1、Version 10.0,1,骨密度測量的基礎知識與工作原理,王猛中日友好醫(yī)院核醫(yī)學科,2,C,學習要點,介紹并描述現(xiàn)有的骨測量設備解釋下列儀器的工作原理：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)有骨密度測量設備的準確性的比較和對照,3,C,學習要點,介紹并描述現(xiàn)有的骨測量設備解釋下列儀器的工作原理：DXA中軸雙能X-線骨密度測量儀(D

2、XA)外周雙能X-線骨密度測量儀(pDXA)QCT/pQCT定量超聲 (QUS) 現(xiàn)有骨密度測量設備的準確性的比較和對照,4,C,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,,5,C,5,C,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,6,C,6,C,375位女性進行腰椎椎體個數(shù)研究，年齡50-85歲83.5% 5個腰椎 最低的肋骨與T12相連 7

3、.5% 4個腰椎 最低的肋骨與T11或T12相連 1.9% 6個腰椎 最低的肋骨與T12或L1相連 7.2% 5個腰椎 最低的肋骨與T11相連,人類脊椎解剖差異,Peel NF, et al. J Bone Miner Res 1993;8:719.,6個無肋骨的椎體,7,C,7,椎體形態(tài)圖可幫助正確標記椎體,,,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，請注意標記保持一致,8

4、,C,8,C,感興趣區(qū)（測量區(qū)）為:股骨頸全髖大轉子Ward’s 區(qū) （不用于臨床）,DXA 基礎解剖概念: 股骨近端,9,C,學習要點,介紹并描述現(xiàn)有的骨測量設備解釋下列儀器的工作原理：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)有骨密度測量設備的準確性的比較和對照,10,C,中軸骨和外周骨測量設備,中軸骨測量設備兩種X線原理的設備：D

5、XA， 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,11,C,中軸骨測量技術,雙能X線骨密度測量儀(DXA)定量CT(QCT),12,C,中軸骨 DXA,“金”標準重復性好（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)臨床藥物試驗中使用,* 見第七講,13,C,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（Q

6、US）放射攝片技術（RA）外周骨QCT （pQCT）,14,C,DXA骨密度測量儀的原理:吸收測量儀,衰減指的是在X 線光束里光子(photons)數(shù)目與能量的減少（如：它的強度）衰減主要取決于組織的密度與厚度,15,C,DXA骨密度測量儀的原理（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

7、估,16,C,用于區(qū)分骨和軟組織導致的衰減入攝電子束 (Io)X-線進入的地方發(fā)射束 (I)X-線穿出的地方衰減Io - I依賴于x-線能量,Io,I,,,,,,,,,,,,,,X-線的衰減,Attenuation,,,,,,,,,,,,,17,C,為什么要使用雙能？,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似,用于區(qū)分骨和軟組織導致的衰減,Io,I,

8、,,,,,,,,,,,,,Attenuation,,,,,,,,,,,,,,低能高能,18,C,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,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,20,40,60,80,100,0,20,40,60,80,100,120,140,keV,,轉換器,,濾過器,19

9、,C,GE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 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,20,C,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的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

10、正（見第3章）,21,C,雙能的產生與臨床應用,臨床應用不受下列因素影響：雙能產生的方式探測器的種類在比較不同廠家的設備的測量結果時有影響,22,C,22,C,中軸DXA掃描儀組成,X線源，校準儀，探頭,軟組織,Courtesy of Dr. Bobo Tanner,23,C,筆束,點采集單探頭采集速度慢,掃描架固定 費用低,24,C,扇束,線采集多探頭采集速度快,,,,,,,,,,,,,寬角扇束,窄角扇束,,,,,,,

11、,25,C,扇束帶旋轉掃描架的設備,仰臥位，腰椎側位掃描,26,C,扇束不帶旋轉式掃描架的設備,側臥位，腰椎側位掃描,27,C,不同制造廠所生產的骨密度儀測得的骨密度值不可比,不同的雙能量產生方式不同的校準器不同的探頭不同的邊緣探測(edge detection)軟件不同的感興趣區(qū)（ROI）,28,C,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,29,C,多種外周骨DXA設備間的差異,測量部位

12、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)同一掃描部位可以有不同感興趣區(qū) (例如跟骨) 在為什么不同設備的測量結果不可比的原因的章節(jié)中闡述,30,C,CT原理的骨密度測量儀 QCT,From Institut fur Medizinshche Physik Universitat Erlange

