CN115485015B - 用于与mri设备一起使用的有源植入式刺激设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备(AIMD)的患者的中枢神经系统区域进行可视化的部件套件，所述部件套件包括：可以用于暴露在电磁条件下以进行MR图像采集的AIMD，用于控制所述AIMD的外部处理单元，用于在所述AIMD与由所述外部处理单元控制的外部通信单元之间建立双向光通信的光通信引线。植入了本发明的AIMD的患者可以在用于对例如大脑区域进行成像的常规MR设备中进行治疗。所述部件套件的其他元件允许控制所述AIMD的功能并跟踪刺激对如此成像的大脑区域的任何影响。

Description

用于与MRI设备一起使用的有源植入式刺激设备
技术领域
本发明属于用于植入体内以对患者进行医学治疗的电子有源植入式医疗设备(AIMD)领域。本发明的AIMD适合于在磁共振(MR)设备中如通过MR成像(MRI)或功能性MR成像(fMRI)对患者进行成像和表征。特别地，本发明涉及一种部件套件，所述部件套件包括这种AIMD、外部处理单元和用于在AIMD与外部处理单元之间建立通信的光纤。本发明的部件套件的AIMD是完全作为植入物操作的，并且在植入到患者体内时以及在所述患者暴露于MR设备中使用的振荡磁场和/或电场时可以被控制。
本发明的优点不仅在于允许对植入了这种AIMD的患者进行MR成像，而且最重要的是允许通过MRI或fMRI来可视化AIMD的各种受控治疗参数对大脑活动的影响。
发明背景
几十年来，有源植入式医疗设备(AIMD)已经用于治疗多种疾病，特别是神经系统疾病。在其最简单的形式中，AIMD包括封闭电子部件的封装单元，并且可以支持用于监测患者的生物标志物的传感器。传感器可以固定在封装单元的内部，或者固定到封装单元的外表面，或者可以与封装单元分离，通过引线耦合到所述封装单元以将传感器收集的数据传递到固定在封装单元内的电子部件。
然而，AIMD的主要类型包括神经刺激器，所述神经刺激器替代地或除了监测生物标志物之外被配置用于向如神经或肌肉等组织输送电脉冲以用于诊断或治疗如帕金森氏病、癫痫、慢性疼痛、运动障碍等许多疾病并且用于许多其他应用。根据待治疗的组织、所使用的电极的类型以及电极之间的距离，植入式电极之间所需要的电压可以大约为15V±5V。这种电压需要植入式脉冲发生器(IPG)和电源(如电池)，所述电源的尺寸使得电刺激植入物通常由三个单独的部件形成：一方面，直接植入到待治疗的组织上的电极，以及另一方面，植入式脉冲发生器(IPG)、用于控制IPG的电子设备和具有较大尺寸的电池，被封闭在封装单元中，所述封装单元可以根据应用植入到身体的各个位置处，但是最常见的是植入到锁骨下区域、下腹部区域或臀部区域。能量脉冲经由能量传递引线从IPG传递到组织相互作用单元，所述能量引线形成第三部件并且可以由耦合到用于将光能转换成电能的光伏电池的导线或光纤形成，如例如在EP 3113838B1中描述的。在导线的情况下，IPG发射电脉冲，而在光纤的情况下，IPG发射光脉冲。
近年来，用光能治疗组织已经显示出令人鼓舞的治疗疾病的潜力，无论是支持光遗传学领域还是利用红外光或其他波长光的直接作用。对于组织的这种光治疗，可以使用所谓的光极。光极可以是将光束聚焦到组织的精确区域上的光发射器，也可以是感测由光发射器发出的反射、透射或散射光束的光传感器。
携带植入到其体内的AIMD的患者在MR设备中经历磁共振成像期之前必须小心谨慎，因为采集图像所需的各种磁场可能以各种方式与AIMD相互作用。例如，由铁磁材料制成的AIMD的任何部件都可能移动，因为这些部件被施加在MR设备中的强静态磁场(B0)吸引。RF场(B1)可能在AIMD周围的组织中产生烧伤，这是由沿着导电部件流动的强感应电流引起的。强场还可能与AIMD的电子设备相互作用，并且破坏某些部件或向组织发送不期望的能量脉冲。现有技术中已经提出了可以在MR设备中关闭使用而不会对其所植入的患者造成伤害的AIMD。
US20120059442提出提供一种将电极单元耦合到封装单元的引线，其中多个电极通过引线的引线体内的多个导体电耦合到多个端子。所述多个电极被布置成使得相邻的电极对通过相应对的第一电极的第一表面和相应对的第二电极的相应第二表面电容耦合，以在刺激频率下基本上阻断相邻电极之间的电流流动，并且在MRI频率下在相邻电极之间基本上传递电流。
US20050070972描述了一种AIMD，其包括封装单元、具有第一近端的导电刺激引线以及电耦合到导电刺激引线的第一远端的远侧电极。AIMD进一步包括引线延伸部，所述引线延伸部具有电耦合到封装单元的第二近端并且具有电耦合到第一近端的第二远端。分流器电耦合到第一近端以转移来自引线的RF能量。
US 8233985描述了一种配备有天线模块的AIMD，所述天线模块与用于诊断质量成像目的的磁共振成像扫描仪兼容，所述天线模块包括不导电的、生物相容的且电磁透明的壳体，所述壳体的感应天线的导线环绕内表面。电子模块被封闭在壳体内的电磁屏蔽中，以使电磁干扰最小化。
当市场上可以找到不会对在MR设备中经历MRI的患者造成伤害的AIMD时，这些AIMD中的大多数必须在成像期间关闭，以避免损坏电子部件或向组织发送错误和有潜在危险的脉冲。
神经刺激在治疗癫痫等疾病时显示出有益的临床效果，但对所涉及的确切机制知之甚少。神经刺激器中的IPG通常被配置用于在整个治疗时段期间连续发射具有给定参数并以预定义断开时间间隔彼此分开的脉冲串，所述给定参数包括频率、持续时间、脉冲宽度和强度。对脉冲(AIMD被编程为将其输送到组织)的前述参数值的确定是通过反复试错以经验为依据进行的，这种确定主要基于患者的反馈，而不是基于可靠的诊断工具。磁共振成像(MRI)、并且更具体地功能性磁共振成像(fMRI)将是通过跟踪作为前述参数的函数的针对给定刺激模式在患者体内观察到的效果来优化给予每个给定患者的脉冲的参数值的极好候选。
US 7974697描述了一种使用医学成像反馈数据来影响植入式医疗设备的操作的自适应刺激过程。施加刺激信号，并获取指示大脑的目标部分是否由于第一刺激信号而被调制的MR成像数据。如果未观察到调制，则施加第二刺激信号，以此类推，直到观察到调制。在这个过程中，刺激和MR图像采集被顺序地激活。
类似地，US20050177200描述了对患有重度抑郁症的患者进行连续神经刺激，然后在刺激后通过fMRI进行血氧水平依赖性成像(BOLD)。所述方法中使用的AIMD类型未定义。
Lomarev等人,Journal of Psychiatric Research[精神病学研究杂志],36(2002)219-227在植入式神经刺激器对患有难治性抑郁症的患者进行刺激期间通过fMRI测量血氧水平依赖性成像(BOLD)。这项研究绘制出了大脑对某些刺激参数做出反应的区域。然而，在fMRI期间施加的静态磁场(B0)仅限于1.5T。没有解释为什么不施加产生更高分辨率的更高静态磁场。作者没有定义AIMD所使用的并且由于AIMD与MR成像期不兼容而不得不丢弃三分之一患者组的模型，论文没有提到用于检查AIMD在fMRI期间是否保持所编程功能的任何方式。
US 9901284描述了一种系统，所述系统包括MR设备、AIMD和处理器，所述处理器被配置成当患者在MR设备中或者正在由MRI单元进行成像时生成AIMD已经或者将要循环电刺激治疗的指示。基于所述指示启动患者的MRI扫描。AIMD是一种电刺激植入物，其包括经由电引线耦合到一对电极的封装单元。然而，在该文献中几乎没有关于AIMD的部件结构的信息。处理器与AIMD之间的通信通过无线遥测进行，例如，通过射频(RF)通信或与AIMD的近侧感应相互作用进行。
因此，仍然需要可以在MRI和fMRI期间使用和激活的AIMD，所述AIMD具有任何幅度(如1.5、3或甚至7T)的静态磁场(B0)，具有确保在MR图像采集期间产生的刺激脉冲在强电磁场的情况下仍能按编程进行的反馈系统。这将开启对负责观察到的有益临床效果的神经刺激机制的严格研究的先河。
本发明提出了一种可以在MR成像条件下安全使用和操作的AIMD。还提出了一种包括处理单元和通信装置的部件套件，所述通信装置允许对暴露于MR图像采集条件下的AIMD的功能进行安全、可靠和可再现的控制。提出了一种系统，所述系统使得能够分析各种刺激参数对根据不同疾病(包括癫痫)进行的神经刺激的临床效果的影响。本发明的这些和更多优点在后面进行描述。
发明内容
本发明在所附独立权利要求中被限定。优选实施例在从属权利要求中被限定。特别地，本发明涉及一种用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备(AIMD)的患者的中枢神经系统区域进行可视化的部件套件，所述部件套件包括：
●所述AIMD，
●外部处理单元，
●外部通信单元，以及
●光通信引线。
AIMD包括封装单元，所述封装单元限定了内部空间(Vi)，所述内部空间通过由对所述内部空间的边界进行限定的内表面限定的壁与外部环境密封隔开。封装单元的壁由非金属材料制成，优选地选自陶瓷和聚合物，如熔融石英或尖晶石，其中，内部空间包含：
●植入式通信光源和植入式通信光电探测器，所述植入式通信光源和所述植入式通信光电探测器面向壁的对选自范围介于380nm与5μm之间、优选地600nm与2200nm之间的波长具有给定透射率的部分以与身体的外部进行光通信；壁的部分优选地在室温下对850nm的波长具有至少75％、优选地至少85％的透射率，
●电子电路，所述电子电路用于控制所述植入式通信光源和所述植入式通信光电探测器，从而确保与外部的通信。
外部处理单元包括被配置用于输入参数和命令并且用于显示信息的用户界面。外部处理单元控制AIMD的功能并经由外部通信单元与之通信。
外部通信单元与外部处理单元通信，并且包括外部通信光源、外部光电探测器和电子电路，所述电子电路被配置用于：
●控制外部通信光源以发射表示输入外部处理单元中并由植入式通信光电探测器接收的参数和命令的信号，以及
●向外部处理单元传递表示由植入式通信光源(20Li)发射并由外部光电探测器接收的光通信信号的信息。
光通信引线包括光纤，所述光纤用于在以下各项之间建立光通信：
●一方面，AIMD的植入式通信光源与外部通信单元(102)的外部通信光电探测器，以及
●另一方面，外部通信单元的外部通信光源与AIMD的植入式光电探测器。
光通信引线在外部处理单元与AIMD之间建立双向远程光通信，所述双向远程光通信从外部处理单元到AIMD以控制后者，并且从AIMD到外部处理单元以向外部处理单元提供反馈信息，如确认AIMD良好运行的控制信号或生物标志物的测量结果。
在优选实施例中，光通信引线(104)包括至少两条光纤。在该实施例中，每条光纤包括，
●插入到近侧接口设备中的近端，所述近侧接口设备耦合到外部通信单元，使得光纤与外部通信单元的外部通信光电探测器和外部通信光源最佳地对准，以及
●插入远侧接口设备中的远端，其中，为了将光纤的远端与植入式通信光源和植入式通信光电探测器对准，远侧接口设备优选地包括N>2个形成N个边的多边形的定心光电探测器，所述定心光电探测器被配置用于当远侧接口设备在封装单元的大致位置上方以N个定心光电探测器面向患者的皮肤的方式放置在皮肤上时，接收并检测由植入式通信光源发射的光束的强度，
其中，优选地提供了包括透镜、准直器、扩散器、偏振器或滤光器中的任一种的一个或多个的微光学元件，所述微光学元件被配置用于对在来自或朝向每条光纤的所述近端和/或所述远端的两个方向上传播的光束进行整形。
在优选实施例中，AIMD包括三个主要部件，即封装单元、组织相互作用单元和能量传递引线。封装单元将具有介于380nm与5μm之间、优选地600nm与2200nm之间的给定波长范围的主发光源和/或植入式感测光电探测器封闭在内部空间(Vi)中，所述主发光源和/或植入式感测光电探测器中的任一者或两者面向形成对所述波长范围具有某一透射率的窗口的壁部分。主发光源被配置用于根据定义的参数发送光能脉冲，并且其中，植入式感测光电探测器被配置用于接收光信号。
组织相互作用单元与封装单元隔开，并且被配置用于与组织相互作用。能量传递引线不包括导电线，而是包括具有以下的光纤：
●近端，所述近端耦合到封装单元并面向封装单元的与主发光源和/或植入式感测光电探测器对准的窗口，以及
●远端，所述远端耦合到组织相互作用单元。
在该实施例中，电子电路被配置用于控制植入式通信光源、植入式通信光电探测器、主发光源和植入式感测光电探测器。该实施例特别适合于神经刺激器，其中，植入式脉冲发生器(IPG)被封闭在内部空间(Vi)中，并且包括用于根据定义的参数发送光能脉冲的主发光源。电子电路被配置用于控制IPG。组织相互作用单元是以下中的任一者：
