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188比分双能X线骨密度仪原理及质量控制

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  双能X线骨密度仪原理及质量控制_临床医学_医药卫生_专业资料。压疗缇吾彳莒重 双能x线骨密度仪原理及质量控制 孙黎明 (福建省立医院设备科。福建福州350001) [摘要]本文主要阐述双能x线吸收技术(DExA)的基本构成、测量原理。以美国NoRLAND公司

  压疗缇吾彳莒重 双能x线骨密度仪原理及质量控制 孙黎明 (福建省立医院设备科。福建福州350001) [摘要]本文主要阐述双能x线吸收技术(DExA)的基本构成、测量原理。以美国NoRLAND公司的双能x线骨密度仪为 例,简述骨密度仪的质量控制、以及影响仪器临床检测精度的因素。 [关键词]骨密度仪;双光子吸收法;质量控制 【中图分类号]TH789;R五81 [文献标志码]B [文章编号]1007—5710(2007,09—0037—03 Principle and Qua吐ty C帆trol 0f DIlal E腿r野x—ray Absorp伽meter(DExA) SUN“一T1】ing (Eq珂pmem D印砌ent ofFqlan Pro’.incl甜HosPi臼I,Fuzhou of Dlld Fujlan 350001,Chim) Abg奸a咄E坤01111ds hneay dle quality tIle b心c con蚶cL|don艄d山e m嘲uremen‘p血ciple 6ctoB吐lat dle En。蝌x一唧Abso叩domecer (DExA).Dcsc曲韩 Tmde m Amedca N。一md con砌and山e me七er血;cB伽clinicd check,协lciIlg dl。Pmduct C砌Pa。ly. Key帅rds:bone de戚comecer;DEXAi quali衅con嘲 随着老年型社会的形成,骨质疏松症这种老年人骨代谢 性疾病越来越受到人们的重视。骨质疏松症患者骨质强度降 低、脆性增加所引发的骨折给社会造成了巨大负担。所以骨质 疏松症的诊断尤为重要。骨矿物质的含量即骨密度测定是评 定骨量丢失,诊断骨质疏橙的主要手段。 二十世纪六十年代末期。人们用x光片和单光子吸收法 (SPA)诊断骨质疏松。但这两种诊断方法的精度和敏感性较 低,只能基本满足临床的需要。随着科技的发展.出现了双光 子骨密度仪。测量中枢骨如腰椎,髋骨。利用不同组织对两种 能量的衰减不同计算其骨量。其使用的放射性元素钆一153,能 产生44keV和100kev两种能谱的r射线天。 临床上诊断意义高.但需要更换放射源.且要每日换算校正参 数。二十世纪八十年代束。出瑗了双能x线吸收技术(DE)渔)。 由于辐射小、精度高,无消耗品,深受临床专家的信赖。二十世 纪九十年代出现了定量CT法,它能够将骨皮质与骨松质区分 开来测试结果,能够早期诊断病情和短期观察药物疗效。另外 超声诊断法也是近年在普查中广泛应用的。以上的各类技术 中,DExA法是当今骨质疏松症的主要诊断方法,被称为“金标 准”,下面对其以详细介绍。 IL=I札e-(hM.+弘饥MD) 图l骨和软组织能量衰减圜 不同的能量强度衰减。这样能够找到肌肉组织、脂肪组织、 骨骼等对不同能谱段的X线的不同吸收特性曲线。通 过校正计算公式计算出骨髂中骨矿物质的含量。 IH=I。lle-(‰地+h.MB) 注:皓未衰减的光子流率(photon∥牌c) I=衰减过的光子流率(ph毗lm∥B即) l技术原理 M=单位面积物质的质量(g/啪2) u;质量衰减系数 L.H=表示低、高能谱光子的下标 S.B=软组织和骨骼的下标 光子的能量一般保持在45kev,80kev两个能谱段.低能 —37— 普通的x线kev连续能谱。