13、n-Nurnberg,31,C,QCT,任何市場銷售的CT機型特殊軟件參照體模,脊椎單層掃描,髖部投照體積掃描,32,C,QCT 檢測資料,From Institut für Medizinishche Physik Universität Erlangen-Nürnberg,33,C,QCT,特殊軟件感興趣區(qū)(ROI): L1-L3松質骨或皮質骨ROI參照體模與患者一同掃描或分別掃描CT衰減

14、值 (單位:HU)經骨當量值校準有些設備無需使用體模,34,C,QCT,體積骨密度 (mg/cm3)精確性低于前后位腰椎 DXA測量：1-3%3D（螺旋CT）也許可改善精確度輻射劑量比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,35,C,BMC: 0.125 grams,面積:0.250 cm2,BMD: 0.5g/c

15、m2,0.5,0.5,0.5,體積密度 1 g/cm3,1.0,1.0,1.0,體積密度 1 g/cm3,BMC: 1.0 grams,面積:1.0 cm2,BMD: 1.0g/cm2,DXA與QCT面積與體積密度的測量,舉例: 女性椎體 男性椎體,36,C,外周骨QCT,專用CT掃描儀前臂易移動易操作與脊

16、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,37,C,定量超聲 QUS,38,C,比DXA的技術更多樣化無輻射測量的不是骨密度（BMD）,定量超聲 (QUS),39,C,定量超聲儀的多樣性,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同輸出方式不同較正方法,,,40,C,超聲測量參數(shù),

17、傳播聲速 (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,41,C,,定量超聲工作原理圖橫向轉導,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Transmitter,Receiver,跟骨,water bath,,,,

18、,,,,,,,,,Frequency,Absorption,,,,,,,,,,,,,Time,,健康人骨質疏松癥,SOS,BUA,))))))))))),))))))))))),))))))))))),))))))))))),))))))))))),))))))))))),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)))))))),Gel,C

19、ourtesy of Dr. Nelson Watts,1,42,C,超聲計算出的參數(shù),硬度 stiffnes (GE)定量超聲指數(shù) (Hologic)BMD預測值 (Hologic),注： 硬度，QUI和估計BMD專用術語，不是生物力學上的測量固結構特性的硬度。,43,C,學習要點,介紹并描述現(xiàn)有的骨測量設備解釋下列儀器的工作原理：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/p

20、QCT定量超聲 (QUS) 現(xiàn)有骨密度測量設備的準確性的比較和對照,44,C,44,C,準確性,測量真實值的能力 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（精確性）的影響,ISO 3534:3.11,45,C,真實性,測量數(shù)值真實性的能力還沒有一個完善的方法來測量骨標本中骨礦物質含量的“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的誤差的百分比所

21、有的技術都有相關的測量性誤差FDA 510K 認為BMD測量的誤差必須小于10%,ISO 3534：3，12,46,C,真實性的確定：骨灰重法,這是用來確定骨礦物質含量的“真正數(shù)值”的實驗室方法去除骨標本上的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，然后秤其剩余骨灰的重量骨灰僅是剩下來礦物質，因為所有其它的物質(如，膠原蛋白)都已經被焚化,47,C,真實性的確定：骨灰重法（續(xù)）,通過比較骨灰重的克數(shù)與先前使用DX

22、A 所測量到的骨礦物質含量(克數(shù))來確定系統(tǒng)準確性的誤差如果DXA檢測 BMC=0.95克，而骨灰重=1.0克，則準確性誤差=5%,48,C,精確性（Precision）,比較對相同物體或個人的連續(xù)測量結果誤差是自然界隨機產生的通常是以精確性誤差來表示測量值之間的誤差百分比活體或離體（標本）測量的評估在監(jiān)測病人過程中，精確性對于區(qū)別出真正的生物性變化與隨機性誤差是很重要的,ISO 3534: 3.14-3.15,49,C,精

23、確性好真實性好,系統(tǒng)誤差（真實性）與隨機誤差（精確性）,精確性差真實性好,精確性好真實性差,,低準確性,高準確性,50,C,精確性真實性 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13,Based on Genant HK, et al. J Bone Miner Res. 1996;11:707.,中軸 DXA,51,C,精確性真實

24、性誤差 (%)誤差 (%)前臂1-24-6跟骨1-24-6手 1-25,外周 DXA,Based on Genant HK, et al. J Bone Miner Res. 1996;11:707.,52,C,定量超聲QUS：準確性,真實性同DXA相比，更難確定定量超聲參數(shù)受骨結構和骨礦含量影響精確性略低于X射線測量技術如何表達尚有爭議,53,C,學習要點,介紹并描述現(xiàn)有的骨測量設備解釋下列儀