is located further away from the probe.
In our study,stepwise multiple regression analysis revealed that age was the only independent factor modu-lating compliance of the bladder neck.We think there are some correlations between the EI and?brosis of the bladder neck in healthy women with increasing age.As a result,the bladder neck fails to open adequately during voiding,obstructing the urinary?ow in the absence of other anatomic obstruction.
Collectively,the?ndings of this study indicate that it is possible to provide an objective semi-quanti?cation of elastrographic colors for the bladder neck.In this study, only generally healthy women without lower urinary tract symptoms were selected for analysis.But quanti?cation of bladder neck compliance for the assessment of urinary tract diseases,prediction of treatment outcomes and longitudinal studies investigating disease development and progression should to be further evaluated after a series of studies in symptomatic women.Thus,the EI of the bladder neck might be suitable for future routine use in patients to help assess BOO in women through a non-invasive approach.Finally,this study found that RTE measurement of the bladder neck is an accurate method with which to assess compliance of the bladder neck.
CONCLUSIONS
This study indicates that real-time elastography measurements of the bladder neck are possible and constitute an objective semi-quantitative strategy to assess compliance of the bladder neck in women. Acknowledgments—This research was supported by the Natural Science Foundation of China(No.30900368)and Natural Science Foundation of Liaoning Province(No.201303244).
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Table4.Degree of concordance between pairs of measurements made using bladder neck elastography Measurement Mean6standard deviation95%Con?dence interval T p EI of anterior lip
Same observer0.02660.080.03–0.080.174.0.05 Two observers0.04660.090.06–0.080.185.0.05 EI of posterior lip
Same observer0.03460.090.01–0.070.192.0.05 Two observers0.01860.070.01–0.080.181.0.05 EI5elastography index.
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弹性模量、泊松比测试 测样品的弹性模量通常分动态法和静态法，静态法是在试样上施加一个恒定的拉伸（或压缩）应力，测定其弹性变形量；动态法包括共振和超声波测试。 静态法属于对试样具有破坏性质的一种方法，不具有重复测试的机会。动态法属于不破坏试样结构和性能的一种无损检测方法，试样可重复测试，因此对于力学性能波动较大的脆性材料，反复多次的无损力学检测显得重要而有意义。 超声波法测弹性模量 1.原理： 在各向同性的固体材料中，根据应力和应变满足的胡克定律，可以求得超声波传播的特征方程: 其中，为势函数，c为超声波传播速度。 当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，成为纵波；当质点振动方向与超声波的传播方向垂直时，称为横波，在固体介质内部，超声波可以按纵波和横波两种波形传播，无论是材料中的纵波还是横波，其速度可表示为： 其中，d为声波传播距离，t为声波传播时间。 对于同一种材料，其纵波波速和横波波速的大小一般不一样，但是它们都由弹性介质的密度，杨氏模量，泊松比等弹性参数决定，即影响这些物理常数的因素都对声速有影响，因此，利用超声波方法可以测量材料有关的弹性常数。 固体在外力作用下，其长度的方向产生变形，变形时应力与应变之比定义为杨氏模量，用E表示。 固体在应力作用下，沿纵向有一正应变，沿横向有一负应变，横向纵向应变之比定义为泊松比，用u表示。 在各向同性固体介质中，各种波形的超声波声速为： 纵波声速： 横波声速： 相应的通过测量介质的纵波声速和横波声速，利用以上公式可以计算介质的弹性常数，计算公式如下： 弹性模量： 泊松比： 其中，,为密度 2.测试方法： 使用25DL PLUS型超声波弹性模量测试仪分别测试材料的纵波声速和横波声速，代入上述公式，计算得到弹性模量和泊松比数值。
