一種骨密度的測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及密度測量技術領域，尤其涉及一種骨密度的測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 骨密度的實際測量中常以某一投影方向上單位面積骨質量的值來描述骨密度，單 位為g/cm2。
[0003] 骨密度的測量方法經歷了幾十年的發展，目前有X線攝片測量發，單光子吸收測 量法，雙光子吸收測量法，雙能X射線吸收測量法，定量CT法，超聲測量法等等。
[0004] 然而，現有方案的技術難點是如何同時獲取被測部位在同一時刻下不同X射線能 量狀態下的吸收圖像。目前醫療設備中主要有兩種產生雙能X射線的機制：一種為稀土濾 過式，該方法用含有稀土元素釤（Sm)或鈰（Ce)的稀土濾過器濾過X射線，將連續的X射線 譜分成近似獨立的兩個X射線譜，并相應地使用帶能量鑒別器的探測器同時獲得兩種能量 的X射線吸收圖像；另一種為脈沖轉換式，它利用不同的脈沖控制X射線管電壓，分別產生 不同能量的X射線并獲得吸收圖像。以上兩種方法都存在著X射線能譜特異性差，儀器硬 件和數據采集過程被復雜化等問題，第二種方法更是要求測量過程中，被測者不能移動，否 則將會造成兩種能量下測量的圖像不重疊，系統無法準確計算被測部位的骨密度值。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種骨密度的測量方法及裝置，可以精確的計算出骨密度。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種骨密度的測量方法，包括：
[0008] 獲取被測樣品的X射線圖像，以及移出被測樣品后的背景X射線圖像，分別記為樣 品圖像與背景圖像；
[0009] 根據獲取到的樣品圖像與背景圖像計算被測樣品的折射信息與吸收信息；
[0010] 根據所述被測樣品的折射信息與吸收信息，以及進行X射線硬化修正后的參數計 算被測樣品的骨密度。
[0011] 所述獲取被測樣品的X射線圖像，以及移出被測樣品后的背景X射線圖像，分別記 為樣品圖像與背景圖像包括：
[0012] 將被測樣品放入樣品臺并調整至視場預定范圍內，利用利用X射線管射出的X射 線照射至被測樣品，并沿著垂直于光柵刻線方向移動設置在所述X射線探測器前方的分析 光柵，在其一個光柵周期內均勻移動W步，每步取多張圖像求取平均，并對圖像進行矯正， 將獲得的圖像記為樣品圖像，記第k步最終獲得的樣品圖像為;
[0013] 將被測樣品移出樣品臺，并將分析光柵移回原位，然后按照采集樣品圖像同樣的 步驟采集背景圖像，并對圖像進行矯正，將獲得的圖像記為背景圖像，記第k步最終獲得的 背景圖像為4,灸=1?…，心
[0014] 其中，所述對圖像進行矯正包括：
[0015] 在獲取樣品圖像與背景圖像之前，將X射線管和X射線探測之間的光學元件均移 出光路，打開探測器采集D張圖像后求取平均輸出一張圖像，保存為暗場矯正圖像，記為 1。"^;再采集D張圖像后求取平均輸出一張圖像，保存為增益矯正圖像，記為Igain;
[0016] 根據下述矯正公式對圖像進行矯正；
[0017]
[0018] 式中，（m,η)為矯正點的圖像像素坐標，I(m,η)為矯正后的圖像，1。〇11，η)為原始 圖像，Μ為探測器的行像素數，Ν為探測器的列像素數。
[0019] 所述根據獲取到的樣品圖像與背景圖像計算被測樣品的折射信息與吸收信息包 括：
[0020] 樣品的折射信息計算公式為：
[0021]
[0022] 式中，α為折射角，坐標（m，n)表示X射線探測器上像素點的位置坐標；Τ代表相 位步進的總步數；P2表示分析光柵G2的周期；d為相位光柵Gi和分析光柵G2之間的距離， 所述相位光柵匕設置在樣品臺與X射線管之間且靠近所述樣品臺；
[0023] 樣品的吸收信息計算公式為：
[0024]
[0025] 式中，A(m，η)代表吸收像。
[0026] 該方法還包括：
[0027] 針對被測樣品，利用用X射線穿透相同厚度的鋁和有機玻璃，通過測量實際的吸 收數據和折射數據，進行X射線硬化修正；其中的鋁用來模擬骨組織，有機玻璃用來模擬軟 組織。
[0028] 所述根據所述被測樣品的折射信息與吸收信息，以及進行X射線硬化修正后的參 數計算被測樣品的骨密度包括：
[0029] 利用下述公式進行骨密度計算：
[0030]
[0031] 式中，MB(m,η)表不坐標（m,η)處的骨密度；a(m,n)、A(m,η)分別為樣品的折射信 息與吸收信息；
