(57)【要約】  骨健康を示す関連する空間周波数および方向ベクトルについてｋ空間データを取得することによって、小柱の健康を評価するための空間周波数解析を用いた骨健康評価。これはｋ空間データを解析の持続中に骨を静止させたまま取得することを必要としない。このデータ取得の好適な方法は、適した空間周波数および方向ベクトルについてｋ空間値を測定する能力を有する磁気共鳴デバイスを用いることであり、従来のＭＲＩ装置に対してデバイスの所要の複雑さおよびコストを著しく低減することが要件である。骨は非常に低い信号を発生し、（小柱の格子間の隙間を充填する）骨髄は高い信号を発生し、故に良好なコントラストが得られるので、磁気共鳴はこれに特に適している。種々の例示的なデータ取得および解析技法が開示される。
2008526430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海綿質における特定の空間周波数と方向を表すｋ値を取得するステップ、およびこれらのｋ値を、疾患の程度が知られている骨における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較するステップを含む海綿質の健康を評価する方法。
【請求項２】
前記ｋ値が、磁気共鳴を用いて取得される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｋ値が、海綿質の多数の方向において取得される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空間周波数が、評価中の骨のタイプにおいて健康な小柱の特徴的な空間周波数をオーバーラップするように選択される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記空間周波数がまた、評価中の骨のタイプにおける疾患のある小柱の特徴的な空間周波数をオーバーラップするように選択される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
請求項４によって取得したｋ値と請求項５によって取得したｋ値との比が、骨質の尺度として用いられる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記比が、前記ｋ値の大きさの比である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
海綿質が移動され、海綿質における同じ空間周波数と方向を表すｋ値が取得され、該移動前に取得された前記ｋ値を用いて平均化される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記移動の量が、前記空間周波数とコヒーレントでない請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｋ値の大きさが平均化される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
海綿質が主要な軸周囲に回転され、かつ海綿質における同じ空間周波数と方向を表すｋ値が取得され、該回転前に取得されたｋ値と平均化される請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ｋ値の大きさが平均化される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記得られたｋ値が、同じかまたは類似する人口統計の人において疾患の程度が知られている骨における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記同じ空間周波数について多数のｋ値を取得するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記多数のｋ値の大きさが平均化される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記空間周波数が近接している請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
長波長空間周波数を表すｋ値を取得するステップ、および該ｋ値を正規化して、比較前の疾患の程度が知られている骨における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
疾患の程度が知られた骨における同じ空間周波数と方向からの前記ｋ値が、疾患の程度が個々に知られた各々の骨について同じ長波長空間周波数を表すｋ値を用いて正規化される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記取得されたｋ値がまた、先に取得された前記患者における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較される請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
