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pco.dimax高速相機(jī)記錄人骨小梁的亞小梁應(yīng)變演化
要理解骨折背后的**有害特征，關(guān)鍵是了解材料和組織水平應(yīng)變極限及其與破壞部位的關(guān)系。本研究的目的是研究小梁骨組織在小梁下層負(fù)載時(shí)的三維應(yīng)變分布及其演變。人尸骨小梁骨樣本原位壓縮直至破裂，同時(shí)用高分辨率同步輻射X射線斷層成像。用數(shù)字體積相關(guān)法測定小梁內(nèi)的應(yīng)變。 沒有出現(xiàn)破壞的地區(qū)與即將破裂的地區(qū)進(jìn)行了比較。
在發(fā)育中的裂縫附近，局部應(yīng)變高于以前報(bào)道的整個(gè)小梁結(jié)構(gòu)，與報(bào)道的單個(gè)孤立小梁的應(yīng)變相似。早期關(guān)于組織水平骨折應(yīng)變閾值的文獻(xiàn)似乎低估了小梁骨的比較大應(yīng)變幅度。此外，我們發(fā)現(xiàn)，隨著圖像體素尺寸的增加，應(yīng)變水平降低，捕獲詳細(xì)裂紋路徑的能力降低。這突出了觀察到的應(yīng)變水平和體素大小之間的依賴性，需要高分辨率來研究個(gè)體小梁的行為。此外，低小梁厚度似乎是發(fā)展中的裂縫的一個(gè)預(yù)測因素?？傊?，本研究以骨小梁分辨率研究了整個(gè)骨小梁結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)變，證實(shí)了載荷作用下單個(gè)小梁的應(yīng)變幅度較高，并將其轉(zhuǎn)化為整個(gè)骨小管結(jié)構(gòu)。
圖為取樣和SR-uCT成像。(a)用鉆鉆從人頭上取下骨塞，并將塞的中間部分鋸下來進(jìn)行測試。(b)在成像時(shí)使用定制的裝載設(shè)備對樣品進(jìn)行壓縮。(c)X射線掃描FOV的高度小于樣品，因此在裝載過程中只對中間部分(黑盒)進(jìn)行了成像。在加載之前和之后獲取帶有重疊區(qū)域的兩端以成像整個(gè)插頭(紅色虛線盒)。
數(shù)字量相關(guān)分析。連續(xù)加載步驟之間的圖像堆棧在DVC分析之前使用定制的腳本進(jìn)行預(yù)處理。這包括對圖像進(jìn)行剛性變形對齊，使用士3個(gè)體素的3D中值濾波器進(jìn)行濾波，以減少噪聲和空洞/背景的掩蔽，這些都不包括在相對分析中。由于同步測量設(shè)置，例如快速掃描時(shí)間，在加載不同階段采集的圖像包含可變的噪音。選擇的3D中位濾波器被用來去除噪聲，同時(shí)保持組織內(nèi)部密度的變化。
實(shí)驗(yàn)過程使用德國pco.dimax高速相機(jī)記錄及分析軟件的支撐。
考慮到小梁網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，我們***研究了人小梁骨的次小梁應(yīng)變的大小、演變和分布。本研究表明，裂縫即將發(fā)生區(qū)域的局部組織應(yīng)變與孤立單小梁觀察到的高應(yīng)變一致，并證明觀察到的應(yīng)變幅度取決于輸入圖像的體素大小，這提供了潛在的解釋，為什么早期使用較大圖像體素尺寸和考慮小梁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究呈現(xiàn)較低的應(yīng)變。在局部水平上，小梁的微觀結(jié)構(gòu)，特別是小梁的厚度似乎是決定小梁結(jié)構(gòu)斷裂的**突出因素。此外，這些研究結(jié)果將作為進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算小梁骨損傷模型。
德國Excelitas PCO公司pco.dimax高速相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、高幀率的優(yōu)點(diǎn)，將高速實(shí)驗(yàn)過程完美記錄，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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