CN1511498B - 使用电子束ct测量局部肺功能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

某些实施例包括一种用于局部肺功能测量和成像的方法(400)和系统(8，300)。方法(400)包括触发病人(20)至少一个肺横截面的图像扫描，在病人(20)吸气和呼气的至少一个期间扫描肺横截面以获得肺图像数据，以及在病人(20)吸气和呼气的至少一个期间测量肺功能以获得肺功能数据(420，430，440，445)。方法(400)也可包括对病人(20)执行预览扫描以确定要成像的肺横截面(415)。此外，肺图像数据和肺功能数据可结合用于病人(20)的诊断(450)。肺图像数据和肺功能数据也可输出(455)。方法(400)还可包括处理肺功能数据以产生肺衰减相对时间的图。

Description

使用电子束CT测量局部肺功能的系统和方法

技术领域

本申请主要涉及使用电子束断层摄影(EBT)扫描器进行成像。特别地，本发明涉及使用EBT扫描器测量局部肺功能。

背景技术

医学诊断成像系统包含多种成像形式，例如x射线系统、计算机断层摄影(CT)系统、超声系统、电子束断层摄影(EBT)系统、磁共振(MR)系统等等。医学诊断成像系统产生如病人的被测对象的图像，例如通过将被测对象暴露于一个能量源，如穿过病人的x射线。产生的图像可有许多用途。例如，可以探测被测对象的内部缺陷，另外，还能确定内部结构或排列的改变。还可以表现被测对象内液体的流动。而且，图像可以显示被测对象内组份的存在或缺失。从医学诊断成像获得的信息已应用于包括药品和制造的许多领域。

EBT扫描器一般在下列美国专利中均有描述：Boyd等人的专利US4352021(1982年9月28日)，Rand等人的专利US4521900(1985年6月4日)，US4521901(1985年6月4日)，US4625150(1986年11月25日)，US4644168(1987年2月17日)，US5193105(1993年3月9日)，US5289519(1994年2月22日)，US5719914(1998年2月17日)和US6208711，以及Harman的专利US5406479(1995年4月11日)。参考上面列出的专利并且通过参考其全部而在此引入。

正如在上述引用专利中所描述的，电子束由位于真空的、通常为圆锥形腔室的上游端的电子源产生。电子源阴极上一个大的负电压(如-130kV或-140kV)使电子束沿着腔室的轴向下游端加速运动。此外在下游，一个包括螺线管、四极和偏转线圈的束光学系统使电子束聚焦并偏转以沿着x射线产生靶进行扫描。EBT系统使用高能电子束去撞击靶，并产生照射要成像物体的X射线。电子在靶上撞击的点叫做“束点”。为了不降低扫描器所产生图像的清晰度(definition)，靶上最后的束点成形为椭圆，并且必须适当敏锐并能够自由偏转。

靶产生的x射线穿透病人或其它物体后由探测器阵列探测。与靶类似，探测器阵列与扫描器对称轴共轴并定义了与扫描器对称轴正交的平面。对探测器阵列的输出数字化、存储并进行计算机处理以产生物体的切片的重建的x射线图像，典型的是病人的如心或肺的解剖结构的图像。

EBT扫描器允许在短时间内进行多视角采集和多切片扫描。没有机械移动台架。通过用电子束技术取代传统的x射线管，消除了任何靶或探测器的移动的需要，可提供高分辨率和动态扫描模式。

通过沿着放置于被测对象下面的210度靶环磁力操纵聚焦电子束可以产生多视图。靶环对面是在被测对象上包围成216度弧形的钨酸镉晶体的静态探测器环。探测器环里的光电二极管用于记录发送的x射线强度。可处理X射线强度数据以产生图像。

医学诊断成像的一个重要功能是测量肺功能和肺容量。肺测量可用于诊断与病人肺或肺功能有关的疾病和其它问题。肺信息可用于诊断和治疗像肺气肿这样的情况。

典型地，使用肺活量计或测量空气流率的其它装置来实现肺功能测量。病人深吸一口气并快速排出气体或呼气。肺活量计测量肺里空气体积随时间的变化。遗憾的是，用这种方式使用肺活量计只能测量整个肺的功能。另外，采用肺活量计的测量只是粗测量，不能探测到肺功能细小的变化，如疾病的早期肇始。因此，非常需要一种能进行肺内疾病早期探测的系统。而且，也很需要一种能测量部分肺而不是整个肺的系统。

