專利名稱：一種三維骨密度的計算方法和測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維骨密度的計算方法。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)上述方法的骨密度測量儀。
背景技術(shù)：
骨組織起到了支撐人體并保護(hù)內(nèi)臟器官的作用，因此骨組織的質(zhì)量非常重要。衡量骨組織質(zhì)量的一個重要標(biāo)志就是骨密度。 目前臨床測量骨密度的方法是利用骨組織對X射線的吸收與骨礦物質(zhì)的含量成正比的原理。大多是使用單一能源或雙能源X射線進(jìn)行測量，雙能量X射線是經(jīng)過一定的裝置獲得兩種能量-低能光子峰和高能光子峰。這兩種光子峰穿透身體后，掃描系統(tǒng)將所接受到信號由計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計算骨密度和并轉(zhuǎn)換為Z和T分?jǐn)?shù)。根據(jù)世衛(wèi)組織的指導(dǎo)，骨質(zhì)疏松癥可以從Z和T的分?jǐn)?shù)來診斷。用公知的X射線測量的問題是只能得到二維數(shù)據(jù)，由此而得的骨密度是面積密度而非體積密度。因此，依據(jù)二維骨密度來診斷骨質(zhì)疏松癥是不準(zhǔn)確的，并且骨質(zhì)疏松癥相關(guān)性不完美。三維骨密度(即體積密度)可以從定量CT(QCT)測量得到，其測量得到的結(jié)果更準(zhǔn)確并且和骨質(zhì)疏松癥相關(guān)性更完美。但是由于QCT的造價太高和所用X光劑量太高等問題，目前還沒法得到廣泛的臨床使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三維骨密度的計算方法。本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于實現(xiàn)上述方法的骨密度測量儀。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的三維骨密度的計算方法，其過程為I)求得骨骼尺寸修正系數(shù)，該骨骼尺寸的修正系數(shù)為平均骨骼尺寸與具體骨骼尺寸之比；2)將已有的三維骨密度與已有的二維骨密度的數(shù)據(jù)之比作為投影常數(shù)；3)將測得的二維骨密度乘以步驟I所得的骨骼尺寸修正系數(shù)再步驟2所得的投影常數(shù)，得到三維骨密度的數(shù)據(jù)。所述的計算方法，步驟2中已有的三維骨密度為多人的平均數(shù)據(jù)，已有的二維骨密度為多人的平均數(shù)據(jù)。所述的計算方法，已有的三維骨密度是通過醫(yī)學(xué)上可接受的方法(比如通過定量CT)得到。本發(fā)明提供的用于實現(xiàn)上述三維骨密度計算方法的測量儀，主要包括一 X光源和一平板探測器均分別連接一計算機，由該計算機控制X光源和平板探測器；且平板探測器置于X光源的光路上。所述的測量儀中，X光源為單一能源或雙能源的X光源。所述的測量儀中，雙能源的X射線的能量的改變是通過改變X射線的管電壓、或通過改變X光過濾器、或通過改變X射線的管電壓和改變X光過濾器。所述的測量儀中，X射線的管電壓是醫(yī)學(xué)上能夠接受的范圍。所述的測量儀中，X光過濾器是具有X光特征譜的過濾器(如Al、Cu或其它材料的過濾器)。所述的測量儀中，平板探測器可以是能夠感應(yīng)X光的探測器和接收器(如CM0S平板探測器、非晶硅平板探測器或非晶硒平板探測器)。本發(fā)明的計算方法通過測量儀得以實現(xiàn)。而本發(fā)明的測量儀基本是由公知的設(shè)備組合而成。因此，本發(fā)明得到較準(zhǔn)確的三維骨密度數(shù)據(jù)的技術(shù)方案，相比較于公知技術(shù)而言，其設(shè)備簡單、投資少，并且不會增加X射線對人體的負(fù)影響。



