CN111448617A - 振荡暗场成像 - Google Patents

Abstract

公开了强迫振荡技术和暗场成像技术，其中，将呼吸力学数据与暗场图像数据协同地组合以获得具有提高的空间分辨率和增加的诊断信息的肺功能数据，特别是增加的定位和严重性数据。

Description

振荡暗场成像

技术领域

本发明总体上涉及用于确定对象的肺功能的设备、方法和计算机程序。

背景技术

诸如慢性阻塞性肺病(COPD)和哮喘等肺部疾病影响了很大一部分人口。COPD是一种以气流阻塞为特征的疾病。它影响了大约3.3亿人，即，全球人口的近5％。哮喘是一种肺部气道炎症疾病。它影响了全世界大约3亿人。早期诊断和处置可以防止这些疾病的进一步恶化并提高治愈或至少降低疾病影响的机会，从而提高患者的健康水平并降低医疗费用。

肺中的气体交换发生在肺泡膜中。肺泡是小的气球状组织结构，在呼吸期间会充气和放气。在吸气期间，肺泡充气，这需要内部相对于周围组织具有过大压力。在呼气期间，由于肺泡具有弹性特性和肺泡壁张力，或者由于因隔膜运动引起肺泡外部压力过大，肺泡会放气。在吸气期间，肺泡半径从大约0.05毫米增加到0.1毫米。在健康对象中，这需要大约1mmHg的压力差。

在诸如COPD和哮喘的肺部疾病中，肺泡不会最优地充气和/或放气，例如由于肺泡本身受损或肺部其他区受阻或受损的原因。

肺部疾病通常通过肺功能测试来评估，在肺功能测试中，激活或刺激肺(特别是肺泡)并对其效果进行测量。

针对肺部疾病最常见的肺功能测试是肺活量测定，它适合于测量在吸气和呼气期间的肺容量和气流。在肺活量测定期间，对象需要执行若干次呼吸动作，以便生成所测量的流量和体积变化。然后将结果用于医生的诊断。肺活量测定的一个缺点是：由于在测量期间强烈依赖于对象的能力、行为和配合，因此准确性和重现性受到限制，这使得结果相当不准确。而且，利用肺活量测定，只能在没有空间分辨率的情况下测量关于呼吸的综合信息(体积和流量)。

强迫振荡技术(FOT)是一种已确立的替代性肺活量测定方法，该方法用于评估不需要对象主动配合的呼吸力学并在自然呼吸的生理条件下测量通气参数。在FOT期间，自然呼吸会产生低幅度低频率的压力振荡，而无需进行困难的呼吸动作。通过使用这种外部激励，能够测量驱动振荡压力以及结果得到的振荡流量。

在典型的FOT设置10中(如图1所示)，对象通过咬嘴件12和终端电阻器13进行呼吸。使用与终端电阻器13并联连接并与咬嘴件12开放式连接的扬声器11引起振荡。从控制设备20发送振荡的频率和幅度。由于肺组织具有弹性特性，因此空气振动会引起肺泡的受到诱发和控制的充气和放气。通过气动速度描记来测量流量，气动速度描记是一种使用文丘里效应的技术，在文丘里效应中，气流被引导通过电阻器14中的气路变窄结构15(例如，膜、毛细管或薄片)。压差传感器16测量变窄结构15的两侧上的空气压力并将压差传输到计算设备20，在该示例中，计算机20既充当计算设备又充当控制设备。为了降低温度依赖性，气动速度描记器可以被配备有恒温器。优选地，已知口腔压力以获得更可靠的数据。这是利用在咬嘴件12中或附近的另外的压力传感器17来测量的，并且测得的口腔压力也被发送到计算设备20。计算设备20计算指示肺功能的数据并将其呈现给医生。代替气动速度描记器，还可以使用其他设备来确定空气流量，例如，涡轮机、超声仪、热线风速计或技术人员已知的任何其他合适的设备。也可以使用有创替代方法。

