雙能x射線骨密度儀技術(shù)進(jìn)展綜述

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1、第23卷第5期2014年9月（717-730）CT理論與應(yīng)用研究CTTheoryandApplicationsVol.23,No.5Sep.,2014李嬋,李亮,陳志強(qiáng).雙能X射線骨密度儀技術(shù)進(jìn)展綜述[J].CT理論與應(yīng)用研究,2014,23(5):717-730.LiC,LiL,ChenZQ.ReviewofdevelopmentsofthedualenergyX-rayabsorptiometrytechniques[J].CTTheoryandApplications,2014,23(5):717-730.雙能X射線骨密度儀技術(shù)進(jìn)展綜述李嬋

2、a,b，李亮a,b，陳志強(qiáng)a,b*（清華大學(xué)a.工程物理系；b.粒子技術(shù)與輻射成像教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084）摘要：骨質(zhì)疏松的日趨嚴(yán)重使得骨密度的測(cè)量越來(lái)越受到人們的關(guān)注。隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙能X射線骨密度儀以其精確的測(cè)量結(jié)果，較低的輻射劑量以及多種類多型號(hào)，被廣泛運(yùn)用于骨質(zhì)疏松的診斷中。本文介紹骨密度的概念、測(cè)量方法和部位，重點(diǎn)介紹雙能X射線骨密度測(cè)量的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)不同的分類方法對(duì)現(xiàn)有雙能X射線骨密度儀進(jìn)行分析和闡述，并通過(guò)硬件和軟件對(duì)目前雙能X射線骨密度儀存在的問題進(jìn)行分析，對(duì)未來(lái)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論和預(yù)測(cè)。關(guān)

3、鍵詞：骨質(zhì)疏松；骨密度；雙能X射線骨密度儀；骨礦含量文章編號(hào)：1004-4140（2014）05-0717-14中圖分類號(hào)：TH774文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A隨著世界人口老齡化的加劇，骨質(zhì)疏松癥已經(jīng)成為困擾老年人，特別是中老年婦女健康的主要疾病之一[1]。骨質(zhì)疏松癥會(huì)導(dǎo)致患者全身疼痛、腰背活動(dòng)受限，甚至造成骨折。中國(guó)正邁入老齡化社會(huì)，生育率低、人口結(jié)構(gòu)老化已成未來(lái)發(fā)展的重大隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2013年，中國(guó)骨質(zhì)疏松癥患者已經(jīng)超過(guò)8800萬(wàn)，并有年輕化趨勢(shì)，居世界首位[2]。因此，如何有效地預(yù)防、治療骨質(zhì)疏松已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)界乃至全社會(huì)共同關(guān)注的問題。1骨密度的

4、定義與診斷判據(jù)骨密度這一概念與骨質(zhì)疏松是緊密聯(lián)系在一起的，人類對(duì)骨密度、骨質(zhì)疏松的理解也是隨著醫(yī)療手段和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而逐漸清晰深化的。從1885年P(guān)ornmer第一次提出全身骨質(zhì)的減少即為骨質(zhì)疏松的概念[3]，到1990年丹麥第三屆國(guó)際骨質(zhì)疏松研討會(huì)及1993年香港第四屆國(guó)際骨質(zhì)疏松研討會(huì)，將骨質(zhì)疏松最終定義為：以骨量減少、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化為特征的，致使骨的脆性增加以及易于發(fā)生骨折的一種全身性骨骼疾病[4－6]。同時(shí)，骨質(zhì)疏松癥被稱為無(wú)癥候疾病，早期的診斷是治療骨質(zhì)疏松癥的關(guān)鍵。因此，如何精確地測(cè)量骨密度對(duì)評(píng)價(jià)骨質(zhì)流失、診斷骨質(zhì)疏松并給予及

5、時(shí)治療對(duì)治療骨質(zhì)疏松起著至關(guān)重要的作用[7]。世界衛(wèi)生組織也建議采用該骨密度定義提供的結(jié)果對(duì)骨質(zhì)疏松癥進(jìn)行診斷[8]，并稱其為骨密度測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”[9]。醫(yī)學(xué)上的骨密度就是測(cè)量人體骨鹽，主要由鈣和磷兩種無(wú)機(jī)物組成，存在形式為高度收稿日期：2014-04-11?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11235007）。718CT理論與應(yīng)用研究23卷結(jié)晶形成的羥磷灰石。常用的有骨礦含量（BoneMineralContent，BMC）和骨密度（BoneMineralDensity，BMD）這兩個(gè)概念。骨礦含量是指沿骨軸線方向，每厘米骨段所含的骨礦物質(zhì)，包括

6、骨的礦物質(zhì)量和有機(jī)質(zhì)量，單位為g/cm；骨密度是指垂直測(cè)量射線入射方向上單位面積骨的礦物質(zhì)面密度，單位g/cm2，一般小數(shù)點(diǎn)后保留三位數(shù)。通過(guò)定義可以看出采用“骨密度”這一醫(yī)學(xué)概念可以避免不同位置的骨寬差異，使得同一骨段不同掃描位置的數(shù)據(jù)具有可比性，并可用于不同個(gè)體、群體間的比較以及標(biāo)準(zhǔn)值范圍的建立?；谕褡?、同性別、同地區(qū)生活的人，其骨密度峰值非常接近這一假設(shè)[10]，醫(yī)學(xué)骨密度診斷分級(jí)中，使用T值和Z值將被測(cè)者的測(cè)量數(shù)據(jù)與他人結(jié)果進(jìn)行比較計(jì)算，根據(jù)骨質(zhì)丟失程度對(duì)骨質(zhì)流失進(jìn)行判斷，提出相應(yīng)的治療方案。其中T值表示被測(cè)人的骨密度與同性別年輕人的

7、對(duì)照組之差別；Z值表示被測(cè)人的骨密度與同性別、同年齡對(duì)照組的平均骨密度差別[11]。根據(jù)T值或者Z值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)骨折的評(píng)估或是骨質(zhì)疏松年齡的預(yù)測(cè)。英國(guó)Kanis教授等[12]提出采用“被測(cè)者骨密度低于25歲女性平均骨密度2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，被診斷為骨質(zhì)疏松；當(dāng)?shù)陀?～2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，被診斷為骨量減少；不低于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，被診斷為正?！?。這一診斷標(biāo)準(zhǔn)隨后被世界衛(wèi)生組織認(rèn)可并推薦，但一般僅適用于歐美白人婦女。其他的診斷標(biāo)準(zhǔn)還有以O(shè)rimo為首的日本骨代謝學(xué)會(huì)制定的日本人群的骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)[13]、中華醫(yī)學(xué)會(huì)提出的中國(guó)大陸骨密度正常值數(shù)據(jù)庫(kù)等[14]。這

8、些骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)都仍處在完善的過(guò)程中，需要大量的臨床數(shù)據(jù)不斷補(bǔ)充，提供更好的診斷幫助。目前，對(duì)于未獲得本國(guó)或本地區(qū)骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)的區(qū)域，仍采