CN115943319A - 作为与患者通信的手段的mri诱导的神经刺激 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的设备(10)。所述设备包括：至少一个刺激单元(11)，其适于与在所述医学磁共振成像环境中使用的磁刺激分开操作，并且通过施加与在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激不同并且是其代理的电刺激和/或磁刺激来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉；以及至少一个数据处理单元(12)，其适于控制所述至少一个刺激单元施加电刺激和/或磁刺激，其中，至少一个患者刺激阈值被分配给所述电刺激和/或磁刺激；用于使用用于与患者进行通信的刺激的模块。

Description

作为与患者通信的手段的MRI诱导的神经刺激

技术领域

本发明涉及医学成像，并且具体地涉及用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的设备、医学成像系统、用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的计算机实施的方法、以及计算机程序单元。

背景技术

在噪声的情况下，在医学磁共振成像环境中与患者的交互(诸如通信交互)是具有挑战性的，并且其可能需要在医学磁共振成像环境中集成通信模块等。后者可能是困难的，因为在例如磁共振成像(MRI)环境中，要避免这种设备与MRI系统的电磁交互，需要额外的技术措施。除此之外，在计算机断层摄影(CT)成像、正电子发射断层摄影(PET)成像或数字X射线放射测量(DXR)成像中也可能期望与患者的交互。

在医学成像期间与患者的交互可以有用于例如识别患者的镇静状态、患者的重新定位、使焦虑的患者平静下来、给出针对某种呼吸方式的指令、或任何其他种类的指令等。

发明内容

因此，可能需要用于与经历医学成像流程的患者交互的改进手段。本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。

根据第一方面，提供了一种用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的设备。所述设备包括：

-至少一个刺激单元，其适于与在所述医学磁共振成像环境中使用的磁刺激分开操作，并且适于通过施加与在所述医学磁共振成像环境中使用的磁刺激不同并且是其代理(proxy)的电刺激和/或磁刺激来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉，以及

-至少一个数据处理单元，其适于控制所述至少一个刺激单元施加所述电刺激和/或所述磁刺激，至少一个患者刺激阈值被分配给所述电刺激和/或所述磁刺激。

以这种方式，可以在医学磁共振成像环境中的实际检查之前、期间和/或之后特别是针对与在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激的触觉交互和/或通信准备患者和/或对患者进行训练。通过使用至少一个刺激单元作为代理，可以省略如用于在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激的完整设备的额外布置，从而导致相当大的技术和成本节省。此外，患者的准备可以与实际的医学成像检查分开完成，使得医学磁共振成像环境(例如医学成像系统)不必用于患者的准备，而是仅用于其实际的医学成像检查。这增加了医学磁共振成像环境的效率，因为它可以专门用于实际检查。从功能的角度来看，上述设备允许通过提供代理刺激来尽可能相似或相同地在医学磁共振成像环境中再现之后的刺激，以便对患者具有识别效果。

如本文所使用的，准备患者以还可以被理解为对患者进行训练，例如，了解触觉交互和/或通信，和/或使患者熟悉通常未知的这种类型的触觉交互。该准备阶段或训练阶段可以例如在单独的房间中、在单独的时间等中、在医学磁共振成像环境中的实际检查中分开执行，其中，实际检查也可以被称为成像阶段。它也可以在单独的房间、设施等中执行。

如本文所使用的“代理刺激”可以被理解为在其他但也可能也相同的技术手段的情况下生成相当的、相似的或至少几乎相同的刺激，而不必使用在医学磁共振成像环境中使用的实际磁刺激。为了更好的区分，在本文也可以使用术语“代理刺激”和“实际刺激”，即在医学磁共振成像环境中使用的刺激。因此，换句话说，代理刺激可以模拟成像期间的实际刺激。代理刺激和实际刺激的共同之处在于，患者将此感觉为局部触感，例如发痒感或例如位于手臂、胸部或背部的自发轻微肌肉收缩。通过在一个或多个位置处通过刺激诱导单个或多个触觉信号，可以实现一系列交互、指令等。

至少一个代理刺激单元可以例如包括适于生成要例如通过使用患者接口(诸如一组电极等)提供给患者的电脉冲的电脉冲生成器和/或被连接到磁线圈的电脉冲生成器，该磁线圈适于在感应出磁场的磁线圈内生成变化的电流。可选地，至少一个刺激单元可以是便携式设备。可选地，它也可以是电池操作的，使得可以独立于位置执行患者的准备。

如本文所使用的“实际刺激”可以利用外周神经刺激(PNS)的效果。这可以在医学磁共振成像环境中有益地使用，因为已知在MRI成像流程期间施加到磁共振梯度线圈的强电流具有PNS的这种不期望的副作用，其激发患者的感觉和运动神经。患者通常在例如手臂或背部将这感觉为发痒感或自发的轻微肌肉收缩。这种效果通常被认为是不期望的，并且如果在MRI扫描期间完全可能的话，则被避免。标准MRI系统具有三个独立的梯度线圈X、Y、Z，并且每个线圈由串联连接的若干线圈部分组成，使得承载相同电流的所有部分由梯度线圈放大器X、Y、Z之一驱动。可以有意地利用PNS效果来在MRI扫描期间刺激患者，其中，可以利用MRI图像采集单元的部分，并且利用修改可以提供进一步的有益效果。替代地或另外地，可用于刺激患者的专用磁刺激设备可以用作利用例如CT、PET和DXR的正常扫描的额外设备。