虽然FOT消除了对象依赖性，但是它的空间分辨率依然非常有限，只能区分上气道阻塞与周围气道阻塞。

WO 2013/155556A1公开了一种用于肺部动态研究的装置，该装置包括FOT设备、用于比较肺中的不同区域之间的肺功能参数并创建其视觉表示的处理单元。对于后者，公开了使用同步加速器X射线源的相衬成像来对肺的运动进行成像。

提高肺功能测试(例如，肺活量测定和FOT)的空间和时间分辨率并直接确定肺部健康而使得可以精确确定在肺中何处发生以及为什么发生(一个或多个)肺功能下降问题将是有利的。

发明内容

当前要求保护的发明的目的是实现对于技术人员显而易见的上述优点和其他优点。

根据本发明的实施例涉及一种用于确定对象的肺功能的设备。所述设备包括：强迫振荡技术设备，其被配置为利用振荡压力来激励对象的肺的肺泡，以生成所述对象的呼吸力学数据。所述设备还包括：暗场X射线成像设备，其被配置为响应于所述振荡压力而采集图像数据，所述图像数据包括所述对象的肺的至少子部分中的所述肺泡的暗场图像数据。

此外，所述设备还包括：计算设备，其用于基于所述呼吸力学数据和所述图像数据来生成肺功能数据。

该设备结合了FOT(与患者无关的综合定量呼吸力学数据)与DAX(提高的空间分辨率)的优点。最重要的是，能够更好地定位患者的肺内的特定问题区并使疾病的原因与其呼吸影响相匹配。

优选地，所述设备还包括：控制器，其被配置为调制所述强迫振荡技术设备的振荡频率；以及相同或不同的控制器，其被配置为基于所述振荡频率设备来调制所述暗场成像设备的图像采集频率，优选地，所述振荡频率与所述图像采集频率彼此同相。

由于振荡频率是已知的并且可以从中导出肺泡响应，因此现在能够采集处于已知肺泡状态的DAX图像。

优选地，处于最大充气状态的所述肺泡的所述至少子部分的暗场图像数据以及处于最大放气状态的所述肺泡的所述至少子部分的暗场图像数据。这样，可以分析最大充气与最大放气之间的差异，其中，差异越大指示肺泡越健康，而差异越小指示潜在患病的肺泡(或肺泡供应受阻)的可能性越大。这提供了可以与FOT图像互相关以获得可用于诊断的改善的和扩展的信息的呼吸力学的额外措施。

优选地，所述暗场成像设备还被配置为采集图像数据，所述图像数据包括定位数据，所述定位数据包括关于所述对象的肺中的所述肺泡的所述至少子部分的位置的信息，优选为与所述肺泡的充气状态或放气状态有关的信息相组合的定位信息。这允许获得具有呼吸力学信息的局部化图像数据，从而允许医生可以更精确地诊断肺部疾病并比较患者的肺的不同部分(例如，健康区和患病区)，以例如获得关于病况的严重程度的信息。

优选地，所述控制器被配置为利用多个不同的连续频率来调制所述振荡频率并且/或者以脉冲模式调制所述振荡频率。这允许不同类型的振荡以采集关于肺泡在不同条件下(例如在高振荡频率和低振荡频率下)如何响应的FOT和DAX信息。

优选地，所述暗场成像设备是被配置为生成2D暗场图像数据的诊断X射线设备或被配置为生成3D图像数据的诊断图像设备。这些设备可以例如是诊断2D X射线设备、C型臂X射线设备、断层合成X射线设备以及计算机断层摄影X射线设备。

在一种变型中，所述强迫振荡技术设备是被布置为直接接收对象的呼气的无创设备。这允许使用已知的FOT设备，包括基于气动速度描记的设备。

在另一种变型中，所述强迫振荡技术设备是被布置为被插入到对象的气道中的有创设备。这允许仅在肺的某些区中引起振荡并将DAX成像减少到该区，从而减少剂量并允许更好地关注特定的感兴趣区。

