雙能X射線吸收法檢測動(dòng)物骨密度的原理及計(jì)算方法

申 果

（遼寧開普醫(yī)療系統(tǒng)有限公司，遼寧本溪 117004）

骨是脊椎動(dòng)物體內(nèi)特有的器官，其中骨質(zhì)是最為堅(jiān)硬且穩(wěn)定的部分。資料表明，骨密度是骨骼強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，骨骼強(qiáng)度取決于骨骼的外在形態(tài)、骨組織的構(gòu)造和骨密度三種因素，其中，骨密度是決定骨強(qiáng)度最主要的因素。目前有用骨密度檢測來檢測寵物是否有骨質(zhì)疏松癥，對寵物易骨折原因和后續(xù)營養(yǎng)補(bǔ)給有很好的指導(dǎo)作用；也有用于小動(dòng)物身體成分分析；也有用于司法鑒定，鑒定動(dòng)物種屬；還可以用于骨質(zhì)疏松藥物療效評估等。

最早采用X射線進(jìn)行骨密度檢測主要是通過骨骼X射線的影像密度高低來判斷骨骼的骨密度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、易操作，缺點(diǎn)是該方法受主觀因素影響較大，在臨床上只能進(jìn)行粗略的定性，而難以給出定量結(jié)果。DEXA（Dual Energy X-ray Absorptiometry，雙能X射線吸收法）具有掃描速度快，精確度與準(zhǔn)確度高、放射性劑量低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于臨床，是骨密度檢測公認(rèn)的“金標(biāo)準(zhǔn)”，以克/每平方厘米（g/cm2）表示，是一個(gè)絕對值，可檢測脊椎、股骨以及全身骨骼，評價(jià)骨骼的健康狀態(tài)，是骨質(zhì)疏松癥早期診斷、疾病監(jiān)測和藥物療效評價(jià)的常用方法。

1 檢測原理

雙能X射線吸收法檢測骨密度，是利用骨骼比組織有更高的衰減。射線穿過被檢測物會有一定的衰減，其衰減量與被檢測物體的密度和厚度成正相關(guān)。

X射線在物質(zhì)中的衰減公式如下：

其中，μ表示衰減系數(shù)，x表示物質(zhì)厚度，I0表示X射線入射強(qiáng)度，I表示X射線出射強(qiáng)度。

當(dāng)穿過物質(zhì)不同時(shí)，衰減公式表示如下：

其中，μ1，μ2，...，μn表示n種物質(zhì)對應(yīng)的衰減系數(shù)，x1，x2，...，xn表示n種物質(zhì)對應(yīng)的厚度，I0表示X射線入射強(qiáng)度，I表示X射線出射強(qiáng)度。

將動(dòng)物組織分為骨骼和軟組織兩種，則上述公式可以寫為：

該公式的另一種形式為：

其中，Mb，Ms分別表示單位面積物質(zhì)的質(zhì)量，單位為g/cm2，μb，μs分別表示質(zhì)量衰減系數(shù)，單位為cm2/g。

利用骨骼和軟組織對X射線的衰減系數(shù)不同，采用校正模體校正的方法獲取到衰減系數(shù)，然后分別采集低能L和高能H兩種能譜的X射線，計(jì)算得到Mb，即利用以下方程組求解：

計(jì)算得到的骨骼密度Mb計(jì)算公式如下：

2 計(jì)算方法

根據(jù)雙能X射線吸收法檢測骨密度的原理，計(jì)算步驟如下：

2.1 校正

選用已知密度的類骨骼和軟組織密度的物質(zhì)作為校正模體。設(shè)定雙能X射線的低能和高能，分別采集校正模體數(shù)據(jù)，計(jì)算校正模體的低能下衰減系數(shù)和高能下的衰減系數(shù)。

2.2 拍攝動(dòng)物部位

將動(dòng)物需計(jì)算骨密度的部位曝光在X射線下方，分別采集該部位的低能圖像和高能圖像。

2.3 計(jì)算骨密度

選擇感興趣區(qū)域，計(jì)算灰度值，利用公式計(jì)算骨骼的骨密度值。

3 小結(jié)

本文根據(jù)雙能X射線吸收法檢測骨密度的原理，給出動(dòng)物骨密度檢測的計(jì)算方法。通過選擇合適的校正模體，并保證低能和高能X射線的穩(wěn)定性，得到的動(dòng)物骨密度就可以對臨床或其它領(lǐng)域應(yīng)用提供很好的指導(dǎo)作用。