双能X射线吸收法检测动物骨密度的原理及计算方法

申 果

（辽宁开普医疗系统有限公司，辽宁本溪 117004）

骨是脊椎动物体内特有的器官，其中骨质是最为坚硬且稳定的部分。资料表明，骨密度是骨骼强度的一个重要指标，骨骼强度取决于骨骼的外在形态、骨组织的构造和骨密度三种因素，其中，骨密度是决定骨强度最主要的因素。目前有用骨密度检测来检测宠物是否有骨质疏松症，对宠物易骨折原因和后续营养补给有很好的指导作用；也有用于小动物身体成分分析；也有用于司法鉴定，鉴定动物种属；还可以用于骨质疏松药物疗效评估等。

最早采用X射线进行骨密度检测主要是通过骨骼X射线的影像密度高低来判断骨骼的骨密度。这种方法的优点是简单、易操作，缺点是该方法受主观因素影响较大，在临床上只能进行粗略的定性，而难以给出定量结果。DEXA（Dual Energy X-ray Absorptiometry，双能X射线吸收法）具有扫描速度快，精确度与准确度高、放射性剂量低等优点，已广泛应用于临床，是骨密度检测公认的“金标准”，以克/每平方厘米（g/cm2）表示，是一个绝对值，可检测脊椎、股骨以及全身骨骼，评价骨骼的健康状态，是骨质疏松症早期诊断、疾病监测和药物疗效评价的常用方法。

1 检测原理

双能X射线吸收法检测骨密度，是利用骨骼比组织有更高的衰减。射线穿过被检测物会有一定的衰减，其衰减量与被检测物体的密度和厚度成正相关。

X射线在物质中的衰减公式如下：

其中，μ表示衰减系数，x表示物质厚度，I0表示X射线入射强度，I表示X射线出射强度。

当穿过物质不同时，衰减公式表示如下：

其中，μ1，μ2，...，μn表示n种物质对应的衰减系数，x1，x2，...，xn表示n种物质对应的厚度，I0表示X射线入射强度，I表示X射线出射强度。

将动物组织分为骨骼和软组织两种，则上述公式可以写为：

该公式的另一种形式为：

其中，Mb，Ms分别表示单位面积物质的质量，单位为g/cm2，μb，μs分别表示质量衰减系数，单位为cm2/g。

利用骨骼和软组织对X射线的衰减系数不同，采用校正模体校正的方法获取到衰减系数，然后分别采集低能L和高能H两种能谱的X射线，计算得到Mb，即利用以下方程组求解：

计算得到的骨骼密度Mb计算公式如下：

2 计算方法

根据双能X射线吸收法检测骨密度的原理，计算步骤如下：

2.1 校正

选用已知密度的类骨骼和软组织密度的物质作为校正模体。设定双能X射线的低能和高能，分别采集校正模体数据，计算校正模体的低能下衰减系数和高能下的衰减系数。

2.2 拍摄动物部位

将动物需计算骨密度的部位曝光在X射线下方，分别采集该部位的低能图像和高能图像。

2.3 计算骨密度

选择感兴趣区域，计算灰度值，利用公式计算骨骼的骨密度值。

3 小结

本文根据双能X射线吸收法检测骨密度的原理，给出动物骨密度检测的计算方法。通过选择合适的校正模体，并保证低能和高能X射线的稳定性，得到的动物骨密度就可以对临床或其它领域应用提供很好的指导作用。