CN112996431A - 用于影响呼吸参数的呼吸适配系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是改进针对特定应用(例如，诊断成像、入睡改进(缩短入睡开始)、递送、耳鸣控制治疗、CORD、血压控制)的用户的呼吸。该目的通过呼吸适配系统实现，所述呼吸适配系统被配置用于影响用户的呼吸模式的呼吸参数以便满足以用户特异性方式将所影响的呼吸参数减小或增加到特定程度的目标。所述呼吸适配系统包括：传感器，其被配置用于监测所述用户的所影响的呼吸参数的当前值。所述呼吸适配系统还包括：反馈单元，其被配置用于向所述用户提供关于所影响的呼吸参数的优选值的反馈，其中，所述优选值与所影响的呼吸参数(310)的当前值不同。所述呼吸适配系统还包括：控制单元，其包括用于借助于智能代理以用户特异性方式确定所影响的呼吸参数的优选值的程序代码模块，其中，所述控制单元被实施为使得所述智能代理在执行对所影响的呼吸参数的优选值(320)的确定之后借助于奖励函数奖励(330)，其中，所述奖励函数使得其平衡用于获得所述目标的奖励与所述用户根据具有针对所影响的呼吸参数的优选值的呼吸模式进行呼吸的能力。

Description

用于影响呼吸参数的呼吸适配系统和方法

技术领域

本发明涉及影响用户的呼吸参数，并且更特别地涉及出于诊断成像和治疗处置的目的影响用户的呼吸参数。

背景技术

用户(例如，患者)呼吸模式可能对采集的医学图像的质量或递送给用户或患者的治疗处置具有很大的效应。该效应归因于器官的运动并且医学图像配准可能受益于稳定或可预测的运动。一些成像或治疗协议可能依赖于屏住呼吸或者呼吸门控。较长的屏住呼吸时段可以是有益的，因为这允许较长的数据采集。另外，成像和/或治疗递送可以当呼吸频率和/或幅度稳定和/或可预测时改进。这样的治疗的范例是辐射或者质子处置。

为了改进图像质量，US2013/0211236A1描述了一种用于使用生理监测的MRI数据采集的系统。所描述的系统可以被用于向患者提供指令。这些指令可以例如是“停止呼吸”或“请屏住”和/或过度通气命令。

呼吸可能是我们可以在我们对应力的响应中积极影响的自主神经系统的仅有部分-不同于心率或皮肤电传导。因此，除诊断图像质量之外，特定呼吸模式还能够影响其他情况，例如，入睡所需时间(缩短入睡开始)、耳鸣控制治疗、由在递送、血压控制和/或[COPD]期间由孕妇体验的疼痛。

发明内容

本发明的目的是改进用于特定应用(例如，诊断成像、入睡改进(缩短入睡开始)、递送、耳鸣控制治疗、COPD、血压控制)的用户的呼吸。

目前，呼吸可以以若干不同的方式在诊断成像和/或治疗递送期间处理。

首先，人们可以给所有患者提供关于呼吸模式和/或屏住呼吸的相同指令。该方法的缺点在于，存在不同患者之间的大的变化，其意指对于一些患者而言，跟随导致次优图像质量或治疗递送的指令可能是非常困难的。其他患者可能更好地能够维持屏住呼吸，但是通过提供基于平均或者不佳执行患者的指令，未使用患者的这些能力，这导致与什么可以已经可能相比较针对该特定患者的降低的图像质量或者导致比需要的更长的扫描时间。

备选地，可以使用自由呼吸协议。自由呼吸协议要求所述呼吸模式的某种水平的可预测性。诊断设置可能针对所述患者是有压力的。作为结果，所述呼吸模式可能变得(非常)无规律，其使预测困难。因此，自由呼吸协议可能不针对所有患者工作最佳。

当使用所述自由呼吸协议时，成像可以适于所述患者的(当前)呼吸模式，如在US2013/0211236A1中所描述的。该选项具有以下优点：其可以改进针对特定患者的图像质量并且其可以另外改进图像舒适。

发明人的洞察力在于，图像质量可以通过根据权利要求1所述的呼吸适配系统、根据权利要求14所述的方法或根据权利要求19所述的计算机程序产品进一步改进。本文关于权利要求1所描述的所有实施例还针对根据权利要求14所述的方法和根据权利要求19所述的计算机程序产品是相关的。根据权利要求14所述的方法和根据权利要求19所述的计算机程序产品可以适于包含本文所描述的实施例。

本发明可以提供一种呼吸适配系统，被配置用于影响用户的呼吸模式的呼吸参数以便满足以用户特定方式将所影响的呼吸参数减小或增加到特定程度的目标，其中，所述呼吸适配系统包括：

