[发明专利]利用空间频率分析对诸如骨骼之类的结构的评估

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年11月27日提交的美国临时专利申请No. 60/597,349的优先权，并且还要求2006年3月25日提交的美国临时专利 申请No.60/743,779的优先权。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。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Fosamax^TM和Actonel^TM在内的双膦酸盐(bisphosphonate)是降低骨再吸收的口服药剂。以名称 Forteo^TM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。