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 11 日，第12周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 拉伸法测弹性模量 教师评语 实验目的与要求： 1. 用拉伸法测定金属丝的弹性模量。 2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。 3. 学会处理实验数据的最小二乘法。 主要仪器设备： 弹性模量拉伸仪（包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置）， 米尺， 螺旋测微器 实验原理和内容： 1. 弹性模量 一粗细均匀的金属丝， 长度为l ， 截面积为S ， 一端固定后竖直悬挂， 下端挂以质量为m 的砝码； 则金属丝在外力F=mg 的作用下伸长Δl 。 单位截面积上所受的作用力F/S 称为应力， 单位长度的伸长量 Δl/l 称为应变。 有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力F/S 和Δl/l 应变成正比， 即 l l ?=E S F 其中的比例系数 l l S F E //?= 称为该材料的弹性模量。 性质： 弹性模量E 与外力F 、物体的长度l 以及截面积S 无关， 只决定于金属丝的材料。 成 绩 教师签字
实验中测定E ， 只需测得F 、S 、l 和即可， 前三者可以用常用方法测得， 而的数量级l ?l ?很小， 故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。 2. 光杠杆原理 光杠杆的工作原理如下： 初始状态下， 平面镜为竖 直状态， 此时标尺读数为n 0。 当金属丝被拉长以l ?后， 带动平面镜旋转一角度α， 到图中所示M’位置； 此时读得标尺读数为n 1， 得到刻度变化为 。 Δn 与呈正比关系， 且根据小量 01n n n -=?l ?忽略及图中的相似几何关系， 可以得到 （b 称为光杠杆常数） n B b l ??= ?2将以上关系， 和金属丝截面积计算公式代入弹性模量的计算公式， 可以得到 n b D FlB E ?= 2 8π（式中B 既可以用米尺测量， 也可以用望远镜的视距丝和标尺间接测量； 后者的原理见附录。） 根据上式转换， 当金属丝受力F i 时， 对应标尺读数为n i ， 则有 02 8n F bE D lB n i i +?= π可见F 和n 成线性关系， 测量多组数据后， 线性回归得到其斜率， 即可计算出弹性模量E 。 P.S. 用望远镜和标尺测量间距B ： 已知量： 分划板视距丝间距p ， 望远镜焦距f 、转轴常数δ 用望远镜的一对视距丝读出标尺上的两个读数N1、N2， 读数差为ΔN 。 在几何关系上忽略数量级差别大的量后， 可以得到 ， 又在仪器关系上， 有x=2B ， 则 ， （） 。 N p f x ?= N p f B ??=21100=p f 由上可以得到平面镜到标尺的距离B 。
弹性模量测量方法 点击次数：3972 发布时间：2010-10-22 弹性模量测量方法最简单的形变是线状或棒状物体受到长度方向上的拉 力作用，发生长度伸长。设金属丝（或杆）的原长为L，横截面积为S，在弹性限度内的拉力F作用下，伸长了L。比值F/S为金属丝单位横截面积上所受的力，叫做胁强（或应力），相对伸长量L/L叫胁变（或应变）。据虎克定律，胁强和胁变成正比，即： （1） 比例系数： （2） E叫做物体的弹性模量（或称杨氏模量）。E的大小与物体的粗细、长短等形状无关，只决定于材料的性质，它是表示各种固体材料抗拒形变能力的重要物理量，是各种机械设计和工程技术选择构件用材必须考虑的重要力学参量。 任何固体在外力作用下都会改变固体原来的形状大小，这种现象叫做形变。一定限度以内的外力撤除之后，物体能完全恢复原状的形变，叫弹性形变。杨氏弹性模量的测量方法有静态测量法、共振法、脉冲传输法等，其中以共振法和脉冲法测量精度较高。杨氏弹性模量的静态测量法就是在物体加载以后，测出物体的应力和应变，根据一定的计算式得到E值，主要有拉伸法、梁弯曲法等。 用力F作用在一立方形物体的上面，并使其下面固定（如图一），物体将发生形变成为斜的平行六面体，这种形变称为切变，出现切变后，距底面不同距离处的绝对形变不同（AA'>BB'），而相对形变则相等,即弹性模量测量方法（6-3） 式中称为切变角，当值较小时，可用代替，实验表明，一定限度内切变角与切应力成正比，此处S为立方体平行于底的截面积，现以符号表示切应力，则 （6-4） 比例系数G称切变模量。 测量切变模量的方法有静态扭转法、摆动法。 实验目的 1．掌握测量固体杨氏弹性模量的一种方法。 2．掌握测量微小伸长量的光杠杆法原理和仪器的调节使用。 3．学会一种数据处理方法——逐差法。 弹性模量测量方法实验仪器 杨氏模量仪、尺读望远镜、光杠杆、水准仪、千分尺、游标卡尺（精度0.02mm）及1kg砝码9个。 实验的详细装置如图1所示。其中尺读望远镜由望远镜和标尺架组成，望远镜的仰角可由仰角螺钉调节，望远镜的目镜可以调节，还配有调焦手轮。杨氏模量仪是一个较大的三脚架，装有两根平行的立柱，立柱上部横梁中央可以固定金属丝，立柱下部架有一个小平台，用于架设光杠杆。小平台的位置高低可沿立柱升降、调节、固定。三脚架的三个脚上配有三个螺丝，用于调节小平台水平。
