专利名称：：利用核磁共振(nmr)谱评估组织疼痛和退化特征的系统及方法利用核磁共振(NMR)谱评估组织疼痛和退化特征的系统及方法有关申请的交叉引用本申请要求于2005年1月28日提交的美国临时申请序列号60/648,241的优先权，将其整体引入本发明作为参考'，并且要求于2005年11月15日提交的美国临时申请序列号60〃31,110的优先权，也将其整体引入本发明作为参考。关于联邦赞助研究或开发的声明本发明是在政府支持下进行的，国家卫生研究所资助许可号为R01-AG17762和R21-AR51048。政府具有本发明的特定权利。光盘上递交的资料所包含的参考内容不适用受版权保护的材料声明本专利文献的一部分材料受美国和其它国家版权法的版权保护。当美国专利商标局公开有用的文件或记录时，版权所有者不反对任何人传真复制本专利文献或者专利公开，然而在别的方面却无论如何都将保留全部版权。版权所有者据此不会放弃其任何权利来维持该专利文献的保密性，包括按照美国联邦法规第37章第1.14条的规定不限制其权利。
技术领域：
本发明属于和骨骼关节有关的组织的成像技术，特别是关于与骨骼关节、疼痛或二者有关的医学状况的识别及表征。更具体地讲，本发明涉及应用核磁共振(NMR)谱对与组织医学状况相关的化学的、分子的、结构的或其它的信号进行识别、定位和表征，此处医学状况例如是骨骼关节(如脊骨)的相关退化或疼痛。
背景技术：
：腰椎相关的下腰痛是影响了60-80%正在变老的美国人的常见医学问题，而椎间盘退变(IVDD)是其最主要原因。椎间盘是一种柔韧的纤维软骨结构，可以承受压力便于椎骨移动。健康的椎间盘由三种特定组织成分构成1)纤维环，呈圆周状紧密填充在椎间盘外围使其具有柔韧性的胶原区；2)髓核，位于椎间盘中心的一种含水的蛋白聚糖凝胶，受压时能放射状地膨胀支撑纤维环以保持S强度并防止纤维环在压力下弯曲形变；3)软骨终板，使髓核与邻接的脊椎骨分开。椎间盘退变以一系列复杂的物理的和化学的降解过程为特征。临床上描述IVDD的程度和严重性通常使用汤普森分级规则(ThompsonGradingScale):设定参数后，利用X射线照相观察椎间盘，通过总体形态确定退变程度。有研究小组报道，随着椎间盘的退变，其机械性能发生了从"液态"行为到"固态"行为的转变。周围水的固定电荷密度(FCD)和生物化学环境也被认为对退变有很大的影响；因为高电荷的蛋白聚糖会吸附水并导致组织溶胀，直接影响了椎间盘的耐压^和承载脊骨能力。汤普森等级(ThompsonGrade)的差别通过环状区和中心区的各个组分(如胶原和蛋白聚糖)的浓度变化而反映出来。生化降解、与基因上调有关的胶原基质的降解、机械承载的累积效应都被认为会引发椎间盘的退变过程。所以对椎间盘退变的识别与表征包含了大量的科技发展和人们多年的努力。但是，一个适当的、可重复的、非侵入性的系统和方法已经为表征疼痛、疼痛产生以及椎间盘退变因素提供了一个有用的医学工具。同样值得注意的是，在现代医学实践中，疼痛是个相当难诊断和定位的现象，特别是在关节疼痛尤其是背痛中。然而一些目标疼痛释放治疗法可能是可取的，例如使能量源指向并局部烧蚀疼痛的神经。确定和定位治疗部位是个关键的主要项目，常因缺乏必要的特异性而无法准确定位。因此，在所有的疼痛处理中如何成功地使这些治疗锁定目标是个极大的挑战。椎间盘退化疾病，虽然是使人无力的背痛的主要原因之一，却只是急需更好的可以表征和定位医学状态的方法和工具以便进行适当定向治疗的一种疾病状况例子。例如慢性背痛，可能由数个潜在的根本原因导致。这些原因包括如脊椎压縮断裂，椎间盘退化疾病以及椎间盘突出。另外，其它的关节疼痛，例如脊椎和其它骨骼关节(如指关节，踝关节，膝关节，髋关节，肩关节，腕关节，肘关节)也可能因多个单独的或相互结合的不同的潜在原因所导致，也很难对它们准确定位以进行直接的局部治疗。任何一个或者所有的与这些关节相关的疼痛处可能位于关节的连接或缓冲组织内(例如椎间盘)，也可能位于骨内，或者位于过渡区域(例如脊髓和椎间盘交界处的软骨终板)。对可以确定和表征体内组织退化的改进的非侵入性工具和方法，目前存在切实的需求。特别是就关节部位、尤其是脊椎骨间的关节、更近一步特别是椎间盘内部和周围而言更是如此。对可以确定和表征体内疼痛部位的改进的非侵入性工具和方法，目前也存在切实的需求。这特别是就骨骼关节部位、尤其是脊椎骨间的关节、更近一步特别是对椎间盘内部和周围而言更是如此。
发明内容本发明公开的一个方面是提供了一种医学诊断系统，它具有非侵入性成像的形式，适合基于某一特征的相关因素的化学信号而提供有用的信息，该信息能够指示组织区域的该特征的程度。利用NMR谱方法得到的图谱与椎间盘纤维环和髓核区样品的图谱非常相似。随着汤普森等级的增加，从椎间盘纤维环区和髓核区样品图谱中可观察到明显变化。图谱中N-乙酰基区域与胆碱基区域的面积比和胆碱基区域与碳水化合物区域的面积比使得汤普森等级增加的椎间盘之间得以区分，单个面积比的重叠最小。根据本方面的一个实施方式，该特征与疼痛有关。根据本方面的另一个实施方式，该特征与组织退化有关。根据本方面的另一个实施方式，该系统提供了可指示骨关节相关特征的有用信息。根据本方面的另一个实施方式，该系统提供了可指示脊椎关节相关特征的有用信息。根据本方面的另一个实施方式，该系统提供了可指示椎间盘相关特征的有用信息。根据另一个实施方式，该系统提供了可指示椎间盘退化程度的有用信息。根据另一个实施方式，该系统提供了可指示患者经受的疼痛所在位置的有用信息。根据另一个实施方式，该系统至少部分地基于组织区域的NMR谱而提供了有用信下述本发明的另一个方面提供了一种医学诊断系统，其基于组织的第一区域的核磁共振(NMR)谱提供指示该第一区域特征的有用信息，其中该特征与组织退化和疼痛中的至少一个相关。下述本发明的另一个方面提供了一种医学诊断系统，其基于组织的第一区域的核磁共振(NMR)谱提供指示该第一区域的特征的有用信息，其中该特征与组织的退化相关。下述本发明的另一个方面提供了一种医学诊断系统，其基于组织的第一区域的核磁共振(NMR)谱提供指示该第一区域的特征的有用信息，其中该特征与疼痛相关。下述本发明的另一个方面提供了一种用于识别或者表征骨骼关节相关组织第一区域的特征的系统。该系统包括一种处理器，用于以提供指示该组织第一区域特征的有用信息的方式来处理与组织NMR谱相关的数据。下述本发明的另一个方面提供了一种可以识别或者表征骨骼关节组织的第一区域的特征的系统。该特定系统包括一种NMR谱系统，用于提供组织第一区域的NMR谱，并且用于提供与图谱相关的数据，这种数据格式适于加工成能指示组织第一区域特征的有用信息。下述本发明的另一个方面提供了一种用于识别或者表征骨骼关节相关组织第一区域的特征的系统。该系统包括一种基本上无侵入性的成像形式，可用以提供与组织第一个区域相关的成像数据，这种格式的数据适于加工成能指示组织第一个区域特征的有用信息。下述本发明的另一个方面提供了一种可以识别椎间盘的至少第一区域的特征的系统。该系统包括一个NMR谱系统，该系统适于提供与组织第一区域NMR谱相关的数据，该数据的格式适于加工成能指示组织的第一区域的特征的有用信息。下述本发明的另一个方面提供了一种用于为诊断组织第一区域特征提供有用信息的系统，该组织与组织退化或疼痛相关。该系统包括一个以计算机可读媒体形式存在的计算机可读软件程序，可以处理组织第一区域的核磁共振NMR谱得到的数据。该程序可以进一步从处理的数据中提供有用信息。本发明的另一个方面提供了一种用于识别、表征或者定位骨骼关节相关组织特征的系统。该系统还可以进一步包括任何一种或多种此处给出的各种系统、模式、实施方式、变型、或者器件、及它们的组合体。根据本发明系统的一种模式，该系统适于提供指示椎间盘至少一部分的特征的信息。'本发明的另一个方面提供了一种可以识别或表征患者骨关节相关组织特征的系统。