BRPI0619008A2 - método para avaliar pelo menos uma caracterìstica de uma amostra de uma estrutura e método para avaliar estruturas ósseas - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA AVALIAR PELO MENOS UMA CARACTERìSTICA DE UMA AMOSTRA DE UMA ESTRUTURA E MéTODO PARA AVALIAR ESTRUTURAS óSSEAS. A presente refere-se a um método para adquirir espectros da frequência espacial de localizações específicas em uma amostra 3D usando modificações das técnicas de MRI atuais para espectroscopia de RMN localizada. A inovação em sua abstração mais simples é adicionar o uso de um gradiente de leitura às sequências de pulso de espectroscopia de RMN corrente e registrar o eco resultante. Estas técnicas geram espectros de uma região selecionada ou geram uma imagem dos resultados sobre uma região da amostra. Estes métodos podem ser aplicados para analisar a estrutura de OSSOS trabeculares assim como para analisar ou diagnosticar doenças em casos onde há uma diferença no espectro da potência da frequência espacial devido a processos fisiológicos ou de doença. São descritas várias modalidades.

Description

Relatório Descritivo 'da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA AVALIAR PELO MENOS UMA CARACTERÍSTICA DE UMA A- MOSTRA DE UMA ESTRUTURA E MÉTODO PARA AVALIAR ESTRUTU- RAS ÓSSEAS".

Referência Cruzada a Pedido de Patente Relacionado

Este pedido de patente reivindica o benefício do Pedido de Pa- tente Provisório dos Estados Unidos N° 60/597.349 depositado em 27 de novembro de 2005 e também reivindica o benefício do Requerimento Provi- sório dos Estados Unidos N° 60/743.779 depositado em 25 de março de 2006.

Antecedentes da Invenção

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao campo da avaliação diagnosti- ca de estruturas complexas biológicas e físicas, inclusive a resistência óssea em pacientes em risco ou sofrendo de osteoporose e outras condições que degradam a estrutura trabecular de osso esponjoso. Estruturas adicionais incluem avaliar a vasculatura em tumores, e distribuições de poros de hidro- carboneto nos estratos.

2. Antecedente da Técnica

A arquitetura trabecular é tanto altamente sensível a alterações metabólicas no osso relativa ao encapsulamento distai mais denso do osso cortical e um importante contribuinte para a resistência global de um osso. Portanto é um marcador substituto apropriado para rastreamento de doença e tratamento.

O Impacto da Doença Óssea Doenças do sistema esquelético, inclusive osteoporose e outras condições menos comuns, são uma importan- te ameaça para a saúde dos idosos, particularmente das mulheres. A impor- tância das doenças ósseas é evidente a partir do relatório de 2004 Surgeon General, "Bone Health and Osteoporosis," e da declaração de 2002 - 2011 como a Década do Osso e da Articulação (Decade of the Bone and Joint). Mais de 10 milhões de americanos com mais de 50 anos de idade sofrem de osteoporose (o enfraquecimento do sistema esquelético em conseqüência da perda de massa óssea), e um adicional de 34 milhões estão em risco. Mais de um milhão e meio de fraturas ocorrem a cada ano em conseqüência da osteoporose, com custos diretos de tratamento de aproximadamente 15 bilhões de dólares, e bilhões mais em custos associados com perda de pro- dutividade e o aumento triplo no risco de mortalidade associada com fratu- ras. O envelhecimento contínuo da população fará com que o número de fraturas e o impacto econômico e social associado mais do que dobre por volta de 2020, com pelo menos 50% da população acima da idade de 50 sofrendo de, ou em risco de, osteoporose. Diagnóstico e Tratamento da Osteoporose

O ciclo de produção óssea passa através de uma série de está- gios, tipicamente atingindo o pico no início dos vinte anos e declinando gra- dualmente depois disso. Na meia-idade, e particularmente em mulheres na pós-menopausa, a produção líquida de osso pode se tornar negativa, e o osso trabecular, a estrutura de bastões e Iamelas que suportam a casca ex- terna de osso cortical, se torna mais fina e mais fraca. A perda de resistência óssea que resulta da estrutura óssea mais fina e mais porosa em osso oste- oporótico aumenta o risco de fratura em regiões vulneráveis tais como o quadril e a espinha dorsal. Embora o quadril e a espinha dorsal apresentem mais destas fraturas, elas são mais difíceis de estudar por imagens do que o calcâneo (osso do calcanhar) e rádio distai. Como a osteoporose é uma do- ença metabólica sistêmica, e os ossos que suportam peso são bons indica- dores do estado da doença, imagens de qualquer um destes ossos são indi- cativas da progressão da doença no sistema esquelético do paciente como um todo. O calcâneo é um osso particularmente bom para avaliar a arquite- tura trabecular, uma vez que é um osso que suporta peso e é relativamente acessível para estudo por imagens usando um MRI (gerador de imagens de ressonância magnética ou estudo por imagens de ressonância magnética).

Osteoporose não é uma conseqüência inevitável do envelheci- mento. Escolhas adequadas de estilo de vida, inclusive parar de fumar, e- xercício moderado, e doses adequadas de cálcio e vitamina D, podem redu- zir a perda óssea e o risco de fraturas. Vários fármacos também estão dis- poníveis para o tratamento da osteoporose. Bisfosfonatos, inclusive Fosa- max® e Actonel®, são agentes orais que reduzem a reabsorção óssea. Teri- paratide, comercializado sob o nome Forteo®, é um extrato hormonal anabó- lico que estimula o crescimento ósseo mas deve ser administrado por inje- ção diariamente. Outras formas de terapia hormonal também estimulam o desenvolvimento de osso mas carregam risco significativo de efeitos colate- rais conforme mostrado em recentes estudos clínicos.

Terapia apropriada requer diagnóstico conveniente e preciso. O padrão corrente no diagnóstico da osteoporose é a mensuração da densida- de mineral óssea (BMD) por absorptiometria de raios X de dupla energia (DEXA). Recentes estudos nos Estados Unidos indicaram que DEXA é su- butilizado, com menos de 25% da população em risco recebendo experimen- tação BMD, devido parcialmente ao custo de DEXA mas essencialmente à falta de conhecimento. Muito mais preocupante é o fato de que os clínicos começaram a questionar a relevância clínica de DEXA, com base em evi- dência emergente de que medições DEXA não predizer adequadamente risco de fratura e são particularmente inadequadas na avaliação da eficácia da terapia.

Em conseqüência destas preocupações, uma série de outras modalidades de estudo por imagens, inclusive tomografia computadorizada quantitativa, ultra-som, e estudo por imagens de ressonância magnética es- tão sendo exploradas como alternativas a DEXA. A resistência do osso a fratura depende, como é o caso para a maioria dos materiais, não somente da densidade mas também da estrutura do osso, inclusive as frações relati- vas de, e a espessura e orientação de, Iamelas e bastões trabeculares. MRI, o qual é inerentemente uma técnica tridimensional, é adequado para a de- terminação dos detalhes estruturais que determinam a resistência da fratura.

As técnicas de MRI sendo atualmente investigadas para diag- nóstico de osteoporose requerem a aquisição de imagens de resolução ex- tremamente elevada, bem como necessitando de uma série de operações de processamento de imagem. Imagens de osso vivo podem ser adquiridas em um sistema de MRI de alta emissão de campo usando bobinas especiali- zadas, e tempos longos de exame. Também são necessários o cuidadoso posicionamento e estabilização do paciente. Estes sistemas de alta emissão de campo custam em torno de 2 milhões de dólares e precisam ser alojados em ambientes cuidadosamente controlados supervisionados por especialis- tas em radiologia. A invenção aqui reportada possibilita que dispositivos possam ser alojados em um consultório médico típico e os quais custam menos de 200.000 dólares.

