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面部皮肤是人体的重要器官其中之一,主要由表皮、真皮和皮下组织组成,其内部结构相当复杂。活体面部皮肤的力学性能研究对于外科手术、动画、刑侦和化妆品行业都具有重要意义。目前,众多研究者们已经几对面部皮肤的基本组织结构进行了一定的研究,但是许多研究结果都是基于离体实验数据开展的。离体实验无法真实地模拟活体的边界条件和其他众多的环境影响因素,因此不能准确、客观和全面表征皮肤的力学性能。进一步对皮肤力学性能进行活体研究,特别是开发实验装置和提出实验新方法是一项非常有意义的工作。本文开发了一套人脸皮肤软组织力学性能测量的新系统,在自主研发的压痕、摩擦试验机基础上,集成了3台工业相机CCD。其中一台CCD连接透明压头用于观察接触面及测试区域形貌。另外两台CCD采集实验过程中测试区域表面图像,通过数字图像相关技术(DIC)得到其变形场。这个系统较之之前的压痕、摩擦实验,除了可以得到力-位移曲线之外,还能够实时观察到测试区域的形貌和测试周边区域的变形,能够更为精确地确定人脸皮肤软组织的力学性能。在活体压痕实验中,我们通过自主开发的透明压头,调节和保证压头沿法向作用于被测皮肤,实时原位捕捉面部皮肤的接触面积和形貌。借助皮肤仿体-硅胶压痕实验的接触图像和压痕曲线,提出了修正后的接触半径和压痕深度之间的关系式。与经典的Hertz理论公式相比,新的关系式使得计算得到的接触力与实验结果吻合的更好,从而保证了它的可靠性和更好的适用性。我们对三个志愿者面部皮肤进行活体压痕实验,用新的关系式计算的面部五点的杨氏模量,结果与之前文献的结果一致。更好地了解人类面部皮肤的粘附行为对临床应用十分重要。在本研究中,我们基于自主研发的透明压头和曲面光学成像技术,通过进一步优化光源和压头等部件,在活体压痕实验中原位获得面部皮肤的接触面积。在六个志愿者面部进行压痕实验,获得了不同条件(正常、湿润、湿润30分钟后)下人体面部皮肤的真实接触半径。对不同状态下的粘附力、理论粘附能、理论脱粘半径与实验结果的差异都进行了研究与分析。我们在Neo-hookean模型的基础上对经典的弹性粘附理论(JKR理论)进行了修正,修正后的超弹性粘接理论模型得到的接触半径与实验值吻合的更好。