它至少包括下列其中之一处理器，可以以适合于使该特征的程度被识别和表征的方式处理与组织NMR谱相关的信息；NMR谱系统，可以提供组织的相关波谱信息，使其特征的程度可以被识别和表征；或者一种基本上无侵入性的成像形式，可以提供组织的信息，使其特征的程度可以被识别和表征。或者，该系统可以包括两个或两个以上上述部分的组合。根据本发明系统的一个实施方式，所述信息与椎间盘的至少一部分的特征程度有关。本发明的另一个方面提供了一种系统，用于表征椎间盘的至少一部分的特征程度。本系统包括一个适于捕获该部分相关波谱信息的NMR谱系统。该波谱可提供用于至少部分地指示该特征程度的信息。根据前述的方面和系统模式的另一具体实施方式，各个系统适于基于椎间盘纤维环部分和髓核部分中的任一个或两者提供相关信息。根据另一个实施方式，该系统可以显示核磁共振谱的相关曲线，曲线的一部分可以提供信息。根据另一个实施方式，所述信息适合于区分椎间盘的退化程度。根据一个优选的实施方式，所述信息适合于根据汤普森等级区分退化程度。根据另一个实施方式，所述特征至少包括下列之一疼痛，或者至少与疼痛相关的一个因素。根据另一个实施方式，所述信息与波谱中N-乙酰基区共振与胆碱区共振的比率、以及胆碱区共振与碳水化合物区共振的比率相关。根据另一个实施方式，所述信息与硫酸软骨素、或者其代谢物、或者其降解产物有关。根据另一个实施方式，所述信息至少与椎间盘谱的化学组分的T,和T2驰豫时间中的一个有关。根据另一个实施方式，所述特征至少包含下列之一椎间盘的脱水程度，椎间盘蛋白聚糖基质的分解程度，以及胶原基质的分解程度。根据另一个实施方式，所述系统还包含适于产生信息的质子高分辨魔角旋转谱系统。本发明的另一个方面在于提供一种用于识别和表征骨关节相关组织的特征的方法。前述的一个或多个方面、模式、实施方式、变型、其间描述的器件、或者它们的组合，皆可用于改进本方法。、本方面的另一种模式包括提供指示椎间盘的至少一部分特征的程度的信息。本发明的另一个方面在于提供一种用于识别和表征病人骨关节相关组织的方法，包括至少一个以下步骤以适于允许识别或表征特征程度的方式处理组织NMR谱的相关信息；从NMR谱系统提供图谱信息，其与组织相关，使特征程度得以识别或表征；或者从基本为非侵入性的成像形式提供有关组织信息，以便使特征的程度得以识别或表征。或者上述一个或多个步骤可以组合使用。本方面的一个实施方式包括在所述信息基础上确定椎间盘的至少一部分的特征程度。本发明的另一个方面在于提供一种表征椎间盘的至少一部分的特征程度的方法，并且包括利用NMR谱系统来捕获该部分的相关波谱。根据前述各种不同方法的一个实施方式和模式，基于椎间盘的纤维环部分和髓核部分中的一个或两者来产生所述信息。在另一个实施方式中，显示与波谱相关的曲线，其中曲线的一部分提供了信息。另一个实施方式包括在信息的基础上区分椎间盘退化的程度。一个更进一步的实施方式包括在信息的基础上按照汤普森等级区分椎间盘退化的程度。另一个实施方式包括在信息的基础上，将椎间盘与疼痛的程度相关联，或者至少是与疼痛有关的一种因素相关联。根据另一个实施方式，所述信息与以下比率中的至少一个相关图谱中N-乙酰基区共振与胆碱区共振的比率，胆碱区共振与碳水化合物区共振的比率。根据另一个实施方式，所述信息与硫酸软骨素、或者其代谢物、或者其降解产物相关。根据另一个实施方式，所述信息与椎间盘化学组分波谱的Ti和T2驰豫时间中的至少一个有关。根据另一个实施方式，所述特征至少与下列之一有关椎间盘的脱水程度，椎间盘蛋白聚糖基质的分解程度，以及胶原基质的分解程度。另一个实施方式包括至少部分利用质子高分辨魔角旋转谱学系统来产生信息。根据前述各种不同方面的进一步附加方式，包括在识别组织中乳酸盐相关的化学信号、蛋白聚糖相关的化学信号、或者胶原相关的化学信号中的至少一个的基础上，对组织的特征进行有益的非侵入性分析。特别优选的模式包括，例如，比较这些识别出的信号特征之间的比率，并且在一个更优选的实施方式中基于这些因素的NMR共振进行比较。在本发明更进一步优选的实施方式中，进行两个或多个这些共振的比较，例如，特别是比较它们的峰或其它指示其含量程度的特征，用于提供指示目标组织中特定状况程度(如某种退化或疼痛的程度)的区分结果。这些方面一个进一步优选的模式包括NMR谱的应用。在一个实施方式中，波谱学条件包括在8Tesla(特斯拉)以上运作仪器，在另一个实施方式中，磁场强度在1112Tesla之间。在另一个实施方式中，仪器在约410Tesla之间、特别是在约7Tesla下运行。在另一个实施方式中，仪器在约24Tesla之间例如约3Tesla下运行。在另一个实施方式中，仪器在3Tesla以下例如约1.5Tesla下运行。对较低特斯拉的仪器，更进一步的实施方式涉及利用滤波器增加、放大、或者获取落在特定的锁定范围内的信号，例如作为识别信号被锁定的某些特定的共振频率峰，该信号与某一个要研究的用于非侵入性诊断的特定因素有关。优选前述每一个方面、模式、实施方式、变型或器件都单独使用，不要求与其它方式组合使用。但是，这些方式的进一步组合以及次组合也都应当认为是本发明的独立优选方式。本发明更进一步的方面将在下面的说明书部分中进行描述，包括权利要求中未限定的内容，其中的详细描述是为了描述本发明的实施例和优选实施方式，并非是对本发明进行限制，虽然这些优选的实施方式被描写为可以提供特别有益的价值和用处。参考以下附图可以更好地理解本发明。下列各图仅用于举例说明。图IX、1Y、1Z显示;r从纤维环区域(图1Y的图谱)和髓核区(图1Z的图谱)得到的汤普森1级椎间盘(图IX)的代表性的l-DHR-MAS谱。图2X、2Y、2Z显示了从纤维环区域(图2Y的图谱)和髓核区(图2Z的图谱)中得到的汤普森3级椎间盘(图2X)的代表性的l-DHR-MAS谱。可分辨的峰包括A:异亮氨酸，亮氨酸，缬氨酸；B:乳酸盐，异亮氨酸；C:丙氨酸；D:异亮氨酸，亮氨酸；E:赖氨酸，亮氨酸；F:硫酸软骨素的N-乙酰基共振；G:谷氨酰胺；H:谷氨酸，脯氨酸；I:谷氨酰胺，羟脯氨酸；J:赖氨酸；K:胆碱；L:胆碱磷酸；M:羟脯氨酸；N:甘氨酸；0:硫酸软骨素的C-H共振；P:胆胺；括弧区域代表硫酸软骨素的C-H共振。图3X,3Y,3Z显示了从纤维环区(图3Y的图谱)和髓核区(图3Z的图谱)得到的汤普森5级椎间盘(图3X)的代表性的l-DHR-MAS谱。可分辨的峰包括A:异亮氨酸，亮氨酸，缬氨酸；B:乳酸盐，异亮氨酸；C:丙氨酸；D:异亮氨酸，亮氨酸；E:赖氨酸，亮氨酸；F:硫酸软骨素的N-乙酰基共振，脯氨酸，谷氨酸；G:谷氨酰胺；H:谷氨酸，脯氨酸；I:谷氨酰胺，羟脯氨酸；J:赖氨酸；K:胆碱；L:胆碱磷酸；M:羟脯氨酸；N:甘氨酸；0:硫酸软骨素的C-H共振；P:胆胺。如表1所述，图4A-4D的图线代表了纤维环的N-乙酰基/胆碱(N-Acetyl/Cho)(图4A)和胆碱/碳水化合物(Cho/Carb)(图4B)、以及髓核的N-乙酰基/胆碱(图4C)和胆碱/碳水化合物(图4D)的积分分布与汤普森等级的关系。胆碱/碳水化合物显示了最大的统计学意义。图5A显示了健康的椎间盘材料的转子同步的绝热式TOCSY谱，混合时间为80ms。水平轴是投影的叠加，垂直轴是高分辨的一维谱。三个字母表示的氨基酸代码用来指明氨基酸的交叉峰。图5B显示了退化的椎间盘的转子同步的绝热式TOCSY谱，混合时间为80ms。在退化的椎间盘图谱中，氨基酸和含胆碱的化合物的信号都增强了，而在健康的椎间盘的图谱中并没有增强。图6A图示了以下化合物的平均自旋-晶格驰豫时间0.9ppm:异亮氨酸，亮氨酸，和缬氨酸，1.32卯m:乳酸盐，1.49ppm:丙氨酸，2.04ppm:硫酸软骨素N-乙酰基部分，3.21ppm:含胆碱的化合物，3.67ppm:与硫酸软骨素聚合物相连的碳水化合物残基上的C-H。图6B图示了上述化合物的平均自旋-自旋驰豫时间。(*)表示因为峰的信号强度低导致有很大的标准偏差。