Ressonância Magnética (MR) em alguns modos é particularmen- te conveniente para medir osso vivo, uma vez que osso duro (isto é, a estru- tura calcificada das trabéculas e osso cortical) dá sinal muito baixo, ao passo que a medula (a qual preenche os espaços entre a grade trabecular) dá si- nais elevados, portanto proporcionando bom contraste e bom sinal para ruí- do. Mas o alto custo de sistemas de alta emissão de campo, e a necessida- de de longos tempos de aquisição de modo a resolver estruturas finas com- binadas com a necessidade de que o paciente (parte do corpo estudada por imagens) não mova durante a aquisição, produz um nível de impraticabilida- de na implementação de MRI padrão para este fim.

MRI se baseia em uma extensão da matemática de expansão de Fourier a qual determina que uma forma de onda repetitiva unidimensional (por exemplo, uma amplitude de sinal como uma função do tempo ou uma intensidade como uma função da posição linear) pode ser representada co- mo a soma de uma série de formas de ondas sinusoidais de período decres- cente (freqüência crescente) com coeficientes apropriados (valores de k).

Em MRI, o item (parte do corpo) a ser estudado por imagens é um objeto tridimensional. O conceito básico de valores de k em uma dimen- são pode ser extendido a duas ou três dimensões. Agora, ao invés de uma série de valores de k, há uma matriz bi ou tridimensional de valores de k, cada valor de k representando uma freqüência espacial em particular e dire- ção na amostra.

Na análise de Fourier, a conversão dos valores de k para a for- ma de onda desejada (amplitude vs. tempo para um sinal variando no tempo ou intensidade da imagem vs. posição para o caso da MRI) é realizada u- sando uma transformada de Fourier. A transformada de Fourier em termos simples é um meio de conhecimento geral para converter entre o domínio da freqüência e o domínio do tempo (para sinais variando no tempo). Para ima- gens, como no caso da MRI1 a transformada de Fourier é usada para con- verter entre o domínio da freqüência espacial (a série de formas de ondas sinusoidais e seus coeficientes, referida como espaço k) e a disposição es- pacial das intensidades de sinal para cada um dos volumes estudados por imagens (voxels). Similar ao caso de sinais variando no tempo, onde os va- lores de k são coeficientes para as formas de ondas sinusoidais com dados períodos, os valores de k no caso da MRI são os coeficientes para as formas de ondas sinusoidais com dados comprimentos de onda (onde os compri- mentos de onda são inversamente relacionados com as freqüências espaci- ais, isto é, um comprimento de onda longo é uma baixa freqüência espacial).

Atualmente a tecnologia de MRI usa uma série de métodos para adquirir imagens. Virtualmente todos se baseiam em reunir os coeficientes do espaço k e posteriormente transformara os mesmos por Fourier em uma imagem (ou série de imagens como em uma aquisição 3D). Na abstração mais simples, isto é realizado colocando a parte a ser estudada por imagens em um forte campo magnético e excitindo os núcleos de hidrogênio na a- mostra transmitindo na amostra um sinal eletromagnético de radiofreqüência pulsada ajustada para a freqüência ressonante dos núcleos de hidrogênio. Este pulso inicia os núcleos ressonando em sua freqüência ressonante. Em seguida, para obter informação sobre de onde o sinal se origina na amostra, os spins dos átomos de hidrogênio excitados são codificados com uma com- binação de fase e codificações de freqüência correspondentes aos dados do espaço k desejado sendo adquirida sobre esta excitação. (Aqui fase e fre- qüência se referem à freqüência ressonante e fase dos núcleos de hidrogê- nio). Isto é realizado modulando o campo magnético espacial e temporal- mente, de modo a alterar espacialmente correspondentemente a freqüência ressonante dos núcleos e modular sua fase. Um sinal é recebido de volta então dos núcleos de hidrogênio excitados da amostra, e os valores de k são extraídos do sinal. Este processo de excitação, codificação, e aquisição de sinal é repetido até toda uma matriz de valores do espaço k (selecionada adequadamente para constituir uma série de Fourier) ser adquirida com fre- qüência espacial suficientemente elevada para resolver as características desejadas na amostra. Finalmente, a matriz de valores de k é transformada por Fourier para produzir uma imagem ou imagens. Há muitas variações e extensões deste tema em uso nos sistemas de MRI da tecnologia atual. Uma abordagem utiliza codificação de freqüência para localizar sinais para cortes delgados e codificação de fase para gerar os valores de k para cada um destes cortes 2D.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 ilustra cortes Iso-Bo de superfície linear.

A figura 2 ilustra cortes Iso-Bo de superfície não linear.

A figura 3 é um gráfico hipotético da Energia observada no corte η para todos os cortes para os quais são adquiridos dados.

A figura 4 apresenta gráficos similares aos da figura 3, mas com grandes variações entre cortes, sugerindo que há uma quantidade variável de medula dentro de cada corte.

A figura 5 apresenta gráficos ilustrando quão rapidamente a e- nergia muda, corte a corte, um nível de energia mudando lentamente suge- rindo uma estrutura subjacente a qual é diferente de uma estrutura variando mais rapidamente.

A figura 6 apresenta gráficos da magnitude da Transformada de Fourier Discreta para os gráficos de energia da figura 5.

A figura 7 apresenta gráficos da percentagem de energia contida em freqüências £ freqüência fn.

A figura 8 ilustra o efeito que o tamanho da amostra relativo aos tamanhos predominantes (ou característicos) da fase produtora de sinal terá sobre o valor médio e a variabilidade de um eco como uma função de ζ em uma análise unidimensional.

A figura 9 é uma ilustração esquemática de uma implementação da delineação do volume da amostra mostrando um furo de sondagem atra- vés de estratos portando bolsas de óleo. A figura 10 ilustra um conceito similar ao da figura 9, mas agora para avaliar estrutura trabecular em osso esponjoso.

A figura 11 ilustra o posicionamento do volume da amostra den- tro do osso cortical de uma localização anatômica candidata.

A figura 12 revela uma amostra cúbica mostrando aplicação de gradiente de leitura na direção desejada.

A figura 13 revela uma amostra de lâmina mostrando aplicação de gradiente de leitura na direção desejada e que a amostra foi dividida em matriz 6x6 usando um dos métodos descritos.

A figura 14 ilustra uma seleção de lâmina na tíbia distai e uma matriz 6x6 delineada por codificação de fase.

A figura 15 revela uma seqüência de pulso usada em método de espectroscopia PRESS.

A figura 16 revela uma seqüência de pulso usada em um método de espectroscopia espacial-espacial-espectral.

A figura 17 mostra uma imagem de CT 2D acima e transformada de Fourier 2D com duas direções indicadas mostrando a anisotropia na imagem e a FT 2D.

A figura 18 mostra dois espectros da freqüência espacial corres- pondentes às duas setas indicadas na FT 2D da figura 17, ilustrando as sig- nificativas diferenças em freqüências espaciais menos de 5 mm inversas.

