数字图像相关方法（3D DIC）在骨科材料力学科研的应用

guozhiwei · 发表于 2023-4-23 10:38:47

　　骨科损伤是人类面临的重大健康威胁之一，骨科材料的力学性能、相互作用和行为的测量和可视化，实验数据对科研人员相当重要。骨骼结构在加载下的测量，接触式测量方法只能记录单一方向数据，没有骨科材料力学行为的过程记录。

　　新拓三维数字图像相关方法(3D DIC) https://www.xtop3d.cn/ 新拓三维技术(深圳)有限公司，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。

　　基于3D打印的胫骨骨折外固定生物力学研究

　　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，采用新拓三维数字图像相关方法(3D DIC)，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。

　　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。

　　不同压缩条件下关节软骨的回弹力学性能

　　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，采用新拓三维数字图像相关方法(3D DIC)进行回弹应变变化分析。

　　一种用于松质骨变形测量的数字图像相关方法

　　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，采用新拓三维数字图像相关方法(3D DIC)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。