In questo protocollo, si stima che i ceppi di superficie del femore durante la frattura prova usando la tecnica di correlazione di immagini digitali. La novità del metodo consiste nell'applicazione di un modello stocastico speckle ad alto contrasto sulla superficie del femore, illuminazione attentamente specificato, acquisizione video ad alta velocità e analisi di correlazione di immagini digitali per i calcoli di ceppo.
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Articolo metodologico
Un metodo per stimare il femore cadaverico corticale ceppi durante frattura test utilizzando correlazione di immagini digitali
In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo protocollo descrive il metodo utilizzando la correlazione di immagini digitali per stimare corticale ceppo da immagini video ad alta velocità della superficie femorale cadaverica ottenuti da prove meccaniche. Questo metodo ottico richiede una texture di molti marchi fiduciari a contrasto su sfondo bianco solido per un monitoraggio accurato della deformazione della superficie come carico è applicato al provino. Immediatamente prima della prova, la superficie di interesse in vista della telecamera è dipinto con un primer bianco all'acqua e lasciata asciugare per alcuni minuti. Quindi, una vernice nera è macchiato con attenzione sopra priorità bassa bianca con considerazione speciale per la dimensione e la forma delle goccioline anche. Illuminazione è attentamente progettato e impostato in modo che non c'è contrasto ottima di questi segni, riducendo al minimo i riflessi attraverso l'uso di filtri. Le immagini sono state ottenute attraverso acquisizione di video ad alta velocità fino a 12.000 immagini/s. Le immagini chiave prima e compreso l'evento di frattura sono estratte e deformazioni sono stimati tra fotogrammi successivi a windows di interrogatorio accuratamente dimensioni sopra una determinata area di interesse. Queste deformazioni sono quindi utilizzate per calcolare la superficie ceppo temporaneamente durante la prova di frattura. I dati di ceppo sono molto utili per identificare l'inizio di frattura all'interno del femore e per eventuale validazione dei modelli di forza frattura femore prossimale derivato da basati su tomografia computata quantitativa analisi agli elementi finiti (QCT/FEA).
Introduzione
Correlazione di immagini digitali (DIC) è una metodo che viene utilizzato nel protocollo corrente per stimare il ceppo di superficie di pieno campo di provini cadaverico femorale da tempo-sequenza immagini ottenute durante le prove di meccanica della frattura di post-elaborazione di immagine. La tecnica è stata sviluppata e applicata in analisi sperimentale delle sollecitazioni nel 1980 e ha conosciuto un rapido aumento in uso negli ultimi anni1,2,3. Presenta parecchi vantaggi chiavi sopra gli approcci più tradizionali di estensimetri di montaggio su una struttura incluso aum....
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Protocollo
tutti gli esperimenti sono stati condotti con approvazione Institutional Review Board. I campioni sono stati ottenuti dai laboratori di ricerca anatomica in collaborazione.
1. preparazione di campioni per il test
- scongelare i femori a TA per 24 h.
- Quando il femore è in coda per il test, rimuovere qualsiasi involucro che è stato applicato prima del congelamento e pulire il femore con un panno asciutto per rimuovere qualsiasi residuo umidità, depositi di grasso o dei tessuti molli. Il grande trocantere del POT in una tazza di alluminio prefabbricati con cemento osseo.
- Tramite una scatola per contenere le partic....
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Risultati
Prima del processo di pezzatura, femore viene pulito dai tessuti in eccesso di grasso e molli, e il grande trocantere è in vaso in una tazza di alluminio. Durante la solidificazione di polimetilmetacrilato (PMMA), l'osso è avvolto in un panno imbevuto salino per evitare la secchezza del tessuto. Una volta PMMA è solidificato, l'osso viene pulita di nuovo a destra prima di spruzzare (Figura 1). Quindi, la superficie ossea viene spruzzata o spa.......
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Discussione
Abbiamo introdotto un protocollo per costantemente preparare campioni femorali per formazione immagine ad alto contrasto durante la frattura test che poi sono stati usati per stimare le distribuzioni di ceppo di pieno campo con DIC. Questo protocollo ha assicurato texture a contrasto appropriato di nero rilevamento delle macchioline sfondo bianco solido sulla superficie dell'osso. A seguito di questo protocollo, abbiamo replicato con successo la stima dei ceppi utilizzando analisi DIC per ottantanove femori.
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nessun pertinenti informazioni integrative.
