雙能X射線吸收法檢測動物骨密度的原理及計算方法

申 果

（遼寧開普醫療系統有限公司，遼寧本溪 117004）

骨是脊椎動物體內特有的器官，其中骨質是最為堅硬且穩定的部分。資料表明，骨密度是骨骼強度的一個重要指標，骨骼強度取決于骨骼的外在形態、骨組織的構造和骨密度三種因素，其中，骨密度是決定骨強度最主要的因素。目前有用骨密度檢測來檢測寵物是否有骨質疏松癥，對寵物易骨折原因和后續營養補給有很好的指導作用；也有用于小動物身體成分分析；也有用于司法鑒定，鑒定動物種屬；還可以用于骨質疏松藥物療效評估等。

最早采用X射線進行骨密度檢測主要是通過骨骼X射線的影像密度高低來判斷骨骼的骨密度。這種方法的優點是簡單、易操作，缺點是該方法受主觀因素影響較大，在臨床上只能進行粗略的定性，而難以給出定量結果。DEXA（Dual Energy X-ray Absorptiometry，雙能X射線吸收法）具有掃描速度快，精確度與準確度高、放射性劑量低等優點，已廣泛應用于臨床，是骨密度檢測公認的“金標準”，以克/每平方厘米（g/cm2）表示，是一個絕對值，可檢測脊椎、股骨以及全身骨骼，評價骨骼的健康狀態，是骨質疏松癥早期診斷、疾病監測和藥物療效評價的常用方法。

1 檢測原理

雙能X射線吸收法檢測骨密度，是利用骨骼比組織有更高的衰減。射線穿過被檢測物會有一定的衰減，其衰減量與被檢測物體的密度和厚度成正相關。

X射線在物質中的衰減公式如下：

其中，μ表示衰減系數，x表示物質厚度，I0表示X射線入射強度，I表示X射線出射強度。

當穿過物質不同時，衰減公式表示如下：

其中，μ1，μ2，...，μn表示n種物質對應的衰減系數，x1，x2，...，xn表示n種物質對應的厚度，I0表示X射線入射強度，I表示X射線出射強度。

將動物組織分為骨骼和軟組織兩種，則上述公式可以寫為：

該公式的另一種形式為：

其中，Mb，Ms分別表示單位面積物質的質量，單位為g/cm2，μb，μs分別表示質量衰減系數，單位為cm2/g。

利用骨骼和軟組織對X射線的衰減系數不同，采用校正模體校正的方法獲取到衰減系數，然后分別采集低能L和高能H兩種能譜的X射線，計算得到Mb，即利用以下方程組求解：

計算得到的骨骼密度Mb計算公式如下：

2 計算方法

根據雙能X射線吸收法檢測骨密度的原理，計算步驟如下：

2.1 校正

選用已知密度的類骨骼和軟組織密度的物質作為校正模體。設定雙能X射線的低能和高能，分別采集校正模體數據，計算校正模體的低能下衰減系數和高能下的衰減系數。

2.2 拍攝動物部位

將動物需計算骨密度的部位曝光在X射線下方，分別采集該部位的低能圖像和高能圖像。

2.3 計算骨密度

選擇感興趣區域，計算灰度值，利用公式計算骨骼的骨密度值。

3 小結

本文根據雙能X射線吸收法檢測骨密度的原理，給出動物骨密度檢測的計算方法。通過選擇合適的校正模體，并保證低能和高能X射線的穩定性，得到的動物骨密度就可以對臨床或其它領域應用提供很好的指導作用。