图7A、7B显示了特定椎间盘的NMR实验中得到的图谱实例。具体实施方式以下结合附图进行更具体的说明，为了举例说明，实施本发明的仪器，包括在从图IX到图6B以及表1显示的内容所利用的设备，图7A-B以及表2还反映了一种改进的特定模式。值得注意的是，仪器的构造和部件细节会有一些不同，所用方法的特定步骤和次序也会有一些变化，但并不与此处公布的基本概念相背离。在此公开了利用核磁共振谱在特定的材料或者化学成分方面表征椎间盘退化的能力。核磁共振谱中的标志与汤普森等级之间的非侵入性相互关系已被获得，这可以广范应用于药学和科研中，产生巨大效应。本发明特别有益之处在于，提供非侵入性的识别并表征与椎间盘退化状态和所处位置相关的标志的能力，并且还能识别并表征该标志与疼痛位置或者疼痛产生因子之间的特定关系。参考随后的一个或多个实施例所述实验研究及讨论，可以更清楚的理解本发明不同的方面、模式、实施方式、变型和器件。'实施例l1.综述本研究的目的在于确定高分辨魔角自旋(HR-MAS)NMR谱区分椎间盘退化的不同阶段的能力。从人尸体上获取17个椎间盘，采用一维和二维(TOCSY)'HHR-MAS谱进行分析，测量T和T2驰豫时间以确定化学组成和随着退化等级(汤普森等级)的增加椎间盘化学环境的变化。研究的重大发现包括椎间盘的纤维环区和髓核区样品的图谱非常相似；随着汤普森等级的增加，椎间盘的纤维环区和髓核区样品的图谱发生了可视的显著变化。图谱中N-乙酰基区与胆碱区的面积比、以及乙酰基区与碳水化合物区的面积比会使得汤普森等级增加的椎间盘得以区分，并且这些单个比率之间的重叠很小。椎间盘图谱的化学成分的Ti和T2驰豫时间变化似乎反映了随着汤普森等级的增加，椎间盘的脱水变化和蛋白聚糖、胶原基质分解程度的变化。本研究的结果证明，可以利用体内波谱法探测伴随椎间盘退变发生的化学变化。此处进行了几个体内MRI(核磁共振成像)研究，以便更好地表征IVDD(椎间盘退变)的特征。T,和T2权重的MRI被用于分析椎间盘的结构。研究证明，T2加权的信号强度的下降伴随腰椎间盘退化的增加。随着样品的退变，退化软骨中水的Tj值会显著降低。还观察到随着关节软骨的退变，其水的T2驰豫时间会发生变化。通过弥散加权成像研究椎间盘和软骨，发现水含量的减少与退化阶段有关。在颈部椎骨的MRI中，随着年龄的增加，对所有的椎间盘来说发生脱水的情况较严重。有研究小组推测，这并非由于损伤或复发性应力所导致，而是由于发生了较均衡的退变。这些核磁共振成像的发现增加了形态学分级系统总体的准确性，但是通过采用基于体内波谱测定可探测的化学组分的方法，可以更加有效和定量的测量退变状态。现在非常需要一种非侵入性的技术以便更好地体内表征完整的椎间盘组织代谢产物组分。测定化学成分的传统方法需要通过生物化学方法提取蛋白质，而这会破坏组织并且妨碍了进一步的研究(例如，生物学化验或者机械测试)。HR-MAS(高分辨魔角旋转)核磁共振谱是一种非侵入性的技术，已经成功用于表征各种完整的生物组织成分。通过胶原酶降解牛鼻软骨，我们模拟了软骨退化，降解产物通过高分辨魔角旋转核磁共振谱进行了研究。这使得胶原三股螺旋的氨基酸产物类似牛组织的天然降解产物，这样就提供了一个人组织的退变模型。但是与中间物退化程度的改变有关的生化的、机械的退化的区分水平仍然可以用单一的汤普森等级来表征，这也强调了需要一个比现在的方法更有说明性的分级体系。本研究的目的是为了表明HR-MAS谱可用于评价与椎间盘退变有关的化学变化。在进行体内核磁共振实验以表征椎间盘退变程度时，为了测量代谢变化和使相似的代谢物变化相关联，对这些HR-MAS工具和方法可以进行适当的修改和改装。HR-MAS谱被用于测定跨汤普森等级范围的椎间盘，以鉴定可进行NMR观察的化合物，并确定不同的椎间盘退变阶段之间这些化合物的比率变化。对驰豫时间也进行了测量，以表征椎间盘化学成分环境随着椎间盘退变的变化和这些化学成分分子的自由度。2.材料和方法A.组织的获得本研究通过了伦理委员会审批。腰椎通过外科手术从n=17具人尸体上获取(年龄范围22~85岁)，-8(TC冻存。'收获的椎骨用尸体锯和解剖刀解离。剔除椎骨中椎间盘周围的骨头。在剥离的椎间盘的纤维环和髓核区进行3mm的活检打孔。这些冲孔彼此间非常接近，且呈均匀对称的圆柱形。平均质量为15.2士3.4mg。给定区域的三个并排的样品用于测定波谱的重复再现性。在严格遵守汤普森分级法的前提下一致性地读取汤普森等级。一共研究了8个汤普森1级，6个汤普森3级，6个汤普森5级。B.HR-MAS数据的采集HR-MAS数据采集条件1.0±0.5°C，转速2,250Hz，使用瓦里安(Varian)INOVA波谱仪，磁场强度11.75T。H，500Hz)，装备有4mmgHX纳米针探。一维谱釆集40,000复点，谱宽20，000Hz(40ppm)，脉冲宽90°，HOD预饱和期2s，32阶变换，循环期8s(〉5倍的最长T,驰豫时间)，采集时间2s(〉5倍的最长T2驰豫时间)，总采集时间3:36min。样品采用传统设计的18yl锆转子进行分析，包括一个椭圆形的样品室，一个密封的螺旋顶塞防止泄漏。组织样品称重加入转于后，每个样品分别吸取3nl含0.75wt。/。的3-(三甲基甲硅烷基)-2,2,3,3-四気代丙酸的重水(D20+TSP，Sigma-Aldrich公司)加入转子底部。纵向(T!)驰豫时间的测量采用翻转恢复脉冲序列，延迟时间变化范围为0.01~2.00s。横向(T2)驰豫时间的测量利用了转子-同步(也就是说T延迟二nX(转速)"，n为偶数)Carr-Purcell-Meiboom脉冲序列，回波时间变化范围为10128ms。对于二维TOCSY谱，径向维(F2)谱宽为20,000Hz，获得了4096个复点；间接维谱宽为6，500Hz，获得了256个复点。TOCSY谱采集条件2sHOD预饱和/驰豫延迟，采集时间0.2s，32稳态脉冲(只增加第一个)，16个瞬时/累加，混合时间变化范围1080ms，相敏采用States-Habercorn，总实验时间约为5小时12分钟。为使Bo和Bi不均一效应最小化，采用转子-同步衡绝热仪WURST-8绝热脉冲(33)进行各向同性混合，脉冲发生仪(Pbox,Varian)采用"Pandora，sBox"，B!场为6，5000Hz，持续时间为444ms(l/转速)。每一个二维实验之前和之后获取一维波谱以评估代谢物的降解。Tt和T2驰豫时间的测量对象为健康以及退化的椎间盘的髓核(n=9)和纤维环(n=12)。C.数据处理'数据通过VarianVNMR6.1C软件(瓦里安公司，PaloAlto)在线处理，或者利用ACD/LabslDand2DNMR处理软件7.0版本(AdvancedChemistryDevelopment有限公司，多伦多)离线处理。一维FID信号用指数函数修正，线形加宽因子等于采集时间的倒数。傅里叶变换，相位校正，使TSP化学位移为0.00ppm。驰豫时间的计算利用指数最小二乘法分析。只有当最小的乘方的标准偏差小于10%时才使用该驰豫时间。TOCSY数据在Fi中利用3XN线形预测，从0填充到1024个复点(只对F1)，每一维都利用高斯权重修正。交叉峰的归属参照之^I文献报道的化学位移值。在数据视觉评价基础上，一维数据的归属如下三个谱区N-乙酰基(N-acetyl)区(1.90-2.10ppm);胆碱头部集团(Cho)区(3.l5-3.30ppm);以及碳水化合物(Carb)区G.S0-《20ppm)。三个比率，简写为N-Acetyl/Cho、Chol/Carb和N-Acetyl/Caxb，将碳水化合物区积分面积定为1.00后，对每一个波谱的三个比率都进行计算。针对每一个汤普森等级，计算平均比率和标准偏差，再进行Student'st测验以便确定数据的统计学意义，只有当p值<0.05时才认为有意义。3.结果A.