超聲骨密度儀的核心原理在于超聲波在骨組織中的傳播特性。當高頻聲波（通常為0.1-1.2 MHz）穿透骨骼時，其傳播速度（Speed of Sound,SOS）和振幅衰減（Broadband Ultrasound Attenuation,BUA）會因骨骼的密度、彈性模量及微觀結構發生規律性變化：

1.傳播速度（SOS）：骨密度越高，聲波穿過骨骼的速度越快。研究表明，健康成人跟骨SOS值約為1500-1700 m/s，而骨質問題人群可能下降至1400 m/s以下。

2.振幅衰減（BUA）：骨小梁的孔隙率和連接性影響聲波散射，導致高頻成分被選擇性吸收。BUA值（單位：dB/MHz）與骨密度呈正相關，正常范圍通常在60-120 dB/MHz之間。

設備結構與工作流程

典型超聲骨密度儀由發射探頭、接收探頭、信號處理器及算法模塊構成，其工作流程可分為以下階段：

1.信號發射與接收：

發射探頭發出脈沖式超聲波，穿透被測部位（通常為跟骨或脛骨）。

接收探頭捕捉透射后的聲波信號，記錄時間延遲和波形畸變。

2.參數提取：

通過飛行時間法計算SOS：(text{SOS}=frac{text{骨骼厚度}}{text{聲波傳播時間}})

利用快速傅里葉變換（FFT）分析頻域衰減，計算BUA值。

3.骨密度換算：

將SOS與BUA輸入多元回歸模型，結合受試者年齡、性別等參數，生成T值或Z值。

例如：某型號設備的算法公式為：(text{BMD}=0.0023timestext{SOS}+0.0016timestext{BUA}-2.87)

技術突破與臨床驗證

近年研究揭示了超聲法的深層優勢：

1.微觀結構評估：高頻聲波對骨小梁排列敏感，可檢測早期骨結構退化（如《Journal of Biomechanics》2023年研究顯示，超聲參數與Micro-CT骨小梁間距的相關系數達0.89）。

2.動態檢測能力：通過機器學習優化，新型設備可區分0.5%的骨密度變化（傳統DXA檢測限約為1-2%）。

3.多模態融合：2024年FDA批準的第三代設備已整合導波分析技術，可同時評估皮質骨和松質骨力學特性。