優勢的な空間周波数を決定するステップ、および該優勢的な空間周波数を比較するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記優勢的な周波数が、最大の大きさを有する前記ｋ値の前記周波数を決定することによって決定される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記優勢的な周波数が、所定数の連続する空間周波数についてのｋ値の大きさの合計を決定することによって決定される請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
海綿質における特定の空間周波数と方向を表すｋ値を取得するステップ、およびこれらのｋ値を、先に取得された患者における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較するステップを含む海綿質の健康を評価する方法。
【請求項２４】
前記ｋ値が磁気共鳴を用いて取得される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
磁気共鳴を用いて海綿質における特定の空間周波数と方向を表すｋ値を取得するステップ、およびこれらのｋ値を、類似する人口統計の人の疾患の程度が知られている骨における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較するステップを含む海綿質の健康を評価する方法。
【請求項２６】
ｋ値が、前記海綿質の多数の方向において取得される請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記空間周波数が、評価中の骨のタイプにおいて健康な海綿質の特徴的な空間周波数をオーバーラップするように選択される請求項２５に記載の方法。 
【請求項２８】
前記空間周波数はまた、評価中の骨のタイプにおいて疾患のある小柱の特徴的な空間周波数をオーバーラップするように選択される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
海綿質が移動され、小柱における同じ空間周波数と方向を表すｋ値が取得され、該移動前に取得されたｋ値を用いて平均化される請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記移動の量が、前記空間周波数とコヒーレントでない請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記空間周波数が近接している請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
長波長空間周波数を表すｋ値を取得するステップ、および該ｋ値を正規化して、比較前の疾患の程度が知られている骨における同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較するステップをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
疾患の程度が知られた骨における同じ空間周波数と方向からの前記ｋ値が、前記疾患の程度が個々に知られた各々の骨について同じ長波長空間周波数を表すｋ値を用いて正規化される請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記得られたｋ値も、先に取得された前記患者における同じ空間周波数と方向のｋ値と比較される請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
海綿質における特定の空間周波数と方向を表すｋ値を取得するために磁気共鳴デバイスを制御すること、
これらのｋ値を、疾患の程度が知られている骨において同じ空間周波数と方向からのｋ値と比較する
ための実行可能なプログラム命令を含んだ、海綿質の健康を評価するのに使用されるコンピュータ読取可能な媒体。
【請求項３６】
海綿質における特定の空間周波数と方向を表すｋ値を取得するために磁気共鳴デバイスを制御し、
これらのｋ値を、同じ骨において同じ空間周波数と方向で先に取得されたｋ値と比較する
ための実行可能なプログラム命令を含んだ、海綿質の健康を評価するのに使用されるコンピュータ読取可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