乳腺疾病的超声弹性成像 （一）概述 生物组织的弹性与病灶的生物学特性紧密相关，在很大程度上依赖于组织分子构成、组织构成形式，以及ROI与周围组织的关系。某些正常组织和病理组织之间存在着较大的弹性差异。临床医师通过触诊发现乳腺肿瘤，就是利用手指的触觉定性地判断正常乳腺组织与肿瘤组织之间的弹性差异，从而判断有无肿块，以及进一步判断肿块的良恶性。因此，乳腺组织的弹性信息对于乳腺疾病的诊断具有重要意义，但是传统的成像模式如CT、MRI和二维或彩色多普勒超声都无法直接提供组织弹性这一基本的力学属性信息。近年来，弹性成像发展迅速，尤其是超声弹性成像技术，提供了一种崭新的半定量或定量研究组织弹性信息的方法，引起了广泛关注。1991年Ophir首先报道了定量测量软组织应变与弹性模量的方法。Krouskop等研究显示乳腺显微组织的硬度是脂肪组织的10~100倍，而浸润性导管Ca的硬度则远远超过了正常乳腺组织的硬度。 为了更好的理解超声弹性成像的原理，首先介绍一些弹性成像中的基础术语。(1)应力与应变 应力(stress)是指力作用于物体，当作用力与弹性平衡时弹性体所呈现的力。 应变(strain)是指外力作用于物体，产生形态或提及的改变。 应力与应变式描述物体弹性(elasticity)的基本物理量。 (2)弹性系数(modulus of elasticity) 弹性系数(modulus of elasticity)为一常数，为应力与应变之比(应力/应变)。 在弹性成像中，通常采用杨氏系数(Young’s modulus, 线性伸长系数)。杨氏系数=应力/应变=F×L/A×△L(F:外力；L:线原长；A:截面积；△L:伸长长度)。组织被压缩时，只内所有的点都会产生一个纵向(压缩方向)的应变，如果组织内部弹性系数分布不均匀，组织内的应变分布也会有所差异。弹性系数大的区域，引起的应变比较小；反之，弹性系数小的区域，相应的应变比较大。 弹性成像的基本原理为弹性成像通过收集被测体的磨时间段内的信号，利用自相关技术(combined autocorrelation method，CAM)，对压缩前、后的射频信号进行分析，估计组织内部不同位置的位移，从而计算出组织内部的应变分布情况。然而组织内部的应变不仅分别与组织的弹性模量分布有关，海域组织的形状和边界等因素有关。因此，应变图像的结果不能完全反映组织弹性模量的差异。目前理论方面的研究主要是通过逆问题的求解，由组织内部的应变分布和边界条件的假设，重建其弹性系数，以便于更准确的反映组织内内在弹性性质。 （二）应用 (1)操作方法 加压手法分为徒手加压(free-hand)与振动器加压两类。在徒手加压时，手持探头在病灶部分做微小、中等速度的振动(加压-减压)，尽量保持振动方向与胸壁垂直。由于组织受压产生的应变与位移，与加压的压力大小有关，亦可因压放的频率高低而不同，因此在部分仪器的显示屏上，可显示一个综合指标----施加的外力、施加外力的频率，以数字1~7表示。临床实际操作时，一般使仪器显示屏上的压力数字控制在2~3级为宜。弹性图像的取样框应稍大于病灶范围，应包括皮下组织、腺体组织和部分胸肌组织，尽量使病灶居于取样框的中央部位。弹性图可以灰阶或彩色编码成像。 (2)弹性硬度分级
动态法测量杨氏弹性模量 郑新飞 杨氏模量是固体材料在弹性形变范围内正应力与相应正应变（当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时，F/S叫应力，其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力；ΔL/L叫应变，其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量）的比值，其数值的大小与材料的结构、化学成分和加工制造方法等因素有关。杨氏模量的测量是物理学基本测量之一，属于力学的范围。根据不同的测量对象，测量杨式模量有很多种方法，可分为静态法、动态法、波传播法三类。 一、实验目的 1、理解动态法测量杨氏模量的基本原理。 2、掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。 3、了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。 4、培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。 二、实验仪器 1、传感器I（激振）：把电信号转变成机械振动。 2、试样棒：由悬线把机械振动传给试样，使试样受迫做共振动。 3、传感器II（拾振）：机械振动又转变成电信号。 4、示波器：观察传感器II转化的电信号大小。
三、实验原理 理论上可以得出用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量，为 2436067.1f d m l E = （1） 式中l 为棒长，d 为棒的直径，m 为棒的质量。如果在实验中测定了试样（棒）在不同温度时的固有频率f ，即可计算出试样在不同温度时的杨氏模量E 。 四、实验内容 1、测定试样的长度l 、直径d 和质量m 。每个物理量各测六次，列表记录。 2、在室温下不锈钢和铜的杨氏模量分别为211102m N ?和 211102.1m N ?，先由公式（1）估算出共振频率f ，以便寻找共振点。 3、把试样棒用细钢丝挂在测试台上，试样棒的位置约距离端面l 224.0和l 776.0处，悬挂时尽量避开这两个位置。 4、把2-YM 型信号发生器的输出与2-YM 型测试台的输入相连， 测试
实验三十五 用动态法测定金属的杨氏模量 杨氏模量是描述固体材料弹性形变的一个重要物理量。用静态拉伸法可以测出杨氏模量，但此方法的缺点是负荷大，加载速度慢，存在弛豫过程，不能真实地反映材料内部结构的变化；在拉伸过程中，样品的横向和纵向都有形变，而此法忽略横向形变；另外，也不能用于测量脆性材料。动态悬挂法可以克服这些缺点，是一种非常实用的测量方法。 【实验目的】 1. 学会用动态悬挂法测量金属材料的杨氏模量。 2. 培养学生综合应用物理仪器的能力。 【实验仪器】 DCY-3型动态杨氏模量测定仪，信号发生器，示波器，游标卡尺，千分尺，物理天平等。 【实验原理】 若将一均匀棒悬挂起来，如图5-35-2所示，并使之发生横向振动，其振动方程为 02 244=???+??t y EJ S x y ρ 式中, y 为振动位移, x 为纵向变量, t 为时间, ρ为棒的密度, S 为棒的截面面积, E 为棒的 杨氏弹性模量, J 称为惯性矩。 振动方程为偏微分方程。用分离变量法 求解方程(求解过程见附录)，得: 圆形棒 图5-35-2 （5-35-1） 图5-35-1 DCY-3型动态杨氏模量测定仪 支撑支架
