骨密度测量的基础知识与工作原理.ppt
Version 10.0,1,骨密度测量的基础知识与工作原理,王猛中日友好医院核医学科,2,C,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,3,C,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,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,中轴骨,5,C,5,C,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,6,C,6,C,375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,Peel NF,et al.J Bone Miner Res 1993;8:719.,6个无肋骨的椎体,7,C,7,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-L3 U-型当出现解剖异常时，请注意标记保持一致,8,C,8,C,感兴趣区（测量区）为:股骨颈全髋大转子Wards 区（不用于临床）,DXA 基础解剖概念:股骨近端,9,C,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,10,C,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,11,C,中轴骨测量技术,双能X线骨密度测量仪(DXA)定量CT(QCT),12,C,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,13,C,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）,14,C,DXA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,15,C,DXA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,16,C,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,Io,I,X-线的衰减,Attenuation,17,C,为什么要使用双能？,在低能(30-50 keV)下骨衰减大于软组织衰减在高能(70 keV)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,Io,I,Attenuation,低能高能,18,C,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,0,20,40,60,80,100,0,20,40,60,80,100,120,140,keV,转换器,滤过器,19,C,GE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 80 keVK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,20,C,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 50 keV 和 85 keV.电压转换需要电流整合探头内校正（见第3章）,21,C,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,22,C,22,C,中轴DXA扫描仪组成,X线源，校准仪，探头,软组织,Courtesy of Dr.Bobo Tanner,23,C,笔束,点采集单探头采集速度慢,扫描架固定 费用低,24,C,扇束,线采集多探头采集速度快,宽角扇束,窄角扇束,25,C,扇束带旋转扫描架的设备,仰卧位，腰椎侧位扫描,26,C,扇束不带旋转式扫描架的设备,侧卧位，腰椎侧位扫描,27,C,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(edge detection)软件不同的感兴趣区（ROI）,28,C,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,29,C,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(GE and Shick)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,30,C,CT原理的骨密度测量仪 QCT,From Institut fur Medizinshche Physik Universitat Erlangen-Nurnberg,31,C,QCT,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,32,C,QCT 检测资料,From Institut fr Medizinishche Physik Universitt Erlangen-Nrnberg,33,C,QCT,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,34,C,QCT,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 QCT 60 Sv(30 Sv scout,10 Sv/单层)中轴骨 DXA 1-5 Sv乳腺像 450 Sv,35,C,BMC:0.125 grams,面积:0.250 cm2,BMD:0.5g/cm2,0.5,0.5,0.5,体积密度 1 g/cm3,1.0,1.0,1.0,体积密度 1 g/cm3,BMC:1.0 grams,面积:1.0 cm2,BMD:1.0g/cm2,DXA与QCT面积与体积密度的测量,举例:女性椎体 男性椎体,36,C,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,37,C,定量超声 QUS,38,C,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),39,C,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,40,C,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,41,C,定量超声工作原理图横向转导,Transmitter,Receiver,跟骨,water bath,Frequency,Absorption,Time,健康人骨质疏松症,SOS,BUA,),),),),),),),Gel,Courtesy of Dr.Nelson Watts,1,42,C,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。,43,C,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,44,C,44,C,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,ISO 3534:3.11,45,C,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(systematic difference)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FDA 510K 认为BMD测量的误差必须小于10%,ISO 3534：3，12,46,C,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,47,C,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%,48,C,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机性误差是很重要的,49,C,精确性好真实性好,系统误差（真实性）与随机误差（精确性）,精确性差真实性好,精确性好真实性差,低准确性,高准确性,50,C,精确性真实性 误差(%)误差(%)正位腰椎1-24-10侧位腰椎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.,中轴 DXA,51,C,精确性真实性误差(%)误差(%)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,定量超声QUS：准确性,真实性同DXA相比，更难确定定量超声参数受骨结构和骨矿含量影响精确性略低于X射线测量技术如何表达尚有争议,53,C,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,