A figura 19 é uma ilustração de várias técnicas típicas para obter e analisar dados de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferenciais

Conforme mencionado acima, este pedido de patente reivindica prioridade sobre dois pedidos de patente provisórios. O primeiro provisório descreve uma técnica e equipamento para caracterizar as distribuições de tamanho de um fase produtora de sinal de RMN dispersado entremesclado com uma ou mais fases adicionais com propriedades de sinal significativa- mente diferentes. Exemplos são medula em osso esponjoso e petróleo dis- perso em estratos.

A abordagem envolve os seguintes componentes: Primeiro, pro- porcionar um campo magnético (Bo) cobrindo a região de interesse (ROI) em uma amostra que se deseja caracterizar. Segundo, proporcionar um gradien- te em Bo sobre a região de interesse. Terceiro, proporcionar ante- nas/sistemas de transmissão (excitação) e recepção que tenham uma alta sensibilidade pura para sinais excitados em e emanando da região de inte- resse.

Usando este equipamento, realizar um experimento de RMN transmitindo um pulso de largura de faixa definida para excitar o sinal de RMN na faixa de Bo desejada, seguido por um ou mais pulsos de transmis- são refocalizantes e amostragem do eco recebido. Alternativamente isto po- de ser feito com um método de gradiente de eco. As amostras deste eco proporcionam uma linha no espaço k típica da transformada de Fourier da intensidade do sinal de RMN emanando da região de interesse ao longo da direção do gradiente em B0.

O experimento de RMN descrito acima pode ser realizado em uma ou mais direções ou localizações (ROI) na amostra para avaliar o con- teúdo da freqüência espacial e sua homogeneidade e anisotropia na amos- tra.

Os parágrafos seguintes descrevem e derivam a relação entre o sinal e a distribuição da freqüência espacial na região de interesse em uma configuração de gradiente único.

Nesta abordagem, presumir que há uma dimensão em que po- de-se obter algum discernimento especial através do uso de um gradiente de freqüência. As duas dimensões remanescentes formam uma superfície a qual, adicionada à 'espessura' associada com o gradiente de freqüência, cria um corte no espaço o qual não tem necessariamente de ser linear no espaço Euclidiano. Isto é ilustrado na figura 1 (Cortes Lineares Iso-Bo [superfícies] com gradiente linear adicionado) e na figura 2 (Cortes Não-Lineares Iso-B0 [superfícies]).

A geometria do corte é influenciada não somente pela uniformi- dade do principal campo magnético (Bo) (ou falta da mesma), mas também pela uniformidade do gradiente (ou falta da mesma), e a uma ou mais aber- tures específicas das bobinas de transmissão e recepção. As aberturas das bobinas de transmissão e recepção servem para definir a extensão lateral dos cortes iso-B0 individuais mas não o contorno superficial.

Independente da configuração geométrica do corte (denomina- das superfícies Iso-B0), é a direção do gradiente - quer por deliberada apli- cação ou em conseqüência do campo B não-linear - que diferencia os vários cortes uns dos outros no domínio da freqüência de Larmor.

Amostras podem ser adquiridas em uma variedade de modos. Seguem-se uns poucos exemplos:

Estimulação 2D

Em um sistema de campo magnético homogêneo, um gradiente de seleção de corte Gss, definido como

<formula>formula see original document page 10</formula>

é aplicado. Cortes seletivos de localização Z0 e largura ΔΖ são estimulados através de uma forma de onda apodizada adequadamente modelada da forma

<formula>formula see original document page 10</formula>

A espessura do corte ΔΖ é selecionada, para um dado gradiente selecionado do corte Gss escolhendo fΔ a ser dado por

fΔ:= γ.GSS.ΔZ

e o centro do corte específico Z0 é selecionado escolhendo fL a ser dado por

fL:=y(B0+Gss.Z0)

Neste caso, fL corresponde à freqüência de Larmor no centro do corte em Z0. γ corresponde à proporção giromagnética, a qual é aproximadamente 4,258 kHz/G para 1H. Isto é tornado mais claro examinando a transformada de Fourier associada como

<formula>formula see original document page 10</formula>

onde

<formula>formula see original document page 10</formula> Em aplicações de MRI de 2D Spin Echo (SE), os dois eixos re- manescentes, os quais foram referidos como 'X' e Ύ', são geralmente codifi- cados com um gradiente de freqüência atribuído a um, e uma série de gradi- entes de fase atribuídos ao outro, de modo a gerar informação suficiente para localizar um voxel específico no espaço 3D. Sem perda de generalida- de, atribuirar-se-á o eixo 1X' para corresponder ao eixo do gradiente de fre- qüência, e o eixo Ύ' para corresponder ao eixo codificado pela fase.

Em estudo por imagens de MR normal, um ângulo de fase é de- terminado para cada valor de Ύ', um gradiente de freqüência é aplicado ao eixo 'X', e o eco resultante é amostrado e armazenado ao longo de uma filei- ra na matriz do espaço k. Deste modo, toda a matriz do espaço k é preen- chida para um dado corte. Em seguida uma transformada de Fourier 2D é aplicada a estas amostras e a magnitude resultante cria a imagem.

Para ser matematicamente preciso, o sinal total recebido depois de ser estimulado pelo pulso de RF selecionado por corte pode ser expres- sado como:

<formula>formula see original document page 11</formula>

onde

<formula>formula see original document page 11</formula>

representa o componente da fase do sinal sobre x, ye t (tempo), e Gx e Gy representam os sinais do gradiente do campo magnético

<formula>formula see original document page 11</formula>

respectivamente.

A dependência do tempo explícito de Gx e Gy sobre t deve levar em conta o fato de que os sinais do gradiente são ajustados para selecionar o lead/lag da fase desejada. O primeiro termo na expressão Φ(x,y,t) é mera- mente a integral da freqüência de Larmor.

Ao fazer umas poucas substituições, a equação para S(t) se tor- na um pouco mais clara.

Seja

<formula>formula see original document page 11</formula>

Substituindo na expressão S(t) produz <formula>formula see original document page 12</formula>

Isto pode ser adicionalmente rearranjado como se segue:

<formula>formula see original document page 12</formula>

A porção esquerda desta equação representa o sinal do "espaço k" padrão em função do tempo, modulado pela freqüência Larmor corres- pondente. A porção direita da equação mostra que esta é simplesmente re- lacionada com ρ(x,y) pela transformada de Fourier 2D através de kx e ky, também em função do tempo, e também modulada pela freqüência de Lar- mor.

Em uma implementação, nós essencialmente não há interesse em variações nos planos 'X' ou Ύ', mas há interesses no sinal total resultan- te em cada plano localizado em Z0. Posto de modo mais simples, se quer o sinal resultante quando kx=ky=0. Isto resultará em

<formula>formula see original document page 12</formula>

Mas isto é simplesmente o sinal medido em kx,ky = 0,0 no espa- ço k. Para obter isto a partir de uma máquina de imageamento MR de rotina, precisa-se ter acesso aos dados do espaço k "bruto", e simplesmente extrair o valor em (0,0).

Agora, é inteiramente possível que o valor resultante seja esti- mado complexo. Deste modo, seria prudente examinar a magnitude do sinal resultante como

√S(0,0).S* (0,0)

onde o asterisco do expoente denota conjugação complexa.

Como uma observação, apesar desta discussão se ter focaliza- do sobre a variação destes valores em função de z, também é possível to- mar a mesma abordagem examinando os valores através do eixo χ (isto é, ao longo do gradiente de freqüência) e em seguida combinar as mesmas localizações através da faixa de valores de z.

