基于异质材料的变形测量方法研究

目的血管的生物力学特性与心血管疾病密切相关。然而针对于血管壁异质结构的内部全场变形测试方法的缺乏,阻碍了其力学性能的准确分析。本文研究对沿血管壁厚的三维应变场进行精确测量的光学相干弹性成像(OCE)方法。方法提出了边界数字体积相关(DVC)-OCE方法,采用基于奇异值收缩的去噪方法和基于深度学习的图像分割方法获取特征边界,利用边界坐标对感兴趣区域进行子区分割搜索,通过DVC计算获得异质材料边界处的三维位移及应变。最后利用高斯散斑图像进行变形模拟实验,并进行血管体模膨胀变形实验,验证、评估方法的准确性。结果通过模拟实验,获得了散斑图像的三维位移和应变,与给定结果相比,算法的边界应变计算误差约为2%。结果表明,不同成分应变比值对测量方法的准确性存在影响。进行膨胀实验时,对血管体模施加不同的血压,实现了图像中硅胶与夹杂物边界的准确分割,测量了血管体模沿壁厚深度上的三维位移和应变分布,结果体现了内部各组织成分间力学性能的差别。结论本文提出的边界DVC-OCE方法解决了异质材料边界的变形测量误差问题,可以有效测试血管样本内部的位移和应变场,实现了血压加载过程中的三维力学参数可视化,为血管病变的分析和诊断提供了重要实验方法。