在病人吸气然后快速呼气这个通常1-2秒期间，肺活量计进行肺功能的测量。也就是说，肺活量计测量作为时间函数的病人吸入或呼出的空气体积。肺活量计还可测量体积作为时间的函数而变化的流量或流率。目前测量对整个肺获得。然而，目前没有好的成像方法同肺活量计一起扫描肺容量的这种快速变化。传统的CT成像系统不够快以便对局部肺功能成像。现有技术的系统试图每500毫秒中用100毫秒扫描时间获得EBT图像。既然肺吸入-呼出动作的持续时间仅约两秒，使用500毫秒会导致对病人肺的采样太粗糙(细节的低水平)，从而不能诊断肺内发展中的疾病或其它情况。另外，现有技术使用每116毫秒的扫描，导致病人接受过多的放射剂量，特别是儿童、青少年和年轻成年人。因此，非常需要一种可足够快速地扫描以获得局部肺功能图像的系统。

发明内容

本申请的某些实施例包括一种对局部肺功能进行测量和成像的方法和系统。方法包括触发病人至少一个肺横截面的图像扫描，在病人吸气和呼气的至少一个期间扫描肺横截面，从而获得肺图像数据，并从这些图像中提取病人吸气和呼气的至少一个期间的肺功能以获得肺功能数据。上述方法还包括对病人进行预览扫描以确定用于成像的肺横截面。此外，可结合肺图像数据和肺功能数据来用于诊断病人。肺图像数据和肺功能数据也可输出。该方法还进一步包括处理肺功能数据来产生肺衰减(lung attenuation)相对于时间变化的图。该方法可使用整个肺横截面和/或局部肺区域(例如，肺的各叶)。

在某一实施例中，触发步骤包括基于病人肺内空气流量触发图像扫描。当至少肺内空气流量和空气体积中一项在改变时，扫描步骤可以动态地获得肺图像数据。或者，至少肺内空气流量和空气体积中的一项保持不变时，扫描步骤可以获得肺图像数据。在某一实施例中，扫描步骤获得在至少33毫秒扫描期间的肺图像数据。在一替代实施例中，扫描步骤获得在至多50毫秒扫描期间的肺图像数据。

系统包括用于触发病人成像扫描的触发器，产生撞击靶的电子束的能量源和响应电子束以产生辐射的靶。辐射照射病人的至少一部分肺。系统还包括在成像扫描期间辐射照射病人肺部后用于接收辐射的探测器，从基于辐射的探测器获得肺图像数据的数据获取系统，用于从图像数据计算横截面图像的重建系统，以及用于接合肺功能数据和肺图像数据用于病人诊断的图像操作系统。另外，系统可以包括用于测量病人肺功能肺活量计。肺活量计基于所述肺内空气流量和空气体积中的至少一项产生肺功能数据。系统还可以包括用于实现显示、打印、存储肺功能数据和肺图像数据中至少一项的输出。系统还可以传送肺功能数据和肺图像数据至工作站进行进一步的处理。

在某一实施例中，图像扫描在至少33毫秒的成像扫描内执行。另一实施例中，成像扫描在至多50毫秒的成像扫描内执行。重建系统可以处理肺功能数据以产生肺衰减相对于时间的图。触发器可触发基于由肺活量计得到的肺功能数据的成像扫描。触发器也可以触发对病人的预览扫描以确定用于成像扫描的肺部分。在某一实施例中，当肺内空气流量和空气体积中至少一项变化时，数据获取系统动态获得肺图像数据。或者，数据获取系统可获得肺内空气流量和空气体积中至少一项保持不变时的肺图像数据。

在某些实施例中包括一种探测病人肺异常的方法。方法包括基于肺内空气流量和空气体积中至少一项获得肺功能数据，基于肺功能数据触发肺部扫描，扫描肺横截面以获得单个扫描期间的肺图像，并结合肺横截面图像检查肺功能数据以探测肺内异常。