本願は、２００５年１月１２日出願の米国仮特許出願第６０／５９３４１７号および２００５年２月１９日出願の米国仮特許出願第６０／５９３８７１号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、骨粗しょう症や、海綿質の小柱構造を劣化させるその他の状態のリスクがあるか、またはそれに罹患している患者における骨強度の診断評価の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
小柱構造は（皮質骨のより高密度な外殻に関連する）骨の代謝変化に非常に反応しやすく、また骨の全体的強度の主要な原因である。したがって、小柱構造は疾患と治療を追跡するための適した代理マーカーである。
【０００４】
（骨疾患の影響）
骨粗しょう症やその他のあまり一般的でない状態を含む骨格系の疾患は、高齢者、特に女性の健康にとって大きな脅威である。骨疾患の深刻さは、２００４  Ｓｕｒｇｅｏｎ  Ｇｅｎｅｒａｌ’ｓ  ｒｅｐｏｒｔ「Ｂｏｎｅ  Ｈｅａｌｔｈ  ａｎｄ  Ｏｓｔｅｏｐｏｒｏｓｉｓ」およびＧｅｏｒｇｅ  Ｗ．Ｂｕｓｈ大統領による２００２−２０１１  ａｓ  ｔｈｅ  Ｄｅｃａｄｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｏｎｅ  ａｎｄ  Ｊｏｉｎｔの宣言から明白である。５０歳以上の１０００万人以上のアメリカ人が骨粗しょう症（骨量の減少の結果生じる骨格系の弱化）に罹患しており、さらに３４００万人がリスクにある。１５０万件以上の骨折が骨粗しょう症の結果として毎年発生し、治療の直接的コストは約１５０億ドル、生産性の損失に伴うコストはさらに数十億ドルになり、骨折に伴う死亡のリスクは３倍になっている。この人口がこのまま加齢すれば、骨折の数とそれに伴う経済的、社会的影響は２０２０年までに２倍以上になって、５０歳以上の人口の少なくとも５０％以上が骨粗しょう症を罹患するか、またはそのリスクを負うことになろう。
【０００５】
（骨粗しょう症の診断および治療）
骨生成の周期は数多くの段階を経るが、典型的には２０代前半においてピークを迎え、その後次第に低下する。中年、特に閉経後の女性においては、骨の純生産量は減少し、海綿質、すなわち、皮質骨の外殻を支持する、杆や板の構造はいっそう薄く、弱くなる。この劣化を図１および図２の比較によって示す。この図は健康骨と骨粗しょう症骨それぞれの切除部分を示す。これらの画像では石灰化骨が白くなり、生体組織が骨髄で充填されているであろう領域が黒くなっている。骨粗しょう症骨において薄くなり、より多孔性な骨構造の結果生じる骨強度の低下は、臀部や脊椎などの脆弱な領域において骨折のリスクを増大させる。臀部や脊椎はこれらの骨折の大半を示すが、これらは踵骨（踵の骨）や橈骨遠位端よりも画像化することが難しい。骨粗しょう症は全身性代謝性疾患であり、体重支持骨は該疾患状態の良好な指標であるので、これらの骨のいずれかの画像は概して、患者の骨格系におけるこの疾患の進行を示す。踵骨は、体重支持骨であり、ＭＲＩ（磁気共鳴撮像装置または磁気共鳴イメージング）を用いて画像化するのに比較的アクセス可能であるので、小柱構造を評価するのに特に良い骨である。
【０００６】
骨粗しょう症は加齢の必然的な結果ではない。禁煙、適度な運動、カルシウムとビタミンＤの十分な量などの適切な生活様式を選択すれば、骨量減少や骨折リスクを低減することが可能である。いくつかの薬剤も骨粗しょう症の治療に利用可能である。Ｆｏｓａｍａｘ（商標）およびＡｃｔｏｎｅｌ（商標）などのビスホスホネート類は骨の再吸収を低下させる経口剤である。Ｆｏｒｔｅｏ（商標）の名前で市販されているＴｅｒｉｐａｒａｔｉｄｅは、骨成長を刺激するが毎日注射によって投与しなければならないタンパク同化ホルモン抽出物である。ホルモン療法の他の形態も骨の発育を刺激するが、 近年の臨床試験において示されるような副作用の大きなリスクを伴う。
【０００７】
適切な治療には、適宜かつ正確な診断を要する。骨粗しょう症診断における現行の標準は、二重エネルギーＸ線吸収測定法（ＤＥＸＡ）による骨ミネラル濃度（ＢＭＤ）の測定である。最近の研究はＤＥＸＡが十分には利用されていないことを示しており、一部にはＤＥＸＡのコストによるものであるが主として認識不足に起因しており、リスクがあるのはＢＭＤ試験を受ける人口の２５％未満である。ＤＥＸＡ測定が骨折リスクを適切に予測せず、治療効果を評価する際には特に不適切であるという新たに生まれたエビデンスに基づいて医師が、ＤＥＸＡの臨床的関連に疑問を抱き始めているという事実が、さらに大きく懸念される。
【０００８】
これらの懸念の結果、定量的コンピュータ断層撮影法、超音波法、磁気共鳴画像法を含む多数の他の画像診断法がＤＥＸＡに代わるものとして検討されている。大半の物質の場合のように、骨折に対する骨の抵抗性は、密度だけでなく、海綿質の杆や板の関連のある部分および厚さや向きなどの骨の構造にも左右される。本質的に三次元の技術であるＭＲＩは、骨折抵抗性を決定する構造的詳細を決定するのによく適している。
【０００９】