以下讨论集中于MRI成像环境，然而，如本文所述的设备、系统和方法在诸如CT、PET和DXR的其他医学磁共振成像环境中具有更广泛的实用性。因此，提供了否则在没有额外设备的情况下将是不实际的与患者的触觉交互，其中，产生了患者的触感。在闭合膛系统(诸如MRI系统)中尤其是这种情况，因为在扫描流程期间没有直接进入膛。在自主成像环境中通常也是这种情况，其中，对于与患者的直接人类交互，存在最少的工作人员或根本不存在工作人员。

在MRI环境中，可能利用MR成像的不期望的PNS副作用作为在扫描器中将触觉通信路径引入到患者的基础。因此，不是试图减少患者感觉到的PNS的量，而是涉及新的MR扫描序列，其以受控的方式有意地诱导患者的PNS。因此，在MRI系统中，用于MRI的梯度线圈的至少一部分可以用于有意磁刺激。为此目的，可以将强电流施加到MR梯度线圈以诱导PNS，使得这些电流的波形与用于MRI的扫描序列的波形交错。用于交错的条件的细节是MR序列设计领域的技术人员已知的，并且在下面的实施例中部分地描述。强电流被用于以预定义空间和时间方式激发患者的感觉和运动神经。时间行为可以由注入电流的波形控制。空间行为可以通过特定线圈的选择来控制，例如利用三个线圈，其中，三个相关联的放大器用于生成三梯度(x、y和z)。注意，甚至可以使用梯度线圈的特定部分，并且其中，单个线圈和放大器可以生成单个梯度，例如x、y或z。因此，可以使用两个线圈与两个放大器来生成双梯度，例如(x，y)或(x，z)或(y，z)。因此，如上所述，患者将此感觉为局部触感，例如发痒感或例如位于手臂或背部的自发轻微肌肉收缩。通过在一个或多个位置处诱导单个或多个触觉信号，可以实现一系列交互。

根据实施例，用作代理的至少一个刺激单元可以具有结构上更简单的设计，和/或可选地，可以比MRI系统中的梯度线圈系统或在其他医学磁共振成像环境中使用的磁刺激单元更具成本效益。换句话说，如果患者可以至少感知到刺激之间的相似性，则用作代理的至少一个刺激单元不一定必须提供与医学磁共振成像环境中相同类型或技术的刺激。因此，在实际医学成像检查之前，可以针对在医学成像检查期间使用的交互使患者很好地准备和/或对患者进行训练，而不必另外为准备阶段提供相同的复杂技术装备。

在实施例中，所述至少一个刺激单元适于通过以下各项中的一项或多项来施加所述电刺激和/或磁刺激：经皮神经电刺激(TENS)、肌肉电刺激或肌电刺激(EMS)和经颅磁刺激(TMS)。

TENS可以广义地理解为使用由设备(即，至少一个刺激单元)产生的电流来刺激神经。为此目的，可以使用两个或更多个皮肤电极，其要被定位在患者的皮肤上。通常，存在可以被刺激的三种不同类别的神经，激活肌肉的那些神经、疼痛神经和热敏神经。这些类别的神经通常在例如其纤维类型、直径(以μm为单位)、传导速度(以m/s为单位)和/或动作峰值的持续时间(以ms为单位)方面彼此不同，其中，至少一个刺激单元是可控的，以根据类型的类别和/或患者要感知的期望感觉来提供不同的刺激。例如，至少一个刺激单元可以适于提供具有可选择参数(诸如脉冲速率和脉冲宽度)的以下TENS技术中的一种或多种：常规TENS，其中，连续施加例如60至200Hz的低强度脉冲；突发或Al-TENS，其中，间隔地施加约1000Hz的高强度脉冲；强TENS，其中，连续施加约200Hz的高强度脉冲；微电流TENS，其中，连续施加约200Hz的极低强度脉冲；干涉TENS，其中，两个或更多个不同频率交叉。

从功能的角度来看，可以选择代理刺激来施加期望的触感，该期望的触感模拟稍后在医学磁共振成像环境中特别是在成像阶段期间施加的实际刺激。此外，可以根据期望的模拟或触感和/或要施加的刺激来选择电极的类型和/或数量。可以选择刺激以便在医学磁共振成像环境中尽可能相似或相同地再现后续刺激，以便对患者具有识别效果。

EMS可以广义地理解为使用电脉冲引起肌肉收缩。至少一个刺激单元可以适于生成这些电脉冲，以通过例如施加到患者的靠近被刺激的肌肉的皮肤的电极来递送。基本上，脉冲模拟通常由中枢神经系统生成的动作电位，从而引起肌肉收缩。

TMS可以广义地理解为非侵入性脑刺激，其中，变化的磁场用于在脑的特定区域处通过电磁感应引起电流。为此目的，至少一个刺激单元可以包括连接到磁线圈的电脉冲生成器，该磁线圈要在操作期间施加到患者的头皮。至少一个刺激单元适于在感应出磁场的线圈内生成变化的电流，其中，该场然后在大脑本身内引起反向电荷的第二电感。

