CN107898471A - 人体骨铅密度无创伤检测装置及其测算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体骨铅密度无创伤检测装置及其测算方法，所述测算方法包括如下步骤：1)根据所测元素铅设置X射线激发源的入射X射线强度I；2)X射线按45°方向照射所测体120S～500S，X射线探测器置于X射线入射方向90°处接收所测元素的特征X射线荧光信号，通过X射线探测器探测到带皮脂ts时所测体表面反射特征X射线荧光信号，并由测试服务器显示特征X射线荧光光谱及其光强Is；3)所测体皮脂厚度的计算ts；4)无皮脂骨铅含量d0的计算。本发明通过已知元素含量的标准体模并根据已知元素的特征X射线强度建立计算公式，获取扣除皮脂后未知被测体胫骨表面铅含量的定量测量，从而使得人体骨铅含量值更加准确可靠，为骨铅诊断提供有利参考。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种人体骨铅密度无创伤检测装置及其测算 方法。
背景技术
铅是惟一的人体不需要的微量元素，它几乎对人体的所有器官都能够造成损害。具体 表现为，影响智力的发育和骨骼发育，造成消化不良和内分泌失调，导致贫血、高血压和 心律失常，破坏肾功能和免疫功能等。即使脱离了污染环境或经治疗使血铅水平明显下降， 受损的器官和组织已不能修复，将伴随终身。据专家研究，儿童血铅水平每上升100μg/L， 其智商下降6～8分，身高滞长1.3厘米，体重减少2～3公斤。在日常环境中的铅污染几乎无所不在，严重威胁着人类，尤其是儿童的身体健康。
目前检测人体骨铅密度含量，可利用同位素辐射源或者X射线管放出X射线与人体骨 骼中铅元素及其它微量元素的原子相互作用，各种元素的原子受激发后，在退激过程中放 出的特征X射线能量各不相同，依据这种特性可以依次对人体骨铅进行定性定量分析。而 人体骨铅密度检测仪就是利用上述工作原理，来分析人体中的骨铅密度含量，由于其所用 射线放射性剂量当量极小(最小可小于1μSv)相当于人体胸部常规X光拍片照射剂量的百分之一，十分安全，对人体测量是无损伤性的，在医学领域受到广泛使用。
但是人体骨铅密度无创检测装置在检测时由于受人体皮肤的影响，数据采集部分得到 的铅含量并不是实际含量，必须修正皮肤的影响，本发明提供一种人体骨铅密度的测算方 法，利用康普顿散射的数值计算皮肤的厚度，从而计算出骨铅的实际含量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人体骨铅密度无创伤检测装置及其测算方法，该测算方法 通过已知元素含量的标准体模并根据已知元素的特征X射线强度建立计算公式，获取扣除 皮脂后未知被测体胫骨表面铅含量的定量测量，从而使得人体骨铅含量值更加准确可靠， 为骨铅诊断提供有利参考。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：人体无创伤检测骨铅含量的测算方法， 包括如下步骤：1)根据所测元素铅设置X射线激发源的入射X射线强度I；2)X射线按45°方向照射所测体120S～500S，X射线探测器置于X射线入射方向90°处接收所测元素的特 征X射线荧光信号，通过X射线探测器探测到带皮脂ts时所测体表面反射特征X射线荧光 信号，并由测试服务器显示特征X射线荧光光谱及其光强Is；3)所测体皮脂厚度ts的计 算：由已知元素含量的标准体模经过多次重复测试建立公式t＝t(C,S)，ti＝AiC2+BiC+D，ti为皮脂厚度，C为康普顿散射值，S为解谱面积，得出常数A、B、D值；测试服务器记录 当前所测体显示的不同的康普顿散射值C及解谱面积S，代入上式计算皮脂厚度ts，记录 带皮脂时显示出的骨铅含量d0；4)无皮脂骨铅含量的计算：由含皮脂骨铅含量d0以及上
述步骤得出的皮脂厚度ts，根据公式d＝f(d0,t)，计算出无皮脂条件下，光 骨表面的实际骨铅含量ds。
关于公式d＝f(d0,t)，的推导：假设样品中存在待测元素f,放射源放 出的射线与轻元素相互作用发生康普顿效应，可能发生一次康普顿效应也可能发生多次康 普顿效应，发生康普顿效率之后射线能量损失一部分在出射样品路程中可能会激发元素a、 b、C，也可能不发生作用，称为康普顿效应。人体骨骼表层皮脂对测量的影响主要是康普 顿效应。计算公式的导出：胫骨表面有、无皮脂反射X光的状况:
设无皮脂ts时表面反射X光强I0,有皮脂ts时表面反射X光强IS(皮脂厚ts)，皮脂对X光线 吸收系数μ,根据物理学原理有下公式：
因为特征X射线的强度(If)与元素的密度值df成正比,
因此可转换有、无皮脂情况下骨铅密度测量值的关系应为:
d0为无皮脂ts时骨表面所测骨铅密度,ds为有皮脂ts时所测骨铅密度.
