CN109157236A - 一种基于骨密度测试卡的测量骨密度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，包括步骤有：制作骨密度测试卡、校准数字X光机、测量骨密度、修正和计算骨密度等步骤；本发明还公开了一种骨密度测试卡，是将已知矿物质含量值的骨密度模块制成平面标准块，置于空白卡的一侧或两侧，其空白区作为患者身体的测量部。本发明通过骨密度测试卡并结合计算机技术来测量计算骨密度，避免专用的价格昂贵的单能或双能X线骨密度仪使用，以让更多的基层地方医院也能进行常规骨密度测量。本发明可取得相对更为精准的骨密度测量计算结果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，更具体地说，是一种基于骨密度测试卡的测量骨密度方法。
背景技术
骨矿物质含量(bone mineral content，BMC)与骨矿物质密度(bone mineraldensity，BMD)是评价骨质量的重要指标，能够从一定程度上反映正常人骨组织的健康状况。骨质的丢失是全身性的，目前尚无有效的治疗措施使其恢复正常。因此，采用安全、简便且灵敏度高的方法对骨质疏松进行早期诊断和预防尤其重要。
1963年，Cameron和Sorenson发明的γ光子吸收测定法(SPA)，是最早应用于骨质疏松诊断的定量分析方法。这种方法利用骨组织对放射性物质的吸收与骨矿含量成正比的原理，以放射性核素I(碘)或Am(镅)发射的γ光子为光源穿透前臂，经骨质和软组织吸收后用NaI(Tl)晶体平行与光源探测放射性计数，通过计算射入和射出光子能量的密度得出BMC和BMD。测定部位一般选择尺、桡骨远端1/3交界处，或跟骨、手部骨等软组织少的部位，用水囊带包裹后置于光源和探测器之间。将测得的骨γ光子吸收能量综合，得出BMC(g/cm)，用BMC除以骨宽即可得出BMD(g/cm)，该方法只能测定四肢骨的骨矿含量。若将同位素源改为X线源，即单能X射线吸收仪(SXA)，原理及测定方法与SPA相同，只是放射源不同。
早期的测量骨密度主要依赖于对X射线模拟图像的肉眼观察和半定量分级上，但随着数字X光机的技术发展，结合计算机技术来测量骨密度是一崭新的测量思路，可避免专用的价格昂贵的单能或双能X线骨密度仪使用，以让更多的基层地方医院也能进行常规骨密度测量。CN104873213专利公开了一种“基于X-射线数字影像的骨骼病变评估方法和装置”，其利用标准参考模块(铝)与人体待诊断部位进行同时一次或二次照射，并采用公式修正骨髂周边软组织对射线衰减的影响，最后由二者材料的等价关系换算骨质密度。但是该专利是采用公式函数方式进行计算，很多修正参数需要通过经验取得，且没有考虑设备自身存在的干扰因素，因此说不上测量结果足够准确。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种用图像分析计算的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，包括以下步骤：
(1)制作骨密度测试卡；将已知矿物质含量值的骨密度模块制成平面标准块，置于空白卡的一侧或两侧，其空白区作为患者身体的测量部；
(2)校准数字X光机；曝光空白X光机上的探测器，标识出坏感光区，制成探测器的曝光修正线；
(3)测量骨密度；将骨密度测试卡放置于探测器之上，并将患者身体测量部置于骨密度测试卡上的空白区，与骨密度测试卡上的骨密度模块同时曝光；
(4)修正；利用多个骨密度模块的曝光灰度值，建立X光机的照射源曝光一次函数线；并结合探测器的曝光修正线进行修正；
(5)计算骨密度。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(5)的计算骨密度方法为：
如X光机图像经软件转化为待分析矩阵A:
预先测量并存储的设备特性矩阵Z:
可分析矩阵为矩阵
通过分析矩阵C内元素数值跳跃变化，寻找测试卡上标准密度块边缘和待分析的骨边缘；计算，去除冗余，从C中可取出待分析骨的矩阵和测试卡上标准密度块的矩阵，表示为S1，S2，S3，S4，S5，S6，
对矩阵Sf中各元素求出平均值，得X光机此时曝光参数曲线K；
