การวัดความหนาแน่นของกระดูก bone densitometry
DESCRIPTION
การวัดความหนาแน่นของกระดูก Bone Densitometry. ดร.มนตรี ตั้งใจ. ภาควิชารังสีเทคนิค คณะเทคนิคการแพทย์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. เนื้อหานำเสนอ (Out line). หลักการและเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก ปริมาณรังสีในการวัดความหนาแน่นของกระดูก โรคกระดูกพรุนและการตรวจ R2R. หลักการ. I. I 0. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
การวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�กBone Densitometry
1
ภาควั�ชาร�งสี�เทคน�ค คณะเทคน�คการแพทย์� มหาวั�ทย์าลั�ย์เช�ย์งใหม�
ดร.มนตร� ต�!งใจ
2
เน#!อหาน$าเสีนอ (Out line)
หลั�กการแลัะเทคน�คในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�ก ปร�มาณร�งสี�ในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�ก โรคกระด�กพร'นแลัะการตรวัจ R2R
3
หลั�กการ
I = I0 e -(M)
I0 I
โดย M คื�อ มวลสาร คื�อคื�าส�มประส�ทธิ์��การลดลงเชิ�งมวล(mass
attenuation coefficient)
4
I = I0 e -(M)
I0 I
หลั�กการ
5
I = I0 e -(M)
I0 I
หลั�กการ
6
I = I0 e -(M)
I0 I
หลั�กการ
7
10 keV40 keV
ln (I/I0) = - um x M
ถ้�า I0 = 40 keVI = 10 keVum = 0.9039 cm2 /gM = Mass per unit area
ln (10/40) = - 0.9039 x Mln (0.25) = - 0.9039 x M-1.3863 = - 0.9039 x MM = 1.534 g/cm2
หลั�กการ
8
0 0
70 keV beam40 keV beam
70 keV read out
40 keV read out
X-ray tube
40 70
I0 (40 keV) = 40I0 (70 keV) = 70
หลั�กการ
9
0 0
Soft Tissue(Fat+lean)
Soft Tissue +bone
0.358
2.291
I040 = 40 Ist
40 = 0.358I0
70 = 70 Ist70 =
2.291
หลั�กการ
10
0.08
1.96
I040 = 40 I0
70 = 70
Ist40 = 0.358 Ist
70 =
2.291
Ib40 = 0.08 Ib
70 =
1.96
หลั�กการ
11
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
If mass attenuation coefficient ;uf
40 = 0.23 uf70 = 0.19
Rf = 1.211uL
40 = 0.27 uL70 = 0.19
RL= 1.421ub
40 = 1.00 ub70 = 0.32
Rb = 3.125Need to calculateust
40 = ? ust70 = ? Rst = ?
หลั�กการ
12
Rst = ln (I040 / Ist
40) / ln (I070 / Ist
70)
= ln (40 / 0.358) / ln ( 70 / 2.291)
= ln (111.73) / ln (30.55)
= 4.716 / 3.419
= 1.379
หลั�กการNo tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
13
uf40 = 0.23 uf
70 = 0.19Rf = 1.211
uL40 = 0.27 uL
70 = 0.19RL= 1.421
ub40 = 1.00 ub
70 = 0.32Rb = 3.125
ust40 = ? ust
70 = ? Rst = 1.379
หลั�กการNo tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
14
% Lean = [(Rst-RF)] / (RL-RF)] x 100= [(1.379-1.211)] / (1.421-1.211)] x 100= (0.168) / (0.21) x 100= 0.8 x 100= 80 %
หลั�กการNo tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
15
% Lean = 80%%Fat = 100-%Lean%Fat = 100-80%Fat = 20 %
หลั�กการNo tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
16
Ust40 = (Lean Fraction)(UL
40) + (Fat Fraction)(UF40)
= (0.80)(0.27) + (0.20)(0.23)= (0.216) + (0.046)= 0.262
Ust70 = (Lean Fraction)(UL
70) + (Fat Fration)(UF70)
= (0.80)(0.19) + (0.20)(0.19)= (0.152) + (0.038)= 0.19
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
17
uf40 = 0.23 uf
70 = 0.19Rf = 1.211
uL40 = 0.27 uL
70 = 0.19RL= 1.421
ub40 = 1.00 ub
70 = 0.32Rb = 3.125
ust40 = 0.262 ust
70 = 0.19 Rst = 1.379
หลั�กการNo tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
18
Mb = [Rst x ln (Ib70 / I0
70)] – ln (Ib40 / I0
40)Ub
40 – (Ub70 x Rst)
= [1.379 x ln(1.96 / 70)] – ln(0.80 / 40)1.00 – (0.32 x 1.379)
= 2.30 g/cm2
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
19
Mst = ln (Ib40 / I0
40)] – [Rb x ln (Ib70 / I0
70)(Rb x Ust
70 ) – Ust40
= ln (0.08 / 40) – [3.125 x ln(1.96 / 70)(3.125 x 0.19 ) – 0.262
Mst (over the bone) = 14.95 g/cm2
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
20
Mst = ln (Ist40 / I0
40)] – [Rb x ln (Ist70 / I0
70)(Rb x Ust
70 ) – Ust40
= ln (0.358 / 40) – [3.125 x ln(2.291 / 70)(3.125 x 0.19 ) – 0.262
