单光子骨矿物密度测定仪的研制

    

    在生理状态下，人的骨矿物含量自儿童起持续增加，至35岁左右达最高峰，尔后缓慢降低。在病理状态下，某些疾病或因对其治疗而服用某些药物均可导致骨矿物含量的改变，因此活体骨矿物含量的定量测定对骨代谢疾病的早期诊断和疗效观察具有重要意义。

    目前对人体骨矿物含量的测量方法主要有X线照片法、定量CT测量法、骼骨活检法和同位素测量法(包括单光子吸收法、双光子吸收法及康普顿散射法)等四种。其中，单光子吸收法的精度可达+ 2%，方法简单可靠，重复性好，且属无损检测，易于推广应用^[2]    我们研制的单光子骨矿物密度测定仪采用Y线扫描吸收法，以测量尺、挠骨为主，也可用于四肢其它部位。除测量骨矿物线密度外，还给出骨宽及骨矿物面密度值。

    1测量原理和系统设计

    人骨对Y射线吸收最强烈的仅是含量微小的骨矿物质。通过探测器测量Y射线吸收减弱强度，可定量得知骨矿物的含量。测量原理如图1所示^[1]。     根据Y射线吸收方程得^[3]

式中，μ_s、μ_b和ρ_s, ρ_b分别表示软组织和骨矿物质的质量减弱系数(cm²/g)和密度(glcm³)，骨矿物质面密度(g/cm²)

式中，K_b= ρ/( μ_bρ_b-μ_s ρ_s)。设Y射线束垂直于骨作横向等距△X点扫描，对式(2)积分得纵向骨矿物线密度

    实际测量活体骨骼骨矿物含量((BMC)吸收曲线如图2所示。

    对公式(3)作方差分析可知测量结果中的误差来源，以此作为骨矿物密度测定仪系统设计的指导准则。

    M_b相对方差^【3.5]

式中，按误差上限估计，取Ii中最小者I_min代I_i，且令K=10^*I_min。

    由上式可以看出，Mb的测量误差主要来源于Kb,  Δ X,  n,   K和I_min五项。Kb为仪器标定系数，可通过一组标准骨模进行校正;ΔX为探测器系统数据采集点间距，也称之为丫射线束扫描速度。两者均为系统误差，因仪器不同而异。后三项都可能随被测对象不同而改变，其中n为采样数据点数，对骨宽(外径)定界直接影响啪勺取值;Imin为探测器探测到的最小Y射线强度;K为I0^*min的比值，对透过软组织Y射线强度平均值的测量与修正直接决定Io*的强弱。

    图3为硬件系统原理框图。