附图说明

图1举例说明按照本发明实施例所采用的EBT成像系统。

图2是按照本发明实施例的EBT成像系统的侧视图，包括电子束和x射线发射路径。

图3是按照本发明实施例的EBT成像系统的逻辑方框图。

图4是按照本发明实施例的用于肺功能测量和局部肺成像的方法的流程图。

前面的发明内容以及下面对于本发明实施例的详细描述，当参照附图阅读时将更好理解。为了阐明本发明，在附图中显示了某些实施例。然而应当理解，本发明并不限于附图中所示的安排和手段。

具体实施方式

仅仅为了举例，下面的详细描述中引用了电子束断层摄影(EBT)成像系统的某些实施例。应当理解，本发明可使用除EBT成像系统外的成像系统。

在描述本发明某些实施例前，理解EBT成像系统的操作是有帮助的。图1和图2举例说明了按照本发明实施例形成的成像系统8。如图2所示，系统8包括真空腔室10，在腔室10内，在位于上游区域34的电子源32的阴极处产生电子束12，响应电压(如-140kV)。然后电子束12受光学系统38控制，扫描位于腔室10的前方较低部分16内的至少一个半环靶14，光学系统38包括磁透镜39和偏转线圈42。

当受到聚焦的电子束12扫描时，靶14发射运动的、扇形x射线束18，然后x射线18穿过被测对象20(例如，病人或其它物体)的区域，并记录在位置与靶14正好相对的探测器阵列22上。探测器数据输出到处理和记录数据的处理器或计算机子系统24，在视频监视器26上产生被测对象的切片的图像。计算机子系统24也控制系统8和其中的电子束产生。

束光学系统38安装在腔室10内，并包括磁透镜39、偏转线圈和四极线圈(集合为线圈42)和电极组件44。透镜39和线圈42作用于产生聚焦效应，从而当电子束扫描靶14之一时，有助于使最后的束点形成为椭圆形。

电极组件44安装在腔室10内，位于电子源32和束光学组件38之间，以使电子束12沿着z轴28轴向穿过组件44。z轴28与来自腔室10内束光学组件38的电子束12上游段共轴。按照本发明的实施例，z轴28也可以表示腔室10的纵轴以及电极组件44和束光学组件38的对称轴。在另一实施例中，束光学组件38的轴关于腔室的纵轴成一角度。典型地，z轴28也是穿过要扫描对象20的扫描轴。然而，在一个实施例中，被测对象20所在的表面可以是倾斜和旋转的，使z轴28与被测对象20的轴不一致。

为扫描被测对象20，x射线扇形束18在x-y平面内旋转遍及各种位置或扇形视角。扇形束18的中心旋转遍及210度角，并被探测器阵列22内的如钨酸镉晶体探测器元件或其它探测器材料的探测器元件弧探测。例如，在一个实施例中，探测器阵列22中的每一个探测器环可以包括1728个钨酸镉晶体探测器元件。在一实施例中，探测器阵列22可包括多个具有不同数量探测器元件和不同探测器材料的共轴环。扇形束18在重建圆内穿过被测对象20，并到达探测器阵列22。由探测器阵列22内的探测器元件经过对被测对象20的单个扫描获得的数据采样组成一个探测器扇。例如，对于50毫秒的扫描，探测器扇可包括864个数据点或采样。每一个采样表示从靶14到探测器元件的被被测对象20衰减的x射线路径。从所有探测器元件(所有的探测器扇形)经过扫描采集的全部数据采样(全部x射线路径)组成扇形视区窦腔x线照像(sinogram)。

图3举例说明按照本发明实施例的EBT成像系统300的逻辑方框图。系统300包括操作者控制台310、束控制系统320、ECG数字转换器322、高压发生器324、x射线准直系统326、靶环330、探测器环340、病人定位器350、定位器控制系统355、数据获取系统(DAS)360、图像重建模块362、图像显示和操作系统364和肺活量计370(图中未示出)。系统300还可以包括用于图像数据的操作和处理的外部工作站(图中未示出)。工作站可由图像数据得出功能曲线。

