骨密度儀的工作原理與質量控制

魯晶，周世菊，彭承琳

1.貴陽醫學院附屬醫院a.設備動力科；b.內分泌科, 貴州 貴陽550004；2.重慶大學 生物工程學院，重慶 400030

0 前言

作為骨密度測量的儀器，從最早的普通X線檢查裝置到光子吸收法的核醫學設備，發展到廣泛使用的雙能X線吸收測定、超聲檢測和CT測定裝置已經有50多年歷史。主要分為中軸骨雙能X線骨密度測量儀DXA[1]、外周骨雙能/單能X線骨密度測量儀DXA/SXA、定量計算機斷層掃描儀QCT、定量超聲波骨密度測量儀QUS。放射學方法測定體內骨礦物質含量BMC和骨密度BMD是目前評估骨質疏松的重要手段，計算公式為BMD=BMC/面積[2]。

1 幾種骨密度儀的工作原理

1.1 DXA

DXA是目前最為人所熟知的儀器，也是骨密度測量的“金標準”，所測量到的骨密度與骨折的危險性之間的相關性已被熟知。它有非常好的精確度（變異系數CV值<1%），輻射劑量很低（1～3 MSv），現已經用于多數流行病學的研究、多數藥物臨床試驗中，作為選擇病例、治療及隨訪觀察的設備[3]。

DXA系統主要包括X線球管及高壓發生器、準直器、X線探測器、計算機系統以及檢查床。X線穿透人體骨組織，不同的骨礦物質對X線吸收量不同，所以X線衰減也不同，將穿透骨組織的X線強度通過探測器和計算機系統轉換為骨礦物質含量數值。DXA分別使用兩個不同的X線能量（40kV和70kV），分別記錄下兩種不同光子能量下的衰減曲線。在低能量時，骨骼的衰減比軟組織的衰減程度要大，因此，可區分兩種組織：骨骼（羥基磷灰石）和軟組織。在高能量時，骨骼衰減和軟組織的衰減程度是相當的。雙能的產生有兩種方法：① K緣濾過器，它使用K緣濾過器及固定電位的產生器將多能量的X線光束分開成高能量成分與低能量成分。GELunar使用的是鈰濾過器，Norland使用的是釤濾過器。探測器在每一個圖像中計算高能量或低能量光子的數量，這種技術稱為脈中計數。② 電壓轉換系統，HOLOGIC公司的電壓轉換系統采用高壓發生器，它可以在主要能量供能的交換性半周期中，在高低電壓之間轉換產出能量。在半個周期內，電流整合探測器收集所有光子能量信號，不再計數及區別能量的高低。DXA可以是筆束掃描,也可以是扇束掃描。筆束掃描是以點對點、前后移動掃描架的方式來進行，扇束掃描是以線對線、轉動掃描架的方式來進行。扇束掃描影像分辨率高、掃描時間短、可以允許病人在仰臥姿勢下做脊柱側位的掃描，但輻射劑量略高。不同廠家的DXA所測得的骨密度值是不可比的，因為不同的廠家有不同的雙能量產生方式、準直器、探測器、邊緣探測軟件和儀器感興趣區[4-5]。

1.2 DXA/SXA

DXA/SXA工作原理也是根據X線透過人體衰減來進行測量的，但外周XA體積小，便于攜帶，輻射劑量較低，掃描時間較短，容易操作，檢查費用低，特別適用于大批量的體檢。外周XA只需要掃描一兩處骨骼即可，一般檢查前臂、指骨或跟骨。

1.3 QCT

目前所有的CT在安裝選配的功能軟件以后都可以使用定量計算機斷層掃描，這個軟件是用來對定位L1-L3椎體內的感興趣區進行測量的。這也需要增加特殊的參照體模，該體模用來將CT值轉換成骨密度。

QCT與DXA的區別在于：這種測量和脊椎的面積無關，因此脊椎的大小在測量時不會導致誤差；對體重極重或者身材極高的病人非常適用；QCT直接測量松質骨的骨密度；脊椎退行性病變對QCT的測量結果幾乎沒有影響[6]。

