骨密度測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)與工作原理

關(guān)于骨密度測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)與工作原理Version10.01第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日2學(xué)習(xí)要點(diǎn)介紹并描述現(xiàn)有的骨測(cè)量設(shè)備解釋下列儀器的工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(DXA)外周雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(pDXA)QCT/pQCT定量超聲(QUS)現(xiàn)有骨密度測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性的比較和對(duì)照

第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3學(xué)習(xí)要點(diǎn)介紹并描述現(xiàn)有的骨測(cè)量設(shè)備解釋下列儀器的工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(DXA)外周雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(pDXA)QCT/pQCT定量超聲(QUS)現(xiàn)有骨密度測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性的比較和對(duì)照

第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日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軸骨第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日55C分析L1-L4髂嵴在L4和L5之間肋骨與T12相連DXA基礎(chǔ)解剖概念:腰椎第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日66C375位女性進(jìn)行腰椎椎體個(gè)數(shù)研究，年齡50-85歲83.5%5個(gè)腰椎

最低的肋骨與T12相連

7.5%4個(gè)腰椎

最低的肋骨與T11或T12相連

1.9%6個(gè)腰椎

最低的肋骨與T12或L1相連

7.2%5個(gè)腰椎

最低的肋骨與T11相連

人類脊椎解剖差異

PeelNF,etal.JBoneMinerRes1993;8:719.6個(gè)無肋骨的椎體第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日77椎體形態(tài)圖可幫助正確標(biāo)記椎體L5通?？雌饋硐耦I(lǐng)結(jié)L4看起來像X或HL1-L3U-型當(dāng)出現(xiàn)解剖異常時(shí)，請(qǐng)注意標(biāo)記保持一致UUUHL5T12I第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日88C感興趣區(qū)（測(cè)量區(qū)）為:股骨頸全髖大轉(zhuǎn)子Ward’s區(qū)（不用于臨床）DXA基礎(chǔ)解剖概念:股骨近端第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日9學(xué)習(xí)要點(diǎn)介紹并描述現(xiàn)有的骨測(cè)量設(shè)備解釋下列儀器的工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(DXA)外周雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(pDXA)QCT/pQCT定量超聲(QUS)現(xiàn)有骨密度測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性的比較和對(duì)照

第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日10中軸骨和外周骨測(cè)量設(shè)備中軸骨測(cè)量設(shè)備兩種X線原理的設(shè)備：DXA，QCT測(cè)量髖部和腰椎也可測(cè)量前臂和全身周圍骨測(cè)量設(shè)備兩種主要測(cè)量技術(shù)：X線和超聲測(cè)量指骨、前臂或跟骨第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日11中軸骨測(cè)量技術(shù)雙能X線骨密度測(cè)量?jī)x(DXA)定量CT(QCT)第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日12中軸骨DXA“金”標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性好（精確性好*）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)臨床藥物試驗(yàn)中使用*見第七講第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日13外周骨測(cè)量技術(shù)外周骨DXA（pDXA）單能X線吸收測(cè)量?jī)x（SXA）定量超聲（QUS）放射攝片技術(shù)（RA）外周骨QCT（pQCT）第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日14DXA骨密度測(cè)量?jī)x的原理:吸收測(cè)量?jī)x衰減指的是在X線光束里光子(photons)數(shù)目與能量的減少（如：它的強(qiáng)度）衰減主要取決于組織的密度與厚度第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日15DXA骨密度測(cè)量?jī)x的原理（2）組織越致密，它所含有的電子就越多。如：氫=1，鈣=20組織里電子的數(shù)目，決定了組織衰減X-線光束里的光子的能力如果衰減的程度可以被定量的話，那么組織的密度也可以被定量性地評(píng)估第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日16用于區(qū)分骨和軟組織導(dǎo)致的衰減入攝電子束(Io)X-線進(jìn)入的地方發(fā)射束(I)X-線穿出的地方衰減Io-I依賴于x-線能量IoIX-線的衰減Attenuation第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日17為什么要使用雙能？在低能(30-50keV)下骨衰減大于軟組織衰減在高能(>70keV)下骨衰減與軟組織衰減相似用于區(qū)分骨和軟組織導(dǎo)致的衰減IoIAttenuation低能高能第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日18雙能產(chǎn)生方式K緣濾過器(X-線濾過器)GE電壓轉(zhuǎn)換器(X-線轉(zhuǎn)換器)Hologic強(qiáng)度020406080100020406080100120140keV轉(zhuǎn)換器濾過器第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日19GE用鈰(cerium)濾過器，兩種能量峰值分別為40和70Kev.Norland用釤(samarium)濾過器，兩種能量峰值為45和80keVK緣濾過器需要脈沖計(jì)數(shù)（能量區(qū)分）探測(cè)器外校正（見第3章）雙能產(chǎn)生方式：K緣濾過器

