双能X线骨密度检查仪的工作原理及校准步骤

双能X线骨密度检查仪的工作原理及校准步骤

Dual Energy X-Ray Bone Densitometer: Measurement Principles and Calibration Procedure

时玉香 山东省东营市胜利油田中心医院器械科 257034

摘要：本文介绍了常用骨密度仪的测量技术，对QDR4500双能X线骨密度仪的工作原理进行了分析，并介绍了 QDR4500双能X线骨密度仪的检查和校准步骤，供维修工程师和操作技师参考。

关键词： 骨密度仪；原理；校准；维护；BMD

对于骨质疏松症，骨密度仪可以对各种疾病引起的骨质疏松提出精确的诊断并对临床治疗提供可靠的依据。骨矿密度测量仪从检测手段上可分为单光子吸收测量法（SPA）、双能X线吸收测量法（DEXA）、定量CT（QCT）和超声（USA）等方法，从检查部位上可分为跟骨、前臂和全身多部位等几种系列。目前从检测的准确性、权威性上来看，双能X线全身骨密度仪以其穿透力强、精确度高、对人体危害小而被视为骨质疏松检测的最值得推广的检测设备。

1. 常用骨密度仪的技术特点

目前骨密度测定仪主要有光子吸收法，定量超声法，X线吸收法和定量CT测定法等类型，其原理和技术特点如下：

光子吸收法测定骨密度装置是利用核素产生的单光子或双光子能量r射线作为放射源，其对软组织和骨质有不同的穿透力，经过放射源和探测器平行移动，探测晶体进行检测计数，计算机分析处理得到BMC 和BMD。

超声骨密度仪是利用超声波穿过身体组织时发生衰减，衰减量与组织特性有关，骨内传播速度取决于骨的弹性模型和骨密度的特性[2]。超声换能器从跟骨的一侧向另一侧发射超声波，通过传导速度和振幅衰减定量检测骨矿含量和骨结构及强度，特点是无创，无辐射和便携方便，用声速SOS和宽频超声衰减BUA综合出定量超声指数QUI并评估BMD。

使用X线吸收法的有单能X线和双能X线骨密度仪，以及定量CT装置，其原理基于X 线穿透人体骨组织时，对于不同骨矿含量组织X线吸收量的不同，通过计算机将穿透骨组织的 X线强度转换为骨矿含量数值。其中双能X线吸收测定方法DEXA是X线球管经过吸收过滤产生高/低二种能量的光子峰（一般为40kev和80kev），采用笔束式或扇形X线束，通过全身扫描系统将信号送至计算机处理，可以精确得到骨矿含量、肌肉量和脂肪量[1]。定量CT测定法是利用常规CT机扫描，选择特定部位测量骨矿密度，放射剂量相对较大，价格高，临床上不常用。

2、QDR4500双能X线骨密度仪的扫描原理

QDR4500双能X线骨密度仪采用先进的扇束扫描技术，其图像分辨率高，性能优异。能满足绝大多数复杂的临床工作及研究需要，包括标准PA脊椎及髋部，侧位脊椎BMD测量，侧位脊椎成像和全身加前臂扫描。为方便不同操作人员的使用，其内置的自动校准系统使质控数据校准更加简单。QDR4500双能X线骨密度仪设计时充分考虑到降低对操作人员的要求，为此它专门装备了一个带有准心激光头开/关的操作台，以及定位帮助系统和在无噪声状态下时能自动扫描及分析等功能的操作系统。

其X线扫描原理为：X线发生器即球管置于位于病人下面，

以电源频率交变产生100KVp—140KVp的X 射线。球管置于C型臂的一端，另一端即病人的上面装有晶体探测器，扫描时，在计算机控制下，C型臂和检查床缓慢移动，使扇形射束扫过病人的指定部位。