-传感器，其被配置用于监测所述用户的所影响的呼吸参数的当前值；以及

-反馈单元，其被配置用于向所述用户提供关于所影响的呼吸参数的优选值的反馈，其中，所述优选值与所影响的呼吸参数的当前值不同；以及-控制单元，其包括用于借助于智能代理以用户特异性方式确定所影响的呼吸参数的优选值的程序代码模块，其中，所述控制单元被实施为使得所述智能代理在执行所影响的呼吸参数的优选值的确定之后借助于奖励函数来奖励，其中，所述奖励函数使得其平衡用于获得所述目标的奖励与所述用户根据具有针对所影响的呼吸参数的优选值的呼吸模式呼吸的能力。

所述系统例如基于将感觉反馈或引导提供给所述用户影响所述用户的呼吸模式。所述呼吸参数被影响用于满足包括减小或增加所述呼吸参数的目标。例如，所述目标可以包括将所述呼吸参数增加或减小到定义范围或程度，例如预定义范围或程度。

提供给所述用户的反馈可以是感觉反馈。用于实现所述目标的呼吸参数的优选值(即，所述患者旨在朝向以便满足所述目标的优选目标值)由智能代理确定并且经由所述反馈单元传递到所述用户。

所述智能代理指代人工智能智能代理。术语“智能代理”是本领域的术语，并且本领域技术人员将理解该术语的意义。

所述控制单元可以实施所述奖励函数。所述奖励函数可以被配置用于基于所述呼吸参数的监测值来奖励所述智能代理。例如，所述奖励函数可以被配置用于奖励所述呼吸参数的测量或监测值朝向所述优选值的移动。例如，奖励可以响应于所述呼吸参数移动更接近于所述目标而是更高的，并且响应于所述参数移动更远离所述目标而是更低的。

所述奖励函数还考虑所述用户符合具有所述呼吸参数的优选值的呼吸模式的检测或感测或确定的能力，换句话说，所述用户将其呼吸适于所述呼吸参数的优选值的能力。所述奖励函数例如可以平衡奖励所述目标的获得(或移动更接近于所述目标)与保持到或保持在或匹配所述用户跟随具有针对所述呼吸模式的优选值的呼吸模式的检测能力或能力之间的提供的奖励。提供平衡简单地意指在确定每个所提供的奖励时考虑两者。两者可以相等加权，或者两者之间的不同平衡可以提供在所述奖励中。

根据权利要求1所述的呼吸适配系统还可以被配置为被用于将用户引导到针对特定应用改进或最佳的用户特异性呼吸模式，如例如睡眠改进、递送、耳鸣治疗、血压控制和COPD。发明人的洞察在于，呼吸模式可以通过使用智能代理针对个体用户或患者优化。所述智能代理可以被用于优化一个或多个呼吸参数。这些参数还将在本文中被称为所影响的呼吸参数。未由所述代理优化的呼吸参数可以在本文中被称为非影响呼吸参数。呼吸参数的范例是频率、相位、幅度、屏住呼吸持续时间、吸气相位持续时间、呼气相位持续时间、呼吸模式的重复性等。例如，所述呼吸幅度可以增加或者减小。由于其导致降低的运动和/或治疗递送，因此减小的幅度对于诊断成像可以是有益的。较小移动可能对到确切位置的移动的可预测性具有积极影响。而且，减小的幅度可以针对例如耳鸣和血压是有益的。另外，所述呼吸频率可以增加或者减小。减小的呼吸频率可以在呼吸门控期间帮助或者可以使用户更放松，其可以有助于入睡或体验较少疼痛，和/或降低血压。另外，所述代理可以特别地刺激吸气或呼气相位的增加或减小。增加的呼气相位可以针对医学图像采集是有益的。而且，上文所提到的参数的重复性可以增加，其可以针对诊断成像和/或治疗递送是有益的。另外，所述呼吸参数还可以是屏住呼吸的持续时间。屏住呼吸的增加的持续时间可以针对成像和治疗是有利的。然而，如下文所解释的，其还可以与知道什么是患者的屏住呼吸的最大(舒适)持续时间是相关的。针对个体用户将任何上文所提到的参数减小或增加到特定程度可以是所述呼吸适配系统的目标。到特定程度可以例如是特定绝对值或相对于所影响的呼吸参数的初始值的特定值，而且其可以基本上接近于可由个体用户或患者实现的最大或最小参数值。所述智能代理将试图通过关于他的呼吸模式的优选适配向所述患者提供引导来获得所述目标。在所述智能代理的动作之后，将测量感兴趣呼吸参数。基于这些测量参数，所述智能代理将肯定或否定地奖励。所述奖励将借助于奖励函数计算。如果所述呼吸模式已经改变使得所述呼吸模式现在更接近于所述目标，则所述奖励将是更高的。当所影响的呼吸参数已经在错误方向上改变时，所述奖励将是更低或甚至负的。