对Ct中各元素求出平均值，代入K求得待分析骨的矿物质含量值，再与当地的骨密度参考值比较得到骨密度值。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(5)的计算骨密度方法为：以图像数据中的骨测量区为横坐标，以像素灰度值为纵坐标，绘制灰度直方图，得出骨测量区的骨面密度平均值，最后代入统计分析图中判断。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，增加对X光机的照射源进行修正的步骤；具体是先制作包含多块骨密度标准块的标准卡，通过曝光取得多个骨密度含量标准点后，绘制成X光机照射源的曝光修正线。
作为本发明的进一步改进，所述X光机照射源的曝光修正线与探测器的曝光修正线共同绘制成X光机的设备特征修正线；用于对步骤(4)中的X光机的曝光一次函数线进行修正，以能更进一步得到精准值。
作为本发明的进一步改进，所述标准卡上的骨密度标准块为3x4、3x5、4x4、4x5、4x6、5x6的排列中的任一种；矿物质含量在0.2--1.5之间分别取标准值。
作为本发明的进一步改进，所述骨密度测试卡上的骨密度模块有6块，4块根据需要在0.2—3.0之间取值分布，2块以本地区年龄段取2个参考值；所有取值允许偏离标准值，但最终以偏差值作新的标准值。
作为本发明的进一步改进，所述骨密度测试卡上的骨密度模块有6块，取矿物质含量分别是0.2、0.5、1.0、1.5，以及取在本地区老年段和少年段的2个参考值。
本发明还公开了一种骨密度测试卡，将已知矿物质含量值的骨密度模块制成平面标准块，置于空白卡的一侧或两侧，其空白区作为患者身体的测量部。
作为本发明的进一步改进，所述骨密度测试卡由树脂材料制成，中间空白区为镂空；两侧的边框上各分别设置3块铝合金材料的所述骨密度模块，分别各取矿物质含量为0.2、0.5、1.0、1.5，以及取本地区不同年龄段的2个参考值；所有取值允许存在偏差，最终以偏差值为标准值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、合金和明胶制成的骨密度模块，较由纯铝和聚乙烯材料的仿真度更高，矿物质含量的制作和测量也更容易实现。
2、本发明中，对骨密度模块中的矿物质含量允许存在偏差，因此制作上更容易实现，不易报废。
3、骨密度模块为平面状，X射线在平面上偏差也不会产生测量取值变化，因此较某些楔形骨密度标准块取值稳定。
4、本发明中，采用多点的数据形成修正曲线，去除设备系统的干扰误差，测量计算的准确度更高。
附图说明
图1为本发明中的X光机探测器的曝光修正线；
图2为本发明中的X光机的照射源曝光一次函数线；
图3为本发明中的测量计算骨密度的像素灰度直方图；
图4为不同年龄段的骨密度值的变化范围统计分析图；
图5为本发明的骨密度测试卡的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
本发明的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，步骤可分为：
(1)首先制作骨密度测试卡；如图5所示，骨密度测试卡由树脂材料制成，中间空白区1为镂空，作为患者身体的测量部；骨密度测试卡上的骨密度模块2共有6块，由铝合金材料制成平面的标准块，各取矿物质含量分别为0.2、0.5、1.0、1.5，以及取在本地区不同年龄段的2个参考值0.8、1.2，分别设于卡的两个侧边，每边设3个；所有取值允许偏差，以偏差值作为标准值。
(2)校准数字X光机；曝光空白X光机上的探测器，标识出坏感光区，制成探测器的曝光修正线，如图1所示；
(3)测量骨密度；将骨密度测试卡放置于探测器之上，并将患者身体测量部置于骨密度测试卡上的空白区，与骨密度测试卡上的骨密度模块同时曝光；
(4)修正；利用多个骨密度模块的曝光灰度值，建立X光机的照射源曝光一次函数线，如图2所示；并结合探测器的曝光修正线进行修正；
(5)计算骨密度；以图像数据中的骨测量区为横坐标，以像素灰度值为纵坐标，绘制灰度直方图，得出骨测量区的骨面密度平均值，最后代入统计分析图中判断。
进一步地，在步骤(2)中，也可以用20块以4x5排列的骨密度标准块制成骨密度标准卡，通过取得更多的曝光测试点来精确绘制X光机照射源的初始曝光修正线；然后与图1中的探测器的曝光修正线共同形成X光机的设备特征修正线；以结合后面步骤(4)中的X光机的曝光一次函数线进行修正，以更进一步得到更精准的曲线测量值。