骨粗しょう症診断のために現在試験中のＭＲＩ法は、非常に高分解能の画像を取得することを必要とするほか、多数の画像処理操作も必要とする。図３は７テスラ強磁場ＭＲＩ装置を用いて、切除した骨試料から取得したＭＲ画像である。生体組織の場合の図３においては、ＭＲ画像は骨髄において高い信号を有し、硬い石灰化骨からは低い信号を有する。生体骨の画像は、特別なコイルと長い検査時間を用いた強磁場ＭＲＩシステムにおいて取得されうる。患者を注意深く位置決めし、安定させることも必要である。これらの強磁場システムは約２００万ドルのコストがかかり、放射線医学の専門家よって監視された、入念に制御された環境に収容される必要がある。本明細書で報告される本発明は、一般的な医院に収容可能で、２０万ドル未満のコストのデバイスを可能にする。
【００１０】
いくつかの様式の磁気共鳴（ＭＲ）は、硬い骨（すなわち、海綿質や皮質骨の石灰化した構造）が低い信号を生じる際に生体骨を測定するのに特に適しているが、他方、（小柱格子間の隙間を充填する）骨髄は高い信号を生じ、故に、良好なコントラストと信号対雑音が得られる。しかし、強磁場システムのコストは高く、微細な構造を分解するには長い取得時間が必要であることが、取得中に患者（画像化された身体部分）は動かないという要件とあいまって、この目的のための標準的なＭＲＩを実施する際にあるレベルの非実用性を生じる。
【００１１】
ＭＲＩは、一次元の反復波形（例えば、時間の関数としての信号増幅または線形位置の関数としての強度）は適した係数（ｋ値）を用いて一連の減少する期間（増大する周波数）の正弦波形の合計として表されうることを述べるフーリエ展開の数学の延長に基づくものである。
【００１２】
ＭＲＩでは、画像化されるべきアイテム（身体部分）は、三次元物体である。一次元におけるｋ値の基本概念が二次元または三次元に拡張されうる。ここでは、一連のｋ値の代わりに、ｋ値の二次元または三次元のマトリクスがあり、ｋ値の各々は試料の特定の空間周波数および方向を表す。
【００１３】
フーリエ解析では、ｋ値から所望の波形（時変信号については振幅対時間またはＭＲＩの場合画像強度対位置）への変換は、フーリエ変換を用いることによって達成される。簡単に言えば、フーリエ変換とは、周波数領域と時間領域（時変信号のための）との間で変換を行うためのよく知られた手段である。ＭＲＩの場合、画像に関しては、フーリエ変換を用いて空間周波数領域（一連の正弦波形とそれらの係数であり、ｋ空間と呼ばれる）と画像化されたボリュームの各々についての信号強度の空間的配置（ボクセル）との間で変換される。ｋ値が所与の期間を有する正弦波形についての係数である時変信号の場合と同様、ＭＲＩの場合のｋ値は所与の波長（この波長は空間周波数と逆相関する。すなわち、長い波長は低い空間周波数である）を有する正弦波形についての係数である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
今日のＭＲＩ技術は、画像を取得するために多数の方法を使用する。ＭＲＩは実質的にすべて、ｋ空間係数を収集し、後でそれらを画像（または３Ｄ取得の場合の画像のセット）にフーリエ変換することに依存する。最も単純な抽出化においては、これは画像化すべき部分を強磁場に置き、水素原子核の共鳴周波数に調整されたパルス化高周波電磁信号を試料に送信することにより水原子核の該試料中の水素原子核を励起することによって達成される。このパルスがそれら核の共鳴周波数で核共鳴を開始させる。次いで、試料中のどこでシグナルが始まるかの情報を得るために、励起された水素原子のスピンは、その励起で取得中の所望のｋ空間データに相当する位相エンコードと周波数エンコードとを組み合わせたものを用いてエンコードされる（ここでは、位相および周波数とは水素原子核の共鳴周波数と位相を指す）。これは、相応して核の共鳴周波数を空間的に変化させ、それらの位相を変調するように、磁場を空間的かつ一時的に変調することによって達成される。次いで、試料の励起された水素原子核からある信号が戻され、ｋ値がその信号から抽出される。この励起、エンコード、信号取得の過程は、試料中の所望のフィーチャを分解するのに十分に高い空間周波数を用いて（フーリエ級数を構成するように適切に選択された）ｋ空間値の全体的マトリクスが取得されるまで繰り返される。最終的に、ｋ値のマトリクスがフーリエ変換されて画像または複数の画像が生成される。現行の技術であるＭＲＩシステムにおいては、使用されるこのテーマの多数の変形と拡張がある。１つのアプローチは、周波数エンコードを用いて信号を薄いスライスに限局し、位相エンコードを用いてこれら２Ｄスライス各々についてｋ値を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、先行技術よりもはるかに簡単で、より洗練された、ＭＲ（磁気共鳴）により骨粗しょう症を診断するための解決法である。