[發明專利]一種在軟骨力學性能測試中運用數字圖像相關技術的方法

無效

• 申請號: 201110191699.0
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102353589A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 張春秋;王玉主;高麗蘭;門玉濤
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及生物組織中軟骨力學性能測試技術，特別是一種在在軟骨力學性能測試中運用數字圖像相關技術的方法。

背景技術

[0002]?隨著計算機技術、現代光電子技術以及數字圖像處理水平的發展，數字圖像相關方法日益成為實驗力學領域的一種重要的測試方法。生物組織不同于一般的材料，相對其他材料，其獨特性就在于它的結構復雜，組成多樣。生物組織及軟骨一般由流固耦合材料組成，活體力學環境非常復雜，在對其力學性能進行測試的過程中要求較嚴格。合適的力學測試關系到對組織各方面性能的了解、體外培養、疾病治療以及醫療事業的發展等重要的領域。而鑒于數字圖像相關技術優良的測量優勢，恰能在很大程度上滿足對生物組織的測試。數字圖像相關方法具有測量光路簡單，對測量環境的要求較低，測量的速度快、精度高，易操作，非接觸，全場性的特點。因此，近些年越來越多的國內外研究者運用這一方法對自己的研究對象進行測試，并取得了可觀的成就。

關節軟骨是包圍某些骨頭表面末端的結締組織。成人關節軟骨，通常看上去是相對均衡的，而事實上關節軟骨是由復雜材料構成，是不均一和各向異性的。關節軟骨多相性和各向異性現象顯然不僅在于它的結構和構成，而且在于它的生物力學性質。軟骨在壓縮和拉緊時都表現出極強的深度關聯變化。了解軟骨生物力學的性質和行為對了解關節連接的健康和病癥是很重要的。

目前關節軟骨的力學性能實驗主要來自離體軟骨試件的拉伸或壓縮試驗，由于關節軟骨固、液兩相結構復雜，試件的獲取、加工影響軟骨力學性能結果的可靠性，在有關的文獻報道中,實驗得出的數據分散性強。這是由于試件脫離了原來不可分割的復雜環境。也有采用帶有軟骨下骨的軟骨進行實驗，主要進行壓縮實驗，但這些實驗僅是反映了軟骨宏觀本構關系的實驗，關節軟骨精細的結構按照膠原纖維分布排列方式可以分為三層，淺表層位于軟骨表層，并組成滑動表面，膠原纖維與關節表面平行，軟骨細胞長軸向與關節表面平行；中間層的纖維與表面呈一定角度交錯分布；深層的膠原纖維直徑更粗。這些實驗中不同區域的力學性能并沒有給出，宏觀力學性能的特征也沒有不同層區力學行為進行解釋。因此采用數字相關技術研究關節軟骨宏觀力學性能和區域的力學性能，獲得軟骨宏觀和微觀的力學性能規律。

采用數字相關技術研究關節軟骨力學性能時，關節軟骨橫斷面為圖像采集面。普遍存在的問題是：關節軟骨質地白色，要采集圖像面標志點，需要合適的深色微粒形成斑點特征；關節軟骨尺寸較小，加載頭作用在軟骨上接觸處引起邊界效應，引起軟骨力學性能測試的誤差；另外軟骨為流固耦合材料，軟骨測試時有組織液流出，使采集的圖像模糊，影響采用數字相關的實施，這些缺點影響了軟骨力學性能的測試。目前為止國內外采用數字圖像相關技術進行宏觀及微觀兩種角度測量的研究中，盡管突破了傳統測試方法的種種局限，然而在解決邊界效應對結果的影響、更好的模擬體內環境以及得到清晰可靠的結果問題上的權衡還不足。本發明就致力于解決這些方面的問題，使這種測試更完善可靠，結果更準確。

發明內容??

?本發明的目的旨在為克服現有技術的不足，而提供一種在軟骨力學性能測試中運用數字圖像相關技術的方法，該方法使可測量過程更接近人體的內部環境，測試結果更準確。

本發明的技術方案：

一種在軟骨力學性能測試中運用數字圖像相關技術的方法，步驟如下：

1）取帶有軟骨下骨的軟骨作為測試樣本；

2）把測試樣本用夾具固定，并對軟骨的圖像觀察面用透明玻璃擋住；

3）在軟骨的圖像觀察表面嵌入深色納米顆粒進行制斑，制斑密度為200-300顆/mm²；

4）將夾具的左右夾持部位固定在微型拉力機上實行加載，在加載過程中保持固定了軟骨的夾具浸沒在盛有生理鹽水的玻璃器皿中。

所述深色納米顆粒為黑色NiO納米顆粒，粒徑為10納米。

所述生理鹽水為重量百分比濃度為0.9%的氯化鈉水溶液。