第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日20雙能產(chǎn)生方式：電壓轉(zhuǎn)換器Hologic用高電壓發(fā)生器，以開關(guān)方式將交流電進(jìn)行半周期的高低能轉(zhuǎn)換能量峰值為50keV和85keV.電壓轉(zhuǎn)換需要電流整合探頭內(nèi)校正（見第3章）第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日21雙能的產(chǎn)生與臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用不受下列因素影響：雙能產(chǎn)生的方式探測(cè)器的種類在比較不同廠家的設(shè)備的測(cè)量結(jié)果時(shí)有影響第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日2222C中軸DXA掃描儀組成X線源，校準(zhǔn)儀，探頭軟組織CourtesyofDr.BoboTanner光子探測(cè)器探測(cè)器校準(zhǔn)裝置骨能源床面能源校正儀開關(guān)第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日23筆束點(diǎn)采集單探頭采集速度慢

掃描架固定

費(fèi)用低第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日24扇束線采集多探頭采集速度快

寬角扇束窄角扇束第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日25扇束帶旋轉(zhuǎn)掃描架的設(shè)備仰臥位，腰椎側(cè)位掃描第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日26扇束不帶旋轉(zhuǎn)式掃描架的設(shè)備側(cè)臥位，腰椎側(cè)位掃描第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日27不同制造廠所生產(chǎn)的骨密度儀測(cè)得的

骨密度值不可比不同的雙能量產(chǎn)生方式不同的校準(zhǔn)器不同的探頭不同的邊緣探測(cè)(edgedetection)軟件不同的感興趣區(qū)（ROI）第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日28外周骨DXA（pDXA)體積小易攜帶輻射小掃描時(shí)間短易操作價(jià)格低第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日29多種外周骨DXA設(shè)備間的差異測(cè)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(GEandShick)同一掃描部位可以有不同感興趣區(qū)(例如跟骨)

在為什么不同設(shè)備的測(cè)量結(jié)果不可比的原因的章節(jié)中闡述第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日30CT原理的骨密度測(cè)量?jī)x

QCTFromInstitutfurMedizinshchePhysikUniversitatErlangen-Nurnberg第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日31QCT任何市場(chǎng)銷售的CT機(jī)型特殊軟件參照體模脊椎單層掃描髖部投照體積掃描第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日32QCT檢測(cè)資料FromInstitutfürMedizinishchePhysikUniversit?tErlangen-Nürnberg第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日33QCT特殊軟件感興趣區(qū)(ROI):L1-L3松質(zhì)骨或皮質(zhì)骨ROI參照體模與患者一同掃描或分別掃描CT衰減值(單位:HU)經(jīng)骨當(dāng)量值校準(zhǔn)有些設(shè)備無需使用體模第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日34QCT體積骨密度(mg/cm3)精確性低于前后位腰椎DXA測(cè)量：1-3%3D（螺旋CT）也許可改善精確度輻射劑量比DXA測(cè)量高QCT60Sv(30Svscout,10Sv/單層)中軸骨DXA1-5Sv乳腺像450Sv第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日35BMC: 0.125grams面積: 0.250cm2

BMD:0.5g/cm20.50.50.5體積密度1g/cm31.01.01.0體積密度1g/cm3BMC: 1.0grams面積: 1.0cm2BMD:1.0g/cm2DXA與QCT

