骨密度測量的基礎知識與工作原理

1、Version 10.01骨密度測量基礎知識與工作原理王猛中日友好醫(yī)院核醫(yī)學科骨密度測量的基礎知識與工作原理第1頁2C學習關鍵點介紹并描述現(xiàn)有骨測量設備解釋以下儀器工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測量儀(DXA)外周雙能X-線骨密度測量儀(pDXA)QCT/pQCT定量超聲 (QUS) 現(xiàn)有骨密度測量設備準確性比較和對照 骨密度測量的基礎知識與工作原理第2頁3C學習關鍵點介紹并描述現(xiàn)有骨測量設備解釋以下儀器工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測量儀(DXA)外周雙能X-線骨密度測量儀(pDXA)QCT/pQCT定量超聲 (QUS) 現(xiàn)有骨密度測量設備準確性比較和對照 骨密度測量的基礎知識與

2、工作原理第3頁4C脊椎肋骨和胸骨骨盆股骨近端外周骨上肢末端下肢末端中軸骨骨密度測量的基礎知識與工作原理第4頁5C5C分析 L1-L4髂嵴在L4和L5之間肋骨與 T12 相連DXA基礎解剖概念: 腰椎骨密度測量的基礎知識與工作原理第5頁6C6C375位女性進行腰椎椎體個數(shù)研究，年紀50-85歲83.5% 5個腰椎 最低肋骨與T12相連 7.5% 4個腰椎 最低肋骨與T11或T12相連 1.9% 6個腰椎 最低肋骨與T12或L1相連 7.2% 5個腰椎 最低肋骨與T11相連 人類脊椎解剖差異 Peel NF, et al. J Bone Miner Res 1993;8:719.6個無肋骨椎體骨密

3、度測量的基礎知識與工作原理第6頁7C7椎體形態(tài)圖可幫助正確標識椎體L5 通?？雌饋硐耦I結L4 看起來像 X或HL1-L3 U-型當出現(xiàn)解剖異常時，請注意標識保持一致UUUHL5T12I骨密度測量的基礎知識與工作原理第7頁8C8C感興趣區(qū)（測量區(qū)）為:股骨頸全髖大轉子Wards 區(qū) （不用于臨床）DXA 基礎解剖概念: 股骨近端骨密度測量的基礎知識與工作原理第8頁9C學習關鍵點介紹并描述現(xiàn)有骨測量設備解釋以下儀器工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測量儀(DXA)外周雙能X-線骨密度測量儀(pDXA)QCT/pQCT定量超聲 (QUS) 現(xiàn)有骨密度測量設備準確性比較和對照 骨密度測量的基礎知識與

4、工作原理第9頁10C中軸骨和外周骨測量設備中軸骨測量設備兩種X線原理設備：DXA， QCT測量髖部和腰椎也可測量前臂和全身周圍骨測量設備兩種主要測量技術：X線和超聲測量指骨、前臂或跟骨骨密度測量的基礎知識與工作原理第10頁11C中軸骨測量技術雙能X線骨密度測量儀(DXA)定量CT(QCT)骨密度測量的基礎知識與工作原理第11頁12C中軸骨 DXA“金”標準重復性好（準確性好*）輻射劑量低在絕大多數(shù)流行病研究中使用 在絕大多數(shù)臨床藥品試驗中使用* 見第七講骨密度測量的基礎知識與工作原理第12頁13C外周骨測量技術外周骨DXA（pDXA）單能X線吸收測量儀（SXA）定量超聲（QUS）放射攝片技術（

5、RA）外周骨QCT （pQCT）骨密度測量的基礎知識與工作原理第13頁14CDXA骨密度測量儀原理:吸收測量儀衰減指是在X 線光束里光子(photons)數(shù)目與能量降低（如：它強度）衰減主要取決于組織密度與厚度骨密度測量的基礎知識與工作原理第14頁15CDXA骨密度測量儀原理（2）組織越致密，它所含有電子就越多。 如：氫=1， 鈣=20組織里電子數(shù)目，決定了組織衰減X-線光束里光子能力假如衰減程度能夠被定量話，那么組織密度也能夠被定量性地評定骨密度測量的基礎知識與工作原理第15頁16C用于區(qū)分骨和軟組織造成衰減入攝電子束 (Io)X-線進入地方發(fā)射束 (I)X-線穿出地方衰減Io - I依賴于

