การวัดความหนาแน่นของกระดูก Bone Densitometry

1. การวัดความหนาแน่นของกระดูกการวัดความหนาแน่นของกระดูก Bone Densitometry ดร.มนตรี ตั้งใจ ภาควิชารังสีเทคนิค คณะเทคนิคการแพทย์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

2. เนื้อหานำเสนอ (Out line) • หลักการและเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก • ปริมาณรังสีในการวัดความหนาแน่นของกระดูก • โรคกระดูกพรุนและการตรวจ • R2R

3. หลักการ I I0 I = I0 e -(M) โดย M คือ มวลสาร  คือค่าสัมประสิทธิ์การลดลงเชิงมวล(mass attenuation coefficient)

4. หลักการ I0 I I = I0 e -(M)

5. หลักการ I0 I I = I0 e -(M)

6. หลักการ I0 I I = I0 e -(M)

7. หลักการ 10 keV 40 keV • ln (10/40) = - 0.9039 x M • ln (0.25) = - 0.9039 x M • 1.3863 = - 0.9039 x M • M = 1.534 g/cm2 ln (I/I0) = - um x M ถ้า I0 = 40 keV I = 10 keV um = 0.9039 cm2 /g M = Mass per unit area

8. หลักการ 40 keV read out 70 keV read out 0 0 40 70 40 keV beam 70 keV beam X-ray tube I0 (40 keV) = 40 I0 (70 keV) = 70

9. หลักการ 0 0 0.358 2.291 Soft Tissue (Fat+lean) Soft Tissue +bone I040 = 40 Ist40 = 0.358 I070 = 70 Ist70 = 2.291

10. หลักการ 0.08 1.96 I040 = 40 I070 = 70 Ist40 = 0.358 Ist70 = 2.291 Ib40 = 0.08 Ib70 = 1.96

11. หลักการ If mass attenuation coefficient ; uf40 = 0.23 uf70 = 0.19 Rf = 1.211 uL40 = 0.27 uL70 = 0.19 RL= 1.421 ub40 = 1.00 ub70 = 0.32 Rb = 3.125 Need to calculate ust40 = ? ust70 = ? Rst = ?

12. หลักการ Rst = ln (I040 / Ist40) / ln (I070 / Ist70) = ln (40 / 0.358) / ln ( 70 / 2.291) = ln (111.73) / ln (30.55) = 4.716 / 3.419 = 1.379

13. หลักการ uf40 = 0.23 uf70 = 0.19 Rf = 1.211 uL40 = 0.27 uL70 = 0.19 RL= 1.421 ub40 = 1.00 ub70 = 0.32 Rb = 3.125 ust40 = ? ust70 = ? Rst = 1.379

14. หลักการ % 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 %

15. หลักการ % Lean = 80% %Fat = 100-%Lean %Fat = 100-80 %Fat = 20 %

16. Ust40 = (Lean Fraction)(UL40) + (Fat Fraction)(UF40) = (0.80)(0.27) + (0.20)(0.23) = (0.216) + (0.046) = 0.262 Ust70 = (Lean Fraction)(UL70) + (Fat Fration)(UF70) = (0.80)(0.19) + (0.20)(0.19) = (0.152) + (0.038) = 0.19

17. หลักการ uf40 = 0.23 uf70 = 0.19 Rf = 1.211 uL40 = 0.27 uL70 = 0.19 RL= 1.421 ub40 = 1.00 ub70 = 0.32 Rb = 3.125 ust40 = 0.262 ust70 = 0.19 Rst = 1.379

18. Mb = [Rst x ln (Ib70 / I070)] – ln (Ib40 / I040) Ub40 – (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

19. Mst = ln (Ib40 / I040)] – [Rb x ln (Ib70 / I070) (Rb x Ust70 ) – 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

20. Mst = ln (Ist40 / I040)] – [Rb x ln (Ist70 / I070) (Rb x Ust70 ) – Ust40 = ln (0.358 / 40) – [3.125 x ln(2.291 / 70) (3.125 x 0.19 ) – 0.262 Mst = 18.0 g/cm2

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 And MF (over bone) = 14.95 x 0.20 = 2.99 g/cm2

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 And MF (soft tissue) = 18 x 0.20 = 3.6 g/cm2

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

24. เทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูกเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก การแบ่งประเภท 1. แบ่งตามการใช้งานของเครื่อง 1.1 เครื่องสำหรับวัดความหนาแน่นกระดูกบริเวณส่วนกลาง (Central devices) คือ บริเวณกระดูกสันหลัง (spine) กระดูกสะโพก (hip) 1.2 เครื่องสำหรับวัดความหนาแน่นกระดูกบริเวณส่วนระยางค์ (Peripheral devices) เช่น กระดูกข้อมือ (wrist) กระดูกส้นเท้า (heel)

25. เทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูกเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก การแบ่งประเภท 2. แบ่งตามรูปแบบพื้นฐานของเครื่อง 2.1 แบบรังสีเอกซ์ (x-ray based) 2.2 แบบอัลทราซาวด์ (Ultrasound based)

26. เทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูกเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก การแบ่งประเภท 3. แบ่งตามโครงสร้างของกระดูก ( skeletal sites) 3.1 ส่วนกลาง (Central sites) 3.2 รยางค์ (Peripheral sites)

27. เทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูกเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก เครื่องวัดความหนาแน่นกระดูกบริเวณส่วนกลาง (Central densitometry devices) ได้แก่ 1. Dual-energy x-ray absorptiometry (DXA,DEXA) 2. Quantitative computed tomography (QCT)

28. เทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูกเทคนิคในการวัดความหนาแน่นของกระดูก เครื่องวัดความหนาแน่นกระดูกบริเวณรยางค์ (Peripheral densitometry devices) ได้แก่ 1. Peripheral DXA (pDXA) 2. Single x-ray absorptiometry (SXA) 3. Peripheral QCT 4. Quantitive ultrasound (QUS) 5. Radiographic absortiometry (RA)

29. Gold standard Dual-energy x-ray absorptiometry (DXA, DEXA) • มีความแม่นยำสูง (excellent precision) • ปริมาณรังสีน้อย (effective dose : 1-3 Sv) • นำไปใช้ในการศึกษาทางระบาดวิทยา • ติดผลการรักษาและการตอบสนองของยา • เป็นที่รู้จักกันดี (well known) • ใช้งานง่าย

30. DXA scanner

31. What does the x-ray beam look like?

32. Pencil Beam Vs fan beam Pencil Beam Fan Beam Line acquisition Multiple detector Faster acquisition Point acquisition Single detector Slower acquisition

33. Precision Error and Trueness Error 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

34. Precision Error and Trueness Error 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

35. Effective Radiation Dose ( Sv) for DXA Scan Mode QDR1000/4000 QDR4500/delphi DPX-L Prodigy Pencil Beam Fan Beam Pencil Beam Fan Beam Spine (L1-L4) 0.5 2.0 0.21 0.7 Femur 1.4 5.4 0.15 0.7 Forearm 0.07 0.05 0.01 Total body 3.6 2.6 0.5 Blake GM et al, The evaluatuon of osteoporosis,1999 Mammography 450 Chest x-ray 50-150 Lateral lumbar x-ray 700 L-spine + T-spine 1800-2000 Bonnick S and Lewis LA: Bone densitometry for technologistes Humana Press 2006 Bone densitometry course technologist course syllabus and associated reading materials 2008 (ISCD)

36. What is Bone Densitometry? This test takes bonescansto check density orthicknessof bone. • Bone Density Testing Is Done For Three Reasons • To diagnose osteoporosis • To predict fracture risk • To monitor therapy

37. โรคกระดูกพรุน (Osteoporosis) 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

38. โรคกระดูกพรุน (Osteoporosis) http://www.osteokku.com/

39. Risk Factors • Age • As 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

40. Risk Factors Body Type Osteoporosis is more common in people who have a small, thin body frame and bone structure. Family History People whose parents had a history of fractures may be more likely to have fractures Dietary Factors Calcium and vitamin D deficiencies are important factors in the risk for osteoporosis

41. Definitions 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

45. Z-score Patient’s BMD – Age-Matched Mean BMD 1 SD of Age-Matched Mean BMD in g/cm2 • เปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับค่า predicted normal value ใน standard ที่อายุเดียวกัน

46. Calculation of z-scores For example, a white woman aged 55 with BMD of 850 has a Z-score of (850-876)/139 = -0.18 http://courses.washington.edu/bonephys/opbmdtz.html

47. 0.7 g/cm2 - 1.0 g/cm2 0.1 g/cm2 T-score = T-score Patient’s BMD – Young-Adult Mean BMD 1 SD of Young-Adult Mean BMD Example: = - 3.0

48. Diagnostic Classification

49. R2R • R2R ย่อมาจาก Routine to Research หมายถึงการพัฒนางานประจำสู่งานวิจัย • R2R จะทำให้การสร้างหรือการผลิตความรู้เกิดขึ้นได้ในทุกหนทุกแห่ง ทำให้ทุกที่เป็นองค์กรที่เรียนรู้ได้ด้วยตนเอง โดยใช้การวิจัยเป็นเครื่องมือแห่งการเรียนรู้

50. ตัวอย่างงานวิจัย