●电极单元，所述电极单元包括光伏电池，所述光伏电池耦合到一个或多个接触单元，每个接触单元包括两个、优选地三个触点，这些触点彼此隔开并支撑在非导电支撑件上，其中，光纤的远端耦合到电极单元并面向光伏电池，或
●光极单元。
例如，AIMD可以被配置用于刺激迷走神经。形成组织相互作用单元的电极单元适合于耦合到患者的迷走神经。外部处理单元的用户界面被配置用于输入控制能量脉冲的控制脉冲参数，并且外部通信单元与外部处理单元通信并且被配置用于向电子电路发送信号，所述信号指示植入式脉冲发生器(IPG)发射表示输入到外部处理单元中并由植入式通信光电探测器接收的控制脉冲参数的信号。
在该实施例中，部件套件进一步包括外部喉部控制器，所述外部喉部控制器包括，
●喉部电极单元，所述喉部电极单元包括适合于在喉部区域水平处耦合到患者的颈部皮肤并适合于在所述喉部区域处测量喉部电活动的喉部电极，以及
●外部能量传递引线，所述外部能量传递引线包括用于将光信号从喉部电极单元传递到外部处理单元的一条或多条光纤，所述光信号表示由喉部电极在喉部区域处测量的喉部电活动。
外部处理单元被配置用于将由外部能量传递引线传递的光信号转换成指示光信号的强度的视觉、数字或听觉形式。这提供了脉冲已经按照命令输送的宝贵信息，并且信号的强度提供了关于因此获得的刺激的强度的相关信息。
在同一实施例或替代性实施例中，AIMD(还)是被配置用于监测患者的生物标志物的监测设备。AIMD包括位于内部空间(Vi)或组织相互作用单元(如果部件套件包括一个这样的组织相互作用单元)中的一个或多个传感器。所述一个或多个传感器包括一个或多个光学传感器，和/或脑电图(EEG)、电肌肉和神经活动传感器、加速度计、血液动力学活动传感器中的一个或多个。封装单元优选地不包括用于确保跨封装单元壁的导电通信的馈通件。
本发明还涉及一种用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备(AIMD)的患者的中枢神经系统区域进行可视化的系统。所述系统包括，
●如上讨论的部件套件，
●位于法拉第笼中的磁共振(MR)设备，
●位于法拉第笼外部的控制室(210)，
●用于控制MR设备的功能的MR控制器，
●笼状馈通件。
部件套件的AIMD以植入式通信光源和植入式通信光电探测器面向患者的皮肤区域的方式植入到患者体内。MR设备被配置用于生成磁共振图像(MRI)或磁共振光谱(MRS)，包括患者的中枢神经系统的功能性磁共振图像(fMRI)或功能性磁共振光谱(fMRS)。外部处理单元、与外部处理单元无线通信或者有线通信或光通信的外部通信单元以及MR控制器都位于控制室中。
笼状馈通件被配置用于经由光通信引线的一条或多条光纤中的每一条在以下各项之间提供连续的光通信：
●耦合到外部通信单元并位于控制室中的近端，以及
●位于法拉第笼中并耦合到患者的皮肤区域的与封装单元的植入式通信光源和/或植入式通信光电探测器良好对准的远端。
外部处理单元因此与封装单元的电子电路双向通信，以将参数和命令传递到电子电路，并显示从植入式通信光源发送的信息。
在优选实施例中，部件套件包括如上讨论的三个主要部件。外部处理单元与MR控制器通信，以将MR图像生成的时间序列与植入式通信光源、植入式通信光电探测器、主发光源和植入式感测光电探测器中的一个或多个的激活的时间序列同步。如果AIMD是迷走神经刺激器并且部件套件包括如上讨论的外部喉部控制器，则将MR图像生成的时间序列与植入式通信光源中的一个或多个的激活的时间序列同步包括将外部通信单元向封装单元的电子电路发送信号以指示植入式脉冲发生器(IPG)发射表示控制脉冲参数的信号的时间作为同步的时间起点。
本发明还涉及一种用于植入患者体内并且特别适合于以上讨论的部件套件和系统的有源植入式医疗设备(AIMD)。本发明的AIMD包括以上讨论的三个主要部件，即,
●封装单元，
●组织相互作用单元，所述组织相互作用单元与封装单元隔开并且被配置用于与组织相互作用，以及
●能量传递引线。
如以上所讨论的，封装单元限定了内部空间(Vi)，所述内部空间通过由对所述内部空间的边界进行限定的内表面限定的壁与外部环境密封隔开。封装件的壁由陶瓷材料制成，优选地熔融石英或尖晶石。内部空间包含：
●植入式通信光源和植入式通信光电探测器，所述植入式通信光源和所述植入式通信光电探测器各自面向壁的对500nm至1200nm的波长具有某一透射率的部分以与身体的外部进行光通信，
●具有介于380nm与2200nm之间的给定波长范围的主发光源和/或植入式感测光电探测器，其各自面向对所述波长范围具有透射率的窗口；主发光源被配置用于根据定义的参数发送光能脉冲，并且植入式感测光电探测器被配置用于接收光信号，
●电子电路，所述电子电路用于控制植入式通信光源、植入式通信光电探测器、主发光源和植入式感测光电探测器。
能量传递引线不包括导电线而是包括光纤，所述光纤具有近端和远端，所述近端耦合到封装单元并且面向封装单元的与主发光源和/或植入式感测光电探测器对准的窗口，所述远端耦合到组织相互作用单元。
本发明的AIMD在暴露于以下条件时产生相对于模型的背景水平标准化的不超过4.0dB、优选地不超过3.5dB、更优选地不超过3.2dB的比吸收率(SAR)。AIMD浸没在模型的盐水组合物中，所述盐水组合物由电导率为0.47S/m且相对介电常数为78的组织模拟介质构成。盐水组合物保持在恒温下。模型被放置在符合ISO/TS10974:2018的鸟笼谐振器内，所述鸟笼谐振器被配置用于将完全浸没在深度为65mm的模型中的植入物暴露于以f＝64MHz的频率振荡并感应36.31V_rms/m的恒定切向场(E)的磁场(B)。用位于AIMD的2mm处的传感器(4s-6s)测量SAR，以测量封装单元、能量传递引线和组织相互作用单元的SAR。比吸收率(SAR)是在这三个主要部件处测得的值中的最高值。
本发明的AIMD优选地为神经刺激器，其中，
(a)内部空间包含植入式脉冲发生器(IPG)，所述植入式脉冲发生器包括用于根据定义的参数通过能量传递引线将光能脉冲发送到组织相互作用单元的主发光源，并且
(b)组织相互作用单元形成以下各项：
●电极单元，所述电极单元包括耦合到两个、优选地三个触点的光伏电池，这些触点彼此隔开并支撑在非导电支撑件上，或
●光极单元。
神经刺激器优选地在运行中的MR设备中具有完整功能。植入到患者体内的AIMD的完整功能可以如下确定：
●提供外部喉部控制器，所述外部喉部控制器包括，
○喉部电极单元，所述喉部电极单元包括在喉部区域水平处耦合到患者的颈部皮肤并适合于在所述喉部区域处测量喉部电活动的喉部电极，以及
○外部能量传递引线，所述外部能量传递引线包括用于将光信号从喉部电极单元传递到外部处理单元的一条或多条光纤，所述光信号表示由喉部电极在喉部区域处测量的喉部电活动，
●将患者定位在MR设备中，其中，AIMD植入有耦合到迷走神经的电极单元，
●将控制能量脉冲的控制脉冲参数输入到外部处理单元并指示植入式脉冲发生器(IPG)发射表示控制脉冲参数的信号，
●在MR设备处于静止状态的情况下以及在MR设备在适合于生成MR图像(MRI)或功能性MR图像(fMRI)的条件下被激活的情况下，用喉部电极单元测量喉部区域处的喉部电活动，
●将用激活的MR设备如此测量的表示控制脉冲沿迷走神经传播的喉部电活动的峰值与在MR设备处于静止状态下测量的峰值进行比较，
如果用激活的MR设备测量的峰值的高度和半峰全宽(FWHM)偏离在MR设备处于静止状态下测量的峰值不超过±10％，优选地不超过±5％，则AIMD在运行中的MR设备中具有完整功能。
未植入到患者体内的AIMD的完整功能可以通过使用ISO TS 10974:2018的§17中提供的测试标准应用MR测试来如下确定，
●在测试之前、(如果可能)期间和之后检查AIMD的功能状态，其中AIMD的电子电路被配置成执行由以下参数定义的循环测试：
○1000μA、30Hz、7s开启时间的标准刺激，
○从定义的RAM区到另一个RAM区的128字节存储器数据传递，
○对RAM进行的128个增量字节的存储器写入，
○停止刺激持续12s，
●记录对AIMD输出的实时监测并将其显示在优选地位于法拉第笼外部的示波器上，所述示波器通过光纤进行光通信，
○其中光源连接到电极单元的触点，或者
○其中光极单元，
●发射表示由IPG的主发光源发送的光能脉冲的光信号，
如果满足以下条件，则认为AIMD具有完整功能：
●MR测试之前、期间和之后的输出变化在以下范围内，
○所述光能脉冲的频率变化不超过±5％，优选地不超过±1％，并且
○脉冲持续时间的变化不超过±5％，优选地不超过±1％，并且
○幅度的变化不超过±10％，优选地不超过±5％，更优选地不超过±1％，并且
●在所述MR测试之前、期间和之后，占空比(＝开启时间/(开启时间+关闭时间))介于36％与38％之间，并且
●在MR测试之前和之后没有识别出RAM的损坏，并且优选地没有识别出ROM的损坏和/或没有意外的系统复位。
附图说明
为了更充分地理解本发明的本质，结合附图参考以下具体实施方式，在附图中：
图1：示出了根据本发明的AIMD。
图2：示出了根据图1的AIMD的封装单元及其内部空间的内容物。
图3(a)-图3(c)：示出了电极单元，(a)和(b)为适合于耦合到神经(例如，迷走神经)的袖带电极单元，并且(c)为脑深部电极。
图4(a)-图4(c)：示出了组织相互作用单元的示例，(a)和(b)为具有分别耦合到示波器和植入式光电探测器的脉冲控制灯的电极单元，并且(c)为具有耦合到示波器的脉冲控制灯的光极。
图5(a)-图5(d)：示出了MR设备，(a)和(d)为侧视图和前视图，(b)和(c)为磁场梯度和拉莫尔共振频率随着沿轴x1的位置的变化。
图6(a)-图6(c)：示出了根据本发明的系统，(a)为全视图，(b)为光纤的近端与外部通信单元之间的近侧接口设备的细节，并且(c)为光纤的远端与患者皮肤之间的远侧接口设备的细节。
图7(a)-图7(b)：示出了(a)外部喉部控制器以及(b)用(a)的设备测量的喉部电活动的示例，所述喉部电活动识别出能量脉冲被输送至迷走神经并在喉部区域处产生电峰值。
图8：示出了根据本发明的系统的实施例，所述系统被配置用于使用图7(a)的外部喉部控制器来控制植入到患者体内的AIMD在MR图像采集条件下具有完整功能。
图9：示出了用于测量AIMD的比吸收率(SAR)值的实验装置。
图10：示出了根据本发明的系统的实施例，所述系统被配置用于控制浸入模型中的AIMD在MR图像采集条件下具有完整功能。
具体实施方式
根据本发明的部件套件适合于用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备(AIMD)(1)的患者(51)的中枢神经系统区域进行可视化。中枢神经系统包括大脑和脊髓。如图6(a)所展示的，所述部件套件包括，
●AIMD(1)，
●外部处理单元(100)，
●与外部处理单元(100)通信的外部通信单元(102)，
●包括光纤(104f)的光通信引线(104)，所述光纤用于在AIMD与外部通信单元(102)之间建立光通信。
外部处理单元(100)在部件套件与操作者之间形成接口，并允许控制部件套件的各种部件。由操作者经由用户界面输入到外部处理单元(100)中的指令可以通过无线、光学或有线通信传输到外部通信单元(102)。外部通信单元(102)通过光通信引线(104)的光纤(104f)发射光信号来将指令传递到植入的AIMD(1)。光信号通过植入了AIMD的患者(51)的皮肤(50)从光纤(104f)发射到植入的AIMD。在外部通信单元(102)与植入到患者体内的AIMD之间不使用导电线。当患者暴露在MR设备(200)中的磁图像采集条件下时，出于安全和可靠性的原因，这是很重要的。
包括功能性磁共振成像(fMRI)的磁共振成像(MRI)是一种用于对患者内部器官进行可视化并跟踪其活动的强大工具。然而，如在“发明背景”章节中所讨论的，佩戴植入的AIMD的患者必须谨慎，因为图像采集序列中涉及的各种电磁场可能与AIMD的部件相互作用，从而可能导致AIMD退化或严重的组织损伤(通常由烧伤引起)。继续描述MRI的基本原理，接着描述本发明的AIMD和用于利用MRI的潜力来进一步开发神经刺激的其他部件。
磁共振成像设备(200)
