一种骨密度测量系统及其测量方法
阅读说明：本技术 一种骨密度测量系统及其测量方法 (Bone mineral density measuring system and measuring method thereof ) 是由 梁海娟 王今雨 孙涛 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种骨密度测量系统及其测量方法,其中系统包括一个含有定量计算机体层摄影模块的CT扫描仪,独立的单标定体模和一个定量计算机体层摄影术数据图像处理程序,设备之间可通过网络或移动存储的方式进行数据交互；定量计算机体层摄影术数据图像处理程序的数据接收模块接受来自CT扫描仪的医学数字成像,通过骨密度分析模块测量患者的骨密度；本发明通过CT扫描仪,QCT程度以及单标定体模相结合采用体模和患者分离的异步方式进行扫描,测量准确性更高,测量更为方便,保证患者舒适度。(The invention relates to a bone density measuring system and a measuring method thereof, wherein the system comprises a CT scanner containing a quantitative computer tomography module, an independent single calibration phantom and a quantitative computer tomography data image processing program, and data interaction can be carried out between devices in a network or mobile storage mode; a data receiving module of a quantitative computed tomography data image processing program receives medical digital imaging from a CT scanner, and bone density of a patient is measured through a bone density analysis module; according to the invention, the CT scanner, the QCT degree and the single calibration phantom are combined to scan in an asynchronous mode of separating the phantom from the patient, so that the measurement accuracy is higher, the measurement is more convenient, and the comfort of the patient is ensured.)
技术领域
本发明涉及医学图像处理及应用技术领域，具体的说是一种骨密度测量系统及其测量方法。
背景技术
骨质疏松症是以单位体积骨骼中的骨量减少和骨组织显微结构改变为特征的全身性骨病，可引起患者全身骨脆性增加、骨强度下降和骨折风险增加。骨质疏松症最主要的评价指标是骨密度(Bone Mineral Density,BMD)。骨密度的测量方法经历了几十年的发展，目前有双能X线吸收法、超声测量法、定量CT法等等。定量CT检查测定BMD是目前能够非常好的测得体积BMD的方法。
目前定量CT检查测定BMD是采用同步扫描多标定骨密度体模法，其中采用同步扫描需要让患者抬腿屈膝，尽量让腰背部或髋部紧贴体模，其间没有间隙，腰椎、髋部活动受限患者或有相关部位畸形患者难以配合检查体位，体模相对人体的放置位置也有相关要求，并且由于体模本身密度较高容易对拍摄的CT影像产生伪影；多标定体模需要标定多种不同的骨密度，所以相对于单标定体模而言，多标定体模制造工艺较复杂、制造成本较高、体积较大。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足之处，提供一种骨密度测量系统，通过CT扫描仪，QCT程度以及单标定体模相结合采用体模和患者分离的异步方式进行扫描，测量准确性更高，测量更为方便，保证患者舒适度。
本发明的技术解决措施如下：
