CN102805637B - 一种三维骨密度的计算方法和测量仪 - Google Patents

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Abstract

一种三维骨密度的计算方法，其过程为：1)求得骨骼尺寸修正系数，该骨骼尺寸的修正系数为平均骨骼尺寸与具体骨骼尺寸之比；2)将已有的三维骨密度与已有的二维骨密度的数据之比作为投影常数；3)将测得的二维骨密度乘以步骤1所得的骨骼尺寸修正系数再步骤2所得的投影常数，得到三维骨密度的数据。本发明还公开了一种用于实现上述方法的三维骨密度测量仪。

Description

一种三维骨密度的计算方法和测量仪
技术领域
本发明涉及一种三维骨密度的计算方法。
本发明还涉及一种用于实现上述方法的骨密度测量仪。
背景技术
骨组织起到了支撑人体并保护内脏器官的作用，因此骨组织的质量非常重要。衡量骨组织质量的一个重要标志就是骨密度。
目前临床测量骨密度的方法是利用骨组织对X射线的吸收与骨矿物质的含量成正比的原理。大多是使用单一能源或双能源X射线进行测量，双能量X射线是经过一定的装置获得两种能量-低能光子峰和高能光子峰。这两种光子峰穿透身体后，扫描系统将所接受到信号由计算机进行数据处理计算骨密度和并转换为Z和T分数。根据世卫组织的指导，骨质疏松症可以从Z和T的分数来诊断。用公知的X射线测量的问题是只能得到二维数据，由此而得的骨密度是面积密度而非体积密度。因此，依据二维骨密度来诊断骨质疏松症是不准确的，并且骨质疏松症相关性不完美。
三维骨密度(即体积密度)可以从定量CT(QCT)测量得到，其测量得到的结果更准确并且和骨质疏松症相关性更完美。但是由于QCT的造价太高和所用X光剂量太高等问题，目前还没法得到广泛的临床使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维骨密度的计算方法。
本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的骨密度测量仪。
为实现上述目的，本发明提供的三维骨密度的计算方法，其过程为：
1)求得骨骼尺寸修正系数，该骨骼尺寸的修正系数为平均骨骼尺寸与具体骨骼尺寸之比；
2)将已有的三维骨密度与已有的二维骨密度的数据之比作为投影常数；
3)将测得的二维骨密度乘以步骤1所得的骨骼尺寸修正系数再步骤2所得的投影常数，得到三维骨密度的数据。
所述的计算方法，步骤2中已有的三维骨密度为多人的平均数据，已有的二维骨密度为多人的平均数据。
所述的计算方法，已有的三维骨密度是通过医学上可接受的方法(比如通过定量CT)得到。
本发明提供的用于实现上述三维骨密度计算方法的测量仪，主要包括：一X光源和一平板探测器均分别连接一计算机，由该计算机控制X光源和平板探测器；且平板探测器置于X光源的光路上。
所述的测量仪中，X光源为单一能源或双能源的X光源。
所述的测量仪中，双能源的X射线的能量的改变是通过改变X射线的管电压、或通过改变X光过滤器、或通过改变X射线的管电压和改变X光过滤器。
所述的测量仪中，X射线的管电压是医学上能够接受的范围。
所述的测量仪中，X光过滤器是具有X光特征谱的过滤器(如：Al、Cu或其它材料的过滤器)。
所述的测量仪中，平板探测器可以是能够感应X光的探测器和接收器(如：CMOS平板探测器、非晶硅平板探测器或非晶硒平板探测器)。
本发明的计算方法通过测量仪得以实现。而本发明的测量仪基本是由公知的设备组合而成。因此，本发明得到较准确的三维骨密度数据的技术方案，相比较于公知技术而言，其设备简单、投资少，并且不会增加X射线对人体的负影响。
附图说明
图1是本发明的测量仪的结构示意图。
图2是本发明的计算方法流程示意图。
具体实施方式
本发明的三维骨密度的计算方法所需要的数据，可以从公知技术如X射线图像中得到。在X射线图像中可以得到骨密度测量的准确部位和二维骨密度数据，同时通过该图像可以测量得到同一部位的具体骨骼尺寸。
本发明通过测量多个不同人体的X射线图像得到多个同一部位的具体骨骼尺寸，再将该具体骨骼尺寸平均到人数就得到该部位的平均骨骼尺寸。该具体骨骼尺寸测量的人数越多，其平均骨骼尺寸越准确。由此方法得到的骨密度消除了骨胳大小对骨密度的影像，从而更接近正确的骨密度。将得到的平均骨骼尺寸与具体骨骼尺寸相比，得到一骨骼尺寸修正系数，该修正系数表征了某一具体人体的具体骨骼尺寸与平均相比较是大或是小。将测得的二维骨密度乘以该骨骼尺寸修正系数即得到三维骨密度的数据。
