弹性模量对长骨中超声导波传播特性影响.pdfVIP

第30褛第6期 声学技术 Pt．2 V01．30，No．6 Acoustics 201i年12月 TechnicaI Dec．．2011 弹性模量对长骨中超声导波传播特性的影响 张正罡，他得安 (复旦大学电子工程系。上海，200433) TheEffectofElasticModulusonGuideWavesin Bones Long ZHANG De-an Zheng-gang，TA fzk即州删ofElectronicEngineering,FudanUniversity,Shanghai,200435．China) 值分析。模氆的参数如表l所示。假定泊松比不变， 1引言 弹性模罩分别为初始值的20％一100％时，由(2)计 长骨在长时间循环载荷(如运动员训练、负重 算出不同模式导波频率与群速度的关系。 运动、军训等)下会发生疲劳损伤，甚至骨折。对 表1．■臂模型的结构和材料参数 骨疲劳损伤的早期诊断对于合理安排训练计划和 Table．IThematerialand ofthe structure model parameterspipe 预防疲劳性骨折具有积极地意义【1l。 超卢导波对材料的特性很敏感，能比较全面的 反映波导内部的结构信息，在评价波导材料方面具 有独特的优势。 3．2仿真实验 当材料发生疲劳时，其弹性模最将发生变化【2l。 本文采用有限差分法对长骨中的导波进行仿 本文从数值计算和仿真两个方面来研究长骨的弹 真，研究不同模式导波与弹性模罱以及传播距离的 性模最与超声导波群速度和幅度的关系。 关系。仿真的模艰仍为空心圆管，详细参数见表l。 2超声导波理论 采用轴向传播技术，发射和接收探头的宽度均为 2mm，垂直入射、垂直接收，传播距离从100mm 超声在管状长骨中传播时会形成管状导波，根 逐渐增加至180ram。 据弹性动力学方程和边界条件，导波在管状长骨中 的传播特性可由下式表述‘引。 4结果与讨论 L (I) 图1表示频率为0．3MHz时，三种模式导波与 【Mij】·Uv】=0，J=1，2，…，6 群速度的关系。计算结果表明，导波群速度与弹性 其中，Ⅳ为6维的未知列矢蹙，M为系数矩阵。