发明人的另外的洞察力在于，当选择平衡用于获得所述目标的奖励与所述用户根据具有针对所影响的呼吸参数的优选值的呼吸模式呼吸的能力的奖励函数时，实现好的结果。所述用户根据具有针对所影响的呼吸参数的优选值的呼吸模式呼吸的能力由所述用户跟随具有由所述智能代理确定的所述呼吸参数的呼吸模式的能力反映。通过考虑跟随的能力，用户舒适增加。当应用这一点时，表现为一些用户可以非常迅速地转到受控的呼吸节律，然而其他用户应当温和地引导到其中。当他具有他可以跟随节律的感觉时，其针对所述用户是更激励的。这可以继而导致经改进的结果，例如在图像质量、入睡开始、体验疼痛等方面。

所述智能代理可以循环地确定针对所述呼吸模式的优选值。所述控制单元可以实现用于确定用于所述呼吸参数的优选值的循环程序或迭代程序。所述智能代理可以实施用于确定针对所述呼吸参数的优选值的迭代或循环流程。

所述呼吸适配系统可以关于如何使其呼吸适应于获得所述目标向所述用户提供引导。其通过向所述用户传递针对所述呼吸参数的优选值或目标值这样做，响应于其所述用户可以试图使其呼吸模式适应于满足所述呼吸参数的优选值。

所述智能代理在通过所述奖励函数使提供给其的奖励最大化的尝试中“起作用”。所述奖励函数被配置为平衡奖励所述目标的获得(移动为更接近于所述目标)以及还奖励保持在用户适应于针对所述呼吸参数的设置优选值的能力或才能内之间的奖励。该能力可以基于监测呼吸参数的值来确定，例如，所述呼吸参数的实际改变(即，所述用户适应于针对所述呼吸参数的目标/优选值的量)与针对所述呼吸参数自己的优选值之间的差异。大的差异可以指示所述用户在其能力外部，并且所述奖励函数可以被调节以平衡朝向所述用户的能力更多和朝向满足所述目标更少。这导致所确定的优选值的优化。

在其经由所述反馈单元被传递给所述用户作为使所述用户旨在用于其呼吸模式中的目标值的意义上，所确定的优选值可以被理解为针对所述呼吸参数的目标值。在本公开中，术语“目标值”和“优选值”可以可交换地使用。

所述用户根据具有所述优选值的呼吸模式呼吸的能力例如指代所述用户适应于具有所述优选值的呼吸模式的能力。所述优选值被传递到所述用户，并且所述用户试图通过故意地适配其呼吸模式到达该值。所述用户根据所述参数的优选值呼吸的该能力可以在向所述用户提供所述反馈之后基于所述呼吸参数的监测改变来确定。例如，如果所述参数朝向目标值迅速地改变，则这可以指示根据所述呼吸参数的目标值进行呼吸的高能力，反之亦然。

为免生疑问，本公开中提到的反馈单元指代用于向用户提供反馈(例如，感觉反馈)的单元。其可以例如是用户接口设备。其可以例如是用户输出设备。其用于经由例如感觉输出将所述优选值传递到所述用户。

优选地，所述反馈以多感觉方式提供给用户，例如视听或听觉触觉的。这是有利的，因为发明人已经意识到重要的是，根据本发明的生物反馈系统中的“反馈”信息完全由所述用户参加。生物反馈方法将遭受所述用户的分散注意/焦点，例如在诊断成像期间从MRI扫描器。为了增加将所述患者聚焦到反馈呼吸信息，反馈信息优选地是同时至少2个感知模态的节律同步组合。

针对这一点的原因在于，异态一致是所述大脑识别感觉信号的轰击中的信号相关性的高效方法。存在特别地致力于组合跨感觉模态的感知功能的神经元的机器。这些神经元在影响意识体验的感知控制中发挥重要作用。然后，信号一致可以促进自愿感知控制的多态机制，因为当存在来自与其一致的另一感觉模态的信息时，存在针对特定感知的更多支持。实验揭示，当存在这样的一致时，自愿选择两个竞争感知之一的能力大大增强(在一些观察者中，感知上的控制的超过400％增加)。该后者发现指示基于多态一致的反馈系统可能能够自愿控制远离其他分心的感知聚焦，诸如疼痛、焦虑、扫描器噪声等。