操作者控制台310、ECG数字转换器322、高压发生器324和定位器控制系统355与束控制系统320通信以产生和控制电子束。束控制系统320与定位器控制系统355之间通信以控制病人定位器350。束控制系统320使电子束扫描靶环330。扫描可以是对靶环330的单次遍历。探测器环340接收辐射，例如来自靶环330的x射线辐射。DAS360从探测器环340接收数据。DAS360传输数据至图像重建模块362。图像重建模块362传送图像至图像显示和操作系统364。系统300的组件可以是分立单元，也可以以各种形式集成，并且可用硬件和/或软件实现。

操作者控制台310选择系统300的操作模式。操作者控制台310也可以例如为系统300输入参数或配置信息。操作者控制台310可以设置如触发、扫描类型、电子束扫描速度和病人定位器350位置(例如，水平、垂直、倾斜和/或旋转)等参数。操作者可以使用操作者控制台对系统300输入信息。或者，在操作者控制台310可使用程序或其它自动步骤启动操作。在一个步骤过程，操作者控制台310也可以控制系统300的操作和特性。

基于操作者的输入，操作者控制台310传送如扫描模式、扫描配置信息和系统参数等操作信息至束控制系统320。在一实施例中，ECG数字转换器322传输心电图触发信号至束控制系统320以帮助电子束扫描和病人定位器350运动的定时。心电图(ECG)是由心肌刺激引起心脏电位变化的轨迹。ECG包括由于前房和心室(atrial and ventricular)活动随不同时间的电荷和电压而变化引起的偏转波。P波是由于前房刺激导致的偏转。QRS复合波包括Q、R、S偏转波，它们的偏转是由于心室的刺激和去极化引起的。QRS复合波中，R波是初始向上的偏转。T波是由于心室的去极化导致的偏转。ECG数字转换器322传输基于一种或多种波(例如R波)的ECG触发至束控制系统320来辅助控制电子束和成像扫描。

系统300可被配置为基于ECG触发来开始和结束成像扫描。来自ECG数据的触发点可在束控制系统320中预编程和/或由操作者控制台310设置。此外，扫描可以通过操作者控制台310手动触发(例如通过按一个按钮)。

来自肺活量计370或其它测量装置的数据可触发扫描。肺活量计370用于测量如空气的媒介的流率。肺活量计370包括测量流量的电子学器件。流量数据可转换(例如通过软件)为触发以启动扫描。也就是说，触发可由例如设置空气流量或空气体积的阈值来产生。相对系统300的外部处理器或内部处理器可处理来自肺活量计370的信息来产生触发。

或者，任何探测病人胸部运动或变化的系统或方法都可用于触发扫描。例如，从胸部上的镜子反射的光、胸部阻抗变化的测量和/或围绕胸部的呼吸带(pneumatic belt)均可作为触发器。在指示病人开始呼吸动作(breathingmaneuver)的同时，使用者的命令也可以触发一个扫描序列。

典型的肺检查包括由病人进行强制呼气动作(forced expiratory maneuver)(快速呼出肺里的空气)。病人深吸一口气，同时肺活量计370测量流量。当病人快速释放他或她的呼吸时，肺活量计370测量到的流量变化启动扫描。肺活量计370触发可以和ECG触发或其它触发方式(例如操作者控制台310上的按钮触发)并行使用。扫描在例如触发后几毫秒开始，并随后进行有规律的采样。例如，扫描时间为50毫秒，可在第一秒内每100毫秒扫描一次，第二秒内每200毫秒扫描一次，第3-6秒内每500毫秒扫描一次。如果整个体积-时间曲线形状显示为缓慢增长，那么例如100毫秒的采样可被设置为延长些。

例如，可在肺活量计370和EBT束控制系统320和/或操作者控制台310之间连接压-敏开关。病人呼出空气产生的压力变化触发EBT300扫描以及肺活量计370测量肺或部分肺。然后肺图像和肺功能数据可由图像重建模块362和/或图像显示和操作系统364结合。

仅通过实例所示的方式，高时间分辨率的50毫秒或30毫秒扫描可用于获得关于肺物质(lung material)和肺功能更精细水平的细节。因此，例如肺气肿等疾病的发生可在施加于病人的放射没有显著增加的情况下被更早地探测到。高时间分辨率也减少了图像中出现的运动伪像(artifact)。某些实施例提供扫描间的任意定时以在放射剂量考虑与肺功能和肺组成测量的特性之间优化采样频率。