这允许利用技术上简单的手段使患者有效地准备或有效地对患者进行训练，而不必使用在医学磁共振成像环境中使用的实际刺激。

根据实施例，由至少一个刺激单元提供的代理刺激可以用于与患者的触觉通信，并且在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激(即实际刺激)适于提供与至少一个刺激单元的触觉通信的至少类似的触觉通信。

换句话说，由至少一个刺激单元提供的有意刺激是实际有意磁刺激的代理，其中，该代理刺激模拟实际刺激。

这允许利用技术上简单的手段使患者有效地准备或有效地对患者进行训练。

在实施例中，所述至少一个数据处理单元适于控制所述至少一个刺激单元施加高于所分配的至少一个患者刺激阈值的电刺激和/或磁刺激。

这确保患者正确地感知刺激。优选地，电刺激和/或磁刺激被刺激为恰好高于所分配的至少一个患者刺激阈值。术语“恰好高于”是指优选地高于阈值小于10％，更优选地高于阈值小于5％，甚至更优选地高于阈值小于2％，并且最优选地高于阈值小于1％。刺激量越接近高于阈值，患者就越不可能受到电刺激和/或磁刺激的负面影响，所述电刺激和/或磁刺激在高量下可能被感知为不愉快的。

在实施例中，所述至少一个数据处理单元还可以适于经由用户接口提供与代理有意刺激相关联的触觉交互信息数据和/或触觉交互指令数据，以针对基于所述医学磁共振成像环境中的所述检查阶段期间的有意刺激的触觉通信对所述患者进行训练。

例如，该设备还可以包括适于向患者提供上述数据的用户接口，诸如音频接口和/或视觉接口，例如包括扬声器、耳机等、显示器等。触觉交互信息数据和/或触觉交互指令数据可以例如包括通过使用PNS对触觉交互的概念的引入、将例如电极施加和/或重新定位到皮肤的指令、当前施加的刺激的解释等。

通过示例，相关联的代理有意刺激可以单次或多次适用于患者身体的相同或不同部分，以便指示某些类型的信息。该信息还可以是触觉交互信息数据和/或触觉交互指令数据的内容，使得患者可以在该背景下识别或训练触觉交互。

这允许通过提供适当的指令来使训练更有效且患者友好。此外，它允许医学成像中的高度自动化。

根据实施例，所述至少一个数据处理单元还可以适于将与所述代理电刺激和/或磁刺激相关联的所述至少一个患者刺激阈值与分配给在所述医学磁共振成像环境中使用的所述磁刺激的对应阈值相关，并且基于所述相关来提供用于施加所述磁刺激的控制参数。

例如，可以提供查找表、数据库等，其包括考虑至少给定梯度线圈和扫描序列以及可选地例如给定的一组皮肤电极位置的实际刺激和代理刺激的阈值。这些数据可以例如在志愿者或患者的测试群组中收集。至少一个数据处理单元可以适于访问阈值数据并确定相关性。该确定可以基于代理刺激的阈值，其可以在准备阶段期间确定。

这允许仅基于先前准备阶段直接设置实际刺激。

在实施例中，所述至少一个数据处理单元还可以适于控制所述至少一个刺激单元朝向所述至少一个患者刺激阈值逐渐地增加控制参数，并且接收关于所述刺激是否被所述患者感知到的患者反馈，并且基于所述患者的感知来确定所述患者刺激阈值。

例如，控制参数可以是控制至少一个刺激单元的电压、电流等。该控制参数可以逐渐增加直到患者可以感知或感觉到刺激，并且因此阈值可以被确定为至少患者感知到刺激的最小值。可以手动地或电子地捕获患者反馈。可选地，该设备还可以包括电子地接收患者反馈的设备，诸如数据接口。患者可以使用例如手动操作的信号生成器来给出要从设备接收的反馈。可选地，反馈可以由检测单元(诸如相机等)自动捕获，其图像可以由例如设备通过例如图像识别技术来评估，以确定患者的反馈。替代地或另外地，可以通过传感器(诸如皮肤电导(GSR)传感器、EMG传感器、运动传感器等)来确定和/或测量患者的感知。

因此，患者刺激阈值可以被准确地确定，并且可以用于与用于医学磁共振成像环境中的刺激的阈值相关。

根据实施例，所述至少一个数据处理单元还可以适于在所述医学磁共振成像环境中的所述检查期间以与针对所述患者期望的呼吸速率相对应的速率来施加所述代理电刺激和/或所述代理磁刺激。

例如，可以以与用于医学成像的期望呼吸速率匹配的周期性方式将代理刺激施加到某个身体部位，诸如胸部。可以指示患者使其呼吸速率适应代理刺激。

在实施例中，至少一个数据处理单元还可以适于当确定患者的呼吸速率不再在期望范围内时改变代理电刺激和/或磁刺激的强度。

例如，至少一个数据处理单元可以改变控制参数，诸如控制电压或控制电流。

这允许指示患者再次保持期望的呼吸速率。

根据实施例，至少一个患者接口被布置在所述至少一个代理刺激单元与所述患者之间并且适于向所述患者施加所述电刺激和/或磁刺激，所述患者接口被形成为皮肤接触接口、发送器和发射器中的一项或多个项。

例如，患者接口可以包括一组电极，其适于施加到患者的皮肤并通过皮肤接触将代理刺激施加到患者。此外，发送器和/或发射器可以包括至少一个磁线圈，其适于在感应出磁场的磁线圈内生成变化的电流。