1.4 QUS

利用聲波傳導速度和振幅衰減能反映骨礦含量多少和骨結構及骨強度的情況，所用的儀器為QUS。它可測量出聲波在骨組織內的傳播速度（SOS）和超聲波寬衰減值（BUA）。目前QUS只能用來測量外周骨骼，由于軟組織在聲波的衰減上會產生變異的影響，所以適合測量軟組織最少的部位，如跟骨、指骨、脛骨等。骨強度和定量超聲波指數通過BUA和SOS運算而來，骨密度從定量超聲波指數運算而來[7]。

2 幾種骨密度儀的質量控制

骨密度儀的準確性能反映所測量區域真實的骨密度，能對同一病人同一部位在不同時間所做的骨密度測量值有診斷指導意義。骨密度儀的準確性主要取決于設備，而精確性主要取決于操作技術人員。

2.1 骨密度儀質量控制統計學參數

骨密度儀的質量控制主要看3個統計學基本參數：平均值、標準差和變異系數。平均值是所有數據之和除以列數。標準差是評估平均值周圍數據的波動范圍，標準差越小越好。變異系數是用于比較不同組數據的變異，其公式：

變異系數小說明該組數據的變異小，意味著骨密度儀準確性高，測量結果好[8]。

2.2 骨密度儀開機質量控制測試

骨密度儀每天開機就要進行質量控制測試。首先進行校準測試，使用校準模塊和77階鍥形模塊，通過校準軟件進行測量。其次進行體模掃描，將鋁制或羥基磷灰石的標準體模放入水中，模擬人體環境進行測量[9]。該檢測能檢測骨密度儀隨時間變化的特征，記錄每天標準體模的骨密度值，根據長期監控的骨密度值，形成標準體模的數值趨勢圖。當測量值漂移、偏差超出或低于正常范圍，就會提示需要維修[10]。

2.3 骨密度儀對骨密度值的校準

新安裝的骨密度儀要連續掃描標準體模10次，建立初始的平均值和正常范圍。發生故障的骨密度儀，應在保養前或維修后檢查儀器的狀況。維修前后需測量出10次標準體模的骨密度值，如果新的平均值仍然超出正常范圍，需要系統校準后，再重新掃描10次標準體模建立新的平均值。

我院2011年內分泌科購置美國HOLOGIC公司的DISCOVERY雙能X線骨密度儀每天質量控制的圖表，見圖1。由圖1所示，2011年裝機至今，DISCOVERY雙能X線骨密度儀的腰椎體模的骨密度值在質量控制范圍內。

圖1 2011年DISCOVERY雙能X線骨密度儀質量控制

此外，建立維修檔案也是質量控制必不可少的，要詳細記錄故障的情況、日期及解決辦法，必要時打印錯誤信息附在維修記錄后面。

3 小結

骨密度儀的測量技術日益成熟，掌握其原理結構和規范使用，以及日常工作中定期的質量控制是很關鍵的，特別是更換零部件后需進行的校準測試。同時做好設備機械走軌等部件的定期保養，可減少機械位置的漂移，從而保證儀器的精確度。

[1]周琦,牛軍,劉欣.雙能X線骨密度儀身體成份測量在運動醫學中的應用[J].體育科研,2008,29(1):23.

[2]楊宗炎.骨質疏松與骨密度儀進展[J].中國醫療器械信息,2005,11(2):39-41.

[3]朱俊杰,馬成興,陳羽,等.中國首臺雙能X線骨密度儀及其應用[J].核電子學與探測技術,2001,21(2):97-98.

[4]曾錦清,楊東,潘弟.雙能X線骨密度儀測量原理和維修校準的技術分析[J].臨床醫學工程,2008,15(9):31-33.

[5]孫濤,汪家旺.RA法骨密度測定原理及應用分析[J].中國醫療設備,2010,25(2):44-45.

[6]劉玉君,王維.雙能X線骨密度儀(DXA)與定量CT(QCT)測量骨密度的比較研究[J].臨床放射學雜志,2007,(5):504-507.

[7]官輝煜.超聲骨密度儀檢測方法的探討[J].現代測量與實驗室管理,2010,(4):5-7.

[8]俞秀華,涂梅,黃文艷.探討骨密度測量的精確度及其影響因素[J].中國骨質疏松雜志,2004,10(4):434,449-450.

[9]孫黎明.雙能X線骨密度儀原理及質量控制[J].醫療設備信息,2007,9(22):37-39.

[10]張婧涵,殷衡基.關于骨密度儀測量準確性的探討[J].中國醫療器械信息,2010,16(4):15-20.