Ringraziamenti
Gli autori vorrei ringraziare i materiali e l'anima di Testing strutturale presso la Mayo Clinic per il loro supporto tecnico nell'eseguire il test alla frattura. Inoltre vorremmo ringraziare Ramesh Raghupathy e Ian Gerstel per la loro assistenza nello sviluppo di script DIC e dettagli specifici del protocollo DIC durante il loro mandato presso la Mayo Clinic e il gruppo di ricerca Victor Barocas, Università del Minnesota per la alla base di software open source che esegue il nucleo dell'immagine digitale correlazione ceppo calcoli11. Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal fondo innovazione Grainger dalla Fondazione Grainger.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Krylon primer plastico bianco | Krylon, Peoria, AZ, USA | N/A | Utilizzato come base per una finitura bianca liscia sulla superficie ossea |
| Vernice acrilica bianca e nera a base d'acqua | Plaid Enterprises (Ceramcoat), Norcross, GA, USA | N/A | Fonte di vernice per i colori bianco e nero |
| Ciotola di miscelazione | Non specifico (generico) | N/A | Utilizzato per mescolare e preparare la vernice |
| Pennello in schiuma | Linzer Products, Wyandanch, NY, USA | N/A | Utilizzato per applicare la vernice sulla superficie ossea |
| Spazzolino da denti | Colgate-Palmolive, New York, NY, USA | Setola rigida | Utilizzato per applicare le dimensioni e la distribuzione appropriate del modello di macchiettatura |
| Resina ortodontica igienica (PMMA) | Patterson Dental, St Paul, MN, USA | H02252 | Sostanza controllata e può essere acquistato con l'approvazione appropriata |
| Kenmore Freezer | Sears Holdings, Hoffman Estates, IL, USA | N/A | Utilizzato per mantenere un ambiente di conservazione -20oC per campioni ossei |
| Soluzione fisiologica salina (0,9% cloruro di sodio) | Baxter Healthcare, Deerfield, IL, USA | NDC 0338-0048-04 | Utilizzato per mantenere idratati i campioni |
| Bisturi e raschietti | Aspen Surgical (Bard-Parker), Caledonia, MI, USA | N/A | Utilizzato per rimuovere i tessuti molli dai campioni ossei |
| Cappa aspirante | Hamilton Laboratory Solutions, Manitowoc, WI, USA | 70532 | Utilizzato per la ventilazione durante la preparazione del PMMA per l'incapsulamento dei campioni |
| Unità di illuminazione | ARRI, Monaco di Baviera, Germania | N/A | Necessario per l'illuminazione del bersaglio per l'acquisizione delle immagini |
| Videocamera ad alta velocità | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Photron Fastcam APX-RS | Utilizzato per acquisire le registrazioni video ad alta velocità degli eventi di frattura |
| Photron FASTCAM Imager and Viewer | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Ver.3392(x64) | Utilizzato per registrare e visualizzare le registrazioni video ad alta velocità |
| Obiettivo della fotocamera | Zeiss, Oberkochen, Germania | Obiettivo Zeiss Planar L4/50 ZF | Necessario per la risoluzione dell'immagine appropriata |
| ABAQUS CAE | Dassault... s, Waltham, MA, USA | Versioni 6.13-4 | Utilizzato per definire la regione di interesse e creare mesh agli elementi finiti |
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, USA | Versione 2015b | Utilizzato per l'elaborazione di immagini e l'analisi DIC |
| TecPlot | TecPlot Inc., Bellevue, WA | Utilizzato per la post-elaborazione di campi di | |
| deformazione Software | per il calcolo della deformazioneVictor Barocas Research Group, Università del Minnesota, Minneapolis, MN, USA | http://license.umn.edu/technologies/20130022_robust-image-correlation-based-strain-calculator-for-tissue-systems | Utilizzato per calcolare il campo di deformazione |
| mov_frames.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA | N/A | Utilizzato per il downsampling di immagini non compresse da file video ad alta velocità |
| convert_imagesize.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Utilizzato per registrare le coordinate dei pixel dell'immagine con le coordinate mesh |
| rrImageTrackGui.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Utilizzato per eseguire la correlazione incrociata dell'immagine per ottenere deformazioni ed eseguire il calcolatore di deformazione |
| analyzeFailurePrecursor.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Utilizzato per tracciare temporalmente |
| i componenti di deformazione di piccomakeMovies.m | Script Matlab, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA | N/A | Utilizzato per creare filmati portatili *.avi dei componenti di deformazione, dei componenti di deformazione, delle deformazioni principali, della deformazione di von Mises e dell'energia di deformazione |
Riferimenti
- Peters, W., Ranson, W. Digital imaging techniques in experimental stress analysis. Opt Eng. 21 (3), 213427-213427 (1982).
- Kwon, O., Hanna, R. The Enhanced Digital Image Correlation Technique for Feature Tracking During Drying of Wood. Strain. 46 (6), 566-580 (2010).
- Sutton, M. A., Orteu, J. J., Schreier, H. W. Image Co....
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Ristampe e permessi
