人體骨骼各種形狀是長期演化形成的，具有復(fù)雜的內(nèi)在和外在結(jié)構(gòu)，使骨骼在減輕重量的同時(shí)能夠保持堅(jiān)硬。脊椎作為人體重要結(jié)構(gòu)之一，支持身體絕大部分的重量，在臨床醫(yī)學(xué)上，脊椎骨生理彎曲與退化成為越來越常見的疾病。

    脊椎的成分之一是礦物質(zhì)化的骨骼組織，為各向異性、非均勻材料，組織及結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在研究人體脊椎時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，來驗(yàn)證人體在運(yùn)動(dòng)負(fù)載狀態(tài)下，脊椎在承受各種載荷時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)。

    測(cè)試需求

    某大學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室擬從動(dòng)物脊椎骨實(shí)驗(yàn)和有限元仿真兩個(gè)方面進(jìn)行研究，探討脊椎骨胳不同層區(qū)的力學(xué)性能以及應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律。

    在實(shí)驗(yàn)部分中，利用羊脊椎骨節(jié)段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在試驗(yàn)機(jī)載荷作用下，被測(cè)羊脊椎骨發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲，采用新拓三維XTDA三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)、試驗(yàn)機(jī)等實(shí)驗(yàn)儀器，測(cè)出羊脊椎骨節(jié)段應(yīng)變的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)。

    DIC技術(shù)測(cè)試方案

    通過調(diào)整骨骼相對(duì)于壓力機(jī)的相對(duì)角度，模擬人體骨胳負(fù)載及運(yùn)動(dòng)的情況，使其復(fù)現(xiàn)人體在運(yùn)動(dòng)中的脊椎骨骼受力工況，進(jìn)而了解其不同部位的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

    分別對(duì)羊椎骨完成彎曲、擺動(dòng)、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)由新拓三維XTDA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和后處理，分析骨胳應(yīng)力分布情況，并自動(dòng)記錄和分析處理數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理

    利用新拓三維XTDA分析軟件，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算，創(chuàng)建變形域，完成對(duì)非編碼標(biāo)志點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，最終可在轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)下，根據(jù)點(diǎn)的追蹤信息計(jì)算相應(yīng)的位移。

    通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，脊椎骨在承受扭轉(zhuǎn)、彎曲的載荷作用下，呈現(xiàn)出多向性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以驗(yàn)證有限元仿真中，脊椎骨的承載能力和材料屬性。根據(jù)動(dòng)物脊椎試驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬了人類脊椎在載荷狀態(tài)下的各部分變化情況,。

    方案價(jià)值

    當(dāng)人體骨骼上下或左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，其關(guān)節(jié)粘膜會(huì)產(chǎn)生摩擦。當(dāng)運(yùn)動(dòng)劇烈時(shí)，則有可能引起骨折等損傷。該大學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，采用羊脊椎骨應(yīng)力應(yīng)變模擬試驗(yàn)，利用新拓三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，準(zhǔn)確測(cè)量脊椎骨各組分的位移、應(yīng)變數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論對(duì)于脊椎疾病防治、脊椎缺損修復(fù)以及人工脊椎材料研制等，都具有重要的科學(xué)意義，并且對(duì)脊椎骨的臨床治療提供指導(dǎo)意義。