關(guān)于骨密度儀測(cè)量準(zhǔn)確性的探討

張婧涵殷衡基

1 北京市普仁醫(yī)院 (北京 100061)

2 北京市體檢中心 (北京 100077)

關(guān)于骨密度儀測(cè)量準(zhǔn)確性的探討

張婧涵1殷衡基2

1 北京市普仁醫(yī)院 (北京 100061)

2 北京市體檢中心 (北京 100077)

我們提出了影響骨密度檢測(cè)準(zhǔn)確性的原始骨密度數(shù)值、診斷標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)性三大要素，根據(jù)這些要素分析了骨密度儀在實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用與展望，以供大家參考。

骨密度儀 檢測(cè) 數(shù)值 準(zhǔn)確性

Abstract:We have advanced three essential factors-original bone density value, diagnostic standard and relativity, which affect the accuracy of bone density examination. Also, we have analyzed the application and the expectation in the utility of bone densitometer on account of these three essential factors. And some conclusions were provided as a cross-reference for us.

Key words:bone densitometer, examination, numerical value, accuracy

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)骨質(zhì)疏松癥的認(rèn)識(shí)逐漸深化。原發(fā)性骨質(zhì)疏松是以骨量減少、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化為特征的，致使骨的脆性增加以及易于發(fā)生骨折的一種全身性骨骼疾病，因此得到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。

近年來(lái)定期測(cè)量及時(shí)診斷治療骨質(zhì)疏松癥狀已經(jīng)得到了迅速的普及和提高。目前采用不同測(cè)試原理的骨密度儀種類繁多，設(shè)備價(jià)格懸殊，不同的設(shè)備測(cè)量的人體部位不盡相同，測(cè)量出的數(shù)據(jù)又不像血壓、心電等信號(hào)直觀易懂，尤其是臨床醫(yī)生無(wú)法驗(yàn)證設(shè)備測(cè)量的數(shù)據(jù)與患者骨密度真值的誤差，只能聽信廠家的介紹，而廠家為了推銷自己的產(chǎn)品往往揚(yáng)長(zhǎng)避短，使得骨密度準(zhǔn)確性的問(wèn)題更加真假難辨。由于一些骨密度臨床應(yīng)用的學(xué)術(shù)論文也都是以設(shè)備出示的結(jié)果為依據(jù)，因此骨密度儀準(zhǔn)確性的問(wèn)題一直是專家學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。下面我們從臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)角度，根據(jù)骨密度儀自身的特點(diǎn)分析使用什么樣的骨密度儀測(cè)量更準(zhǔn)確、為什么準(zhǔn)確，使用什么樣的骨密度儀更加符合臨床實(shí)際需求，供大家參考。

1 關(guān)于人體骨密度數(shù)值的探討

我們?cè)谔接懝敲芏葍x測(cè)量準(zhǔn)確性時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)人體骨密度數(shù)值的來(lái)源和形成有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。我們查閱了大量的有關(guān)資料和產(chǎn)品使用說(shuō)明書，有關(guān)骨密度數(shù)值的一些問(wèn)題定義比較含混，不夠明確，有些只是專家學(xué)者個(gè)人的看法，卻當(dāng)成了定論廣為引用。有的產(chǎn)品說(shuō)明同一個(gè)問(wèn)題介紹的內(nèi)容都不盡相同，因此我們希望通過(guò)分析研究，除去一些隨機(jī)、人為等客觀因素的影響，總結(jié)出了人體骨密度數(shù)值有三大特征要素。

(1) 如何理解骨密度值(Bone mineral density, BMD)的準(zhǔn)確性。

無(wú)論是什么樣的機(jī)器，測(cè)量那個(gè)部位，診斷報(bào)告中首先要顯示出骨密度值BMD，BMD是由機(jī)器直接檢測(cè)來(lái)的最基本的數(shù)據(jù)，是計(jì)算其他數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。相關(guān)資料是這樣定義BMD的，BMD為感興趣區(qū)(POR)骨礦物質(zhì)(BMC)含量與掃描面的比值。骨密度值BMD數(shù)據(jù)單位是g/cm2。對(duì)此大家必然有疑問(wèn)，只有在三維的體積內(nèi)才能含有多少克物質(zhì)，無(wú)論是什么樣的測(cè)量方法都是一個(gè)三維檢測(cè)過(guò)程，為什么測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)單位是二維的g/cm2？因?yàn)楣敲芏葍x只能通過(guò)掃描獲取二維的圖像，圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值和數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)制數(shù)值進(jìn)行比對(duì)產(chǎn)生BMD值。有資料介紹同一地區(qū)、同一人群人體骨骼幾何尺寸可以相差50%。如果兩個(gè)人骨密度值相同，而骨骼的幾何尺寸不同，即厚度不同，在相同掃描面積下機(jī)器出示的骨密度值必然不相同，這就是骨密度儀反映骨密度實(shí)際值的局限性和誤差的重要因素之一。