Enquanto a discussão anterior se refere à técnica convencional de aquisição de corte 2D de MRI - técnicas de aquisição de MRI 3D também podem ser usadas para adquirir os sinais de corte por corte da amostra.

Independente de como os dados são obtidos, um valor para ca- da corte terá uma potência associada a este, a qual é proporcional ao conte- údo da substância produtora de RMN (por exemplo, medula) neste corte.

Quanto menor o sinal, menos medula (e presumivelmente mais substância com um sinal menor [por exemplo, osso]) ocupando este corte.

Energia é outro modo para descrever e analisar os sinais que se originam de materiais produtores de RMN na amostra. Energia é um valor escalar em oposição ao sinal o qual pode ser complexo (isto é, ter relações de fases diferentes).

Caso se faça um gráfico de E(n), a Energia observada no corte n, para todos os cortes adquiridos, pode-se obter o gráfico da figura 3.

Observar que a seguinte discussão se refere a medula em osso como um exemplo - a análise também se aplica a outras misturas multifási- cas com sinais de RMN significativamente diferentes. O que é de interesse é a variação neste nível de sinal à medida que os vários cortes são examina- dos. Se a energia para cada corte for largamente a mesma que a próxima, isto sugere que o nível de energia dentro de cada corte seja largamente o mesmo (isto é, existe a mesma quantidade total de medula dentro de cada corte). Por outro lado, se houver grandes variações entre cortes como na figura 4, isto sugere que há uma quantidade variável de medula dentro de cada corte.

Mas outro aspecto importante é quão rapidamente a energia muda entre corte para corte. Um nível de energia mudando lentamente su- gere uma estrutura subjacente a qual é diferente de uma estrutura mais ra- pidamente variável (vide a figura 5).

Pode-se determinar a espessura do corte bem como o espaça- mento intercorte (através do uso do ângulo do gradiente, a largura de faixa de recepção, e a freqüência de transmissão), portanto pode-se relacionar a 'velocidade' com a qual o nível de energia muda, com a dimensão inter- corte.

Isto sugere examinar o gráfico resultante energia-vs-corte no domínio de freqüência (isto é, tomar a transformada de Fourier de E(n). Ob- servar que este domínio de freqüência é diferente do domínio de freqüência de Larmor usado para diferenciar os cortes, mas conforme será visto subse- qüentemente, estão relacionados em um modo interessante e útil). Para os gráficos prévios E(n), o gráfico da transformada de Fourier correspondente (na verdade, este seria a magnitude da Transformada de Fourier Discreto) pode ser semelhante à figura 6.

Por inspeção, pode-se ver que o gráfico à direita tem mais da energia concentrada em suas menores freqüências, ao passo que o gráfico à esquerda tem sua energia mais distribuída nas maiores freqüências. Dado que uma menor variação de freqüência é uma possível indicação de maiores "bolsas" de medula (e portanto estrutura trabecular mais amplamente espa- çada - ou bolsas maiores ou mais alongadas de óleo bruto em rocha), há o interesses em identificar isto em amostras comparativas.

Voltando uma etapa atrás por um momento então, o que é feito primeiro é examinar os valores Sn(O1O) para cada corte n, de uma função contínua subjacente Sz(0,0), em seguida examinar a estrutura periódica cor- respondente tomando a transformada de Fourier como se segue:

<formula>formula see original document page 14</formula>

Agora precisa-se ter em mente que os valores do ponto de sig- nal Sz(O1O) correspondem ao sinal correspondente à localização z. Se ao invés de extrair estes valores um de cada vez correspondentes a cortes indi- viduais, for aplicado um gradiente na direção z, e todo o volume for estimu- lado, o sinal tempo-dependente resultante seria:

<formula>formula see original document page 14</formula>

o qual pode ser reorganizado como

<formula>formula see original document page 14</formula>

Seja

Então

<formula>formula see original document page 14</formula> <formula>formula see original document page 15</formula>

Agora a integral é reconhecida como V(j(ó) \ω=Ω como se segue:

<formula>formula see original document page 15</formula>

Portanto, foi demonstrado que a transformada de Fourier corres- pondente do espectro das amostras de cortes ao longo de ζ (isto é, os es- pectros de freqüência espacial) pode ser obtido diretamente do sinal gerado por tempo por estimulação na presença de um gradiente, multiplicado por um complexo exponencial cuja freqüência é relacionada com a magnitude da força do campo Bo, e a força do campo "selecionada por corte" do gradiente z. Isto pode ser feito independentemente do uso de uma transformada de Fourier sobre os dados adquiridos - o eco amostrado já é a freqüência es- pacial (transformada de Fourier do sinal de corte por corte vs Z) que se está procurando.

Agora que foi demonstrado que o espectro da transformada de Fourier da distribuição de sinal (por exemplo, quantidade de material gerador de sinal de RMN) ao longo da direção ζ é adquirido diretamente do experi- mento de RMN descrito acima, considera-se detalhes de como tomar os da- dos e abordagens para quantificar estes espectros.

Técnica de Análise

Considerar agora a geração de um gráfico o qual representa gra- ficamente a percentagem de energia contida em freqüências < freqüência fn. Se isto foi feito para os gráficos precedentes, pode-se obter os gráficos da figura 7.

Neste caso, o gráfico à esquerda mostra claramente o efeito de energias não-zero nos componentes de maior freqüência comparados à di- reita. Se um limiar de, por exemplo, 80% foi determinado e a freqüência cor- respondente foi examinada, isto daria uma indicação da freqüência em que 80% da energia total está contido em ou abaixo desta. A conjetura é que, à medida que este número diminui (isto é, a maior parte da energia é concen- trada nas menores freqüências), mais potencialmente doente está o osso. O Efeito do Tamanho da Amostra sobre dados Adquiridos

O tamanho da amostra relativo aos tamanhos predominantes (ou característicos) da fase produtora de sinal terão um efeito sobre o valor mé- dio e a variabilidade do sinal em função de ζ em uma análise unidimensio- nal. Isto é ilustrado na figura 8, onde no caso a, o volume da amostra se a- proxima do tamanho característico e há variação significativa no valor do sinal (proporcional à quantidade de fase produtora de sinal em função de Z) vs. Ζ. O caso c em contraste tem em média um nível de sinal muito maior, mas uma menor variação no nível de sinal em função de Z.

Ao selecionar um volume de amostra o qual é suficientemente grande para amostrar os tamanhos característicos mas não tão grande que seja calculada a média de grandes números de tamanhos característicos, pode ser obtida uma sensibilidade ótima (portanto volume da amostra) para o tamanho da estrutura desejada. Isto é particularmente relevante para um sistema usando um único gradiente como no caso de um dispositivo de bai- xo custo para avaliar a estrutura óssea em pacientes ou para avaliar o tama- nho e a distribuição de poros em estratos de óleo com um dispositivo de RMN inserido em um furo de sondagem. Estes dois dispositivos, descritos em mais detalhes posteriormente, têm em comum o uso de um gradiente fixo gerado pelo ímã principal que também é usado para a codificação na direção Z.

Em ambos estes casos, pode ser obtida informação adicional sobre a anisotropia da amostra movendo a direção do gradiente na amostra. Isto pode ser realizado movendo fisicamente a amostra ou ímã relativo um ao outro ou eletricamente modulando o campo magnético. Informação sobre a homogeneidade da amostra pode ser adquirida movendo (transladando) o volume sensível em torno na amostra.

