1、關節軟骨是一種覆蓋在關節表面的特殊結締組織，由細胞、間質液和固相基質組成，其 中固相基質主要由膠原纖維、蛋白多糖和水組成VI。軟骨中沒有血管組織，依靠組織中的 液體隨作用在組織上的外界載荷變化而流動來獲取營養。關節軟骨復雜的結構和組成決定 了其獨特的力學性質，其在關節活動中所起的不可替代作用使其粘彈性力學性質受到廣泛研 究。蠕變實驗是關節軟骨粘彈性力學性能測試的一種重要實驗方法，已經被一些學者展開了 研究。實驗時，以不同種類的動物軟骨或人體軟骨作為研究對象，采用整體軟骨對其簡單修 整制作為啞鈴型標準試樣進行實驗，或對軟骨不同部位切片進行實驗。如孟維春等人和王 成學等人對關節軟骨的蠕變力學行為進

2、行了實驗研究，獲得了軟骨宏觀的蠕變變形曲線和 蠕變規律。正如我們所知，關節軟骨精細的結構按照膠原纖維分布排列方式可以分為三層， 淺表層位于軟骨表層，并組成滑動表面，膠原纖維與關節表面平行，軟骨細胞長軸向與關節 表面平行;中間層的纖維與表面呈一定角度交錯分布，深層的膠原纖維基本垂直于表面分布， 且直徑更粗。軟骨的力學性能就是由其復雜的結構和組成決定的，而且，關節軟骨的非線性 和各向異性特性，不僅體現在它的結構和組成，而且體現于它的生物力學性質中。因此，調 查研究軟骨不同層區的力學行為是非常重要的。數字圖像相關方法因其具有測量光路簡單，對測量環境的要求較低，測量精度高，易操 作且非接觸并對被測物體

3、沒有附加質量等特點而日益成為實驗力學領域一種重要測試方法 9尤其是其非接觸性及全場測量的特點對關節軟骨組織的力學性能測試非常適合。本文以豬膝關節軟骨為對象，采用非接觸式數字相關技術，研究了非圍限壓縮載荷作用 下軟骨不同層區的蠕變行為；通過圖像處理，分析了軟骨不同壓縮應力下的變形特征。1實驗材料與方法1.1實驗材料實驗標本取自8個月豬的股骨遠端滑車處的新鮮關節軟骨（見圖1），屠宰時間6個小 時以內將軟骨沿關節表面弧度的法線方向切割，用手術刀對每組材料進行修理，以達到實驗 標準試樣。本實驗共進行四組不同壓縮應力下的蠕變實驗，每組加工一個試樣，并放在盛有 生理鹽水的培養皿中備用（見圖2）。圖1豬股骨

4、關節軟骨圖2新鮮軟骨試件樣本Fig.1 Articular cartilage of pig knee Fig.2 Sample of cartilage1.2實驗設備與方法實驗儀器采用凱爾電子萬能疲勞試驗機和采集圖像的CCD攝像系統（上海大學研制）及 數字圖像相關處理軟件。凱爾電子萬能試驗機系統中有專門做蠕變實驗的軟件，通過調節軟 件參數可控制實驗的精度，實驗結束后實驗數據自動保存于軟件中。CCD攝像系統用于采集 軟骨在蠕變過程中的圖像，成像系統最小可視范圍為0.8 mm X 0.6mm，微米量級的位移分 辨率。數字圖像相關軟件用于處理所采集到的圖像。本實驗的實驗溫度是室溫，恒定壓縮應力為0

5、.1MPa、0.5MPa、1MPa和2MPa，蠕變時間 為60min。四組樣本分別使用游標卡尺測其長寬厚并記錄，取其中一組樣本放在試驗機夾具 上加緊，調整CCD攝像鏡頭使軟骨盡可能清晰的呈現在計算機的顯示器上，在軟骨側面均勻 的涂抹納米顆粒，納米顆粒起到示蹤劑的作用來觀察軟骨各層的變形，在凱爾試驗機軟件系 統中設定作用于軟骨上的力、達到該力的加速度、保持該力的時間以及試驗機系統的其他安 全參數，在采集圖像的軟件系統中設定采集圖片的時間間隔及圖片的張數及保存的位置，圖 片的張數應保證將整個實驗過程都能拍到直到實驗結束。本實驗每隔2秒拍一張圖片，共取 1800張圖片，力的加速度為0.01KN/S；考慮到實驗的誤差性，每個試樣在相同的實驗條件下 重復使用兩次，第一次實驗結束后，將試樣放在生理鹽水中浸泡1h以便恢復其性能，當試 樣恢復后，再進行重復實驗。圖3顯示了非圍限壓縮載荷作用下關節軟骨不同層區蠕變行為 測試的示意圖。coiiip