膝關節支具根據物理學、生物力學等科學設計,使患者在腿部移動時仍然得到保護,是一種對關節功能恢復極好的物理護具。
腿部運動軌跡多變,且關節及肌腱起伏明顯,易導致腿部護具支架滑移。DIC技術可測量位置護具與腿部在運動過程中的位移、運動姿態等量化數據,為支架護具設計提供數據支持。
DIC技術應用
XTDIC非接觸式三維全場應變測量系統,基于數字散斑相關方法(DIC),結合雙目立體視覺技術,實時采集物體各個變形階段的散斑或標志點圖像,對位移場數據進行平滑處理和應變信息的可視化分析,從而實現快速、高精度、實時、非接觸式的三維應變和位移測量。
膝關節支架護具固定帶分為大腿和小腿固定帶兩部分,中間用可調節角度的膝鉸鏈連接。可調節膝鉸鏈通過控制膝蓋骨的張合角度,從而達到固定膝關節的活動范圍,起到輔助治療作用。
為防止腿部支架護具相對于腿部滑移,需要測量腿部和護具多個點的相對位移變化情況。傳統的位移傳感器在實際應用中存在諸多不足:
1. 測量局限:一個傳感器只能單點位移測量,且量程受限,且在測量其他物理量后,進行數學計算得到位移數據,在計算處理中難免引入一定的誤差。
2. 自重干擾:接觸式測量,由于其本身有一定重量,在輕盈的腿部護具上粘貼,易產生質量效應,影響護具在運動時的位移數據。
3. 效率低下:對環境條件要求比較嚴格,硬件成本較高,這會給結構位移測量帶來一些不便捷和成本高的不良影響。
新拓三維XTDIC三維全場應變測量方案,能夠有效解決傳統的接觸式位移傳感器存在的問題,其安裝簡便,具備極速標定、大范圍、高精度的特點,能高效快速地測量模型的位移與應變,實現三維全場位移和應變分析,多點三維位移分析。
腿部支架護具位移測試,采用XTDIC三維全場應變測量系統,鏡頭12mm,600mm測量幅面,幀率20幀,通過在目標位置布置標志點,通過測量點的相對位移來測量護具支架相對于腿部的滑動情況。
DIC位移測量數據分析
XTDIC三維全場應變測量系統通過高精度配準、追蹤、插值等算法,對三維測量技術進行改進,可檢測高達 0.001 個像素的追蹤精度,實現全場和多點式測量。
大腿小腿位移曲線
不同狀態下的大腿部位護具下滑量
不同狀態下的小腿部位護具下滑量(點貼在護具下方,負值表示下滑)
隨著科學技術的發展,非接觸式測量方法已成為位移測量技術發展的主要方向,并取得了廣泛的應用。采用XTDIC三維全場應變測量系統對膝關節支具進行全場位移測量,被測物不用加以任何干擾限制,可以獨立地、客觀地對膝關節支具進行靜態或動態測量。
測試過程簡單,數據處理快,位移測量數據效果明顯,XTDIC三維全場應變測量系統可以對大腿、小腿和護具移滑相對位移進行實時、準確的定量測量,系統測量精度和處理速度完全滿足測試需求,可以作為一種先進、直觀的輔助手段應用到結構力學性能評估和優化的測量中。