2 436067.1f d m l E = 式中，l 为棒长，d 为棒的截面直径，m 为棒的质量，f 为棒的固有频率。 矩形棒 2 339464.0f bh m l E = 式中，b ，h 分别为棒的宽和厚。 在国际单位制中，杨氏模量的单位为牛顿/米2（N ·m -2）。 实验原理图如5-35-3所示。由信号发生器输出的正弦信号，加到激发换能器Ⅰ上，通过激发换能器Ⅰ把信号转变成机械振动，再由悬丝把机械振动传给待测试样，使试样受迫做横向振动，试样另一端的悬丝将振动传给接受换能器Ⅱ，这时机械振动又转变成电信号。该信号送到示波器中显示。 当信号发生器的频率不等于待测试样的固有频率时，试样不发生共振，示波器上没有电信号，或波形幅度很小。当信号发生器的频率等于试样的固有频率时，试样发生共振，这时示波器上电信号波形幅度最大，此时信号发生器输出的信号频率，就是试样在该温度下的共振频率，代入公式（5-35-2），即可求出该温度下圆形棒试样的杨氏模量。 【实验内容】 一. 在室温下测量不锈钢棒和铜棒的杨氏模量 1. 用游标卡尺、物理天平分别测出不锈钢棒和铜棒的长度l 、质量m ，单次测量。 2. 用千分尺测出两种金属棒的直径d ，在不同位置测六次，多次测量，取平均值。 3. 在室温下不锈钢和铜的杨氏模量分别约为2×1011N/m 2和1.03×1011 N/m 2，先根据公式（5-35-2）估算出两种金属棒的共振频率，以便寻找共振点。 4. 将信号发生器的输出端与支撑支架上的接受端对应连接，并将支撑支架的输出端与示波器的X 和Y 轴输入端对应连接。 5. 将不锈钢棒和铜棒分别用悬丝悬挂于支撑支架上，把两个换能器的连接线与支撑支架上的接口对应连接。 6. 调节信号发生器的频率，当待测棒发生共振时，测出其固有频率f 。 7. 再利用公式（5-35-2）分别计算出不锈钢棒和铜棒的杨氏模量E 。 二. 在加热炉上测量不锈钢棒的杨氏模量 1. 将不锈钢棒用高温悬丝悬挂在加热炉中，并将热电偶测温点放入。注意不要碰及不 （5-35-2） （5-35-3） 图5-35-3实验原理图 试样棒
实验21 用拉伸法测氏模量 林一仙 1 实验目的 1）掌握拉伸法测定金属氏模量的方法； 2）学习用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法； 3）学习用作图法处理数据。 2 实验原理 相关仪器： 氏模量仪、光杠杆、尺读望远镜、卡尺、千分尺、砝码。 2.1氏模量 任何固体在外力使用下都要发生形变，最简单的形变就是物体受外力拉伸（或压缩）时发生的伸长（或缩短）形变。本实验研究的是棒状物体弹性形变中的伸长形变。 设金属丝的长度为L ，截面积为S ，一端固定， 一端在延长度方向上受力为F ，并伸长△L ，如图 21-1，比值： L L ?是物体的相对伸长，叫应变。 S F 是物体单位面积上的作用力，叫应力。 根据胡克定律，在物体的弹性限度，物体的应力与应变成正比，即 L L Y S F ?= 则有 L S FL Y ?= （1） （1）式中的比例系数Y 称为氏弹性模量（简称氏模量）。 实验证明：氏模量Y 与外力F 、物体长度L 以及截面积的大小均无关，而只取决定于物体的材料本身的性质。它是表征固体性质的一个物理量。 根据（1）式，测出等号右边各量，氏模量便可求得。（1）式中的F 、S 、L 三个量都可用一般方法测得。唯有L ?是一个微小的变化量，用一般量具难以测准。本实验采用光杠杆法进行间接测量(具体方法如右图所示)。 2.2光杠杆的放大原理 如右图所示,当钢丝的长度发生变化时，光杠杆镜面的竖直度必然要发生改变。那么改变后的镜面和改变前的镜面必然成有一个角度差，用θ来表示这个角度差。从下图我们可以看出：
h L tg ?= θ （2） 这时望远镜中看到的刻度为1N ，而且θ201=ON N ∠，所以就有： D N N tg 0 12-= θ（3） 采用近似法原理不难得出： L h D N N N ?= -=?201（4） 这就是光杠杆的放大原理了。 将（4）式代入（1）式，并且S=πd 2 ,即可得下式： N h d F LD Y ??=π2 8 这就是本实验所依据的公式。 2.3 实验步骤 1）将待测金属丝下端砝码钩上加1.000kg 砝码使它伸直。调节仪器底部三脚螺丝，使G 平台水平。 2）将光杠杆的两前足置于平台的槽，后足置于C 上，调整镜面与平台垂直。 3）调整标尺与望远镜支架于合适位置使标尺与望远镜以光杠杆镜面中心为对称，并使镜面与标尺距离D 约为1.5米左右。 4）用千分尺测量金属丝上、中、下直径，用卷尺量出金属丝的长度L 。 5）调整望远镜使其与光杠杆镜面在同一高度，先在望远镜外面附近找到光杠杆镜面中标尺的象（如找不到，应左右或上下移动标尺的位置或微调光杠杆镜面的垂直度）。再把望远镜移到眼睛所在处，结合调整望远镜的角度，在望远镜中便可看到光杠杆镜面中标尺的反射象（不一定很清晰）。 6）调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦旋钮，看清标尺的反射象，而且无视差。若有视差，应继续细心调节目镜，直到无视差为止。检查视差的办法是使眼睛上下移动，看叉丝与标尺的象是否相对移动；若有相对移动，说明有视差，就应再调目镜直到叉丝与标尺象无相对运动（即无视差）为止。记下水平叉丝（或叉丝交点）所对准的标尺的初读数N 0，N 0一般应调在标尺0刻线附近，若差得很远，应上下移动标尺或检查光杠杆反射镜面是否竖直。 7）每次将1.000kg 砝码轻轻地加于砝码钩上，并分别记下读数N '1、N '2、…、N i '，共做5次。 8）每次减少1.000kg 砝码，并依次记下记读数N i ''-1，N i ''-2，…、N ''0。 9）当砝码加到最大时（如6.000kg ）时，再测一次金属丝上、中、下的直径d ，并与挂1.000kg 砝码时对应的直径求平均值，作为金属丝的直径d 值。 10）用卡尺测出光杠杆后足尖与前两足尖的距离h ，用尺读望远镜的测距功能测出D （长短叉丝的刻度差乘100倍）。