优选地，所述计算设备被配置为基于在若干振荡周期上对所述图像数据中的个体像素，优选为每一个像素，与参考波形之间执行的互相关分析来生成互相关图像。所述参考波形是在所述强迫振荡技术设备的咬嘴件中测得的或者是由所述计算设备生成的。这允许确定肺的不同部分中的肺泡振荡相位的时间延迟。

本发明的另一实施例涉及一种确定对象的肺功能的对应方法。

本发明的另外的实施例涉及一种被配置为基于在所述方法中确定的呼吸力学数据和图像数据来计算肺功能数据的计算机程序产品。

通过阅读和理解以下详细描述，本领域普通技术人员将理解本发明的其他方面和实施例。通过阅读以下对优选实施例的详细描述，许多额外优点和益处对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

通过附图来说明本发明，在附图中：

图1示出了强迫振荡技术(FOT)设备的示意图。

图2示出了暗场X射线(DAX)成像设备的示意图。

图3示出了描绘根据本发明的示例性实施例的使用FOT-DAX设备对肺的部分进行成像的示意图。

图4示出了根据本发明的方面的用于确定对象的肺功能的方法的示意性流程图。

图5示出了示例性的引起的振荡压力波(a)和肺泡对该振荡压力波的响应以及图像采集时刻(b)的图。

图6示出了可以如何呈现通过FOT-DAX获得的肺功能数据的示例性示意图。

本发明可以采取各种部件和各种部件的布置以及各个过程操作和各个过程操作的安排的形式。附图仅出于说明优选实施例的目的，并且不应被解释为限制本发明。为了更好地显示，可以省略某些特征或者尺寸可能并不符合比例。

具体实施方式

本发明基于以下见解：可以(例如通过FOT)将压力振荡叠加到呼吸系统中的空气上并对肺组织(特别是肺泡)的响应进行成像，协同使用上述两种操作以确定肺功能数据，这样不仅显著降低了对象依赖性，而且还提高了空间分辨率并提供了关于肺中的确切位置以及肺部疾病的影响的严重程度的确切信息。

在成像技术中有很好的选择，但是大多数成像技术并不合适，因为它们太不准确，太慢和/或对比度或空间分辨率不足。本发明的另外的见解是：暗场X射线成像克服了普通成像技术的上述缺点，同时它还提供了提高的空间分辨率和FOT所缺乏的定位。

暗场X射线(DAX)成像是直到最近才在医学成像中得到实际使用的一种成像技术。暗场成像在视觉光学领域早已为人所知，但是对于X射线成像，暗场成像因其尺寸大，能带宽度和角度发散非常有限而仅限于不适合用于医学成像的高度明亮的同步加速器X射线源。然而，最近开发了一种基于光栅的解决方案，以使用在医学成像中常用的X射线管来生成暗场X射线图像[Pfeiffer等人的“Hard-X-ray dark-field imaging using agratinginterferometer”(自然材料，第7卷，2008年2月，第134-137页)]。

DAX可以使用DAX设置40来执行，如图2所示。从X射线源41的X射线焦斑42发出X射线束43。通常被称为源光栅的第一光栅结构G0被放置在靠近焦斑42的位置。由于源光栅G0，辐射射束43实际上被分成线源阵列，该线光源阵列然后通过通常被称为相位光栅的第二光栅结构G1，第二光栅结构G1可以被放置在待成像对象50的前面或后面。X射线束43在被探测器44探测之前通过通常被称为分析器光栅的第三光栅结构G2，在探测器44中，生成成像信息并将其发送到处理器械(未示出)。相位光栅G1和分析器光栅G2均有助于图像对比度，其中，相位光栅G1在X射线束43中引起周期性的空间相位调制。通过传播部分相干的X射线，相位调制被变换成强度调制，该强度调制的典型周期在5-50μm的范围内(塔尔博特效应)。然后，分析器光栅G2将高频强度调制变换成低频强度调制。当相位光栅G1或分析器光栅G2相对于辐射射束43横向移动时，探测到的X射线强度在探测器44的每个像素中振荡，其中，振荡的幅值由对象50确定。然后可以将这些局部强度变化用于确定暗场图像数据。所获得的暗场图像数据表示穿过对象50的X射线束43的散射信息。该散射数据是与提供衰减测量数据(特别是高吸收区与低吸收区之间的差异的衰减测量数据)的X射线透射图像数据以及提供增强的软组织对比度的相衬图像数据同时获得的。

