DIC应变测量系统用于手掌皮肤软组织生物力学性能测试

　　数字散斑相关(Digital Image Correlation, DIC)技术是一种极其强大且非接触式的光学测量方法，非常适合用于研究手掌皮肤这类生物软组织的柔韧特性(如弹性、粘弹性、各向异性、变形能力)的生物力学测试。它通过追踪物体表面人工或自然散斑图案在变形过程中的运动，精确地计算出全场(全场是指整个观察区域，而非个别点)的位移和应变分布。

　　DIC应变测量系统在该领域典型应用场景

　　皮肤生物学与衰老研究：定量评估年龄、光老化、内在老化对皮肤柔韧性、弹性、回弹性的影响。

　　皮肤病学与创面愈合：评估疤痕(增生性疤痕、瘢痕疙瘩)、硬皮病、湿疹等疾病对皮肤力学性能的改变;评价去疤痕治疗、润肤剂、伤口敷料的效果。

　　烧伤康复：评估烧伤后皮肤移植区域或愈合区域的柔韧性和延展性，指导康复训练和压力衣治疗。

　　产品测试：

　　护肤品/药妆品(保湿剂、抗皱霜、紧致精华)的功效评估。

　　医疗器械(如贴片、电极、导管固定装置)与皮肤接触和相互作用的力学性能(粘附性、剪切变形)。

　　防护装备(手套)设计的舒适性和功能性评估(模拟手部活动时手套内皮肤的变形)。

　　生物力学建模：为手掌皮肤的精确有限元模型提供实验验证数据(位移场、应变场)。

　　手掌皮肤的柔韧特性与其力学响应特征复杂，传统接触式传感器(如应变片)难以适应皮肤的非均匀变形特征，且会干扰自然运动状态。数字图像相关法(DIC)通过非接触式全场测量，可精准捕捉皮肤在张合运动中的三维变形行为。

　　新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统兼具非接触、全场适应性及高精度优势，可对复杂几何形状进行测量，输出全场连续数据，如应变场、位移场，尤其适合皮肤等柔性材料的全场动态变形分析。

　　DIC应变测量实验目的

　　1、量化手掌在抓握-松弛循环中的应变分布(最大主应变分析);

　　2、发现掌指关节附近应变集中现象，验证皮肤力学各向异性特性。

　　3、分析指间关节区域应变梯度，证实皮肤力学性能的拓扑差异。

　　手掌皮肤张合变形测量

　　实验过程：

　　受试者手部清洁后，喷涂生物兼容黑白相间散斑;

　　前臂自然放置于桌面于托架，自然完成张合循环;

　　DIC应变测量系统双目相机同步拍摄图像，DIC软件输出应变云图。

　　分析结果：

　　手掌张合过程中，DIC系统分析皮肤软组织经历的复杂变形(拉伸、压缩、剪切)，并定量分析这一过程的全场应变分布，揭示皮肤的力学响应特性。

　　全场应变分布：

　　拉伸区域：掌心上方在张开时，皮肤呈现高拉伸应变(红色区域);闭合时，掌心区域皮肤呈现高压缩应变(红色区域);指根关节处因皮肤折叠可能显示局部压缩(蓝色区域)。

　　剪切应变：指间褶皱处因相邻手指运动差异，产生显著剪切应变(绿色或黄色区域)。

　　动态演化：通过时间序列云图，可观察手掌张合过程的动态应变变化过程。

　　最大主应变分布规律

　　最大值通常位于掌心中央(皮肤延展极限区域)或拇指根部(因杠杆效应受力较大)。

　　随闭合角度增大，最大主应变逐渐升高，与握力呈正相关。

　　最小主应变分布规律

　　负值(压缩应变)集中于指间褶皱和指根关节背侧(皮肤折叠区域)。

　　正值(拉伸应变)出现在手指侧面(伴随弯曲拉伸)。

　　测试结论

　　新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，为手掌皮肤柔韧特性的生物力学测试提供了一种创新性解决方案。其非接触、全场、高分辨率、定量化的特点，使得研究者能够以前所未有的细节揭示皮肤在受力下的复杂变形行为，克服了传统接触式方法的诸多局限。

　　通过精心设计的实验方案(高质量散斑、三维DIC、同步加载控制、环境控制)和先进的数据处理技术，DIC能够提供关于皮肤弹性、粘弹性、各向异性和局部变形异质性的宝贵数据，极大地推动皮肤生物学、皮肤病学、药妆品科学、医疗器械设计和生物力学建模等领域的研究与应用。它正在成为表征活体软组织生物力学性能的金标准之一。