软骨细胞黏弹性及恢复变形与年龄相关性研究

多孔水凝胶支架作为组织工程中临时的细胞外基质, 不仅为种子细胞提供生存的空间支撑, 还将外界力学刺激通过自身结构重新分配, 构建出可以调控细胞生理活动的力学微环境. 然而, 如何定量表征和调控组织工程水凝胶支架内的力学微环境是实现组织原位再生的关键. 针对多孔水凝胶支架内部变形测量的 “半连续”问题, 提出了一种半连续光学相干弹性成像(semi-continuous optical coherence elastography, SC-OCE)变形测量方法, 该方法包括材料组分识别算法、改进的半连续数字体相关(semi-continuous digital volume correlation, SC-DVC)方法和半连续结构应变计算, 解决了多孔支架半连续结构测量中的跨界面子块的不连续变形产生的形函数欠匹配误差和应变拟合窗口跨界面不连续问题. 基于反向映射法的模拟实验结果表明, SC-OCE方法的位移测量的均值绝对误差均小于相似文献   

基于卷积神经网络的散斑图像位移场测量方法

提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的数字散斑图像位移场测量方法.采用给定多种变形模式的精确位移场系列数字散斑图像构建数据集,提出了一种数字散斑图像位移场识别CNN模型.模拟散斑图像的验证实验表明,所提方法对随机变形、轴向均匀变形、剪切变形等模式具有良好的计算效率和测试精度.硅胶单轴拉伸验证实验表明,所提方法也可以精确...     

光谱力学——基于光谱分析的实验力学新方法研究

以光谱为探测手段和分析技术的光谱力学已成为实验力学领域新发展起来的技术分支.相比光测技术,光谱技术提供了更为丰富的信息维度,且通常兼具无损伤、非接触、高测试效率和高空间分辨等特点,适用于原位、在线的实验应力分析.近年来,包括显微拉曼、荧光光谱、太赫兹波时域光谱以及X射线衍射等技术得到快速发展,同时还涌现出包括布里渊散射光谱、光学相干弹性成像、高光谱、反射光谱、二次谐波等新的光谱技术.本文首先对显微拉曼、荧光光谱、太赫兹波时域光谱以及X射线衍射这4类典型的光谱技术的力学表征基本原理、特点以及近期代表性成果进行简要论述,随后重点对5种最新发展的光谱力学技术的原理、优势、成果和发展亟需突破的瓶颈开展论述,最后通过横向对比,讨论了光谱力学未来发展的主要趋势和方向.本文旨在为从事力学及其交叉学科领域的科研工作者在实验研究方面提供较为系统的信息参考,希望通过这篇对光谱力学领域各方法的综述,让对光谱力学感兴趣的青年科研人员对本领域可以有系统性的全面认知.     

基于压电双脉冲剪切波加载和光学相干断层扫描的生物组织弹性测试技术

生物组织力学性能的定量测试对疾病发生和发展的研究及诊治非常重要。本文集成压电堆栈振动加载和光学相干断层扫描(OCT)提出对生物组织弹性进行定量测量的剪切波光学相干弹性成像技术。压电堆栈携带探针在双脉冲激励下对生物组织或仿体产生约2μm振幅的振动,生成剪切波。在OCT探测区域,生物组织的变形会引起OCT的相位信号变化,由此提出检测剪切波的相位差法。再根据剪切波的传播速度,计算获得组织的弹性模量。通过比较该方法与拉伸实验对生物组织仿体弹性模量的测量结果,验证了技术的可行性。进而对人体手指指腹皮肤的弹性进行了在体测试,表明该方法有用于在体皮肤力学性能测试的潜力。压电堆栈双脉冲剪切波OCE为离体生物组织弹性测试提供了新的简单有效的手段,并且有潜力进一步发展为生物组织复杂力学性能的测试技术,以及应用于临床上皮肤等疾病的诊断。     

面向血管病变力学特性表征的光学相干弹性成像研究进展

由于血管病主要发病机制是动脉粥样硬化斑块破裂,所以动脉斑块的力学特性表征对血管病病理研究和诊治具有重要意义.光学相干断层扫描(OCT)作为心血管成像的新技术,能识别斑块的细微组织成分,但是不能评估或预测斑块的破裂风险.面向斑块力学特性表征的弹性成像技术(OCE)近年来逐渐成为了血管力学领域的一个研究热点.本综述首先介绍...     