在实施例中，所述至少一个数据处理单元还可以适于基于一个或多个电学值的测量结果来确定用于相对于所述患者或在所述患者处定位所述至少一个患者接口的指示符。

例如，测量可以包括电极对之间的电阻的测量。由此，可以在两个特定电极之间确定最低电阻路径。这样的低电阻路径确保最后这两个电极被定位成激活神经-因为已知神经具有比周围组织更低的电阻。

这允许增加刺激阈值确定的可靠性。

根据实施例，患者接口可以包括至少一组电极，其可连接或被连接到至少一个刺激设备并且适于通过接触向患者提供电刺激。

在实施例中，患者接口包括至少一个磁线圈，其可连接或连接到所述至少一个刺激设备，并且适于通过切向地施加到所述患者的颅骨来向所述患者提供所述磁刺激。

根据第二方面，提供了一种医学成像系统。所述系统包括：

-第一设备，其包括：

-至少一个代理刺激单元，所述至少一个代理刺激单元适于与在所述医学磁共振成像环境中使用的磁刺激分开操作，并且适于通过施加与在所述医学磁共振成像环境中使用并且是其代理的磁刺激不同的电刺激和/或磁刺激来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉，

-至少一个第一数据处理单元，所述至少一个第一数据处理单元适于控制所述至少一个代理刺激单元施加所述电刺激和/或磁刺激，至少一个患者刺激阈值被分配给所述电刺激和/或磁刺激；以及

-第二设备，其被应用于所述医学磁共振成像环境，所述第二设备包括：

-磁刺激单元；以及

-至少一个第二数据处理单元，所述至少一个第二数据处理单元适于控制所述磁刺激单元通过将与代理刺激不同的磁刺激施加到所述患者的外周身体部分来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。

以这种方式，可以通过使用代理刺激来训练患者，以了解或熟悉由第二设备施加的实际刺激，即磁刺激。通过使用至少一个刺激单元作为代理，可以省略用于如在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激的完整设备的额外布置，从而导致相当大的技术和成本节省。此外，患者的准备可以与实际的医学成像检查分开完成，使得医学磁共振成像环境(例如医学成像系统)不必用于患者的准备，而是仅用于其实际的医学成像检查。这增加了医学磁共振成像环境的效率，因为它可以专门用于实际检查。从功能的角度来看，上述设备允许通过提供代理刺激来尽可能相似或相同地在医学磁共振成像环境中再现之后的刺激，以便对患者具有识别效果。

例如，第一设备可以被配置为根据如上所述的第一方面的设备。

第二设备可以包括至少一个磁线圈。第一和/或第二数据处理单元可以被配置为控制至少一个磁线圈以预定义空间和/或时间方式向患者提供实际的神经和/或肌肉刺激。

在实施例中，第一和/或第二处理单元被配置为选择至少一个磁刺激线圈中的一个磁刺激线圈的至少一部分，以便以预定义空间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

在实施例中，至少一个磁线圈可以包括多个磁线圈。第一和/或第二处理单元可以被配置为选择多个磁刺激线圈中的一个或多个磁刺激线圈的至少一部分，以便以预定义空间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

在实施例中，第一和/或第二数据处理单元可以适于控制磁刺激单元向患者的多个不同位置提供有意神经和/或肌肉刺激。

在实施例中，第一和/或第二数据处理单元可以适于控制施加到至少一个磁刺激线圈的电流的波形，以便以预定义时间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

在实施例中，第二设备可以包括多个磁刺激线圈驱动放大器，并且至少一个磁线圈包括多个磁刺激线圈。每个磁线圈被配置为由至少一个放大器驱动，其中，每个放大器被配置为仅驱动一个磁线圈，并且其中，处理单元被配置为控制多个放大器以预定义空间和/或时间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

在实施例中，第一磁刺激线圈被配置为由第一放大器驱动，并且第二磁刺激线圈被配置为由第二放大器驱动。在示例中，第三磁刺激线圈被配置为由第三放大器驱动。

以这种方式，一个线圈可以由放大器驱动以提供单个梯度(例如，x梯度)。然而，当一个线圈由一个放大器驱动并且第二线圈由第二放大器驱动时，可以生成两个独立梯度(例如，x，y)。并且，当第三线圈由第三放大器驱动时，可以生成第三独立梯度(x，y，z)。应注意，放大器可以提供因此不需要是梯度的独立磁刺激场(x，y，z)。

在实施例中，第一和/或第二数据处理单元可以被配置为控制磁刺激单元向患者提供有意神经和/或肌肉刺激，以向患者提供信息。

在实施例中，第二设备可以被配置为采集对神经和/或肌肉刺激的至少一个患者响应。

根据实施例，可以基于所述至少一个刺激单元的至少一个患者刺激阈值来控制所述磁刺激单元。

如上面关于第一方面所描述的，可以执行由至少一个刺激单元提供的代理刺激的阈值与磁刺激单元的阈值之间的相关和/或转换。

在另外的实施例中，该设备包括用于控制磁刺激单元的控制器。

在实施例中，可以基于所述至少一个患者刺激阈值来控制所述磁刺激单元执行校准扫描，并且接收关于所述磁刺激单元的所述磁刺激是否被所述患者感知到的患者反馈。

例如，校准扫描可以在患者已经位于医学磁共振成像环境中(例如，在膛中)时然而在实际成像阶段(例如，实际扫描序列)被发起以确认已经在准备阶段期间确定的阈值对于交互目的确实是有效的(即，对于患者是感知的)之前被发起。