视觉反馈可以例如通过显示具有一个或多个优选参数的呼吸曲线提供。而且，光强度和/或颜色可以以其反映所述一个或多个呼吸参数的这样的方式改变。根据另外的实施例，形状可以改变使得其反映所述一个或多个呼吸参数。例如，改变量和改变频率可以取决于所述一个或多个呼吸参数。根据本发明的实施例，所使用的形状是被感知为具有放松效果的形状，例如，形状可以与性质有关，例如如海浪。

所述听觉反馈可以例如采取口头指令的形式(例如，吸入/呼出)，但是也可以仅是标记呼吸周期中的特定位置的声音(鸣叫)。还例如，其可以是具有与当前或优选频率有关的特定频率的旋律。而且，所述节距可以改变以便反映所述一个或多个呼吸参数。根据实施例，所述声音被选择为使得其与视觉反馈有关，例如波的声音(例如借助于粉红噪声创建的)可以与波的显示组合被提供给所述用户。出于该目的，另一范例是随机生成噪声的使用。这是有利的，因为如上文所解释的，所述用户能够更可能当其彼此一致时跟随多感觉反馈。

触觉反馈可以例如通过将一个或多个致动器放置在模拟呼吸的运动的床垫、枕头或其他设备中提供。

优选地，所述不同感觉反馈将具有相同幅度和/或频率。优选地，所述反馈信号将总是具有在～1Hz处或之下的频率。这样的低频(多感觉)刺激不能在“在某人的身体内”产生，因此，其对于患者保持注意这样的刺激是有利的。

根据本发明的实施例，所述反馈单元被配置用于针对在开始提供所影响的呼吸参数的优选值之前的一段时间将所影响的呼吸参数的当前值提供给所述用户。通过在开始影响其之前给所述用户提供他的当前呼吸模式，可以给定所述用户改进的控制感觉，其继而可能最终导致所述呼吸参数的较大影响。

根据本发明的另外的实施例，所述呼吸适配系统被配置用于重复所影响的呼吸参数的优选值的确定并且将此提供给所述用户直到预定义准则被满足。这样的准则可以例如是呼吸参数的10％增加或减小，如例如呼吸周期。所述准则还可以是：特定屏住呼吸持续时间、或患者仍然舒适的最长屏住呼吸。

特别地用于诊断成像和/或处置递送的呼吸适配系统的优点可能不仅在用户或患者的呼吸的可预测性中，所述呼吸适配系统可以另外具有以下优点：所述患者或用户变得更放松，因为他可以聚焦于呼吸刺激而不是应激。在诊断成像或治疗递送中，这可以增加患者能够完成扫描或处置的可能性和/或可以降低影响图像质量的突然移动的风险。而且，特别地在更年轻患者中，其可以降低针对镇静的需要。现今，如在若干报告中所描述的，八分之一或十分之一患者在经历MRI检查之前镇静。

当所述患者更好地准备到他将要例如在图像采集和/或处置递送期间暴露的情况时，更放松的患者的上文所提到的优点可能甚至增加。这可以通过向所述患者提供根据权利要求1所述的呼吸适配系统实现。而且，所述患者可以被提供有根据权利要求15所述的计算机程序产品，其可以例如在计算机、平板电脑或智能电话上运行。分离或者内置相机可以用作用于监测所影响的呼吸参数所需的传感器。通过所述患者的这样的更好的准备，所述患者能够变得更放松并且可以因此实现实际临床设置中的更好的结果(例如，递送、诊断成像、治疗递送)。这可以继而降低总体扫描时间和麻醉或镇静的需要，其针对孩子是特别相关的。另外或者备选地，所述呼吸适配系统可以提供在候诊室中用于诊断成像或治疗递送，潜在地还导致更放松并且良好准备的患者。

根据另外的实施例，所述呼吸适配系统被配置用于与诊断成像中心共享所影响的呼吸参数的第一优选值。例如，所述呼吸适配系统可以包括用于与诊断成像或处置中心的远程计算机通信的模块并且在使用中被配置用于向所述诊断成像或处置中心的计算机传达所影响的呼吸参数的最终优选值。

该实施例是有利的，因为其可以帮助诊断成像中心(例如，医院)排程用于图像采集和/或治疗递送的时间段。例如，针对不能够以规律方式呼吸和/或不能维持长屏住呼吸的患者可能需要更多时间。而且，该信息可以被用于将所述成像协议优化到个体患者的呼吸模式或屏住呼吸。这可以例如实现，如在US2013/0211236A1中所提出的。例如，在预期所述患者可以仅屏住其呼吸7秒的情况下，其中，实际选定的成像协议将要求至少15秒的屏住呼吸，该实际选定的成像协议可以通过要求7秒的数据采集时间的新成像协议交换。新成像协议可以利用在所述患者可以屏住其呼吸更久的情况下延长采集时间的可能性采集前7秒中的基本信息，这连续地改进图像质量。所述图像协议也可以以其他方式适于所述患者，例如，信噪比、对比度、SENSE因子、k空间轨迹、epi因子等可以适于使得其被优化到患者特异性呼吸参数。