汤普森等级的区别汤普森等级分别为1、3、5的椎间盘纤维环区和髓核区的代表性一维高分辨魔角旋转(l-DHR-MAS)谱如图1-3所示。图1X、1Y、1Z显示了从汤普森1级的椎间盘(图1X)、纤维环区(图1Y)、以及髓核区(图1Z)获得的有代表性的l-DHR-MAS谱。箭头显示了图1Y、1Z所示不同图谱之间的关系，分别代表在图1X'所示椎间盘()中各自的位置。圆圈代表了从椎间盘上获取的3mm活检穿孔的典型位置。可分辨的峰包括A:异亮氨酸，亮氨酸，缬氨酸；B:乳酸盐，异亮氨酸；C:丙氨酸；F:硫酸软骨素的N-乙酰基共振；G:谷氨酸；J:赖氨酸；K:胆碱；L:胆碱磷酸；方括弧区代表硫酸软骨素的C-H共振。汤普森1级椎间盘材料以僵直易弯折的环和含水的凝胶核为特征(图1X)。3mm的活检冲孔分别从椎间盘的环区和核区获取，图1Y、1Z分别展示了其相应的HR-MAS谱。两个HR-MAS谱都表明，在2.04ppm存在N-acetyl的共振中心，连接于硫酸软骨素的碳水化合物的共振在3.5~4.0ppm区域。另外，还观察到了乳酸盐的共振(1.33ppm)，脂类的共振(ppm)，胆碱头部基团的共振(3.21-3.25ppm)，以及几个氨基酸的共振(丙氨酸(1.49ppm)，异亮氨酸，亮氨酸，以及缬氨酸)。有趣的是，在汤普森等级较低的椎间盘中，与环区(图1Y)相比，核区(图1Z)可以观察到持续的更高的波谱分辨率。图2X、2Y、2Z显示了中等退化了的汤普森3级椎间盘(图2X)，相应的HR-MAS谱分别得自纤维环区(图2Y)和髓核区(图2Z)。与汤普森3级有关的形态变化为椎间盘的脱水以及伴随的椎间盘基质的机械性损伤。从光谱学上讲，与汤普森l级椎间盘的光谱(图IX、1Y)相比，汤普森3级的核区与环区的碳水化合物的光谱分辨性提高了。包含胆碱头部基团的共振(3.21ppm)也增强了。汤普森5级椎间盘(图3X)从病理学上表明椎间盘进一步脱水，发生黏蛋白渗透和环区大范围的分解，纤维组织替代了髓核，环区与核区之间的可视区别降低。从光谱上看，胆碱与碳水化合物区的共振在波谱中分辨度和强度都进一步提高。同时还能观察到N-乙酰基共振强度的降低以及因游离氨基酸的产生引起的共振数目和强度增加。表1显示了纤维环(A)和髓核(B)积分比率以及Student'st测验结果。汤普森1级、3级、5级椎间盘的各自的及平均的土sdev(标准偏差)N-Acetyl/Cho、Cho/Carb和N-Acetyl/Carb比率都进行了统计学比较。因为汤普森等级规则带有主观性，所以本研究省略了汤普森等级2和4的椎间盘。对核区与环区来说，N-Acetyl/Cho和Cho/Carb平均比率在三个汤普森等级中都显示了明显的不同，但是N-Acetyl/Carb只在汤普森3级与5椎间盘的核区存在明显的不同。对环区或者核区任取两个等级比较，1级和3级相比时的比率1和比率2是有意义的。只当比较1级与5级的核区时N-Acetyl/Carb才是有意义的。N-Acetyl/Cho=积分(1.90-2.10ppm)/积分(3.15-3.30ppm)，Cho/Carb=积分(3.15-3.30ppm)/积分(3.50-4.20ppm)，N-Acetyl/Carb=积分(1.90-2.10ppm)/积分(3.50-4.20ppm)。图4A-4D中，三个汤普森等级的环区(顶部)和核区(底部)的N-Acetyl/Cho(图4A和4B)以及Cho/Carb(图4C和4D)被划分出来，以评定单个比值间的重叠情况。对N-Acetyl/Cho比率来说，汤普森1级与5椎间盘的核区的单个比值之间没有重叠，而与其它的单个比值之间有较大的重叠。对Cho/Carb比率，三个汤普森等级的环区的单个比值之间没有重叠，汤普森1级与5之间的核区的单个比值之间没有重叠。B.全相关谱(TOCSY)为了对质子的一维谱中观察到的共振进行归属，要获得二维TOCSY谱，并将观察到的交叉峰的化学位移与先前报道的化学位移值进行比较。图5A显示了汤普森1级的椎间盘的TOCSY谱。在对所有八个汤普森1级椎间盘进行的研究中，只观察到了有限数量的交叉峰，包括归属于丙氨酸(1.49，3.79ppm)、乳酸盐(1.35，4.16ppm)以及蛋白聚糖聚合物的碳水化合物部分的峰。相反，所研究的六个退化的汤普森5级椎间盘(图5B)的TOCSY谱则显示了多得多的能探测到的交叉峰，包括异亮氨酸(0.92，1.32ppm)，亮氨酸(0.98，L72ppm)，赖氨酸(1.73，3.04ppm)，脯氨酸(1.73，1.93ppm)，谷氨酰胺(2.14，2.46ppm以及2.14，3.79ppm)，谷氨酸(2.1，2.36ppm)，羟脯氨酸(2.45，3.45ppm)，以及胆胺(3.15，3.83ppm)。TOCSY实验表明，在l-DHR-MAS谱的碳水化合物区(3.5-4.2ppm)出现的可分辨共振是由多种氨基酸、含胆胺的复合物以及从硫酸软骨素上分解下来的糖类C-H质子的复合峰。所有研究的椎间盘的l-DHR-MAS谱在3.21ppm和3.23ppm处都有两个单峰，分别对应游离的胆碱(Cho)和磷酸胆碱(PC)的化学位移。TOCSY实验还显示了Cho在3.55X4.07ppm以及PC在3.62X4.18ppm的亚甲基质子的交叉峰。在波谱的胆碱区还有几个其它小而宽的共振还未进行识别。C.T,和T2驰豫时间'图6A和6B分别显示了汤普森1级、3级禾卩5级椎间盘的可分辨共振的平均和T2驰豫时间。所有汤普森等级的核区与环区的图谱中，只选择可分辨的共振进行Ti和T2驰豫时间的测定。所以对0.9、1.32、1.49、2.04、3.21禾B3.67ppm处的共振测定了1和T2驰豫时间。测定出的环区和核区的T!和T2驰豫时间观察不到明显的变化，因此结合这些区域的驰豫时间以增加椎间盘等级之间进行比较的统计学意义。对每一个汤普森等级的共振的平均T!和T2测定表明，随着椎间盘不断退化，较大的T!和T2变化并未使代谢物产生明显的变化趋势。但是随着汤普森等级的增加，可以观察到TJ也豫时间有变化趋势。Tt值的可观察到的变化趋势是，最初至汤普森3级椎间盘时T,值减小，然后至汤普森5级椎间盘时T,值又增大。对于T2，可观察到的共振中没有一致的变化趋势；但是随着汤普森等级的增加，N-乙酰基(2.04ppm);胆碱G.21ppm)以及碳水化合物C-H的共振G.67ppm)存在增加的趋势。4.Mi^-椎间盘的环区和核区样品的质子HR-MAS谱都非常相似，两者的波谱都显示了大量主要源于硫酸软骨素的N-乙酰基共振与碳水化合物的共振，以及含胆碱复合物、脂类/乳酸盐和几种氨基酸的共振。对于汤普森1级椎间盘，由于核区的更加类似胶体的性质，使得其波谱的分辨率一致高于环区。本研究观察到的一个重要结果是随着汤普森等级的增加，在椎间盘环区和核区样品的质子HR-MAS谱中可以观察到明显的变化。特别是在波谱3.5-4.0ppm共振区，相应与该区域"多组分"的损失，可观察到的依赖于等级的共振数量增加、以及共振峰会随着等级的增加而变尖。另外，在包含胆碱的化合物的波谱区域，共振的信号强度会增加，N-乙酰基共振相对会减弱。类似地，随着汤普森等级的增加，在椎间盘的TOCSY谱中的交叉峰的数量以及强度也会增加。由于氨基酸如羟基脯氨酸、脯氨酸、甘氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、谷氨酰氨和谷氨酸以及胆胺的存在，其大多是胶原的成分，故在退化的核区以及环区的TOCSY谱中出现了很多交叉峰。在汤普森5级椎间盘髓核以及纤维环的一维质子高分辨魔角旋转谱中主要是氨基酸的共振。观察到氨基酸的现象主要是由于胶原的分解引起的，这在此前利用金属蛋白酶消化软骨的NMR研究中已观察到过。据推测，金属蛋白酶(MMPs)破坏了支撑椎间盘的胶原，因此被认为在椎间盘的退化中扮演了重要角色。由于胶原网络以及胶原螺旋分解为构成它们的氨基酸，所以这些氨基酸的共振在一维和二维高分辨魔角旋转谱中都变得更加明显。