进一步地，步骤3)所述带皮脂骨铅含量的计算为：由已知元素含量的标准体模经过 多次重复测试建立公式df＝a×Kx+b，式中：df为待测元素含量，Kx为待测元素的特征X射线荧光强度，计算得到常数a、b值；将所测体表面反射特征X射线荧光光强Is代入上 述公式计算得出含皮脂骨铅含量d0。
优选地，步骤2)所述检测时间为300S。
优选地，步骤2)探测所得铅特征X射线荧光光子能量范围1～20KeV。
对上述依据已知元素含量的标准体模多次测量所得的骨铅含量测算方法进行评价，所 述骨铅含量的测算值变异系数CV≤5％，所述骨铅含量的测算结果线性相关系数R≥0.9。
步骤1)之前在所测体骨表皮层面上用异丙醇50％溶液洗净后再测试。
本发明还公开了采用上述任一所述测算方法的人体骨铅密度无创伤检测装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过已知元素含量的标准体模并根据已 知元素的特征X射线强度建立计算公式，利用康普顿散射的数值计算皮肤的厚度，获取扣 除皮脂后未知被测体胫骨表面铅含量的定量测量，从而实现无创伤、快速分析人体骨铅的 实际含量；2、本测算方法计算精确，误差≤10％，使得人体骨铅密度无创伤检测装置更加 准确可靠，有效地为临床医疗诊断提供有利参考。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发 明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一、实施例
人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，包括如下步骤：
1)根据所测元素铅设置X射线激发源的入射X射线强度I；
2)X射线按45°方向照射所测体300S，X射线探测器置于X射线入射方向90°处接收所测元素的特征X射线荧光信号，通过X射线探测器探测到带皮脂ts时所测体表面反射特征X射线荧光信号，并由测试服务器显示特征X射线荧光光谱及其光强Is；
3)所测体皮脂厚度ts的计算：由电脑显示屏界面上用上、下光标卡定所感兴趣区域 铅光电峰的面积(采用解谱面积Ωx)，和常规设定的康普顿散射峰区域面积(Bz)；
某人体胫骨铅被仪器输出的X射线激发产生10.55kev的铅特征X射线荧光光谱,激发 持续时间为300s，程序设计的软件自动记录下Ωx(即S)和Bz(即Cx)值，通过Ωx值参考在t＝t(C,S)数列中找到相对应的计算公式
t＝t(C,S)，ti＝AiC2+BiC+D(当选Ωx)
求出测量点适时对应的皮脂厚度tx，并记录下带皮脂时显示出的骨铅含量ds,
4)无皮脂骨铅含量的计算：由含皮脂骨铅含量d0以及上述步骤得出的皮脂厚度ts，由
公式d＝f(d0,t)，即可自动算出无皮脂条件下，即光骨表面的铅含量d0。
二、对本发明骨铅含量测算方法准确度评判：
1、同日重复性
同日重复性指在同一日多次测量同一体模加入1.3mm和2.3mm玻片进行测量，评价所 得结果的变异。同日重复性适用于对胫骨测量的评价。同日重复性评价：试验方法如下：
a)试验布局：体模选用高等密度铅含量的体模，将体模按照说明书要求放置在人体骨 铅密度测量仪的测量位置；
b)试验步骤：在同日内对体模至少进行10次连续测量，期间不需移动体模位置；
c)结果评价：按式(2)计算同日骨铅密度测量的变异系数CV：
式中：
xi——同日测定的骨铅密度值，xi＝1、2、3….n；
——同日测定骨铅密度值的平均值；
n——测量次数(n≥10)。
2、多日重复性
多日重复性指在不同日中多次测量同一体模，评价所得结果的变异。多日重复性适用 于对胫骨测量的评价。试验方法如下：
a)试验布局：体模选用高等密度铅含量的体模加入1.3mm和2.3mm玻片进行测量，将 体模按照说明书要求放置在骨铅密密度仪的测量位置。应尽量避免每日重新放置体模；