Delineacão do Volume da Amostra

No caso de um sistema de gradiente único conforme descrito acima, a delineação do volume da amostra é realizada por uma combinação de

largura de faixa do receptor

função da sensibilidade da antena de recepção (bobina)

campo B de transmissão

distribuição do campo magnético

A figura 9 é uma ilustração esquemática de uma implementação da delineação do volume da amostra mostrando um furo de sondagem 1 através de estratos portando bolsas de óleo 5. O dispositivo é alojado no estojo 2 com o ímã 3 para gerar uma série de superfícies iso-Bo 6 e 7 nos estratos. Uma antena de transmissão / recepção 4 (aqui mostrada como uma única antena - também pode ser implementada com antenas de trans- missão e recepção separadas) com uma função da sensibilidade indicada pelas linhas tracejadas 8. O volume da amostra 9 é delineado pela largura de faixa do receptor (alternativa ou adicionalmente a largura de faixa de transmissão) entre as superfícies iso-Bo 6 e 7 e pelo limite 8 da sensibilidade mínima de transmissão recepção combinadas.

Esta disposição pode ser usada para avaliar a anisotropia no plano ortogonal ao furo de sondagem girando a sonda em torno do eixo do furo de sondagem e em planos paralelos ao furo de sondagem modificando as superfícies iso-Bo para serem inclinadas para o furo ao invés de nomi- nalmente paralelas conforme mostrado na figura 9. A modificação pode ser realizada girando o ímã 3 ou modulando o campo com eletroímãs adicionais.

A figura 10 ilustra um conceito similar ao da figura 9, mas agora para avaliar a estrutura trabecular em osso esponjoso. O volume sensível (volume da amostra) 9 é em seugida colocado na região de interesse no os- so relevante para avaliar a estrutura trabecular. Localizações de amostras candidatas incluem a tíbia proximal e distai, o rádio distai, o calcâneo, o quadril, a crista ilíaca, e as vértebras.

A figura 11 ilustra o posicionamento do volume da amostra 9 dentro do osso cortical 16 de uma localização anatômica candidata.

Características do design de um dispositivo para implementar esta técnica para avaliação óssea trabecular em pacientes humanos incluiriam:

1. um ímã desenhado para ter um gradiente nominalmente cons- tante sobre a área estudada por imagens para proporcionar sensibilidade em função da freqüência espacial

2. a capacidade para amostrar múltiplas orientações no osso alvo - movendo mecanicamente o ímã relativo ao osso ou modulando eletri- camente o padrão de campo para reorientar as superfícies iso-B0

3. um dispositivo para posicionar a anatomia em um modo repe- tível e confortável

4. varredura mecânica ou eletrônica através de espaço 3D para avaliar a anisotropia e/ou localizar direções sentinelas

5. um controlador para gerar e dirigir a antena de transmissão

6. sistema receptor para receber o sinal do volume da amostra e analisar este

Este sistema avaliaria propriedades inclusive:

7. ordem de curto alcance

8. anisotropia

9. homogeneidade

10. espaçamento característico / presença de estruturas de bai- xa freqüência espacial

O segundo pedido de patente provisório se refere a espectros- copia da freqüência espacial resolvida por posição, e descreve um método para adquirir medições dos espectros da freqüência espacial (SFS) em regi- ões localizadas em uma amostra tridimensional. Esta abordagem é uma ex- tensão de técnicas de MRI espectroscópicas. ("RMN chemical shift imaging in three dimensions", T.R. Brown et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79:3523, 1982) Hornak proporciona uma descrição destes vários métodos em "The Basics of MRP' (Joseph P. Hornak, Ph.D., Copyright 1996-2006), o qual é incorporada aqui, a este pedido de patente de patente, por meio de referên- cia. Também descrito por P.A. Bottomley "Spatial localization in RMN spec- troscopy in vivo." Ann. NY Acad. Sei.508:333 (1987). Ambas as referências precedentes são por este incorporadas por meio de referência.

Espectros da freqüência espacial (SFS) contêm (representam) o espectro da força de distribuição de dimensões na amostra. Esta descoberta descreve adicionalmente o uso de espectroscopia da freqüência espacial para a avaliação e o diagnóstico de condições médicas normais e anormais. A aplicação a osteoporose é descrita no pedido de patente de utilidade pen- dente N0 11/064.381 depositado em 23 de fevereiro de 2005 e é incorporado aqui, a este pedido de patente de patente, por meio de referência. O uso de espectroscopia da freqüência espacial para avaliação de doença (saúde) é independente da fonte da SFS. SFS podem ser extraídos de Ressonância magnética bem como por análise de transformada de Fourier de imagens 3D e 2D de estruturas anatômicas que se deseja analisar. As figuras 17 e 18 ilustram a geração e análise de SFS de uma imagem de alta resolução de tomografia computadorizada 2D de osso trabecular de uma vértebra. A ani- sotropia claramente visível na imagem é claramente descrita na FT 2D e es- pectros individuais na figura 18.

Uma técnica um tanto similar é ilustrada na linha superior da fi- gura 19 (denominada HR 3D, ou 3D de alta resolução). Aí são tomados da- dos bidimensionais para uma série de cortes de uma amostra, por exemplo, dados adquiridor por um dispositivo de tomografia computadorizada (CT). A pilha de imagens constitui um modelo 3D da estrutura. Ao invés de analisar os dados 3D usando métodos de avaliação de morfologia convencionais nesta abordagem alternativa, uma região dos dados tridimensionais é colap- sada (projetada) em dados bidimensionais somando os dados em uma di- mensão e em seguida janelados em ambas as dimensões, a qual quando plotada em duas dimensões, proporciona um gráfico (imagem) conforme mostrado. Agora uma transformada de Fourier bidimensional é tomada para proporcionar um gráfico bidimensional da intensidade de eco versus posição na imagem projetada, mostrado na figura 19 como valores radiais a partir de um valor central. Foi demonstrado usando dados preexistentes de amostras in vitro que a análise da estrutura por Fourier ou diversa (por exemplo, análi- se de wavelet) é um modo válido para analisar e caracterizar a estrutura, uma vez que proporciona boas correlações com a resistência óssea.

Os métodos de espectroscopia corrente (os quais são designa- dos para gerar um espectro de RMN de uma região ou regiões localizadas na amostra) não utilizam um gradiente de leitura aplicado. Isto é por design de modo que pode ser obtido um verdadeiro espectro de RMN da região de interesse. Protocolos de estudo por imagens (por contraste com métodos de espectroscopia) tipicamente usam um gradiente aplicado durante leitura do eco de modo a gerar uma linha inteira no espaço k para cada eco, deste modo facilitando rápida aquisição de imagens.

Para o caso em protocolos de estudo por imagens onde a linha no espaço k passa através da origem, os dados adquiridos são alguns es- pectros da freqüência espacial (SFS) da amostra na direção do gradiente. (Para protocolos de estudo por imagens, o gradiente é geralmente ortogonal aos outros eixos de codificação de modo que os pixels ou voxels da imagem retangular podem ser reconstruídos.)

O método aqui descrito se refere a reunir um espectro (ou es- pectros) da freqüência espacial em uma ou mais direções vetoriais na amos- tra 3D. Para realizar isto - o método descrito utiliza um gradiente de leitura com a direção do gradiente alinhada com a direção desejada a ser analisada para freqüências espaciais em combinação com métodos de localização conforme atualmente utilizado em espectroscopia por RMN (conforme des- crito em Hornak e acima). O uso de um gradiente de leitura para gerar um espectro da freqüência espacial é descrito no pedido de patente provisório reproduzido acima.