6. 动弹性模量试验 6.0.1 本方法适用于采用共振法测定混凝土动弹性模量。 6.0.2 动弹性模量试验采用尺寸为100mm×100mm×100mm的棱柱体试件。6.0.3 试验设备应符合下列规定： 1 共振法混凝土动弹性模量测定仪输出频率可调节范围应为（100—200）Hz，输出功率应能使试件产生受迫振动。 2 试件支撑体应采用厚度为20mm的泡沫塑料垫，宜采用表观密度为（16—18）Kg/m3的聚苯板 3 称量设备的最大量程应为20kg，感量不应超过5g。 6.0.4 试验步骤 1 首先应测量试件的质量与尺寸。试件的质量应精确至0.01kg，尺寸的测量应精确至1mm。 2 测定完试件的质量和尺寸后，应将试件放置在支撑体中心位置，成型面应向上，并应将激振换能器的测杆轻轻的压在试件长边侧面中线的1/2处，接收换能器的测杆轻轻的压在试件长边侧面中线距端面5mm处。在测杆接触试件前，宜在测杆于试件接触面涂一薄层黄油或凡士林作为耦合介质，测杆压力的大小应以不出现噪音为准。 3 放置好测杆后，应先调整共振仪的的激振功率和接收增益旋钮至适当位置，然后变换激振频率，并应注意观察指示电表的指针偏转。当指针偏转为最大时，表示试件到达共振状态，应以这时所示的共振频率作为试件的基频振动频率。每一次测量应重复测量两次以上。当两次连续测值之差不超过两个测值的算术平均值的0.5%时，应取这两个测值的算术平均值作为试件的基频振动频率。 4 当用示波器作为显示的仪器时，示波器的图形调成一个正圆时，应将接收换能器移至距试件端部0.224倍试件长处，当指示电表示值为零时，应将其作为真实的共振峰值。 6.0.5 试验结果计算及处理应符合下列规定： 1 动弹性模量应按下式计算： =13.244×10-4×WL3f2/a4 E d ——混凝土动弹性模量（Mpa）； 式中：E d a——正方形截面试件的边长（mm）；
超声剪切波弹性成像关键技术及应用 二、推荐单位意见 医学超声既是临床疾病诊断的重要手段，也是医疗影像设备产业中的主要支柱。该项目针对肝硬化和乳腺癌早期无创诊断的重大需求和技术瓶颈，发明了基于超声波力学效应的超声剪切波弹性成像技术，实现了剪切波弹性成像理论创新、技术突破和仪器研制。核心技术与器件经过临床测试和转化，形成了具有自主知识产权的专用超声弹性成像以及融合弹性成像的高端超声影像产品，广泛用于临床诊断，取得了突出的经济效益和社会效益。该项目受到专家和行业的高度评价，是源于基础、技术创新开发和产业转化的链条式重大创新成果。 该项目曾获得2015年度“广东省科学技术奖技术发明一等奖”和“中国科学院科技促进发展奖”。中国科学院决定推荐该项目申报2017年度国家技术发明奖。 推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。
项目属生物医学工程学领域。肝脏和乳腺疾病是危害数以亿计国民健康的重大公共卫生问题，尤其是肝硬化和乳腺癌会引起很高致死率，早期诊断是提高治愈率和改善预后的关键。医学超声是肝脏和乳腺重大疾病早期影像筛查的首选方法，但传统B超成像存在肝硬化检测敏感性差、乳腺癌检测特异性差的瓶颈。超声弹性成像利用超声波力学效应实现对人体组织生物力学参数的无创定量测量，是超声影像技术的重大革新，可以为肝硬化和乳腺癌等疾病的临床早期诊断提供关键依据。研发符合我国国情的新一代超声弹性成像技术和装备，推动新型医疗检测诊断技术的广泛应用，对创制高端医疗设备和提高我国重大疾病防治水平均具有重大意义。该项目在国家自然科学基金和科技支撑计划等支持下，历经八年攻关，率先在我国创建了具有完全自主知识产权的“超声剪切波弹性成像关键技术及应用体系”，取得主要技术发明点如下： 1．发明了声辐射力诱导剪切波及定量超声弹性成像理论和方法，为成像设备研发提供理论基础和核心技术支持。首创基于时域有限差分法结合动量张量理论的生物组织中声辐射力计算方法，实现了对声辐射力诱导剪切波的精准控制；建立了基于剪切波传播速度的生物力学参数测量模型；发明了利用尺度不变特征点和希尔伯特变换的实时弹性成像方法，弹性模量测量精度可达±0.5kPa。 2．研制了剪切波超声弹性成像专用核心部件和系列产品，实现了国内自主创新高端超声设备的跨越发展。发明了“声辐射力-成像”双模超声探头，研制了新型快速散热结构，解决了探头在产生声辐射力时温度高、寿命短的难题；发明了低频振荡复合超声探头，解决了振动源干扰回波信号的难题，测量深度达15cm；研制了基于外源式和内源式剪切波的超声弹性成像原理样机；自主研发了具有弹性成像功能的新型超声肝硬化检测仪和彩色超声成像仪两大系列产品。 3．建立了利用超声弹性成像技术检测肝硬化和乳腺癌的方法和体系，为该类重大疾病的早期筛查和诊断开辟了新途径。通过产学研协同技术创新和推广应用，创建了基于超声弹性成像新技术的两种重大疾病早期筛查和诊断评估体系：面向中国人特征的肝硬化早期诊断标准和量化分级体系，及结合病变组织和其浸润边界硬度信息的乳腺癌判别体系，诊断准确率均达到90%以上。 该项目成果获知识产权56项，其中PCT专利5项，发明专利36项，实用新型10项，外观设计3项，软件著作权2项；发表SCI论文30余篇；起草国家标准1项；获2015年广东省科学技术奖一等奖、2015和2016年中国专利优秀奖和2014年中国产学研合作创新成果奖；完成人获2013年国家杰出青年科学基金和2014年陈嘉庚青年科学奖。 该项目产品取得国家三类医疗器械注册证、FDA和CE认证，被评为国家战略性创新产品；近3年累计销售约3800台，其中500余台进入三甲医院，出口1600余台，实现8.74亿元销售额和2.99亿元利润；在国内外1000余家医院推广应用，累计检查3000余万人次，诊断患者近20万人次。项目成果取得了显著的经济效益和社会效益，使我国高端医学超声设备步入世界前列。
水泥混凝土抗弯拉弹性模量试验方法 1、目的、适用范围和引用标准 本方法规定了测定水泥混凝土抗弯拉弹性模量的方法和步骤。抗弯拉弹性模量是以 1/2抗弯拉强度时的加荷为准。 2、每组6根同龄期同条件制作的试件，3根用于测定抗弯拉强 度，3根则用作抗弯拉弹性模量试验。 3、试验步骤 （1）至试验龄期时，自养护室取出试件，用湿布覆盖， 避免其湿度变化。清除试件表面污垢，修平与装置接触的 试件部分（对抗弯拉强度试件即可进行试验）。在试件上 下面即成型时两侧面）戈U出中线和装置位置线，在千分 表架共四个脚点处，用于毛巾先擦干水分，再用 502胶 水粘牢小玻璃片，量出试件中部的宽度和高度，精确至 1mm。 （2）将试件安放在支座上，使成型时的侧面朝天上， 千分表架放在试件上，压头及支座线垂直于试件 中线且无偏心加载情况，而后缓缓加上约1kN压 力，停机检查支座等各接缝处有无空隙（必要时需加金属
