本发明属于人工关节性能分析，具体是一种碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法。
背景技术：
1、随着各种骨关节疾病的发病率不断升高，人工关节置换量每年呈比例递增，人工关节植入人体后，在使用过程中，因磨损产生的磨屑能够激活巨噬细胞并刺激细胞表达促炎趋化因子，这些炎症因子可促进破骨细胞的形成和活化，抑制成骨细胞的形成，最终导致骨质溶解和假体松动，引起严重骨质溶解，导致假体无菌性松动。
2、碳纤维增强型聚醚醚酮(peek)和超高分子量聚乙烯(uhmwpe)等复合聚合物配副是人工关节的常用配副形式，目前，主要利用人工关节模拟器的体外磨损实验评价人工关节摩擦磨损性能，实验中血清被用做模拟润滑液模拟关节液成分，人工关节会产生不同形态、尺寸和组成的混合磨屑，这些磨屑特征对研究人工关节的摩擦学行为、机理以及生物相容性具有重要作用。
3、人工关节磨屑散落于小牛血清润滑液中，通过电离作用、疏水作用、亲水作用，其表面与血清或关节液中的蛋白质结合，或者被多层蛋白质包裹，所以，在人工关节磨屑提取过程中，需要排除血清中蛋白质或脂类的干扰，但是，现有的超声提取法不能解决润滑液中蛋白质干扰的问题，酸法提取分离人工关节磨屑有着局限性，不能对金属颗粒进行提取，酸解后仍会有杂志留存，干扰磨屑颗粒分离提取的准确性，同时在使用浓盐酸提取的过程中，易挥发出有毒有害气体，存在安全隐患，而且，提取过程中，磨屑会随着去除的溶液流失，或者附着在离心管等容器壁上，导致人工关节磨屑提取率不高。
4、由于磨屑的材料、数量、尺寸、形态及其分布对毒性有不同影响，尤其是，磨屑粒径作为磨屑的最重要的参数，其大小在许多情况下都直接判断假体产品的性能与质量，因此，磨屑提取之后，需要磨屑提取果进行表征，以得到磨屑的粒径和粒形信息，现有的表征方法包括散射光能测量、电荷法及图像法，其中：对于散射光能测量，角散射法和粒子跟踪分析不适用于对大量磨屑颗粒的测量，消光法的精度低，不能很好的解决磨屑颗粒测量的问题；电荷法在颗粒输送过程中，以精确充电的方式或者以碰撞摩擦的方式使颗粒带有电荷，从而形成静电场，通过检测电信号测量颗粒物的粒径分布和浓度，但是由于磨屑颗粒理化性质的复杂性，导致其并不适用于测量磨屑粒径；此外，现有方法还不能对磨屑的轮廓和形状进行表征，从而不能获取更加丰富的颗粒特征；对于图像法，当图片背景较复杂时，背景对前景磨屑的识别及学习提取造成严重影响，传统图像处理算法与复杂环境下磨屑的显微图像出现不适配的问题，且如图1所示，磨屑团聚堆叠，对所提取颗粒的特征信息会造成偏差，此外，当数据集图片数量较少时，处于复杂环境下的磨屑颗粒识别效果较差。
5、总之，现有技术在提取磨屑不充分，且提取的磨屑堆积严重，致使拍摄和识别过程中，常常因磨屑堆叠导致磨屑表征困难、准确率低。因此，需要提供一种可靠的从人工关节体外磨损试验润滑液中提取和表征磨屑的方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，提取的磨屑较为分散，有效防止了因磨屑间相互堆叠团簇以及挤压变形而引起的磨屑表征结果不准确。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，包括如下步骤：
4、步骤1、向1ml体外磨损实验后的润滑液中滴加磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲溶液至ph值为7～8，接着加入1～2ml浓度为1g/l木瓜蛋白酶溶液，在65℃的水浴条件下，降解，得到溶液a；
5、步骤2、用去离子水稀释溶液a后，将其移入离心管，离心分离后，分为上层溶液、中层溶液和下层溶液，用不同孔径的滤膜对上层溶液和下层溶液进行过滤；
6、步骤3、稀释中层溶液并冲洗离心管的管壁，再重复步骤2，接着重复步骤3，再接着重复步骤2，如此反复离心过滤多次，然后将使用过的滤膜干燥并喷金处理，用扫描电镜拍摄磨屑形貌，得到sem图像；
7、步骤4、将sem图像转换为8位，使用与磨屑形状相适配的图形勾勒磨屑样本，得到标注后的图像，将标注后的图像输入u-net网络，训练u-net网络，得到训练好的u-net网络；
8、步骤5、将sem图像输入训练好的u-net网络，将sem图像二值化，得到分割后的图像；