步骤(5)的图像分析计算如图3所示，以骨密度测试卡上的实际骨密度模块值所对应的灰度为纵坐标上的数值点，以骨测量区的长度或像素块为横坐标，将步骤(4)中修正后的灰度块画入直方图中，积累求和计算并求得平均值，该平均值即为该区域骨面密度的平均值，最后代入图5中分析判断，得出骨密度结果正常与否。
本发明方法主要适用测量人体的挠骨、腰椎1-4节和股骨颈三个部位的骨密度值。
最后，需要说明的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明还可以有许多变形，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作骨密度测试卡；将已知矿物质含量值的骨密度模块制成平面标准块，置于空白卡的一侧或两侧，其空白区作为患者身体的测量部；
(2)校准数字X光机；曝光空白X光机上的探测器，标识出坏感光区，制成探测器的曝光修正线；
(3)测量骨密度；将骨密度测试卡放置于探测器之上，并将患者身体测量部置于骨密度测试卡上的空白区，与骨密度测试卡上的骨密度模块同时曝光；
(4)修正；利用多个骨密度模块的曝光灰度值，建立X光机的照射源曝光一次函数线；并结合探测器的曝光修正线进行修正；
(5)计算骨密度。
2.根据权利要求1所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述步骤(5)的计算骨密度方法为：
如X光机图像经软件转化为待分析矩阵A:
预先测量并存储的设备特性矩阵Z:
可分析矩阵为矩阵
通过分析矩阵C内元素数值跳跃变化，寻找测试卡上标准密度块边缘和待分析的骨边缘；计算，去除冗余，从C中可取出待分析骨的矩阵和测试卡上标准密度块的矩阵，表示为S1，S2，S3，S4，S5，S6，
对矩阵Sf中各元素求出平均值，得X光机此时曝光参数曲线K；对Ct中各元素求出平均值，代入K求得待分析骨的矿物质含量值，再与当地的骨密度参考值比较得到骨密度值。
3.根据权利要求1所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述步骤(5)的计算骨密度方法为：以图像数据中的骨测量区为横坐标，以像素灰度值为纵坐标，绘制灰度直方图，得出骨测量区的骨面密度平均值，最后代入统计分析图中判断。
4.根据权利要求1所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述步骤(2)中，增加对X光机的照射源进行修正的步骤；具体是先制作包含多块骨密度标准块的标准卡，通过曝光取得多个骨密度含量标准点后，绘制成X光机照射源的曝光修正线。
5.根据权利要求4所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述X光机照射源的曝光修正线与探测器的曝光修正线共同绘制成X光机的设备特征修正线；用于对步骤(4)中的X光机的曝光一次函数线进行修正，以能更进一步得到精准值。
6.根据权利要求1所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述标准卡上的骨密度标准块为3x4、3x5、4x4、4x5、4x6、5x6的排列中的任一种；矿物质含量在0.2--1.5之间分别取标准值。
7.根据权利要求1所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述骨密度测试卡上的骨密度模块有6块，4块根据需要在0.2—3.0之间取值分布，2块以本地区年龄段取2个参考值；所有取值允许偏离标准值，但最终以偏差值作新的标准值。
8.根据权利要求7所述的基于骨密度测试卡的测量骨密度方法，其特征在于，所述骨密度测试卡上的骨密度模块有6块，取矿物质含量分别是0.2、0.5、1.0、1.5，以及取在本地区老年段和少年段的2个参考值。
9.一种骨密度测试卡，其特征在于，将已知矿物质含量值的骨密度模块制成平面标准块，置于空白卡的一侧或两侧，其空白区作为患者身体的测量部。
10.根据权利要求9所述的骨密度测试卡，其特征在于，所述骨密度测试卡由树脂材料制成，中间空白区为镂空；两侧的边框上各分别设置3块铝合金材料的所述骨密度模块，分别各取矿物质含量为0.2、0.5、1.0、1.5，以及取本地区不同年龄段的2个参考值；所有取值允许存在偏差，最终以偏差值为标准值。
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