研究还发现了硫酸熟骨素随着汤普森等级增加而降解的代谢证据。该结论的依据是与汤普森l级相比，3级和5级椎间盘纤维环和髓核的质子高分辨魔角旋转谱中的碳水化合物C-H共振(3.5-4.0ppm)强度和分辨率都增加了，并且硫酸软骨素的N-乙酰基(2.04ppm)共振会相对减弱。之前通过^和13C高分辨魔角旋转谱对天然的以及酶消化的牛鼻软骨进行了研究，结果表明，N-乙酰基共振的成分由未经消化的软骨中最初的N-乙酰基共振，消化后变成了包含N-乙酰基和氨基酸混合物峰的共振。随着椎间盘的退化，硫酸软骨素的含量会减小。TOCSY研究表明，在退化椎间盘的3.5-4.0ppm区域，由于存在包括多种氨基酸、含胆胺化合物的复杂的混合物以及碳水化合物的C-H共振，还引起了可分辨的共振。退化的椎间盘谱中共振的完全归属因此还需要对人椎间盘的降解进行研究，并与硫酸软骨素的生化分析(例如，二甲基亚甲基兰(DMMB)分析)和胶原(胶原酶)的生化分析相联系。在观察到的HR-MAS谱中N-乙酰基共振变化、在胆碱和碳水化合物/氨基酸区域共振变化的基础上，对N-Acetyl/Cho、Cho/Carb和N-Acetyl/Carb比率进行了研究，以确定哪一个比率最能体现汤普森等级之间的不同。N-Acetyl/Cho和Cho/Carb的平均比率在三个汤普森等级之间都表现出了明显的不同，其中Cho/Carb比率在三个汤普森等级的单个数值之间的重叠最小。Cho/Carb比率在三个汤普森等级纤维环图谱之间没有重叠，在三个汤普森等级髓核图谱之间的重叠最小。这一点特别有用，因为对体内光谱学来说，这样在很多情况下可以不要求获得单独的核区或者环区的光谱。有利的是它们有相对很接近的信号和信噪比。N-Acetyl/Cho1比率也可以被证明对于体内椎间盘退化波谱测定是有用的，因为N-Acetyl共振是汤普森1级和3级椎间盘中最大的峰，在汤普森5级椎间盘的波谱中减小到比胆碱和碳水化合物区还小或者与其相当的水平。事实上，基于N-乙酰基峰相对于胆碱和碳水化合物区域的减小情况，可以容易地将从核区和环区得到的汤普森5级图谱与汤普森1级和3级图谱肉眼区别开来。在之前的研究中，为了表征椎间盘和软骨退化，研究者们对水溶液的自旋-晶格驰豫时间以及自旋-自旋驰豫时间进行了研究。更多的水合组织被发现拥有较长的水的T,和T2，并且它们会随着椎间盘的退化而减小，这可能是基于组织中水分的损失(14)之故。之前没有报道将1和T2的变化与的椎间盘退化产物以及汤普森等级联系在一起。本研究中，对椎间盘分解产物的T^和T2平均值的测量结果显示了很大的可变性。但是在Ti驰豫时间中仍可以观察到某种趋势。T^值的这种趋势是，最初至汤普森3级时显示出下降的趋势，然后至汤普森5级时又显示出上升的趋势。观察到的汤普森3级椎间盘分解产物Ti值的最初下降可能是因为椎间盘退化导致了水分的丧失；随后的至汤普森5级时Ti的增加例如可能是因为从蛋白聚糖和胶原基质中释放的分解产物移动性增强之故。在观察到的所有分解产物T2的变化中，都没有明显的趋势存在。对大量退化椎间盘的水和分解产物的l和丁2进行测量，可以得到对理解本研究中测量的驰豫时间更有用的信息。5.总之，通过质子高分辨魔角旋转从椎间盘髓核区和纤维环区样品得到的波谱非常相似。重要的是，随着椎间盘的汤普森等级的变化，在环区和核区样品的质子高分辨魔角旋转波谱中可以观察到明显的可视变化。从定量角度讲，图谱中两种代谢物峰的面积比率，即N-乙酰基共振区域与胆碱共振区域的比率、胆碱共振区域和碳水化合物共振区域的比率可用于区分不同汤普森等级的椎间盘，而且这些不同等级的单个比率之间的重叠也很小。椎间盘波谱中化学成分的Tt和T2驰豫时间变化并未像之前的报道那样反应出退化椎间盘的水驰豫时间的变化。随着退化的加重，椎间盘化学成分的驰豫时间的变化反映了随着汤普森等级的增加椎间盘的脱水情况变化、以及蛋白聚糖和胶原基质的分解程度的变化。核磁共振谱中反映的体内形态特征对探测与椎间盘退化的化学变化很有用处。另外，本研究还参考了了下列文献，将它们整体并入本文以引为参考1.HaroH,Crawford,H.J.Clin.Invest.2000;105:143-150.2.MowV,Hayes,W.BasicOrthopaedicBiomechanics.In.NewYork:RavenPress,1991;339-342.3.ThompsonJP,Pearce,R.H.,Schechter，M.T.,Adams,M.E.,Tsang,I.K.，Bishop,P.B.Preliminaryevalutationofaschemeforgradingthegrossmorphologyofthehumanintervertebraldisc.Spine1990;15:411-415.4.latridisJC,Setton,L.A.，Weidenbaum,M.，Mow,V.C.Alterationsinthemechanicalbehaviorofthehumanlumbarnucleuspulposuswithdegenerationandaging.In:Journaloforthopaedicresearch,1997;318-322..5.UrbanJP,McMullin,J.F.Swellingpressureoftheintervertebraldisc:influenceofproteoglycanandcollagencontents.Biorheology1985;1985.6.BeallPT,Amety，S,R.etal.StatesofWaterinBiology:NMRDataHandbookforBiomedicalApplications.NewYork:PergamonPress，1984.7.BoosN,Boesch，C.Quantitativemagneticresonanceimagingofthelumbarspine:potentialforinvestigationsofwatercontentandbiochemicalcomposition.Spine1995:2358-2366.8.BottomleyPA,Foster,T.H.etal.AreviewofnormaltissuehydrogenNMRrelaxationtimesandrelaxationmechanismsfrom1-100MHz:dependenceontissuetype,NMRfrequency，temperature,species,excision,andage.MedicalPhysics1984:425-448，9.LyonsG,Eisenstein，S.M.etal.Biochemicalchangesinintervertebraldiscdegeneration.BiochimBiophysActa1981:443-453.10.MajorsAW,McDevitt,CA.etal.AcorrelativeanalysisofT2，ADCandMTratioswithwater,hydroxyprolineandGAGcontentinexcisedhumanintervertebraldisk,ln:40thAnnualMeetingOrthopaedicResearchSociety.NewOrleans,Louisiana:OrthopaedicResearchSociety,1994.11.MaroudasA.TheBiologyoftheIntervertebralDisc.In:GhoshP,ed.TheBiologyoftheIntervertebralDisc.BocaRaton:CRCPress,1988;Ch.9.12.PearceRH，Grimmer，B丄etal.Degenerationandthechemicalcompositionofthehumanlumbarintervertebraldisc.Journaloforthopaedicresearch1987:198-205.13.TerttiM,Paajanen,H.etal.Discdegenerationinmagneticresonanceimaging:acomparativebiochemical,histologic,andradiologicstudyincadaverspines.Spine1991: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A和7B显示的详细波谱部分对这些区域进行了进一步的注解。