圖I是本發(fā)明的測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的計算方法流程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的三維骨密度的計算方法所需要的數(shù)據(jù)，可以從公知技術(shù)如X射線圖像中得到。在X射線圖像中可以得到骨密度測量的準(zhǔn)確部位和二維骨密度數(shù)據(jù)，同時通過該圖像可以測量得到同一部位的具體骨骼尺寸。本發(fā)明通過測量多個不同人體的X射線圖像得到多個同一部位的具體骨骼尺寸，再將該具體骨骼尺寸平均到人數(shù)就得到該部位的平均骨骼尺寸。該具體骨骼尺寸測量的人數(shù)越多，其平均骨骼尺寸越準(zhǔn)確。由此方法得到的骨密度消除了骨胳大小對骨密度的影像，從而更接近正確的骨密度。將得到的平均骨骼尺寸與具體骨骼尺寸相比，得到一骨骼尺寸修正系數(shù)，該修正系數(shù)表征了某一具體人體的具體骨骼尺寸與平均相比較是大或是小。將測得的二維骨密度乘以該骨骼尺寸修正系數(shù)即得到三維骨密度的數(shù)據(jù)。本發(fā)明曾經(jīng)采用各醫(yī)院大量的X射線圖像以及其他骨密度儀測量的二維骨密度數(shù)據(jù)按照上述方法進(jìn)行計算得到了三維骨密度，并將得到的三維骨密度與公知QCT的三維骨密度數(shù)據(jù)比較后證明，兩種方法在相同的骨骼部位和相同的照射角度下取得的數(shù)據(jù)之間有一常數(shù)關(guān)系。由于目前公認(rèn)的三維骨密度的權(quán)威數(shù)據(jù)仍是以QCT為準(zhǔn)，因此為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明的三維骨密度需要再乘上一個常數(shù)。這個常數(shù)依據(jù)不同的骨骼部位和不同的照射角度而呈現(xiàn)不同的值，比如本發(fā)明和QCT兩種方法均是正面投影的手臂的肘關(guān)節(jié)部位，得到常數(shù)為2. 0，側(cè)面投影的同一肘關(guān)節(jié)部位得到的常數(shù)是I. 9。由于這個常數(shù)與投影角度有關(guān)，所以稱之為投影常數(shù)。該投影常數(shù)的值將不會隨病人而變。概括地說，本發(fā)明可以用下列計算公式表達(dá)骨骼尺寸修正系數(shù)=平均骨骼尺寸/某病人骨骼尺寸三維骨密度=二維骨密度*骨骼尺寸修正系數(shù)*投影常數(shù)投影常數(shù)可以由目前已有的三維骨密度和二維骨密度數(shù)據(jù)的平均值得到，是表明這二種骨密度的相關(guān)性的平均值，這個投影常數(shù)是一個人口的平均常數(shù)。將計算得到的修正系數(shù)和投影常數(shù)與通過公知技術(shù)得到的某具體人體的二維骨密度相乘即得到該具體人體的三維骨密度。
該投影常數(shù)可以通過現(xiàn)有的三維和二維的相同部位的骨密度數(shù)據(jù)平均得到。具體地說，該投影常數(shù)的得到，是已有的某一骨骼部位的三維骨密度數(shù)據(jù)與已有的相同骨骼部位的二維數(shù)據(jù)之比。本發(fā)明所指的已有的三維和二維骨密度數(shù)據(jù)是指通過目前醫(yī)學(xué)上可以接受的手段所得到的數(shù)據(jù)，比如通過定量CT得到的三維骨密度數(shù)據(jù)和X光得到的二維骨密度的數(shù)據(jù)。在實際操作中，這個投影常數(shù)可以通過某一病人的實際三維骨密度(可以通過QCT (定量CT)或者其他物理方法來得到)和二維骨密度以及相關(guān)骨骼尺寸來確定。也可以采用多人相同骨骼部位的平均數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，多人的平均數(shù)據(jù)稱為人口平均投影常數(shù)，人口平均投影常數(shù)更具有代表性。根據(jù)上述的技術(shù)方案，本發(fā)明可以根據(jù)已有的三維和二維骨密度而得到不同骨骼部位(腿部、腳部、手部、臂部)和不同角度(正投影、90度角投影、45度角投影)的投影常數(shù)的數(shù)據(jù)庫并輸入至本發(fā)明測量儀的計算機內(nèi)。再詳細(xì)地說，目前各醫(yī)院都已有大量的三維和二維骨密度數(shù)據(jù)，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，可以從中選取多個相同骨骼部位的三維和二維骨密度數(shù)據(jù)分別將其平均后再計算得到該投影常數(shù)。在日后檢測骨密度時，只需根據(jù)檢測的二維骨密度的骨骼部位和投影角度就可在計算機的得到一相應(yīng)的投影常數(shù)，再由計 算機根據(jù)該投影常數(shù)進(jìn)行修正就得到與目前公認(rèn)的QCT —樣的三維骨密度數(shù)據(jù)。例如，測量某病人二維骨密度是I. Og/cm2，該病人該部位的骨骼尺寸是人口平均的97 % ( S卩，骨骼尺寸修正系數(shù)為O. 97)，該部位的投影常數(shù)是2. 0，則該病人的三維骨密度=1*0. 