Mst = 18.0 g/cm2
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
21
% Lean of soft tissue (over bone) = 80%% Fat of soft Tissue (over bone) = 20%So,ML (over bone) = 14.95 x 0.80 = 11.96 g/cm2
AndMF (over bone) = 14.95 x 0.20 = 2.99 g/cm2
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
22
% Lean of soft tissue (soft tissue) = 80%% Fat of soft Tissue (soft tissue) = 20%So,ML (soft tissue) = 18 x 0.80 = 14.4 g/cm2
AndMF (soft tissue) = 18 x 0.20 = 3.6 g/cm2
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
23
Mb = 2.3 g / cm2
ML(over bone) = 11.96 g / cm2
MF(over bone) = 2.99 g / cm2
ML(soft tissue) = 14.4 g / cm2
MF (soft tissue) = 3.6 g / cm2
Total tissue weight= 35.25 g
No tissue
Soft issue Bone
40 keV read out
I040 = 40 Ist
40 = 0.358 Ib40 = 0.080
70 keV read out
I070 = 70 Ist
70 = 2.291 Ib70 = 1.960
24
เทคน�คในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�กการแบ่�งประเภท
1. แบ่�งตามการใชิ�งานของเคืร�"อง1.1 เคืร�"องส#าหร�บ่ว�ดคืวามหนาแน�นกระด%ก
บ่ร�เวณส�วนกลาง (Central devices) คื�อบ่ร�เวณกระด%กส�นหล�ง (spine) กระด%กสะโพก (hip)
1.2 เคืร�"องส#าหร�บ่ว�ดคืวามหนาแน�นกระด%กบ่ร�เวณส�วนระยางคื( (Peripheral devices) เชิ�น กระด%กข�อม�อ (wrist) กระด%กส�นเท�า (heel)
25
2. แบ่�งตามร%ปแบ่บ่พ�)นฐานของเคืร�"อง2.1 แบ่บ่ร�งส+เอกซ์( (x-ray based)
2.2 แบ่บ่อ�ลทราซ์าวด( (Ultrasound based)
เทคน�คในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�ก
การแบ่�งประเภท
26
การแบ่�งประเภท
เทคน�คในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�ก
3. แบ่�งตามโคืรงสร�างของกระด%ก ( skeletal sites)3.1 ส�วนกลาง (Central sites)3.2 รยางคื( (Peripheral sites)
27
เทคน�คในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�ก
เคืร�"องว�ดคืวามหนาแน�นกระด%กบ่ร�เวณส�วนกลาง (Central densitometry
devices) ได�แก�1. Dual-energy x-ray
absorptiometry (DXA,DEXA)
2. Quantitative computed
tomography (QCT)
28
เคืร�"องว�ดคืวามหนาแน�นกระด%กบ่ร�เวณรยางคื( (Peripheral densitometry devices) ได�แก�1. Peripheral DXA (pDXA)2. Single x-ray absorptiometry (SXA)3. Peripheral QCT4. Quantitive ultrasound (QUS)5. Radiographic absortiometry (RA)
เทคน�คในการวั�ดควัามหนาแน�นของกระด�ก
29
Gold standardDual-energy x-ray absorptiometry (DXA, DEXA)
ม+คืวามแม�นย#าส%ง (excellent precision)
ปร�มาณร�งส+น�อย (effective dose : 1-3 Sv)
น#าไปใชิ�ในการศึ/กษาทางระบ่าดว�ทยา ต�ดผลการร�กษาและการตอบ่สนองของยา เป2นท+"ร% �จั�กก�นด+ (well known)
ใชิ�งานง�าย
DXA scanner
30
What does the x-ray beam look like?
31
32
Pencil Beam Vs fan beam
Pencil Beam
Point acquisitionSingle detectorSlower acquisition
Line acquisitionMultiple detectorFaster acquisition
Fan Beam
33
Central DXA Precision Error Trueness Error
Spine 1-2 % 4-10%
Femur 1.5-3% 6%
Forearm 1% 5%
Total Body 1% 3%
Genant HK et al. J Bone Miner Res. 1996; 11(6):707
Precision Error and Trueness Error
34
Peripheral DXA Precision Error Trueness Error
Forearm 1-2 % 4-6%
Calcaneus 1-2% 4-6%
Hand 1-2% 5%
Genant HK et al. J Bone Miner Res. 1996; 11(6):707
Precision Error and Trueness Error
35
Effective Radiation Dose ( Sv) for DXAScan Mode QDR1000/4000 QDR4500/delphi DPX-L Prodigy
Pencil Beam Fan Beam Pencil Beam Fan BeamSpine (L1-L4) 0.5 2.0 0.21 0.7Femur 1.4 5.4 0.15 0.7Forearm 0.07 0.05 0.01Total body 3.6 2.6 0.5Blake GM et al, The evaluatuon of osteoporosis,1999
Mammography 450 Chest x-ray 50-150Lateral lumbar x-ray 700 L-spine + T-spine 1800-2000Bonnick S and Lewis LA: Bone densitometry for technologistes Humana Press 2006Bone densitometry course technologist course syllabus and associated reading materials 2008 (ISCD)
This test takes bone scans to check density or
thickness of bone.
