CN103857996B - 对椭圆球体壳力学性质的非破坏性测量方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了便于测定椭圆球体壳的力学性质的系统和方法。压头装置接触椭圆球体壳。压头装置对椭圆球体壳压凹痕并在椭圆球体壳上的压痕区域中形成压痕。记录压痕区域处的压痕数据。基于压痕数据可以测定椭圆球体壳的力学性质。

Description

对椭圆球体壳力学性质的非破坏性测量方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年6月3日提交的临时申请号为61/457784、题为“NON-INVASIVE METHODOLOGY TO MEASURE THE MECHANICALPROPERTIES OF HOLLOW ELLIPSOIDS AND APPLICATIONS IN CORNEA”的申请的优先权。

技术领域

本公开主要涉及以非破坏性方式对椭圆球体壳的力学性质进行测量。

背景技术

结构中的材料的力学性质包括刚度和模量。在非生物应用中，结构中的材料的力学性质在用于该结构的材料的设计和选择方面、该结构的操作方面和该结构的故障分析方面都是重要的因素。在生物应用中，生物组织的力学性质用于疾病诊断和治疗监测。

当结构扁平时，其力学性质可以利用压痕方法或超声波方法进行非破坏性测量，或者利用条带拉伸试验进行破坏性测量。当结构不平坦时，其力学性质可以使用破坏性方法来测定。膨胀试验是破坏性的方法的一个例子。在膨胀试验中，将一根针插入到该结构中以控制内压，并对作为膨胀压力的函数的膨胀进行测量。膨胀试验是侵入性的，会在结构上留下了一个洞。

上述背景只是为了提供围绕对材料力学性质测量的上下文信息的概述，而不是意在穷举。通过查阅以下详细描述的各种非限制性实施例中的一个或多个实施例，附加文可能会变得明显。

发明内容

以下介绍本说明书的简化概要，以提供对本说明书的一些方面的基本了解。该总结不是本说明书的详尽概述。它的目的既不是识别本说明书的关键或重要元素，也不是描绘本说明书的特定实施例中任何范围或任何权利要求的范围。其唯一的目的是以简单的形式介绍本说明书的一些构思，作为以后提出的更详细的描述的前奏。

根据一个或多个实施例和相应的公开，描述了关于以非破坏性方式测量不平坦结构的材料的力学性质的各种非限制性方面。换句话说，可以在不破坏或以其他方式损坏材料或结构的情况下，测量诸如刚度和模量之类的力学性质。

一个不平坦结构的例子是椭圆球体壳。根据一个非限制性的实施例，椭圆球体壳的刚度和模量可以以非破坏性的方式来测定。椭圆球体壳接触压头装置。压头装置对椭圆球体壳压凹痕并形成压痕区域。在压痕区域处的压痕数据会被记录。基于压痕数据，椭圆球体壳的力学性质被测定。

在一个非限制性实施例中描述了一种方法，用于测定椭圆球体壳的力学性质。椭圆球体壳与压头装置接触，压头装置在压痕区域处对椭圆球体壳压凹痕。从压痕区域获取压痕数据。基于压痕数据，椭圆球体壳的力学性质被测定。

在另一种非限制性实施例中描述了一种装置，有助于测定椭圆球体壳的力学性质。该装置包括压头和计算器。压头至少部分地接触椭圆球体壳，并在椭圆球体壳中响应于所受到的负载而形成压痕区域。计算器接收有关压痕区域的负载数据和相关位移数据，以测定出负载数据与位移数据的斜率，并基于该斜率测定出椭圆球体壳的力学性质。

在进一步的非限制性实施例中描述了一种测定椭圆球体壳的力学性质的系统。该系统包括与眼组织相接触的压头，其施加负载于眼组织并导致在眼组织中形成压痕区域。该系统还包括计算器，其接收有关压痕区域的负载数据和相关位移数据，测定出负载数据与位移数据的斜率，并基于该斜率测定出椭圆球体壳的力学性质。

在另一种非限制性实施例中描述了一种便于测定椭圆球体壳的力学性质的系统。该系统包括接触椭圆球体壳并对椭圆球体壳压凹痕以产生压痕区域的装置。该系统还包括基于从压痕区域测得的压痕数据来测定椭圆球体壳的力学性质的装置。

