人体皮肤的机械表征-一种非侵入性数字双胞胎方法,使用振动响应与数值方法相结合
Seyed Rasoul Atashipour1, Javad Baqersad2
1Department of Mechanical Engineering, Kettering University, 1700 University Ave, Flint, Michigan 48504, USA; Division of Dynamics, Department of Mechanics and Maritime Sciences (M2), Chalmers University of Technology, SE-412 96, Gothenburg, Sweden.
Medical engineering & physics
|November 20, 2023
概括
这项研究引入了一种新的方法,通过分析机械振动来确定软组织的特性. 该技术使用频率响应数据准确预测弹性特性和质量密度.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 非破坏性测试 不破坏性测试
背景情况:
- 准确地描述软组织的机械特性对于医疗应用至关重要.
- 确定组织弹性和密度的传统方法可能是侵入性的或耗时的.
- 振动分析为物质属性识别提供了一个有前途的非侵入性方法.
研究的目的:
- 开发和验证一种用于识别柔软组织的弹性材料特性和质量密度的创新方法.
- 解释由外部力量激发的组织的机械振动反应.
- 将这种方法应用于人造组织样本和人体皮肤.
主要方法:
- 在一系列激发频率的软板 (新烯和人体皮肤) 上进行振动测试.
- 使用高速摄像机和3D数字图像相关性 (DIC) 来捕获频率响应.
- 开发一个有效的理论模型,用于分析模拟自由振动.
- 实施一个反向计算算法,使用实验振动数据和系统等效减小/扩展过程 (SEREP) 来进行质量预测.
主要成果:
- 与DIC测量,频率测试和有限元 (FE) 建模相比,分析模拟显示出高准确度.
- 开发的反向方法成功预测了软组织样本的弹性特性.
- 频率依赖的反向方法证明了快速而准确的材料属性预测.
结论:
- 拟议的方法提供了一种有效和准确的方法,用于非破坏性地确定软组织的机械性质.
- 这种技术在医学诊断,手术规划和生物材料开发方面具有潜在的应用.
- 振动分析,DIC和分析建模的整合为材料表征提供了一个强大的工具.