3.Mi^图7A和7B分别显示了椎间盘源性疼痛患者的80ms^CPMG谱(a)和脊柱侧凸病人的80m^HCPMG谱(b)。其中，蛋白聚糖N-乙酰基共振(PG)、乳酸盐、和胶原分解区(col)被标示出来。对于畸形患者，这些背痛显示了明显较低的PG/乳酸盐比率和PG/co1比率(pO.05;参见图7)。另外，表2显示了与图7A和7B显示的实验波谱相关的信息列表。4.Mj^本实验结果表明，生化标志可以用于表征与椎间盘源性疼痛相关的过程。之前的研究曾报道了pH值对蛋白聚'糖合成和全身健康的影响。随着乳酸盐浓度的增加，由于溶液中游离H+的增加使椎间盘组成材料中的有效pH值降低，进而阻碍了蛋白聚糖的合成。就本实验结果而言，乳酸盐浓度与疼痛之间的直接因果关系之前并不被人所了解，也没有得到详细的生化解释。但是，根据此处描述的方法和小结，我们揭示了乳酸盐浓度在提供其与疼痛之间的统计学关系中的有益应用。不考虑这两个参数之间的生理联系机制的话，这代表了一个相当有用的诊断疼痛部位的工具。此处描述的这个非常有益的系统和方法在使非侵入性的工具与疼痛测量因素相联系方面具有明显益处，此处不考虑隐藏在这些结果下面特定的生物性"因果"化学或者生物学关系。然而，有人认为，乳酸盐的增加可以刺激与椎间盘康复相关的肉芽组织中的神经纤维。本领域技术人员在本公开综述和其他有用信息基础上，可以对大量与退化阶段相匹配的临床样本研究进行引导，并进一步其证实在这些领域和其他领域中的用途，即可以识别、利用光谱标志来评估生化退化以及与椎间盘源性疼痛的关系。以下是相关参考文献，将它们整体并入本文以引为参考KeshariKR,ZektzfcrAS,SwansonMG,MajumdarS,LotzJC,KurhanewiczJ.Characterizationofintervertebraldiscdegenerationbyhigh-resolutionmagicanglespinning(HR-MAS)spectroscopy.MagnResonMed2005;53(3):519-527.MaroudasA.TheBiologyoftheIntervertebralDisc.In:GhoshP,editor.TheBiologyoftheIntervertebralDisc.Volume2.BocaRaton:CRCPress;1988.pCh.9.UrbanJP,SmithS，FairbankJC.Nutritionoftheintervertebraldisc.Spine2004;29(23):2700-2709.应当注意到，在上述公开的基础上，NMR波谱可被用于识别和表征脊椎间盘材料，以确定相应的椎间盘的退化程度，特别是材料与椎间盘汤普森等级间直接的、预示性的、可再现的关系。因此，这代表了本发明显著有益、并且较宽范围的方面。在下面描述的一个特定的实施方式与高分辨魔角旋转波谱(HR-MAS)的应用有关，该实施方式在诊断环境中对观察到的移植的椎间盘材料显示出特别的优势。下面描述的另一个实施方式在区分体内活体组织的特征方面也显示出了特别的优势，代表了如下本公开的其他较宽方面。这可以通过如下实施例完成利用其他类型的特别适合于使用活体样本的魔角旋转系统；或者根据下面的讲授对要使用的工具和方法进行适当改造，从而使用其他可用于患者的核磁共振谱系统。通过分离与诊断疼痛相关的高信号峰，正如上面的实施例2小结中例举的那样，这些特定的目标从11.7特斯拉的MASMRI设备中移至临床实践中直接作用于人体的设备中时，被认为扩展得很好，后一设备例如是临床诊断中特别典型的3或1.5特斯拉的MRI设备。这特别适用于以下情况额外使用订制的局部线圈以沿着感兴趣的区域、例如腰椎的某一特定区域而生成更高的局部场。再进一步，应注意到，组织样本还可能通过诸如活检的方式从患者体内取得，然后进入比如高场MRI机器这样的实验室设备中，例如11.7特斯拉的MASNMR，根据这里举例描述的各种系统和方法对患者进行诊断。另外，各种典型的化合物和/或其中特定的组分因子被描述为对组织医学状态的非侵入性诊断的目标。要注意到，这些化合物"因子"可能包括被识别的化合物或者它们的分子结构、或者其一部分、或者一种代谢物、降解产物、或者与该被识别的化合物某种程度相关的副产物。另外，本公开还涉及了诊断工具和方法产生以表明组织特定的特征的信息。该特征可以分别包括例如疼痛和组织自身退化。或者，也可以包括与该第一特征相关或有因果关系的另一个第二特征。例如，痛觉神经、相关的生长因子、某一类型的炎症反应，等等，可以与疼痛和组织退化中的一个或两者有因果关系。这些特征可以是本发明实施方式产生的信息直接表明的特征，然而该被表明的特征可能会进一步导出与疼痛或退化相关的附加的有用诊断和结论。我们还预测，'疼痛和退化可以是此处描述的诊断工具和方法得出的不相互联系的结果和目标，也可以是与该结果和目标相互联系一起的。而且，在此处描述的新颖的系统和方法还可以识别这些特征的程度。这可以导出进一步的结果和结论，例如导出组织中这些特征的空间关系，例如，某个椎间盘水平的位置、或者椎间盘某部分(或者其他的组织结构)，其中该部分更疼痛或者退化更严重，与周围关节、水平或区域相关。这种定位可以是由这些有用信息自己产生的，也可以在此基础上通过进一步的分析和处理而识别。在足以得出这些实施方式特定系统和装置的程度上，本公开进一步预示了另外的相关方法，无论是否对这些方法预期用途以外的细节进行了详细描述。本领域的普通技术人员可以根据本发明的整体公开来理解这些关系。类似地，下述的方法进一步清楚地预示了各自的系统和设备，不管在方法说明之外是否对这些系统和设备进行了特别说明。前述的内容与下面讲述的说明相关，与下面的权利要求也相关。例如但不限于，应当注意的是，在此提供的系统或者设备权利要求中讲到的某些功能方面(或者各要素之间所述的组合)，进一步预示了附加体现该功能的方法；预示了如下预期的独立实施方面，尽管其不需要作为限制而应用于该特定的方面和有关的模式及实施方式，除非清楚地进行这样的描述。虽然上面的描述包括许多细节，但并不应解释为是对本发明范围进行限制，而只是提供了一些本发明优选实施方式的例子。因此，应当理解，本发明的范围完全包含了其它对本领域技术人员而言是显而易见的实施方式，并且因此本发明的保护范围不受附后的权利要求之外的任何方案所限定，其中单独提到某个要素时，除非明确指出，否则并非指"一个且只有一个"而是指"一种或多种"。上述普通技术人员所熟知的上述优选实施方式中各要素的所有结构性、化学性、功能等价物都可以进行特定的合并，并理应包含在本发明的权利要求中。另外，没有必要表述本发明的装置或方法要解决的每一个问题，因为其将包含在权利要求书中。另外，不管是否在权利要求中明确地提出，本发明公开的的任何要素、组成或者方法步骤都没有供对公众开放使用的意思表示。美国法典第35章第112条第六段并不解释本权利要求的任何要素，除非该荽素清楚地用措词"意为"表述。<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>权利要求1.