下面的描述和附图中阐述了本说明书的某些说明性的方面。然而，这些方面只是表示本说明书的各个实施例可以采用的各种方式中的一小部分。根据以下结合附图的说明书的详细描述，本说明书的其它方面将变得清晰明了。

附图说明

许多方面和实施例列于下面结合附图的详细描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，并在其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的非限制性的系统，该系统以非破坏性方式压痕于椭圆球体壳；

图2示出了根据本公开的一个实施例的非限制性的系统，该系统便于以非破坏性方式量度椭圆球体壳的力学性质；

图3示出了根据本公开的一个实施例的非限制性的系统，该系统便于基于力学性质诊断椭圆球体壳的疾病状态；

图4示出了根据本公开的一个实施例的非限制性的实验装置，其用于测量椭圆球体壳的力学性质；

图5示出了根据本公开的一个实施例的针对(A)猪角膜以及(B)人造硅橡胶椭圆球体的负载-位移关系曲线图；

图6示出了根据本公开的一个实施例的负载-位移关系曲线图的斜率提取位置的示意图；

图7示出了根据本公开的一个实施例在针对(A)猪角膜和(B)人造硅橡胶椭圆球体的不同压痕速度时的负载-位移关系曲线图；

图8示出了根据本公开的一个实施例的猪角膜弹性模量与压痕速度之间的典型关系；

图9示出了根据本公开的一个实施例的非限制性的方法，该方法以非破坏性方式量度椭圆球体壳的力学性质；

图10示出了根据本公开的一个实施例的非限制性的方法，该方法测定椭圆球体壳的刚度和模量；

图11示出可以实现本文所描述的各种实施例的示例性的计算环境；和

图12示出可以实现本文所描述的各种实施例的一个计算器网络的例子。

具体实施方式

参照附图描述本公开的各个方面或特征，其中相同的附图标记被用来指代相似的元件。在本说明书中，为了提供本公开的透彻理解，阐述了许多具体的细节。然而，应该理解没有这些具体细节也可以实施本公开的某些方面，或者可以利用其他方法、组件、材料等来实施本公开的某些方面。在其他情况下，公知的结构和设备以框图的形式显示，以方便创新的描述和说明。

可以理解，在根据本公开中描述的一个或多个实施例中，不平坦结构的材料的力学性质可以以非破坏性的方式进行测量。

如本文所用，术语“力学性质”通常是指材料的任何定量性质。材料的力学性质的例子包括：强度、密度、延展性、疲劳极限、模量、韧性、硬度、柔软性、可塑性、泊松比等。本文中描述了刚度、模量和泊松比，但要理解的是，本文所描述的系统和方法可以适用于任何力学性质。

短语“不平坦结构”一般是指不具有大致线形的结构。“平坦”结构的一个例子是片材。“不平坦结构”的一个例子是椭球体结构，如椭圆球体壳。具有椭圆球体壳的结构可以包括任何椭球体结构，如眼组织(包括巩膜，角膜等的眼睛组织)。此处描述了椭圆球体壳，但要理解的是，本文所描述的系统和方法可以适用于任何不平坦结构。

现在参照附图，首先参照图1来阐述根据本公开的一个实施例的系统100，其以非破坏性方式压痕于椭圆球体壳。系统100包括压头104。压头104是可以至少部分地与椭圆球体壳102接触并在椭圆球体壳102受到负载时在椭圆球体壳102中形成压痕区域106的任何装置。压头104可以是便于在椭圆球体壳102中形成压痕区域106的任何形状。在一个实施例中，压头104是轴向对称的形状，并形成轴向对称的压痕区域106。压头104既可以在部分的椭圆球体壳102中也可以在完整椭圆球体壳102中形成压痕区域106。

根据一个实施例，椭圆球体壳102是非生物结构。当椭圆球体壳102是非生物材料的情况下，压头可以与椭圆球体壳102接触。

在另一个实施例中，椭圆球体壳102是生物结构，如眼组织。眼组织的例子包括巩膜组织或角膜组织。在椭圆球体壳102是生物组织的情况下，压头可以与活体内或活体外的椭圆球体壳102接触。