b)试验步骤：每日测量体模1次，至少测量10次；
c)结果评价：按式(3)计算多日骨铅密度测量的变异系数CV：
式中：
xj——多日测定的骨铅密度值，j＝1、2、3…
——多日测定骨铅密度值的平均值；
n——测量次数(n≥10)。
3、骨铅密度测算线性评价
线性适用于对胫骨的测量评价。试验方法如下：
a)试验布局：体模选用体模(中、高密度)加入1.3mm、2.3mm和2.7mm玻片进 行测量，将体模按照说明书要求放置在人体骨铅密度测量仪的测量位置；
b)试验步骤：每组体模应扫描至少3次；
c)结果评价：按式(4)计算体模真实骨铅密度值的相关系数R。
xk——不同骨材料的真实骨铅密度值，k＝1、2、3、…；
yk——每种材料测定的平均骨铅密度值，k＝1、2、3、…；
——真实骨铅密度值的平均值；
——每种密度测定结果均值的平均值。
三、应用例
采用本发明测算方法对不同行业、不同年龄段的人群进行骨铅含量检测：受测对象为 未确认已受铅严重污染的学生,公司职员,教师,工人,企业高管等,年龄岁数18～22,30～ 40,40～70,三个时段,以30～40为多,其中男性(m)为多。
以铅中毒高标准(儿童中毒标准)为参考,各段骨铅含量值人数分布如下：
骨铅含量最小值d min 2.78ppm,最大值d max 163.22ppm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，其特征在于：包括如下步骤：1)根据所测元素铅设置X射线激发源的入射X射线强度I；2)X射线按45°方向照射所测体120S～500S，X射线探测器置于X射线入射方向90°处接收所测元素的特征X射线荧光信号，通过X射线探测器探测到带皮脂ts时所测体表面反射特征X射线荧光信号，并由测试服务器显示特征X射线荧光光谱及其光强Is；3)所测体皮脂厚度的计算：由已知元素含量的标准体模经过多次重复测试建立公式t＝t(C,S)，ti＝AiC2+BiC+D，ti为皮脂厚度，C为康普顿散射值，S为解谱面积，得出常数A、B、D值；测试服务器记录当前所测体显示的不同的康普顿散射值C及解谱面积S，代入上式计算皮脂厚度ts，记录带皮脂时显示出的骨铅含量d0；4)无皮脂骨铅含量的计算：由含皮脂骨铅含量d0以及上述步骤得出的皮脂厚度ts，根据公式d＝f(d0,t)，计算出无皮脂条件下，光骨表面的实际骨铅含量ds。
2.根据权利要求1所述的一种人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，其特征在于，步骤3)所述带皮脂骨铅含量的计算为：由已知元素含量的标准体模经过多次重复测试建立公式df＝a×Kx+b，式中：df为待测元素含量，Kx为待测元素的特征X射线荧光强度，计算得到常数a、b值；将当前所测体表面反射特征X射线荧光光强Is代入上述公式计算得出含皮脂骨铅含量d0。
3.根据权利要求1所述的一种人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，其特征在于，步骤2)所述检测时间为300S。
4.根据权利要求1所述的一种人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，其特征在于，步骤2)探测所得铅特征X射线荧光光子能量范围1～20KeV。
5.根据权利要求1所述的一种人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，其特征在于，所述骨铅含量测算值的变异系数CV≤5％。
6.根据权利要求1所述的一种人体无创伤检测骨铅含量的测算方法，其特征在于，所述骨铅含量测算结果线性相关系数R≥0.9。
7.采用权利要求1-6任一所述测算方法的人体骨铅密度无创伤检测装置。
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