骨密度仪的工作原理与质量控制

2012-09-20鲁晶周世菊彭承琳

中国医疗设备 2012年11期

鲁晶，周世菊，彭承琳

1.贵阳医学院附属医院a.设备动力科；b.内分泌科, 贵州贵阳550004；2.重庆大学生物工程学院，重庆 400030

0 前言

作为骨密度测量的仪器，从最早的普通X线检查装置到光子吸收法的核医学设备，发展到广泛使用的双能X线吸收测定、超声检测和CT测定装置已经有50多年历史。主要分为中轴骨双能X线骨密度测量仪DXA[1]、外周骨双能/单能X线骨密度测量仪DXA/SXA、定量计算机断层扫描仪QCT、定量超声波骨密度测量仪QUS。放射学方法测定体内骨矿物质含量BMC和骨密度BMD是目前评估骨质疏松的重要手段，计算公式为BMD=BMC/面积[2]。

1 几种骨密度仪的工作原理

1.1 DXA

DXA是目前最为人所熟知的仪器，也是骨密度测量的“金标准”，所测量到的骨密度与骨折的危险性之间的相关性已被熟知。它有非常好的精确度（变异系数CV值<1%），辐射剂量很低（1～3 MSv），现已经用于多数流行病学的研究、多数药物临床试验中，作为选择病例、治疗及随访观察的设备[3]。

DXA系统主要包括X线球管及高压发生器、准直器、X线探测器、计算机系统以及检查床。X线穿透人体骨组织，不同的骨矿物质对X线吸收量不同，所以X线衰减也不同，将穿透骨组织的X线强度通过探测器和计算机系统转换为骨矿物质含量数值。DXA分别使用两个不同的X线能量（40kV和70kV），分别记录下两种不同光子能量下的衰减曲线。在低能量时，骨骼的衰减比软组织的衰减程度要大，因此，可区分两种组织：骨骼（羟基磷灰石）和软组织。在高能量时，骨骼衰减和软组织的衰减程度是相当的。双能的产生有两种方法：① K缘滤过器，它使用K缘滤过器及固定电位的产生器将多能量的X线光束分开成高能量成分与低能量成分。GELunar使用的是铈滤过器，Norland使用的是钐滤过器。探测器在每一个图像中计算高能量或低能量光子的数量，这种技术称为脉中计数。② 电压转换系统，HOLOGIC公司的电压转换系统采用高压发生器，它可以在主要能量供能的交换性半周期中，在高低电压之间转换产出能量。在半个周期内，电流整合探测器收集所有光子能量信号，不再计数及区别能量的高低。DXA可以是笔束扫描,也可以是扇束扫描。笔束扫描是以点对点、前后移动扫描架的方式来进行，扇束扫描是以线对线、转动扫描架的方式来进行。扇束扫描影像分辨率高、扫描时间短、可以允许病人在仰卧姿势下做脊柱侧位的扫描，但辐射剂量略高。不同厂家的DXA所测得的骨密度值是不可比的，因为不同的厂家有不同的双能量产生方式、准直器、探测器、边缘探测软件和仪器感兴趣区[4-5]。

1.2 DXA/SXA

DXA/SXA工作原理也是根据X线透过人体衰减来进行测量的，但外周XA体积小，便于携带，辐射剂量较低，扫描时间较短，容易操作，检查费用低，特别适用于大批量的体检。外周XA只需要扫描一两处骨骼即可，一般检查前臂、指骨或跟骨。

1.3 QCT

目前所有的CT在安装选配的功能软件以后都可以使用定量计算机断层扫描，这个软件是用来对定位L1-L3椎体内的感兴趣区进行测量的。这也需要增加特殊的参照体模，该体模用来将CT值转换成骨密度。

QCT与DXA的区别在于：这种测量和脊椎的面积无关，因此脊椎的大小在测量时不会导致误差；对体重极重或者身材极高的病人非常适用；QCT直接测量松质骨的骨密度；脊椎退行性病变对QCT的测量结果几乎没有影响[6]。

1.4 QUS

利用声波传导速度和振幅衰减能反映骨矿含量多少和骨结构及骨强度的情况，所用的仪器为QUS。它可测量出声波在骨组织内的传播速度（SOS）和超声波宽衰减值（BUA）。目前QUS只能用来测量外周骨骼，由于软组织在声波的衰减上会产生变异的影响，所以适合测量软组织最少的部位，如跟骨、指骨、胫骨等。骨强度和定量超声波指数通过BUA和SOS运算而来，骨密度从定量超声波指数运算而来[7]。

2 几种骨密度仪的质量控制

骨密度仪的准确性能反映所测量区域真实的骨密度，能对同一病人同一部位在不同时间所做的骨密度测量值有诊断指导意义。骨密度仪的准确性主要取决于设备，而精确性主要取决于操作技术人员。

2.1 骨密度仪质量控制统计学参数

骨密度仪的质量控制主要看3个统计学基本参数：平均值、标准差和变异系数。平均值是所有数据之和除以列数。标准差是评估平均值周围数据的波动范围，标准差越小越好。变异系数是用于比较不同组数据的变异，其公式：

变异系数小说明该组数据的变异小，意味着骨密度仪准确性高，测量结果好[8]。

2.2 骨密度仪开机质量控制测试

骨密度仪每天开机就要进行质量控制测试。首先进行校准测试，使用校准模块和77阶锲形模块，通过校准软件进行测量。其次进行体模扫描，将铝制或羟基磷灰石的标准体模放入水中，模拟人体环境进行测量[9]。该检测能检测骨密度仪随时间变化的特征，记录每天标准体模的骨密度值，根据长期监控的骨密度值，形成标准体模的数值趋势图。当测量值漂移、偏差超出或低于正常范围，就会提示需要维修[10]。