可选地，在特定患者的先前医学成像流程的情况下，可以从用转换参数(从代理刺激到实际刺激)更新的患者简档中检索患者特异性校准文件。

根据实施例，所述第一设备和所述第二设备可以操作地被连接到彼此，并且基于在所述准备阶段期间收集的监测数据来控制所述磁刺激单元。

监测数据可以例如包括关于患者可以多好地执行特定交互的观察。基于该观察，可以确定例如增加的强度水平的刺激或更快的序列或增加数量的刺激是否可以支持成像序列以规划优化的成像序列。改进与患者的交互。可选地，从代理刺激设备提供给医学成像系统的监测数据可以指示患者可能在何处具有检测或识别刺激的问题，该指示可以用于在实际医学成像(即，医学成像阶段)期间增加刺激。因此，可以避免医学成像阶段的停止，并且因此使得医学成像流程能够更有效。

根据第三方面，提供了一种用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的计算机实施的方法。所述方法包括以下步骤：

-在所述医学磁共振成像环境中执行的检查阶段之前的所述患者的准备阶段期间，通过施加与在所述医学磁共振成像环境中使用的磁刺激不同的电效应和/或磁效应作为其代理来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉，并且

-在所述医学磁共振成像环境中执行的所述检查阶段期间，通过将代理磁刺激施加到所述患者的外周身体部分来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。

所述方法可以优选地通过使用根据第一方面的设备和/或通过使用根据第二方面的系统来执行。

根据第四方面，提供了一种计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理器运行时被配置为执行第三方面的方法，和/或控制根据第二方面的系统，和/或控制根据第一方面的设备。

根据第五方面，提供了一种计算机可读存储或传输介质，所述计算机可读存储或传输介质已经存储或承载根据第四方面的计算机程序单元。

应注意，上述实施例可以彼此组合，而不考虑所涉及的方面。因此，该方法可以与其他方面的设备和/或系统的结构特征组合，并且同样地，该设备和系统可以与彼此的特征组合，并且还可以与上面关于该方法描述的特征组合。

参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并且得到阐述。

附图说明

将在以下附图中描述本发明的示例性实施例。

图1以示意性框图示出了根据实施例的用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的设备。

图2以示意性框图示出了根据实施例的医学成像系统。

图3以示意性框图示出了根据实施例的用于向患者提供磁刺激的设备。

图4示出了根据实施例的用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的方法的流程图。

附图标记列表：

100 医学成像系统

10 设备

11刺激单元

12 数据处理单元

13 用户接口

14 患者接口

20 设备

21 磁刺激单元

22 数据处理单元

23 传感器设备

24 磁刺激线圈

25 磁刺激线圈驱动放大器

具体实施方式

图1以示意性框图示出了根据实施例的用于准备患者以进行在医学磁共振成像环境中执行的检查(即，医学成像程序)的设备10。

对于该描述，医学磁共振成像环境可以与准备环境区分开，其中，两个环境至少在功能上并且还可能在物理上彼此分开，例如容纳在单独的房间和/或设施中。准备环境用于在成像部分中执行的成像阶段之前执行准备阶段。

如本文所述的设备10分别专门应用于准备阶段或准备环境。它用作医学磁共振成像环境的至少一个功能和/或结构部分的代理，如下面将更详细地描述的。

设备10包括至少一个刺激单元11，在下文中称为代理刺激单元11。代理刺激单元11适于与在成像阶段期间在医学磁共振成像环境中施加的磁刺激(下文中称为实际刺激)分开操作。代理刺激单元11适于通过施加与在医学磁共振成像环境中施加的磁刺激不同并且是其代理的电刺激和/或磁刺激(下文中称为代理刺激)来有意地刺激患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。为此目的，代理刺激单元11例如包括适于生成要例如通过使用患者接口(诸如一组电极等)提供给患者的电脉冲的电脉冲生成器。替代地或另外地，代理刺激单元11例如包括连接到磁线圈的电脉冲生成器，该磁线圈适于在感应出磁场的磁线圈内生成变化的电流。

代理刺激单元11和/或由其包括的电脉冲生成器适于通过以下各项中的一项或多项来施加电刺激和/或磁刺激：经皮神经电刺激(TENS)、肌肉电刺激(EMS)和经颅磁刺激(TMS)。

此外，设备10包括至少一个数据处理单元12，该至少一个数据处理单元12适于控制至少一个刺激单元施加电刺激和/或磁刺激，至少一个患者刺激阈值被分配给所述电刺激和/或磁刺激。数据处理单元12例如是微处理器等，并且包括处理器、存储器、数据接口、通信接口等中的一项或多项。

可选地，设备10可以是便携式设备，并且可以可选地是电池操作的。

从功能角度来看，由代理刺激单元11提供的代理刺激可以用于与患者的触觉通信和/或交互，并且在医学磁共振成像环境中施加的磁刺激适于提供至少与代理刺激单元的触觉通信和/或交互类似的触觉通信和/或交互，使得患者可以识别用于准备阶段和成像阶段两者的至少类似的刺激。