磁共振成像设备(200)(MR设备)基于患者(51)的有机组织中存在的可激发原子与电磁场的相互作用来实施医学成像技术。当置于强主磁场(B0)中时，所述可激发原子的原子核的自旋围绕与主磁场(B0)对准的轴进动，从而导致与主磁场(B0)平行的静态净极化。在所述主磁场(B0)中的可激发原子的共振频率(fL)(称为拉莫尔频率)下施加激发磁场(B1)的射频(RF)脉冲通过使净极化失量侧向倾斜(例如，用所谓的90°脉冲，B1 90)或倾斜到大于90°的角度并且甚至将其反转180°(用所谓的180°脉冲，B1 180)来激发所述原子。当RF电磁脉冲关闭时，可激发原子的原子核的自旋逐渐返回到平衡状态，从而产生静态净极化。在弛豫期间，自旋的横向矢量分量产生感应信号的振荡磁场，所述信号可以由位于被检查的解剖体附近的天线(200a)收集。
如图5(a)至图5(d)所示，MR设备(200)通常包括，
●用于产生均匀主磁场(B0)的主磁体单元(200m)；
●用于产生射频(RF)激励磁场(B1)的RF激励线圈(200e)，
●用于分别沿第一方向X1、第二方向X2和第三方向X3产生磁梯度的X1、X2和X3梯度线圈(200s、200p、200f)，如图5(c)中所示的沿X1的梯度以及图5(d)中所示的沿X2和X3的梯度，以及
●用于接收当受激原子从其受激状态弛豫回到其静止状态时由受激原子发射的RF信号的天线(200a)。
主磁体单元(200m)产生主磁场(B0)，并且可以是永磁体或电磁体(超导磁体或非超导磁体)。合适的MR设备的示例包括但不限于US 4694836中描述的设备。
在一个实施例中，患者体内的体积Vp的磁共振图像可以通过逐切片捕获图像来创建，一个切片具有垂直于第一方向X1的厚度Δxi的体积Vpi。如图5(c)所示，因为可激发原子的拉莫尔频率(fL)取决于其所暴露的磁场的幅度，所以在频率范围[fL]i下发送RF激发磁场(B1)的脉冲专门激发暴露于磁场范围[B0]i下的可激发原子。通过沿第一方向X1产生磁场梯度，只有位于厚度为Δxi的切片或层Vpi中的暴露于磁场范围[B0]i下的原子被频率范围[fL]I激发，如图5(b)所示。
为了将由天线(200a)接收的信号的空间原点定位在垂直于第一方向X1的平面上，通过激活X2和X3梯度线圈(200p，200f)沿第二方向X2和第三方向X3连续创建磁梯度，其中，X1⊥X2⊥X3，如图5(d)所示。当受激原子核弛豫时，所述梯度在受激原子核的自旋中激发相位梯度和频率梯度Δf，这允许在第二方向X2和第三方向X3上对接收到的信号进行空间编码。因此获取二维矩阵，从而产生k空间数据，并且通过执行二维逆傅立叶变换来创建MR图像。采集和创建MR图像的其他模式在本领域中是已知的，并且本发明不限于选择任何特定的模式。理解采集MR图像需要高幅度和/或高频率的电磁场就足够了。
主磁场B0通常介于0.2T与7T之间，优选地在1T与4T之间。射频(RF)激励线圈(200e)在厚度为Δxi的切片内包括的原子的拉莫尔频率(fL)周围的频率范围[fL]i处产生磁场，并暴露于主磁场范围[B0]i。对于氢原子，每磁强度单位的拉莫尔频率fL/B＝42.6MHzT-1。例如，对于暴露于主磁场的氢原子，B0＝1.5T，拉莫尔频率而对于主磁场，B0＝3T，拉莫尔频率/>对于主磁场，B0＝7T，拉莫尔频率
MR设备(200)可以是闭孔、开孔或宽孔MR设备类型中的任一种。典型的闭孔MR设备具有1.0T至3.0T的磁场强度，其中孔径大约为60cm。开孔MR设备通常具有两个主磁极(200m)，这两个主磁极被它们之间的间隙隔开，以容纳处于卧位、坐位或任何其他适合于对成像体积Vp进行成像的姿势的患者。开孔MR设备的磁场通常介于0.2T与1.0T之间。宽孔MR设备是一种具有较大直径的闭孔MR设备。
功能性磁共振成像(fMRI)通过监测血流来测量大脑活动。假设脑血流和神经元激活耦合意味着当大脑的区域被使用时另外的血液流向该区域。血氧水平依赖性(BOLD)对比度允许通过对与脑细胞能量使用相关的血流变化(血液动力学响应)进行成像来绘制患者大脑或脊髓中的神经活动。由此产生的大脑激活可以通过光谱来表征，或者通过对整个大脑或所研究的特定区域的激活强度进行颜色编码来以图表形式表示。检测的定位准确度可以采用毫米量级。其他fMRI方法包括动脉自旋标记和扩散MRI，其类似于BOLD fMRI，但基于水分子在大脑中的扩散程度提供对比。
将fMRI监测与具有不同刺激参数的组织(如迷走神经或其他)的刺激相结合可以显著增强对在用神经刺激治疗如癫痫、帕金森等疾病时所观察到的有希望的结果的潜在机制的理解。此外，本发明的系统允许基于通过fMRI获得的可靠的科学数据来优化“按菜单点菜”，即针对每个个体患者优化的一组脉冲参数，而不是像现在的基本情况那样，每个医疗从业者使用适合所有患者的一组(或仅有限数量的)参数并基于患者反馈进行某种调整。
在根据本发明的系统中，本发明的部件套件是最适合与现有技术的MR设备(200)一起使用的部件之一。
AIMD(1)——最简单的形式
在MR图像采集期间，当患者位于MR设备(200)中时，植入到患者(51)体内的AIMD(1)必须是无害的。在其最简单的形式中，AIMD包括封装单元(5)，所述封装单元包括限定内部空间(Vi)的壳体，所述内部空间通过壁与外部环境密封隔开。壁由对内部空间的边界进行限定的内表面限定。因为通过暴露在变化的磁场中感应的电流的幅度与电导率成比例，所以在植入物中使用的金属中会产生相当大的电流密度。为此，封装单元(5)的壳体由非金属和非导电材料制成。非导电材料被定义为电导率低于103S/m的材料。还优选的是，AIMD基本上仅由磁化率|χ|<210-2、优选地|χ|<10-2的材料制成，其中，磁化率相对于体积来表示并且是无量纲的[m3/m3]，因为磁化率|χ|>2 10-2的材料经受强磁力和扭矩并且即使在远离成像区域的位置也会产生图像失真和退化。
例如，优选的是，壳体的非金属材料选自陶瓷和聚合物，优选地陶瓷，更优选地熔融石英或尖晶石。
如图2所示，封装单元的内部空间包含：
●植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)，其用于与身体的外部环境进行光通信，以及
●电子电路(5e)，其用于控制植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)，以与外部通信并且可选地监测生物标志物。
植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)中的每一个都面向壁的对波长范围具有给定透射率的部分。给定透射率优选地为至少70％，更优选地为至少80％，最优选地为至少90％，在实际使用的波长周围±20nm的范围内求平均，或超过实际使用的波长范围的平均值。
通信光源可以用于从AIMD向位于患者体外的外部单元(100，102)发送信息。类似地，植入式通信光电探测器(20Pi)可以用于从外部单元(100，102)接收信息或指令。用于这种通信的波长通常在介于500nm与1200nm之间的范围内选择。通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)所面向的壁的(多个)部分必须对至少介于500nm与1200nm之间的所述波长范围内包括的选定值具有给定透射率。
通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)也可以用于监测生物标志物，例如，由心脏搏动引起的血液容积变化或通过光电容积描记术(PPG)获得的动脉氧饱和度值(SpO)。通信光源(20Li)发射给定波长的辐射，并且植入式通信光电探测器(20Pi)记录被因此照射的组织衍射或反射的光。用于执行这种监测的辐射可以具有在介于380nm与5μm之间、优选地在600nm与2200nm之间的范围内选择的波长。出于生物标志物监测的目的，通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)两者所面向的壁的(多个)部分必须对介于380nm与5μm之间、优选地在600nm与2200nm之间的所述波长范围内包括的选定值具有给定透射率。很明显，可以使用与通信光源(20Li)的组和植入式通信光电探测器(20Pi)的组不同的光源组和植入式光电探测器组来监测生物标志物，因为后一组的取向可能不是对特定组织进行这种监测的最佳取向。
在壳体由如熔融石英或尖晶石等陶瓷材料制成的优选实施例中，壁的部分优选地在室温下对850nm的波长具有至少75％的透射率。
电子电路(5e)至少控制通过通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)与封装单元外部的通信。这样，电子电路确保通信光源(20Li)被激活，以通过穿过壁部分的辐射来传送数据或其他信息。另外，电子电路(5e)必须能够实施由植入式通信光电探测器(20Pi)通过壁部分从外部以光学方式接收的指令。
在通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)的组(或另一组)用于监测生物标志物的情况下，电子电路(5e)还应该能够首先控制通信光源(20Li)的激活以发射具有选定波长的辐射，其次是指示通信光源(20Li)将表示由植入式通信光电探测器(20Pi)测量的结果的数据传输到外部。
三部分AIMD(1)
在图1所展示的优选实施例中，AIMD由三部分形成：
●以上讨论的并且被配置用于在远离要与之相互作用的组织的位置处皮下植入到患者体内的封装单元(5)，
●包括光纤(4f)并确保去/往封装单元(5)的光通信的能量传递引线(4)
●被配置用于与远离封装单元(5)的植入位置的组织相互作用的组织相互作用单元(6)。
封装单元(5)如以上所讨论并且进一步封闭在内部空间(Vi)中，
●具有介于380nm与5μm之间、优选地600nm与2200nm之间的给定波长范围的主发光源(10L)，和/或
●植入式感测光电探测器(10P)。
主发光源(10L)和/或植入式感测光电探测器(10P)面向形成对所述波长范围具有某一透射率的窗口的壁部分，其中，主发光源(10L)被配置用于根据定义的参数发送光能脉冲，并且其中，植入式感测光电探测器(10P)被配置用于接收光信号。
电子电路(5e)被配置用于控制植入式通信光源(20Li)、植入式通信光电探测器(20Pi)、主发光源(10L)和/或植入式感测光电探测器(10P)。例如，电子电路(5e)可以被配置用于指示主发光源(10L)根据由植入式通信光电探测器(20Pi)从外部接收的参数来发射光脉冲。可替代地或伴随地，电子电路(5e)可以被配置用于指示植入式通信光源(20Li)向外部发射光信号，所述光信号表示由植入式通信光电探测器(20Pi)或植入式感测光电探测器(10P)接收到的数据。
能量传递引线(4)包括至少一条光纤(4f)并且不包括导电线。光纤(4f)具有近端，所述近端耦合到封装单元(5)并面向封装单元的与主发光源(10L)和/或植入式感测光电探测器(10P)对准的窗口。光纤具有远端，所述远端耦合到以下讨论的组织相互作用单元。这确保了去/往主发光源(10L)和/或与植入式感测光电探测器(10P)去/往组织相互作用单元(6)的光通信。
组织相互作用单元(6)与封装单元隔开，并通过能量传递引线(4)光学耦合到封装单元。组织相互作用单元(6)被配置用于与远离封装单元(5)的植入位置的组织相互作用。组织相互作用单元(6)可以是如图3(a)至图3(c)、图4(a)和图4(b)以及图6所展示的电极单元(6e)，或者是如图4(c)所示的光极单元(6o)。电极单元(6e)向被治疗的组织传递电信号或者从被治疗的组织测量电信号，而光极单元(6o)向被治疗的组织发射光信号或者从被治疗的组织接收光信号。
组织相互作用单元(6)包括绝缘支撑件，所述绝缘支撑件用于支撑电极单元(6e)的触点(7+，7-)或用于支撑光极单元(6o)的光学部件(包括光纤(4f)的远端)以及如透镜等任何微光学部件(4L)，例如，菲涅耳透镜、准直器、扩散器等。支撑件的几何形状取决于要治疗的组织。例如，如果组织的几何形状为圆柱形，如神经(例如，迷走神经)，则支撑件可以形成被配置用于包裹神经周围的袖带，如图3(a)和图3(b)、图4(a)至图4(c)、图6(a)、图8和图9所展示的(参见例如EP 3471820 B1和EP 3512597 B1)。为了插入到大脑中，支撑物形成细长的圆柱体，如图3(c)所展示的脑深部电极所示。用于与其他组织相互作用的电极单元和光极单元的其他几何形状在本领域中是众所周知的，并且特定几何形状的选择不影响本发明。
