CN107478666A - 一种多孔材料内部缺陷的无损检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔材料内部缺陷的无损检测方法，其解决了现有检测方法具有不可恢复的破坏性、耗时长且检测成本高等技术问题，包括如下步骤：制样、扫描、数据重建和处理、数据分析、三维模型重构，本发明可用于多孔材料内部缺陷的无损检测领域。

Description

一种多孔材料内部缺陷的无损检测方法
技术领域
本发明涉及多孔材料内部结构检测方法，特别涉及一种多孔材料内部缺陷的无损检测方法。
背景技术
骨移植是骨外科治疗骨缺损的主要手段。目前，自体骨移植仍然是骨缺损治疗的“金标准”，但自体骨移植存在骨量不足、多次手术、供区术后并发症、增加医疗负担等缺点。因此，寻找理想的骨移植替代物一直是骨科研究的难点。
近年来，3D打印技术制造的多孔状材料成为再生医学研究的热点领域，已有大量研究证实该类多孔材料对骨修复的有效性。然而，在多孔材料机械加工的过程中，由于制作工艺的原因，总是不可避免地存在着各种微观缺陷。其中，内部孔洞阻塞是多孔材料制作中存在的主要缺陷形式。但是，已有研究表明内部孔洞阻塞缺陷会导致缺损区域的骨再生和血管再生能力大幅下降，最终导致多孔材料的骨长入和骨整合失败，增加了骨修复手术失败的风险，直接影响患者的健康。
但是，由于内部孔洞阻塞的随机性、不连续性等特点，目前的检测手段如超声检测、X光射线检测、磁粉检测、渗透检测、体视镜检测等，并不能进行精确检测或只能检测多孔材料的表面形貌特征；传统的切片检测虽可以精确观测到内部孔洞阻塞，但由于该技术具有不可恢复的破坏性、耗时长且检测成本高等缺点，特别对于个性化的3D打印多孔材料，一旦破坏，必须重新制备，也失去了检测的意义。因此，切片检测也无法用于多孔材料内部阻塞缺陷的检测。综上所述，目前的检测方法不适用于多孔材料内部缺陷的检测。
发明内容
本发明就是为了解决现有检测方法具有不可恢复的破坏性、耗时长且检测成本高等技术问题，提供一种节省时间、检测成本低的多孔材料内部缺陷的无损检测方法。
为此，本发明提供的多孔材料内部缺陷的无损检测方法，其包括如下步骤：(1)制样：根据实验设计选取稳定成熟的条件制作多孔材料样品；(2)扫描：选取所述步骤(1)中多孔材料样品进行显微CT扫描，记录样品断层扫描数据。扫描前根据样品材质进行必要的参数调校；(3)数据重建和处理：对所述步骤(2)中的数据进行重建，重建过程中根据样品材质进行必要的参数调校；(4)数据分析：对所述步骤(3)中的重建数据进行分析，评估多孔材料内部是否有阻塞区域，阻塞区域的体积和孔隙率指标；(5)三维模型重构：对所述步骤(3)中的重建数据进行内部阻塞区域三维形貌的提取，获得可视化的多孔材料内部缺陷模型。
优选的，所述步骤(2)中显微CT扫描参数范围为：有效像素值≤100μm，扫描电压为30kVp～140kVp，扫描电流为300μA～2000μA，铝栅为0～5mm，此扫描范围可以保证扫描质量。
优选的，所述步骤(4)和(5)中，通过定义三维图形轮廓线的方式来选取计算机断层图像感兴趣区域。
优选的，所述步骤(5)中，三维模型重构包括图像的灰度量化，图像增强，图像锐化、平滑，图像轮廓跟踪，图像兴趣区域提取。
本发明的有益效果为：
①本发明不但可以检测出多孔材料内部缺陷，而且保证了材料的完整性，便于材料后期进行临床或其他方向应用。
②本发明还可以检测出多孔材料内部阻塞区域的空间分布、阻塞体积和孔隙率等指标，便于进行多孔材料内部缺陷的综合评估。
③本发明还可以提取出多孔材料内部阻塞区域三维形貌，便于直观分析阻塞区域的特点并进行工艺改进反馈。
④本发明简便易行，能够快速鉴定多孔材料的内部缺陷，并且不局限于生物医学领域的多孔材料检测应用，应用范围广泛。
本发明利用显微CT在不破坏待测样品的情况下，检测多孔材料内部阻塞区域的三维形貌、空间分布、阻塞体积和孔隙率等指标，综合进行多孔材料内部缺陷的评估。该方法简便易行、不破坏待测材料、能够快速鉴定多孔材料的内部缺陷并且不局限于生物医学领域的多孔材料检测应用。本发明不但适用于个性化的3D打印多孔材料的检测，也为批量生产多孔材料的质量控制质控和工艺改进提供了借鉴。
附图说明
图1为本发明实施例中显示内部阻塞缺陷的单张CT扫描断层图像(箭头所示为内部阻塞缺陷)；
图2为本发明实施例的3D打印多孔钛合金支架内部阻塞缺陷的三维形貌图。
具体实施方式
本发明的具体实施例是针对3D打印多孔钛合金支架的内部阻塞缺陷进行检测的方法，尤其是对该内部缺陷的三维形貌、空间分布、阻塞体积和孔隙率进行的无损检测。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明如下：
