所公开的发明专利技术是一种利用对当前用于局部化ＮＭＲ波谱术的ＭＲＩ技术的修改来从３Ｄ样本中的特定位置采集空间频率谱的方法。本发明专利技术最简单地概括来说是向当前的ＮＭＲ波谱术脉冲序列添加读出梯度的使用，并记录所得到的回波。这些技术从选定的区域生成频谱，或者在样本的一区域上生成结果的图像。这些方法可被应用来在存在由生理或疾病作用而引起的空间频率功率谱差别的情况下分析骨小梁的结构以及分析或诊断疾病。公开了各种实施例。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对复杂的生物和物理结构的诊断评估的领域，其中包括对 处于骨质疏松症或使松质骨的小梁结构衰退的其他病症的危险之中或者患 有骨质疏松症或遭受使松质骨的小梁结构衰退的其他病症的患者的骨骼强 度的诊断评估。其他的结构包括评价肿瘤中的脉管系统，以及地层中的烃 类孔分布。
技术介绍
小梁体系结构既对骨骼中的代谢变化十分敏感(相对于皮质骨的更致 密的外壳而言)，而且也是骨骼的总体强度的主要贡献因素。因此，它是 用于跟踪疾病和治疗的适当替代标记。骨骼疾病的影响包括骨质疏松症和其他不那么常见的病症在内的骨骼 系统的疾病是对年老者尤其是女性的健康的巨大威胁。从2004年普通外 科医生报告"Bone Health and Osteoporosis"以及将2002-2011年宣布为骨 骼和关节的十年，可以明显看出骨骼疾病的重要性。多于1000万的50岁 以上的美国人患有骨质疏松症(由于骨骼质量的损耗而导致的骨骼系统的 弱化)，并且还有3400万存在患骨质疏松症的危险。每年由于骨质疏松 症发生多于1500万例骨折，直接的护理成本约为150亿，并且更多的钱 被花在了与生产力损失相关联的成本以及与骨折相关联的死亡危险的三倍 增大。人口的持续老化将导致到2020年，骨折数目和相关联的经济和社会影响增大到超过两倍，其中50岁以上人口中至少有50%患有骨质疏松 症或有患骨质疏松症的危险。骨质疏松症的诊断和治疗骨骼生长的周期会经过若干个阶段， 一般在 二十来岁时达到顶峰，之后就逐渐衰落。在中年人中，尤其是更年期后的 女性中，骨骼的净生长可能变成负的，并且骨小梁，即支撑皮质骨外壳的 杆状和板状结构，变得更细弱。这种衰退由图l和2的比较示出，这些图 分别示出了健康骨骼和骨质疏松的骨骼的离体截面。钙化的骨骼在这些图 像中是明亮的，而会被填充以处于活组织状态中的骨髓的区域是暗的。由 于骨质疏松的骨骼中的变细的且更多孔的骨骼结构而导致的骨骼强度的损 耗增大了在诸如髋部和脊柱之类的脆弱区域中骨折的危险。虽然髋部和脊 柱占了这些骨折的大部分，但是比起跟骨(脚跟骨骼)和桡骨远端来它们 更难成像。由于骨质疏松症是全身性的代谢疾病，并且承重骨是对疾病状 态的良好指示，因此这些骨骼中的任何一个的图像指示出了患病的整个骨 骼系统中的疾病进展。跟骨是用于评估小梁体系结构的特别好的骨骼，因 为它是承重骨，而且相对而言可以较容易地利用MRI (磁共振成像器或磁 共振成像)接近它以成像。骨质疏松症不是老化的必然后果。正确地选择生活方式，包括停止吸 烟、适度锻炼以及适当摄入钙和维生素D,可以降低骨骼损耗和骨折危 险。也有若干药物可用来治疗骨质疏松症。包括FosamaxTM和Actonel 在内的双膦酸盐(bisphosphonate)是降低骨再吸收的口服药剂。以名称 ForteoTM面市的立特帕肽(Teriparatide)是刺激骨骼生长的合成代谢激素 提取物，但是必须通过每日注射来施用。其他形式的激素治疗也刺激骨骼 的成长，但是最近的临床试用表明它们带来了巨大的副作用危险。正确的治疗要求及时和准确的诊断。当前的骨质疏松症诊断标准是通 过双重能量x射线吸收法(DEXA)来测量骨骼矿物质密度(BMD)。近 来美国的研究表明，DEXA未被充分利用，危险人口中只有少于25%的接 收了 BMD测试，这部分是因为DEXA的成本，但主要是因为缺乏意识。 更加重要的是以下事实，即基于涌现出的有关DEXA测量不会正确地预测 骨折危险并且在评估治疗的有效性方面尤其不够的事实，医师们已开始质疑DEXA的临床实用性。这些担心的一个结果是，包括定量计算体层摄影术、超声和磁共振成像在内的若干种其他成像形态正被考查用作DEXA的替换。