袖带电极单元(6e)的绝缘支撑件包括神经耦合表面，所述神经耦合表面可以接触要治疗的神经而不会引起任何神经刺激效应。绝缘支撑件用于将触点(或电极)紧固在其治疗位置以进行长期植入，并且减少杂散电流。绝缘支撑件优选地由聚合物材料制成。如果绝缘材料必须变形以插入并适应任何身体运动，如具有图3(a)所展示的自动调整大小的袖带电极，则其优选地由弹性体聚合物制成，如硅树脂或聚氨酯弹性体，或者可以由聚酰亚胺片制成。对于其他电极几何形状，如狭缝袖带电极，绝缘支撑件可以是刚性的并且例如由聚氨酯或环氧树脂制成。组织的电阻大约为3-5kΩ。对于大约0.1至3mA的电流，触点(7+，7-)之间所需的电压可以大约为10V。
如图4(c)所展示的，代替电极触点(7+，7-)或除了所述电极触点之外，绝缘支撑片可以设置有一个或多个光学触点以形成光极单元(6o)。如本文所定义的光学触点可以是光发射器或光传感器或这两者。在一些应用中，通过光发射对组织进行刺激主要是由于对组织进行局部加热。对于这种应用，优选的是，由光学触点引导的光在红外范围内，优选地在750nm至3000nm的范围内，更优选地在1200nm至1800nm的范围内。然而，适合于本发明的袖带光极可以与和主发光源(10L)兼容的任何波长的光束一起使用。
光学触点或光极可以是光纤的末端，所述光纤是倾斜的或耦合到透镜、反射镜或其他微光学器件，以用于将光束引导和聚焦朝向要治疗的组织的精确区域。光极可以光学耦合到光能传递引线(4)的光纤(4f)和封装单元(5)中容纳的光学IPG。
组织相互作用单元(6)可以用于刺激组织(例如，迷走神经刺激(VNS))，或者用于监测远离封装单元(5)的植入位置的位置处的生物标志物。
三部分AIMD(1)——组织刺激器
在本发明的优选实施例中，AIMD是被配置成用于刺激耦合到组织相互作用单元的组织的神经刺激器。如图2和图4(a)至图4(c)所展示的，在该实施例中，封装单元(5)将植入式脉冲发生器(IPG)封闭在内部容积(Vi)中，所述植入式脉冲发生器包括或耦合到主发光源(10L)，以根据定义的参数发送光能脉冲。光能脉冲传播穿过窗口，沿光纤(4f)到达组织相互作用单元(6)。电子电路(5e)通过植入式通信光电探测器(20Pi)从外部单元接收定义的参数。电子电路(5e)被配置用于根据定义的参数来控制IPG。
图4(a)展示了袖带电极单元(6e)的实施例。电极单元(6e)包括耦合到一个或多个接触单元的光伏电池(6v)，每个接触单元包括两个、优选地三个触点(7+，7-)，这些触点彼此隔开并支撑在绝缘支撑件上。光伏电池与耦合到电极单元(6e)的能量传递引线(4)的光纤(4f)的远端进行光通信。光伏电池(6v)由神经连接线(参见图3(b))耦合到触点(7+，7-)，以用于将光能转换成电能，所述电能由神经连接线传导到触点(7+，7-)。为了在暴露于变化的电磁场时减少发热，优选的是神经连接线尽可能短，并且优选地不超过50mm长，优选地不超过30mm长，更优选地不超过20mm长，最优选地不超过15mm长。通常认为，不超过20mm的导线在暴露于MR图像采集条件下时不会产生实质性的热效应，如ASTM F2182-19e2,第1页,§1.7所报告的，所述文献指出“在所有方向上展开尺寸小于2cm的设备不需要进行RF感应加热测试，因为在1.5T和3T频率下暴露1小时后预计会产生小于2℃的ΔT”。
沿光纤(4f)传播的光能的能量脉冲到达光伏电池(6v)，所述光伏电池将光能转换成电能，所述电能被传导到一个或多个接触单元中的每一个的两个或更多个触点(7+，7-)。
图4(c)展示了光极(6o)的示例，所述光极包括保持能量传递引线(4)的光纤(4f)的远端的绝缘支撑件，以便将光辐射脉冲指向要治疗的组织的期望区域。光纤(4f)的远端可以以期望的方式切割，例如以斜边切割，和/或设置有位于光纤(4f)的远端与要刺激的组织表面之间的微光学元件(4L)。
可以在一条或多条光纤(4f)的近端与主发光源(10L)和/或植入式感测光电探测器(10P)之间提供如透镜(例如，菲涅耳透镜)、准直器、反射镜等微光学元件(4L)，以优化光束的形状。例如，这些微光学元件可以位于窗口的表面上，或者位于光纤(4f)的近端上。
在EP 3400057 B1中描述了适合于本发明并且包括光学IPG的封装单元的示例。
迷走神经神经刺激器和喉部控制
神经通常由神经纤维束组成。如果一根神经的至少一根神经纤维触发动作电位从而使动作电位沿其长度传播，则该神经被刺激脉冲激活。动作电位由神经纤维膜的局部去极化来触发。膜电位迅速上升和下降，导致相邻位置以类似方式去极化。这种去极化然后沿着神经纤维传播。当几根神经纤维被激活时，在所述神经内传播的所有这些动作电位的总和被称为复合动作电位(CAP)。
在图7(a)所展示的优选实施例中，电极单元(6e)适合于耦合到患者(51)的迷走神经(Vn)并且包括外部喉部控制器(300)，所述外部喉部控制器被配置用于控制能量脉冲已经被输送到迷走神经，并且复合动作电位(CAP)已经沿迷走神经和分支喉部神经传播。这当然是非常重要的检查，否则无法保证，
●例如，根据定义的参数的电脉冲已经被输送到迷走神经，这取决于AIMD的缺陷，
○在将参数传送到电子电路(5e)或IPG时，或
○在电子电路(5e)、IPG与主发光源之间的连接中，或
○在光纤(4f)或其耦合中，或
○在光伏电池和/或触点(7+，7-)及其连接中，
或者，
●已经在迷走神经中形成了CAP，并且其已经沿迷走神经纤维传播，这取决于缺陷，
○在触点(7+，7-)与迷走神经(Vn)之间的接触中，或
○迷走神经本身，所述迷走神经可能受损或受伤。
如图7(a)所展示的，外部喉部控制器(300)包括喉部电极单元(360)，所述喉部电极单元包括适合于在喉部区域(Lx)的水平处耦合到患者(51)的颈部皮肤(50)并适合于在所述喉部区域处测量喉部电活动的喉部电极(361)。提供了外部能量传递引线(304)，所述外部能量传递引线包括一条或多条光纤(304f)，以用于将光信号从喉部电极单元直接或通过与外部处理单元(100)通信的中间外部控制器传递到后续讨论的外部处理单元(100)。光信号表示由喉部电极(361)在喉部区域处测量的喉部电活动。外部处理单元(100)被配置用于将由外部能量传递引线传递的光信号转换成指示所述光信号的强度的视觉(355)、数字或听觉(357)形式。
喉部电极可以耦合到与光纤(304f)光学接触的光源(例如，LED)，以将光信号传递到外部处理单元(100)。为了增强信号，喉部电极可以电耦合到包括放大器的信号处理电路，并且可以使用滤波器来去除部分背景噪声。例如，信号可以用提供高输入阻抗的第一放大器预放大，产生喉部电信号的放大同时去除共模分量，从而产生具有增强信噪比的放大信号。放大信号可以由如高通滤波器等滤波器进行滤波，所述滤波器被配置用于去除该共模的任何剩余DC分量，这主要是由于不相等的电极接触电势。其后可以是被配置用于提供进一步放大的第二放大器。其后可以是低通滤波器。在一些实施例中，优选的是传递模拟喉部电信号，并且放大和滤波后的喉部电信号可以用于调制馈送到与光纤(304f)直接光学接触的LED的电流。在另一个实施例中，可以例如通过将放大和滤波后的喉部信号的张力转换成频率调制(将-v至+v信号转换成在f1与f2之间变化的正弦频率曲线)对放大和滤波后的信号进行频率调制(AL、FM等)。在其他实施例中，放大和滤波后的喉部信号可以在模数(A/D)转换器中进行数字化，以产生数字化喉部信号，所述数字化喉部信号将以光能的形式通过信号传递引线(4)传递。如技术人员众所周知的，数字化喉部信号可以在频率、基带等方面进行调制。还可以包括驱动器，所述驱动器用于如上讨论的进行调制和/或驱动因此处理的喉部信号通过信号传递引线(4)。驱动器可以被配置用于供应足够的电流来激活LED。驱动器还可以将0/1数字化喉部信号转换成对应的张力信号(例如，0V/5V)或电流信号(例如，0mA/4mA)。
为了将喉部电极(361)稳定在喉部区域(Lx)并确保与喉部区域的最佳接触，喉部电极被支撑在支撑片的内表面上。内表面可以设置有粘合层，所述粘合层沿支撑片周边的至少一部分延伸或者在内表面的部分或全部区域内延伸。粘合剂可以是压敏粘合剂(PSA)或用于医用胶带或医用橡皮膏的任何粘合剂。可替代地或另外地，可以提供条带来将喉部电极(361)固定到喉部区域(Lx)。
(通过后续讨论的外部通信单元(102))与外部喉部控制器(300)和AIMD(1)两者通信的外部处理单元(100)被配置用于指示封装单元的电子电路(5e)和IPG在已知时间(tv)触发控制脉冲(355c)，而不是观察喉部电活动的峰值出现时的未知位置，所述峰值表示已经沿迷走神经(Vn)和喉部神经传播、分支到迷走神经、并且已经在潜在嘈杂的喉部电活动背景中到达喉部区域(Lx)的CAP。因为CAP到喉部区域(Lx)的预期传播时间是已知的，所以操作者知道在什么时间(tlx)预期表示控制能量脉冲的峰值(355L)。通过若干次重复地触发控制脉冲，喉部电活动的背景噪声可以被大大降低和过滤，并且峰值(355L)的分辨率相应地增强。为此，外部处理单元(100)被配置用于通过用户界面输入控制能量脉冲(355c)的控制脉冲参数。所述控制脉冲参数被传递到电子电路(5e)，指示植入式脉冲发生器(IPG)发射表示输入外部处理单元(100)中并由植入式通信光电探测器(20Pi)接收的控制脉冲参数的信号。
图7(b)展示了因此根据时间测量的迷走神经的电活动在外部处理单元(100)的显示器上的图形表示(355)的示例。通过外部处理单元(100)，可以非常准确地知道发射控制脉冲的时间(tv)。注意，如果电极单元设计良好并且传播到电极单元外部的杂散电流被最小化，则图7(b)中表示的控制脉冲(355c)是不可见的，但是知道其在时间(tv)上的位置就足够了。传播到电极单元外部的杂散电流可以被最小化，例如通过将三个触点(7+，7-)尤其耦合到光伏电池，如图3(b)所展示的，以便包含限制在绝缘支撑件内的电流。在可以相当准确地估计出的时间(tv)处触发控制脉冲后的一段时间(Δt-δt0)之后，预期会出现表示CAP传播的峰值(355L)。如果在大约所述时间段(Δt-δt0)之后没有出现峰值，则出现了某种问题并且CAP没有沿迷走神经传播，从而分支到喉部区域(Lx)的喉部神经中。必须调查问题的根源。如果如预期的那样，出现如图7(b)所展示的峰值(355L)，则由控制脉冲(355c)产生的CAP已经到达喉部区域(Lx)。峰值(355L)可以由峰值(355L)的高度(Vm)和半峰全宽(FWHM)来表征。在不同条件下的测量之间比较这些尺寸产生了实际应用于迷走神经的刺激的公平表征。
在欧洲专利申请EP 18829318中描述了适合于本发明的外部喉部控制器(300)。
监测AIMD(1)
可替代地，或者除了如上讨论的刺激功能之外，AIMD可以实现监测功能。为了监测患者(51)的生物标志物，AIMD包括位于内部空间(Vi)或组织相互作用单元(6)中的一个或多个传感器。传感器可以是光学传感器或非光学传感器。以下非详尽列表是合适的非光学传感器，包括加速度计、葡萄糖监测传感器、脑电图(EEG)、心电图(ECG)、电肌肉和神经活动传感器、血液动力学活动传感器、压力传感器、温度传感器或化学传感器。一些前述非光学传感器是电传感器，其通过在壳体外部施加到组织上的电极来测量组织的电活动。为了避免使用耦合到馈通件的导线来将电信号从导线传递到封装单元(5)的内部空间(Vi)，电传感器被定位在组织相互作用单元(6)中，经由包括如上定义的光纤的能量传递引线(4)与封装单元进行光通信。例如，图4(b)展示了电极单元(6e)，其包括施加到如神经等组织(52)的触点(7+，7-)。触点电耦合到光源(30L)，所述光源与能量传递引线(4)的光纤(4f)进行光通信，所述能量传递引线的近端面向植入式感测光电探测器(10P)。可以在触点(7+，7-)与光源(30L)之间插入如上关于图7(a)所讨论的信号处理电路(包括放大器、滤波器等)，以增加经由光纤(4f)发送到封装单元(5)的光信号的清晰度。图4(b)展示了袖带电极单元(6e)，但是相同的原理可以应用于其他电极单元几何形状和应用，包括在国际专利申请号PCT/EP2020/050379中描述的脑电图(EEG)传感器。
