预应力粘弹性固体的增量动力学及其在剪切波弹性成像中的应用
软凝聚态物质
2025-07-01 v2 生物物理
摘要
剪切波弹性成像（SWE）是一种前景广阔的力学表征组织成像方式，所提供的生物标志物有望用于早期和精确诊断。尽管已开发多种方法从剪切波特征中提取力学参数，但预应力下粘弹性材料中这些参数的关系仍知之甚少。本文提出有限应变粘弹性固体的广义增量动力学理论。该理论推导了静预应力材料中的小振幅粘弹性波运动。其形式与一系列现有本构模型兼容，包括超弹性与粘弹性——如本研究使用的 Gasser-Ogden-Holzapfel（GOH）与 Kelvin-Voigt 分数阶导数（KVFD）模型组合。我们通过预应力软材料与生物组织的实验及数值模拟，利用光学相干弹性成像与超声弹性成像验证了该理论。理论预测在宽频范围内与实验频散曲线紧密吻合，并准确捕捉预应力效应。此外，该框架揭示了剪切波相速度、衰减与主应力间的关系，使其能在无需本构参数先验知识的情况下量化粘弹性固体中的预应力。这一广义声-粘弹性形式尤其适用于预应力组织中的高频、高分辨率 SWE。
引用
@article{arxiv.2310.04745,
title = {Incremental dynamics of prestressed viscoelastic solids and its applications in shear wave elastography},
author = {Yuxuan Jiang and Guo-Yang Li and Zhaoyi Zhang and Shiyu Ma and Yanping Cao and Seok-Hyun Yun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.04745},
year = {2025}
}