[0032]隊與Qs均為利用有機玻璃模擬軟組織進行X射線硬化修正后的參數，下標S表 示軟組織，其中的隊=(μ/ρ)s表示有機玻璃的線性吸收系數修正值與密度的比值，Qs = (δ/p)s表示有機玻璃的折射系數修正值與密度的比值；
[0033] lV^QB均為利用鋁模擬骨組織進行X射線硬化修正后的參數，下標B表示骨組織， 其中的UB= (μ/ρ)B表示鋁的線性吸收系數修正值與密度的比值，QB= (δ/ρ) B表示鋁 的折射系數修正值與密度的比值。
[0034] 一種骨密度的測量裝置，包括：
[0035]圖像獲取單元，用于獲取被測樣品的X射線圖像，以及移出被測樣品后的背景X射 線圖像，分別記為樣品圖像與背景圖像；
[0036] 信息計算單元，用于根據獲取到的樣品圖像與背景圖像計算被測樣品的折射信息 與吸收信息；
[0037] 骨密度計算單元，用于根據所述被測樣品的折射信息與吸收信息，以及進行X射 線硬化修正后的參數計算被測樣品的骨密度。
[0038] 所述圖像獲取單元，用于獲取被測樣品的X射線圖像，以及移出被測樣品后的背 景X射線圖像，分別記為樣品圖像與背景圖像包括：
[0039] 將被測樣品放入樣品臺并調整至視場預定范圍內，利用利用X射線管射出的X射 線照射至被測樣品，并沿著垂直于光柵刻線方向移動設置在所述X射線探測器前方的分析 光柵，在其一個光柵周期內均勻移動W步，每步取多張圖像求取平均，并對圖像進行矯正， 將獲得的圖像記為樣品圖像，記第k步最終獲得的樣品圖像為/"々 = 1,2....，# ;
[0040] 將被測樣品移出樣品臺，并將分析光柵移回原位，然后按照采集樣品圖像同樣的 步驟采集背景圖像，并對圖像進行矯正，將獲得的圖像記為背景圖像，記第k步最終獲得的 背景圖像為=1,1.·；，；
[0041] 其中，所述對圖像進行矯正包括：
[0042] 在獲取樣品圖像與背景圖像之前，將X射線管和X射線探測之間的光學元件均移 出光路，打開探測器采集D張圖像后求取平均輸出一張圖像，保存為暗場矯正圖像，記為 1。"^;再采集D張圖像后求取平均輸出一張圖像，保存為增益矯正圖像，記為Igain;
[0043] 根據下述矯正公式對圖像進行矯正；
[0044]
[0045] 式中，（m,η)為矯正點的圖像像素坐標，I(m,η)為矯正后的圖像，1。〇11，η)為原始 圖像，Μ為探測器的行像素數，Ν為探測器的列像素數。
[0046] 信息計算單元，用于根據獲取到的樣品圖像與背景圖像計算被測樣品的折射信息 與吸收信息包括：
[0047] 樣品的折射信息計算公式為：
[0048]
[0049] 式中，α為折射角，坐標（m，n)表示X射線探測器上像素點的位置坐標；Τ代表相 位步進的總步數；P2表示分析光柵G2的周期；d為相位光柵Gi和分析光柵G2之間的距離， 所述相位光柵匕設置在樣品臺與X射線管之間且靠近所述樣品臺；
[0050] 樣品的吸收信息計算公式為：
[0051]
[0052] 式中，A(m，η)代表吸收像。
[0053] 該裝置還包括：
[0054] 修正單元，用于針對被測樣品，利用用X射線穿透相同厚度的鋁和有機玻璃，通過 測量實際的吸收數據和折射數據，進行X射線硬化修正；其中的鋁用來模擬骨組織，有機玻 璃用來模擬軟組織。
[0055] 所述骨密度計算單元，用于根據所述被測樣品的折射信息與吸收信息，以及進行X 射線硬化修正后的參數計算被測樣品的骨密度包括：
[0056] 利用下述公式進行骨密度計算：
[0057]
[0058] 式中，MB(m,η)表示坐標（m,η)處的骨密度；a(m,n)、A(m,η)分別為樣品的折射信 息與吸收信息；
[0059] 隊與Qs均為利用有機玻璃模擬軟組織進行X射線硬化修正后的參數，下標S表 示軟組織，其中的隊=(μ/ρ)s表示有機玻璃的線性吸收系數修正值與密度的比值，Qs = (δ/p)s表示有機玻璃的折射系數修正值與密度的比值；
[0060]lV^QB均為利用鋁模擬骨組織進行X射線硬化修正后的參數，下標B表示骨組織， 其中的υΒ= (μ/ρ)B表示鋁的線性吸收系數修正值與密度的比值，QB= (δ/ρ) B表示鋁 的折射系數修正值與密度的比值。
[0061] 由上述本發明提供的技術方案可以看出，實現了只利用一個X射線能量值，即去 除了軟組織的影響，從而達到了精確計算骨密度的目的。并且，由于不再需要能量調節裝置 和相應的探測器，故必然可以大大簡化骨密度的測量裝置和測量過程；另外，由于吸收圖像 和折射圖像可以同時獲得，在測量過程中不存在雙能圖像不重疊問題，骨密度測量速度和 精度得以提高。同時由于引入了折射