光学传感器是被配置用于通过接收源自组织的光来获得信息的任何传感器。通常，这种传感器包括用于向组织(52)发射光辐射的发光源，以及用于捕获由组织反射、透射或衍射的光的光电探测器。图4(c)中示出了示例，其中，组织(52)被光纤(4f)的主发光源照射，并且通过所述组织透射和衍射的光由与光电探测器进行光通信的光纤(4f，404f)收集。可以提供如上讨论的微光学元件(4L)来优化光纤(4f，404f)对透射和衍射光线的收集。很明显，反射辐射也可以被收集。在这种情况下，收集反射和衍射光的光纤将与耦合到主发光源(10L)的光纤(4f)处于组织的同一侧。
因为壳体的至少一些壁部分对光辐射具有足够的透射率，所以光学传感器可以位于封装单元(5)的内部空间(Vi)内。例如，植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)可以用作光学传感器。封装单元可以在内部空间(Vi)中容纳其他光学传感器。
外部处理单元(100)
外部处理单元(100)控制部件套件的不同部件的功能。外部处理单元包括用户界面，所述用户界面允许操作者输入如脉冲参数和命令等信息并且还访问由AIMD(1)或外部控制器单元(300)提供的信息。外部处理单元(100)与外部通信单元(102)通信，所述外部通信单元用于以后续描述的方式经由植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)与封装单元的电子电路(5e)通信。外部处理单元(100)与外部通信单元(102)之间的通信可以是无线的、经由光纤或经由导线。无线通信要求外部处理单元(100)和外部通信单元(102)中的每一个都设置有无线通信设备(15c，115c)。
在包括外部喉部控制器(300)的实施例中，如图7(a)和图8所展示的，光耦合到喉部电极(361)的光纤(304f)包括直接或通过中间控制器(未示出)间接耦合到外部处理单元(100)的远端。光纤(304)的远端耦合到感光器(未示出)，所述感光器可以是被配置用于将光信号转换成电信号的光伏电池。外部处理单元(100)还被配置用于例如以如图7(a)和图7(b)所展示的图形(355)或声音信号(357)的形式或者以数字数据的形式保存和显示由喉部电极(361)记录的数据。
外部通信单元(102)和光通信引线(104)
外部通信单元(102)与外部处理单元(100)通信并且由所述外部处理单元控制。外部通信单元(102)被配置用于通过经由光通信引线(104)中包括的光纤(104f)在两者之间传递的光信号来与AIMD(1)通信。外部通信单元(102)包括外部通信光源(20Le)、外部光电探测器(20Pe)和电子电路(102e)。电子电路(102e)被配置用于，
●控制外部通信光源(20Le)以发射表示输入外部处理单元(100)中并经由光纤(104f)传递到植入式通信光电探测器(20Pi)的参数和命令的信号，以及
●向外部处理单元(100)传递表示由植入式通信光源(20Li)发射并经由光纤(104f)传递到外部光电探测器(20Pe)的光通信信号的信息。
例如，与外部处理单元(100)通信并在所述外部处理单元的控制下，外部通信单元(102)可以将脉冲参数传输到AIMD。这也适用于使用外部喉部控制器(300)来向AIMD传达在什么时间(tv)准确发射特定控制脉冲(355c)(参见图7(a)和7(b))的实施例。
光通信引线(104)包括一条或多条光纤(104f)，所述光纤用于在以下各项之间建立光通信：
●外部通信单元(102)的外部通信光源(20Le)与AIMD(1)的植入式通信光电探测器(20Pi)，以及
●所述AIMD(1)的植入式通信光源(20Li)与所述外部通信单元(102)的外部通信光电探测器(20Pe)。
如图6(a)、图8和图9所示，光通信引线(104)经由外部通信单元(102)在AIMD(1)与外部处理单元(100)之间建立远程光通信。一条或多条光纤(104f)中的每一条都具有近端，所述近端耦合到与对应的外部通信光源(20Le)和/或对应的外部通信光电探测器(20Pe)对准的外部通信单元(102)。要求光纤与对应的光源或光电探测器精确对准，以最小化每个接口处的能量损失。为此，优选的是将一条或多条光纤中的每一条的近端插入到近侧接口设备(105p)中，如图6(a)和图6(b)所示。近侧接口设备(105p)可以耦合到外部通信单元(102)，使得所有前述光学部件都最佳地对准。可以提供包括透镜、准直器、扩散器、偏振器、滤光器等中的一个或多个的微光学元件来对在一条或多条光纤的近端与对应的外部通信光源(20Le)和/或对应的外部通信光电探测器(20Pe)之间的两个方向上传播的光束进行整形。
所述一条或多条光纤(104f)中的每一条都具有远端，所述远端被配置用于在患者(51)的皮肤(50)上与对应的植入式通信光源(20Li)和/或对应的植入式通信光电探测器(20Pi)对准地光耦合到AIMD(1)。再次，需要光纤与对应的光源或光电探测器精确对准，以最小化每个接口处的能量损失。为此，优选的是将一条或多条光纤中的每一条的远端插入远侧接口设备(105d)中，如图6(a)和图6(c)所示。可以提供包括透镜、准直器等的微光学元件来对在一条或多条光纤的远端与患者(51)的皮肤(50)(以及对应的植入式通信光源(20Li)和/或对应的植入式通信光电探测器(20Pi))之间的两个方向上传播的光束进行整形。这是特别重要的，因为光束必须穿过皮肤(50)和组织，所述皮肤和组织散射和衍射光束，从而相应地减弱信号的强度(在图6(c)中比较通过透镜聚焦的散射光束(实线)和未被透镜聚焦的散射光束(虚线))。
当近侧接口设备(105p)与外部通信单元(102)的对准可以通过简单地提供迫使两个部件对准的机械固定件来容易地重复实现时，对于将搁置在患者(51)的皮肤(50)的外表面上的远侧接口设备(105d)与皮下植入的AIMD的封装单元(5)中容纳的植入式光学部件(20Li、20Pi)对准，这是不可能的。为了确保远侧接口设备(105d)与植入式光学部件(20Li，20Pi)对准的定位的可重复性，一种解决方案可以是在皮肤上添加纹身参考标记。这种解决方案当然会在患者的皮肤上留下永久的标记，不过这些标记可能不明显，但是只有在能够确保封装单元(5)不会在体内移动的情况下才是有效的。在选择用于纹身的墨水时必须小心，因为这些墨水可能含有磁性颜料并与MRI的强磁场相互作用。纹身还可能吸收通常会扩散到更大体积的组织上的能量，从而增加烧伤风险。
为了将远侧接口设备的主轴(Z1)与封装单元(5)的副轴(Z2)对准，其中患者的皮肤(50)夹在这两者之间，在优选实施例中使用EP 3265173B1中描述的定心系统。如图6(a)和6(c)所示，远侧接口设备(105d)包括N>2个定心光电探测器(105pd)，所述定心光电探测器形成N条边的多边形，垂直于主轴(Z1)并且其质心属于主轴(Z1)。例如，N＝3或4。提供了一种指示器，所述指示器指示如何根据由N个定心光电探测器(105pd)中的每一个从植入式通信光源(20Li)或不同光源发射的光束接收的能量在患者(51)的皮肤(50)表面上移动远侧接口设备，以便将远侧接口设备(105d)定位成主轴(Z1)与封装单元(5)的副轴(Z2)同轴。
指示器耦合到电子智能装置，所述电子智能装置被配置用于比较由N个定心光电探测器(105pd)中的每一个接收的能量，并且用于确定如何在患者(51)的皮肤(50)的表面上移动远侧接口设备(105d)使得N个定心光电探测器中的每一个从光束接收相等的能量。电子智能装置可以位于远侧接口设备(105d)中，使得操作者可以在将患者定位到MR设备中之前相对于封装单元对准远侧接口设备。在这种情况下，光通信引线(104)可以包括专门用于经由光伏电池为远侧接口设备(105d)的定心系统提供能量的光纤。远侧接口设备(105d)可以设置有适合于移动由电子智能装置控制的远侧接口设备(105d)的机动化(X-Y)工作台。在EP 3265173 B1中描述了适合于本实施例的机动化(X-Y)工作台。
可替代地，指示器可以位于外部通信单元(102)中。在该实施例中，优选的是，远侧接口设备(105d)设置有如上讨论的机动化(X-Y)工作台。在该实施例中，N个定心光电探测器(105pd)优选地位于外部通信单元(102)中，每个定心光电探测器都与对应光纤(4f)的近端进行光通信。对应光纤(4f)的远端围绕质心布置，从而形成以上讨论的多边形。在该实施例中，当患者在MR设备中时并且甚至在治疗期间，如果患者的移动可能已经导致两个部件未对准，则远侧接口设备可以相对于封装单元居中。如果在MR设备中使用机动化(X，Y)工作台，则其金属部件的数量应该最小化以减少由(X，Y)工作台引起的伪影。
一旦远侧接口设备(105d)被定位在患者的皮肤(50)表面上并且主轴(Z1)与副轴(Z2)对齐，所述远侧接口设备就可以用条带和/或胶带固定在适当的位置。在远侧接口设备(105d)包括机动化(X-Y)工作台的情况下，远侧接口设备(105d)可以首先定位成轴线Z1、Z2大致对准，然后固定在适当的位置，接着微调Z1、Z2与机动化(X-Y)工作台对准。
MRI友好型AIMD
如以上题为“发明背景”的章节中所讨论的，提供用于植入患者(51)体内的MRI友好型AIMD并不是一项容易的任务。必须解决三个主要问题：
(1)由静态磁场(B0)驱动的AIMD的部件的位移，其可以达到至多7T的值，通常为约1.5T到3T，
(2)对AIMD的电子部件的干扰或甚至损坏，以及
(3)由于感应电流加热导电部件而烧伤组织。
(1)磁位移
为了避免任何部件被磁场吸引，由具有高磁化率的材料制成的部件的数量和大小被减少，并且优选地被消除。磁化率(χ)是对材料在外加磁场中的磁化程度的度量。为此，优选的是使用具有低磁化率的材料。特别地，优选的是，AIMD基本上仅由磁化率|χ|<2 10-2、优选地|χ|<10-2的材料制成，其中，磁化率相对于体积来表示并且是无量纲的[m3/m3]，因为磁化率|χ|<2 10-2的材料经受强磁力和扭矩并且即使在远离成像区域的位置也会产生图像失真和退化。相对于水的磁化率为10-5<|χ-χ水|<10-2-χ水的材料(其中，χ水＝-9.035 10-6)不容易经受可检测的力或扭矩。然而，必须注意这些材料的位置，因为如果这些材料位于成像区域附近，就会产生明显的图像失真和退化。这将在植入有例如迷走神经刺激器的患者的大脑区域的MR成像中引起很少的失真或没有失真，但是在脑深部电极或耳蜗植入的情况下应该仔细研究。相对于水的磁化率为|χ-χ水|<10-5的材料不会产生容易检测到的力或扭矩，并且即使当这些材料位于成像区域附近时，也仅限于可忽略的图像失真或退化。在可能的情况下，应优先使用这种材料。
铁磁材料的使用应该减少，并且优选地消除。本发明的AIMD优选地不包括任何由铁磁材料或相对于水的磁化率为|χ-χ水|>10-2的材料制成的尺寸大于4mm3、优选地尺寸大于3mm3的部件。这样，由于磁场的应用而引起的AIMD的运动以及MR图像伪影被大大减少。
(2)电子部件的完整性
强电磁场和/或振荡电磁场会干扰AIMD的电子部件。所有经由导线的通信都可能被中断或破坏。通过振荡磁场在导线上感应的强电流会损坏或破坏耦合到这种导线的电子部件。本发明的AIMD不包括任何相当长度的导线。“相当长度”在本文中优选地被定义为至少15mm、优选地至少20mm、更优选地至少30mm、最优选地至少50mm的长度。从一个部件到另一个部件(隔开大于相当长度的距离)的所有能量通信和传输都经由光纤(4f)以光学方式进行。通过光纤行进的光信号不受电磁场变化的影响，并且其中不会感应到电流。因此，AIMD的电子部件不会受到通过引线行进的感应电流的冲击。
必须保护最易受强电磁场和/或振荡电磁场影响的电子部件。例如，为了最小化MR设备中产生的电磁场的影响，可以适当地设计形成电子电路(5e)的印刷电路板(PCB)中的布线，以避免导电回路和/或可以形成紧凑的PCB集成设计。可以例如通过不包括接地或电源板来减少电子电路中使用的金属量。可以使用小型屏蔽电感器。
本发明的AIMD在暴露于MR图像采集条件下时可以具有完整功能。通过使用ISOTS10974:2018的§17中提供的测试标准来应用MR测试，可以如下确定AIMD的完整功能，其中设置如图10所展示。
本实施例的AIMD是一种刺激器，所述刺激器包括，
●封闭主发光源(10L)的封装单元(5)，
●包括光伏电池(6v)和触点(7+，7-)的电极单元(6e)，以及
●使主发光源(10L)与光伏电池(6v)进行光通信的能量传递引线(4)。