A diferença entre as técnicas descritas aqui e estudo por ima- gens 3D é dupla. Primeiro, o gradiente de leitura não é necessariamente a- plicado em uma direção ortogonal às direções codificadas por fases, mas ao invés na direção vetorial para a qual se deseja o espectro da freqüência es- pacial. Isto é ilustrado por um simples caso de uma amostra isolada na figura 12 e ilustra o caso de uma amostra para a qual se deseja os espectros da freqüência espacial (SFS) na direção indicada pela seta.

A figura 13 ilustra o caso onde um mapa dos espectros da fre- quência espacial é desejado para uma série de voxels. A figura 14 ilustra aplicação deste método de mapeamento a um lâmina tomada através da tíbia distai.

A técnica anterior para espectroscopia por RMN resolvida por posição (para a qual há vários métodos) desenvolveu métodos para localizar a região a partir da qual receber um eco de RMN em um campo homogêneo. Em sua abstração mais simples, esta inovação pode usar quaisquer dos mé- todos de espectroscopia da técnica anterior com a adição de um gradiente durante a leitura do eco. A amostragem direta deste eco proporcionará os dados de SFS desejados.

Uma Técnica de Estudo por Imagens Espectroscópicas (RMN) típica se baseia na técnica de estudo por imagens 3-D ou de volume, com umas poucas modificações. Com referência à figura 16, o pulso de RF é vo- lume seletivo e o gradiente de leitura (Gf) é desligado. Os gradientes etique- tados Gs e Gphj são ciclados através de sua faixa de valores para registrar os espectros de todos os pontos no domínio espacial-espacial.

A técnica de SFS descrita aqui segue a técnica de estudo por imagens espectroscópicas descrita acima mas com a adição de um gradien- te de leitura aplicado durante o eco. A finalidade do gradiente de leitura é reunir espectros da freqüência espacial em cada uma das localizações no volume estudado por imagens. O uso de um gradiente de leitura para adqui- rir alguns espectros da freqüência espacial é descrito no primeiro pedido de patente provisória acima.

Outra implementação provável da SFS resolvida por posição descrita é usar uma modificação do método de "Espectroscopia resolvida por ponto" (PRESS). A seqüência de pulso PRESS é ilustrada na figura 15. Esta seqüência com a adição de um gradiente de leitura aplicado na direção da SFS desejada produzirá um eco com a informação da SFS conforme descri- to no primeiro Pedido de patente provisório acima. Alternativamente a usar um gradiente de leitura (codificação de freqüência), pode-se aplicar uma co- dificação de fase a um voxel excitado seletivamente para adquirir uma única medição da freqüência espacial. Agora novamente com referência à figura 19, podem ser vistos exemplos específicos da aplicação da presente invenção para análise da estrutura da amostra. Usando ressonância magnética direta (MR direta) ao invés de ressonância magnética de estudo por imagens 3D de alta resolução (HR 3D), a primeira tarefa é definir a amostra a ser analisada. Esta pode ser ou uma amostra discreta definida no espaço da amostra 3D (separada fisi- camente da estrutura da qual se origina), uma amostra localizada do campo de visão (FOV), ou um único voxel. No caso de uma amostra localizada de campo de visão, as amostras estão sob a forma de planos de intensidade de campo magnético uniforme, com um gradiente na intensidade de campo em uma direção perpendicular aos planos. Os planos podem ser lisos (vide a figura 1, para exemplo) ou curvados (vide a figura 2, para exemplo). Em um caso semelhante, a excitação RF típica excitará a freqüência de spin resso- nante, cuja freqüência variará plano a plano devido à diferença de campo magnético, plano a plano. Conseqüentemente o eco novamente representa- rá os componentes de freqüência da intensidade de sinal com distância den- tro do campo de visão e através de uma faixa de profundidade definida pela faixa da excitação RF e a potência e gradiente do campo magnético. Obvia- mente nesta técnica, o campo de visão pode ser definido pelo menos em parte pelo tamanho, e etc. da bobina de excitação RF e a bobina de capta- ção de eco, caso proporcionadas separadamente.

Um único voxel dentro do espaço da amostra pode ser isolado por técnicas de conhecimento geral no assento anterior, geralmente usando combinações de gradientes de freqüência devidos aos gradientes de campo na amostra, cujas técnicas são acima descritas e de conhecimento geral no assento. A este respeito, um único voxel deve ser escolhido grande o sufici- ente para incluir as variações desejadas na estrutura para análise adequada para múltiplis voxels. Conforme descrito subseqüentemente em maiores de- talhes, pode ser usado um método de único voxel com somente duas se- qüências de seleção de corte quando a terceira direção ortogonal é a dire- ção a ser amostrada. Neste caso, a largura de faixa do receptor definirá o volume na terceira direção. O método da 2a. Janela descrito abaixo pode usar uma técnica de seleção de amostra para em efeito amostrar uma linha de voxels.

Caso desejado, podem ser usados múltiplos voxels para propor- cionar uma série de ecos bidimensional. Transformada de Fourier inversas podem ser aplicadas ao eco resultante, os resultados janelados e os resulta- dos janelados transformados por Fourier para análise. Além disso aqui bem como nas outras técnicas descritas aqui, outras transformadas podem ser usadas caso desejado, tais como, a título de exemplo, transformadas de wa- velet conforme previamente mencionado.

Um importante aspecto da presente invenção é de certa forma proporcionar o janelamento nos resultados para minimizar alguns efeitos ad- versos. O janelamento tem sido usado em outras disciplinas para minimizar a intrusão de componentes da freqüência de efeitos diferentes do próprio sinal desejado. A título de somente um exemplo, é de conhecimento geral que qualquer forma de onda repetitiva pode ser representada por uma série de Fourier tomando um período completo da forma de onda e transformando por Fourier a mesma. No entanto, se o período da forma de onda não foi precisamente conhecido, então a transformada de Fourier pode ser inadver- tidamente realizada sobre um segmento daquela forma de onda o qual é menos de um período completo, ou alternativamente, mais de um período completo. Portanto o início e do fim daquele segmento, tomados sobre o pe- ríodo errado para a forma de onda repetitiva, tipicamente terão valores dife- rentes, parecendo ser uma alteração de etapa dentro da forma de onda. A transformada de Fourier resultante será a transformada de Fourier de uma onda repetitiva do período errado e tendo uma alteração de etapa repetitiva no mesmo, deste modo injetando componentes de freqüência na transfor- mada de Fourier não presentes na forma de onda verdadeira. Ao janelar o segmento ajustando a amplitude do segmento, geralmente tendo as extre- midades do segmento da forma de onda uniformemente reduzidas para zero ou quase zero, este efeito é minimizado, com uma transformada de Fourier mais precisa resultante. Numerosas funções de janelar são de conhecimento geral, com a escolha da função de janelar a ser usada tipicamente sendo uma combinação da análise do pedido de patente e preferências pessoais referentes a funções de janelar. Tipicamente, mas não necessariamente, seria usada uma função de janela de fomato fixo tal como, a título de exem- plo, uma função de janela de Hanning, Hamming ou Blackman.