①制作3D打印多孔钛合金支架
多孔钛合金支架形状可任意，一般情况长方体或圆柱体均可，尺寸不宜过大，因为尺寸越小，生成的三维图像分辨率越高。本实施例采用Arcam AB公司生产的EBM S12系统以电子束熔融的方式进行支架打印，打印支架尺寸为：直径20mm，高30mm的圆柱体，平均孔径为890μm，支柱直径为400μm。打印时，机器根据预设的3D图形数据将医用级别Ti6Al4V粉末进行熔融，粉末固化完成后冷却。支架依次在丙酮、乙醇和超纯水中超声清洗15分钟。
②支架样本扫描
本实施例采用的显微CT型号为西门子公司生产的Inveon，该仪器探测器单元数为3072，像素数为3072×3072，有效像素值为8.99μm，电压为80kVp，电流为500μA，曝光时间1.5s，机架旋转角度360°，旋转步数360步，1°一步，旋转停留时间0.15s。设置好参数后进行旋转中心校准，并将高精X光球管的铝栅设为1mm，以过滤低能射线，减少伪影。然后将待检测多孔钛合金支架定位后放入扫描仓，按设定条件进行扫描。
③数据的重建和处理
扫描结束后使用COBRA_Exxim软件进行图像三维重建，重建体素值为：8.99μm×8.99μm×8.99μm，重建层数为2048×2048×3072，重建时进行射线硬度校准，校准参数为Coeff0(a0)：0；Coeff0(a1)：0.797；Coeff0(a2)：0.3525；Coeff0(a3)：-0.0396。图1为本发明实施例中显示内部阻塞缺陷的单张CT扫描断层图像。
④数据分析
重建好数据使用Inveon Research Workplace进行查看和分析。将重建好的数据导入该软件，使用General analysis模块打开数据，进行支架质量的评估。评估内容包括材料是否存在阻塞区域，阻塞区域的体积和材料孔隙率。
表1、支架质量评估表
⑤三维模型重构
根据图像设定阻塞区域的灰阶阈值，根据阈值使用图像分析和处理软件InveonResearch Workplace对重建数据进行内部阻塞区域三维形貌的提取，获得可视化的多孔材料内部缺陷模型。图2为本发明实施例的内部阻塞缺陷的三维形貌图。
本发明并不仅限于上述实施例和变形例，在不背离本发明实质内容的范围内，本领域技术人员所做出的任何显而易见的改进、替换或变型，毋庸置疑也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多孔材料内部缺陷的无损检测方法，其特征是包括如下步骤：
(1)制样：根据实验设计选取稳定成熟的条件制作多孔材料样品；
(2)扫描：选取所述步骤(1)中多孔材料样品进行显微CT扫描，记录样品断层扫描数据，扫描前根据样品材质进行必要的参数调校；
(3)数据重建和处理：对所述步骤(2)中的数据进行重建，重建过程中根据样品材质进行必要的参数调校；
(4)数据分析：对所述步骤(3)中的重建数据进行分析，评估多孔材料内部是否有阻塞区域，阻塞区域的体积和孔隙率指标；
(5)三维模型重构：对所述步骤(3)中的重建数据进行内部阻塞区域三维形貌的提取，获得可视化的多孔材料内部缺陷模型。
2.根据权利要求1所述的多孔材料内部缺陷的无损检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中显微CT扫描参数范围为：有效像素值≤100μm，扫描电压为30kVp～140kVp，扫描电流为300μA～2000μA，铝栅为0～5mm。
3.根据权利要求1所述的多孔材料内部缺陷的无损检测方法，其特征在于，所述步骤(4)和(5)中通过定义三维图形轮廓线的方式来选取计算机断层图像感兴趣区域。
4.根据权利要求1所述的多孔材料内部缺陷的无损检测方法，其特征在于，所述步骤(5)中的三维模型重构包括图像的灰度量化，图像增强，图像锐化、平滑，图像轮廓跟踪，图像兴趣区域提取。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108535162A (zh) * 2018-03-12 2018-09-14 广东省测试分析研究所（中国广州分析测试中心） 一种基于x射线显微ct表征木材孔隙结构的方法
CN108802074A (zh) * 2018-08-02 2018-11-13 赵克 氧化锆双层全瓷修复体饰瓷内部缺陷的检测方法