この方法は、ＭＲを用いたデータの取得がフーリエの逆格子空間、すなわちｋ空間で実行されるという事実に基づいている。ｋ空間データは空間周波数を表し、この空間周波数は実空間における空間的距離に相当するが、逆の関係である。つまり、距離が短くなるほど、ｋ値は大きくなる。健康な海綿質は特定の特性範囲の空間周波数を示すが、骨粗しょう症骨は異なる特性範囲を示す。患者の骨からＭＲによって得られたｋ空間の数値（空間周波数係数、すなわち「ｋ値」）のスペクトルを健康な海綿質と骨粗しょう症の小柱に典型的なデータとそれぞれ解析比較すれば、患者の海綿質の健康が明確に特徴付けされ、次いで、この特徴付けにより骨折のリスクと治療の必要性が決定される。この技法は従来のＭＲＩ装置におけるＭＲデータ取得デバイスを含む実質的にすべてのタイプのＭＲデータ取得デバイスにおいて実施可能であるべきである。
【００１６】
このデータを取得する好適な手段は、適切な空間周波数と方向ベクトルについてｋ空間値を収集することができるＭＲデバイスを使用することである。骨は非常に低い信号を生じるが、（小柱の間の空間を充填する）骨髄は高い信号を生じ、故に良好なコントラストを発生するので、ＭＲはこれに特に適している。
【００１７】
骨は三次元構造である。骨の強度の大部分は、骨の髄質部の海綿質における小柱格子構造によって与えられる。この格子構造は骨の代謝障害や他の要因（例えば、運動）に非常に反応しやすい。この格子構造における骨量減少の結果、相互連結している巣や杆の微細な構造が失われ、その結果、相互連結は粗く少なくなるが故に格子が弱くなる。
【００１８】
本発明のアプローチは、小柱構造の健康（例えば、骨粗しょう症の程度）を決定し、評価すること、および小柱構造の変化を決定することに関連する空間周波数と方向ベクトルのみについてｋ空間データを取得することである。このアプローチを用いることによって、標準的なＭＲＩ画像において必要とされるよりもいっそう小さな範囲の空間周波数（ｋ値）でデータを取得することによって小柱の健康の評価を行うことができる。また、本発明は画像よりもｋ空間スペクトルの一部の解析に依存するために、画像にフーリエ変換するのに適したｋ値についての厳しい要件を満たすということに関係なく、ｋ値が取得されうる。画像のためのこの要件は、すべてのｋ値が正確に同じ位置（すなわち、同じ空間位相）の試料を用いて取得されることと、ｋ値が特定のフーリエ級数の空間周波数に一致することを必要とする。この場合、画像ではなく、数値のｋ値が目的であるので、本発明によって長いデータ取得時間にわたって骨を完全に不動にしておく必要がなくなり、ＭＲデータ取得デバイスとその性能要件が著しく単純になるので、いっそう単純で、著しくコストの小さい機械の使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図４は骨の小柱を評価するのに使用される具体的なｋ空間周波数と方向の数値を測定する磁気共鳴デバイスの簡単な実施例を示す。このシステムは、サンプリングされる骨の領域（ここでは手首の骨）において磁場を生成するための磁石４４と、水素原子核を送り、励起するために、トランスミッタに結合されたアンテナ４０と、磁場を空間的かつ一時的に変調するためにドライバに接続された磁場変調器４２と、レシーバと送信に使用されるものと同じであるかまたは別個のデバイスでもよいアンテナ４０とから構成されたＭＲ信号を受信するためのアンテナ／レシーバと、トランスミッタ、レシーバ、ドライバに接続された コントローラと、結果を算出し報告する出力デバイスを含んだユーザ・インタフェースとを備える。コントローラは励起、エンコードと受信工程を制御して、試料４１から所望のｋ値を収集し、次に、ｋ値抽出工程を実行する。データの解析と報告の生成は、コントローラまたは従来の他のアプローチのいずれかによって実行される。
【００２０】
この基本的構成には多数の可能な変形例がある。これらの変形例には、付加的な方向にエンコードするための多数の磁場変調器と駆動器を有することと、別個の送信アンテナと受信アンテナを有することを含む。
【００２１】
本発明の好適な実施形態においては、患者が完全に静止した状態を保つことを要求するよりもむしろ、ＭＲデバイスに関連して試料の２つ以上の位置についてｋ値データを取得することが実際には望ましい。これは、データ取得中に１回以上患者に位置を変えるように頼むことによって、または機械的デバイスを使用することによって達成されうる。各位置における取得時間は、従来の撮像に必要である数分のスキャンよりもむしろ、約数秒になり、実用性および患者の快適性が大幅に改善されうる。
【００２２】
