骨密度測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)與工作原理

1、Version 10.0,1,骨密度測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)與工作原理,王猛中日友好醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,2,C,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,3,C,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(D

2、XA)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,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(chǔ)解剖概念: 腰椎,6,C,6,C,375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

3、.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,Peel NF, et al. J Bone Miner Res 1993;8:719.,6個(gè)無(wú)肋骨的椎體,7,C,7,椎體形態(tài)圖可幫助正確標(biāo)記椎體,,,L5 通?？雌饋?lái)像領(lǐng)結(jié)L4 看起來(lái)像 X或HL1-L3 U-型當(dāng)出現(xiàn)解剖異常時(shí)，請(qǐng)注意標(biāo)記保持一致,8

4、,C,8,C,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,9,C,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,10,C,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：D

5、XA， 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,11,C,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),12,C,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,13,C,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（Q

6、US）放射攝片技術(shù)（RA）外周骨QCT （pQCT）,14,C,DXA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,15,C,DXA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)

7、估,16,C,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,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(dǎo)致的衰減,Io,I,

8、,,,,,,,,,,,,,Attenuation,,,,,,,,,,,,,,低能高能,18,C,雙能產(chǎn)生方式,K緣濾過(guò)器 (X-線濾過(guò)器)GE電壓轉(zhuǎn)換器 (X-線轉(zhuǎn)換器)Hologic,,強(qiáng)度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,20,40,60,80,100,0,20,40,60,80,100,120,140,keV,,轉(zhuǎn)換器,,濾過(guò)器,19

9、,C,GE用鈰(cerium)濾過(guò)器，兩種能量峰值分別為40和70Kev.Norland 用釤(samarium) 濾過(guò)器，兩種能量峰值為45 和 80 keVK緣濾過(guò)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(guò)器,20,C,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 50 keV 和 85 keV.電壓轉(zhuǎn)換需要電流整合探頭內(nèi)校

10、正（見第3章）,21,C,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,22,C,22,C,中軸DXA掃描儀組成,X線源，校準(zhǔn)儀，探頭,軟組織,Courtesy of Dr. Bobo Tanner,23,C,筆束,點(diǎn)采集單探頭采集速度慢,掃描架固定 費(fèi)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(zhuǎn)掃描架的設(shè)備,仰臥位，腰椎側(cè)位掃描,26,C,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,27,C,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)(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(shí)間短易操作價(jià)格低,29,C,多種外周骨DXA設(shè)備間的差異,測(cè)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(shè)備的測(cè)量結(jié)果不可比的原因的章節(jié)中闡述,30,C,CT原理的骨密度測(cè)量?jī)x QCT,From Institut fur Medizinshche Physik Universitat Erlange

13、n-Nurnberg,31,C,QCT,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,32,C,QCT 檢測(cè)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(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

14、值 (單位:HU)經(jīng)骨當(dāng)量值校準(zhǔn)有些設(shè)備無(wú)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(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 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(cè)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(dòng)易操作與脊

16、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,37,C,定量超聲 QUS,38,C,比DXA的技術(shù)更多樣化無(wú)輻射測(cè)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(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,,,40,C,超聲測(cè)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(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,41,C,,定量超聲工作原理圖橫向轉(zhuǎn)導(dǎo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Transmitter,Receiver,跟骨,water bath,,,,

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

19、ourtesy of Dr. Nelson Watts,1,42,C,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(yǔ)，不是生物力學(xué)上的測(cè)量固結(jié)構(gòu)特性的硬度。,43,C,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/p

20、QCT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,44,C,44,C,準(zhǔn)確性,測(cè)量真實(shí)值的能力 準(zhǔn)確性由國(guó)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,ISO 3534:3.11,45,C,真實(shí)性,測(cè)量數(shù)值真實(shí)性的能力還沒(méi)有一個(gè)完善的方法來(lái)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(systematic difference)來(lái)表示真值與測(cè)量值的誤差的百分比所

21、有的技術(shù)都有相關(guān)的測(cè)量性誤差FDA 510K 認(rèn)為BMD測(cè)量的誤差必須小于10%,ISO 3534：3，12,46,C,真實(shí)性的確定：骨灰重法,這是用來(lái)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(lái)礦物質(zhì)，因?yàn)樗衅渌奈镔|(zhì)(如，膠原蛋白)都已經(jīng)被焚化,47,C,真實(shí)性的確定：骨灰重法（續(xù)）,通過(guò)比較骨灰重的克數(shù)與先前使用DX

22、A 所測(cè)量到的骨礦物質(zhì)含量(克數(shù))來(lái)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%,48,C,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(lái)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(guò)程中，精確性對(duì)于區(qū)別出真正的生物性變化與隨機(jī)性誤差是很重要的,ISO 3534: 3.14-3.15,49,C,精

23、確性好真實(shí)性好,系統(tǒng)誤差（真實(shí)性）與隨機(jī)誤差（精確性）,精確性差真實(shí)性好,精確性好真實(shí)性差,,低準(zhǔn)確性,高準(zhǔn)確性,50,C,精確性真實(shí)性 誤差 (%)誤差 (%)正位腰椎1-24-10側(cè)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(shí)

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(zhǔn)確性,真實(shí)性同DXA相比，更難確定定量超聲參數(shù)受骨結(jié)構(gòu)和骨礦含量影響精確性略低于X射線測(cè)量技術(shù)如何表達(dá)尚有爭(zhēng)議,53,C,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