该DAX设置非常适合，但是本发明将以适合用于医学成像的任何DAX设置进行工作，例如，更多或更少的光栅的变化，更多或更少的晶体而不是更多或更少的光栅的变化以及技术人员已知的任何其他变化。

暗场信号对于强小角度散射的软组织区(例如，肺组织的微结构)特别有用。DAX成像与常规的X射线成像不同，常规的X射线成像仅测量对象中的X射线(因光电吸收和康普顿散射)的衰减，而DAX成像则测量例如发生在肺中的肺泡的任何空气-组织界面处的小角度散射。换句话说，DAX信号与这些界面的数量成比例，而这些界面的数量与肺泡的尺寸成比例(也参见WO 2017/055527A1)。

虽然DAX本身提供关于对象的肺中的肺泡的分布和尺寸的信息，但是不会生成功能信息，因此，DAX本身在与呼吸系统疾病(例如，COPD和哮喘)有关的肺部诊断中用途有限。

通过将FOT设备10添加到DAX设置40中，这两种诊断技术的优点得以保留，同时它们消除了彼此的弱点并协同提供了各自无法独立获得的新的类型的肺功能数据。处于放气状态和充气状态的肺泡的尺寸差异是肺泡健康的度量(即，与健康的肺泡相比，不健康的肺泡扩张程度较小或根本没有扩张)。因此，处于充气状态和放气状态的肺泡的DAX信号可以提供对肺泡的健康状况的直接度量。由于DAX图像覆盖了一部分肺或整个肺部，因此会清楚肺中的哪个肺泡表现欠佳以及肺部的一个或多个区域中的不健康的肺泡在多大程度上导致肺功能参数降低。

图3示出了示意性的DAX-FOT设置，其包括控制器20、DAX设置40和FOT设备10。还示出了对象的肺的(未按比例的)部分，其包括上气道51、支气管52、52'以及肺泡53、53'(出于清楚的原因，仅用附图标记示出了部分支气管52、52'和肺泡53、53')。如图3所示，在该示例中，对象患有因一些支气管52'的阻塞物54(例如，粘液、灰尘、污染物、肿瘤等)引起的呼吸疾病。由于所述阻塞物54，从上气道51到肺泡53'的气流被严重阻塞。在其他情况下，肺泡53'也可能因除阻塞物之外的其他原因(例如，炎症、感染、肺气肿、囊性纤维化或肺泡受损或孔隙)而产生不正常的作用。这些作用可能与其他症状相组合而效果相似，因为受影响的肺泡53'不会完全充气和放气或者根本不充气和不放气。相比之下，未阻塞的支气管52的肺泡53实际上会适当地充气和放气(如肺泡53内的箭头所示)。

仅使用FOT将会探测到肺功能降低，但无法探测出问题的确切原因和位置。仅使用DAX会得到成像的肺泡53、53'，但是无法知晓肺泡53、53'是处于充气状态还是处于放气状态，这使其无法正确地诊断肺部疾病。潜在地，对应的相衬图像可能会揭示出阻塞或损伤，但是这与任何功能性肺部数据并无关联。执行FOT并然后执行DAX或反之亦然，将不会产生协同效应，因为测量的呼吸状态并不匹配并且FOT数据与DAX数据无法正确关联。

