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骨密度骨密度测测量的基量的基础础知知识识与与工作原理工作原理骨密度测量的基础知识与工作原理学习要点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 2学习要点介绍并描述现有的骨测量设备2学习要点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学习要点介绍并描述现有的骨测量设备3脊椎肋骨和胸骨骨盆股骨近端外周骨外周骨上肢末端上肢末端下肢末端下肢末端中轴骨中轴骨4脊椎外周骨上肢末端中轴骨45C分析 L1-L4髂嵴在L4和L5之间肋骨与 T12 相连DXA基础解剖概念基础解剖概念:腰椎腰椎55C分析 L1-L4DXA基础解剖概念:腰椎56C375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66C375位女性进行腰椎椎体个数研究，年龄50-85岁人类脊7椎体形态图可帮助正确标记椎体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L5T1277椎体形态图可帮助正确标记椎体L5 通常看起来像领结UUUH8C感兴趣区（测量区）为:股骨颈全髋大转子Wards 区（不用于临床）DXA 基础解剖概念基础解剖概念:股骨近端股骨近端88C感兴趣区（测量区）为:DXA 基础解剖概念:股骨近端8学习要点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 9学习要点介绍并描述现有的骨测量设备9中轴骨和外周骨测量设备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10中轴骨和外周骨测量设备中轴骨测量设备10中轴骨测量技术中轴骨测量技术双能X线骨密度测量仪(DXA)定量CT(QCT)11中轴骨测量技术双能X线骨密度测量仪(DXA)11中轴骨中轴骨 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*见第七讲见第七讲12中轴骨 DXA“金”标准*见第七讲12外周骨测量技术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）13外周骨测量技术外周骨DXA（pDXA）13DXA骨密度测量仪的原理骨密度测量仪的原理:吸收测量仪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DXA骨密度测量仪的原理（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I Io oI IX-线的衰减线的衰减AttenuationAttenuation16用于区分骨和软组织导致的衰减IoIX-线的衰减Attenua为为什么要使用双能？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在高能高能(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I Io oI IAttenuationAttenuation低能低能高能高能17为什么要使用双能？在低能(30-50 keV)下用于区分骨双能产生方式双能产生方式K缘滤过器 (X-线滤过器)GE电压转换器 (X-线转换器)Hologic强度强度020406080100020406080 100 120 140keV转换器转换器滤滤过过器器18双能产生方式K缘滤过器强度02040608010002040GE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：双能产生方式：K缘滤过器缘滤过器 19GE用铈(cerium)滤过器，两种能量峰值分别为40和70双能产生方式：双能产生方式：电压转换器电压转换器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）20双能产生方式：电压转换器Hologic用高电压发生器，以开关双能的产生与临床应用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21双能的产生与临床应用临床应用不受下列因素影响：2122C中轴中轴DXA扫描仪组成扫描仪组成X线源，校准仪，探头软组织Courtesy of Dr.Bobo Tanner光子探光子探测器器探探测器校准装置器校准装置骨能源能源床面床面能源校正能源校正仪开关开关2222C中轴DXA扫描仪组成X线源，校准仪，探头软组织Cour笔笔束束点采集单探头采集速度慢 扫描架固定 费用低23笔束点采集扫描架固定 23扇扇束束线采集多探头采集速度快 宽角扇束窄角扇束24扇束线采集宽角扇束窄角扇束24扇束带旋转扫描架的设备扇束带旋转扫描架的设备仰卧位，腰椎侧位扫描25扇束带旋转扫描架的设备仰卧位，腰椎侧位扫描25扇束不带旋转式扫描架的设备扇束不带旋转式扫描架的设备侧卧位，腰椎侧位扫描26扇束不带旋转式扫描架的设备侧卧位，腰椎侧位扫描26不同制造厂所生产的骨密度仪测得的不同制造厂所生产的骨密度仪测得的骨密度值不可比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）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外周骨外周骨DXA（pDXA)体积小易携带辐射小扫描时间短易操作价格低28外周骨DXA（pDXA)体积小28多种外周骨多种外周骨DXA设备间的差异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29多种外周骨DXA设备间的差异测量部位29CT原理的骨密度测量仪原理的骨密度测量仪 QCTFrom Institut fur Medizinshche Physik Universitat Erlangen-Nurnberg30CT原理的骨密度测量仪 QCTFrom Institut 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脊椎单层扫描髋部投照体积扫描髋部投照体积扫描31QCT任何市场销售的CT机型脊椎单层扫描髋部投照体积扫描31QCT 检测资料检测资料From Institut fr Medizinishche Physik Universitt Erlangen-Nrnberg32QCT 检测资料From Institut fr MediQCT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 33QCT特殊软件33QCT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 Sv34QCT体积骨密度(mg/cm3)34BMC:0.125 grams面积:0.250 cm2 BMD:0.5g/cm20.50.50.5体积密度 1 g/cm31.01.01.0体积密度 1 g/cm3BMC:1.0 grams面积:1.0 cm2 BMD:1.0g/cm2DXA与与QCT面积与体积密度的测量面积与体积密度的测量举例举例:女性椎体女性椎体 男性椎体男性椎体BMD=BMC面积面积35BMC:0.125 grams面积:0.250 cm2外周骨外周骨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36外周骨QCT专用CT扫描仪36定量超声定量超声 QUS37定量超声 QUS37比DXA的技术更多样化无辐射测量的不是骨密度（BMD）定量超声定量超声(QUS)38比DXA的技术更多样化定量超声(QUS)38定量超声仪的多样性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39定量超声仪的多样性测量部位39超声测量参数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40超声测量参数传播声速(SOS)40定量超声工作原理图定量超声工作原理图横向转导横向转导TransmitterReceiver跟骨跟骨water bathFrequencyAbsorptionTime健康人骨质疏松症骨质疏松症SOSBUA)GelCourtesy of Dr.Nelson Watts141定量超声工作原理图横向转导TransmitterRecei超声计算出的参数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：注：硬度，硬度，QUI和估计和估计BMD专用术语，不是专用术语，不是生物力学上的测量固结构特性的硬度。生物力学上的测量固结构特性的硬度。42超声计算出的参数硬度 stiffnes(GE)注：硬度，学习要点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 43学习要点介绍并描述现有的骨测量设备4344C准确性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 3534:3.114444C准确性测量真实值的能力 ISO 3534:3.1144真实性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 3534：3，1245真实性测量数值真实性的能力ISO 3534：3，1245真实性的确定：骨灰重法真实性的确定：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”真实性的确定：骨灰重法真实性的确定：骨灰重法（续）（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%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精确性（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ISO 3534:3.14-3.1548精确性（Precision）比较对相同物体或个人的连续测量结精确性好真实性好系统误差（真实性）与随机误差（精确性）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低准确性高准确性高准确性49精确性好系统误差（真实性）与随机误差（精确性）精确性差精确性精确性真实性 误差(%)误差(%)正位腰椎1-24-10侧位腰椎2-35-15股骨 1.5-3 6前臂 15全身 13Based on Genant HK,et al.J Bone Miner Res.1996;11:707.中轴中轴 DXA50精确性真实性 误差(%)误差(%)Bas精确性真实性误差(%)误差(%)前臂1-24-6跟骨1-24-6手 1-25外周外周 DXABased on Genant HK,et al.J Bone Miner Res.1996;11:707.51精确性真实性误差(%)误差(%)外周 DX定量超声定量超声QUS：准确性：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52定量超声QUS：准确性真实性52学习要点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 53学习要点介绍并描述现有的骨测量设备53
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