本発明を実施するための可能な多数の様式がある。本発明の簡単な実装例は、健康な骨（例えば、踵骨においては約０．５ｍｍに相当する空間周波数付近の範囲−解析された正確な空間周波数は解析中の骨の方向、特定の骨、および患者の人口統計に部分的に依存する）に相当する単一の空間周波数についてのｋ値を選択的に取得する（またはある範囲の空間周波数を平均化する）デバイスを使用することである。これらのｋ値（通常は複素数として表される）は、患者の人口統計を表す正常な骨と疾患のある骨において典型的に見られる値と、同患者について取得されたｋ値の以前の測定値と数値的に比較される。この数値比較はｋ値の大きさを比較することによる。
【００２３】
代替的な比較方法には、健康な骨についての範囲付近のある範囲の空間周波数において取得された１つ以上の試料を平均化すること、および不健康な骨についての範囲（例えば、踵骨については１．０ｍｍ）付近のある範囲の空間周波数における１つ以上の試料の平均値と比較することを含む。このアプローチを図５に模式的に示す。この図はｋ空間（ここでは２Ｄの場合）の領域を示す。サジタル方向２４の健康な骨の範囲付近のある範囲の空間周波数をｕ軸上に示し、より低い空間周波数の第２の領域２２も示している（疾患のある骨を表すより長い特徴的寸法）。図５にはサジタル方向の空間周波数の領域２０も示し、プロットの原点付近には小柱構造のいずれかよりもさらに長い特徴的寸法を示す。領域２２、２４の測定値の比は、存在する健康な骨の量を表す。
【００２４】
比較の第２の代替的方法は、個々の患者、病状、または骨髄信号を変える他の時変的影響間の差に起因して生じる恐れのある大きさデータに生じるであろう偏りを補正することである。１つの実施例は、健康な骨または疾患のある骨２０についての空間周波数（例えば、１０ｍｍ）よりも非常に長い空間周波数においてｋ空間データを取得することによっても、健康な骨２４に相当する空間周波数範囲における１つ以上の試料の大きさを正規化することである。これらの長波長試料は骨髄の量および骨髄信号強度自身に対しても、該取得機器の感度（または利得）に対しても優先的に反応する。長波長のｋ値２０によって健康な骨２４と、骨粗しょう症の骨２２の空間周波数範囲における測定値を正規化すれば、測定値は小柱の変化により反応しやすくなる。前述の測定値の同じセットであるが、解剖学的コロナル方向２６、２８、３０のものも図５に示す。３２は該主要な解剖学的方向に対して中間の角度における測定値を示す。
【００２５】
骨は異方性であるので、病状の代表的な測定値を得るためには、試料が３つの解剖学的方向（コロナル、サジタル、軸）の２つ以上において必要となることが予想される。異方性および個人による変動があるために、単一方向よりもある範囲の方向にわたって試料を平均化すれば、より反復可能で代表的な測定値が得られることも予想される。あるいは、あるアルゴリズムを用いれば、方向の関数としてｋ値を解析し、代表値（例えば、最大値）を検出することができる。これを図６に示す（これも２Ｄの場合）。この図は、小さな範囲の空間周波数にわたり、主要な解剖学的方向の１つの周囲に中心がある０°の角度をカバーするｋ値３４の取得を示す。ある範囲の方向にわたるこのサンプリングは、該デバイスに対して患者の骨を回転させることによるか、または２つのエンコード手段４２を組み合わせたものを用いることによって達成される。最大または優勢的な空間周波数または複数の空間周波数は、回帰法を用いてある関数をデータ・セットに当てはめ、次いで特徴的な値（例えば、最大値）について該関数を解析することによって、健康な骨と疾患のある骨の最良の指標を提供する主要空間周波数範囲にわたる空間周波数範囲内で最大のｋ値の大きさを有する周波数を実際に見出すことによって、またはスライディング・ウインドウを用いた平滑化オペレーションとして複数の連続する空間周波数についてのｋ値の大きさを合計し、個々の空間周波数または空間周波数範囲の指標として最大の合計を用いることによってなど、種々の様式で決定されてよい。当然、どのような方法が用いられても、健康な骨または疾患のある骨についてのｋ値および／または同じ空間周波数および同じ骨について先に取得されたｋ値に同じものが適用される。
【００２６】
また、同じｋ値の多数の試料を取得すれば、データ散乱の小さい代表的なｋ値を決定することが可能となることも予想される。これらの多数の試料は、装置に対して患者を同じ位置にしても、患者の位置を変えても（回転というよりはむしろ並進）取得が可能である。これらの位置の変化は、空間周波数の波長あるいは該空間周波数の整数倍または単分数に等しくならないように考慮される。同じ位置で取得された試料は検出システムから信号雑音を低減するように働き、多数の位置で取得された試料は、該試料自身の局所的変化に起因する雑音を低減させるように働く。代替的なアプローチは、（図５の２０〜３２に示す）同じ空間周波数付近で近接している試料を取得することである。これによって、取得中のｋ値の空間位相との主要構造の様々な関連をサンプリングすることが達成される（また、この技法は、特定のｋ値を取得してその後で画像に変換しなくてもよいので、どの試料が取得されるかには制限がない）。
【００２７】