压头104可以由在形成压痕区域106时其强度足以承受负载的任何材料制成。在一个实施例中，压头104至少部分地由被美国食品和药物管理局批准为生物兼容性的材料构成。根据进一步的实施例，压头104中至少有一个材料是透氧的。在另一个实施例中，压头104可以启动基于力学性质的对生物组织的生物反馈治疗。

系统100还可以包括计算器108，该计算器108耦接至存储器110和处理器112。在一个实施例中，存储器110、处理器112和计算器108是计算装置的一部分。

根据一个实施例，计算器108接收关于压痕区域106的数据，并基于有关压痕区域106的数据来测定椭圆球体壳102的力学性质。有关压痕区域106的数据可以包括压痕区域106的负载数据和相关位移数据。基于负载数据和相关位移数据，计算器108可测定出负载数据与位移数据的斜率，并基于该斜率测定椭圆球体壳102的力学性质。

根据一个实施方式，刚度是计算器108测定的力学性质。刚度正比于负载数据与位移数据的斜率。

根据另一实施例，模量是计算器108测定的力学性质。模量可以是弹性模量或切线模量。计算器108可以基于负载数据与位移数据的斜率和几何函数来测定模量。在一个椭圆球体壳内的压力是恒定的实施例中，可根据以下方程测定出模量：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{dF}{d\mathrm{\δ}},$

其中E是椭圆球体壳的模量，F为压痕负载数据，δ为位移数据，dF/dδ为负载数据与位移数据的斜率。此外，a₂(S,v,R,t)是一个几何函数，其中S是压头装置的形状，v是泊松比，R是椭圆球体壳的曲率半径，t是椭圆球体壳在压痕区域处的厚度。

下面的实施例描述了系统100如何根据压痕区域106中的负载-位移数据来测定一个空心椭圆球体壳的刚度和模量。压头104可以是轴向对称的。数据分析可以基于与空心椭圆球体的压痕关系进行修改。

计算通过由扁平压头在空心椭圆球体上形成局部接触压痕而形成的位移的公式是：

$\mathrm{\δ}=a\frac{{\mathrm{FR}}_2\sqrt{1-v^2}}{{\mathrm{Et}}^2},$

其中δ是在负载中心的偏移(或位移)，a是几何常数，F是扁平压头集中在小的圆形接触区域上的负载，v是空心椭圆球体的泊松比，E是椭圆球体的材料的弹性模量，t是空心椭圆球体的厚度，R₂是空心椭圆球体的曲率半径，并可以表示为

R₂＝R-t/2，

其中R是空心椭圆球体的最外表面的曲率半径。

参数“a”可以基于μ而计算出来，而μ是根据以下方程来确定的：

$\mathrm{\μ}=r_o^{\′}{\[\frac{12(1-v^2)}{{R_2}^2{t}^2}\]}^{1/4},$

其中r₀’根据以下方程计算：

其中r₀是由部分接触的扁平压头压痕而形成的圆形接触区域的半径。

μ与a的关系显示在如下表1中：

μ	0	0.1	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
										a	0.433	0.431	0.425	0.408	0.386	0.362	0.337	0.311	0.286

重新整理方程：

$\mathrm{\δ}=a\frac{{\mathrm{FR}}_2\sqrt{1-v^2}}{{\mathrm{Et}}^2},$

可以得到模量E与几何参数和由部分接触的扁平压头压痕形成的负载-位移数据的关系：

$E=\frac{a(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{F}{\mathrm{\δ}},$

其中是由部分接触的扁平压头压痕形成的负载-位移数据的斜率，亦被定义为该空心椭圆球体的刚度。

以下方程：

$E=\frac{a(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{F}{\mathrm{\δ}}$

可以被进一步概括，使得任何部分接触的轴向对称的压头向椭圆球体的压痕皆适用：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{F}{\mathrm{\δ}},$

