您现在的位置是：首页 > 行业资讯行业资讯

三维重建技术在骨骼材料中研究应用

来源网络2022-05-08 14:13:24行业资讯人已围观

简介医学三维重建是医疗系统的重要组成部分，体骨组织进行三维重建是假肢外科的一部分，骨组织是一种具有复杂层级结构的生物复合材料，能够承重、提供生长附着，以及传递载荷实现各种复

医学三维重建是医疗系统的重要组成部分，体骨组织进行三维重建是假肢外科的一部分，骨组织是一种具有复杂层级结构的生物复合材料，能够承重、提供生长附着，以及传递载荷实现各种复杂运动，对人体生命健康与运动极为重要。

现实中人体骨胳材料遭受意外伤害的情况日益增多，极大削弱了其力学性能及服役可靠性，给人类生命造成了极大的威胁，同时也增加了社会经济负担。

因此，研究骨材料在服役载荷工况下的力学性能在变形机理，不仅对骨材料服役性能预测评估具有重要指导意义，同时能够为不同载荷模式下骨破坏的潜在原因追溯分析，为仿生骨替代材料的微结构设计及组分配比提供数据参考。

骨组织及相似骨材料力学性能测量，是骨生物力学领域的一项基础研究，有利于解决临床医学上的骨折、植入物松动和骨重建等力学问题。

面临的测试难题

骨是非均匀的、各向异性的复合材料，骨是由胶原纤维和羟基磷灰石组成的复合材料，表现出不均匀性和各向异性。

该检测中心过去采用的是传统测量方法对相似骨材料进行测量，在应用上存在着不少的局限性：

1、只能进行静态测量，无法观测材料的动态演变过程

2、无法测试材料特定位置的应变情况，各异向性动态实时变化

3、无法实时计算屈服强度、弹性模量等参数，无法输出应力—应变曲线。

新拓三维DIC应变测量技术，是一种非接触式的高精度位移、用于全场形状、变形、运动测量的方法，可实时记录整个实验的全过程，数据可追溯，可重复利用;对于大变形、各向异性的材料、力学性能数据计算的实验，DIC技术具备明显的优势。

1、相似骨骼材料压缩

骨组织力学性能测量，有利于解决临床医学上的骨折、植入物松动和骨重建等力学问题。通过具代表性的压缩测试手段，分析类似骨头材料受压过程中结构的变形，获取类似骨材料的力学性能参数，可方便用于有限元模拟，新材料的研发和生产。

通过计算分析得出，压缩力在相似骨材料内产生压应力和压应变，材料受压缩后缩短，压应变为负值，代表试件受到挤压符合实际情况，然后从位移场可以清晰看到压缩的位移量。

骨材料压应力

骨材料压应变

压缩位移量

2、胫骨骨骼标本拉伸测试

采用类似骨头材料—鸡胫骨标本进行拉伸应变测试，通过模拟胫骨负载状态，验证胫骨受拉变形情况及抗拉能力。XTDIC系统可支持各种应变测量，并可进行实时的应力应变计算，适用于骨骼材料在各种负载条件下的图像采集需求。

由于鸡胫骨尺寸较小，XTDIC系统搭配光学体式显微镜，对鸡胫骨观测区域进行放大，能够观测到更细节的特征，所测数据能够反映骨骼应力分布的真实客观情况，并自动记录和分析处理数据，可输出三维色谱云图，清晰地观测到位移、应变场的变化趋势。

在拉伸加载过程中，可测量骨胳组织的性能(如杨氏模量、强度)和几何参数，计算出鸡胫骨的轴向拉伸强度和刚度，以便于更好地掌握复杂骨胳材料的力学性能。

胫骨拉伸位移场

胫骨加载应变场

3、脊椎骨标本压缩、扭转、弯曲测试

脊柱类问题主要是脊柱疾病包括各类畸形、骨折以及退化、椎体与椎间盘脱位等。采用羊椎骨进行弯曲、摆动、扭转实验，经由新拓三维应变测量系统进行数据采集和后处理，分析骨胳应力分布情况，并自动记录和分析处理数据，测出羊脊椎骨节段应变的位移场和应变场。

通过调整骨骼相对于压力机的相对角度，模拟人体骨胳负载及运动的情况，使其复现人体在运动中的脊椎骨骼受力工况，进而了解其不同部位的应变数据。

通过实验数据可以看出，脊椎骨在承受扭转、弯曲的载荷作用下，呈现出多向性的应力-应变曲线。实验数据可以验证有限元仿真中，脊椎骨的承载能力和材料属性。根据动物脊椎试验数据，模拟了人类脊椎在载荷状态下的各部分变化情况,。

加载前标定和采集准备

点位移规矩追踪

当人体骨骼上下或左右运动时，其关节粘膜会产生摩擦。当运动剧烈时，则有可能引起骨折等损伤。采用骨骼或相似骨骼材料进行应力应变模拟试验，利用新拓三维3D-DIC测量技术，可精确地测量骨骼材料各组分的位移、应变数据。实验数据对于骨骼疾病防治、骨骼缺损修复以及人工骨骼材料研制等，都具有重要的科学意义，并且对骨骼疾病的临床治疗提供指导意义。

Tags：三维重建三维扫描仪