骨科損傷是人類面臨的重大健康威脅之一。由于內(nèi)、外在的因素，脆弱的骨骼遇到損傷不可避免，當(dāng)需植入人造骨科材料時(shí)，如何使植入物的性能更符合人體運(yùn)動(dòng)特性，盡量降低對(duì)使用者造成的困擾和痛苦等，這些都是科研專家和學(xué)者們一直努力的方向和目標(biāo)。
骨科材料的力學(xué)性能、相互作用和行為的測(cè)量和可視化對(duì)科研人員來說都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。軟組織或復(fù)雜骨骼結(jié)構(gòu)在加載下的測(cè)量，使用接觸式傳感器都是十分困難的，且都是單一方向的數(shù)據(jù)，沒有骨科材料力學(xué)行為的過程記錄，能記錄植入物及其材料力學(xué)行為的數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）技術(shù)備受重視。
新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，是一種易于應(yīng)用、非接觸式的測(cè)量方法，它可以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)輪廓，位移和應(yīng)變的高精度測(cè)量，使用不受測(cè)量材料本身的影響，可提供成千上萬(wàn)的測(cè)量點(diǎn),幫助科研人員理解在加載下材料物理特性之間復(fù)雜的相互作用,輸出高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證和優(yōu)化仿真模型。
新拓三維XTDIC數(shù)字散斑應(yīng)變測(cè)量技術(shù)在骨科材料力學(xué)、骨科植入物力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，接下來，簡(jiǎn)單介紹XTDIC產(chǎn)品在骨科材料力學(xué)行為科研測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用。
新疆大學(xué)
新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目
測(cè)量?jī)x器
XTDIC-CONST系列三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)
具體應(yīng)用：
外固定器固定是治療骨折時(shí)常見的固定方式之一，醫(yī)生通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇外固定的類型、安裝位置及Schanz釘?shù)臄?shù)量，當(dāng)固定方案不合理時(shí)會(huì)造成外固定的穩(wěn)定性差甚至導(dǎo)致Schanz釘斷裂。
通過逆向工程和3D打印技術(shù)相結(jié)合重構(gòu)骨折患者的1:1的脛骨骨折模型，采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)對(duì)Orthofix單邊外固定器的整體變形進(jìn)行精確的測(cè)量，以便探索更加合理的、個(gè)性化的固定方案，為醫(yī)生制定手術(shù)方案提供依據(jù)。
外固定器固定脛骨示意圖
脛骨外固定系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)展示圖
以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：Schanz釘在針夾上的位置、外側(cè)Schanz釘?shù)焦钦蹟喽说木嚯x和外固定器到脛骨的距離三個(gè)因素對(duì)Schanz釘?shù)淖冃瘟亢蛣偠染杏绊?，且外固定器到脛骨的距離對(duì)其影響最顯著。
Schanz 釘位移云圖
Schanz 釘?shù)淖冃瘟颗c距離的關(guān)系圖
9組脛骨骨折外固定模型剛度比較
天津理工大學(xué)
國(guó)家自然科學(xué)基金資助
測(cè)量?jī)x器
XTDIC-CONST系列三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)
具體應(yīng)用：
關(guān)節(jié)是人體運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部位，也是人體極易損傷的部位。關(guān)節(jié)軟骨損傷是造成人們運(yùn)動(dòng)能力受限的主要因素，過度、持續(xù)的負(fù)載是引起關(guān)節(jié)疾軟骨病變的重要原因之一。
研究關(guān)節(jié)軟骨的回彈性能對(duì)人的作息，以及和人工軟骨回彈性能的匹配度等都具有很大的參考意義。運(yùn)用拉力機(jī)對(duì)軟骨試件進(jìn)行壓縮，采用CCD相機(jī)對(duì)軟骨壓縮和回彈狀態(tài)進(jìn)行圖像采集，采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行回彈應(yīng)變變化分析。
實(shí)驗(yàn)裝置&加載前后軟骨微觀圖像
關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)回彈性能實(shí)驗(yàn)原理示意圖
恒定壓縮速率下不同層區(qū)回彈的應(yīng)變變化
不同壓縮載荷下不同層區(qū)回彈的應(yīng)變變化
不同壓縮時(shí)間下不同層區(qū)回彈的應(yīng)變變化
廣東石油化工學(xué)院
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目
測(cè)量?jī)x器
XTDIC-CONST系列三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)
具體應(yīng)用：
我國(guó)人口老齡化問題日漸凸顯，老年人骨折、骨質(zhì)疏松等問題得到了更廣泛的關(guān)注。骨骼按結(jié)構(gòu)可分為密質(zhì)骨和松質(zhì)骨兩類，骨的受載變形是骨力學(xué)研究的重要內(nèi)容。
針對(duì)松質(zhì)骨這一類多孔材料，借助松質(zhì)骨自身微結(jié)構(gòu)特征代替人工制備散斑進(jìn)行位移測(cè)量，采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行松質(zhì)骨變形測(cè)量，位移測(cè)量精度可達(dá)到微米級(jí)別，應(yīng)變精度可達(dá)到με級(jí)別。
a-f分別為t=10-35s每隔5s時(shí)的位移測(cè)量結(jié)果
a-f分別為t=10-35s每隔5s時(shí)的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果
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