What is Bone Densitometry?
Bone Density Testing Is Done For Three Reasons To diagnose osteoporosis To predict fracture risk To monitor therapy
36
Osteoporosis is a disease
of bones that leads to an
increased risk of fracture.
In osteoporosis the bone
mineral density (BMD) is
reduced, bone
microarchitecture is
deteriorating
โรคกระด�กพร'น (Osteoporosis)
37
38http://www.osteokku.com/
โรคกระด�กพร'น (Osteoporosis)
Risk FactorsAgeAs people age, their risks for osteoporosis increase. Aging causes bones to thin and weaken• All women over age 65 and All men over age 70• Postmenopausal women under age 65 with one or more risk factors for osteoporosis• Any man or woman over age 50 who has suffered a fracture
39
40
Body TypeOsteoporosis is more common
in people who have a small, thin body frame and bone structure.
Risk Factors
Family HistoryPeople whose parents had a
history of fractures may be more likely to have fracturesDietary Factors
Calcium and vitamin D deficiencies are important factors in the risk for osteoporosis
Bone mineral Density (BMD):the amount of
mineralized tissue in the area scanned (g/cm²)
T score: Compare your bone density to that of a young
adult with normal bone density
Z score: Compare your bone density to people of your age,
gender, and ethnicity
Definitions
41
42
43
44
Z-scorePatient’s BMD – Age-Matched Mean BMD
1 SD of Age-Matched Mean BMD in g/cm2
•เปร�ย์บ่เท�ย์บ่ค�าท�)วั�ดได+ก�บ่ค�า predicted
normal value ใน standard ท�)อาย์'เด�ย์วัก�น
45
46
Calculation of z-scores
http://courses.washington.edu/bonephys/opbmdtz.html
For example, a white woman aged 55 with BMD of 850
has a Z-score of
(850-876)/139 = -0.18
Patient’s BMD – Young-Adult Mean BMD 1 SD of Young-Adult Mean BMD
47
Example:
T-score =
0.7 g/cm2 - 1.0 g/cm2
0.1 g/cm2
= - 3.0
T-score
48
Classification T-scoreNormal -1 or greater
OsteopeniaBetween -1 and -2.5
Osteoporosis -2.5 or lessSevere Osteoporosis
-2.5 or less and fragility fracture
Diagnostic Classification
49
R2R R2R ย์�อมาจาก Routine to
Research หมาย์ถึ-งการพ�ฒนางานประจ$าสี��งานวั�จ�ย์
R2R จะท$าให+การสีร+างหร#อการผลั�ตควัามร�+เก�ดข-!นได+ในท'กหนท'กแห�ง ท$าให+ท'กท�)เป0นองค�กรท�)เร�ย์นร�+ได+ด+วัย์ตนเอง โดย์ใช+การวั�จ�ย์เป0นเคร#)องม#อแห�งการ
เร�ย์นร�+
50
ต�วัอย์�างงานวั�จ�ย์
51
This study was performed to assess the
short-and long-term performance of a 6-
year-old Lunar to measure lumbar
spine,fermoral neck and forearm BMD
continuously over this period
J Wells and PJ Ryan; 2000
วั�ตถึ'ประสีงค�
52
J Wells and PJ Ryan; 2000
Short term precision
was assed by 15 measurement of
the aluminium Lunar phatom (Madison),
WI on the same day, with repositioning
between scans
was calculated by 10
measurements of the Hologic spine
phantome (Waltham, MA)
วั�ธี�การทดลัอง
53
Long-term precision
was calculated in the same manner,
from measurements over 18 months
using the Hologic spine phantom, which
were acquit three in a week
J Wells and PJ Ryan; 2000
วั�ธี�การทดลัอง
54
ผลัการทดลัอง
The short-term coefficient of variation
was 0.242% using the Lunar aluminium phantom
was 0.299% using the Hologic spine phantom
J Wells and PJ Ryan; 2000
55
ผลัการทดลัองOver the 18 months
Shift from base line
2.16% caused by
PMT failure
Manufacturer’s QC was not detected because software
would detecte value than 2.5%
PMT failure New PMT
J Wells and PJ Ryan; 2000
56
ผลัการทดลัอง
J Wells and PJ Ryan; 2000
57
ต�วัอย์�างงานวั�จ�ย์
58
To estimate and compare the
effective dose from DXA
examinations in children and adults
using a consistent methodology.
G.M. Blake et al. / Bone 38 (2006) 935–942
วั�ตถึ'ประสีงค�
59
วั�ธี�การทดลัอง Dose were measuremented
using thermoluminescent dosimeters (TLDs)
Phantom Effective dose was
calculated by taking the average dose to each organ and multiplying by its ICRP
Publication 60 tissue-weighting factor
60
61
62
ขอบ่ค'ณคร�บ่