关节软骨在人体骨关节运动中起到润滑、承重及分散载荷等至关重要的作用,与此同时,骨关节炎又是现阶段关节软骨发生病变的主要形式之一。因此准确评估正常关节软骨与病变关节软骨的力学性能,对于关节软骨的制备与治疗具有重要意义。对于关节软骨的力学性能而言,弹性模量最能反映关节软骨组织在骨关节运动中的基本特性,本文基于超声波与纳米压痕检测技术,主要针对关节软骨的弹性模量测试进行研究。本文分析了关节软骨的分层结构与粘弹特性,构建了考虑组织粘弹性的关节软骨分层力学模型;应用有限元仿真分析软件建立并优化了超声波在关节软骨中传播的模型,模拟了接近实际情况下的超声波在关节软骨中的传播过程;最后以猪胫骨为研究对象,基于超声波与纳米压痕检测手段,对正常与病变关节软骨分别进行了测试,得到了两种检测手段下正常与病变关节软骨的弹性模量,并进行了对比分析。本文应用有限元分析软件,建立了关节软骨的三维仿真模型,模拟了接近真实情况下的超声波在关节软骨中的传播过程,分析了15MHz、20MHz、25MHz下聚焦式超声波在正常与病变关节软骨中的回波信号。结果表明在25MHz频率下能有效分辨关节软骨的各层结构。在上述工作基础上,对三维仿真模型中的超声探头进行了结构优化,并建立了考虑粘弹性和生物衰减特性的二维仿真优化模型。模拟了25MHz频率下超声波在关节软骨中的传播过程,证明了超声波检测不同层关节软骨力学性能的可行性。基于超声波检测手段,测得正常关节软骨浅表层和过渡层的弹性模量分别为2.664±0.037MPa和2.332±0.044MPa;测得病变关节软骨浅表层和过渡层的弹性模量分别为2.564±0.034MPa和2.116±0.049MPa。基于纳米压痕检测手段,测得正常关节软骨浅表层和过渡层的弹性模量分别为2.499±0.096MPa和2.290±0.116MPa;测得病变关节软骨浅表层和过渡层的弹性模量分别为2.349±0.077MPa和2.021±0.128MPa。试验结果表明,与正常关节软骨相比较,病变关节软骨浅表层和过渡层的弹性模量明显减小。对基于超声波和纳米压痕技术在关节软骨力学性能测试的流程及所得到的弹性模量进行了分析和比较,结果表明在关节软骨检测中,超声波检测具有稳定性高、效率高、无损伤等优点。