一种骨密度测量系统，包括一个含有定量计算机体层摄影模块的CT扫描仪，独立的单标定体模和一个定量计算机体层摄影术(QCT)数据图像处理程序，设备之间可通过网络或移动存储的方式进行数据交互；QCT程序的数据接收模块接受来自CT扫描仪的医学数字成像(Dicom)，通过骨密度分析模块测量患者的骨密度。
作为一种优选，所述单标定体模由聚乙烯、磷酸三钙以及羟基磷灰石定量混合压制成型。
作为一种优选，所述单标定体模中聚乙烯、磷酸三钙以及羟基磷灰石之间的比例是90:3:7。
本发明的另一目的是针对现有技术的不足之处，提供一种骨密度测量方法。
本发明的技术解决措施如下：
一种骨密度测量的方法，包括
首先使用CT扫描仪测定多标定体模的CT值，多标定体模包含有多种参考材料柱，对测定出的多个CT值和其对应的等效骨密度值进行线性回归，得到CT值与骨密度值的线性模型，该模型对应的公式如下：
BMD＝a*HB+b
公式中BMD为骨密度值，HB为CT值，a和b为计算出的斜率和截距；
将单标定体模放置于CT扫描床中央，单标定体模对应单个CT值，对单标定体模进行定量计算机体层摄影术扫描，扫描获得轴位图像，利用轴位图像获得轴位、冠状位和矢状位图像，并在图像上选取感兴趣区域，根据线性模型及单标定体模的CT均值和预测骨密度值，计算出校准后的斜率和截距；
患者将身体置于扫描野的中心，由CT扫描仪获得足量的轴位图像；利用轴位图像获得其相应的冠状位和失状位图像，手动选取感兴趣区域；使用定量计算机体层摄影术数据图像处理程序分析并得到感兴趣区域的CT均值，将其代入上述校准后的CT值与骨密度值的线性模型，获得患者骨密度值。
为保证骨密度检测的精确度，每个月对本发明的单标定体模进行一次扫描并校准CT值与骨密度值线性模型。
本发明的测定方法主要用于测定椎体的松质骨，松质骨的更新转换率远大于皮质骨，更能早起反映代谢疾病及灵敏反映治疗效果。
其中，单标定体模中聚乙烯、磷酸三钙以及羟基磷灰石之间的比例是90:3:7，该比例值与测量软件匹配度最高。
作为一种优选，对单标定体模进行扫描时，扫描范围包括体模上端1.2cm至下端1.2cm处，以消除单标定体模边缘存在的杂质影响。
作为一种优选，所述扫描设定为2.5mm层厚、螺距为1.0时，单标定体模扫描获得70层轴位图像。
作为一种优选，使用定量计算机体层摄影术数据图像处理程序计算出患者骨密度值与同性别正常青年人骨密度平均值的标准差T值以及患者骨密度与同性别正常同龄人骨密度值的标准差Z值，生成骨密度分析结果。
作为一种优选，校准时将单标定体模纵向放置于CT扫描床中央，保证单标定体模在CT扫描仪的可扫描范围内；利用CT准直线调整床高，以使单标定体模位于扫描野的中心；对单标定体模进行定量计算机体层摄影术扫描，对所获得的轴位图像进行多平面重建，将所有轴位图像按顺序叠加起来在对其进行冠状位和矢状位的图像重组，在所获得的轴位、冠状位和矢状位图像上选取感兴趣区域。
作为又一种优选，测量患者骨密度时将患者身体置于扫描野的中心，由CT扫描仪获得足量的轴位图像；对获得的轴位图像进行多平面重建并获得其相应的冠状位和失状位图像，手动选取感兴趣区域。
本发明的有益效果在于：
本发明采用单标定体模，所以相对多标定体模，制造工艺简单、制造成本低、体积小，即可达到大规模生产，也可很好的降低成本，运输和保管也较为方便；
此外，本发明的异步单标定体模骨密度测量方法，采用的体模和患者分离的异步方式进行扫描，由于患者的整个扫描过程均无需体模参与，所以无需患者配合有体模参与的体位，不会因体模原因对患者的CT影像产生伪影；
并且本发明有质量控制校准过程，所以会保证异步单标定体模骨密度测量结果的准确性；并且测量结果经试验验证，本发明的异步单标定体模骨密度测量结果与同步多标定体模骨密度测量结果无较大差异，故适合在骨密度测量领域大规模应用。
综上所述，本发明具有成本低，测量方便，测量准确性高等优点，尤其适用于骨密度测量设备技术领域。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为单标定体模CT扫描的示意图；
图2为骨密度分析软件中的单标定体模图像。
具体实施方式
：
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1至图2所示，一种骨密度测量系统，包括一个含有定量计算机体层摄影模块的CT扫描仪，独立的单标定体模101和一个定量计算机体层摄影术(QCT)数据图像处理程序，设备之间可通过网络或移动存储的方式进行数据交互；QCT程序的数据接收模块接受来自CT扫描仪的医学数字成像(Dicom)，通过骨密度分析模块测量患者的骨密度。