在图3所示的实施例中，对象50通过FOT设备10的咬嘴件12进行呼吸或吹气来引起呼吸气流30。由于这取决于对象50的状况、动机和活动，因此该气流通常不是得到很好控制的，规律的或可重现的。计算机20用于通过发送在FOT设备的扬声器11中生成的强迫振荡的频率和幅度来控制FOT设备10，从而创建振荡气流31，振荡气流31行进通过FOT设备10和对象41的上气道51而朝向支气管52、52'和肺泡53、53'。当它们正常工作时，肺泡53在最大充气尺寸与最大放气尺寸之间充气和放气。FOT设备10提供如前所述的肺功能数据，然后将其发送到计算机20，在该实施例中，计算机20还被配置为充当计算设备20以处理和分析来自FOT设备20的数据。虽然FOT是一种优选技术，但是可以使肺泡53、53'以与规则呼吸移动相对应的受控方式充气和放气的其他技术也将是合适的。

在FOT流程期间，使用DAX成像器40对对象50进行成像，然后对对象50的肺的特定的至少部分进行成像。此处所示的DAX设置40是C型臂诊断X射线成像器，但是也可以是例如另一种类的平板诊断X射线成像器或计算机断层摄影成像器。为了避免图像混乱，未示出光栅结构。

可以对对象的整个肺区进行成像，但是也可以对肺的子部分进行成像以减少非问题区的辐射暴露并减少计算工作量。如果已经知道问题区在哪里，则这样是有意义的。从先前的检查或在DAX-FOT流程之前执行的低剂量侦察扫描可以知道这种信息。

在该流程期间，通过DAX流程获得原始暗场图像数据，在该实施例中，该原始暗场图像数据从DAX设备40被发送到计算机20，计算机20还被配置为分析暗场图像数据。在该流程期间肺泡尺寸的变化会改变DAX的对比度，从而导致针对肺泡的不同充气状态的不同图像，进而能够确定在流程期间肺泡的尺寸和充气状态。

在FOT-DAX流程期间，透射数据和相衬图像数据是与暗场图像数据同时获得的，也可以将该透射数据和相衬图像数据发送到计算机20并将该透射数据和相衬图像数据与暗场图像数据组合地或单独地分析和使用。

在该实施例中，计算机20还是控制设备，该控制设备被配置为向DAX设备提供图像采集数据，例如，确定何时采集新的暗场图像的图像采集频率。在本发明的背景中，术语图像采集频率意指在相继图像的采集之间以恒定或变化的时间间隔采集一系列图像的序列。

在该实施例中，计算机20控制图像采集频率和相位，使得其与在肺泡处于其最大充气状态的时刻和肺泡处于其最大放气状态的时刻的图像采集相对应。这可以通过以下操作来实现：在由FOT设备引起的振荡气流时段期间采集多幅图像，然后分析所获得的暗场图像数据以选择肺泡处于最大充气阶段的暗场图像数据和肺泡处于最大放气阶段的暗场图像数据。这要么是一项耗时的手动任务，要么在自动选择的情况下需要额外的计算能力。而且，采集频率可能并非使得肺泡处于其最大充气状态和/或最大放气状态。因此，必须拍摄许多图像以提高所述最大值被包括在DAX图像数据中的至少一些上的机会(由此增加了辐射剂量和/或延长了流程时间)。

这些问题可以通过以下操作来解决：将控制设备20配置用于FOT设备和DAX设备而使得控制设备20基于FOT设备10的振荡频率来调制DAX设备40的图像采集频率。图4提供了该过程的简单流程图。由控制设备20以已知的频率集合200引起100所引起的振荡气流，因此，知晓了肺泡的充气和放气的模式。从在FOT-DAX流程期间从FOT设备40获得的振荡和呼吸流量数据中采集101测得的呼吸力学数据。测得的呼吸力学数据被发送102到计算设备20。控制设备20利用振荡频率来设定201图像采集频率和相位(例如使得图像采集频率与振荡频率彼此同相)，使得至少在肺泡处于其最大充气状态的时刻和肺泡处于其最大放气状态的时刻采集103原始DAX图像数据。改变引起的FOT激励与成像系统采集之间的相位差会得到不同的对比度机制，并且可以看到肺组织的不同特性。