可选地，数据处理单元12还可以适于经由用户接口13提供与代理有意刺激相关联的触觉交互信息数据和/或触觉交互指令数据，以针对基于医学磁共振成像环境中的检查阶段期间的有意刺激的触觉通信对患者进行训练。例如，用户接口13可以包括以下各项中的一项或多项：向患者提供音频指令的音频接口(诸如扬声器、耳机等)、向患者提供视觉指令的视觉接口(诸如显示器、视频屏幕等)。例如，触觉交互信息数据和/或触觉交互指令数据可以用于指示或通知患者在准备阶段期间可以施加到患者的不同代理刺激和/或指令的含义，以便训练患者识别分配给特定指令的特定代理刺激。

可选地，数据处理单元12还可以适于将与电代理刺激和/或磁代理刺激相关联的至少一个患者刺激阈值(即，第一患者刺激阈值)与分配给在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激的对应阈值(即，第二患者刺激阈值)相关，并且基于该相关来提供用于施加磁刺激的控制参数。例如，控制参数可以包括控制电压、控制电流等。

可选地，数据处理单元12还可以适于控制至少一个刺激单元11朝向至少一个患者刺激阈值来逐渐地增加控制参数，并且接收关于刺激是否被患者感知到的患者反馈，并且基于患者的感知来确定患者刺激阈值。例如，控制参数(例如，控制电压)可以逐渐地增加，直到患者感知到刺激效应。然后可以将该控制参数设置为具有可选额外裕度的患者刺激阈值。

可选地，数据处理单元12还可以适于在医学磁共振成像环境中的检查期间以与患者期望的呼吸速率相对应的速率施加电和/或磁代理刺激。

可选地，设备10包括至少一个患者接口14，该至少一个患者接口14操作地和/或在功能上被布置在代理刺激单元11与患者之间，并且适于向患者施加电刺激和/或磁刺激。患者接口14可以形成为皮肤接触接口、发送器和发射器中的一项或多项。例如，患者接口14可以包括适于施加到患者的皮肤并通过皮肤接触将代理刺激施加到患者的一组电极。此外，发送器和/或发射器可以包括至少一个磁线圈，该至少一个磁线圈适于在感应出磁场的磁线圈内生成变化的电流。

可选地，数据处理单元12还可以适于基于一个或多个电学值的测量结果来确定用于相对于患者或在患者处定位至少一个患者接口的指示符。例如，测量结果可以包括用作患者接口14的电极对之间的电阻的测量结果。由此，可以在两个特定电极之间确定最低电阻路径。这样的低电阻路径确保最后这两个电极被定位成激活神经-因为已知神经具有比周围组织更低的电阻。

图2示出了医学成像系统100。例如，医学成像系统100可以是磁共振成像(MRI)系统；计算机断层摄影(CT)系统、正电子发射断层摄影(PET)系统、数字X射线放射测量(DXR)系统或任何其他医学图像系统。应当注意，医学成像系统包括适合于执行上述技术的合适的图像采集单元。

如本文所述，医学成像系统100包括医学磁共振成像环境和准备环境两者。

因此，医学成像系统100包括可以形成为如上所述的设备10的第一设备。因此，设备10包括至少一个代理刺激单元11，该至少一个代理刺激单元11适于与在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激分开操作，并且适于通过施加与在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激不同并且是其代理的电和/或磁代理刺激来有意地刺激患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。如上所述，设备10还包括至少一个第一数据处理单元12，该至少一个第一数据处理单元12适于控制至少一个代理刺激单元11施加电刺激和/或磁刺激，至少一个患者刺激阈值被分配给所述电刺激和/或磁刺激。

医学成像系统100还包括医学磁共振成像环境的第二设备20。第二设备20分别专门应用于准备阶段或准备环境200。第二设备20包括至少一个磁刺激单元21和至少一个第二数据处理单元22，该至少一个第二数据处理单元22适于控制磁刺激单元11通过将与代理刺激不同的磁刺激施加到患者的外周身体部分来有意地刺激患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。

可选地，基于代理刺激单元11的至少一个患者刺激阈值来控制磁刺激单元21。

可选地，基于至少一个患者刺激阈值来控制磁刺激单元21执行校准扫描，并且接收关于患者是否感知到磁刺激单元21的磁刺激的患者反馈。

可选地，第一设备10和第二设备20操作地连接到彼此，并且基于在准备阶段期间收集的监测数据来控制磁刺激单元21。

图3以示意性框图示出了包括磁刺激单元21和第二数据处理单元22的第二设备20的示例。数据处理单元22被配置为控制磁刺激单元向患者的外周身体部分提供有意神经和/或肌肉刺激。

可选地，第二设备20包括至少一个传感器设备23，其被配置为采集对神经和/或肌肉刺激的至少一个响应。例如，至少一个传感器设备23包括：相机、EMG传感器、移动传感器、倾斜传感器、加速度计、麦克风，并且当在图像采集模式下操作时，至少一个传感器设备可以是磁共振图像采集单元本身。

可选地，外周身体部分包括腿的一部分、脚的一部分、手臂的一部分、手的一部分。

可选地，外周身体部分意指除了头部之外的身体的任何部分，并且例如包括背部/脊柱。

可选地，第二数据处理单元22被配置为实施特定指令集以向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

可选地，第二设备20包括至少一个磁刺激线圈24。处理单元被配置为控制至少一个磁刺激线圈以预定义空间和/或时间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

