Page 225 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 Vol. 44, No. 3
2025 年 5 月 Journal of Applied Acoustics May, 2025

⋄ 研究论文 ⋄

孔隙度检测长骨骨质疏松的超声导波传播特性 ∗

苏娜娜 1 韩庆邦 2† 杨 雨 3 钱佳文 4 靳琪琳 2

(1 金陵科技学院电子信息工程学院 南京 210000)
(2 河海大学信息学部信息科学与工程学院 常州 213022)
(3 南京林业大学信息科学技术学院 南京 210000)
(4 江苏农牧科技职业学院农业信息学院 泰州 225300)
摘要：骨质疏松症已成为危害人类健康的重大慢性疾病。考虑到长骨皮质骨骨质疏松症的临床表现其一为孔
隙率增大，该文建立了充黏液孔隙介质圆柱壳模型，研究了超声导波纵向模态在充黏液孔隙介质圆柱壳中的
传播规律。首先，推导出充黏液孔隙介质圆柱壳中超声导波纵向模态的频散方程。然后，运用数值方法求解得
到其频散曲线，并与弹性介质圆柱壳进行对比；探讨了孔隙度对孔隙介质体波相速度的影响，重点分析了不同
孔隙度下导波相速度和衰减特性，结合系统模态波结构分布确定了用孔隙度检查充黏液孔隙介质圆柱壳状态
的适合模态和频率。结果表明，随着孔隙度的增大，在特定频率下圆柱壳中纵向模态的传播速度也随之减小；
孔隙度不同时，在频段 0∼0.05 MHz，L(0, 1) 模态的相速度变化与孔隙度有明显的直接关系。表明超声导波的
传播特性参量可以反映皮质骨孔隙度的变化，也说明孔隙度是一种可诊断皮质骨骨质疏松的有效参数。
关键词：纵向导波；孔隙度；频散特性；波结构分布
中图法分类号: O426.2 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2025)03-0759-13
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2025.03.025

Osteoporosis evaluation with ultrasonic guided waves based on porosity

4
1
3
2
SU Nana , HAN Qingbang , YANG Yu , QIAN Jiawen and JIN Qilin 2
(1 School of Electronic and Information Engineering, Jinling Institute of Technology, Nanjing 210000, China)
(2 College of Information Science and Engineering, Hohai University, Changzhou 213022, China)
(3 College of Information Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210000, China)
(4 School of Agricultural Information, Jiangsu Agri-animal Husbandry Vocational College, Taizhou 225300, China)

Abstract: Osteoporosis has become one of the major chronic diseases endangering human health. Considering
that one of the clinical manifestations of cortical osteoporosis is increased porosity, this paper establishes a
porous medium cylinder filled with viscous liquid, and investigates the propagation characteristics of ultrasonic
guided waves. Firstly, the dispersion equation of the longitudinal modes in a porous medium cylinder filled
with viscous liquid is derived. Then, the dispersion curves are obtained numerically, and compared with the
elastic medium cylinder filled with viscous liquid. The effects of porosity and viscosity coefficient on the body
wave phase velocity of porous medium are discussed, and the phase velocity and attenuation characteristics of
the guided wave with different porosity are analyzed. The suitable mode and frequencies for checking the state
2023-11-22 收稿; 2024-03-17 定稿
2024 年度江苏省高等学校基础科学 (自然科学) 研究面上项目 (24KJD140002), 国家自然科学基金项目 (12174085), 金陵科技学院高层
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次人才科研启动基金项目 (jit-b-202355)
作者简介: 苏娜娜 (1990– ), 女, 江苏南京人, 博士研究生, 研究方向: 超声检测。
通信作者 E-mail: 20111841@hhu.edu.cn
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