基于数字图像相关方法的TiO_2/PI纳米杂化薄膜低温力学性能研究

开展基于数字图像相关方法的材料低温变形测试技术的应用性研究,对材料低温力学性能的研究工作具有重要意义。本文首先将数字图像相关方法与低温拉伸系统相结合,建立了一套适用于测量低温环境下薄膜材料全场变形的测试系统。利用该系统测量了纯铜薄膜在-100℃~20℃范围内的热变形,实验结果与文献数据吻合良好,验证了该系统具有较高可靠性与准确性。其次,利用该系统对不同TiO_2含量的二氧化钛/聚酰亚胺(TiO_2/PI)纳米杂化薄膜进行低温(-60℃~18℃)单轴拉伸实验,获得了不同含量TiO_2/PI纳米杂化薄膜低温应力-应变曲线、弹性模量及泊松比,结果表明:不同含量的TiO_2/PI薄膜随温度降低,其应力-应变曲线线性趋势加强,弹性模量均有不同程度的提高,随着TiO_2纳米颗粒的引入和含量的增加,TiO_2/PI薄膜弹性模量也有明显提高;而TiO_2/PI薄膜泊松比随温度的下降和TiO_2颗粒的引入,均有不同程度的降低,但纯PI薄膜泊松比的降低随温度的下降并不显著。     

多孔水凝胶支架内部变形测量方法研究

多孔水凝胶支架作为组织工程中临时的细胞外基质, 不仅为种子细胞提供生存的空间支撑, 还将外界力学刺激通过自身结构重新分配, 构建出可以调控细胞生理活动的力学微环境. 然而, 如何定量表征和调控组织工程水凝胶支架内的力学微环境是实现组织原位再生的关键. 针对多孔水凝胶支架内部变形测量的 “半连续”问题, 提出了一种半连续光学相干弹性成像(semi-continuous optical coherence elastography, SC-OCE)变形测量方法, 该方法包括材料组分识别算法、改进的半连续数字体相关(semi-continuous digital volume correlation, SC-DVC)方法和半连续结构应变计算, 解决了多孔支架半连续结构测量中的跨界面子块的不连续变形产生的形函数欠匹配误差和应变拟合窗口跨界面不连续问题. 基于反向映射法的模拟实验结果表明, SC-OCE方法的位移测量的均值绝对误差均小于0.0025体素, 应变测量的均值绝对误差均小于0.0008, 证明该方法具有较高的理论精度. 在SC-OCE变形测量方法的基础上, 定量表征了多孔的丝素蛋白/II型胶原蛋白组织工程支架的变形场, 实验发现不连续结构展现出了非线性及非均匀的应变场. 多孔水凝胶支架构建的力学微环境对于组织原位再生具有不可替代的作用, SC-OCE方法可以为力学微环境调控提供定量依据, 进一步指导组织工程的原位再生.     

基于瑞利波光学相干断层扫描的非均质生物组织弹性测试技术

生物组织的弹性可以为病理生理学的研究和疾病的诊疗提供重要信息,然而目前对结构复杂的生物组织各成分的弹性模量进行定量表征的技术较为匮乏.本文研究了基于瑞利波加载和光学相干断层扫描(OCT)对非均质生物组织的弹性进行定量测试的技术,提出了利用OCT探测瑞利波速度的实验技术和相位分析方法,进而通过瑞利波速度与介质弹性的关系获...