电极单元(6e)的触点(7+，7-)电耦合到光源(30L)，使得当电脉冲到达触点(7+，7-)时，光源(30L)发射强度与电脉冲的强度成比例的光。如图3(a)和图10所展示的，光源(30L)通过光纤(404f)与位于控制室(210)中的MR设备(200)外部的示波器(400)进行光通信。示波器包括与光纤(404f)光学接触的光伏电池(未示出)，以将光信号转换成电信号供示波器(400)处理。如上文参考图7(a)所讨论的包括放大器、滤波器和其他部件中的任一个的处理电路可以可选地设置在触点(7+，7-)与光源(30L)之间，或者在光源的下游，如在示波器水平处，以用于增强表示传输到触点(7+，7-)的电脉冲的信号的分辨率。示波器与外部处理单元(100)通信，以向其传递从光源(30L)接收到的数据。
根据ASTM F 2182-11A模型(躯干+头部)，AIMD完全浸没在填充有模拟人体电性质的盐溶液的模型(452)的中心深度处。盐溶液由溶于蒸馏水(99.75％)中的0.25wt.％NaCl构成，并且电导率为0.47S/m±10％，相对介电常数为78。模型和AIMD被放置在MR设备(200)(通用电气医疗集团(GE Healthcare)，Signa HDx EchoSpeed 1.5T)中。AIMD的各种部件相对于电磁场的取向进行定向，如同这些部件被植入到患者体内并且患者被安置在MR设备中一样。如果电极单元(6e)采用袖带形状，则袖带如同封装神经一样被包裹起来。
浸没在模型中的AIMD定位在MR设备中，其中X轴和Y轴以模型中心为中心并且Z轴以模型头部为中心，其中，X轴、Y轴、Z轴定义了对每个图像采集协议的视场的参考。在检查期间，扫描仪被设置为正常模式(即SAR水平被限制为2W/kg)，并且AIMD暴露于具有表1中定义的MR序列条件的以下电磁场中，
●静态磁场，B0＝1.5T，
●磁场(B1)的共振频率，f＝63.85MHz，
●最大梯度压摆率：每轴120T/m/s，
●每个正交平面中的最大梯度幅度：33mT/m，
●RF发射线圈：体线圈。
表1：全功能测试的MR序列
在MR序列之前、期间(如果可能的话)和之后检查AIMD的功能状态，其中AIMD的电子电路(5e)被配置成执行由以下参数定义的循环测试，
●1000μA、30Hz、7s开启时间的标准刺激，
●从定义的RAM区到另一个RAM区的128字节存储器数据传递，
●对RAM进行的128个增量字节的存储器写入，
●停止刺激持续12s。
用示波器(400)监测AIMD输出，以检查刺激序列和参数的再现性。在MR序列之前和之后检查RAM存储器。
如果满足以下条件，则认为AIMD具有完整功能。
●所述MR测试之前(425Ab)、期间(425Ad)和之后(425Aa)的输出变化在以下范围内：
○所述光能脉冲的频率变化不超过±5％，优选地不超过±1％，并且
○脉冲持续时间的变化不超过±5％，优选地不超过±1％，并且
○幅度的变化不超过±10％，优选地不超过±5％，更优选地不超过±1％，并且
●在所述MR测试之前、期间和之后，占空比(＝开启时间/(开启时间+关闭时间))介于36％与38％之间，并且
●在MR序列之前和之后没有识别出RAM的损坏，并且优选地没有识别出ROM的损坏和/或没有意外的系统复位。
本发明的AIMD满足这些要求，主要是因为其不包括任何长度超过50mm、优选地超过30mm、更优选地超过20mm、最优选地超过15mm的导线，也不包括任何由导电金属制成的主要部件。
图9中所展示的前述测试不能在植入到患者(51)体内的AIMD上进行。还可以通过使用外部喉部控制器(300)来监测植入到患者(51)体内的AIMD的完整功能，其中设置如图7(a)和图8所示并在上文讨论。患者位于MR设备(200)中，喉部电极单元(360)耦合到其喉部区域(Lx)。喉部电极单元(360)通过具有对应的放大和滤波电路的光纤(304f)以及如透镜(例如，菲涅耳透镜)等微光学元件与外部处理单元(100)连接，以增强从喉部电极(361)发射到外部处理单元(100)的信号的清晰度。图8示出了直接连接到外部处理单元(100)的喉部电极单元(360)，但是很明显，所述喉部电极单元可以通过中间处理器(未示出)或通过外部通信单元(102)间接连接到所述外部处理单元。
患者暴露于与上文参考图9所讨论的相同的MR序列。控制能量脉冲(355c)的控制脉冲参数被输入或存储在外部处理单元(100)中，所述外部处理单元指示植入式脉冲发生器(IPG)在给定时间(tv)发射表示控制脉冲参数的信号。在MR序列之前、期间和之后实时监测喉部电信号，并比较结果。如果用所述激活的MR设备测量的所述峰值(355L)的高度(Vm)和半峰全宽(FWHM)偏离在所述MR设备处于静止状态下测量的所述峰值(355L)不超过±10％，优选地不超过±5％，则AIMD被视为具有完整功能。峰值(355L)的高度(Vm)和FWHM如图7(b)所展示。再次，本发明的AIMD满足这些标准。
(3)AIMD部件的加热和MRI安全条件
必须限制暴露于MR图像采集条件下的AIMD部件的加热，以防止所述部件周围组织的任何灼伤。例如，优选的是，当暴露于MR图像采集所需的电磁场时，与组织接触的部件的所有表面的温度增加不超过2℃。当暴露于射频(RF)电磁场时，人体吸收能量的速率可以用比吸收率(SAR)来表征。在如图9所展示的设置中，AIMD的SAR可以在模型(452)中如下表征。
如图9所展示的，AIMD完全浸没在填充有上述盐溶液的模型(452)中。模型保持在恒温下并放置在符合ISO/TS10974:2018的鸟笼谐振器内，所述鸟笼谐振器被配置用于将完全浸没在深度为65mm的模型中的植入物暴露于以f＝64MHz的频率振荡并感应36.31V_rms/m的恒定切向场(E)的磁场(B)。AIMD的三个主要部件封装单元(5)、能量传递引线(4)和组织相互作用单元(6)的SAR值用一个或多个传感器(4s-6s)测量。一个或多个传感器保持在AIMD的三个主要部件的暴露表面上方2mm处。一个或多个传感器可以包括位于封装单元(5)上方2mm处的传感器(5s)、位于能量传递引线(4)上方2mm处的传感器(4s)以及位于组织相互作用单元(6)上方2mm处的传感器(6s)。传感器(4s-6s)优选地被配置成移动(例如，机动化)以扫描三个主要部件中的每一个的整个暴露表面。如果单个传感器可以扫描多于一个主要部件的整个暴露表面，则其可以单独用于这些部件。例如，如果实验设置允许，单个传感器可以扫描封装单元(5)、能量传递引线(4)和组织相互作用单元(6)中的每一个的整个暴露表面。无论使用单个传感器还是多个传感器，重要的是在三个主要部件中的每一个的整个暴露表面上测量SAR并且部件相对于电场的取向不同，以便不错过AIMD的任何热点。比吸收率(SAR)是在三个主要部件中的任一个的任何点和AIMD的任何取向上测得的值中的最高值。以AIMD的不同部件的不同取向重复测试，以便最大化RF和梯度场的相互作用。如果组织相互作用单元(6)是袖带形状的电极单元(6e)，则袖带打开以暴露触点(7+，7-)。将对三个主要部件中的每一个的整个暴露表面和每个取向的每次测量重复三次并取平均值。定义其最热点的三个主要部件中的每一个的平均测量值的最高值被保留，作为表征能量传递引线(4)、壳体(5)和组织相互作用单元(6)中的每一个的SAR的值(SAR(4s)、SAR(5s)、SAR(6s))。表征AIMD的SAR值是针对AIMD的三个部件中的每一个测量的平均最高值中的最高值(SAR＝最大值(SAR(4s)，SAR(5s)，SAR(6s))。换句话说，SAR值表征了在整个AIMD上测量的最热点。
本发明的AIMD产生如此测量(即最高值)并相对于模型的背景水平标准化的不超过4.0dB、优选地不超过3.5dB、更优选地不超过3.2dB的比吸收率(SAR)。
模拟计算得出结论，根据本发明并且用前述SAR值表征的AIMD，包括植入到患者的锁骨下区域的封装单元(5)和在介于C4与C7之间的水平处缠绕在迷走神经周围的电极套(6e)，在暴露于在正常模式下B0＝1.5T并且B1以64MHz的频率振荡的MRI中的图像采集条件时，将使与其接触的组织的温度升高不到2℃。
在优选实施例中，根据ASTM F2503-13的§3.1.11的条件标签定义，使用在ISOTS10974:2018中定义的测试并应用在ISO 14708-3:2017的§22.2中定义的标准，AIMD是安全的，其中条件如下：
●静态磁场：1.5T和3T，
●最大静态场空间梯度：30T/m，优选地40T/m，
●最大压摆率：每轴200T/m/s，
●RF激励：圆极化，
●RF频率：64MHz和128MHz，
●RF发射线圈类型：头部线圈和体线圈两者都可以发射，其中操作模式如下：(1)头部线圈：模式极限是3.2W/kg的正常模式，(2)体线圈：模式极限是2W/kg的正常模式，并且优选地是4W/kg的第一水平模式，
●扫描持续时间：没有持续时间限制，以及
●禁区：没有禁区。
这种条件标签限制非常少，并且允许根据本发明的AIMD与安装在医院和保健中心的大多数MR设备一起使用。注意，对于7T磁场和线性极化，还没有可用的ASTM标准来定义MRI的安全性，因为后者很少使用。大多数MR设备不应用大于20T/m的静态磁场空间梯度。然后，当在紧急情况下将患者从正在使用的MR设备上移开时，必须考虑最大静态磁场空间梯度为30T/m的条件。注意，静态磁场空间梯度的更高值尚未经过测试。
系统＝部件套件和MR设备
本发明还涉及一种用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备(AIMD)(1)的患者(51)的中枢神经系统区域进行可视化的系统。所述系统包括，
●如上所述的部件套件，
●由如上讨论的MR控制器(201)控制的磁共振(MR)设备(200)。
如图6(a)所示，AIMD以植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)面向患者(51)的皮肤(50)区域的方式植入到所述患者体内。外部处理单元(100)和外部通信单元(102)都位于控制室(210)中。
MR设备(200)位于与控制室(210)隔开的法拉第笼(220)中。MR设备被配置用于生成磁共振图像(MRI)或磁共振光谱(MRS)，包括患者的中枢神经系统的功能性磁共振图像(fMRI)或功能性磁共振光谱(fMRS)。中枢神经系统包括大脑和脊髓。MR控制器(201)被配置用于控制MR设备的功能，并且如图6(a)所示，位于控制室(210)中。
光通信引线(104)的一条或多条光纤(104f)的近端耦合到位于控制室(210)中的外部通信单元(102)。远端耦合到远侧接口设备(105d)并位于法拉第笼中。远侧接口设备(105d)确保一条或多条光纤(104f)的远端与患者的皮肤区域光耦合，与封装单元(5)的植入式通信光源(20Li)和/或植入式通信光电探测器(20Pi)良好对准。
提供一个或多个笼状馈通件(103)以允许在控制室(210)与法拉第笼(210)之间通过光纤和导线进行通信。本发明的部件套件可以被适配成任何现有的MR设备(200)以形成本发明的系统。现有的MR设备通常包括MR设备(200)与MR控制器(201)之间的电通信。在大多数情况下，笼状馈通件简单地是控制室(210)与法拉第笼(220)之间的壁中的孔，可以通过所述孔在两个部件之间引出导线。具有位于控制室(210)中的近端和位于法拉第笼(220)中的远端的光纤(104f、304f和404f)可以利用这种现有的孔作为笼状馈通件。可替代地，窗口可以填充孔的开口，并且光纤的两个部分可以在窗口的任一侧相遇，以确保控制室与法拉第笼之间的连续光通信。
这些一个或多个笼状馈通件(103)和光通信引线(104)的一条或多条光纤(104f)在外部处理单元(100)与封装单元(5)的电子电路(5e)之间建立双向通信，以将参数和命令传递到电子电路，并显示从植入式通信光源(20Li)发送的信息。这在以上题为“外部通信单元(102)和光通信引线(104)”的章节中详细解释。
在优选实施例中，AIMD包括主发光源(10L)和植入式感测光电探测器(10P)，所述主发光源和植入式感测光电探测器经由对应的光纤(4f)与组织相互作用单元(6)进行光通信。在该实施例中，优选的是，外部处理单元(100)与MR控制器(201)通信，以将MR图像生成的时间序列与植入式通信光源(20Li)、植入式通信光电探测器(20Pi)、主发光源(10L)和植入式感测光电探测器(10P)中的一个或多个的激活的时间序列同步。
