骨密度测量的基础知识与工作原理

关于骨密度测量的基础知识与工作原理Version10.012学习要点介绍并描述现有的骨测量设备解释下列仪器的工作原理：DXA中轴双能X-线骨密度测量仪(DXA)外周双能X-线骨密度测量仪(pDXA)QCT/pQCT定量超声(QUS)现有骨密度测量设备的准确性的比较和对照

第2页,共53页，星期六，2024年，5月3学习要点介绍并描述现有的骨测量设备解释下列仪器的工作原理：DXA中轴双能X-线骨密度测量仪(DXA)外周双能X-线骨密度测量仪(pDXA)QCT/pQCT定量超声(QUS)现有骨密度测量设备的准确性的比较和对照

第3页,共53页，星期六，2024年，5月4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轴骨第4页,共53页，星期六，2024年，5月55C分析L1-L4髂嵴在L4和L5之间肋骨与T12相连DXA基础解剖概念:腰椎第5页,共53页，星期六，2024年，5月66C375位女性进行腰椎椎体个数研究，年龄50-85岁83.5%5个腰椎

最低的肋骨与T12相连

7.5%4个腰椎

最低的肋骨与T11或T12相连

1.9%6个腰椎

最低的肋骨与T12或L1相连

7.2%5个腰椎

最低的肋骨与T11相连

人类脊椎解剖差异

PeelNF,etal.JBoneMinerRes1993;8:719.6个无肋骨的椎体第6页,共53页，星期六，2024年，5月77椎体形态图可帮助正确标记椎体L5通常看起来像领结L4看起来像X或HL1-L3U-型当出现解剖异常时，请注意标记保持一致UUUHL5T12I第7页,共53页，星期六，2024年，5月88C感兴趣区（测量区）为:股骨颈全髋大转子Ward’s区（不用于临床）DXA基础解剖概念:股骨近端第8页,共53页，星期六，2024年，5月9学习要点介绍并描述现有的骨测量设备解释下列仪器的工作原理：DXA中轴双能X-线骨密度测量仪(DXA)外周双能X-线骨密度测量仪(pDXA)QCT/pQCT定量超声(QUS)现有骨密度测量设备的准确性的比较和对照

第9页,共53页，星期六，2024年，5月10中轴骨和外周骨测量设备中轴骨测量设备两种X线原理的设备：DXA，QCT测量髋部和腰椎也可测量前臂和全身周围骨测量设备两种主要测量技术：X线和超声测量指骨、前臂或跟骨第10页,共53页，星期六，2024年，5月11中轴骨测量技术双能X线骨密度测量仪(DXA)定量CT(QCT)第11页,共53页，星期六，2024年，5月12中轴骨DXA“金”标准重复性好（精确性好*）辐射剂量低在绝大多数流行病研究中使用在绝大多数临床药物试验中使用*见第七讲第12页,共53页，星期六，2024年，5月13外周骨测量技术外周骨DXA（pDXA）单能X线吸收测量仪（SXA）定量超声（QUS）放射摄片技术（RA）外周骨QCT（pQCT）第13页,共53页，星期六，2024年，5月14DXA骨密度测量仪的原理:吸收测量仪衰减指的是在X线光束里光子(photons)数目与能量的减少（如：它的强度）衰减主要取决于组织的密度与厚度第14页,共53页，星期六，2024年，5月15DXA骨密度测量仪的原理（2）组织越致密，它所含有的电子就越多。如：氢=1，钙=20组织里电子的数目，决定了组织衰减X-线光束里的光子的能力如果衰减的程度可以被定量的话，那么组织的密度也可以被定量性地评估第15页,共53页，星期六，2024年，5月16用于区分骨和软组织导致的衰减入摄电子束(Io)X-线进入的地方发射束(I)X-线穿出的地方衰减Io-I依赖于x-线能量IoIX-线的衰减Attenuation第16页,共53页，星期六，2024年，5月17为什么要使用双能？在低能(30-50keV)下骨衰减大于软组织衰减在高能(>70keV)下骨衰减与软组织衰减相似用于区分骨和软组织导致的衰减IoIAttenuation低能高能第17页,共53页，星期六，2024年，5月18双能产生方式K缘滤过器(X-线滤过器)GE电压转换器(X-线转换器)Hologic强度020406080100020406080100120140keV转换器滤过器第18页,共53页，星期六，2024年，5月19GE用铈(cerium)滤过器，两种能量峰值分别为40和70Kev.Norland用钐(samarium)滤过器，两种能量峰值为45和80keVK缘滤过器需要脉冲计数（能量区分）探测器外校正（见第3章）双能产生方式：K缘滤过器

第19页,共53页，星期六，2024年，5月20双能产生方式：电压转换器Hologic用高电压发生器，以开关方式将交流电进行半周期的高低能转换能量峰值为50keV和85keV.电压转换需要电流整合探头内校正（见第3章）第20页,共53页，星期六，2024年，5月21双能的产生与临床应用临床应用不受下列因素影响：双能产生的方式探测器的种类在比较不同厂家的设备的测量结果时有影响第21页,共53页，星期六，2024年，5月2222C中轴DXA扫描仪组成X线源，校准仪，探头软组织CourtesyofDr.BoboTanner光子探测器探测器校准装置骨能源床面能源校正仪开关第22页,共53页，星期六，2024年，5月23笔束点采集单探头采集速度慢

扫描架固定

费用低第23页,共53页，星期六，2024年，5月24扇束线采集多探头采集速度快

宽角扇束窄角扇束第24页,共53页，星期六，2024年，5月25扇束带旋转扫描架的设备仰卧位，腰椎侧位扫描第25页,共53页，星期六，2024年，5月26扇束不带旋转式扫描架的设备侧卧位，腰椎侧位扫描第26页,共53页，星期六，2024年，5月27不同制造厂所生产的骨密度仪测得的