骨密度儀要把實(shí)際檢測(cè)出的數(shù)值和設(shè)備內(nèi)置的原始骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，因此原始骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性尤為重要。不論什么樣的設(shè)備，建立原始骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)原理都一樣。在實(shí)驗(yàn)室里骨密度儀產(chǎn)生一定能量的波，波經(jīng)過(guò)骨樣品后能量衰減，再把骨樣品經(jīng)過(guò)8000?C馬福爐煅燒、干燥后稱出骨灰的重量，設(shè)備把衰減后的能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，電信號(hào)的幅值數(shù)字化，數(shù)字化電信號(hào)數(shù)值即為骨灰的重量的克數(shù)。經(jīng)過(guò)這種多次將衰減信號(hào)與所測(cè)的重量相對(duì)應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)，構(gòu)成骨密度儀BMD的原始數(shù)據(jù)庫(kù)。顯然在臨床應(yīng)用中與實(shí)驗(yàn)室里構(gòu)成的原始數(shù)據(jù)庫(kù)至少有三個(gè)因素影響了數(shù)值的準(zhǔn)確度：(1)骨樣品的特異性與實(shí)際檢測(cè)的人體是否一致，如果是以白種人骨樣品建立的原始數(shù)據(jù)庫(kù)，測(cè)量中國(guó)人必然有誤差。(2)人體骨樣品試驗(yàn)是否與設(shè)備數(shù)字信號(hào)穩(wěn)定、準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)。(3)臨床應(yīng)用中是一個(gè)極其復(fù)雜條件下的檢測(cè)過(guò)程，受環(huán)境、人體差異等影響、必然和實(shí)驗(yàn)室里的原始數(shù)據(jù)庫(kù)有誤差。因此任何儀器的數(shù)值都與真值存在著誤差，只不過(guò)是這種誤差有大有小罷了，廠家提供的數(shù)據(jù)只能是一種參考，把一種儀器測(cè)量出的結(jié)果當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)是值得商榷的。

(2)如何理解骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)

目前臨床使用的骨密度儀都是計(jì)算機(jī)控制，診斷報(bào)告中自動(dòng)顯示和打印T值和Z值，并生成骨質(zhì)疏松診斷結(jié)果。臨床上T值是骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)值，Z值是診斷參考數(shù)據(jù)。目前我國(guó)醫(yī)務(wù)界這樣定義T值和Z值：T值為與健康年輕人數(shù)值之間的差，單位是SD。Z值是與各年齡段相符的標(biāo)準(zhǔn)值的比，顯然這不是一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)。我們根據(jù)廠商提供的信息進(jìn)一步解釋T值和Z值，WHO規(guī)定：T值是與20～39歲的健康白種人峰值骨量比較的差，Z值-是與被檢者相同性別、種族、年齡的人群平均峰值骨量比較的標(biāo)準(zhǔn)差。我們目前只能使用世界衛(wèi)生組織所做的骨質(zhì)疏松癥狀定義：T值＞-1 骨量正常；-2.5＜T值＜-1骨量減少；T值＜-2.5骨質(zhì)疏松。定義T值和Z值以及生成骨質(zhì)疏松診斷結(jié)果看似簡(jiǎn)單，而實(shí)際上從醫(yī)學(xué)工程技術(shù)角度關(guān)注數(shù)據(jù)的來(lái)源是一個(gè)非常困難的事。每臺(tái)設(shè)備要保證測(cè)量的準(zhǔn)確性就要有一個(gè)與自身性能相適應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的建立絕非像我們?nèi)粘０惭b一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件那樣簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)庫(kù)的科學(xué)性需要大量的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，需要大量不能直接帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的人力物力。一些國(guó)際品牌的骨密度儀不斷地進(jìn)行軟件升級(jí)，就是使自身的數(shù)據(jù)庫(kù)不斷地修正誤差，使其更加符合實(shí)際情況。由于我國(guó)人們對(duì)尸解的傳統(tǒng)意識(shí)等諸多因素影響，很難得到最重要的原始資料。一些學(xué)術(shù)論文數(shù)字統(tǒng)計(jì)也都是以骨密度儀出示的結(jié)果為依據(jù)，使得我國(guó)骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)目前尚不能統(tǒng)一。由于儀器設(shè)備的硬件已經(jīng)國(guó)際化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，使得儀器設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量上都能夠得到保證，而每臺(tái)設(shè)備隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)要和自身的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，產(chǎn)生T值和Z值，數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性是制約我們研制骨密度儀的瓶頸。因此我們認(rèn)為骨密度儀數(shù)值是否準(zhǔn)確關(guān)鍵問(wèn)題不在硬件而是軟件。

