骨密度测量的基础知识与工作原理.ppt

Click to Edit Master Title Style,*,Click to Edit Master Title Style,Click to Edit Master Text Styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,C,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,骨密度测量的基础知识与工作原理,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,C,2,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,C,3,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,C,4,5,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,C,5,6,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,C,6,7,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,H,L1-L3 U-,型,当出现解剖异常时，请注意标记保持一致,U,U,U,H,L5,T12,I,C,7,8,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,C,8,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,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,C,10,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,C,11,中轴骨测量技术,双能,X,线骨密度测量仪,(DXA),定量,CT,(QCT),C,12,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,C,13,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）,C,14,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,C,15,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,C,16,用于区分骨和软组织导致的衰减,入摄电子束,(I,o,),X-,线进入的地方,发射束,(I),X-,线穿出的地方,衰减,I,o,-I,依赖于,x-,线能量,I,o,I,X-,线的衰减,Attenuation,C,17,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,I,o,I,Attenuation,低能,高能,C,18,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,C,19,GE,用铈(,cerium),滤过器，两种能量峰值分别为40和70,Kev.,Norland,用钐(,samarium),滤过器，两种能量峰值为45 和 80,keV,K,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,C,20,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）,C,21,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,C,22,23,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,光子探测器,探测器校准装置,骨,能源,床面,能源校正仪,开关,C,23,笔,束,点,采集,单,探头,采,集速度慢,扫,描架固定,费用,低,C,24,扇,束,线,采集,多,探头,采,集速度快,宽,角扇束,窄,角扇束,C,25,扇束带旋转扫描架的设备,仰卧位，腰椎侧位扫描,C,26,扇束不带旋转式扫描架的设备,侧卧位，腰椎侧位扫描,C,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）,C,28,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,C,29,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,C,30,CT,原理的骨密度测量仪,QCT,From Institut fur Medizinshche Physik Universitat Erlangen-Nurnberg,C,31,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,C,32,QCT,检测资料,From Institut fr Medizinishche Physik Universitt Erlangen-Nrnberg,C,33,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,C,34,QCT,体积骨密度(,mg/cm,3,),精确性低于前后位腰椎,DXA,测量：1-3%,3,D,（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,C,35,BMC:0.125 grams,面积:0.250,cm,2,BMD:0.5g/cm,2,0.5,0.5,0.5,体积密度 1,g/cm,3,1.0,1.0,1.0,体积密度 1,g/cm,3,BMC:1.0 grams,面积:1.0,cm,2,BMD:1.0g/cm,2,DXA,与,QCT,面积与体积密度的测量,举例:女性椎体 男性椎体,BMD=,BMC,面积,C,36,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/cm,3,),测量区（,ROI,）皮质和松质骨,C,37,定量超声,QUS,C,38,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),C,39,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,C,40,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,C,41,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,C,42,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。,C,43,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,C,44,45,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,C,45,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,C,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,”,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,C,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%,C,48,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 3534:3.14-3.15,C,49,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,C,50,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 G,enant HK,et al.,J Bone Miner Res.,1996;11:707.,中轴,DXA,C,51,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.,C,52,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,C,53,