双能X 线骨密度仪测量原理和维修校准的技术初探
双能X 线骨密度仪测量原理和维修校准的技术初探
周璐
（浙江省杭州市萧山区质量计量监测中心,311202）
摘要：目前，在评估骨质疏松方面，非常重要的一种手段是利用放射学方法来对体内骨矿物质含量BMC 和骨密度BMD 进行测
定；随着时代的发展和社会的进步，骨密度测量仪器也经过了几个阶段的发展，X 线检查装置最最早的测量仪器，后来逐渐发
展到双能X 线吸收测定、超声检测和CT 测定装置等等。本文简要分析了双能X 线骨密度仪测量原理和维修校准的技术，希望
可以提供一些有价值的参考意见。
关键词：骨密度仪；测量原理；维修校准
Dual-energy X-ray absorptiometry measurement principle
Technique of calibration and maintenance of
Zhou Lu
(Measuring the quality of Xiaoshan District,
Abstract ： At present,in the assessment of osteoporosis,it is important as a means of radiological methods
is the use of in vivo bone mineral content BMC and BMD bone mineral density were measured;With the
development and social progress,bone density measurement instrument has also been several stages of development,
X-ray inspection apparatus most of the earliest measuring instruments,and later evolved to a
dual-energy X-ray absorptiometry,ultrasound and CT measurement device and so on.This paper analyzes the
dual-energy X-ray absorptiometry measurement principle and maintenance of calibration techniques,hoping to
provide some valuable suggestions.
Keywords ：bone density;measuring principle;maintenance calibration
1 常用骨密度仪的技术特点
目前，骨密度测定仪可以被分为很多种类型，比如光子吸收
法、定量超声法、X 线吸收法和定量CT 测定法等等。不同类型
的方法在原理和技术特点等方面也存在着较大的差异；具体来
讲，包括这些方面的内容：
光子吸收法测定骨密度装置将放射源定为利用核素产生的
单光子或双光子能量r 射线，对于软组织和骨质来讲，在穿透力
方面也是不同的。为了使探测晶体可以进行检测计数，就可以
平行移动放射源和探测器，经过先进的计算机计数处理，可以将
BMC 和BMD 得到。
超声骨密度仪利用的则是超声波穿过身体组织时，会有衰
减发生，并且组织特性会在一定程度上影响到衰减量。通过研究
发现，骨的弹性模型和骨密度的特性会在很大程度上决定到超
声波在骨内的传播速度。超声换能器指的是从骨的一侧将超声
波发向另一侧，骨矿含量以及骨结构和强度是由传导速度和振
幅衰减定量来检测的，这种技术具有较多的优点，如没有辐射，
无创，携带起来比较的方便等。定量超声指数QUI 是利用声速
SOS 和宽频超声衰减BUA 综合得出来的。
使用X 线吸收法的骨密度仪可以分为两种，一种是单能X
线，另一种是双能X 线，此外还有定量CT 装置等等。这些装置有
着相同的工作原理，当X 线穿过人体骨组织时，因为不同的骨矿
含量组织，会吸收不同的X 线，利用计算机来用骨矿含量数值替
代穿透骨组织的X 线强度；其中，双能X 线吸收测定方法DEXA
是经过吸收过滤，X 线球管会产生两种能量的光子峰，一种是
高的，一种是低的，采用的X 线束是笔束式的或者扇形的，扫描
出来的信号是通过全身扫描系统传递给计算机的，处理之后，骨
矿含量就可以清晰的得出来， 此外，还可以精确的得出来肌肉
量和脂肪量。定量CT 测定法则是通过常规CT 机来进行扫描，对
特定部位的骨矿密度进行测量，但是这种方法有着较大的放射
剂量，且比较的昂贵，因此临床上使用较少。
2 XR—46 双能X 线骨密度仪的系统原理和组
成
本系统采用的快速扫描方式是笔束式，有很多个组成部分，
比如X 线装置、探测器、数据采集、动态扫描过滤器、激光定位等
等。
其中，X 线装置部分比较容易明白，结构较为简单，球管的
阳极是固定的，只有很小的阳极电流，一般是1.3mA，管电压是
恒定的，通过八个水平滤线器产生两种能量，一种是46.8kev 的
低能，一种是100lev 的高能。一直恒定产生球管X 射线，只有非
常小的剂量。如果不扫描人体，那么在进行激光定位扫描等其他
操作时，X 射线就需要有铜控制片来进行遮挡。
将探测器设计为两套NAL 闪烁晶体，这两套晶体是独立工__
