生物醫(yī)學工程是一個跨學科科學領域，旨在改善人類健康和醫(yī)療護理。從工程的角度來看，生物材料、力生物學和生物制造與目標生物系統(tǒng)的相互作用，以實現(xiàn)各種醫(yī)學治療目的。數(shù)字圖像相關(DIC)技術，作為一種非接觸、精準高效、無損的全場應變測量方法，可用于復雜的力生物學、生物材料、生物打印和制造的力學性能和力學行為的全視場測量。
生物材料通常具有復雜形狀的特征，軟組織或復雜骨骼結(jié)構在加載下的測量，使用接觸式傳感器都是十分困難的，特別是在整個實驗過程中接觸式傳感器與樣品的連接和接觸。在某些情況下，接觸式傳感器甚至可能會影響其材料性能。
數(shù)字圖像相關（DIC）技術一種易于應用、非接觸式的測量方法，可解決這些應用問題。此外，DIC技術允許對物體進行全場輪廓，位移和應變的高精度測量。DIC技術可提供成千上萬的測量點,幫助科研人員理解在加載下被測件物理特性之間復雜的相互作用，獲取高質(zhì)量的實驗數(shù)據(jù)來確認和優(yōu)化計算機模型。
數(shù)字圖像相關(DIC)技術可獲取實驗過程中的表面位移場、應變場、全場位移數(shù)據(jù)，直觀顯示出應變集中和結(jié)構位移等運動特性，目前在力生物學和生物材料領域有著許多成功的應用。
數(shù)字圖像相關(DIC)技術在生物醫(yī)學領域的詳細應用實例，包括：
一、數(shù)字圖像相關(DIC)技術用于生物材料測試
生物材料包括多種有機/無機生物相容性材料，能與活組織密切相互作用。天然生物聚合物和合成生物聚合物，廣泛應用于結(jié)締硬組織和軟組織、藥物輸送介質(zhì)和組織支架等方面。金屬及其合金和陶瓷廣泛應用于骨科器械、牙科器械、可穿戴設備和動脈支架等。
骨骼生物力學
在硬組織生物力學方面，DIC技術可用于骨骼及骨骼植入物生物材料進行力學測試，可精準測試骨骼材料在運動負荷狀態(tài)下的變形、抗沖擊能力及最大承受力，可滿足應力應變測試以及多種復合載荷作用下的動態(tài)測試。
骨骼壓縮測試
骨骼拉伸測試
數(shù)字圖像相關（DIC）技術用于軟組織生物力學
軟組織具有復雜的非線性特性，DIC技術可用于軟組織復雜受力下的三維變形分析。DIC技術可高效輸出應力-應變曲線，對于分析軟組織的彈性特性和非線性各向異性特性非常有用。
關節(jié)軟骨回彈
實驗裝置&加載前后軟骨DIC微觀圖像
關節(jié)軟骨不同層區(qū)回彈性能實驗原理示意圖
恒定壓縮速率下不同層區(qū)回彈的應變變化
不同壓縮載荷下不同層區(qū)回彈的應變變化
不同壓縮時間下不同層區(qū)回彈的應變變化
細胞培養(yǎng)室生物力學
人體細胞會受到各種力學激勵。使用較大均勻應變區(qū)域的細胞培養(yǎng)室，搭載細胞力學加載裝置，將單軸表面應變傳遞給彈性基底膜上的貼壁細胞。采用DIC技術搭配體式顯微鏡，高放大倍數(shù)測量培養(yǎng)室中應變場和位移場的分布。
不同應變下基板DIC測量與有限元仿真對比
舌鱗癌細胞加載實驗
利用體外貼壁細胞應變加載裝置，對硅橡膠小室內(nèi)的舌鱗癌細胞加載拉伸力，誘導0.5% 機械應變刺激，可見貼壁細胞在加載裝置的拉伸形態(tài)發(fā)生明顯的變化。
數(shù)字圖像相關（DIC）技術用于生物運動力學
力學生物學是一個新興領域， DIC技術可獲取實驗過程中的表面全場應變、位移、速度、加速度等數(shù)據(jù)，可直觀顯示出結(jié)構運動等特性，在生物運動力學領域中展示了其有效性和實用性。
腿部支架運動位移
不同狀態(tài)下的大腿部位護具下滑量
不同狀態(tài)下的小腿部位護具下滑量（負值表示下滑）
胯關節(jié)運動模擬
運動文胸材料防震測試
生物制造材料
增材制造（AM）技術的發(fā)展推動了生物制造的研究。生物組織的非均勻結(jié)構從宏觀到納米尺度展現(xiàn)出顯著的復雜性，這對可植入設備的設計提出了挑戰(zhàn)。例如，骨科植入物需要與周圍宿主組織具有相似的結(jié)構特征和材料屬性，以保證適當?shù)挠行偠群蜐B透率。DIC技術為研發(fā)和測試這些生物骨骼材料提供了新途徑。
3D打印骨折外固定器
Schanz釘位移云圖 Schanz釘變形量與距離關系圖
9組脛骨骨折外固定模型剛度比較