而且，基于共享最终优选值，可以决定屏住呼吸方案是否是针对患者的最好选项、或是否门控、自由和/或控制的呼吸成像和/或治疗递送是针对该特定患者的更好选项。基于针对不同方案的共享最终优选值，可以关于针对不同方案的可实现的图像质量和扫描时间做出估计。

根据本发明的实施例，所述呼吸适配系统还包括：患者排程模块，其被配置用于排程用于诊断成像的时间段，其中，所述时间段的长度取决于所影响的呼吸参数的最终优选值。

根据本发明的另外的实施例，所述呼吸适配系统还包括图像协议优化器，其中，所述图像协议优化器被配置为至少部分地基于所影响的呼吸参数的最终优选值来优化一个成像参数。所述成像参数可以是例如诊断成像系统的成像参数，并且其中，所述呼吸适配系统被配置为提供经优化的参数作为诊断成像系统的输入。

本发明的这些和其他方面将根据在下文中所描述的实施例而显而易见并且参考在下文中所描述的实施例而得到阐述。

附图说明

图1图解地示出了放置在特定环境中的智能代理；并且

图2图解地示出了根据本发明的实施例的呼吸适配系统；并且

图3显示了随时间的一个人的呼吸频率，以及由控制单元确定的呼吸频率的优选值和对应的奖励图；并且

图4图解地示出了根据本发明的实施例的用于诊断成像的呼吸适配系统；并且

图5图解地示出了根据本发明的用于影响呼吸参数的方法。

具体实施方式

强化学习是由行为主义心理学启示的机器学习中的领域，并且涉及智能代理可以如何在环境中采取动作以便使其累积奖励最大化。

图1图解地示出了放置在特定环境105中的智能代理111。其可以通过传感器110感知环境以观察环境的当前状态。代理还可以使用其致动器112对环境起作用，并且观察通过先前动作和环境的当前状态多么好或坏确定的特定奖励120。好的状态产生积极奖励，然而坏的状态将产生不太积极或者甚至消极奖励。奖励被用于描述隐含目标。使用奖励，智能代理111可以确定什么动作对于实现目标是优选的。强化学习可以看作智能代理的推理：其确定在特定状态中采取什么动作。智能代理通过在该状态中估计动作的值并且通过针对一些迭代探索状态和动作来这样做。该估计变得更准确并且最佳策略可以被定义：将挑选使下一状态的值最大化的动作。

为了实现最佳策略，智能代理将常常首先穿过被称为探索的阶段，其中，其将探索不同动作而不管针对每个动作的值的估计。然而，一旦该估计已经到达可接受的准确度，则代理应当切换到被称为采用的阶段。在该阶段中，其将仅选择具有最高值的动作。实际上，在探索阶段与采用阶段之间不存在这样的清楚边界。更可能的是，代理将以完全探索策略开始并且朝向更采用性策略缓慢移动。然而，优选地，代理应当总是保持一些探索性动作在其策略中。

通常，代理随机地发起对值的估计。为了对那进行改进，关于环境的领域知识可以添加到推理以形成初始策略。这确保代理将花费较少时间来收敛于最佳策略。

存在现有技术中可用的若干推理算法，其中一个是Q学习，其利用贝尔曼方程来估计在特定状态中执行特定动作的值(状态-动作对)。该算法通过考虑在状态中获得的奖励、加上下一状态中的最好动作的预期Q值、乘以衰减因子将Q值分配给每个状态-动作对。该衰减因子是0与1之间的数值。由于代理必须以特定成本采取一个多个动作以到达该Q值，因此下一状态的预期Q值乘以衰减因子。

特定状态中的最好动作通过计算针对所有可能动作的Q值并且选择具有最高Q值的动作来计算。最佳策略对应于其中在从当前状态开始的所有连续步骤上返回的总体奖励的预期值是可达到的最大值的策略。

Q学习的备选方法是直接地在策略空间中搜索，而不是估计针对每个可能动作的值。策略梯度是基于通过梯度下降优化参数化策略的这样的已知方法。

为了估计特定状态的近似正确值，可以使用近似器。这些可以例如是决策树或者随机森林，两者在本领域中是已知的。

当使用用于影响呼吸参数的智能代理时，优选的是，以这样的方式使由传感器感测的数据平滑：捕获相关模式，同时白噪声被滤除。在本领域中已知平滑方法，其中有矩形和三角形平滑。归一化由传感器感测的数据是更优选的。

