Estimation of nonlinear bulk elasticity parameter for cancer tumors

Abstract

Tofrekvens-ultralyd har blitt brukt til å estimere ikke-lineær bulk elastisitet for adenokarsinom i bukspyttkjertelen (PDAC svulst), den vanligste krefttypen i bukspyttkjertelen. Svulstene har vokst i KPC-mus, men målingene er gjennomført \textit {in vitro}. Som en validering av de estimerte verdiene ble den samme metoden brukt på friske organer fra mus og sammenliknet med tilgjengelige litteratureverdier.

Ikke-lineær bulk elastisitet for svulstene ble estimert til 1.53 $ \text {GPa} ^ {- 1} $ ved romtemperatur og 1.31 $ \text {GPa} ^ {- 1} $ ved kroppstemperatur, med en presisjon på 95.8 \%. Ved å sammenlikne estimerte verdier for de friske organene med litteratureverdier fra friskt menneskevev ble nøyaktigheten for metoden beregnet til å være fra 87.0 \% og høyere.

\textit {In vitro} målingene ble utført med den programmerbare skanneren "Verasonics" og radiofrekvenssignalene er behandlet ved hjelp av MATLAB.

Målingene ble gjort på ferske svulster og organer, samt svulster og organer som har vært fryst. Det ble ikke funnet noen konsistent sammenheng mellom den ikke-lineære bulk elastisiteten og antall ganger svulsten eller organet har vært fryst. Temperaturen ble variert fra 20 \textdegree C til 38 \textdegree C, og viste en tendens til at den ikke-lineær bulk elastisiteten reduseres når temperaturen øker.

Dual frequency ultrasound has been used to estimate the nonlinear elasticity parameter of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) tumors, the most common type of pancreatic cancer. The tumors have grown in KPC mice, but the measurements have been \textit{in vitro}. As a validation of the obtained estimates, the nonlinear bulk elasticity parameter has been estimated for healthy organs from KPC mice and compared with literature values.

The average nonlinear bulk elasticity of all tumors has been estimated to be 1.53 $\text{GPa}^{-1}$ at room temperature and 1.31 $\text{GPa}^{-1}$ at body temperature with a precision of 95.8 \%. The same estimation has been performed on healthy tissue where an accuracy of 87.0 \% or higher are observed, when comparing the estimated value of the healthy organs with literature values from human organs.

The \textit{in vitro} studies have been carried out using the programmable scanner "Verasonics", and the radio frequency signal has been processed using MATLAB.

Measurements have been made for tumors and organs being fresh as well as tempered after being frozen. No consistent correlation has been found between the nonlinear elasticity parameter and the number of times it has been frozen. The temperature has been varied from 20 \textdegree C to 38 \textdegree C and has shown a tendency of decreasing nonlinear elasticity parameter for increasing temperature.