薄垫片），应确保试件不扭动，而后安装千分表，其触 电及表架触点稳立在小玻璃片上。 （3）取抗弯拉极限荷载平均值的 1/2 为抗弯拉弹性模 量试验的荷载标准（即F0.5）进行5次加卸荷载循环，由 1kN 起，以 0.15Kn/s-0.25Kn/s 的速度加荷， 至 3kN 刻度处停机（设为 Fo ），保持约 30s （在此段 加荷时间中，千分表指针应能起动，否 则应提高Fo至4kN等），记下千分表读数△ o, 而后 继续加至F0.5,保持约30s,记下千分表读数△ 0.5；再以同样速度卸荷至 1kN，保持约30s,为第一 次循环。 （4）同第一次循环,共进行五次循环,取第五次循环 的挠度值相差大于 0.5g时，须进行第六次循环， 直到两次相邻循环挠度值之差符合上述要求为止,取最后 一次挠度值为准。 （ 5）当最后一次循环完毕,检查各读数无误后,立即 去掉千分表,继续加荷直至试件折断,记下循环 后抗弯拉强度f‘ f观察断裂面形状和位置。如 1 > 断面在三分点外侧，则此根试件结果无效；如有两根试件 结果无效，则该组试验无效。
浅谈超声弹性成像发展 何为弹性成像？ 这是一个超声成像术语，顾名思义这种成像模式旨在评估组织的弹性大小，提供更全面的疾病信息。弹性是物质的一种固有属性，同密度、硬度、温度等一样，反映物质的一个特性。日常生活中人们粗略评估物质的弹性主要看给一种物质施压外压后物质的形变大小，例如海绵与金属：施加大体相同的压力后海绵发生巨大的形变，人们认为它是软的；而金属受压后无明显的变化，人们认为它是硬的。物质的硬度越大，其弹性越小；硬度越小，弹性越大。 为何要测量物质的弹性？ 正常组织中不同的解剖结构之间会存在弹性差异。例如,在正常乳腺中,纤维组织通常比乳腺腺体组织硬,而乳腺腺体组织又比脂肪组织硬。绵羊肾脏的肾实质与肾髓质或者肾锥体的弹性系数差异大约为 6dB。不同组织弹性模量的差别能达到几个数量级之上（如表1）。
表1 人体不同组织的弹性值 传统的超声成像中，不同组织的回声强度差异大小主要取决于组织的声阻抗，而其弹性系数差异却远较声阻抗差大（如表2）。
表2 不同人体组织及介质的声阻抗及密度 这决定了超声弹性成像对不同组织、同一组织的不同病理状态的分辨力较传统超声成像灰阶图高。换言之，同一组织中弹性的变化通常与其病理现象有关，正常组织与病变组织之间存在巨大的弹性差异。例如,恶性的病理损害,例如乳腺硬癌、
前列腺癌、甲状腺癌及肝癌等,通常表现为硬的小结节。越硬的物质受到外压时应 变越小，硬度可反映物质的弹性大小。一些弥散性的疾病例如肝硬化也会使得肝组 织的硬度显着增大。此外脂肪过多或者胶原质沉积也会改变组织的硬度。 什么是物质弹性的基本参数？ 杨氏模量（E），亦称弹性模量／弹性系数。工程物理学上评估机械材料弹性大小 的基本包括杨氏模量、刚性指数等，其实反映的都是物质的弹性。杨氏模量，1807 年由英国科学家young thomas提出，反映物质弹性与硬度的基本参数，单位为Kpa。此弹性模量（杨氏模量）与人们日常生活中提到的弹性（好／不好）不同，超声弹 性成像中用到的杨氏模量值与硬度呈正比。即物质越硬，物质受压时产生的形变越小，弹性模量（杨氏模量）值越大。如海绵与金属，施加同一大小的外力，海绵形 变大而杨氏模量小，金属形变小而杨氏模量大。 怎么计算杨氏模量？ 目前的几种超声弹性成像模式中应用的推算公式主要包括2种： 1.E＝S/e （E为应 变大小，间接反映弹性系数；S为外加压力；e为物质受压后形变的大小。主 要应用于静态型弹性成像以及定性型ARFI） 2. E = 3ρC s 2（E为弹性模量绝对值大小；ρ为组织密度；C s 为人体组织内剪切 波的传播速度。主要应用于一维瞬时剪切波成像、点式剪切波速度测量法以
弹性模量和泊松比的测定
弹性模量和泊松比的测定
目录 一、弹性模量和泊松比 (2) 二、弹性模量测定方法 (2) 三、泊松比测定方法 (4) 四、结论 (4) 五、参考文献 (4)
一、弹性模量和泊松比 金属材料的弹性模量E为低于比例极限的应力与相应应变的比值；金属材料的泊松比μ指低于比例极限的轴向应力所产生的横向应变与相应轴向应变的负比值（详见GB/T 10623-2008 金属材料力学性能试验术语）。 二、弹性模量测定方法 铝合金材料的弹性模量E是在弹性范围内正应力与相应正应变的比值，其表达式为： E=σ/ε 式中E为弹性模量；σ为正应力；ε为相应的正应变。 铝合金材料弹性模量E的测定主要有静态法、动态法和纳米压痕法。 1.静态法 1.1测量原理 静态法测量铝合金材料的弹性模量主要采用拉伸法，即采用拉伸应力-应变曲线的测试方法。 拉伸法是用拉力拉伸试样来研究其在弹性限度内受到拉力的伸长变形。由上式有： E=σ/ε=FL/A△L 式中各量的单位均为国际单位。 可以看出，弹性模量E是在弹性范围所承受的应力与应变之比，应变是必要的参数。因此，弹性模量E的测试实质是测试弹性变形的直线段斜率，故其准确度由应力与应变准确度所决定。 应力测量的准确度取决于试验机施加的力值与试样横截面积，此时试验机夹具与试样夹持方法也非常关键，夹具与试样要尽量同轴；应变测量的准确度要求引伸计要真实反映试样受力中心轴线与施力轴线同轴受力时所产生的应变。 由于试样受力同轴是相对的，且在弹性阶段试样的变形很小，所以为获得真实应变，应采用高精度的双向平均应变机械式引伸计。 拉伸法测量弹性模量适用于常温测量，由于拉伸时载荷大，加载速度慢，
清华大学实验报告 系别：航天航空学院班号：航04班姓名：张大曦（同组姓名：） 作实验日期：2011年9月28日教师评定： 实验2.1拉伸法测弹性模量 一、实验目的 （1）学习用拉伸法测量弹性模量的方法； （2）掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用； （3）学习用逐差法处理数据。 二、实验原理 1.弹性模量及其测量方法 弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即 式中的比例系数 称作材料的弹性模量 利用本实验中直接测量的数据，可将上式进一步写为 测量钢丝的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施加力F，测出钢丝 E。 2.逐差法处理数据 该方法称为逐差法，可以减小测量的随机误差和测量仪器带来的误差。 三、实验仪器 包括支架、读数显微镜、底座、钢尺和螺旋测微计（分别用来测量钢丝长度和直径）。 四、实验步骤与注意事项 （1）调整钢丝竖直。 （2）调节读数显微镜。先粗调再细调。 （3）测量。测量钢丝长度L D，测6次，并在测量前后记录螺旋测微计的零点d各3次。
五、数据表格及数据处理 1. 测量钢丝长度L 仪器编号；钢丝长度L=mm。 得到： = mm = mm 2. 测定钢丝直径D 测定螺旋测微计的零点d 测量前____,___,____ 测量后____,____,____ mm 得到： 3. 总不确定度计算
