The wide band ultrasonic spectroscopy in studying bones and porous implants

Abstract

In the paper the method of wide band ultrasonic spectroscopy is applied to determination of the wave velocity and attenuation in a trabecular bovine bone and materials of bone implants. The theory of wave propagation in two-phase fluid saturated porous dissipative media, given by Biot (1956), is used in analysis of wave parameters in bone, instead of the usually applied theory of single-phase media. The analysis of attenuation coefficients and phase velocities of dilatational waves propagating in bovine bones and implants within the frequency range from 0.2 to 1.2 MHz has indicated remarkable influence of the internal structure of the materials on waves parameters. Potential directions of further exploatations of the results are considered.W pracy przedstawiono zastosowanie metody szerokopasmwej spektroskopii ultradźwiękowej do określenia prędkości i tłumienia fal w wołowej kości gąbczastej i ceramicznych materiałach biozastępczych. Do analizy parametrów propagacji fal, wykorzystano model Biota (1956) dwufazowego ośrodka porowatego nasyconego płynem z uwzględnieniem efektów dysypatywnych w odróżnieniu od zwykle stosowanych dla takich materiałów modeli ośrodków jednofazowych. Otrzymane wyniki dla współczynników tłumienia i prędkości fazowych fal podłużnych w badanych kościach i implantach, w zakresie częstotliwości od 0.2 do 1.2 MHz, wskazują na znaczący wpływ struktury wewnętrznej materiałów na parametry propagacji fal. Rozważono możliwość wykorzystania otrzymanych wyników do oceny mikrostruktury porowatego materiału