Com referência de novo à figura 19 (MR Direta), será observado que são mostrados dois caminhos para proceder com a função de janela- mento, estes dois caminhos sendo denominados 1a. Janela e 2a. Janela. No caso da 1a. Janela, considerar ou uma amostra discreta ou a amostra locali- zada do campo de visão, um gradiente de campo magnético é estabelecido através da amostra e a excitação é proporcionada por um sinal RF de uma faixa de freqüência apropriada, o qual é em seguida terminado e o eco regis- trado. Normalmente o sinal RF seria de igual amplitude por toda a faixa de freqüência desejada de modo a excitar todas as partes da amostra. Na 1a. Janela, a amplitude e a fase da excitação RF versus freqüência é a própria ajustada de modo que o próprio eco é janelado através da amostra. Isto não é o mesmo que janelar a própria freqüência RF, mas ao invés é feito contro- lando a amplitude e fase do sinal RF para proporcionar um eco o qual o pró- prio tem as propriedades janeladas predeterminadas desejadas, isto é, cal- cular para trás para determinar a amplitude RF requerida e fase com fre- quência para obter o resultado janelado. Enquanto isto proporciona o janelar desejado e proporciona intensidade de sinal versus distância para análise direta, a própria técnica não é preferencial. Uma razão é que enquanto jane- la o sinal do eco conforme desejado, não janela o ruído no eco. Conseqüen- temente, a proporção de sinal para ruído é desnecessariamente baixa em ou próxima dos extremos das freqüências de eco.

No caso da 2a. Janela, uma excitação de RF é aplicada à amos- tra para excitar a uma ou mais freqüências de Larmor e em seguida, en- quanto um gradiente de campo é aplicado à amostra, o eco é medido. Ob- servar que a amostra pode ser submetida a uma faixa de freqüências de RF enquanto um gradiente de campo é imposto, ou uma única freqüência de RF aplicada enquanto o campo magnético é uniforme para excitar a mesma fre- qüência de Larmor em todas as partes da amostra, e em seguida um gradi- ente de campo imposto para separar as freqüências de Larmor antes do eco ser medido. Esta técnica se aproveita do fato de que mudar um parâmetro determinando a freqüência ressonante de um sistema previamente excitado não pára a diminuição da ressonância, mas simplesmente muda a frequên- cia na qual a ressonância diminuirá.

O sinal do eco obtido constitui uma faixa de freqüências, cada freqüência correspondendo à freqüência de Larmor em uma "posição" na amostra. Para todo um corte, a posição é medida perpendicular às superfí- cies dos cortes. Para uma amostra mais definitiva, a qual pode ser definida usando quaisquer das técnicas de conhecimento geral, a posição pode ser perpendicular às superfícias do corte, com cada corte tendo uma dimensão intencionalmente limitada em comparação com a terceira dimensão, ou com uma limitação bidimensional sobre cada "corte", essencialmente definindo um bastão ou cunha da amostra, essencialmente uma linha de voxels, ou uma amostra retangular. Quando se usa codificação de fase, devem ser consideradas tanto a amplitude quanto a fase de cada freqüência no eco.

A amplitude (e fase) de cada freqüência no eco pode ser plotada contra a própria freqüência sobre uma faixa respectiva de freqüências. No entanto, qualquer freqüência (e fase) representa uma posição na amostra. Conseqüentemente o gráfico da amplitude (e fase) do sinal do eco de cada freqüência versus freqüência pode ser considerado um gráfico da amplitude (e fase) do sinal do eco de cada freqüência versus posição na amostra. Mas isto é simplesmente a transformada de Fourier de uma onda repetitiva de sinal de eco versus posição, a onda repetindo cada incremento em posição igual à faixa de freqüência correspondente no sinal de eco analisado.

Na técnica da 2a. Janela, é tomada a transformada de Fourier inversa de cada sinal de eco, a qual proporciona intensidade do sinal de eco versus posição na amostra. O próprio eco é a transformada de Fourier da intensidade do sinal com distância, com a transformada de Fourier inversa produdindo a intensidade de sinal versus distância. Observar que a intensi- dade de sinal versus distância tem bordas agudas devido às freqüências de corte quer na excitação, ou recepção de eco, ou ambos. A variação no topo da onda resultante da transformada de Fourier inversa unidimensional é uma combinação do sinal e ruído de pano de fundo. Agora quando uma função de janelamento é aplicada para os fins de analisar o conteúdo da freqüência espacial da onda, a forma do sinal (e ruído) versus distância é uma forma de onda tendo um formato da função de janelamento, embora com o sinal (e ruído) desejado na mesma. Observar que na 2a. Janela, a função de jane- lamento é aplicada de modo eficaz à combinação da intensidade de sinal e ruído, deste modo não afetando a proporção de sinal para ruído. Por conse- guinte, a função de janelamento é aplicada igualmente aos dois de modo que a proporção de sinal para ruído é mantida por toda a faixa da função de janelamento. Uma vez que a função de janelamento tenha sido aplicada, os resultados podem ser analisados primeiro realizando uma transformada de Fourier unidimensional (1 D-ft) na mesma, ou usando alguma análise de fun- ção básica diversa, tal como, a título de exemplo, uma análise de wavelet. Uma análise da freqüência espacial e/ou uma de faixa ou análise similar proporcionará informação que pode ser comparada com a informação cor- respondente para osso saudável e osso em vários estágios de doença para determinar o estado do osso examinado. Os resultados também podem ser usados para comparar com resultados anteriores para o mesmo osso para determinar a extensão ou a progressão da doença.

Um método para obter dados da amostra desejada é usar um procedimento de seleção de volume abreviado para a rotina de excitação de volume seletiva. Isto é em comparação ao uso de três pulsos de excitação seletiva (90, 180, 180) e em seguida um gradiente de leitura para gerar um eco, conforme é feito (sem o gradiente de leitura) na rotina de espectrosco- pia seletiva de volume conforme descrito em Hornak. Uma alternativa atra- ente é o uso de duas excitações seletivas (90 e uma 180) para excitar seleti- vamente um "bastão" retangular na amostra e em seguida aplicar o gradien- te de leitura na terceira direção ortogonal. O eco gerado por isto será a transformada de Fourier da intensidade do sinal em função da posição ao longo do bastão. Em seguida é um simples exercício de transformada inver- sa os dados em "espaço linear" e localizar a região de interesse no perfil. É isto, em essência uma 2a. Janelade acordo com a figura 19.

A vantagem de fazer as duas seqüências de excitação seletiva é que pode ser feito mais rapidamente e há menos perda de sinal devida a defaseamento T2. A desvantagem é que como é um prisma, caso se aplique um gradiente de leitura em uma direção diferente da terceira direção ortogo- nal, o volume amostrado será diferente de um volume retangular bem defini- do. Portanto para obter perfis unidimensionais em múltiplas direções será necessário fazer um experimento completo para cada direção. Isto pode não ser um grande problema, uma vez que múltiplas amostras para cada direção podem ser adequadas para obter boas proporções de sinal para ruído.

As técnicas precedentes preservam a essência das modalidades preferenciais da presente invenção, a saber para proporcionar métodos para obter e analisar dados para determinar características de estruturas, cujos métodos são relativamente simples e rápidos, e não requerem a obtenção de dados adequados para, ou a redução de semelhantes dados para pro- porcionar, imagens reais visualmente perceptíveis da estrutura. Em essên- cia, as técnicas da presente invenção proporcionam uma "assinatura" da estrutura da amostra sendo analisada que, em comparação com a mesma assinatura para estruturas similares de uma série de condições conhecidas (saúde, teor de óleo, e etc.), a estrutura da amostra sendo analisada pode ser caracterizada por esta comparação, todas sem uma imagem visual da estrutura, e mesmo sem dados a partir dos quais pode ser gerada uma ima- gem visual, caso desejado. Em modalidades preferenciais, uma amostra de eco unidimensional é tomada e analisada, resultando em aquisição de dados muito rápida com mínimas restrições sobre o paciente. Se múltiplas amos- tras são tomadas, o paciente pode ser mantido sem movimento, embora se cada amostra de eco for analisada separadamente e em seguida for feita a média dos resultados, não importará o movimento moderado do paciente. Similarmente, ecos tomados em diferentes ângulos também podem ser tra- tados independentemente, novamente não requerendo completa imobilidade do paciente.