束控制系统320可采用高压发生器324产生电子束。例如，高压发生器324可以是通用Voltronics或Spellman供电，电源开启时间为80或130毫秒。

聚焦电子束并与靶环330成角度。电子束扫描遍及靶环330。当电子束击中靶环330时，靶环330发射扇形放射线(如X线)束。例如，靶环330可由如钨或其它金属制成。靶环330可以是弧形，如210度弧。电子束对靶环330每210度的扫描从靶环330产生电子扇形束，例如30度的扇形束。

从靶环330发射出的x射线穿过例如位于病人定位器350上的被测对象，例如病人。然后X射线撞击到探测器环340。探测器环340可包括一个、两个或更多响应撞击x射线而产生信号的探测器行。信号从探测器环340传送至获取和处理信号的DAS360。

然后将来自探测器环340信号的数据从DAS360发送至图像重建模块362。图像重建模块362处理数据以建立一幅或更多幅图像。图像可以是静态图像、运动图像或静态和运动(电影)图像的结合。图像重建模块362可使用多种重建处理，例如反向投影、正向投影、傅立叶分析和其它重建方法。然后图像传送至图像显示和操作系统364进行调整、存储和/或显示。

例如，图像显示和操作系统364可从图像中消除伪像，和/或基于从操作者控制台310的输入或其它图像要求修改或改变图像。例如，图像显示和操作系统364可在内部和外部存储器中存储图像，也可在电视、监视器、平板显示器、LCD屏幕或其它显示器上显示图像。图像显示和操作系统364也可打印图像。在一实施例中，操作系统364可与操作者控制台310合并。在另一实施例中，操作系统364可是分离的工作站，并与操作者控制台310共享存储和/或联网至操作者控制台310。

例如，病人定位器350允许被测对象(例如病人)定位于靶环330和探测器环340之间。病人定位器350可以是例如病床，床架(bucky)，垂直架，支撑物，或其它定位装置。病人定位器350定位物体于靶环330和探测器环340之间，使在电子束扫描后从靶环330发射的x射线在射向探测器环340的途中穿过物体。因此，探测器环340接收已穿过物体的x射线。病人定位器350可步进或以离散距离移动。也就是说，病人定位器350移动一定距离，然后停止。然后病人定位器350再次移动并停止。例如，病人定位器停止和移动的运动可重复希望的次数、希望的时间和/或希望的距离。或者，例如病人定位器350可连续移动希望的时间、对靶环330的希望的电子束扫描次数和/或希望的距离，或者病人定位器350可以不移动。在一实施例中，病人定位器350在每次扫描动作期间保持静止，并可移至其它位置进行下次操作。在另一实施例中，在病人进行肺功能动作(lung function maneuver)时，病人定位器350可以移动以允许系统300跟随病人肺的运动。

在一些实施例中，可获得静态和/或动态肺测量。例如，通过测量肺的局部或选择区域内肺物质(lung material)的衰减或密度减少，可测量到动态局部肺功能。患有如肺气肿之类疾病的病人，在肺里保持空气的时间要比健康人时间长。在肺里保持空气的时间长于正常称为空气贮留(air trapping)。作为空气贮留的结果，当病人呼气时，肺物质的衰减不像通常观察到的那么快。也就是说，肺里的空气越多，衰减越少。使用肺测量，可对局部肺区域进行各种形式的直方图特性描述。此外，部分肺的数据可使用轮廓查找(contourfinding)的形式提取。肺内肺面积的变化或肺容量的变化也可用于测量局部肺功能。

局部肺功能的静态测量包括使用肺活量计370在全吸气、全呼气或者位于两者之间、空气体积保持不变的某一固定容量状态下肺的测量。例如，可通过检查肺物质的衰减、气管的形状和/或直方图分布获得局部肺功能的静态测量。

本发明的一些实施例允许通过提高扫描速度和增强可编程性(programmability)进行局部横截面成像和局部肺功能测量。系统300的速度和灵活性允许一定范围内的触发能力和剂量选择。也就是说，图像扫描可在各种基于从肺中呼出的空气或病人心搏率(ECG触发)的触发点获得。系统300扫描得足够快，从而可在吸气和呼气之间获得肺切片的局部图像且不引起病人不适当的不适。