可选地，至少一个磁刺激线圈24是磁共振图像采集单元的一部分。

可选地，至少一个磁刺激线圈424包括至少一个梯度线圈。

可选地，第二数据处理单元22被配置为选择至少一个磁刺激线圈24的一个磁刺激线圈的至少一个部分，以便以预定义空间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

可选地，至少一个磁刺激线圈24包括多个磁刺激线圈。第二数据处理单元22被配置为选择多个磁刺激线圈中的一个或多个磁刺激线圈的至少一部分，以便以预定义空间和/或时间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。还可选地，第二设备20包括至少一个或多个磁刺激线圈驱动放大器25，并且至少一个磁刺激线圈包括多个磁刺激线圈。每个磁刺激线圈被配置为由至少一个放大器25驱动，其中，每个放大器25被配置为仅驱动一个磁刺激线圈，并且其中，处理单元被配置为控制多个放大器以预定义空间和/或时间方式向患者提供有意神经和/或肌肉刺激。

可选地，至少一个磁刺激线圈由MRI单元或系统的至少一个梯度线圈表示。

可选地，对磁刺激线圈的提及可以是指MRI单元或系统的梯度线圈的一部分。

参考示出了流程图的图4，下面将描述用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的计算机实施的方法。

在步骤S1中，在所述医学磁共振成像环境中执行的检查阶段之前的所述患者的准备阶段期间，通过施加与在医学磁共振成像环境中使用的磁刺激不同的电效应和/或磁效应作为其代理来对患者的外周身体部分的神经和/或肌肉执行有意刺激。

在步骤S2中，在医学磁共振成像环境中执行的检查阶段期间，通过将磁刺激施加到患者的外周身体部分来对患者的外周身体部分的神经和/或肌肉有意地执行磁刺激。

注意，步骤S1和S2的神经和/或肌肉可以彼此相符，或可以在患者身体的相同区域中。

如本领域技术人员将意识到的，以下详细实施例提供了关于可以如何实现设备10、医学成像系统100和用于准备患者的方法的进一步细节。

实施例1：在视听介绍期间通过肌电刺激模拟PNS交互

患者通常在实际检查(即成像阶段)之前进入准备区域或房间，在准备区域或房间中可以执行准备阶段。特别是在自主设置中，可能存在扩展的患者准备，其已经包括对MR检查的接下来步骤的一些视听介绍。

在至少一些实施例中，可以通过利用PNS将患者引入到触觉交互的概念，并且在该训练期间使用由代理刺激单元提供的电刺激和/或磁刺激来模拟它。

在至少一些实施例中，可以使用如在用于肌肉的EMS训练设备中执行的使用皮肤电极的直接电流电刺激。为此目的，电极可以在准备阶段期间临时附接，或可以集成在椅子或患者支撑件中。优选地，电极采取贴片的形式。这种贴片采取电极的矩阵的形式。在操作中，可以测量电极对中的每个之间的电阻，并且确定两个特定电极之间的最低电阻路径。这样的低电阻路径指示最后这两个电极被最佳地定位以激活神经-因为已知神经具有比周围组织更低的电阻。使用这种方法还可以增加刺激阈值确定的可靠性，如下面的实施例4中所描述的。

实施例2：ECG电极的使用

如果准备患者以在医学磁共振成像环境中进行心脏触发扫描，则心电图(ECG)电极通常被施加到患者的胸部以用于在成像阶段(即扫描)期间触发并连接到ECG接收放大器系统。在至少一些实施例中，这些电极在准备阶段期间已经施加到患者，其中，电子器件被连接到代理刺激单元11，代理刺激单元11可以包括可以部署波形以用于提供电刺激(诸如EMS)的发送放大器。

实施例3：通过经颅磁刺激(TMS)模拟PNS交互

经颅磁刺激(TMS)可以用于通过使用施加到颅骨的磁线圈来产生类似于PNS的肌肉活动或感觉，从而诱导皮质的相应脑组织中的活动。施加在头骨处或患者身体的另一部分上的TMS可以用于代替EMS来模拟PNS，如上面的实施例1中所描述的。

实施例4：患者刺激阈值的适配

实际患者刺激阈值和代理患者刺激阈值可以跨患者而广泛变化。然而，预期两种类型的患者刺激阈值对于特定患者是相关联的，因为代理刺激和实际刺激两者都是由作用在运动神经和感觉神经上的电场引起的。可以看出实际刺激与代理刺激之间的主要差异，其中，在后一种情况下，在没有任何电流接触而是通过快速改变磁场的情况下感应出该场。

在至少一些实施例中，数据处理单元12适于通过例如合适的计算机程序来将针对医学磁共振成像环境中的给定梯度线圈和给定成像扫描序列以及可选地针对给定的一组电极位置的实际刺激阈值和代理刺激阈值相关，该数据可以例如从志愿者或患者的测试群组导出。

可选地，对于给定患者，可以在准备阶段期间通过逐渐增加所施加的控制参数(例如，控制电压或电流)直到患者感知到(例如，可以感觉到)代理刺激来确定一个或多个个体代理刺激阈值。然后可以使用实际刺激阈值和代理刺激阈值的上述相关来将所确定的代理刺激阈值转换成在医学磁共振成像环境中的成像阶段期间应用于触觉交互的PNS序列中使用的合适梯度电流。