由计算公式推导出E的相对不确定度的公式 出 结论：拉伸法可以测量钢丝的弹性模量，由于实验仪器的精密程度有限，所得的弹性模量的不确定度较大。 六、思考题解答与分析 1. 在本实验中读数显微镜测量时那些情况下会产生空程误差？应如何消除它？ 在测量中，转动手轮至标记点的过程中反转手轮会产生空程误差，在从增砝码变到减砝码手轮反转时会产生空程误差。 在测量中，应通过使手轮只向一个方向转动来消除空程误差，若是在调节某次标记线位置时，叉丝转过了标记线，则舍去这次的位移值，继续测量下一个位移值。在增减砝码手轮反转过程中，因尽量使手轮多转几圈，消除空程误差后，再进行下面的测量。 2. 从E的不确定度计算式分析哪个量的测量对E的结果的准确度影响最大？测量中应注意哪些问题？ 通过多次测量取平均值来减小误差。另外，在测量前后要记录螺旋测微计的零点各3次，来减小系统误差对测量值的影响。 八、实验感受与收获 这是我的第一次实验，心情激动但也害怕结果会误差很大。事实证明顾虑其实是多余的，认真踏实的做实验就会有收获。通过本次试验，我锻炼了动手和观察能力，也深刻地体会到实验工作的辛苦，长时间使用读数显微计会使眼睛非常疲劳。 实验2.2动力学法测弹性模量 一、实验目的 （1）学习一种更实用、更准确的测量弹性模量的方法； （2）学习用实验方法研究与修正系统误差。
本科实验报告（详写）【实验目的】 1.掌握拉伸法测量金属丝弹性模量的原理和方法。 2.学习光杠杆测量微小长度的变化的原理和方法。 3.进一步学习用逐差法，作图法处理数据。 4.多种长度测试方法和仪器的使用。 【实验内容和原理】 1．测定金属丝弹性模量 假定长为L、横截面积为S的均匀金属丝，在受到沿长度方向的外力F作用下伸长?L，根据胡克定律可知，在弹性限度内，应变?L /L与外F/S成正比，即 （E称为该金属的杨氏模量）（1）由此可得：
（2） 其中F,S 和L 都比较容易测量；?L 是一个很小的长度变化量。 2．光杠杆测量微小长度变化 当金属丝受力伸长?L 时，光杠杆后脚1f 也随之下降?L ，在θ较小（即?L << b ）时，有 ?L / b = tan θθ≈ （1） 若望远镜中的叉丝原来对准竖尺上的刻度为0r ；平面镜转动后，根据广的反射定律，镜面旋转θ，反射线将旋转2θ，设这时叉丝对准新的刻度为1r 。令?n= |1r –0r |，则当2θ很小（即?n < i n ?L 。其中2D/b 称为光杠杆的放大倍数。 bl d FLD E 28π= （3） 4．为减小实验误差依次在砝码钩上挂砝码（每次1kg ，并注意砝码应交错放置整齐）。待系统稳定后，记下相应十字叉丝处读数（i=1,2，……，6）。依次减小砝码（每次1kg ），待稳定后，记十字叉丝处相应读数（i=1,2，……，6）。取同一负荷刻度尺读数平均值 2n n n ' i i i += （i=1,2, (6) 5.按逐差法处理数据的要求测量弹性模量。 计算对应3Kg 负荷时金属丝的伸长量 i 3i i n -n n +=? （i=1,2,3，） 及伸长量的平均值 3 n n 3 1 i i ∑=?= ? 将n ?，L,D,K,d 各测量结果代入（3）式，计算出待测金属丝的弹性模量及测量结果的不确定度。 22222 2)()()()(4)()(F K n d D L E E F K n d D L ?+?+??+?+?+?=?? （4） 【实验仪器】 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/0f13070652.html, 彩色多普勒超声(CDU)联合超声弹性成像(UE)、超声高精细血流成像技术(Fine-Flow)诊断小乳癌的临床价值观察 作者：黄汉美 来源：《健康必读（上旬刊）》2019年第05期 【摘 ;要】目的：探究彩色多普勒超聲（CDU）联合超声弹性成像（UE）、超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）诊断小乳癌的临床价值。方法：纳入232例患者作为研究对象，研究进行时间为2018年6月1日至2018年12月31日，在随机抽签分组的基础上，根据对其实施的诊断方法途径的不同，将其均等分为对照组（116例）和观察组（116例）。对照组患者通过单一的MR动态增强扫描进行诊断，观察组患者通过彩色多普勒超声（CDU）联合超声弹性成像（UE）、超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）进行诊断。对比两组患者诊断的总阳性率，以及良性、恶性小乳癌的临床诊出率。结果：对照组患者中，有81例患者的检测结果为阳性，观察组患者中，有102例患者的检测结果为阳性，组间总阳性率差异显著（P 【关键词】彩色多普勒超声（CDU）;超声弹性成像（UE）;超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）;小乳癌 【中图分类号】R445.1 ;;;;;【文献标识码】A; ;;;;【文章编号】1672-3783（2019）05-0086-01 Clinical value of Color Doppler （CDU） combined with Ultrasonic Elastic Imaging （UE），Ultrasound High Fine Blood flow Imaging （Fine-Flow） in the diagnosis of small Breast Cancer Huang Hanmei Yanbian county traditional Chinese medicine hospital Panzhihua 617109， Sichuan 【Abstract】Objective： to explore the clinical value of color Doppler ultrasound （CDU）combined with （UE）， ultrasound hyperfine flow imaging （Fine-Flow） in the diagnosis of 弹性模量的定义及其相互关系 材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量（Elastic Modulus ）。弹性模量的单位是GPa 。“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。