为了引起不同的对比度，可以改变振荡频率。这还允许估计支气管对信号传播到肺泡的影响并且可能用于区分例如COPD与哮喘。

在实施例中，FOT设备40被配置为以通常在5到100Hz的范围内的设定频率生成正弦压力振荡。假定肺对外部压力波产生线性响应，则期望采集相对于外部压力波的至少三个不同相位的DAX图像数据。这在图5中图示出。图5a示出了由FOT设备40引起的外部激励波的示例。图5b示出了响应于外部激励的肺泡尺寸。图5a和图5b在垂直轴上都具有任意单位，而在水平轴上都具有时间单位(两者标度相同)。肺泡尺寸的变化与引起的振荡频率具有相同的频率，但是肺泡的响应通常略有相移。

对以与外部振荡相同的相对相位拍摄的图像执行相位检索，即，从利用第一光栅位置采集的图像I₁₁至I₄₁检索第一DAX图像(45-1)，从利用第二光栅位置采集的图像I₁₂至I₄₂检索第二DAX图像(45-2)，以此类推(45-3、45-4…)。使用傅里叶分析，可以从这些个体图像中导出最大DAX信号水平和最小DAX信号水平。在图5b的示例图中，在激励时段的单个时段内采集四幅图像(采集的时刻由水平时间轴上的垂直线指示)。对于高频率，这些图像可能分布在不同的时段上。在图5b的示例图中，在随后的激励时段中没有采集针对后续光栅位置的图像，以便允许光栅运动。该运动可能还需要比单个激励时段更长的时间。

原始暗场图像数据被发送104到计算设备20。然后，计算设备20分析并组合测得的呼吸力学数据和原始暗场图像数据，以生成105肺功能数据，该肺功能数据可以被呈现106给用户(例如，医生)。

在肺中，取决于支气管中的路径的长度以及支气管和细支气管的弹性，驱动压力振荡波会在不同的时间到达不同的肺泡。为了测量该时间行为，可以调谐参考波形的相位。这允许确定肺泡振荡的相位。为了实现这一点，计算设备20可以被配置为基于在若干振荡周期上对暗场图像数据中的各个像素与参考波形之间的互相关分析来生成互相关图像。参考波形可以在FOT设备的咬嘴件12中测量，或者可以由控制设备20生成。在实施例中，针对每一个像素执行该互相关图像。

肺中具有阻塞物或具有不同弹性参数的区示出不同的图像对比度，因为振荡驱动信号在到达肺泡之前受到不同的阻尼。因此，该方法也可以用于估计阻塞物的位置和尺寸。

所生成的肺功能数据可以包括经处理的呼吸力学数据和经处理的暗场图像数据，并且可以单独地或以组合或整合的方式被呈现，或者用户可以选择如何呈现肺功能数据以及呈现肺功能数据中的哪些数据。

可以在显示器(例如，计算机20的显示器)上视觉呈现106肺功能数据，或者可以将肺功能数据发送到另一计算机或工作站或打印机。

计算设备20可以分析原始暗场图像数据以确定充气系数，该充气系数被定义为肺泡在最大充气状态与最大放气状态之间的尺寸(例如，半径、直径或体积)差值(或一组肺泡的平均差值)。然后，计算设备可以提供具有不同充气系数的不同区的定位信息。该定位信息可以被包括在肺功能数据中并在显示的2D或3D暗场图像上被呈现给用户，所显示的2D或3D暗场图像例如通过突出显示充气系数低于某个阈值的区(指示这些肺泡的功能降低)或者提供具有表示不同充气系数的不同颜色的颜色编码图(例如，针对较大值的绿色表示健康的肺泡，而针对较小值的红色表示潜在的不健康的肺泡)来指示这些不同区。