(3)如何理解測(cè)試數(shù)值的相關(guān)性。

目前社會(huì)上不同的機(jī)型測(cè)量人體的部位不盡相同，有測(cè)量手指、前臂、足跟骨的專用機(jī)，也有測(cè)量脊柱、髖部、雙側(cè)股骨的全身機(jī)。實(shí)際上為臨床醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)工程提出了兩個(gè)相關(guān)性研究的課題。一個(gè)是人體各部位骨密度相關(guān)性的研究，一個(gè)是不同機(jī)型骨密度儀測(cè)量數(shù)值相關(guān)性的研究?？傊@兩種相關(guān)性誤差的累積，也是影響骨密度儀測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素。

2 骨密度儀準(zhǔn)確性的探討

如果我們對(duì)上述骨密度數(shù)值的特點(diǎn)有了深刻的認(rèn)識(shí)，在分析骨密度儀準(zhǔn)確性時(shí)一些問(wèn)題就比較容易理解。下面我們以最常用、最有代表性的雙能 (Dual Energy X-ray Absorptiometry，簡(jiǎn)稱：DEXA)和單能(Single Energy X-ray Absorptiometry，簡(jiǎn)稱 SEXA)X 線骨密度儀為例，分析影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素。醫(yī)務(wù)界普遍認(rèn)為DEXA 為骨密度測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”，是唯一通過(guò)美國(guó)FDA認(rèn)證產(chǎn)品。那么DEXA究竟準(zhǔn)確在那里，為什么它比SEXA準(zhǔn)確？實(shí)際上DEXA和SEXA在設(shè)備結(jié)構(gòu)、測(cè)試原理等方面都沒有本質(zhì)的區(qū)別。DEXA原理是利用兩種能量(35keV和75keV)通過(guò)軟組織和骨骼的能量衰減系數(shù)不一樣，聯(lián)立衰減系數(shù)方程進(jìn)行比較從而得到骨密度值。這個(gè)方法為能量剪影，可以盡可能地減少骨骼以外人體其它組織對(duì)骨密度測(cè)量的影響。在測(cè)量腰椎時(shí)，人體腹部軟組織差異性很大，因此采用DEXA方式可以有效地減少這種影響，所以采用DEXA方式最大的優(yōu)勢(shì)是可以對(duì)全身各部位進(jìn)行骨密度檢測(cè)。北京市體檢中心使用的SEXA，采用數(shù)字式放射吸收測(cè)量法，測(cè)量出非慣用手第2、第3、第4手指中節(jié)指骨的相對(duì)BMD，取平均值，然后根據(jù)在臨床試驗(yàn)過(guò)程中建立的標(biāo)準(zhǔn)及參考數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)計(jì)算出患者的T值與Z值。盡管醫(yī)學(xué)界對(duì)這種方式的準(zhǔn)確性頗有疑義，但是如果我們仔細(xì)分析，DEXA采用的是聯(lián)立系數(shù)方程，而SEXA采用的是手指部位軟組織干擾小，干擾穩(wěn)定，易于計(jì)算機(jī)軟件處理，這兩種檢測(cè)方式只不過(guò)都是為了盡量減少人體軟組織的干擾，采用了不同的方法罷了。然而兩種檢測(cè)方式都面臨著我們提出3個(gè)要素對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。它們同樣是三維的測(cè)量，二維的結(jié)果、同樣是如何建立科學(xué)的數(shù)據(jù)庫(kù)、同樣是面臨兩個(gè)相關(guān)性的探討。特別要指出的是：相關(guān)性的研究不是僅限于SEXA，有大量資料表明DEXA在測(cè)量人體時(shí)，有時(shí)髖關(guān)節(jié)BMD正常，脊椎卻骨質(zhì)疏松、有時(shí)測(cè)量三節(jié)腰椎，可能有兩節(jié)正常，一節(jié)低骨質(zhì)量，因此如何綜合評(píng)價(jià)全身BMD值是醫(yī)學(xué)上的相關(guān)性研究的范疇。不同品牌的DEXA在測(cè)量同一個(gè)患者、同一個(gè)部位時(shí)會(huì)得出不同的BMD值，這些都是DEXA儀器設(shè)備需要研究的相關(guān)性。由此可見不應(yīng)該把DEXA數(shù)值準(zhǔn)確性絕對(duì)化，要客觀地理解“金標(biāo)準(zhǔn)”的概念。