优选地，由传感器感测的数据被建模以便提取重要呼吸参数。然而，取决于传感器的类型和目标，也可以直接测量一个或多个呼吸参数。呼吸模式可以例如通过具有描述由传感器感测的呼吸模式的幅度、周期和/或相移的参数的正弦或余弦函数来建模。

(一个或多个)呼吸参数的当前状态可以由规则间隔监测。这些间隔不应当是太短的，使得用户或患者具有足够的时间对所影响的呼吸参数的所确定的优选值起作用。然而，优选地该间隔都不太长，因为这将使方法花费太久时间。

智能代理可以采取的动作优选地由与定义的状态相同的参数定义，其是例如幅度、周期和/或相位。优选地，允许智能代理执行的动作依赖于当前状态。为了防止太强的过度通气或太慢的呼吸，可以约束针对呼吸频率或间隔的值。

使用的奖励函数使得奖励平衡用于获得目标的奖励与用户根据具有针对所影响的呼吸参数的优选值的呼吸模式进行呼吸的能力。例如，目标可以是减小呼吸参数呼吸频率。在该范例中，奖励函数应当被设计为使得其奖励更低呼吸频率比更高呼吸频率更多。而且，备选地或者额外地，在该范例中奖励函数可以被设计为使得其奖励与先前状态相比较的呼吸频率的减小。

用户根据具有针对所影响的呼吸参数的优选值的呼吸模式进行呼吸的能力也必须考虑在奖励函数中。这可以例如通过考虑所影响的呼吸参数的优选值与针对该影响的呼吸参数的实际测量或感测值之间的差来实现。

备选地，用户根据呼吸模式进行呼吸的能力可以在更宽的意义上确定。例如，呼吸适配系统可以使用针对用户的呼吸频率、幅度和/或相移的测量值计算“理想”呼吸模式。这可以例如通过使用上文所提到的正弦(余弦)函数实现。

当计算理想呼吸模式时，优选地约束能够被提供给非影响呼吸参数，使得其保持在被假定为对于患者舒适的范围内。当所测量的非影响呼吸参数在允许范围内时，呼吸适配系统将在计算理想呼吸模式时使用用户的值。然而，如果测量值高于或低于由约束设置的值，则从允许范围获取的值将被用于计算理想呼吸模式。通常，这些值将是允许范围的上或下限。

控制单元可以然后确定计算的理想呼吸模式与患者/用户的实际呼吸模式之间的差异。差异可以例如以平方差的和表达，但是备选方案是可能的。以这种方式，不仅考虑正被优化的呼吸参数(例如，频率)，而且考虑在访问患者的舒适时可能对患者的舒适具有效应的其他参数(例如，呼吸幅度)。而且，所测量的呼吸参数的其他不规则性可以以这种方式检测并且借助于奖励函数反馈给智能代理。

为了获得针对(一个或多个)所测量的呼吸参数的值，考虑用户或患者的多个呼吸周期上的(加权)平均是有利的。

图2图解地示出了根据本发明的实施例的呼吸适配系统。患者/用户210被定位在床212上。床可以例如是医学成像系统的床。用户根据由传感器214感测的特定呼吸模式进行呼吸，传感器214在这种情况下是相机。在这种情况下，该相机被显示为分离的相机，其可以例如是医学成像系统的膛内部的相机。然而，在其他应用中，其还可以是例如智能电话或平板电脑的相机图4、310。传感器不需要是相机。其还可以是适于确定呼吸参数的任何其他传感器，如例如呼吸吼叫。针对呼吸参数的值可以由传感器直接测量。否则，数学函数(例如，正弦或余弦)可以适于由传感器测量的呼吸模式。该测量的呼吸模式优选地平滑并且归一化。由传感器感测的数据被发送到控制单元250，其包括智能代理图1、111。控制单元连接到反馈单元216，反馈单元216被配置用于向用户210提供反馈。在该实施例中，反馈是视听的。在该实施例中，视觉反馈通过显示呼吸模式提供。该反馈反映呼吸参数中的一个或多个，如例如呼吸周期和/或呼吸幅度220。在该实施例中，线和圆222指示用户的呼吸周期中的当前位置。该线和圆222的右侧的呼吸模式的部分根据所影响的呼吸参数的优选值来显示呼吸模式。因此，例如在影响呼吸参数是呼吸幅度的情况下，圆和线222的右侧根据呼吸周期的优选值显示具有呼吸幅度的呼吸模式。根据本发明的实施例，呼吸适配系统可以被配置为使得在方法开始时不显示所影响的呼吸参数的优选值，而是仅所影响的呼吸参数的当前值。这将意指用户呼吸周期的呼吸参数的实际值将被提供给用户。这将意指用户将总是根据在该阶段期间所显示的呼吸参数进行呼吸。这可以给定用户在控制内的增加的感觉。