Apesar de algumas modalidades preferenciais da presente in- venção terem sido descritas aqui, para fins de ilustração e não para fins de limitação, será entendido por aqueles versados na técnica que várias altera- ções na forma e detalhes podem ser feitas na mesma sem se afastar do es- pírito e do âmbito da invenção.

Claims (34)

1. Método para avaliar pelo menos uma característica de uma amostra de uma estrutura caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: submeter a amostra a um campo magnético; submeter a amostra a uma excitação de RF tendo uma faixa de freqüência para excitar uma ou mais freqüências de Larmor na amostra; terminar a excitação de RF e receber um sinal de eco a partir da amostra enquanto a amostra é submetida a um gradiente do campo magné- tico; janelar o sinal de eco para proporcionar um sinal de eco janela- do; e analisar o sinal de eco janelado para caracterizar a amostra.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de submeter a amostra a um campo magnético inclui a etapa de submeter a amostra a um campo magnético tendo o gradiente do campo magnético.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a excitação de RF é excitação de RF sobre uma faixa de fre- quência, e o sinal de eco é janelado através do controle da amplitude e fase versus freqüência da excitação de RF para proporcionar um eco janelado com base em uma função de janelar predeterminada.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de tomar uma transformada de Fou- rier inversa do sinal de eco, em que a etapa de janelar o sinal de eco com- preende janelar a transformada inversa do sinal de eco, em seguida tomar uma transformada do sinal de eco conforme janelado, e analisar o sinal de eco janelado analisando a transformada para caracterizar a amostra.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a transformada é uma transformada de Fourier.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a transformada é uma transformada de wavelet.

7. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a excitação de RF é uma excitação de freqüência única, e o gradiente do campo magnético é imposto depois do término da excitação de RF.

8. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a excitação de RF inclui uma banda de freqüência, e o gradiente do campo magnético é imposto antes do término da excitação de RF.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de eco é um sinal de eco a partir de fatias da amostra.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de limitar o sinal de eco janela- do a um sinal de eco limitado em uma direção ortogonal ao gradiente do campo magnético e localizado espacialmente em uma direção ao longo do gradiente do campo magnético.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de limitar o sinal de eco janela- do a um sinal de eco limitado em duas direções ortogonais ao gradiente do campo magnético e localizado espacialmente em uma direção ao longo do gradiente do campo magnético.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura é uma estrutura óssea.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura é petróleo dispersado em estratos.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura é uma estrutura biológica.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o sinal de eco janelado compreende comparar a distribuição da freqüência espacial na transformada com a distri- buição da freqüência espacial de transformadas de um mesmo tipo de estru- tura, mas de características diferentes.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o sinal de eco janelado compreende comparar o conteúdo de bandas de freqüência na transformada com bandas de freqüência de transformadas de um mesmo tipo de estrutura, mas de ca- racterísticas diferentes.

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de eco é um sinal codificado por fase, e em que receber o sinal de eco da amostra compreende receber tanto a amplitude quanto a fase das freqüência no sinal de eco.

18. Método para avaliar estruturas ósseas caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: submeter uma amostra de estrutura óssea a um campo magné- tico; submeter a amostra de estrutura óssea a uma excitação de RF tendo uma faixa de freqüência para excitar uma ou mais freqüências de Larmor na amostra de estrutura óssea; terminar a excitação de RF e receber um sinal de eco da amos- tra de estrutura óssea enquanto a amostra de estrutura óssea é submetida a um gradiente do campo magnético; tomar a transformada de Fourier inversa do sinal de eco; janelar a transformada inversa do sinal de eco; tomar uma transformada do sinal de eco conforme janelado; e analisar a transformada para caracterizar a amostra de estrutura óssea.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de submeter a amostra de estrutura óssea a um campo magnético inclui a etapa de submeter a amostra de estrutura óssea a um campo magnético tendo o gradiente do campo magnético.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a transformada é uma transformada de Fourier.

21. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a transformada é uma transformada de wavelet.

22. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a excitação de RF é uma excitação de freqüência única, e o gradiente do campo magnético é imposto depois do término da excitação de RF.

23. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a excitação de RF inclui uma banda de freqüências, e o gradiente do campo magnético é imposto antes do término da excitação de RF.

24. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sinal de eco é um sinal de eco a partir de fatias da amos- tra de estrutura óssea.

25. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de limitar o sinal de eco janela- do a um sinal de eco limitado em uma direção ortogonal ao gradiente do campo magnético e localizado espacialmente uma direção ao longo do gra- diente do campo magnético.

26. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de limitar o sinal de eco janela- do a um sinal de eco limitado em duas direções ortogonais à direção do gra- diente do campo magnético e localizado espacialmente ao longo de uma direção do gradiente do campo magnético.

27. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o sinal de eco janelado compreende comparar a distribuição da freqüência espacial na transformada com a distri- buição da freqüência espacial de transformadas de um mesmo tipo de estru- tura, mas de características diferentes.

28. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o sinal de eco janelado compreende a etapa de comparar o conteúdo de bandas de freqüência na transformada com bandas de freqüência de transformadas de um mesmo tipo de estrutura, mas de características diferentes.

29. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sinal de eco é um sinal codificado por fase, e em que a etapa de receber o sinal de eco da amostra de estrutura óssea compreende a etapa de receber tanto a amplitude quanto a fase das freqüências no sinal de eco.

30. Método para avaliar estruturas ósseas caracterizado pelo fato de que compreende as etapa de: submeter uma amostra de estrutura óssea a um campo magné- tico; submeter a amostra de estrutura óssea a uma excitação de RF tendo uma freqüência predeterminada para excitar uma freqüência de Lar- mor na amostra de estrutura óssea; terminar a excitação de RF e receber um sinal de eco da amos- tra de estrutura óssea enquanto a amostra de estrutura óssea é submetida a um gradiente do campo magnético; tomar a transformada de Fourier inversa do sinal de eco confor- me limitado em duas direções ortogonais ao gradiente do campo magnético; janelar a transformada inversa do sinal de eco; tomar uma transformada de Fourier do sinal de eco conforme janelado; e analisar a transformada para caracterizar a amostra.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o sinal de eco janelado compreende a etapa de comparar distribuição de freqüência espacial na transformada com distribuições de freqüência espacial de transformadas de um mesmo tipo de estrutura, mas de características diferentes.

32. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o sinal de eco janelado compreende a etapa de comparar o conteúdo de bandas de freqüência na transformada com bandas de freqüência de transformadas de um mesmo tipo de estrutura, mas de características diferentes.

33. Método para avaliar pelo menos uma característica de uma amostra de uma estrutura caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de: receber a amplitude a fase de um sinal de eco de uma frequên- cia predeterminada de uma amostra de uma estrutura tendo tido três excita- ções em direções diferentes e uma única fase codificante.

34. Método, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que as direções diferentes são direções ortogonais.