其中a₂(S,v,R,t)是一个几何函数，其受部分接触的轴向对称的压头的形状、椭圆球体的泊松比和几何参数所影响。

图2示出了根据本公开的一个实施例的利用非破坏性的方式便于测量椭圆球体壳102的力学性质的系统200。在图2示出的情况中，压头104通过负载202的压力而在椭圆球体壳102中形成压痕区域106。该系统包括记录器204，其记录与压痕区域106相关的数据(例如，负载数据和位移数据)。虽然示出为单独的组件，但记录器204也可以是压头104、负载202、计算器108或任何其它组件的一部分。根据一个实施例，记录器204由一个或多个传感器或换能器构成。例如，记录器202可以由检测位移的传感器和检测负载的传感器构成；来自传感器的数据可以被提供到计算器108。计算器108使用记录器204所提供的数据来测定力学性质。

现在参考图3，该图示出了根据本公开的一个实施例的基于椭圆球体壳的力学性质有助于诊断椭圆球体壳102的疾病状态的系统300。在图3所示的实施例中，椭圆球体壳102是一种生物结构。在一个实施例中，该生物结构包括眼组织。眼组织可以包括巩膜组织或角膜组织。

系统300包括诊断器302。虽然显示为单独的组件，但诊断器302也可以是计算器108的一部分。诊断器302也可以包括在具有计算器108、存储器110及处理器112的计算装置中。

诊断器302可以便于基于力学性质进行医疗诊断。在一个实施例中，诊断器302可以基于力学性质(例如，输出中指示疾病状态的标记数据)作出建议的诊断。根据另一实施例，诊断器302可基于力学性质来诊断疾病状态并且触发生物反馈或治疗程序。例如，诊断器302诊断疾病状态，而诊断器302可以通过系统300的诸如压头104之类的组件来触发给药治疗方式。

诊断器302可以包括列出生物组织的疾病参数与力学性质的关系的数据库。例如，如果该生物组织是眼组织，数据库可以列出青光眼的力学性质。青光眼的刚度或模量等力学性质可能变得不正常。在诊断器302中的数据库可以包含刚度或模量的阈值，若超过阈值则诊断为青光眼。诊断器302可以有助于生物组织疾病(如视神经疾病)的诊断、风险评估和监测治疗。

图5至图8示出了实验和相关联的结果，证明了本文所描述的非侵入性力学性质测试的有效性。图4概括地示出了测量椭圆球体壳(猪角膜或人造硅橡胶椭圆球体)的力学性质的实验装置。图5至图8示出利用该实验装置记录的数据与椭圆球体壳的力学性质之间的关系。

现在参考图4，该图示出根据本公开的一个实施例的用于量度椭圆球体壳102的力学性质的实验装置。椭圆球体壳102可以是生物结构(猪角膜)或非生物结构(人造硅橡胶椭圆球体)。

该实验装置可以包括位移检测器402和负载202，而位移数据406和负载数据404会被传送到计算器108。该实验装置可包括万能试验机(MTS,Alliance RT/5)和10N测力传感器。

该实验装置可用于示范以非破坏性方式量度刚度和模量。当压头104部分接触椭圆球体壳102时，刚度和模量可被测定。可以提取出负载-位移曲线的斜率来量度出刚度。也可以根据以下方程利用负载-位移曲线的斜率来计算出模量：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{F}{\mathrm{\δ}},$

其中a₂(S,v,R,t)是受压头104的形状和椭圆球体壳102的泊松比及几何参数影响的几何函数。

现在参考图5，该图示出了根据本公开的一个实施例的针对(A)猪角膜以及(B)人造硅橡胶椭圆球体的负载-位移关系曲线图。在这两种情况下，负载-位移曲线基本上是线性的。猪角膜比硅橡胶椭圆球体表现出更多的变化。然而，猪角膜的曲线示出的线性区域可以用以计算斜率。

图6示出了根据本公开的一个实施例的负载-位移斜率提取位置的示意图。斜率是从负载-位移关系曲线图的基本上是线性的区域中提取的。另一种选择是取一部分负载-位移关系曲线的线性回归的斜率。

