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生物医学工程高精尖中心与法国索邦大学在超声测量研究方面取得系列合作成果

发布时间:2019-09-17 10:06   点击次数:

近来,生物医学工程高精尖中心牛海军教授与法国索邦大学Pascal Laugier教授(欧洲科学院与法兰西科学院院士、法国国家科研中心一级研究员)在超声测量领域开展深入合作,突破了常规超声共振谱(RUS)测量的局限性,首次建立了适用于非规则生物材料力学特性测量的共振谱方法,并进一步提高了方法的应用范围与运算效率,取得一系列合作研究成果,系列成果近期发表于《Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials》《Ultrasonics》《BioMed Research International》等领域内著名期刊上。

探索更精确的生物组织与生物材料力学特性测试方法,开发新的测试设备,对于认识生物组织结构、揭示组织韧度机理、深入理解组织功能和优化植入式医疗器械都具有重要意义。超声共振谱法是一种公认的精确测量高Q值复合材料弹性常数的无损检测方法,独特之处在于单次测量就能获得全部弹性常数和力学参数,测量结果高度可重复,但是该方法对测试材料的形状与硬度有极高要求,大大限制了其在生物医学领域的应用。为了克服上述缺陷,牛海军教授与Pascal Laugier教授在RUS测量方法、设备及其在生物组织应用领域开展了系列的合作研究。通过μ-CT组织图像重建和基于有限元的固有频率计算,结合LM算法进行弹性系数反演,突破了该方法在非规则材料样本方面的应用限制;通过经验模态分解法结合共振谱先验信息选择固有模态函数分量,提高了算法的计算效率和低Q值材料力学参数估计的可靠性;通过建立弹性常数的贝叶斯模型,结合粒子群优化克服计算过程对初始值设定的敏感性,进一步拓展了在高阻尼材料测量方面的应用。合作成果已经成功应用于骨组织力学特性的精确测量,为生物硬组织材料的研究与人工假体的构型设计提供了更多依据。上述合作研究在骨超声研究国际会议上(ISUCB2019)做了特邀报告,并被超声领域知名国际会议IEEE IUS2019接受为口头报告。

博士研究生樊璠、王蕊、张强,硕士研究生沈飞分别为系列论文的第一作者,牛海军教授为通讯作者,Pascal Laugier教授为合作作者(已被聘为生物医学工程高精尖中心首席科学家)。上述工作同时得到多项国家自然科学基金项目的资助,该方法与设备的研究可为生物组织材料的设计、制备与评价提供更精确的力学特性测量手段。