在第一示例中，涉及强RF磁场或强磁梯度的MR设备(200)的序列可以与光源和光电探测器中的任一个的低活动性序列同步，以便最小化磁场与AIMD的功能和通信之间的相互作用。相反，光源和光电探测器的通信和活动可以集中在RF激励线圈(200e)和梯度线圈(200f、200p、200s)的低活动的MR图像采集序列的时段中。这特别适合于刺激器，并且更加特别适合于包括如图6(a)所展示的电极单元(6e)的刺激器，因为电极单元(6e)包括导线部分(尽管非常短)以及可能受所述线圈产生的变化磁场影响的触点(7+，7-)。
在使用包括图7(a)和图8所展示的外部喉部控制器(300)的部件套件的实施例来控制对迷走神经(Vn)的刺激的第二示例中，将MR图像生成的时间序列和光源(10L，20Le，20Li)中的一个或多个的激活的时间序列同步可以包括将外部通信单元(102)向封装单元(5)的电子电路(5e)发送信号以指示植入式脉冲发生器(IPG)发射表示控制脉冲参数的信号的时间(tv)作为同步的时间起点。这样，由MR设备产生的MR图像非常准确地对应于对迷走神经的刺激，并且不仅可以检测到大脑的受激区域的定位，而且可以检测到迷走神经的电刺激脉冲的发射与由此激活的大脑的对应区域的活性增加之间经过的响应时间。
如图8所展示的，外部处理单元(100)经由导线、光纤或无线通信设备(115c，15c)与外部通信单元(102)通信。外部通信单元(102)与植入到位于MR设备(200)中的患者体内的AIMD(1)进行光通信。在给定时间(tv)，外部处理单元(100)指示AIMD根据先前输入到外部处理单元(100)中的控制脉冲参数来发射一个或多个控制脉冲(355c)。
外部处理单元(100)还经由导线、光纤或无线通信设备(115c，215c)与MR控制器(201)通信。MR控制器在时间(tv)或在更早的时间t0(比时间(tv)提前定义的时间段(δt0))启动图像采集序列，这取决于根据图像采集的期望时刻(参见图7(b))。
喉部电极单元(360)耦合到患者(51)的喉部区域(Lx)，并经由外部能量传递引线(304)的光纤(304f)与外部处理单元(100)进行光通信。在时间(tv)之后的一段已知时间(Δt-δt0)之后，预计会出现喉部活动峰值(355L)，所述喉部活动峰值表示由控制脉冲在迷走神经(Vn)上产生并沿迷走神经和喉部神经传播的CAP。喉部活动峰值(355L)的出现确保了神经已经被有效地刺激，并且可以预期大脑特定区域的随后激活。
将AIMD的控制脉冲发射与MR设备(201)的图像采集序列同步并使用喉部控制单元(300)的优点在于，
●喉部活动峰值(355L)的出现以及随后特定大脑区域的激活明确地建立了刺激和大脑激活之间的明确因果关系，
●喉部活动峰值(355L)的形状和尺寸(如最大幅度(或高度)(Vm)和半峰全宽(FWHM))与受激大脑区域的强度和定位之间的关系可能非常有助于确定用于治疗患者疾病的最佳脉冲参数，
●由于控制脉冲参数可以容易地改变，并且可以在已知时间(tv)发射对应的控制脉冲(355c)，因此可以容易地记录每个参数对大脑活动的影响，以确定每个参数对所涉及的机制的相应影响；例如，阶乘设计可以容易地用该示例的系统来实施。
本发明的AIMD(1)和外部处理单元(100)的具体设计包括，
●封装单元(5)的外壳由非金属和非导电材料制成，优选地由透明陶瓷材料制成，如熔融石英或尖晶石，
●在封装单元的壁上没有任何金属馈通件，
●光纤的使用，以及不存在长于50mm、优选地长于30mm、更优选地长于20mm、最优选地长于15mm的导线，
●屏蔽最易受电磁场影响的电子部件，
●AIMD与外部处理单元(100)之间的通信仅通过光纤进行。
由于有前述特征，本发明的AIMD是最方便与MR设备一起使用的设备之一，不仅通过无源方式，即在MR图像采集序列期间关闭，也通过有源方式，即开启和完全可操作的，以用于监测给定刺激脉冲对大脑特定区域的激活的影响。可以容易地实施对每个参数的影响的研究(例如，利用因子设计)，其中，可以测试每个脉冲参数的高值和低值的影响。本发明还开启了针对每个患者(51)进行个性化的“按菜单点菜”治疗刺激模式的先河。
本发明的系统的使用方法
本发明的系统特别适合于在用于可视化和识别组织的电刺激或光刺激参数对大脑对应区域激活的影响的方法中使用。本发明的系统还非常适合于在用于建立针对每个患者的治疗规划系统、优化组织(如神经)的电刺激或光刺激参数从而对患者产生最佳效果的方法中使用。任一种方法都包括以下步骤，
(a)提供如上讨论的系统，
(b)向植入了AIMD的患者提供所述系统的部件套件；其中，AIMD优选地具有如上所述测量并相对于模型的背景水平标准化的不超过4.0dB、优选地不超过3.5dB、更优选地不超过3.2dB的比吸收率(SAR)，
(c)将光通信引线(104)的一条或多条光纤(104f)的远端与植入到患者体内的封装单元(5)的植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)对准地耦合到患者(51)的皮肤(50)，以在外部通信单元(102)与AIMD(1)之间建立光通信，
(d)将患者定位在MR设备(200)中，
(e)经由接口在外部处理单元(100)中输入第一组刺激参数，并且经由外部通信单元(102)、一条或多条光纤(104f)和植入式通信光电探测器(20Pi)将所述第一组刺激参数传送到封装单元(5)的电子电路(5e)，
(f)从外部处理单元(100)命令IPG根据第一组刺激参数向患者输送刺激，
(g)在受控延迟的同时或之后，采集患者的大脑或大脑区域的MR图像或光谱，优选地fMR图像或光谱，
(h)用第二组和更多组刺激参数重复步骤(e)至(g)。
在步骤(f)中，MR控制器(201)可以通知外部处理单元(100)MR设备准备好采集图像或光谱和/或可以指示外部处理单元命令IPG根据第一组刺激参数即时地或在预定义时间段之后向患者输送刺激。
该方法优于涉及在刺激组织后采集患者大脑的MR图像的现有技术方法，因为在本方法中，操作者控制给定刺激脉冲的触发。因此，MR图像的采集可以在与现有技术方法相比具有更高的准确度和控制力的情况下与脉冲的输送同步，这依赖于已经输送刺激的指示。当然，只有在组织受到刺激之后才能获得该指示，这对于捕获MR图像来说可能太晚了。此外，利用经由外部通信单元(102)和光通信引线(104)在外部处理器(100)与AIMD(1)之间提供的对MR图像采集期间产生的电磁场不敏感的容易且完美的通信路径，操作者可以非常容易且快速地测试不同组的刺激参数以评估每个刺激参数对患者的影响。
应用于患者的这些测试可以用于建立具有一组优化的刺激参数的“按菜单点菜”治疗规划系统。对具有统计代表性数量的患者重复这样的测试可以提供关于神经刺激所提供的治愈或缓解的潜在机制的有价值的知识。
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Claims (29)

1.一种用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备(AIMD)(1)的患者(51)的中枢神经系统区域进行可视化的部件套件，所述部件套件包括：
AIMD(1)，所述AIMD包括封装单元(5)，所述封装单元限定了内部空间(Vi)，所述内部空间通过由对所述内部空间的边界进行限定的内表面限定的壁与外部环境密封隔开，其中，所述封装单元的壁由非金属材料制成，其中，所述内部空间包含：
植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)，所述植入式通信光源和所述植入式通信光电探测器面向壁的对选自范围介于380nm与5μm之间的波长具有给定透射率的部分，用于与身体的外部进行光通信，
电子电路(5e)，所述电子电路用于控制所述植入式通信光源(20Li)和所述植入式通信光电探测器(20Pi)，从而确保与所述外部的通信，
外部处理单元(100)，所述外部处理单元包括被配置用于输入参数和命令并且用于显示信息的用户界面，
外部通信单元(102)，所述外部通信单元与所述外部处理单元(100)通信，并且包括外部通信光源(20Le)、外部光电探测器(20Pe)和电子电路(102e)，所述外部通信单元(102)的电子电路(102e)被配置用于：
控制所述外部通信光源发射表示输入到所述外部处理单元(100)中并由所述植入式通信光电探测器(20Pi)接收的参数和命令的信号，以及
向所述外部处理单元(100)传递表示由所述植入式通信光源(20Li)发射并由所述外部光电探测器(20Pe)接收的光通信信号的信息，
光通信引线(104)，所述光通信引线包括光纤(104f)，所述光纤用于在以下各项之间建立光通信：
所述AIMD(1)的植入式通信光源(20Li)与所述外部通信单元(102)的外部光电探测器(20Pe)，以及
所述外部通信单元(102)的外部通信光源(20Le)与所述AIMD(1)的植入式通信光电探测器(20Pi)，
从而允许所述外部处理单元(100)与所述AIMD之间的远程光通信。
2.根据权利要求1所述的部件套件，其中，所述植入式通信光源(20Li)和所述植入式通信光电探测器(20Pi)面向壁的对选自范围介于600nm与2200nm之间的波长具有给定透射率的部分，用于与身体的外部进行光通信。
3.根据权利要求1或2所述的部件套件，其中，所述AIMD包括，
具有介于380nm与5μm之间的给定波长范围的主发光源(10L)和/或植入式感测光电探测器(10P)，所述主发光源和所述植入式感测光电探测器中的任一者或两者包含在所述内部空间(Vi)中并且面向形成对所述波长范围具有某一透射率的窗口的壁部分，其中，所述主发光源(10L)被配置用于根据定义的参数发送光能脉冲，并且其中，所述植入式感测光电探测器(10P)被配置用于接收光信号，
组织相互作用单元(6)，所述组织相互作用单元与所述封装单元隔开，并且被配置用于与组织相互作用，
能量传递引线(4)，所述能量传递引线包括光纤，所述光纤具有近端和远端，所述近端耦合到所述封装单元(5)并且面向所述封装单元的与所述主发光源(10L)和/或所述植入式感测光电探测器(10P)对准的窗口，所述远端耦合到所述组织相互作用单元，所述能量传递引线不包括导电线，
其中，所述电子电路(5e)被配置用于控制所述植入式通信光源(20Li)、所述植入式通信光电探测器(20Pi)、所述主发光源(10L)和所述植入式感测光电探测器(10P)。
4.根据权利要求3所述的部件套件，其中，所述AIMD包括具有介于600nm与2200nm之间的给定波长范围的主发光源(10L)和/或所述植入式感测光电探测器(10P)。
5.根据权利要求3所述的部件套件，其中，所述AIMD是刺激性AIMD，其包括
植入式脉冲发生器IPG，所述植入式脉冲发生器被封闭在所述内部空间中并且包括用于根据定义的参数发送光能脉冲的主发光源(10L)，其中，所述电子电路(5e)被配置用于控制所述IPG，其中，
所述组织相互作用单元(6)是以下中的任一者：
电极单元(6e)，所述电极单元包括光伏电池(6v)，所述光伏电池耦合到一个或多个接触单元，每个接触单元包括两个触点(7+，7-)，这些触点彼此隔开并支撑在非导电支撑件上，并且其中，所述光纤的远端耦合到所述电极单元(6e)并面向所述光伏电池，或
光极单元(6o)。
6.根据权利要求5所述的部件套件，其中，所述一个或多个接触单元中的每个接触单元包括三个触点。
7.根据权利要求5或6所述的部件套件，其中，
形成所述组织相互作用单元(6)的所述电极单元(6e)适合于耦合到所述患者(51)的迷走神经，
所述外部处理单元(100)的用户界面被配置用于输入控制能量脉冲(355c)的控制脉冲参数，
所述外部通信单元(102)与所述外部处理单元(100)通信，并且被配置用于向所述电子电路(5e)发送信号，所述信号指示所述植入式脉冲发生器IPG发射表示输入到所述外部处理单元(100)中并由所述植入式通信光电探测器(20Pi)接收的所述控制脉冲参数的信号，
所述部件套件进一步包括外部喉部控制器(300)，所述外部喉部控制器包括：
喉部电极单元(360)，所述喉部电极单元包括适合于在喉部区域(Lx)的水平处耦合到所述患者的颈部皮肤(50)并适合于在所述喉部区域处测量喉部电活动的喉部电极(361)，以及
外部能量传递引线(304)，所述外部能量传递引线包括用于将光信号从所述喉部电极单元传递到所述外部处理单元(100)的一条或多条光纤(304f)，所述光信号表示由所述喉部电极(361)在所述喉部区域处测量的喉部电活动，并且其中，
所述外部处理单元(100)被配置用于将由所述外部能量传递引线传递的光信号转换成指示所述光信号的强度的视觉(355)、数字或听觉(357)形式。