在测定出与刚度对应的斜率后，图7示出根据本公开的一个实施例的针对(A)猪角膜和(B)人造硅橡胶椭圆球体的刚度与压痕速度关系的曲线图。对于猪角膜和硅橡胶椭圆球体，在不同的压痕速度下，斜率是很好的刚度预测量。猪角膜比硅橡胶椭圆球体表现出更多的变化，但当高于一个速度阈值时，斜率是可重复的。根据一个实施例，速度阈值为20mm/min。

弹性模量也取决于压痕速度。图8示出了根据本公开的一个实施例的猪角膜弹性模量与压痕速度之间的典型关系。

猪角膜的弹性模量取决于压痕速度。然而当速度高于上述速度阈值，得到的弹性模量是可重复的。当压痕速度是20mm/min时，猪角膜的平均角膜刚度和弹性模量分别测定为0.068±0.007N/mm和0.14±0.04MPa(n＝12)。该弹性模量数值与通过其它测量方法所得到的值吻合。

非生物硅橡胶椭圆球体的刚度和弹性模量并不取决于压痕速度，而刚度和弹性模量分别被量度为0.821N/mm和1.56MPa。该硅橡胶椭圆球体的弹性模量数值1.56MPa与用标准三点抗折试验量度具有相同的材料成分的硅橡胶板而得到的数值1.55MPa良好地吻合。

图9和图10示出了根据本公开的一个实施例的方法和/或流程图。为了简化说明，这些方法被示出并描述为一系列行为。然而，在根据本公开的行为可以按照各种顺序发生和/或同时发生，以及与本公开中没有提出和描述的其他行为一起发生。此外，并非所有示出的行为都是实现根据所公开的主题的方法所需要的。此外，本领域技术人员将了解和明白，该方法可替代地通过状态图或事件表示为一系列相互关联的状态。此外，还应理解的是，在本说明书中公开的方法能够被存储在制品上，以方便将这样的方法运输和传送至计算装置。在本公开中所使用的术语“制品”意在包含可从任何计算机可读装置或计算机可读存储/通信介质访问的计算机程序。

图9示出了根据本公开的一个实施例的方法900的流程图，该方法用于以非破坏性方式测量椭圆球体壳的力学性质。在902，压头装置接触椭圆球体壳。该椭圆球体壳可以是完整的椭圆球体壳或是部分的椭圆球体壳。椭圆球体壳可以由生物材料或非生物材料制成。在一个实施例中，生物组织是眼组织。眼组织可以是巩膜、角膜、或任何其他类型的眼组织。

在904，用压头装置对椭圆球体壳压凹痕，以形成压痕区域。在906，获取压痕区域处的压痕数据。该压痕数据可以包括压痕负载数据和相关位移数据。在908，基于压痕数据来测定该椭圆球体壳的力学性质。根据一个实施例，力学性质可以是刚度或模量。模量可以是切线模量、弹性模量等。

图10示出了根据本公开的一个实施例的方法1000的流程图，该方法用于测定椭圆球体壳的刚度和模量。在1002，获取压痕负载数据和位移数据。在1004，测定椭圆球体壳的刚度。在一个实施例中，该刚度是基于负载数据与位移数据的斜率被测定的。在1006，测定椭圆球体壳的模量。当椭圆球体壳内的压力是恒定时，该模量根据以下等式来测定：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{dF}{d\mathrm{\δ}},$

E是椭圆球体壳的模量，F为压痕负载数据，δ为位移数据，dF/dδ为负载数据与位移数据的斜率。此外，a₂(S,v,R,t)是一个几何函数，其中S是压头装置的形状，v是泊松比，R是椭圆球体壳的曲率半径，t是椭圆球体壳在压痕区域处的厚度。

上述系统和方法(例如，计算器108)可以通过软件、硬件、或它们的组合来实现。图11和图12提供了装置、用户界面和上述方法的硬件关联。图11示出了可联系上述装置、系统和方法而使用的计算环境1100。图12示出了可便于联系上述系统和方法而使用的计算网络1200。应当理解，也可以利用人工智能来实现本文所描述的系统和方法。

图11示出了合适的计算系统环境1100的一个例子，其中可以实现一个或多个实施例。计算系统环境1100仅仅是一个合适的计算环境的例子，并没有对任何实施例的使用或功能的范围提出任何限制。计算环境1100也不应解释为具有与示例性操作环境1100中的任何一个组件或组件的组合相关的任何依赖性或要求。