在其穿透骨骼 时,骨骼和软组织对不同的主要能谱段45kev和80keV产生 收稿日期:2007_01—22 修曰日期:2007—02一13 22卷9期稚2007.9 万方数据 万方数据 匿疗设备僧垂 谱(45keV)的光子能够灵敏的检测到软组织与骨骼这两种物 质组合的微小变化。光子流量的变化和衰减系数的变化可推 算出Ms,MB。 检测精度更高。目前各种仪器都已经具有射线散射校正、衰减 补偿等功能,仅从精确度比较,暂时没有发现明显的优势。 2.2双能X线的探测器 就不同的射线RB×L皿(II以帼)一k(I以弛)l/(烛?螂RB) 注:RF№一№ R庐№L/斗喇 M一(咖m2)={R“h(I}以明)一h(I以札)l/(斗r懈Rs) R是软组织或骨髂对低能谱和高能谱的衰退率系数比 l带鉴别器探测器 对应稀土滤过式双能X线京。匠同时具有两种能谱,需要 鉴别器去区分高低能。鉴别器多为NaI、CzT、CaW04材料的闲 烁体.根据它不同的规格特性会因不同能谱段的x线产生闪 烁亮度不同。这些闪烁经过光电倍增管(PMT)检测后放大输出 2测量原理 电信号。 2.2.2无鉴别器的探测器 所有的双能X线骨密度仪均由双能X线发生器、能量探 泓器、数据处理和扫描机械控制等部分组成。 2.1不同原理产生的双能X线 根据产生职能x线的球管不同而划分为: 2.1.1稀土滤过式的恒定高压球管 利用潜能式x线kv的高压.使其产生具有连 续100 kev的泛能谱x线;用含有重钐Sm或铈ce的稀土滤 过器滤过x线束,叫K边缘滤过。通过K边缘滤过后的x线 束变为吉有两个特异性能谱峰(45kev和80kev)的双能x线。 对应于脉冲转换式双能x线束.不是同时存在高低能谱 曲光子。不需要区分高低能的鉴鄹器。探铡器采用镉钨闪烁体 配光电倍增管(PMT)或Gd舯:光电池对高低能谱的光子分时 进行计数,放大后输出电信号。这种探侧器的可以做的很小 (n4唧),故影像分辨率得到有效的提高。由于骨密度仪是定 量的设备,只看其质控结果的变异系数来评判其精度。但在目 前的各种上报参数中,所有的x线骨密度仪质控变异系数都 是(1%。所以暂时没有数据报道说明此类探测器的仪器精度更 高。 2.3数据处理 由PMT或光电池输出的电信号传递至中央处理器进行计 算处理。换算出相应的骨矿物质含量和骨密度来。 3质量控制 质量控制是定量检测仪器非常重要的组成部分。是对仪 器各组成部件精确度、准确度的校准,保证仪器工作在最佳状 O 曲 ∞ ∞ 神 m 瑚 瑚 态。对于准确度和精度的认识要区分开来。 图3是以射击靶上射中的点的位置来作为例子说明精度 和准确度的关系。A中各点都射中在中间五环之内了.从射中 图2双能x践能谱图 2.1.2脉冲式转挟能量x线球管 环数上好于B图。 通过使用电子电路产生的8.33船和10Ⅱ搏的脉冲控制高 压发生器产生脉i申式球管高压(70kv/140kv,)。在交替的高压 控制下。x线球管会交替式产生类高能谱和低能谱为主的 (43ke、W 10k“;70kdv/140kev)x线束。 以上两种方法产生的双能谱x线特异性都不是非常好。 对于K边缘滤过式x线 k“枷kev的光子 都视为低能计数,大干60 kev的都视为高能:脉冲式产生的x 线,扣除噪音后分时段全都归为高能或低能。以上的傲法主要 可以提高高低能的绝对计数量,检测时衰减的相对量范围宽, 有利于扩大检测质量的范围,有的检测范围可达5mg-150kg。 也有观点认为,高能和低能谱x线kev低能穿透力强,衰减更灵敏. 一38— ◎◎ ^准确度好好但精度不好 B精度好但准确度差 田3精度与准确度对照圈 但可以看出,各点的位置很不集中,这就是精度不如B图 所有的点均集中在一处好。如果B射击者调整了它的瞄准器. 他能够全部射中中心。由此可以看出质量控制中的校准定标 方法对保持高精度的重要性。 22卷9期鼯2007.9 万方数据 万方数据 医疗设吾稽垂 例如美国NORLAND公司的双能x线骨密度仪的质量控 制分为以下两部分: 3.1使用校准器建立校正线,进行精度(preci8ion)定标(QA) 利用已知的等同骨骼和较组织密度的物质(实际使用铝 合金和丙烯酸塑料分别替代骨骼和软组织)组成一个10阶 (软组织)和6阶(骨骼)相错位后的77阶的楔形枝准物(图 4)。