当所影响的呼吸参数的优选值被提供给用户时，传感器继续测量由用户实现的所影响的呼吸参数的值。取决于用户能够多么好适于所影响的呼吸参数的优选值，控制单元250将根本不改变针对所影响的呼吸参数的优选值的值或将以更快或更慢的方式使其增加或减小。

图3显示了随时间的一个人的所测量的呼吸频率310，以及由控制单元图2、250确定的呼吸频率320的优选值和对应的奖励图330。所测量的呼吸频率以大约10次呼吸每分钟开始。控制单元已经作为结果确定所影响的呼吸参数的优选值应当是大约9.5次呼吸每分钟。然而，用户不能够适于该优选呼吸频率并且以超过12次呼吸每分钟开始呼吸。因此，控制单元适配并且确定针对12次呼吸每分钟的呼吸频率的优选值。在此之后用户表现为更好地能够拾取优选呼吸频率并且在所测量的呼吸频率的一个多个轻微增加之后，所测量的呼吸频率或多或少稳定下降，直到达到大约3次呼吸每分钟的呼吸频率。所影响的呼吸参数的该改进还在奖励330中反映，其随时间增加。

图4图解地示出了被配置为被用于改进诊断成像或处置递送的目的的呼吸适配系统。针对诊断成像排程的患者将被提供有计算机程序产品，例如app。计算机程序产品可以在家例如使用在计算机、平板电脑或者电话311上。患者可以被提供有可连接到计算机程序产品并且被配置为测量患者的呼吸参数的传感器。备选地，电话或平板电脑的内置相机310可以用作传感器以测量呼吸参数。由患者311使用的设备可以将呼吸参数显示给患者，例如以呼吸模式312的形式。类似地，如上文所描述的，基于所测量的呼吸参数值，控制单元将开始影响患者的呼吸模式。这可以是使患者准备即将到来的诊断检查的好的方式。而且，该准备可以向患者和护理提供者提供患者将能够完成成像检查或治疗会话而不需要镇静的信心。在特定呼吸速率准则满足之后，控制单元停止影响患者的呼吸模式并且向可以位于医院的图像协议优化器350和/或患者排程模块352共享感兴趣呼吸参数的最终值。如上文所描述的，基于呼吸参数的共享最终值，图像协议优化器可以被配置用于将图像协议优化到患者特异性呼吸参数。该优化可以手动或(半)自动完成。该图像协议可以继而与患者排程模块共享，该患者排程模块将该信息用于排程用于对该患者进行成像的时间段。例如，患者排程模块可以确定针对该特定患者的时间段的预期长度，而且其可以确定特定(更有资格的)人员是否可以在该特定患者的扫描或准备期间需要或者是否可能需要进入镇静或麻醉。患者排程模块不需要被连接到成像协议优化器，但是也可以单独基于计算机程序产品的输出来排程，例如，基于这些值，患者排程模块可能能够评估额外准备时间是否可能需要。

诊断成像系统(例如，MRI系统)360将接收来自图像协议优化器的输入。诊断成像系统还包括根据权利要求1所述的呼吸适配系统并且因此将被配置用于影响患者的呼吸模式。

当然，在家的呼吸模式可能不与实际诊断成像期间的呼吸模式相同，但是来自计算机程序产品的输出可以给出诊断成像或处置递送期间的患者的呼吸模式的指示。

图5图解地示出了根据本发明的用于影响呼吸参数的方法。方法包括以下步骤：

-监测用户501的所影响的呼吸参数的当前值；并且

-向用户提供关于所影响的呼吸参数的优选值的反馈，其中，优选值与所影响的呼吸参数502的当前值不同；并且

-借助于智能代理以用户特异性方式确定所影响的呼吸参数的优选值，其中，智能代理在执行所影响的呼吸参数的优选值的确定之后借助于奖励函数来奖励，其中，奖励函数使得其平衡用于获得目标的奖励与用户根据具有针对所影响的呼吸参数502的优选值的呼吸模式呼吸的能力。

尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或示范性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

Claims (19)

1.一种呼吸适配系统，被配置用于基于反馈到用户的提供来影响所述用户的呼吸模式的呼吸参数，以便满足包括减小或增加所影响的呼吸参数的目标，其中，所述呼吸适配系统包括：