6、x-線能量IoIX-線衰減Attenuation骨密度測量的基礎知識與工作原理第16頁17C為何要使用雙能？在低能 (30-50 keV)下骨衰減大于軟組織衰減在高能 (70 keV)下骨衰減與軟組織衰減相同用于區(qū)分骨和軟組織造成衰減IoIAttenuation低能高能骨密度測量的基礎知識與工作原理第17頁18C雙能產生方式K緣濾過器 (X-線濾過器)GE電壓轉換器 (X-線轉換器)Hologic強度020406080100020406080100120140keV轉換器濾過器骨密度測量的基礎知識與工作原理第18頁19CGE用鈰(cerium)濾過器，兩種能量峰值分別為40和70Kev.Nor

7、land 用釤(samarium) 濾過器，兩種能量峰值為45 和 80 keVK緣濾過器需要脈沖計數(shù)（能量區(qū)分）探測器外校正（見第3章）雙能產生方式：K緣濾過器 骨密度測量的基礎知識與工作原理第19頁20C雙能產生方式：電壓轉換器Hologic用高電壓發(fā)生器，以開關方式將交流電進行半周期高低能轉換能量峰值為 50 keV 和 85 keV.電壓轉換需要電流整合探頭內校正（見第3章）骨密度測量的基礎知識與工作原理第20頁21C雙能產生與臨床應用臨床應用不受以下原因影響：雙能產生方式探測器種類在比較不一樣廠家設備測量結果時有影響骨密度測量的基礎知識與工作原理第21頁22C22C中軸DXA掃描儀組

8、成X線源，校準儀，探頭軟組織Courtesy of Dr. Bobo Tanner光子探測器探測器校準裝置骨能源床面能源校正儀開關骨密度測量的基礎知識與工作原理第22頁23C筆束點采集單探頭采集速度慢 掃描架固定 費用低骨密度測量的基礎知識與工作原理第23頁24C扇束線采集多探頭采集速度快 寬角扇束窄角扇束骨密度測量的基礎知識與工作原理第24頁25C扇束帶旋轉掃描架設備仰臥位，腰椎側位掃描骨密度測量的基礎知識與工作原理第25頁26C扇束不帶旋轉式掃描架設備側臥位，腰椎側位掃描骨密度測量的基礎知識與工作原理第26頁27C不一樣制造廠所生產骨密度儀測得骨密度值不可比不一樣雙能量產生方式不一樣校準器

9、不一樣探頭不一樣邊緣探測(edge detection)軟件不一樣感興趣區(qū)（ROI）骨密度測量的基礎知識與工作原理第27頁28C外周骨DXA（pDXA)體積小易攜帶輻射小掃描時間短易操作價格低骨密度測量的基礎知識與工作原理第28頁29C各種外周骨DXA設備間差異測量部位指骨(Schick)前臂 (Norland, GE)跟骨(Norland, GE)前臂和跟骨(GE)掃描信息采集方式筆束 (大多數(shù))錐束 (GE and Shick)同一掃描部位能夠有不一樣感興趣區(qū) (比如跟骨) 在為何不一樣設備測量結果不可比原因章節(jié)中闡述骨密度測量的基礎知識與工作原理第29頁30CCT原理骨密度測量儀 QCT

10、From Institut fur Medizinshche Physik Universitat Erlangen-Nurnberg骨密度測量的基礎知識與工作原理第30頁31CQCT任何市場銷售CT機型特殊軟件參考體模脊椎單層掃描髖部投照體積掃描骨密度測量的基礎知識與工作原理第31頁32CQCT 檢測資料From Institut fr Medizinishche Physik Universitt Erlangen-Nrnberg骨密度測量的基礎知識與工作原理第32頁33CQCT特殊軟件感興趣區(qū)(ROI): L1-L3松質骨或皮質骨ROI參考體模與患者一同掃描或分別掃描CT衰減值 (單位:

11、HU)經骨當量值校準有些設備無需使用體模 骨密度測量的基礎知識與工作原理第33頁34CQCT體積骨密度 (mg/cm3)準確性低于前后位腰椎 DXA測量：1-3%3D（螺旋CT）可能可改進準確度輻射劑量比DXA測量高 QCT 60 Sv (30 Sv scout, 10 Sv /單層) 中軸骨 DXA 1-5 Sv乳腺像 450 Sv骨密度測量的基礎知識與工作原理第34頁35CBMC: 0.125 grams面積:0.250 cm2 BMD: 0.5g/cm20.50.50.5體積密度 1 g/cm31.01.01.0體積密度 1 g/cm3BMC: 1.0 grams面積:1.0 cm2 B