与大多数材料 的情况一样，骨骼对骨折的抵抗力不仅依赖于密度，而且还依赖于骨骼的 结构，包括小梁杆和小梁板的相对比例及其厚度和定向。本质上为三维技 术的MRI很适合于对决定骨折抵抗力的结构细节进行确定。目前正被研究来用于骨质疏松症诊断的MRI技术要求采集极高分辨率 的图像，并且要求若干个图像处理操作。图3是利用7特斯拉高场强MRI 设备从离体骨骼样本获得的MR图像。在图3中，像活组织中一样，MR 图像具有骨髓中的高信号和来自坚硬的钙化骨骼的低信号。活骨骼的图像 可在高场强MRI系统中利用专门的线圈和很长的检査时间来采集。还要求 仔细地定位和稳定患者。这些高场强系统要花费约200万美元，并且需要 被安放在由放射学专家看管的仔细控制的环境中。这里报告的专利技术实现了 能够被安放在典型的医生办公室中并且花费少于20万美元的设备。磁共振(MR)在某些方面尤其适合于测量活骨骼，因为硬骨骼(即 小梁和皮质骨的钙化结构)给出非常低的信号，而(填充小梁网格之间的 空间的)骨髓给出高信号，因此提供了良好的对比度和良好的信噪比。但 是高强场系统成本很高，并且为了解析精细结构而需要很长的采集时间， 以及在采集期间要求患者(被成像的身体部分)不要移动，这些都使得为 了此目的而实现标准MRI在一定程度上是不切实际的。MRI基于对傅立叶展开的数学理论的扩展，傅立叶展开规定一维重复 波形(例如作为时间的函数的信号幅度或者作为线位置的函数的强度)可 被表示为一系列具有适当系数(k值)的周期逐渐减小(频率增大)的正 弦波形的总和。在MRI中，要成像的物品(身体的部分)是三维物体。 一维中的k值 的基本概念可被扩展到二维或三维。现在，不是有一系列k值，而是有k 值的二维或三维矩阵，每个k值表示样本中的特定空间频率和方向。在傅立叶分析中，从k值到所需波形的转换(对于时变信号是幅度相 对于时间，或者对于MRI情况是强度相对于位置)是通过使用傅立叶变换来实现的。傅立叶变换简单地说是一种在频域和时域(对于时变信号而 言)之间进行转换的公知手段。对于像MRI情况中那样的图像，傅立叶变 换被用于在空间频率域(正弦波形及其系数的级数，被称为k空间)和每 个被成像的体积(体素)的信号强度的空间排列之间进行转换。与其中k值是具有给定周期的正弦波形的系数的时变信号情况类似，MRI情况中的 k值是具有给定波长的正弦波形的系数(其中波长与空间频率成反比关 系，即长的波形是低的空间频率)。当今的MRI技术使用若干种方法来采集图像。几乎全部都依赖于收集 k空间系数，然后将它们傅立叶变换为图像(或者一组图像，像3D采集中 那样)。最简单地概括来说，这是通过以下方式来实现的将要成像的部 分置于强磁场中，并且通过在样本处发射被调谐到氢核的共振频率的脉冲 射频电磁信号来激发样本中的氢核。此脉冲启动了核在其共振频率上的共 振。然后，为了获得关于信号源自样本中的何处的信息，被激发的氢原子 的自旋被用与在该激发上采集的所需k空间数据相对应的相位和频率编码 的组合来进行编码。(这里相位和频率指的是氢核的共振频率和相位)。这是通过以下方式来实现的在空间上和时间上对磁场进行调制，以相应地在空间上更改核的共振频率并调制其相位。然后接收到从样本的被激发 的氢核返回的信号，并且从该信号提取k值。这个激发、编码和信号采集 的过程被重复，直到以足以解析样本中的所需特征的足够高的空间频率采 集到了 k空间值的整个矩阵(被适当地选择来构成傅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对结构的样本的至少一个特性进行评估的方法，包括： 使所述样本经历磁场； 使所述样本经历具有一频率范围的ＲＦ激发，以在所述样本中激发一个或多个拉莫尔频率； 终止所述ＲＦ激发，并在使得所述样本经历磁场梯度的同时，接收来自所述样本的回波信号； 对所述回波信号进行加窗，以提供加窗后的回波信号；以及 分析所述加窗后的回波信号，以表征所述样本。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西W詹姆斯，大卫蔡斯，
申请(专利权)人：奥斯特欧特罗尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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