面積與體積密度的測(cè)量舉例:女性椎體男性椎體BMD=BMC面積第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日36外周骨QCT專用CT掃描儀前臂易移動(dòng)易操作與脊椎QCT相比輻射小體積骨密度(g/cm3)測(cè)量區(qū)（ROI）皮質(zhì)和松質(zhì)骨第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日37定量超聲

QUS第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日38比DXA的技術(shù)更多樣化無輻射測(cè)量的不是骨密度（BMD）定量超聲(QUS)第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日39定量超聲儀的多樣性測(cè)量部位跟骨，指骨，脛骨及多部位傳導(dǎo)軸向或橫向傳導(dǎo)介質(zhì)凝膠和水?dāng)?shù)據(jù)采集固定點(diǎn)和影像不同輸出方式不同較正方法第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日40超聲測(cè)量參數(shù)傳播聲速(SOS)單位：米/秒（m/s）取決于骨密度和彈性信號(hào)衰減(BUA)單位：分貝/兆赫茲（dB/Mhz/cm）取決于骨密度和結(jié)構(gòu)分布第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日41定量超聲工作原理圖

橫向轉(zhuǎn)導(dǎo)TransmitterReceiver跟骨waterbathFrequencyAbsorptionTime健康人骨質(zhì)疏松癥SOSBUA))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))GelCourtesyofDr.NelsonWatts1第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日42超聲計(jì)算出的參數(shù)硬度stiffnes(GE)定量超聲指數(shù)(Hologic)BMD預(yù)測(cè)值(Hologic)注：硬度，QUI和估計(jì)BMD專用術(shù)語，不是生物力學(xué)上的測(cè)量固結(jié)構(gòu)特性的硬度。第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日43學(xué)習(xí)要點(diǎn)介紹并描述現(xiàn)有的骨測(cè)量設(shè)備解釋下列儀器的工作原理：DXA中央雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(DXA)外周雙能X-線骨密度測(cè)量?jī)x(pDXA)QCT/pQCT定量超聲(QUS)現(xiàn)有骨密度測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性的比較和對(duì)照

第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日4444C準(zhǔn)確性測(cè)量真實(shí)值的能力準(zhǔn)確性由國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)定義，它同時(shí)受系統(tǒng)誤差（真實(shí)值）和隨機(jī)誤差（精確性）的影響ISO3534:3.11第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日45真實(shí)性測(cè)量數(shù)值真實(shí)性的能力還沒有一個(gè)完善的方法來測(cè)量骨標(biāo)本中骨礦物質(zhì)含量的“真正數(shù)值”通常是以系統(tǒng)誤差(systematicdifference)來表示真值與測(cè)量值的誤差的百分比所有的技術(shù)都有相關(guān)的測(cè)量性誤差FDA510K認(rèn)為BMD測(cè)量的誤差必須小于10%ISO3534：3，12第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日46真實(shí)性的確定：骨灰重法這是用來確定骨礦物質(zhì)含量的“真正數(shù)值”的實(shí)驗(yàn)室方法去除骨標(biāo)本上的軟組織并干燥放置在鈦坩鍋，并細(xì)心秤重在火爐內(nèi)將其焚化，然后秤其剩余骨灰的重量骨灰僅是剩下來礦物質(zhì)，因?yàn)樗衅渌奈镔|(zhì)(如，膠原蛋白)都已經(jīng)被焚化第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日47真實(shí)性的確定：骨灰重法

（續(xù)）

通過比較骨灰重的克數(shù)與先前使用DXA所測(cè)量到的骨礦物質(zhì)含量(克數(shù))來確定系統(tǒng)準(zhǔn)確性的誤差如果DXA檢測(cè)

BMC=0.95克，而骨灰重=1.0克，則準(zhǔn)確性誤差=5%第47頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日48精確性（Precision）比較對(duì)相同物體或個(gè)人的連續(xù)測(cè)量結(jié)果誤差是自然界隨機(jī)產(chǎn)生的通常是以精確性誤差來表示測(cè)量值之間的誤差百分比活體或離體（標(biāo)本）測(cè)量的評(píng)估在監(jiān)測(cè)病人過程中，精確性對(duì)于區(qū)別出真正