如图11所示，计算系统环境1100可以包括计算机1110，它可以是一个手持式或非手持式计算机。计算机1110只需要能够连接测试设备(例如，记录压痕数据的装置)。然而，计算系统环境1100可以是具有执行本文所述方法的处理器和显示器的任何其它计算装置，如台式计算机、膝上型计算机、移动电话、移动互联网装置、平板电脑等等。计算机1110的组件可包括，但不限于，处理单元1120、系统存储器1130、网络接口1160和系统总线1121，系统总线1121将包括系统存储器在内的各种系统组件耦接到处理单元1120。例如，本文所述的方法可存储在系统存储器1130中，并由处理单元1120执行。

计算机1110也可以包括各种计算机可读介质，并且可以是可由计算机1110访问的任何可用介质。系统存储器1130可以包括易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，例如，只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)。通过示例的方式，而不是限制，存储器1130还可以包括操作系统、应用程序、其它程序模块和程序数据。

计算装置通常包括多种介质，介质可以包括计算机可读存储介质和/或通信介质，在这里使用的这两个术语彼此不同，如下所述。

计算机可读存储介质可以是可由计算机访问的任何可用的存储介质，并且包括易失性介质和非易失性介质、可移动介质和不可移动介质。通过示例的方式，而不是限制，计算机可读存储介质可结合用于存储诸如计算器可读指令、程序模块、结构化的数据或非结构化数据之类的信息的任何方法或技术来实现。计算器可读存储介质可以包括，但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储装置，或其它可用于存储期望的信息的有形的和/或非短暂性的介质。计算器可读存储介质可由一个或多个本地或远程计算机装置通过例如访问请求、查询或其他数据检索协议来访问，用于执行针对介质所存储的信息的各种操作。

通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他结构化或非结构化的诸如调制数据信号之类的数据信号中的数据，例如，载波或其它传输机制，通信介质还包括任何信息传递或传输介质。术语“已调制数据信号”或信号是指这样的信号：其一个或多个特性被设置或改变，从而对一个或多个信号中的信息进行编码。通过示例的方式，而不是限制，通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接之类的有线介质，以及诸如声学、射频、红外和其它无线介质之类的无线介质。

用户可以通过输入装置1140将命令和信息输入到计算器1110，例如输入压痕数据。显示器或其它类型的显示装置(例如触摸屏或虚拟显示器)也可以经由诸如输出接口1150之类的接口连接到系统总线1121。

计算机1110可以利用与一个或多个诸如远程计算机1170之类的远程计算机的逻辑连接来工作在联网或分布式环境中。该远程计算机1170可以是个人计算器、服务器、路由器、网络PC、对端设备或其它公共网络节点、或任何其他远程媒体消费或传输装置，并且远程计算机1170可以包括任何或所有上述与计算机1110相关的元件。图11所示的逻辑连接包括诸如局域网络(LAN)或广域网(WAN)之类的网络1171，但是也可以包括其它网络/总线。这样的网络环境常见于家庭、办公室、企业范围内的计算器网络、内联网和互联网。

图12示出了示例性的联网或分布式计算环境1200的示意图。图11的计算器1110可以运行在图12的网络中。分布式计算环境包括服务器对象1210、1212等和计算对象或装置1220、1222、1224、1226，1228等，其可以包括由应用程序1230、1232、1234、1236、1238表示的程序、方法、数据存储、可编程逻辑等。可以理解，服务器对象1210、1212等和计算对象或装置1220、1222、1224、1226、1228等，可以包括不同的装置，如遥控器、个人数字助理(PDA)、音频/视频装置、移动电话、MP3播放播放器、笔记本计算机等

每个服务器对象1210、1212等和计算对象或装置1220、1222、1224、1226、1228等，可以与一个或多个其他服务器对象1210、1212等和计算对象或装置1220、1222、1224、1226、1228等通过通信网络1240直接或间接地进行通信。虽然在图12中示为单个元素，但网络1240可以包括为图12的系统提供服务的其它计算对象和计算设备，和/或可以代表未示出的多个互连网络。每个服务器对象1210、1212等，或1220、1222、1224、1226、1228等也可以包含诸如应用程序1230、1232、1234、1236、1238之类的可利用API的应用程序，或其他适合根据各种实施例提供的与力学性质测量相关的各种组件进行通信的对象、软件、固件和/或硬件。