一种医学诊断系统，其基于组织的第一区域的核磁共振(NMR)谱而提供指示该第一区域特征的有用信息，其中该特征与组织退化和疼痛中的至少一个相关。2.—种医学诊断系统，其基于组织的第一区域的核磁共振(NMR)谱而提供指示该第一区域特征的有用信息，其中该特征与组织退化相关。3.—种医学诊断系统，其基于组织的第一区域的核磁共振(NMR)谱而提供指示该第一区域特征的有用信息，其中该特征与疼痛相关。4.一种用于识别或表征骨骼关节相关组织的第一区域特征的系统，包括一种处理器，用于以提供指示该组织的第一区域特征的有用信息的方式来处理与该组织NMR谱相关的数据。5.—种用于识别或者表征骨骼关节相关组织的第一区域特征的系统，包括一个NMR谱系统，其可以提供组织的第一区域的NMR谱，并提供与图谱相关的数据，该数据格式适于被处理成可指示组织第一区域特征的有用信息。6.—种用于识别或者表征骨骼关节相关组织的第一区域特征的系统，包括一种基本为非侵入性的成像形式，其可以提供与组织第一区域有关的成像数据，该数据格式适于被处理成可指示组织第一区域特征的有用信息。7.—种用于识别椎间盘的至少第一区域的特征的系统，包括一种NMR谱系统，用于提供与组织的第一区域相关的NMR谱数据，该数据格式适于处理成可指示组织第一区域特征的有用信息。8.—种系统，可以为诊断与组织退化或疼痛有关的组织第一区域特征而提供有用信息，其包括一种以计算机可读媒体形式存在的计算机可读的软件程序，其可用于处理从组织第一区域的核磁共振(NMR)谱中获取的数据；其中该程序可进一步用于由处理过的数据提供有用信息。9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息可指示组织第一区域特征的程度。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统可进一步用于将第一区域特征的程度与所邻近的第二区域特征的程度进行比较。11.根据权利要求l-3和5-8中任一项所述的系统，其特征在于，包括一种处理器，可用于以提供有用信息的形式处理数据。12.根据权利要求l-4、6和8中任一项所述的系统，其特征在于，包括一种核磁共振(NMR)波谱系统，可用于产生组织第一区域的NMR谱并提供与波谱相关的数据，该数据适于处理成可指示组织第一区域特征的有用信息。13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于所述组织的第一区域至少包括椎间盘的一部分；并且所述系统用于基于特征的程度来表征至少所述椎间盘的所述部分。14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述部分包括椎间盘的纤维环部分和髓核部分中的至少一个。15.根据权利要求l-5和7-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统可用以显示与所述波谱相关的曲线，并且该曲线的一部分可以提供有用的信息。16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述信息适合于区分所述椎间盘退化的程度。17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述信息适合于根据汤普森等级区分所述退化程度。18.根据权利要求1和4-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述特征包括疼痛和与疼痛相关的疼痛因子中的至少一个。19.根据权利要求1-18中'任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息至少部分基于计算所述组织第一区域的下列化学成分比率中的至少一个N-乙酰基比胆碱、和胆碱比碳水化合物。20.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息是至少部分基于硫酸软骨素、或者其代谢物、或者其降解产物。21.根据权利要求l-5和7-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息至少部分基于由NMR波谱确定的至少一种化学成分的l和T2弛豫时间中的至少一个。22.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述特征至少包括下列之一所述椎间盘脱水程度、与所述椎间盘相关的蛋白聚糖基质的分解程度、与所述椎间盘相关的胶原基质的分解程度。23.根据权利要求5或7所述的系统，其特征在于，所述NMR谱系统包括质子高分辨魔角旋转(HR-MAS)波谱系统，该系统适于产生核磁共振波谱。24.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述NMR谱系统包括质子高分辨魔角旋转(HR-MAS)波谱系统，该系统适于产生核磁共振波谱。25.根据权利要求l-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息至少部分基于与第一区域中获得的下列因子中的至少一个相关的数据乳酸盐相关因子、蛋白聚糖相关因子、以及胶原相关因子。26.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息至少部分基于至少一个测量参数的数值比，其中该参数与第一区域中的两个化学因子中的每一个都相关。27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述两个化学因子中的至少一个选自由乳酸盐相关因子、蛋白聚糖相关因子以及胶原相关因子所组成的因子组。28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述两个化学因子中的一个包括胶原相关因子。29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述两个化学因子中的另一个包括乳酸盐相关因子。30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于所述蛋白聚糖相关因子包括N-乙酰基；并且所述比率包括根据第一区kNMR谱测得的N-乙酰基相关共振特征和乳酸盐相关共振特征之间的比率。31.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述比率包括根据第一区域的NMR谱测得的蛋白聚糖相关共振特征和胶原相关共振特征之间的比率。32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于与所述蛋白聚糖相关的因子包括N-乙酰基；并且根据第一区域NMR谱测得的N-乙酰基相关共振特征和胶原相关共振特征之间的比率。33.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述两个化学因子中的一个包括胶原相关因子。34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于，所述胶原相关因子包括指示胶原分解的化学实体。35.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述有用信息至少部分基于组织的第一区域中计算出的第一比率——蛋白聚糖相关因子测量特征与乳酸盐相关因子测量特征的比率，和第二个比率——蛋白聚糖相关因子测量特征与胶原相关因子测量特征的比率。36.