本发明曾经采用各医院大量的X射线图像以及其他骨密度仪测量的二维骨密度数据按照上述方法进行计算得到了三维骨密度，并将得到的三维骨密度与公知QCT的三维骨密度数据比较后证明，两种方法在相同的骨骼部位和相同的照射角度下取得的数据之间有一常数关系。由于目前公认的三维骨密度的权威数据仍是以QCT为准，因此为了统一标准，本发明的三维骨密度需要再乘上一个常数。这个常数依据不同的骨骼部位和不同的照射角度而呈现不同的值，比如本发明和QCT两种方法均是正面投影的手臂的肘关节部位，得到常数为2.0，侧面投影的同一肘关节部位得到的常数是1.9。由于这个常数与投影角度有关，所以称之为投影常数。该投影常数的值将不会随病人而变。
概括地说，本发明可以用下列计算公式表达：
骨骼尺寸修正系数＝平均骨骼尺寸/某病人骨骼尺寸
三维骨密度＝二维骨密度*骨骼尺寸修正系数*投影常数
投影常数可以由目前已有的三维骨密度和二维骨密度数据的平均值得到，是表明这二种骨密度的相关性的平均值，这个投影常数是一个人口的平均常数。将计算得到的修正系数和投影常数与通过公知技术得到的某具体人体的二维骨密度相乘即得到该具体人体的三维骨密度。
该投影常数可以通过现有的三维和二维的相同部位的骨密度数据平均得到。具体地说，该投影常数的得到，是已有的某一骨骼部位的三维骨密度数据与已有的相同骨骼部位的二维数据之比。本发明所指的已有的三维和二维骨密度数据是指通过目前医学上可以接受的手段所得到的数据，比如通过定量CT得到的三维骨密度数据和X光得到的二维骨密度的数据。在实际操作中，这个投影常数可以通过某一病人的实际三维骨密度(可以通过QCT(定量CT)或者其他物理方法来得到)和二维骨密度以及相关骨骼尺寸来确定。也可以采用多人相同骨骼部位的平均数据进行计算，多人的平均数据称为人口平均投影常数，人口平均投影常数更具有代表性。
根据上述的技术方案，本发明可以根据已有的三维和二维骨密度而得到不同骨骼部位(腿部、脚部、手部、臂部)和不同角度(正投影、90度角投影、45度角投影)的投影常数的数据库并输入至本发明测量仪的计算机内。再详细地说，目前各医院都已有大量的三维和二维骨密度数据，按照本发明的技术方案，可以从中选取多个相同骨骼部位的三维和二维骨密度数据分别将其平均后再计算得到该投影常数。在日后检测骨密度时，只需根据检测的二维骨密度的骨骼部位和投影角度就可在计算机的得到一相应的投影常数，再由计算机根据该投影常数进行修正就得到与目前公认的QCT一样的三维骨密度数据。
例如，测量某病人二维骨密度是1.0g/cm2，该病人该部位的骨骼尺寸是人口平均的97％(即，骨骼尺寸修正系数为0.97)，该部位的投影常数是2.0，则该病人的三维骨密度＝1*0.97*2.0(g/cm3)。比较由此方法得到的骨密度可以和QCT所得到的骨密度相比较来验证它的准确性。
本发明的骨密度测量仪结构如图1所示，其中的平板探测器2和X光源3均连接到计算机1上，由计算机1分别控制平板探测器2和X光源3的动作。而平板探测器2是置于X光源3的光路上，待测物4置于平板探测器2和X光源3的光路上。平板探测器2可以是公知的CMOS、非晶硅、非晶硒等的平板X射线探测器。X光源3可以采用公知的单一的能源或双能源X光源，并且同时完成X射线成像。X射线可以通过X光高压的变换，也可以通过X光过滤器的变换达到，也可以是高压和X光过滤器的变换来达到。X光高压可以是100KV和60KV，X光过滤器5可以Al或者Cu或者其他元素或合金制成。
本发明使用这上述平板探测器来执行公知的X射线骨密度测量，其流程如图2所示：
通过单一能源或双能源的X光源得到X光图像，在平板探测器接受到X光图像信号；
该X光图像信号通过计算机处理得到二维骨密度、相应骨骼几何尺寸和骨密度的部位；
用测量到的骨骼尺寸对二维骨密谋进行修正，针对该病人的骨骼大小可以得到骨骼尺寸修正系数。该骨骼尺寸修正系数可应用于骨密度结果以得到修正后更精确结果。修正后的二维骨密度具有实际相应骨骼几何大小的信息，从而得到更好的三维体积骨密度相关性，因此可以提高骨质疏松症诊断的准确性。

Claims (4)

1.一种三维骨密度的计算方法，其过程为：
1）求得骨骼尺寸修正系数，该骨骼尺寸的修正系数为平均骨骼尺寸与具体骨骼尺寸之比；所述平均骨骼尺寸，是通过测量多个不同人体的X射线图像得到多个同一部位的具体骨骼尺寸，再将该具体骨骼尺寸平均到人数就得到该部位的平均骨骼尺寸；
2）将已有的三维骨密度与已有的二维骨密度的数据之比作为投影常数；
3）将测得的二维骨密度乘以步骤1所得的骨骼尺寸修正系数再乘以步骤2所得的投影常数，得到三维骨密度的数据。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其中，步骤2中已有的三维骨密度为多人的平均数据，已有的二维骨密度为多人的平均数据。
3.根据权利要求1或2所述的计算方法，其中，已有的三维骨密度是通过医学上可接受的方法得到。
4.根据权利要求3所述的计算方法，其中，已有的三维骨密度通过定量CT得到。
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