8.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的部件套件，其中，所述AIMD是被配置用于监测所述患者(51)的生物标志物的监测设备，所述监测设备包括位于所述内部空间中的一个或多个传感器，其中，所述一个或多个传感器包括一个或多个光学传感器，和/或脑电图(EEG)、电肌肉和神经活动传感器、加速度计、血液动力学活动传感器中的一个或多个。
9.根据权利要求3所述的部件套件，其中，所述AIMD是被配置用于监测所述患者(51)的生物标志物的监测设备，所述监测设备包括位于所述组织相互作用单元(6)中的一个或多个传感器，其中，所述一个或多个传感器包括一个或多个光学传感器，和/或脑电图(EEG)、电肌肉和神经活动传感器、加速度计、血液动力学活动传感器中的一个或多个。
10.根据权利要求8所述的部件套件，其中，所述封装单元不包括馈通件。
11.根据权利要求1-2、4-6和9-10中任一项所述的部件套件，其中，所述非金属材料选自陶瓷和聚合物，并且其中，壁的所述部分在室温下对850nm的波长具有至少75％的透射率。
12.根据权利要求11所述的部件套件，其中，所述非金属材料选自陶瓷。
13.根据权利要求11所述的部件套件，其中，所述非金属材料选自熔融石英或尖晶石。
14.根据权利要求1-2、4-6、9-10和12-13中任一项所述的部件套件，其中，所述光通信引线(104)包括至少两条光纤(104f)；每条光纤包括，
插入到近侧接口设备(105p)中的近端，所述近侧接口设备耦合到所述外部通信单元(102)，使得所述光纤与所述外部通信单元(102)的外部光电探测器(20Pe)和外部通信光源(20Le)对准，以及
插入到远侧接口设备(105d)中的远端，其中，为了将所述光纤(104f)的远端与所述植入式通信光源(20Li)和所述植入式通信光电探测器(20Pi)对准，所述远侧接口设备(105d)包括N>2个形成N个边的多边形的定心光电探测器(105pd)，所述定心光电探测器被配置用于当所述远侧接口设备(105d)在所述封装单元(5)的位置上方以N个定心光电探测器(105pd)面向所述患者(51)的皮肤(50)的方式放置在所述皮肤(50)上时，接收并检测由所述植入式通信光源(20Li)发射的光束的强度。
15.根据权利要求14所述的部件套件，其中，提供了包括透镜、准直器、扩散器、偏振器或滤光器中的任一种的一个或多个的微光学元件，所述微光学元件被配置用于对在来自或朝向每条光纤的所述近端和/或所述远端的两个方向上传播的光束进行整形。
16.一种用于通过包括功能性磁共振成像(fMRI)技术的磁共振成像(MRI)技术对植入了有源植入式医疗设备AIMD(1)的患者(51)的中枢神经系统区域进行可视化的系统，所述系统包括：
根据权利要求1-15中任一项所述的部件套件，其中，所述AIMD以所述植入式通信光源(20Li)和所述植入式通信光电探测器(20Pi)面向所述患者的皮肤区域的方式植入到所述患者体内，
磁共振MR设备(200)，所述MR设备位于法拉第笼(220)中，用于生成磁共振图像(MRI)或磁共振光谱(MRS)，包括所述患者的中枢神经系统的功能性磁共振图像(fMRI)或功能性磁共振光谱(fMRS)，
控制室(210)，所述控制室位于所述法拉第笼外部，并且封闭以下各项：
所述外部处理单元(100)，
与所述外部处理单元(100)无线通信或者有线通信或光通信的外部通信单元(102)，
MR控制器(201)，所述MR控制器用于控制所述MR设备的功能，
笼状馈通件(103)，所述笼状馈通件被配置用于通过所述光通信引线(104)的一条或多条光纤(104f)中的每一条在以下各项之间提供连续的光通信：
耦合到所述外部通信单元(102)并位于所述控制室中的近端，以及
位于所述法拉第笼中并耦合到所述患者的皮肤区域的与所述封装单元(5)的植入式通信光源(20Li)和/或植入式通信光电探测器(20Pi)良好对准的远端，
由此所述外部处理单元(100)与所述封装单元(5)的电子电路(5e)双向通信，以将参数和命令传递到所述电子电路，并显示从所述植入式通信光源(20Li)发送的信息。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述部件套件是根据权利要求3至15中任一项所述的部件套件，并且其中，所述外部处理单元(100)与所述MR控制器(201)通信，以将MR图像生成的时间序列与所述植入式通信光源(20Li)、所述植入式通信光电探测器(20Pi)、主发光源(10L)和所述植入式感测光电探测器(10P)中的一个或多个的激活的时间序列同步。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述部件套件是根据权利要求7所述的部件套件，并且其中，将MR图像生成的时间序列与所述植入式通信光源(20Li)中的一个或多个的激活的时间序列同步包括将所述外部通信单元(102)向所述封装单元(5)的电子电路(5e)发送信号以指示所述植入式脉冲发生器IPG发射表示控制脉冲参数的信号的时间作为所述同步的时间起点。
19.一种用于植入到患者(51)体内的有源植入式医疗设备AIMD(1)，所述有源植入式医疗设备包括以下单元：
封装单元(5)，所述封装单元限定了内部空间(Vi)，所述内部空间通过由对所述内部空间的边界进行限定的内表面限定的壁与外部环境密封隔开，其中，所述封装单元的壁由陶瓷材料制成，其中，所述内部空间包含：
植入式通信光源(20Li)和植入式通信光电探测器(20Pi)，所述植入式通信光源和所述植入式通信光电探测器面向壁的对500nm至1200nm的波长具有某一透射率的部分，用于与身体的外部进行光通信，
具有介于380nm与2200nm之间的给定波长范围的主发光源(10L)和/或植入式感测光电探测器(10P)，所述主发光源和所述植入式感测光电探测器面向对所述波长范围具有某一透射率的窗口，其中，所述主发光源(10L)被配置用于根据定义的参数发送光能脉冲，并且其中，所述植入式感测光电检测器(10P)被配置用于接收光信号，
电子电路(5e)，所述电子电路用于控制所述植入式通信光源(20Li)、所述植入式通信光电探测器(20Pi)、所述主发光源(10L)和所述植入式感测光电探测器(10P)，
组织相互作用单元(6)，所述组织相互作用单元与所述封装单元隔开，并且被配置用于与组织相互作用，
能量传递引线(4)，所述能量传递引线包括光纤，所述光纤具有近端和远端，所述近端耦合到所述封装单元(5)并且面向所述封装单元的与所述主发光源(10L)和/或所述植入式感测光电探测器(10P)对准的窗口，所述远端耦合到所述组织相互作用单元，所述能量传递引线不包括导电线，
其特征在于，完全浸没在模型(452)中的AIMD在暴露于以下条件时产生相对于所述模型的背景水平标准化的不超过4.0dB的比吸收率SAR，
所述模型保持在恒温下，并由电导率为0.47S/m且相对介电常数为78的组织模拟介质构成，
所述模型被放置在符合ISO/TS10974:2018的鸟笼谐振器内部，所述鸟笼谐振器被配置用于将完全浸没在深度为65mm的所述模型中的植入物暴露于以f＝64MHz的频率振荡并感应36.31V_rms/m的恒定切向场(E)的磁场(B)，并且其中，
用位于所述AIMD的2mm处的传感器(4s-6s)测量所述SAR，以测量所述封装单元、所述能量传递引线和所述组织相互作用单元的SAR，并且其中，所述比吸收率SAR是在三个主要部件处测量的值中的最高值。
20.根据权利要求19所述的AIMD，其中，所述比吸收率SAR不超过3.5dB。
21.根据权利要求20所述的AIMD，其中，所述比吸收率SAR不超过3.2dB。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的AIMD，其中，
(a)所述内部空间包含植入式脉冲发生器IPG，所述植入式脉冲发生器包括用于根据定义的参数通过所述能量传递引线(4)将光能脉冲发送到所述组织相互作用单元(6)的主发光源(10L)，并且
(b)所述组织相互作用单元(6)形成以下各项：
电极单元(6e)，所述电极单元包括耦合到两个触点(7+，7-)的光伏电池(6v)，这些触点彼此隔开并支撑在非导电支撑件上，或
光极单元(6o)。
23.根据权利要求22所述的AIMD，其中，所述电极单元(6e)包括耦合到三个触点的光伏电池(6v)。
24.根据权利要求22所述的AIMD，其中，所述AIMD在使用中的MR设备(200)中具有完整功能，其中，所述AIMD的完整功能如下确定：
提供外部喉部控制器(300)，所述外部喉部控制器包括：
喉部电极单元(360)，所述喉部电极单元包括在喉部区域(Lx)的水平处耦合到所述患者(51)的颈部皮肤(50)并适合于在所述喉部区域处测量喉部电活动的喉部电极(361)，以及
外部能量传递引线(304)，所述外部能量传递引线包括用于将光信号从所述喉部电极单元传递到所述外部处理单元(100)的一条或多条光纤(304f)，所述光信号表示由所述喉部电极(361)在所述喉部区域处测量的喉部电活动，
将所述患者定位在所述MR设备(200)中，其中，所述AIMD植入有耦合到迷走神经的电极单元(6e)，
将控制能量脉冲(355c)的控制脉冲参数输入到所述外部处理单元中并指示所述植入式脉冲发生器IPG发射表示所述控制脉冲参数的信号，
在所述MR设备处于静止状态的情况下以及在所述MR设备在适合于生成MR图像(MRI)或功能性MR图像(fMRI)的条件下被激活的情况下，用所述喉部电极单元(360)测量所述喉部区域(Lx)处的所述喉部电活动，
将用所述激活的MR设备如此测量的表示所述控制脉冲沿所述迷走神经传播的喉部电活动的峰值(355L)与在所述MR设备处于静止状态下测量的峰值进行比较，
如果在所述MR设备被激活的情况下测量的峰值(355L)的高度(Vm)和半峰全宽(FWHM)偏离在所述MR设备处于静止状态下测量的峰值(355L)的高度(Vm)和半峰全宽(FWHM)不超过±10％，则所述AIMD在使用中的MR设备(200)中具有完整功能。
25.根据权利要求24所述的AIMD，其中，如果在所述MR设备被激活的情况下测量的峰值(355L)的高度(Vm)和半峰全宽(FWHM)偏离在所述MR设备处于静止状态下测量的峰值(355L)的高度(Vm)和半峰全宽(FWHM)不超过±5％，则所述AIMD在使用中的MR设备(200)中具有完整功能。
26.根据权利要求22所述的AIMD，其中，所述AIMD在使用中的MR设备(200)中具有完整功能，其中，所述AIMD的完整功能通过使用ISO TS10974:2018的§17中提供的测试标准应用MR测试来如下确定，
在所述测试之前、期间和之后检查所述AIMD的功能状态，其中所述AIMD的电子电路(5e)被配置成执行由以下参数定义的循环测试：
1000μA、30Hz、7s开启时间的标准刺激，
从定义的RAM区到另一个RAM区的128字节存储器数据传递，
对RAM进行的128个增量字节的存储器写入，
停止刺激持续12s，
记录对AIMD输出(425A)的实时监测并将其显示在通过光纤(404f)进行光通信的示波器(400)上，
其中光源(30L)连接到所述电极单元(6e)的触点，或者
其中所述光极单元(6o)进行以下操作：
发射表示由所述IPG的主发光源(10L)发送的所述光能脉冲的光信号，
其中，如果满足以下条件，则认为所述AIMD具有完整功能：
所述MR测试之前(425Ab)、期间(425Ad)和之后(425Aa)的输出变化在以下范围内：
所述光能脉冲的频率变化不超过±5％，并且
脉冲持续时间的变化不超过±5％，并且
幅度的变化不超过±10％，并且
在所述MR测试之前、期间和之后，占空比(＝开启时间/(开启时间+关闭时间))介于36％与38％之间，并且
在所述MR测试之前和之后没有识别出所述RAM的损坏。
27.根据权利要求26所述的AIMD，其中，
所述光能脉冲的频率变化不超过±1％；和/或
所述脉冲持续时间的变化不超过±1％；和/或
所述幅度的变化不超过±5％。
28.根据权利要求27所述的AIMD，其中，所述幅度的变化不超过±1％。
29.根据权利要求26-28中任一项所述的AIMD，其中，在所述MR测试之前和之后没有识别出ROM的损坏和/或没有意外的系统复位。
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