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，还包括磁力线圈，适于在组织的第一区域产生一个足以引起至少一种共振的磁场，，该共振在第一区域的核磁共振谱中足以辨认、足够强，从而提供作为至少是部分所述有用信息的基础的数据。'37.—种医学诊断系统，用于提供指示椎间盘相关组织区域内的组织退化程度的有用信息，其包括NMR谱系统，可用于提供所述组织第一区域的NMR谱，并提供与波谱相关的可处理格式的数据；以计算机可读媒体形式存在的计算机可读软件，可以处理与NMR谱相关的数据，并基于经处理的数据提供所述有用信息；处理器，可以运行所述软件；以及其中所述有用信息至少部分基于一种与组织退化相关的至少一个化学因子的共振。38.一种医学诊断系统，可以提供指示组织的第一区域的疼痛程度的有用信息，其包括种NMR谱系统，用于提供所述组织第一区域的NMR谱，并提供与波谱相关的可处理格式的数据；'以计算机可读媒体形式存在的计算机可读软件，可以处理与NMR谱相关的数据，并基于经处理的数据提供有用信息；处理器，可以运行所述软件；以及其中所述有用信息至少部分基于一种与疼痛相关的至少一个化学因子的共振。39.—种识别并表征患者骨骼关节相关组织特征的方法，包括下列步骤中的至少一个处理与所述组织的NMR谱相关的信息，处理的方式使得特征的程度得以识别或表征；或者从NMR谱系统提供与组织相关的波谱信息，使得特征的程度可以被识别或表征；或者以基本为非组织侵入性的成像形式提供所述组织的相关信息，使得特征的程度可以被识别或表征；或者上述两种或多种步骤的结合。40.—种表征至少部分椎间盘的特征的程度的方法，包括使用NMR谱系统捕获所述部分的相关波谱；并且其中所述波谱提供至少部分指示所述特征的程度的信息。41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，进一步包括提供指示至少部分椎间盘特征的程度的信息。42.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述信息的基础上确定至少部分椎间盘特征的程度。43.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述椎间盘的纤维环区和髓核区中的一个或者两者的基础上产生信息。44.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，进一步包括显示与波谱相关的曲线，所述曲线的一部分可以提供信息。45.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述信息区分所述椎间盘退化的程度。46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述信息按照汤普森等级区分所述椎间盘的退化程度。47.根据权利要求39或f)所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述信息将所述椎间盘与疼痛的程度相关联，或与和疼痛有关的至少一个因子相关联。48.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，所述信息与下列共振比中的至少一个比率相关波谱中N-乙酰基区共振比胆碱区共振，胆碱区共振比碳水化合物区共振。49.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，所述信息与硫酸软骨素、或者其代谢物、或其降解产物相关。50.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，所述信息与椎间盘波谱中化学成分Tt、T2弛豫时间中的至少」个相关。51.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，所述特征至少与下列其中之一相关椎间盘脱水程度、椎间盘蛋白聚糖的分解程度、胶原基质的分解程度。52.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于，进一步包括至少部分利用质子高分辨魔角旋转波谱系统来产生所述信息。53.—种用于诊断患者身上与患者组织区域有关的疼痛的方法，包括分析从患者组织某区域获得的核磁共振波谱中的下列化合物共振中的至少一个乳酸盐共振、与蛋白聚糖相关的共振、以及与胶原相关的共振；产生一种与疼痛相关分析有关的参数的数值。54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，分析所述乳酸盐共振。55.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述参数包括两种化合物共振的测量特征的数值之间的比率。56.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述参数包括所述蛋白聚糖共振的测量特征与一种其它化合物参数的测量特征之间的比率。57.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述参数包括所述蛋白聚糖相关共振的测量特征与乳酸盐共振的测量特征之间的比率。58.根据权利要求53所述的方法，其特征在于所述蛋白聚糖相关的共振包括N-乙酰基共振；并且所述参数包括N-乙酰基共振的测量特征与乳酸盐共振的测量特征之间的比率。59.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述参数包括所述蛋白聚糖相关共振的测量特征与所述胶原相关共振涵量特征之间的比率。60.根据权利要求53所述的方法，其特征在于所述蛋白聚糖相关的共振包括N-乙酰基共振；并且所述参数包括N-乙酰基共振的测量特征与所述胶原相关共振的测量特征之间的比率。61.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述运算法则适于分析胶原相关共振。62.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述胶原相关共振包括指示胶原分解的化合物实体共振。63.根据权利要求53所述的方法，其特征在于所述运算法则可以分析所述蛋白聚糖相关的共振；并且所述蛋白聚糖相关的共振包括N-乙酰基共振。64.根据权利要求53所述的方法，其特征在于所述运算法则可以产生一个与第一参数有关的第一数值，该参数包括所述蛋白聚糖相关的共振测量特征与所述乳酸盐共振测量特征之间的第一比率；并且所述运算法则还可以产生一个与第二比率有关的第二数值，该第二比率是所述蛋白聚糖相关共振测量特征和与所述胶原相关共振的测量特征之间的比率。65.根据权利要求64所述的方法，其特征在于，所述蛋白聚糖相关共振包括N-乙酰基共振。66.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于患者脊骨放置一个磁力线圈，其适合于在组织中产生一个足够引起至少一种共振的磁场。67.—种诊断患者医学状况的方法，包括在椎间盘关节相关组织区域的核磁共振波谱基础上，确定该区域的退化程度。68.—种诊断患者医学状况的方法，包括在患者组织某区域的核磁共振波谱基础上，确定正在经受疼痛的部位。全文摘要本发明对椎间盘组织进行了核磁共振。在NMR谱的基础上确定了椎间盘的退化程度，建立了核磁共振谱区域与疼痛的关系。因此，NMR谱可用于确定椎间盘退化和脊椎疼痛中的至少一个的位置和程度。文档编号A61B5/05GK101150983SQ200680009431公开日2008年3月26日申请日期2006年1月30日优先权日2005年1月28日发明者凯万·克沙里,戴维·S·布拉德福德,杰弗里·C·洛茨,沙米拉·马宗达,约翰·库尔哈内维奇申请人:加州大学董事会