肺功能数据还可以额外包括相衬图像数据和/或透射图像数据。还可以从所有可用数据中确定另外的诊断支持数据(例如，自动肿瘤探测或跟踪)并将其呈现给用户。

图6示出了根据本发明的方面的从FOT-DAX流程获得的肺功能数据的示意性示例性FOT-DAX显示图像60。该显示图像60包括：基于FOT测量结果的经处理的呼吸力学数据图像61；基于原始DAX图像数据和关于测量条件的元数据63以及用于辅助诊断的其他相关数据的经处理的DAX图像62。

经处理的呼吸力学数据图像61与正常的FOT数据相对应，并且呈现对象的整个肺的肺功能的整合图。这里，经处理的呼吸力学数据图像61被示为阻力图，但是也可以以不同方式显示或者与其他常用数据(例如，电抗图、幅度压力图等)组合显示。经处理的呼吸力学数据图像61也可以由文本或数字数据组成或者包括文本或数字数据，例如，测量值。在其他实施例中，用户可以在不同类型的经处理的呼吸力学数据图像61之间进行选择和/或切换。

这里，经处理的DAX图像62被示为对象50的肺的暗场图像的示意图。左肺叶56和右肺叶55均示出如下区，其中白色区指示充气系数较大的区(健康的区)，而黑暗区59指示充气系数较低的区(非常不健康的区)。阴影图案不同的区57、58指示具有中等充气系数的区，其中，阴影线之间的间距越小指示充气系数越小(换句话说：阴影线彼此越接近，在那个区中的肺泡就越不健康)。DAX图像也可以是能缩放的。

元数据63可以包括：关于振荡频率、采集频率和与测量和成像条件有关的其他数据的信息，以及患者特定的数据，例如，身份数据、体重、年龄，(初步)诊断、责任医生等。

在一些实施例中，该数据还能够由用户通过用户界面来操纵，例如，为不同的充气系数水平设定阈值，在暗场图像、相衬图像与透射图像之间进行切换。

另一种选择可以是将肺功能数据与早期获得的肺功能数据进行比较，以查看对象的肺部健康状况是改善了还是恶化了。计算设备20可以自动比较当前的肺功能数据与早期的肺功能数据，并且仅呈现差异或彼此重叠地呈现两者。

也可以使用其他强迫振荡技术(如前所述)，只要它们引起肺泡的受控充气和扩张即可。在一个特定示例中，可以在有创支气管镜检查期间施加驱动压力振荡，其中，通常将器械(支气管镜)通过嘴或鼻子插入气道。例如可以通过扬声器或支气管镜末端的其他设备来引起强迫振荡。如有必要，能够利用气球将支气管树的感兴趣分支封闭起来。因此，能够测量单个肺叶、肺段或分支。有创FOT-DAX的缺点是FOT设备10也可能被成像，由于这种情况的存在，可能会遮挡肺的部分或引起伪影。

另一种变型可以是使用脉冲驱动信号而不是连续振荡的驱动信号。在每个脉冲之后，可以采集图像以测量组织的时间响应。然后重复该脉冲并汇总测量结果，从而提供关于肺组织(包括肺泡)的柔韧性和恢复能力的另外的信息。

虽然FOT与肺活量测定相比的主要优点在于它不需要屏气，但是FOT也可以在屏气模式下工作。由于DAX成像通常需要对同一目标进行若干次X射线投影，因此它对运动敏感，即，运动会导致图像数据中出现运动伪影。因此，屏气期间的成像可能用于降低这些运动敏感性。在屏气期间，患者不得用会厌闭合气管。这需要患者合作或在成像期间检测这种情况的方法。标准的FOT设置允许自动检测闭合的会厌，因为气道系统的阻力与开放的会厌完全不同。这也可以允许触发DAX成像。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