有很多种支持分布式计算环境的系统、组件和网络配置。例如计算系统可以通过有线或无线系统、通过本地网络或广泛分布的网络连接在一起。目前，很多网络连接到互联网上，互联网为广泛的分布式计算提供了基础设施并且包括许多不同的网络，但任何网络基础设施均可以用于各种实施例中所描述的技术中附带的示例性通信。

作为进一步的非限制性的例子，本文所述的各种实施例适用于任何手持式、便携式和其它计算装置，并且所有类型的计算对象拟用于本文所述的各种实施例，即，设备可以请求基于指向的服务的任何地方。因此，在以下图12中描述的通用远程计算机只是一个例子，本主题公开的实施例可以通过具有网络/总线互操作性和交互的任何客户端来实现。

虽然不是必需的，任何实施例可以部分地通过操作系统来实现，从而被装置或对象的服务开发人员使用，和/或包含在与可操作组件一起操作的应用软件内。软件可以在诸如程序模块之类的由一个或多个计算机(例如，客户端工作站、服务器或其它装置)执行的计算机可执行指令的一般上下文中进行说明。本领域技术人员将会理解，可以利用各种计算器系统配置和协议来实践网络交互。

上面已经描述的包括本主题公开的实施例的例子。当然，不可能描述组件或方法的每个可能的组合来用于描述要求保护的主题的目的，但应当认识到，还可以有许多本创新发明的进一步的组合和置换。因此，要求保护的主题意在包括落入在所附权利要求书的精神和范围之内的所有这样的改变、修改和变化。另外，其中在每个过程中出现的部分或所有的处理块的顺序不应被视为限制性的。相反，应该理解的是，一些处理块可以按本公开中未示出的各种顺序来执行。此外，本公开示出的所示实施例的上述描述(包括在摘要中描述的内容)，并非旨在穷举或将所公开的实施例限制在所公开的精确形式。虽然为了说明的目的在本公开中描述了特定的实施例和实例，但本领域技术人员可以认识到，可以有被认为在所述实施例和实例的范围内的各种变形。

特别是，关于由上述组件、模块、系统等执行的各种功能，除非另有说明，用于描述这些组件的术语旨在对应于这样的任何组件：其执行所述组件(例如，功能等价物)的指定功能，即使在结构上不等同于所公开的结构，但其执行要求保护的主题在本文中示出的示例性方面中的功能。已经相对于一些组件和/或块之间的相互作用对上述系统、装置和电路进行了描述。可以理解的是，这样的系统、装置、电路、组件和/或块可以包括那些组件或具体的子组件、一些具体的组件或子组件、和/或附加组件，以及根据上述的各种排列和组合。子组件也可以被实现为通信地耦合到其他的组件，而不是包含在父组件(分层)内的组件。此外，应注意，一个或多个组件可以被组合成提供集成功能的单个组件，或被分成几个独立的子组件，并且为了提供集成功能，诸如管理层之类的任何一个或多个中间层可以被设为通信地耦合到所述子组件。本公开中描述的任何组件也可以与本公开中没有具体描述、但本技术领域的技术人员已知的与一个或多个其他组件交互。

另外，当对若干实施例中的仅一个实施例公开了特定的细节，这样的特征可能会与期望的对任何给定或特定应用有利的其它实施例中的一个或多个其它特征组合。此外，对于术语“包括”、“具有”、“包含”及其变体，以及用于说明书或权利要求书中的其它类似的词语，这些术语与术语“包含”以类似的方式表示包括性的含义，意为不排除任何额外的或其他元素的开放的过渡词。

Claims (20)