為了探討B(tài)MD值準(zhǔn)確性的問(wèn)題，一些學(xué)者對(duì)DEXA和定量CT (Quantitative Computed Tomography QCT)進(jìn)行了大量的研究和數(shù)值比對(duì)，其結(jié)果只能是沒有定論。我們認(rèn)為重要原因之一就是骨密度儀數(shù)值的來(lái)源有上述3大特征因素，如果我們僅以骨密度儀產(chǎn)生的數(shù)值為依據(jù)，很難確認(rèn)那個(gè)準(zhǔn)確。如果我們從工程學(xué)角度考慮：QCT采用的是計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，是人體組織一定厚度的BMD值，是一個(gè)三維檢測(cè)，檢測(cè)出的三維圖像信號(hào)的過(guò)程，因此，在其他條件相同的情況下，QCT更能精準(zhǔn)地反映出患者BMD值的實(shí)際情況。

在實(shí)際工作中用戶是無(wú)法驗(yàn)證設(shè)備數(shù)值的準(zhǔn)確性，為了在工作中盡量保證數(shù)值的準(zhǔn)確，我們要做好3件事：①重視開機(jī)時(shí)設(shè)備自檢，如發(fā)現(xiàn)使用中數(shù)值異常，可以重新開機(jī)自檢；②定期請(qǐng)廠家用專用體模校正設(shè)備，注意數(shù)值的重復(fù)性；③嚴(yán)格按操作規(guī)程使用設(shè)備，特別要注意體位的擺放。

3 骨密度儀臨床應(yīng)用與展望

我們探討骨密度儀數(shù)值準(zhǔn)確性的問(wèn)題，主要目的還是要研究在臨床應(yīng)用中如何合理使用骨密度儀。合理使用骨密度儀不僅要考慮準(zhǔn)確性的問(wèn)題，也涉及到許多其他因素。

根據(jù)我們對(duì)北京市普仁醫(yī)院體檢中心的DEXA使用情況統(tǒng)計(jì)，體檢人數(shù)約占78%，病房和門診開單檢查約占22%。由于DEXA可以比較精準(zhǔn)地向醫(yī)生提供感興趣區(qū)域的BMD值，對(duì)于骨科手術(shù)、內(nèi)分泌藥物干預(yù)治療提供了幫助。針對(duì)老年人易發(fā)股骨頸、橈骨遠(yuǎn)端骨折現(xiàn)象，開展特殊群體、特殊部位的DEXA體檢，可以有效地提示骨折的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見以醫(yī)療為主的單位使用DEXA是比較合理的選擇。近年來(lái)DEXA大幅度降價(jià)已接近SEXA，但是由于每一個(gè)部位檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，約3～6min，制約了DEXA廣泛應(yīng)用于健康體檢。

北京市體檢中心使用的SEXA具有伸手便測(cè)、快捷成像、相關(guān)性好等特點(diǎn)，適合于健康體檢。不論是DEXA還是SEXA都采用了低劑量成像技術(shù)，但是畢竟是有X線產(chǎn)生，醫(yī)生、患者都有心理壓力，另外產(chǎn)生X線就需要高壓、管球，造價(jià)成本較高。

超聲骨密度儀檢查是90年代發(fā)展起來(lái)的最新骨密度定量測(cè)量技術(shù)，但是醫(yī)務(wù)界普遍認(rèn)為超聲骨密度儀不準(zhǔn)確，是制約超聲骨密度儀不能廣泛應(yīng)用重要的原因，我們希望通過(guò)上述的論證，對(duì)超聲骨密度儀準(zhǔn)確性有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)超聲骨密度儀各種新技術(shù)如：全干式超聲骨密度掃描儀、雙向超聲發(fā)射接收技術(shù)、定量超聲測(cè)量法、測(cè)量部位多樣化等相繼問(wèn)世，在技術(shù)和臨床上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。由于超聲骨密度儀具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行速度快、價(jià)格便宜、無(wú)輻射損傷等諸多優(yōu)點(diǎn)，在人們提高了對(duì)其準(zhǔn)確性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，我們相信尤其是在健康體檢領(lǐng)域超聲骨密度儀必然有一個(gè)良好的發(fā)展前景。

綜上所述我們希望在實(shí)際工作中對(duì)骨密度儀出示的結(jié)果和診斷報(bào)告要有一個(gè)更客觀的認(rèn)識(shí)，不要絕對(duì)化、標(biāo)準(zhǔn)化，一定要結(jié)合患者的臨床癥狀判斷病情。

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The Discussion about the Accuracy of Bone Densitometer

ZHANG Jing-han1YIN Heng-ji2
1 Beijing Puren Hospital (Beijing 100061)
2 Beijing Medical Examination Center (Beijing 100077)

1006-6586(2010)04-0014-04

R197.39

A

2010-03-10

殷衡基，原普仁醫(yī)院副院長(zhǎng)，高級(jí)工程師