双目视觉DIC测量系统在生物力学中的应用

　　生物材料及组织结构的力学性能、相互作用和力学特性测试，全场轮廓、位移和应变数据对于科研人员至关重要。人体运动分析过程中，对于人体肌肉、关节等组织结构和运动机制的探索，需采集记录和分析生物体运动的细节，以得出与运动相关的参数和结论。

　　新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，通过数字图像相关(DIC)的算法，计算出表面位移及应变分布。XTDIC非接触全场应变测量系统可与不同数字成像设备(如高速摄像机、体式显微镜)直接结合，适用测量范围广泛，可用于生物材料和结构表面全视野的位移、变形和形貌测量。

　　在生物力学持续探索的道路上，不少科研工作者都遇到过这样的困扰：

　　①有限元分析方法在生物力学研究领域可谓硕果累累，但它毕竟属于理论性的分析，只有结合实验测试与数据验证后，才能真实地反映生物力学的受力变化情况。

　　②实验过程中，能否直观得出构件整体的位移、应变分析，如果实验数据有缺漏，测量过程复杂，那么实验过程是很浪费资源的。

　　③实验准备和测量分析数据结果，花费了多少时间与精力，实验数据的全面性、直观性是否在预期的范围之内。

　　④测量手段是否能支持显示表面的细微变化，高速的位移、变形图像采集与分析。

　　那么，三维DIC测量技术有哪些优势?在生物力学测试上的应用有哪些?

　　XTDIC三维全场应变测量系统适用于生物材料、结构的力学性能测试，可方便获得实验过程中的表面位移场、应变场、全场位移数据，直观显示出应变集中和结构运动等特性。

　　①实验数据量丰富：可直接获得被测生物组织全场应变、位移、变形、形貌;可直接测量振幅、频率等数据。

　　②非接触：相比传统的接触式测量手段，DIC非接触测量技术不会因自身质量和特性对结果准确性的影响，对于生物体形状和结构的特殊性，更具优势。

　　③实验数据可靠性：生物力学实验讲究周期和成本，DIC测试数据可反复分析处理，而无须重做试验，节约成本。

　　④功能更强大：DIC系统可与体式显微镜、高速摄像机结合适用，观测细微结构的形态变化，以及瞬态位移及变形生物力学特征的分析。

　　从骨骼、肌腱、韧带甚至类似血管等生物组织的力学性能，到运动轨迹追踪，实现有效三维全场应力应变和动态测量。

　　骨头材料受压变形DIC测试

　　对于身体维持骨骼筋膜重力平衡的负担，是导致骨骼变形的关键因素。采用数字图像相关技术(DIC)，能提供三维全域数据，可精准测试骨骼材料在运动负荷状态下的变形、抗冲击能力及最大承受力。

　　胫骨标本拉伸DIC测试

　　过模拟胫骨负载状态，验证胫骨受拉变形情况及抗拉能力。由于胫骨属于微小尺寸材料，采用DIC技术结合光学体式显微镜，对胫骨观测区域进行放大，观测拉伸过程中应力应变区域及细节变化特征。

　　胫骨拉伸位移场

　　胫骨加载应变场

　　胯关节运动模拟DIC测试

　　髋关节是人体最灵活的关节之一，因为它可以发生多轴运动。考虑到其固有的深髋臼(窝)结构，具有很大的稳定性和活动性。采用DIC技术采集模拟胯关节运动过程的位移变化，角度变化、内外旋以及伸展变化等，为胯关节运动性能和健康评估提供数据参考。

　　运动文胸防震与舒适性DIC测试

　　为了探究不同设计和面料成分的运动文胸运动学参数和防震性能，采用DIC技术分析模特在跑动过程中文胸散斑点在变形前、后的三维坐标变化，分析文胸防震性能/舒适性与胸部位移、速度、加速度之间的关系，对未来文胸的面料与设计改良提供参考依据。