这个校准器高40cm.从低蓟高具有77个不同的已知密度 值的定标点,模拟了人体中骨骼和软组织77种比例情况。在 位器安装或更换X线球管、捡测器与校正曲线数据有关的配 件时,都需要执行定标程序。该程序是利用双能x线个已知密度的密度点,探测器会分别检测到高能和低能 x线的光子衰减敷量值与已知的物质密度的对应关系.并将检 测到的高保能计数衰减值与捌对应的密度值绘制成对照轰储 存在CAⅡB.FIL文件中。这个对照表就代表丁人体中不同成分 (骨骼和软组织组成比例不同)的骨密度值与高低能计数衰减 值相对应的校正曲线。由此可见。枝准器的数据点越多,校正 曲线会越平滑.精度会越高。 5小结 操作规范及定位影响着测量结果。特别是髋部测量.在 wHO认定的测量中腰推和髋部作为诊断的标准。但髋部检测 的精确度除了仪器情况外,在操作上依赖于从一次测量到另 一次测量时髓部旋转的角度。从结构来说.髋部向内旋转的角 度大约在150~200时,使股骨颈平行于扫描床上的床面.也就 是垂直于检测射线。在这种体位时股骨颈骨密度值是最低的。 当髋部从这个体位旋转不足或过度对。般骨颈、大转于、Wards 三角区的骨密度值将会发生变化,实验发现,有时选样的变化 甚至会超过最小意义的变化。 4影响高精度的其他因素 真值进行比较判断是否在偏差允许范围.作出提示:精确度的 检测是将最近的16状结果进行统汁.计算变异系数是否超过 1%,作出提示。 由以上介绍.我们可知双能x线吸收法主要是利用骨骼 和软组织对不同能谱段的x线会产生不同的衰减.即骨嚣对 45keV左右的X线bV能谱段的X线 吸收大。这就有教的避免单能X线只能检测骨骼多没有软组 织的部位(前臂、跟骨)。增加双能x线的强度和检测器的灵敏 度使计数量高、选择更多的采样点做校正器、严格的质量控 制、按操作规范严格操作等都是保征仪器在高精度、高准度下 围4 77阶棱准器模似图 运行的关键阉救。 3.2使用类A类骨骼体模做仪器的准确度(accuracy)校正(Qc) 通过校准器的检测建立校正线后。按理在检测病人时就 可以得到结果了.但由于枝 准器的组成物质是铝和丙 烯酸塑料,它们虽然有已知 的密度.但与人体的成分特 性还是些差异。所以 NORLAND公司再用仪器 检溯一已知的体模(由国际 公认的与人体骨髂最相近 图5腰椎质量控模块 [参考支献】 [1】顾本立.定量x—cT技术测量骨密度[J】.中国医疗器械杂 志,1995,19(5):5. [2】刘忠厚.骨质疏松学【M】.北京:科学出版社,1998. 【3】王春燕,等.双能量x射线成像技术【J】.医疗设备信.包. 200“10):27—30. 【4】周琦,程晚光,译,骨密度仪测量中精密度的重要性fJ】中国 骨质蔬松杂志,2002,8(1):94—96. [5]朱晓颖,朱汉民,张雪梅.关于wardg三角区的探讨【J]中 国骨质疏松杂志,2005,11(4):460—463. 【6]RichaId nWasn沁h,M.D.OSTEOPOROSIs 的物质羟基磷灰石{5I成)如图5。在检测之前将校正系数设置 为1.000,连续检渊10攻Qc值,得到的值与体模的真实值相 比,计算出校正系数(如同射击者诃整瞄准器)。这群在检测病 人时,得到的检测值乘以校正系数就会得}}{准确的结果。仪器 每天都会执行QA和Qc程序,将x线和检测嚣的最新状态的 数据分别储存在cAuB.nL和Qc nL文件中并做准确度和精 确度的检查。准确度的检测是将每天得到的OC结果与体模的 Cdd口ue锄d ‰dum【M】.Bany扑Pl髑日, 【71牵教.数字残影造彩设备的新技术发展覆其应用[J J.医疗卫 生装备,2加5(12),54-57, 【8】钱卫红.双能x线骨密度仪基本原理分析及故障检修实例 [J].医疗设备信息,2002(12):55. ☆ 22卷9期船2007.9 —39— 万方数据 万方数据

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