骨密度值不可比不同的双能量产生方式不同的校准器不同的探头不同的边缘探测(edgedetection)软件不同的感兴趣区（ROI）第27页,共53页，星期六，2024年，5月28外周骨DXA（pDXA)体积小易携带辐射小扫描时间短易操作价格低第28页,共53页，星期六，2024年，5月29多种外周骨DXA设备间的差异测量部位指骨(Schick)前臂(Norland,GE)跟骨(Norland,GE)前臂和跟骨(GE)扫描信息采集方式笔束(大多数)锥束(GEandShick)同一扫描部位可以有不同感兴趣区(例如跟骨)

在为什么不同设备的测量结果不可比的原因的章节中阐述第29页,共53页，星期六，2024年，5月30CT原理的骨密度测量仪

QCTFromInstitutfurMedizinshchePhysikUniversitatErlangen-Nurnberg第30页,共53页，星期六，2024年，5月31QCT任何市场销售的CT机型特殊软件参照体模脊椎单层扫描髋部投照体积扫描第31页,共53页，星期六，2024年，5月32QCT检测资料FromInstitutfürMedizinishchePhysikUniversitätErlangen-Nürnberg第32页,共53页，星期六，2024年，5月33QCT特殊软件感兴趣区(ROI):L1-L3松质骨或皮质骨ROI参照体模与患者一同扫描或分别扫描CT衰减值(单位:HU)经骨当量值校准有些设备无需使用体模第33页,共53页，星期六，2024年，5月34QCT体积骨密度(mg/cm3)精确性低于前后位腰椎DXA测量：1-3%3D（螺旋CT）也许可改善精确度辐射剂量比DXA测量高QCT60Sv(30Svscout,10Sv/单层)中轴骨DXA1-5

Sv乳腺像450

Sv第34页,共53页，星期六，2024年，5月35BMC: 0.125grams面积: 0.250cm2

BMD:0.5g/cm20.50.50.5体积密度1g/cm31.01.01.0体积密度1g/cm3BMC: 1.0grams面积: 1.0cm2BMD:1.0g/cm2DXA与QCT

面积与体积密度的测量举例:女性椎体男性椎体BMD=BMC面积第35页,共53页，星期六，2024年，5月36外周骨QCT专用CT扫描仪前臂易移动易操作与脊椎QCT相比辐射小体积骨密度(g/cm3)测量区（ROI）皮质和松质骨第36页,共53页，星期六，2024年，5月37定量超声

QUS第37页,共53页，星期六，2024年，5月38比DXA的技术更多样化无辐射测量的不是骨密度（BMD）定量超声(QUS)第38页,共53页，星期六，2024年，5月39定量超声仪的多样性测量部位跟骨，指骨，胫骨及多部位传导轴向或横向传导介质凝胶和水数据采集固定点和影像不同输出方式不同较正方法第39页,共53页，星期六，2024年，5月40超声测量参数传播声速(SOS)单位：米/秒（m/s）取决于骨密度和弹性信号衰减(BUA)单位：分贝/兆赫兹（dB/Mhz/cm）取决于骨密度和结构分布第40页,共53页，星期六，2024年，5月41定量超声工作原理图

横向转导TransmitterReceiver跟骨waterbathFrequencyAbsorptionTime健康人骨质疏松症SOSBUA))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))GelCourtesyofDr.NelsonWatts1第41页,共53页，星期六，2024年，5月42超声计算出的参数硬度stiffnes(GE)定量超声指数(Hologic)BMD预测值(Hologic)注：硬度，QUI和估计BMD专用术语，不是生物力学上的测量固结构特性的硬度。第42页,共53页，星期六，2024年，5月43学习要点介绍并描述现有的骨测量设备解释下列仪器的工作原理：DXA中央双能X-线骨密度测量仪(DXA)外周双能X-线骨密度测量仪(pDXA)QCT/pQCT定量超声(QUS)现有骨密度测量设备的准确性的比较和对照

第43页,共53页，星期六，2024年，5月4444C准确性测量真实值的能力准确性由国际标准组织(ISO)定义，它同时受系统误差（真实值）和随机误差（精确性）的影响ISO3534:3.11第44页,共53页，星期六，2024年，5月45真实性测量数值真实性的能力还没有一个完善的方法来测量骨标本中骨矿物质含量的“真正数值”通常是以系统误差(systematicdifference)来表示真值与测量值的误差的百分比所有的技术都有相关的测量性误差FDA510K认为BMD测量的误差必须小于10%ISO3534：3，12第45页,共53页，星期六，2024年，5月46真实性的确定：骨灰重法这是用来确定骨矿物质含量的“真正数值”的实验室方法去除骨标本上的软组织并干燥放置在钛坩锅，并细心秤重在火炉内将其焚化，然后秤其剩余骨灰的重量骨灰仅是剩下来矿物质，因为所有其它的物质(如，胶原蛋白)都已经被焚化第46页,共53页，星期六，2024年，5月47真实性的确定：骨灰重法

（续）

通过比较骨灰重的克数与先前使用DXA所测量到的骨矿物质含量(克数)来确定系统准确性的误差如果DXA检测

BMC=0.95克，而骨灰重=1.0克，则准确性误差=5%第47页,共53页，星期六，2024年，5月48精确性（Precision）比较对相同物体或个人的连续测量结果误差是自然界随机产生的通常是以精确性误差来表示测量值之间的误差百分比活体或离体（标本）测量的评估在监测病人过程中，精确性对于区别出真正的生物性变化与随