在射线扫过病人之前，射线首先经过旋转鼓过滤，旋转鼓中有分别与组织骨头和空气吸收值相等的材料。光束最终被检测器接收，可以得到x-射线对病人和旋转鼓中校准材料的吸收情况。接收器中的信号在a\d转换器中转变为数字信号后输送给电脑，电脑再把这些信号转换成图像显示在屏幕上，这些信号也可以作为BMC和 BMD计算的基础，QDR 4500是根据骨骼阻挡在高能区和低能区的x射线能力不同来计算的。骨骼计算方法 Q=L-kH

H和L分别是在高能射线和低能射线下样本的吸光率的对数，k的值取决于组织的吸光情况。对QDR 4500,k不断的用"组织"档滤筛测量。

程序按照下列方式工作：

①初始化扫描，获取感兴趣区

②设定k为下值得平均数

K=[L tissue-L air]/[H tissue-H air]

L tissue代表低能段组织的检测值

L air代表低能段空气的检测值

H tissue代表高能段组织的检测值

H air代表高能段空气的检测值

注：空气是指过滤鼓为空时

③运用k的值，运用上式计算检测的所有点的Q值。Q值得排列组成＂Q扫描＂，显示Q扫描

④构建一个Q值的图表。因为扫描只包含软组织，这个图表会有一个较大的峰，在峰右边选择一个最低值，对骨骼部分和非骨骼部分加以区分。

⑤用非骨骼的点为检测线计算一个基准值。对所有的点进行第4步和第5步的处理

⑥圆滑骨骼的边界以消除突出的不稳定形成的骨骼点

⑦显示骨骼与非骨骼点

⑧定义一个恒定的Q值与BMC值的比例d0，这个值是当过滤鼓介入骨骼中间时Q值得变化量

⑨将所有的在选定区的骨骼点的Q值相加然后乘以d0,

⑩计算选择区内骨骼点的数目来定义的骨骼区

计算骨密度 BMD=BMC/area

3、检查和校准

3.1检查皮带的松紧度：检查各个电机的驱动皮带，如果松弛，进行调整。

3.2调节C型臂的Y皮带：在安装或移机时，要对C型臂的Y皮带进行调整，步骤如下：将C型臂移到检查床的中间（注意：在关机状态下要移动C型臂或检查床，其移动速度不要超过1"/秒），关闭QDR4500仪器电源、计算机电源和主电路断续器，松开固定张力模块的两个螺丝，调节张力螺母使弹簧压缩至7/8英寸，上紧两个固定螺丝。

3.3校准电机:SQDRIVER程序为每个电机（TZ、AY、TY、TX）提供了CALIBRATR命令来矫正编码器读取的数据以决定电机的运动范围。

3.4检查X线束的准直度：X线束与探测器的准直度是非常重要的，因为准直度的精确性将影响到将查结果的重复性。为了要检查线束的准直度，要执行X-Ray Beam Alignment 程序。

3.5校准缝隙：假如检查床不能移动，就必须进入Service菜单选择AP reposition

下列步骤用来鉴别每个编码器缝隙的准确位置。

①将检查床移到中间并降到最低。

②运行SQDRIVER

③在CARM＄＄＄＄＞后键入CALIBRATE。

3.6检查激光位置：用CenterTable键或应用A/P position 功能将检查床和C臂移到中间，打开激光使之照射到一个指定的物体上。在QDR主界面上，选择执行Exam，选择脊椎模型，AP腰部，启动扫描，扫描开始后，敲击重新定位扫描，使臂重新定位并结束扫描，打开激光器。

①C臂下面有三个螺丝调节这三个螺丝，使十字激光正好射在指定的物体上。

②运行扫描以检查你的调整结果。

3.7调节A/D增益：仅管探测到的X线有稍稍的变化，为了确保A/D转换器有相同的输入，QDR4500的A/D转换器板安装了能量测试计，可执行A/D Gain Control程序。

3.8执行探测器均匀度测试：此步骤是为了在每个扫描模式时都能使X线均匀，只要执行Detector Flattening 程序即可。

3.9执行横向准直测试：运行Lateral Alignment Test 进行横向准直度测试。