低コストのＭＲデータ取得システムは、単一位相エンコード勾配と単一周波数エンコード勾配を有する機能性が低減されたＭＲデータ取得システムから構成されるであろう。データが他の解剖学的方向から望まれない場合、プロトコルは骨と測定装置の相対的位置を再位置決めする工程を含む。
【００２８】
本発明の好適な実施形態は、全体的な三次元空間周波数マトリクス（ｋ空間マトリクス）の適したサブセットにおいて骨強度へのその寄与に関して格子を評価するための十分な情報が存在することに基づく。このサブセットには、（健康な微細格子構造を表す）適した空間周波数と適した解剖学的方向（例えば、骨に対して長手方向と２つの直交方向）を含む。
【００２９】
小柱は連続相であるので（すなわち、島または小さな骨の欠片が骨髄の海に浮遊していない）、ある構造が、直交する３方向全部において適した（健康な）範囲の空間周波数に対して高い値を有する場合、格子は微細で、しっかりと相互連結されていることが直感的に明白である。骨の形態学は、直交する２方向において適したｋ値（小さな範囲の解剖学的方向の範囲にわたって正規化されたか、または平均化された）が高い値である場合、これはしっかりと相互連結された健康な小柱構造であることも保証することを保証することもできる。
【００３０】
したがって、所与のｋ空間データ・セットを考えると、その空間周波数成分（スペクトル）について該データ・セットを直接解析することができる。試験中のアイテム（この例では小柱）の空間周波数スペクトルを健康な小柱から取得した空間周波数スペクトルと比較することによって、人の骨構造の健康状態の評価を行うことができる。測定されたｋ値のスペクトルをある時間間隔にわたって同様に比較して、患者の骨構造の変化を評価することができる。経時的に変化を追跡することによって、進行中の療法の効果を評価することができる。
【００３１】
したがって、本発明の一態様は、ＭＲデータ取得を実際に使用して海綿質の小柱構造の変化を非侵襲的に評価することを可能にする方法を提供すること（または本方法を用いた手段の実施）である。特に、本発明を用いれば、本発明を用いない場合にはその構造の変化の決定と追跡を可能にするのに十分詳細な小柱構造の画像を生成するのに必要となる、長いデータ取得時間の必要性や、高価なＭＲＩ装置、患者の骨格を正確に不動に位置決めすることなどが不要になる。ＭＲＩを用いる先行技術に対してもＤＥＸＡを用いる現行の診療に対しても、本発明の利点は、それが、簡単で非常に低コストの磁気共鳴ベースのデバイス（ＤＥＸＡと対照的に、ＭＲは放射線のイオン化を使用しない）が、代表的なｋ空間数値を取得して、海綿質の小柱構造の変化を評価し追跡することを可能にすることである。
【００３２】
本発明は現行の任意のＭＲＩ撮像装置の大半に適用されてよいが、ここではＭＲデータ取得システムはｋ値の所望のサブセットを取得するようにのみプログラムすることができ、故に所要の取得時間が大幅に（従来の実施における約１０分以上から、本発明の使用による数秒まで）短縮される。本発明はデータを解析するソフトウェア・プログラムとして実施可能であるか、または現行のＭＲＩシステム（例えば、多数の位相エンコード勾配というよりは、むしろ単一位相エンコード勾配）において必要とされるよりも少ない構成要素を備えた専用のシステムにおいて実施可能である。
【００３３】
特定の好適な実施形態に関して本発明を記載してきたが、当業者には多数の変形例と改変例が明らかであろう。したがって、そのような変形例を全部含むために、先行技術を考慮して添付の特許請求の範囲はできるだけ幅広く解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】微細にしっかりと相互連結された小柱の構造を示す健康な小柱の試料の画像である。
【図２】図１の場合よりも著しく粗くなり、相互連結が著しく弱くなった小柱の構造を示す骨粗しょう症の小柱の試料の画像である。
【図３】７テスラＭＲＩシステムを用いて取得した１５ｍｍの切除骨の立方体小柱構造を示す、単一の薄いスライスの高分解能ＭＲ画像である。
【図４】患者の骨から数値的ｋ値を取得し、該測定値を、既知の基準値または同じ患者の先の測定値と比較するための磁気共鳴デバイスの単純な実施を示す図である。
【図５】原点付近の領域の水平軸線に沿ってｋ空間の複数の領域におけるｋ値を取得する工程（すなわち、低いｋ値は低い空間周波数、すなわち長い空間次元に相当する）を示すプロットであり、より高い空間周波数の２つの領域はより小さな次元に相当する。
【図６】ある範囲の空間周波数および主要な解剖学方向の上に中心がある角度Φに対して広がったある範囲の方向を包含する領域において多数のｋ値を取得する工程を示すプロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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