1.一种测量椭圆球体壳的模量的方法，包括：

由压头装置接触椭圆球体壳；

由压头装置对椭圆球体壳压凹痕，包括形成压痕区域；

获取压痕区域处的压痕负载数据和相关压痕位移数据；

当椭圆球体壳内的压力恒定时，根据压痕负载数据与压痕位移数据的斜率来测定椭圆球体壳的模量，其中根据以下等式来测定椭圆球体壳的模量：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{dF}{d\mathrm{\δ}}$

其中：

E是椭圆球体壳的模量,

F是压痕负载数据，

δ是压痕位移数据，

dF/dδ是负载数据与位移数据的斜率，

a₂(S,v,R,t)是几何参数的函数，其中：

S是压头装置的形状，

v是泊松比，

R是椭圆球体壳的曲率半径，以及

t是空心椭圆球体壳在压痕区域处的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测定模量的步骤还包括：测定椭圆球体壳的弹性模量或椭圆球体壳的切线模量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触步骤还包括：由压头装置接触完整的椭圆球体壳。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触步骤还包括：由压头装置接触部分的椭圆球体壳。

5.一种测量椭圆球体壳的模量的装置，包括：

压头，其被配置为至少部分地与椭圆球体壳接触，并且在椭圆球体壳中响应于所受到的负载而形成压痕区域；

计算器，其被配置为接收有关压痕区域的负载数据和相关位移数据，以测定负载数据与位移数据的斜率，并当椭圆球体壳内的压力恒定时，基于所述斜率来测定椭圆球体壳的模量；

其中根据以下等式来测定椭圆球体壳的模量：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{dF}{d\mathrm{\δ}}$

其中：

E是椭圆球体壳的模量,

F是压痕负载数据，

δ是压痕位移数据，

dF/dδ是负载数据与位移数据的斜率，

a₂(S,v,R,t)是几何参数的函数，其中：

S是压头装置的形状，

v是泊松比，

R是椭圆球体壳的曲率半径，以及

t是空心椭圆球体壳在压痕区域处的厚度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述椭圆球体壳是非生物组织。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述压头被配置为接触活体外的非生物组织。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述椭圆球体壳是生物组织。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述生物组织是眼组织。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述眼组织是角膜组织或巩膜组织。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述压头被配置为接触活体内的生物组织。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括便于根据生物组织的模量来进行医疗诊断的诊断器。

13.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压头至少部分地由透氧性材料构造。

14.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压头是轴向对称的。

15.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压头便于进行生物反馈治疗。

16.一种测量椭圆球体壳的模量的系统，包括：

压头，其被配置为接触眼组织并施加负载于眼组织，并导致在眼组织中形成压痕区域；

计算器，其被配置为接收有关压痕区域的负载数据和相关位移数据，测定负载数据与位移数据的斜率，并且基于所述斜率来测定眼组织的模量；

其中根据以下等式来测定眼组织的模量：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{dF}{d\mathrm{\δ}}$

其中：

E是眼组织的模量,

F是压痕负载数据，

δ是压痕位移数据，

dF/dδ是负载数据与位移数据的斜率，

a₂(S,v,R,t)是几何参数的函数，其中：

S是压头装置的形状，

v是泊松比，

R是椭圆球体壳的曲率半径，以及

t是空心椭圆球体壳在压痕区域处的厚度。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述压头被配置成接触眼组织，并与眼组织形成轴向对称的接触表面。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括根据模量来确定医疗诊断的诊断器。

19.一种测量椭圆球体壳的模量的系统，包括：

用于接触椭圆球体壳并对椭圆球体壳压凹痕以形成压痕区域的装置；以及

基于从压痕区域量度出来的压痕数据来测定椭圆球体壳的模量的装置；

其中根据以下等式来测定椭圆球体壳的模量：

$E=\frac{a_2(S,v,R,t)\·(R-t/2)\sqrt{1-v^2}}{t^2}\frac{dF}{d\mathrm{\δ}}$

其中：

E是椭圆球体壳的模量,

F是压痕负载数据，

δ是压痕位移数据，

dF/dδ是负载数据与位移数据的斜率，

a₂(S,v,R,t)是几何参数的函数，其中：

S是压头装置的形状，

v是泊松比，

R是椭圆球体壳的曲率半径，以及

t是空心椭圆球体壳在压痕区域处的厚度。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括：

用于接收压痕数据的装置。