例如，对象可以是人类对象或动物对象。

另外，在所描述的实施例中，计算机20是FOT-DAX控制设备20与计算设备20的组合，并且执行所有的控制和计算任务。替代地，各个控制和/或计算任务也可以由单独的设备(被连接到FOT设备的计算机以及DAX设备40专用(或与之集成)的计算机)来执行。也可以分开获得其他或更多的专用计算设备和控制设备。这些设备不必位于同一位置并且包括远程设备，例如，提供云计算等的远程设备。在这样的实施例中，必须链接不同的计算和控制设备，使得可以在不同的计算和控制设备之间有足够的数据带可用于快速数据传输。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统来分布。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于确定对象(50)的肺功能的设备，包括：

强迫振荡技术设备(10)，其被配置为利用振荡压力来激励对象的肺的肺泡(53、53')，以生成所述对象的呼吸力学数据；

使用光栅干涉仪的暗场X射线成像设备(40)，所述暗场X射线成像设备被配置为响应于所述振荡压力而采集图像数据，所述图像数据包括所述对象的肺的至少子部分中的所述肺泡的暗场图像数据；

计算设备(20)，其用于基于所述呼吸力学数据和所述图像数据来生成肺功能数据。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：控制器(20)，其被配置为调制所述强迫振荡技术设备(10)的振荡频率；以及相同或不同的控制器(20)，其被配置为基于所述振荡频率设备来调制所述暗场成像设备(40)的图像采集频率，优选使得所述振荡频率与所述图像采集频率彼此同相。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述暗场成像设备(40)被配置为采集处于最大充气状态的所述肺泡的所述至少子部分的暗场图像数据以及处于最大放气状态的所述肺泡的所述至少子部分的暗场图像数据。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述暗场成像设备(40)还被配置为采集图像数据，所述图像数据包括定位数据，所述定位数据包括关于所述对象的肺中的所述肺泡(53、53')的所述至少子部分的位置的信息，优选为与所述肺泡的充气状态或放气状态有关的信息相组合的定位信息。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其中，所述控制器(20)被配置为利用多个不同的连续频率来调制所述振荡频率并且/或者以脉冲模式调制所述振荡频率。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述暗场成像设备(40)是被配置为生成2D暗场图像数据的诊断X射线设备或被配置为生成3D图像数据的诊断图像设备。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述强迫振荡技术设备(10)是被布置为直接接收对象的呼气的无创设备或被布置为被插入到对象的气道中的有创设备。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述计算设备(20)被配置为基于在若干振荡周期上对所述图像数据中的个体像素，优选为每一个像素，与参考波形之间的互相关分析来生成互相关图像，其中，所述参考波形是在所述强迫振荡技术设备(10)的咬嘴件12中测得的或者是由所述计算设备生成的。

9.一种用于确定对象50的肺功能的方法，包括以下步骤：

利用施加的处于振荡频率的振荡压力来激励(100)所述对象的肺的肺泡(53、53')；

生成(101)所述对象的呼吸力学数据；

响应于所述振荡压力而获得(103)所述对象的肺的所述肺泡的至少子部分的暗场X射线图像数据图像；

基于所述呼吸力学数据和所述图像数据来计算(105)肺功能数据；以及

向用户提供(106)所述肺功能数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述暗场图像数据是使用光栅干涉仪获得的。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，使用强迫振荡技术设备(10)来激励(100)所述肺泡并生成(101)所述呼吸力学数据。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，所述图像数据包括处于最大充气状态和处于最大放气状态的所述肺泡的所述至少子部分的图像数据和/或包括关于所述对象的肺中的所述肺泡(53、53')的所述至少子部分的位置的信息的定位数据。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法，其中，所述图像数据是在基于所述振荡压力的所述振荡频率的图像采集频率下获得的，优选地，所述振荡频率与所述图像采集频率彼此同相。

14.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其中，基于在若干振荡周期上对所述图像数据中的个体像素，优选为每一个像素，与参考波形之间的互相关分析来生成互相关图像，其中，所述参考波形是在所述强迫振荡技术设备(10)的咬嘴件12中测得的或者是由计算设备生成的。

15.一种被配置为基于根据权利要求9至14中的任一项所述的方法确定的呼吸力学数据和图像数据来计算肺功能数据的计算机程序产品。

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