随着我国人口老龄化日趋严重,越来越多的人饱受着与内脏病变相关的各种疾病的困扰。生物组织在发生病变时,其杨氏模量值将相较于正常组织存在显著差距,因此,生物组织的杨氏模量测量有重要意义,可用于细胞组织病变的诊断、治疗、预测等。本文研究了一种可以定量、操作简便、程序简单、可靠的测量生物组织杨氏模量的理论方法。在理论推导的基础上,本文设计了相应的测量方案与装置,最终实现了对生物组织杨氏模量可行、可靠的测量,期望为复杂条件下对生物组织杨氏模量测量的发展提供参考价值。本文基于声学、力学基本原理,通过理论研究、仿真验证研究,证实了该测量方法的可靠性、有效性、准确性。本文首先通过理论公式推导,重构出了生物组织杨氏模量仅关于可测量参量的最终表达式。推导过程为,设超声探头Ⅰ与探头Ⅱ相距一定水平距离并浸入流体液面,水平放置于生物组织试样上方某处。探头Ⅰ为激励发射探头,同时,探头Ⅰ与探头Ⅱ共同作为回波信号的接收探头。超声激励为非聚焦激励,超声声束将向四周传播。探头Ⅰ将先后接收到两次显著回波,探头Ⅱ将先后接收到三次显著回波,各回波在流体与组织试样中有特定的传播路径。根据两探头得到的回波信号时间、回波信号声压等数据,结合超声波斯奈尔定律、声压与阻抗比特征关系、几何关系,可得到试样组织的密度、纵波声速等数据,再结合生物组织泊松比特性,可得杨氏模量最终表达式。为证实理论测量方法的有效性与可行性,本文利用了有限元软件COMSOL进行仿真模拟验证,设置了共计106个仿真组,得到了精确可靠的杨氏模量测量结果。除某些极限情况下,COMSOL的杨氏模量结果在试样厚度、两探头水平距离、两探头与试样表面垂直距离、流体介质种类这四种变量的变化中,都有较好的精度。COMSOL的各仿真组汇总结果显示,在仅改变试样厚度,仅改变两探头之间水平距离,仅改变两探头与试样表面垂直距离时,都会出现杨氏模量结果误差明显增大的特定极限情况。为进一步验证理论方法的可用性,本文利用了有限元软件ABAQUS,进行了相同的仿真验证,共计106个仿真组。COMSOL与ABAQUS的杨氏模量结果比较重合,可以说明该理论方法在两种仿真软件中均有可用性,在测量中有可靠性。两种软件的杨氏模量结果变化时的趋势一致,所以可得到相同的极限值结论。流体介质种类的改变基本不影响生物组织杨氏模量的测量,则该理论方法在不同流体介质中仍可较好适用于测量。综上,本文的超声测量方法具有无损、无接触、远距离、适用范围广等特点。相比于现有的超声测量杨氏模量方法,本文的方法无需其他手段使试样的密度、厚度数值提前获得。本文方法仅用超声手段即可实现对试样密度、厚度两个中间量的测量,从而消去多个未知参数的影响,一定程度上克服了复杂条件下超声方法测量杨氏模量的困难。