在操作中，例如如在传统的CT或EBT系统中，可获得横截面图像。可以在对病人低剂量预览或搜索扫描的基础上选择病人肺的区域。快速、低剂量x射线预览扫描可用于获得肺的低分辨率“地图”。操作者可以基于预览信息选择扫描和测量的肺区域。也就是说，预览扫描提供了关于在哪儿定位病人、在哪儿停止和开始扫描以获得想要区域图像的信息。

在某一实施例中，病人仰卧在病人定位器350上。可使用来自预览扫描的信息在病人定位器350上定位病人。在某一实施例中，在从预览扫描选择的多个位置采样病人的肺。

例如，在EBT系统300中，电子束在90cm半径处围绕病人的210度弧内沿靶330进行扫描。在病人定位器350上定位病人时，X射线由靶环330产生，并由x射线准直系统326准直为照射病人肺的一部分的细束。然后X射线撞击探测器环340。

DAS360基于X射线撞击探测器环340的特性产生数据。穿过肺部分的多束x射线允许由图像重建系统362和/或图像显示和操作系统364生成肺横截面的图像。现有的EBT系统在100毫秒的扫描内产生图像数据。某些实施例在扫描持续50毫秒、33毫秒或更短的时间内产生图像数据。得出的图像描述了肺物质和肺特性，并可以显示像肺气肿这样的肺内状况的出现。

在一些实施例中，束控制系统320或其它处理器同肺活量计370一起使用来测量流量和肺容量，以及产生用于成像扫描的触发。肺容量是容量-时间曲线在时间上的积分，流量是容量-时间曲线的导数。从肺活量计370产生的触发传送到束控制系统320。束控制系统320根据肺活量计370的触发控制电子束的扫描。DAS360从被x射线撞击的探测器环340接收图像数据信号。图像重建模块362由图像数据信号重建横截面图像(标准CT行为)。图像重建系统362和/或DAS360可测量肺衰减，并提取肺轮廓。图像显示和操作系统364可生成衰减相对于时间变化的图，并显示肺横截面图像。

肺内的空气贮留在横截面图像中表现为黑色(低密度)区域。局部肺功能测量被描述为肺物质衰减相对于时间的曲线。由肺活量计370得到的肺功能测量和由DAS360、图像重建系统362和/或图像显示和操作系统364得到的肺横截面图像和数据可以结合起来以改进病人诊断和治疗。

目前的CT扫描器和其它横截面成像装置不能在100毫秒内获取部分肺的横截面图像。在全吸气、全呼气或两者之间确定点时保持肺容量稳定，典型地获得采用CT进行的肺扫描。这样的扫描可能不精确，并且如果病人保持较长的时间会使他感到不舒适。尽管使用现代CT扫描器或EBT扫描器可在不到10秒钟的时间内完成全肺的扫描，这样的扫描产生的是静态图像，而不是详细的动态图像。肺功能典型地是通过由测量呼出的空气有多少和多快的肺活量计370测量的。然而，当疾病已经在肺里有进展时，这些静态方法是有用的，但这些静态方法对于探测早期疾病则不够敏感，而早期疾病时干预(例如用药)是最有益的。本发明的一些实施例提供了局部肺横截面成像以及肺特性和功能测量的系统和方法。

图4示出了按照本发明实施例的用于肺功能测量和局部肺成像的方法400的流程图。首先，在步骤405，肺活量计370由病人定位器350上的病人进行校准。在一实施例中，按照制造厂商的推荐，肺活量计370的校准使用“冷”肺活量计370。例如，肺活量计370用室温读数校准。

接下来，在步骤410，选择扫描协议。例如，使用者可选择在CT或EBT扫描器上实行的扫描类型。在一实施例中，协议是定时协议，由外部触发开始，跟随着以指定间隔进行的一次或多次扫描。协议也可以包括病人定位器350的运动规范从而以设定间隔重复协议。

然后，在步骤415，执行病人预览扫描以获得病人肺尺寸和位置等的概览。在某一实施例中，预览扫描是低剂量的搜索扫描，以确定病人关于系统300的肺部基本布局。例如，预览扫描可以是提供病人在前面、后面和侧面方向传送视图的定位(localization)或搜索扫描。预览扫描可用于决定在哪一点启动和停止局部肺部扫描。预览扫描可用于确定肺的哪一部分或横截面用于成像。