12、MD: 1.0g/cm2DXA與QCT面積與體積密度測量舉例: 女性椎體 男性椎體BMD=BMC面積骨密度測量的基礎知識與工作原理第35頁36C外周骨QCT專用CT掃描儀前臂易移動易操作與脊椎QCT相比 輻射小體積骨密度 (g/cm3)測量區(qū)（ ROI） 皮質和松質骨骨密度測量的基礎知識與工作原理第36頁37C定量超聲 QUS骨密度測量的基礎知識與工作原理第37頁38C比DXA技術更多樣化無輻射測量不是骨密度（BMD）定量超聲 (QUS)骨密度測量的基礎知識與工作原理第38頁39C定量超聲儀多樣性測量部位跟骨，指骨，脛骨及多部位傳導軸向或橫向傳導介質凝膠和水數(shù)據(jù)采集固定點和影像不一樣輸出方式不

13、一樣較正方法骨密度測量的基礎知識與工作原理第39頁40C超聲測量參數(shù)傳輸聲速 (SOS)單位：米/秒（m/s）取決于骨密度和彈性信號衰減 (BUA)單位：分貝/兆赫茲（dB/Mhz/cm）取決于骨密度和結構分布骨密度測量的基礎知識與工作原理第40頁41C定量超聲工作原理圖橫向轉導TransmitterReceiver跟骨water bathFrequencyAbsorptionTime健康人骨質疏松癥SOSBUA)GelCourtesy of Dr. Nelson Watts1骨密度測量的基礎知識與工作原理第41頁42C超聲計算出參數(shù)硬度 stiffnes (GE)定量超聲指數(shù) (Hologi

14、c)BMD預測值 (Hologic)注： 硬度，QUI和預計BMD專用術語，不是生物力學上測量固結構特征硬度。 骨密度測量的基礎知識與工作原理第42頁43C學習關鍵點介紹并描述現(xiàn)有骨測量設備解釋以下儀器工作原理：DXA中央雙能X-線骨密度測量儀(DXA)外周雙能X-線骨密度測量儀(pDXA)QCT/pQCT定量超聲 (QUS) 現(xiàn)有骨密度測量設備準確性比較和對照 骨密度測量的基礎知識與工作原理第43頁44C44C準確性測量真實值能力 準確性由國際標準組織(ISO)定義，它同時受系統(tǒng)誤差（真實值）和隨機誤差（準確性）影響ISO 3534:3.11骨密度測量的基礎知識與工作原理第44頁45C真實性

15、測量數(shù)值真實性能力還沒有一個完善方法來測量骨標本中骨礦物質含量“真正數(shù)值”通常是以系統(tǒng)誤差(systematic difference)來表示真值與測量值誤差百分比全部技術都有相關測量性誤差FDA 510K 認為BMD測量誤差必須小于10%ISO 3534：3，12骨密度測量的基礎知識與工作原理第45頁46C真實性確定：骨灰重法這是用來確定骨礦物質含量“真正數(shù)值”試驗室方法去除骨標本上軟組織并干燥放置在鈦坩鍋，并細心秤重在火爐內將其焚化，然后秤其剩下骨灰重量骨灰僅是剩下來礦物質，因為全部其它物質(如，膠原蛋白)都已經被焚化骨密度測量的基礎知識與工作原理第46頁47C真實性確定：骨灰重法（續(xù)）經

16、過比較骨灰重克數(shù)與先前使用DXA 所測量到骨礦物質含量(克數(shù))來確定系統(tǒng)準確性誤差假如DXA檢測 BMC=0.95克，而骨灰重=1.0克，則準確性誤差=5%骨密度測量的基礎知識與工作原理第47頁48C準確性（Precision）比較對相同物體或個人連續(xù)測量結果誤差是自然界隨機產生通常是以準確性誤差來表示測量值之間誤差百分比活體或離體（標本）測量評定在監(jiān)測病人過程中，準確性對于區(qū)分出真正生物性改變與隨機性誤差是很主要ISO 3534: 3.14-3.15骨密度測量的基礎知識與工作原理第48頁49C準確性好真實性好系統(tǒng)誤差（真實性）與隨機誤差（準確性）準確性差真實性好準確性好真實性差低準確性高準確性骨密度測量的基礎知識與工作原理第49頁50C準確性真實性 誤差 (%)誤差 (%)正位腰椎1-24-10側位腰椎2-35-15股骨1.5-36前臂15全身13Based on Genant HK, et al. J Bone Miner Res. 1996;11:707.中軸 DXA骨密度測量的基礎知識與工作原理第50頁51C準確性真實性誤差 (%)誤差 (%)前臂1-24-6跟骨1-24-6手 1-25外周 DXABased on Genant HK, et a