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