97*2. O (g/cm3)。比較由此方法得到的骨密度可以和QCT所得到的骨密度相比較來驗證它的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的骨密度測量儀結(jié)構(gòu)如圖I所示，其中的平板探測器2和X光源3均連接到計算機I上，由計算機I分別控制平板探測器2和X光源3的動作。而平板探測器2是置于X光源3的光路上，待測物4置于平板探測器2和X光源3的光路上。平板探測器2可以是公知的CMOS、非晶硅、非晶硒等的平板X射線探測器。X光源3可以采用公知的單一的能源或雙能源X光源，并且同時完成X射線成像。X射線可以通過X光高壓的變換，也可以通過X光過濾器的變換達(dá)到，也可以是高壓和X光過濾器的變換來達(dá)到。X光高壓可以是100KV和60KV，X光過濾器5可以Al或者Cu或者其他元素或合金制成。本發(fā)明使用這上述平板探測器來執(zhí)行公知的X射線骨密度測量，其流程如圖2所示通過單一能源或雙能源的X光源得到X光圖像，在平板探測器接受到X光圖像信號;該X光圖像信號通過計算機處理得到二維骨密度、相應(yīng)骨骼幾何尺寸和骨密度的部位；用測量到的骨骼尺寸對二維骨密謀進(jìn)行修正，針對該病人的骨骼大小可以得到骨骼尺寸修正系數(shù)。該骨骼尺寸修正系數(shù)可應(yīng)用于骨密度結(jié)果以得到修正后更精確結(jié)果。修正后的二維骨密度具有實際相應(yīng)骨骼幾何大小的信息，從而得到更好的三維體積骨密度相關(guān)性，因此可以提高骨質(zhì)疏松癥診斷的準(zhǔn)確性。
權(quán)利要求
1.一種三維骨密度的計算方法，其過程為 1)求得骨骼尺寸修正系數(shù)，該骨骼尺寸的修正系數(shù)為平均骨骼尺寸與具體骨骼尺寸之比； 2)將已有的三維骨密度與已有的二維骨密度的數(shù)據(jù)之比作為投影常數(shù)； 3)將測得的二維骨密度乘以步驟I所得的骨骼尺寸修正系數(shù)再步驟2所得的投影常數(shù)，得到三維骨密度的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計算方法，其中，步驟2中已有的三維骨密度為多人的平均數(shù)據(jù)，已有的二維骨密度為多人的平均數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的計算方法，其中，已有的三維骨密度是通過醫(yī)學(xué)上可接受的方法得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算方法，其中，已有的三維骨密度通過定量CT得到。
5.一種用于測量三維骨密度的測量儀，主要包括一 X光源和一平板探測器均分別連接一計算機，由該計算機控制X光源和平板探測器；且平板探測器置于X光源的光路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量儀，其中，所述X光源為單一能源或雙能源的X光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量儀，其中，所述雙能源的X射線的能量是通過改變X射線的管電壓、或通過改變X光過濾器、或通過改變X射線的管電壓和改變X光過濾器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量儀，其中，所述的X射線的管電壓是醫(yī)學(xué)上能夠接受的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量儀，其中，所述的X光過濾器是具有X光特征譜的過濾器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量儀，其中，所述平板探測器為可以感應(yīng)X光的探測器和接收器。
全文摘要
一種三維骨密度的計算方法，其過程為1)求得骨骼尺寸修正系數(shù)，該骨骼尺寸的修正系數(shù)為平均骨骼尺寸與具體骨骼尺寸之比；2)將已有的三維骨密度與已有的二維骨密度的數(shù)據(jù)之比作為投影常數(shù)；3)將測得的二維骨密度乘以步驟1所得的骨骼尺寸修正系數(shù)再步驟2所得的投影常數(shù)，得到三維骨密度的數(shù)據(jù)。本發(fā)明還公開了一種用于實現(xiàn)上述方法的三維骨密度測量儀。
文檔編號A61B6/03GK102805637SQ201110157460
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者趙建國 申請人:趙建國