在步骤420，病人被定位并基于预览信息配置图像扫描。预览扫描有助于系统300中的病人和病人定位器350的定位。使用预览和搜索扫描信息，可选择病人上的一个或多个位置用于研究部分肺。在实施例中，病人定位器350在执行选定扫描协议的开始、但请求触发前移动到指定位置。

接下来，在步骤425，指示病人进行肺呼吸动作(例如全吸气和呼气，吸气和呼吸保持等)以获得肺扫描。肺活量计370与病人的连接可以是插入到病人嘴里的管，或者其它设计为捕获来自病人的空气的装置。肺活量计370可以包括面罩或其它帮助确保空气从病人传递到肺活量计370而不是到周围环境中的外罩。然后指示病人怎样适当地呼吸以方便进行肺部研究。例如，指示病人进行深呼吸和释放气体，当得到指示时深深呼出。结果可以是容量-时间曲线形式。基于获得的容量-时间曲线，可设定阈值，修改扫描协议。

然后，在步骤430，扫描病人肺部的局部区域。例如，扫描可由肺活量计370从病人读取的肺容量数据、操作者或处理器触发。也就是说，来自肺活量计370的触发可以开始扫描序列，从而在扫描序列内的指定时间获得像CT数据这样的图像数据。

在步骤435，从局部肺扫描重建图像。在单个吸气/呼气肺动作期间可获得多幅横截面图像。在某一实施例中，经过多次的病人呼吸保持可得到一系列横截面图像。例如，如上所述，通过电子束在50毫秒、33毫秒或更少的时间跨度内对靶环330进行扫描而获得图像。在一实施例中，可使用多个探测器环在肺呼吸动作期间获得肺局部区域的图像。从束扫描获得的图像数据可包括多个方向的x射线视图。例如，可使用传统的CT重建技术对显示肺区域的一幅横截面视图的图像进行重建。

接下来，在步骤440，扫描另一个肺位置。在实施例中，可利用相同的病人呼吸动作在几个位置对肺采样。可按规则间隔(例如每10cm)对局部肺位置进行扫描。例如局部肺位置也可在操作者选择的位置被扫描，这些位置是操作者根据例如肺气管分支点位置这样的信息选择的。然后正如上面在步骤435中所描述的，由得到的数据重建图像。

在步骤445中，提取局部肺功能数据。在某一实施例中，由肺活量计370测量肺功能。肺功能可以在图像扫描之前、期间或之后测量。例如，肺活量计370测量通过肺的空气流量，并且可记录流率和容量的变化。在一实施例中，肺测量可是动态的、并可在图像扫描过程中记录空气流量变化，或测量可是静态的、并在全吸气和全呼气时测量肺容量和空气流量。

在一实施例中，可从获得的图像中提取想要的部分肺的面积。然后局部肺面积绘制为时间的函数。该函数图提供了局部肺区域的容量-时间曲线。面积可以是来自特定序列的肺的总面积。例如，肺叶边界也可用于获得更多的局部数据。在另一实施例中，检查作为时间的函数的部分肺的密度。例如，在呼气结束时，肺密度应增加(因为存在较少的空气)。如果肺功能不好，空气贮留在某些区域(例如，未正常排出)，将导致密度低于正常。在一实施例中，肺功能数据的提取可在工作站进行。图像可从扫描器传送到工作站进行处理和数据提取。

然后，在步骤450，肺功能测量可与横截面图像数据相结合。在某一实施例中，显示肺衰减相对于时间变化的图形与肺截面图像配对来显示肺内空气贮留和异常。此外，可以形成描绘局部肺区域特性的直方图，并与局部肺图像关联。例如，肺容量和肺衰减也可结合气管形状和肺轮廓分析。作为例子，可提取图像特定部分的最大流率(肺的面积-时间曲线中的最大面积/时间改变)并在例如静止图像上以一种颜色绘出。

最后，在步骤455，肺数据和图像可输出(例如，打印、存储或显示)以用于病人诊断和/或治疗。在一实施例中，提取出的数据和图像存储在存档媒介、图片存档及通信系统(PACS)或其它存储器以用于以后检索。