-传感器，其被配置用于监测所述用户的所述呼吸参数的当前值；以及

-反馈单元，其被配置用于向所述用户提供关于所述呼吸参数的用于实现所述目标的确定的优选值的感觉反馈，其中，所述优选值与所述呼吸参数的所述当前值不同；以及

-控制单元，其包括用于借助于人工智能智能代理来确定所影响的呼吸参数的所述优选值的程序代码模块，并且所述控制单元还被配置用于实施奖励函数，所述奖励函数被配置为在执行对所述呼吸参数的所述优选值的所述确定之后奖励所述智能代理，

所述奖励基于所述呼吸参数的监测值，并且其中，所述奖励响应于所述呼吸参数更接近于所述目标移动而是更高的，并且响应于所述参数更远离所述目标移动而是更低的，其中，所述奖励函数被配置为使得其平衡用于获得所述目标的奖励与检测到的所述用户根据具有针对所述呼吸参数的所述优选值的呼吸模式进行呼吸的能力。

2.根据权利要求1所述的呼吸适配系统，被配置用于以多感觉反馈的形式提供所述反馈，其中，不同感觉反馈的频率是相等的。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸适配系统，其中，所述反馈单元被配置用于在开始提供所影响的呼吸参数的所述优选值之前的一段时间上将所影响的呼吸参数的当前值提供给所述用户。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸适配系统，其中，所述反馈单元被配置用于通过提供呼吸模式向所述用户提供所影响的呼吸参数的当前值或优选值，所述呼吸模式基于所影响的呼吸参数的所述当前值或所述优选值。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸适配系统，被配置用于重复对所影响的呼吸参数的所述优选值的所述确定并且将所述优选值提供给所述用户，直到预定义准则被满足。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸适配系统，其中，所提供的所述反馈信号具有低于1Hz的频率。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸适配系统，其中，所影响的呼吸参数表示呼吸幅度、呼吸频率、和/或呼吸幅度和/或呼吸频率的重复性、和/或屏住呼吸持续时间。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸适配系统，被配置为被用于改进诊断成像或处置递送的目的。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的呼吸适配系统，还包括诊断成像系统和/或处置递送系统。

10.根据权利要求9所述的呼吸适配系统，其中，所述呼吸适配系统包括诊断成像系统，并且所述诊断成像系统是MRI系统。

11.根据权利要求5所述的呼吸适配系统，其具有用于与诊断成像或处置中心的远程计算机通信的模块并且在使用中被配置用于向所述诊断成像或处置中心传达所影响的呼吸参数的最终优选值。

12.根据权利要求10所述的呼吸适配系统，还包括患者排程模块，所述患者排程模块被配置用于对用于诊断成像的时间段排程，其中，所排程的时间段的长度取决于所影响的呼吸参数的所述最终优选值。

13.根据权利要求10或11所述的呼吸适配系统，还包括图像协议优化器，其中，所述图像协议优化器被配置用于至少部分地基于所影响的呼吸参数的所述最终优选值来优化诊断成像系统的一个成像参数，并且被配置为提供经优化的参数作为诊断成像系统的输入。

14.一种用于影响用户的呼吸模式的呼吸参数以便满足包括减小或增加所述呼吸参数的目标的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-监测所述用户的所述呼吸参数的当前值；并且

-向所述用户提供关于所述呼吸参数的用于实现所述目标的确定的优选值的感觉反馈，其中，所述优选值与所述呼吸参数的所述当前值不同；并且

-借助于人工智能智能代理来确定所述呼吸参数的所述优选值，其中，所述智能代理在执行对所述呼吸参数的所述优选值的所述确定之后借助于奖励函数而被奖励，所述奖励基于所述呼吸参数的监测值，并且其中，所述奖励响应于所述呼吸参数更接近于所述目标移动而是更高的，并且响应于所述参数更远离所述目标移动而是更低的，并且其中，所述奖励函数使得其平衡用于获得所述目标的奖励与检测到的所述用户根据具有针对所影响的呼吸参数的所述优选值的呼吸模式进行呼吸的能力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法被用作诊断成像或处置递送流程的部分。

16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括与诊断成像或处置中心共享优选的影响的呼吸参数的最终优选值。

17.根据权利要求14-16中的任一项所述的方法，还包括排程用于诊断成像的时间段，其中，排程时间段的长度取决于所影响的呼吸参数的最终优选值。

18.根据权利要求14-17中的任一项所述的呼吸适配系统，还包括至少部分地基于所述呼吸参数的最终优选值来优化至少一个成像参数。

19.一种包括用于执行根据权利要求14-18中的任一项所述的方法的程序代码模块的计算机程序产品。

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