其中单标定体模101由聚乙烯、磷酸三钙以及羟基磷灰石定量混合压制成型。
单标定体模101中聚乙烯、磷酸三钙以及羟基磷灰石之间的比例是90:3:7，该比例值为多次试验得出的与骨密度测量方法匹配度最高的参数值。
实施例二
一种骨密度测量的方法，包括
首先使用CT扫描仪测定多标定体模的CT值，多标定体模包含有多种参考材料柱，对测定出的多个CT值和其对应的等效骨密度值进行线性回归，得到CT值与骨密度值的线性模型，该模型对应的公式如下：
BMD＝a*HB+b
公式中BMD为骨密度值，HB为CT值，a和b为计算出的斜率和截距；
将单标定体模101放置于CT扫描床中央，单标定体模对应单个CT值，对单标定体模进行定量计算机体层摄影术扫描，扫描获得轴位图像，利用轴位图像获得轴位、冠状位和矢状位图像，并在图像上选取感兴趣区域，根据线性模型及单标定体模的CT均值和预测骨密度值，计算出校准后的斜率和截距；
此处对单标定体模101进行扫描时，扫描范围包括体模上端1cm至下端1cm处，该种设定范围可以以消除单标定体模边缘存在的杂质影响，以使扫描结果更准确。
当扫描设定为2.5mm层厚、螺距为1.0时，单标定体模扫描获得70层轴位图像，当然也可以设定其它的扫描层厚值和螺距值，获得不同层的轴位图像，该设定值只作为本实施例的一种优选。
在使用定量计算机体层摄影术数据图像处理程序计算出患者骨密度值与同性别正常青年人骨密度平均值的标准差T值以及患者骨密度与同性别正常同龄人骨密度值的标准差Z值，生成骨密度分析结果。
在进行校准时将单标定体模纵向放置于CT扫描床中央，保证单标定体模在CT扫描仪的可扫描范围内；利用CT准直线调整床高，以使单标定体模位于扫描野的中心；对单标定体模进行定量计算机体层摄影术扫描，对所获得的轴位图像进行多平面重建，将所有轴位图像按顺序叠加起来在对其进行冠状位和矢状位的图像重组，在所获得的轴位、冠状位和矢状位图像上选取感兴趣区域。
针对患者的腰椎检查流程如下：
1.患者将身体置于扫描野的中心，由CT扫描仪获得足量的轴位图像。
2.对获得的轴位图像进行多平面重建并获得其相应的冠状位和失状位图像，在第一腰椎、第二腰椎、第三腰椎、第四腰椎的一个中手动选取感兴趣区域。
3.使用定量计算机体层摄影术数据图像处理程序分析并得到感兴趣区域的CT均值，将其代入上述校准后的CT值与骨密度值的线性模型，可以获得患者的腰椎骨密度值。
4.在程序中计算出患者骨密度值与同性别正常青年人骨密度平均值的标准差T值，在程序中计算出患者骨密度与同性别正常同龄人骨密度值的标准差Z值，生成腰椎骨密度分析结果。
实施例三
其中与实施例二中相同或相应的部件采用与实施例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例二的区别点；该实施例三与实施例二的不同之处在于：
针对患者髋部检查流程如下：
1.患者脚尖内旋并将身体置于扫描野的中心，由CT扫描仪获得足量的轴位图像。
2.对获得的轴位图像进行多平面重建并获得其相应的冠状位和失状位图像，在髋部选取感兴趣区域。
3.使用定量计算机体层摄影术数据图像处理程序分析并得到感兴趣区域的CT均值，将其代入上述校准后的CT值与骨密度值的线性模型，可以获得患者的髋部骨密度值。
4.在程序中计算出患者骨密度值与同性别正常青年人骨密度平均值的标准差T值，在程序中计算出患者骨密度与同性别正常同龄人骨密度值的标准差Z值，生成髋部骨密度分析结果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前后”、“左右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
当然在本技术方案中，本领域的技术人员应当理解的是，术语“一”应理解为“至少一个”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
以上结合附图所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可作出各种变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，都不会影响本发明实施的效果和实用性。
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