所以，“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。 一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。 线应变：对一根细杆施加一个拉力F ，这个拉力除以杆的截面积S ，称为“线应力”，杆的伸长量dL 除以原长L ，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)。 剪切应变：对一块弹性体施加一个侧向的力f （通常是摩擦力），弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度a 称为“剪切应变”，相应的力f 除以受力面积S 称为“剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a 。 体积应变：对弹性体施加一个整体的压强P ，这个压强称为“体积应力”，弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V 称为“体积应变”，体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)。 意义：弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E 是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。 说明：弹性模量只与材料的化学成分有关，与其组织变化无关，与热处理状态无关。各种钢的弹性模量差别很小，金属合金化对其弹性模量影响也很小。 泊松比（Poisson's ratio ），以法国数学家 Simeom Denis Poisson 为名，是横向应变与纵向应变之比值它是反映材料横向变形的弹性常数。 在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。比如，一杆受拉伸时，其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然)，而横向应变 e' 与轴向应变 e 之比称为泊松比ν。 泊松比ν与杨氏模量E 及剪切模量G 之间的关系 ()()??? ? ??+=+==ννν1G 2orE 12E orG 1-G 2E 材料弹性模量的测试方法 弹性模量的测试有三种方法：静态法、波传播法、动态法。 静态法测试的是材料在弹性变形区间的应力-应变，静态法指在试样上施加一恒定的弯曲应力，测定其弹性弯曲挠度，根据应力和应变计算弹性模量。静态法属于对试样具有破坏性质的一种方法，不具有重复测试的机会，且测试精度低，测试结果波动大。另外，静态法只能对材料的杨氏模量进行测定，不能测试材料的剪切模量及泊松比。 其主要缺点是： 1.应力加载的速度会影响弹性模量的数值 2.脆性材料如陶瓷无法测量 3.不能在高温下测试.在高温下，材料发生蠕变，使得应变测试值增大。 超声波法：测试超声波在试样中的传播时间及试样长度得到纵向或横向传播速度，然后计算 Event: SCX9项目确认 SCX9钢绳检测方法 一．弹性模量和伸长率测试方法： 1. 试验准备 a) 钢丝绳试样长度1.2-2m,应足以代表整根钢丝绳的特性，不应有缺陷。 b) 参考下图制作钢丝绳试样的两个固定端头。 c) 钢丝绳试样在试验机夹头或固定端的自由长度L0至少应为钢丝绳直径的30倍。 d) 在试样中部放置位移测试架，测试段间距L1为600mm 。 注：图中所示A,B:固定夹模，1：钢丝绳，2：位移传感器，3：紧固装置 2. 测试方法 a) 将制好的钢丝绳试样安装到拉伸试验机夹块之间. b) 检查所有的安装连接牢固可靠. c) 对试样加载至3%的钢丝绳最小破断力，位移传感器自动采集测试段长度 L1记录为初始长度So . d) 继续加载至8.5%的钢丝绳最小破断力，位移传感器自动采集测试段长度 L1记录为St . e) 对试样卸载至3%钢丝绳最小破断力，反复上述d)-e)步(加载-卸载)10次 f) 保持第十次3%的钢丝绳最小破断力的状态下，采集测试段L1的长度 记录为最终长度S1 g) 第十次加载至8.5%的钢丝绳最小破断力，采集测试段L1的长度记录为 载荷长度S2 注：长度测量误差: ±1mm 3. 伸长率的计算 %1001%结构（永久）伸长率x So So S -= %1001 1 2%弹性伸长率x S S S -= L0 L1 1 A B 3 2 二．含油率标准： 外层股含油率0.75%-1.3% ； 内层股&中心股含油率：1.0-2.5% 三．疲劳测试： 1 适用范围 电梯用钢丝绳弯曲疲劳寿命的要求和测试方法适用于本公司使用的各种结构和规格的电梯用钢丝绳。电梯用钢丝绳弯曲疲劳寿命的测试方法适用于钢丝绳疲劳试验机PL-1 2 注意事项 (1) 试验运行期间，应注意安全。并有专人随时观察试验运行情况。 (2) 每次记录前，应首先切断电源，等机器完全停稳后方可进行检测记录。 3 测试准备 3.1 样品准备 选取满足 GB 8903-2005 要求的试验钢丝绳一段，长约4.6 米左右。要求外观应光洁，无损伤、锈蚀、扭结等缺陷。在两端10到25mm 处钢丝绳分别用胶带扎紧，扎紧长度不应小于钢丝绳直径。在样品上挂标签，标签上包括：钢丝绳型号、结构、制造商、样品编号、日期和运行次数的表格。 3.2 测试仪器和工具准备 4 钢丝绳弯曲疲劳的测试过程 4.1 钢丝绳在设备上的安装（设备是指钢丝绳疲劳试验机，以下相同） (1) 根据钢丝绳的规格，调整配重箱的重量，使其符合表 1 的要求； (2) 顶起配重箱，使中间轮和配重轮间的间隙为 6 ~ 12 ㎜； (3) 松开夹头螺帽，穿过钢丝绳并将钢丝绳夹紧； (4) 将钢丝绳的一端穿过配重轮，绕到摆臂下下端的套管； (5) 在固定端用钢丝绳夹夹紧钢丝绳，并在固定端与标记处间隔 100~150 ㎜处系上标志或用其他相应的方法，以利于监测试验期间钢丝绳的滑移。此处标记为 A ； 注：应尽可能使夹具保持靠近套管，夹具间应尽可能靠拢。彩色多普勒超声(CDU)联合超声弹性成像(UE)、超声高精细血流成像技术(Fine-Flow)诊断小
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Brugg 弹性模量和疲劳测试方法
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