CN109360204A (zh) * 2018-11-28 2019-02-19 燕山大学 一种基于Faster R-CNN的多层金属点阵结构材料内部缺陷检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101639434A (zh) * 2009-08-27 2010-02-03 太原理工大学 基于显微图像分析固体材料孔隙结构的方法
CN102866093A (zh) * 2012-09-04 2013-01-09 中国农业大学 一种多孔介质生物堵塞模拟测试装置及模拟测试评估方法
CN104062308A (zh) * 2014-07-04 2014-09-24 天津三英精密仪器有限公司 一种岩石无损矿物成分检测方法
CN106248700A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 江苏大学 一种基于ct的苗钵根系结构形态检测方法
CN106770394A (zh) * 2017-02-16 2017-05-31 温州大学 金属焊缝内部缺陷的三维形貌及应力特征的无损检测方法
CN106770382A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 湖南中烟工业有限责任公司 一种无损测试卷烟燃烧过程中内部结构的方法
CN106923936A (zh) * 2017-03-31 2017-07-07 中国人民解放军第四军医大学 用于大段骨缺损重建的个性化定制3d打印多孔钛合金节段性假体的设计制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101639434A (zh) * 2009-08-27 2010-02-03 太原理工大学 基于显微图像分析固体材料孔隙结构的方法
CN102866093A (zh) * 2012-09-04 2013-01-09 中国农业大学 一种多孔介质生物堵塞模拟测试装置及模拟测试评估方法
CN104062308A (zh) * 2014-07-04 2014-09-24 天津三英精密仪器有限公司 一种岩石无损矿物成分检测方法
CN106248700A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 江苏大学 一种基于ct的苗钵根系结构形态检测方法
CN106770382A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 湖南中烟工业有限责任公司 一种无损测试卷烟燃烧过程中内部结构的方法
CN106770394A (zh) * 2017-02-16 2017-05-31 温州大学 金属焊缝内部缺陷的三维形貌及应力特征的无损检测方法
CN106923936A (zh) * 2017-03-31 2017-07-07 中国人民解放军第四军医大学 用于大段骨缺损重建的个性化定制3d打印多孔钛合金节段性假体的设计制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯辰栋 等: "3D 打印多孔钛支架微观孔隙结构和力学性能", 《医用生物力学》 *
周国锋 等: "实验性咬合功能减退及功能恢复对大鼠下颌骨骨矿密度的影响", 《上海口腔医学》 *
邱伟国 等: "多孔介质X-CT图像的三维重建", 《渗流力学进展》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108535162A (zh) * 2018-03-12 2018-09-14 广东省测试分析研究所（中国广州分析测试中心） 一种基于x射线显微ct表征木材孔隙结构的方法
CN108802074A (zh) * 2018-08-02 2018-11-13 赵克 氧化锆双层全瓷修复体饰瓷内部缺陷的检测方法
CN108802074B (zh) * 2018-08-02 2020-11-06 赵克 氧化锆双层全瓷修复体饰瓷内部缺陷的检测方法
CN109360204A (zh) * 2018-11-28 2019-02-19 燕山大学 一种基于Faster R-CNN的多层金属点阵结构材料内部缺陷检测方法
CN109360204B (zh) * 2018-11-28 2021-07-16 燕山大学 一种基于Faster R-CNN的多层金属点阵结构材料内部缺陷检测方法

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