例如，在检查病人肺时，肺活量计370根据设备规格进行校准。室温信息用于为肺活量计370提供基准读数。然后为EBT扫描器300选择流量-时间协议。成像的病人在为提供病人肺的概览而执行的预览搜索扫描期间保持深呼吸。然后，使用预览数据定位病人，使病人的肺适于对感兴趣部分进行一次或多次肺扫描。接下来，将来自肺活量计370的管放置在病人嘴里。病人深深吸气，然后深深呼入肺活量计管。当肺活量计370测量到预定的空气流量阈值，如0.5升每秒，肺部分的扫描就被触发。

在几秒钟之内进行多个50毫秒肺扫描以获得肺图像。在第一秒内，每100毫秒得到一次50毫秒扫描。在第二秒内，每200毫秒进行一次50毫秒扫描。然后，在第3-6秒内，每500毫秒进行一次扫描。病人被移动或重新定位以扫描不同肺位置。或者，例如扫描可持续100毫秒。

从多次扫描来重建局部肺图像以提供各种肺横截面图像。横截面图像可作为二维图像使用和/或存储。横截面图像也可结合成三维图像。从图像中确定每一幅横截面图像中扫描的部分肺的面积。因此，不同时间点处肺部分的面积可由多幅图像确定。局部肺面积可作为时间的函数进行显示和分析。也可确定空气流量或肺密度。肺或肺部分的梗阻、缺损或其它问题可由图象和肺功能数据的分析确定。

因此，本发明的某些实施例提供了一种用于获得肺功能测量和肺区域横截面图像的快速、灵活的系统和方法。某些实施例使用各种触发方式以提供成像扫描之间的任意定时，以便在使病人接收的x射线照射量最小时获得数据。某些实施例允许在病人吸气和呼气期间进行快速局部肺成像，而不是进行整个肺的扫描。某些实施例提供局部肺成像以最小化病人的不适。某些实施例允许局部肺成像与肺功能测量一起使用以改进肺疾病的早期诊断和治疗，并改进了使用肺活量计对肺空气流量的简单测量。

虽然本发明参照某些实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员将懂得，在不偏离本发明范围的情况下，可以进行各种改变和等同替代。另外，在不偏离本发明范围的情况下，根据本发明的精神，可进行很多修改以适应特定情况或材料。因此，将本发明视为不限于公开的特定实施例，而本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种医疗成像系统，所述系统包括：

触发器，基于肺内的空气流量、所述肺的容量、所述肺的运动和所述肺的密度中至少一项，触发病人的成像扫描；

能量源，产生电子束以撞击靶；

靶，响应所述电子束而产生辐射，所述辐射照射所述病人的所述肺的至少一部分；

探测器，在所述成像扫描期间所述辐射照射所述病人的所述肺后、接收所述辐射；

数据获取系统，用于从基于所述辐射的所述探测器获得局部肺图像数据；以及

重建系统，用于结合局部肺功能数据和所述肺图像数据，

其中所述系统扫描在第一位置处的所述肺的第一部分，并且所述重建系统重建在所述第一位置处在单个吸气/呼气肺动作期间获得的多幅横截面图像，

其中所述系统扫描在第二位置处的所述肺的第二部分，并且所述重建系统重建在所述第二位置处在单个吸气/呼气肺动作期间获得的多幅横截面图像，使得提取的局部肺功能数据与所述肺的第一部分和第二部分的图像结合，以提供关于肺内异常的信息。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括输出，用于对所述肺功能数据和所述肺图像数据进行显示、打印和存储中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像扫描包含33毫秒或更短的成像扫描。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像扫描包含至多50毫秒的成像扫描。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述重建系统处理所述肺功能数据以生成肺衰减对比时间的曲线。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据获取系统在所述肺内的空气流量和空气体积中至少一项改变时动态地获得所述肺图像数据。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据获取系统在所述肺内空气流量和空气体积中至少一项保持不变时获得所述肺图像数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述触发器还触发所述病人的预览扫描以识别用于成像扫描的所述肺的所述部分。

9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于测量病人肺功能的肺活量计，所述肺活量计基于所述肺内的空气流量和体积中至少一项产生局部肺功能数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其中基于来自所述肺活量计的所述局部肺功能数据，所述触发器触发所述成像扫描。

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