作的，高低能的计数利用的是脉冲计数方式，在同一时间内进行，一般来讲，相当于两倍探测器计数，这样双能X 线检测就可以实现。
动态扫描器过滤器含有的过滤片数量为4 个，但是却可以对这些过滤片进行组合调节，以此来组合出八种水平的滤线器，保证自动补偿功能可以实现不同体厚；结合厚度的不同，可以对适当的X 线剂量进行恰当的选择，从而保证剂量精准度是最佳的。需要注意的是，扫描速度是一直不会变的。
通过上文的叙述我们已经了解到，目前的双能X 线骨密度仪目前有两种设计模式，分别是单检测器和双检测器，前者在接收高低X 线量时，利用的单检测器来交替计数，后者采用的双检测器来对高低能X 线量进行同时检测，采用的是计数方式。而XR-46 型骨密度仪采用的检测器则是利用两个独立的碘化钠晶体设计的，两个检测器的厚度是不相同的，这样晶体的计数率就可以得到大大的提高。
激光定位系统则是利用定点扫描的方式将全身感兴趣区域ROI 的数据或得到，也可以自动局部扫描患者的ROI。
整机的控制是由控制主机和测试系统负责的，其中，质量控制以及校准功能是由测试系统实现的，利用计算机控制来自动完成，主要包括两个部分的内容，分别是QA 和QC，前者指的是校准程序，后者指的是质量测试程序。骨骼和软组织是由77 阶校准QA 模块替代的，它的组成包括铝合金以及丙烯塑料。通过校准77 阶楔形，来检测高低能，这样骨矿含量以及软组织含量就可以有效的得到，进而对软组织中的肌肉含量以及脂肪含量进行计算。一般来讲，每天对病人进行扫描之前，校准工作需要首先进行，这是为了保证精确度符合相关的规定和要求。
3 常见故障的维修校准技术
通过上文的叙述我们已经得知，X 线机、检测校准扫描以及计算机处理系统共同构成了骨密度仪，并且X 线系统部分设计的并不复杂，只有较小的放射剂量、功率和mA, 因此，产生的故障也不太多。而定量分析校准则有着较高的要求，为了保证精确度，每天都需要检测校准扫描，它在机械结构方面也需要特别的精密和稳定，一般来说，这个部位容易出现故障。另外，我们还需要特别注意的是，探测器和计算机系统对于环境也有着要求，那么就需要将这些作为重点来进行日常的保养和维护，比如每日进行校准程序和质量测试程序结果中的骨密度、脂肪和肌肉的精确度和准确度超过了范围，就会显示 out of range，结合以往的检修经验，就可以归纳为关系着室内温湿度、机器轨道的保养以及设备的搬运等等。为了便于大家理解，本文举出了一些维修和校准的案例，希望有所帮助。
案例一：BMD 参数多次超出了范围
故障现象：每日经过质量测试程序之后的半个小时，BMD 结果的两项参数如果超出了标准偏差值运行范围，PRECISION 以及ACCURACY 就会将超出范围的提示写在结果中。
故障分析：结合相关的保养规范检查过工作环境之后，就可以将客观原因的可能性给排除掉，经过分析得知，设备迁移搬运造成机械位置X 线光孔与接收器位置偏差可能相关，因此，就需要对校准进行重点考虑。
解决方法：进行初始化校准，也就是本设备的六小时校准程序。首先从窗口桌面上进入MS-DOS 模式，将cd xr 26 输入到C 盘目录，将Dir*.fil 输入到xr26 目录，指的是查看校准文件；更改校准文件名，可以任意进行更改，只要不重名于已经存在的文件即可，如果没有成功的进行修改，就需要重复进行。进入NORLAND 软件，点击本主软件的begin QA，在77 级校准器上对A 和B 点进行标记，开始初始化校准。完成了六小时校准程序之后，将NORLAND 软件退出，进入DOS，输入FF-SET，结合相关的操作手册规范进行25 次和16 次体模扫描。
案例二：AUTOSET 板故障
故障现象：不能够通过每日校准的运用。在进行质量测试程序时，需要等待较长的时间，扫描工作才会开始，并且不能连续的扫描出完整的体模图像，只能够断断续续的进行。另外，在进行质量测试程序时，还会出现一些故障提示。开始了校准程序之后，会有故障代码出现。
分析方法：对故障现象以及提示信息进行分析，在和正常的高低能曲线进行对比，得出判断，本故障的高低能曲线图中是没有低能曲线的。那么很可能就是低能探测器或探测器自动调节AUTOSET 板故障。为了协助判断，进行一次六小时的初始化校准，半小时左右校准程序终止，没有通过AUTOSETPMT GAIN，显示的错误信息也是相同的，那么说明故障目标已经明确。
故障排除方法：AUTOSET 板进行更换，确认准确的球管与探测器位置，进入维修模式的XSST 菜单，测试探测器的增益峰值Gain PEAK，通过峰能图，我们可以确定低能的DAC 工作点存在于1150±50 光谱范围，而高能的DAC 工作点则在2250±50 光谱范围，如果DAC 超出了相关范围，就需要选择pautoset -R 来重新校正测试增益，等到达到了相关要求之后即可。然后进行六小时的初始化校准，体模扫描，调零，每日校准工作也是非常重要的，不要忽视。
4 结语
随着时代的发展和科学技术的不断革新，我国骨密度仪的测量技术越来越完善，越来越成熟。那么目前非常重要的一个工作就是它的原理结构以及使用规范进行熟练的掌握，并且对日常工作中定期的质量控制产生足够的重视。维修人员只有对测试结果的含义特别熟悉，才能够有效的分析和判断故障，同时为了保证仪器的精确度，还需要定期保养设备的机械走轨，这样机械位置的漂移就可以得到较大程度的减少。