9、步骤6、将分割后的图像上面根据原始的sem图像建立标尺，以测量出磨屑颗粒的面积a、最大直径dmax、最小直径dmin和周长p，然后计算纵横比ar、等效圆直径ecd、形状系数ff和圆度r，表示为：
10、
11、至此，完成磨屑的提取及表征。
12、进一步地，所述步骤1的降解时间为48h。
13、进一步地，所述步骤1还包括：向溶液a中滴加tris-hcl缓冲液至ph值为7.4～7.8，再接着加入0.5～1ml浓度为1mg/ml且ph值为7.6的蛋白酶k溶液，在55℃的水浴条件下，降解24h。
14、进一步地，所述步骤2的离心分离是采用转速为10000r/min的离心机，离心2～2.5h。
15、进一步地，所述步骤2中滤膜的孔径依次为1um、0.1um和0.01um。
16、进一步地，所述步骤3的干燥是利用真空干燥箱，在60℃下，干燥48h。
17、进一步地，所述步骤4还包括利用滚球法对背景不均匀的sem图像进行处理。
18、进一步地，所述步骤4训练u-net网络采用的分类器为trainable wekasegmentation，简称tsw。
19、进一步地，所述步骤6还包括将分割后的图像转换为黑白图。
20、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
21、本发明利用木瓜蛋白酶充分水解润滑液中的蛋白质，且副产物为肽链和氨基酸，不仅对环境无污染，而且整个水解过程在弱碱性的环境下进行，反应条件温和，既能够有效分离出散落于体外磨损实验后的润滑液中的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑，又不涉及任何有毒有害物质，之后经过反复离心过滤使磨屑尽可能全部附着于滤膜表面，由于采用不同孔径的滤膜，使磨屑在滤膜表面分散更加均匀，有效减少了磨屑间的堆叠团簇和相互挤压变形，便于通过扫面电镜拍摄到完整清晰的sem图，从而利于u-net神经网络学习磨屑的特征信息，继而更加准确地对sem图进行二值化，将磨屑从背景中分割出来，一方面，能够获取磨屑的轮廓和形状，另一方面，根据原始sem图像建立标尺，测量出磨屑颗粒的面积a、最大直径dmax、最小直径dmin和周长，便于计算出用于表征磨屑的重要参数，相对于现有的表征方法而言，减少了表征过程中背景以及磨屑团聚堆叠所产生的干扰，能够获得更加丰富的颗粒特征，提高了对磨屑表征的准确性。
22、本发明联合木瓜蛋白酶和蛋白酶k，能够水解润滑液中的90％以上的蛋白质，使润滑液中的磨屑能够进一步被充分提取，为后续表征提供更丰富的样本，便于表征几乎所有磨屑的特征，为研究人员提供更多更准确的数据。
1.一种碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤1的降解时间为48h。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤1还包括：先向溶液a中滴加tris-hcl缓冲液至ph值为7.4～7.8，再接着加入0.5～1ml浓度为1mg/ml且ph值为7.6的蛋白酶k溶液，在55℃的水浴条件下，降解24h。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤2的离心分离是采用转速为10000r/min的离心机，离心2～2.5h。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤2中滤膜的孔径依次为1um、0.1um和0.01um。
6.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤3的干燥是利用真空干燥箱，在60℃下，干燥48h。
7.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤4还包括利用滚球法对背景不均匀的sem图像进行处理。
8.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤4训练u-net网络采用的分类器为trainable weka segmentation，简称tsw。
9.根据权利要求1所述的碳纤维增强型聚醚醚酮磨屑的提取及表征方法，其特征在于，所述步骤6还包括将分割后的图像转换为黑白图。
