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DIC应变视觉测量技术应用于知名学府骨科材料力学科研

骨科损伤是人类面临的重大健康威胁之一。由于内、外在的因素,脆弱的骨骼遇到损伤不可避免,当需植入人造骨科材料时,如何使植入物的性能更符合人体运动特性,尽量降低对使用者造成的困扰和痛苦等,这些都是科研专家和学者们一直努力的方向和目标。

骨科材料的力学性能、相互作用和行为的测量和可视化对科研人员来说都是一个巨大的挑战。软组织或复杂骨骼结构在加载下的测量,使用接触式传感器都是十分困难的,且都是单一方向的数据,没有骨科材料力学行为的过程记录,能记录植入物及其材料力学行为的数字图像相关法(DIC)技术备受重视。

XTDIC三维全场应变测量系统用于骨科材料力学性能测量.jpg

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,是一种易于应用、非接触式的测量方法,它可以实现全场轮廓,位移和应变的高精度测量,使用不受测量材料本身的影响,可提供成千上万的测量点,帮助科研人员理解在加载下材料物理特性之间复杂的相互作用,输出高质量的实验数据来验证和优化仿真模型。

新拓三维XTDIC数字散斑应变测量技术在骨科材料力学、骨科植入物力学测试领域得到了广泛的应用,接下来,简单介绍XTDIC产品在骨科材料力学行为科研测试领域的应用。

新疆大学

新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目

测量仪器

新拓三维XTDIC-CONST系列三维全场应变测量系统

发表地址

《基于3D打印的胫骨骨折外固定生物力学研究》

具体应用:

外固定器固定是治疗骨折时常见的固定方式之一,医生通常根据经验选择外固定的类型、安装位置及Schanz钉的数量,当固定方案不合理时会造成外固定的稳定性差甚至导致Schanz钉断裂。

通过逆向工程和3D打印技术相结合重构骨折患者的1:1的胫骨骨折模型,采用XTDIC三维全场应变测量系统对Orthofix单边外固定器的整体变形进行精确的测量,以便探索更加合理的、个性化的固定方案,为医生制定手术方案提供依据。

数字散斑技术DIC用于胫骨骨折外固定生物力学研究.jpg

外固定器固定胫骨示意图
数字散斑技术DIC用于胫骨骨折外固定生物力学研究.jpg

胫骨外固定系统实验展示图

以下实验数据证明:Schanz钉在针夹上的位置、外侧Schanz钉到骨折断端的距离和外固定器到胫骨的距离三个因素对Schanz钉的变形量和刚度均有影响,且外固定器到胫骨的距离对其影响最显著。

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Schanz 钉位移云图
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Schanz 钉的变形量与距离的关系图
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9组胫骨骨折外固定模型刚度比较

天津理工大学

国家自然科学基金资助

测量仪器

新拓三维XTDIC-CONST系列三维全场应变测量系统

发表地址:

《不同压缩条件下关节软骨的回弹力学性能》

具体应用:

关节是人体运动的关键部位,也是人体极易损伤的部位。关节软骨损伤是造成人们运动能力受限的主要因素,过度、持续的负载是引起关节疾软骨病变的重要原因之一。

研究关节软骨的回弹性能对人的作息,以及和人工软骨回弹性能的匹配度等都具有很大的参考意义。运用拉力机对软骨试件进行压缩,采用CCD相机对软骨压缩和回弹状态进行图像采集,采用XTDIC三维全场应变测量系统进行回弹应变变化分析。

数字散斑技术DIC用于关节软骨的回弹力学性能.jpg

实验装置&加载前后软骨微观图像
数字散斑技术DIC用于关节软骨的回弹力学性能.jpg

关节软骨不同层区回弹性能实验原理示意图

数字散斑技术DIC用于关节软骨的回弹力学性能.jpg

恒定压缩速率下不同层区回弹的应变变化

数字散斑技术DIC用于关节软骨的回弹力学性能.jpg

不同压缩载荷下不同层区回弹的应变变化

数字散斑技术DIC用于关节软骨的回弹力学性能.jpg

不同压缩时间下不同层区回弹的应变变化

广东石油化工学院

国家自然科学基金项目

测量仪器

新拓三维XTDIC-CONST系列三维全场应变测量系统

发表地址:

《一种用于松质骨变形测量的数字图像相关方法》

具体应用:

我国人口老龄化问题日渐凸显,老年人骨折、骨质疏松等问题得到了更广泛的关注。骨骼按结构可分为密质骨和松质骨两类,骨的受载变形是骨力学研究的重要内容。

针对松质骨这一类多孔材料,借助松质骨自身微结构特征代替人工制备散斑进行位移测量,采用XTDIC三维全场应变测量系统进行松质骨变形测量,位移测量精度可达到微米级别,应变精度可达到με级别。

数字图像相关法DIC用于松质骨变形测量.jpg

a-f分别为t=10-35s每隔5s时的位移测量结果
数字图像相关法DIC用于松质骨变形测量.jpg

a-f分别为t=10-35s每隔5s时的应变测量结果

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