可选地，如上面描述的那样确定的代理刺激阈值可以用于控制医学磁共振成像环境中的(单个)PNS诱导扫描。该扫描(其也可以被称为校准扫描)可以在患者处于医学磁共振成像环境中(例如，在膛中)时但是在实际扫描序列(即，实际成像阶段)被发起以确认所评估的阈值对于交互目的确实是有效的之前被发起。

在分配给特定患者的先前成像流程的情况下，可以从用转换参数(从代理刺激阈值到实际刺激阈值)更新的患者简档中检索患者特异性校准文件。

可选地，用于测量该转换参数的专用设备可以用于准备阶段，其中，该设备可以适于生成磁场和PNS序列，其中，该设备不必是功能性MRI扫描仪，而是具有更简单的结构设计。

实施例5：作为呼吸引导的用于特定目的的训练

可以训练患者以便识别单次或多次施加到身体的相同或不同部分的实际刺激(即PNS)将指示某些类型的信息。

通过示例，可以训练患者，PNS用于充当刺激以在MR扫描期间引导呼吸，而不必物理地触摸患者或根据音频命令对他说话。优选地，代理刺激训练可以以患者的期望呼吸速率以周期性方式多次施加到患者的胸部。还可选地，可以改变代理刺激的强度以向患者指示他们不再适当地遵守呼吸引导。

患者可以多好地执行特定序列以及对代理刺激的改变的强度的患者反应可以如何提供关于更快的序列或增加数量的刺激是否支持成像序列的信息的观察可以用于针对优化的成像序列进行规划。从代理设备到实际医学成像系统的通信还可以指示患者可能在何处具有检测或识别刺激的问题，其使得能够在成像序列期间重新触发刺激而不停止，这使得整个过程更有效。

如本文所述的完整工作流程(包括患者概况分析和设置每个患者类型的正确系统参数)可以经由人工智能(AI)、学习算法来优化，以识别和估计成功率，并且还识别哪组患者将可能在所应用的方法的情况下具有问题。然后，这些患者可以直接由其他方法和支持人员支持，这总体上导致更有效的过程。

实施例6：改进医学磁共振成像环境中经由PNS的校准和通信

在准备或训练阶段之后，将患者移动到医学磁共振成像环境，例如医学成像系统，并且可以执行校准扫描。在一些情况下，在准备或训练阶段期间的代理刺激可能不能很好地表示在医学磁共振成像环境中诱导的实际刺激，因为个体实际刺激(即，PNS通信信号)取决于人体的个体形状。校准扫描允许患者适应于实际刺激，即真实情况。可选地，可以使用生命体征信号(例如，RF导频音、RADAR、US或VitalEye基础设施)来支持校准扫描。PNS的指示符是与梯度波形相关的运动、患者(眼睛、面部、身体)的突然反应。生命体征信号包含所有患者运动。由PNS造成的那些将与MR扫描器梯度诱导的PNS精确相关。因此，生命体征信号与梯度时间模式的相关性将给出PNS是否正在发生的清楚指示。信号可以由给患者的另一光学通信信号表示。

为了校准，医学成像系统可以适于在扫描之前发送几个测试梯度脉冲，直到最强/最快的编程梯度上升，以便估计是否以及何时将发生PNS，并且如果校准符合由外部刺激表示的计算参数，则患者可以接受。

在校准过程期间，PNS通信信号和视觉或声学刺激的组合可以进一步改进和优化训练过程。例如，可以在视觉上示出PNS水平，使得患者可以学习和适应甚至弱的PNS信号并对其做出反应。使用该额外信息可以进一步改进(通过例如反馈回路)PNS通信信号的校准。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或一种计算机程序单元，其特征在于被配置为在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在数据处理单元上，其也可以是实施例的部分。该数据处理单元可以被配置为执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以被配置为操作以上描述的设备和/或系统的部件。所述计算单元能够被配置为自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器由此可以被装备为执行根据实施例之一的方法。

此外，所述计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。

根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM、USB棒等，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面部分描述。

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提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。

然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。

应该指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的设备(10)，包括：

-至少一个刺激单元(11)，其适于与来自在所述医学磁共振成像环境中使用的医学共振成像单元的磁刺激分开操作，并且适于通过施加与在所述医学磁共振成像环境中使用的所述磁刺激不同并且是所述磁刺激的代理的电刺激和/或磁刺激来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉，并且其中，通过所述至少一个刺激单元进行的有意刺激被用于进行与所述患者的触觉通信，以及

-至少一个数据处理单元(12)，其适于控制所述至少一个刺激单元施加所述电刺激和/或所述磁刺激，其中，至少一个患者刺激阈值被分配给所述电刺激和/或所述磁刺激；并且

其中，通过所述至少一个刺激单元(11)进行的所述有意刺激被用于进行与所述患者的触觉通信，并且在所述医学磁共振成像环境中使用的所述磁刺激适于提供与所述至少一个刺激单元的触觉通信至少类似的触觉通信。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个刺激单元(11)适于通过以下各项中的一项或多项来施加所述电刺激和/或所述磁刺激：

-经皮神经电刺激TENS，

-肌肉电刺激EMS，以及

-经颅磁刺激TMS。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述至少一个数据处理单元(12)适于控制所述至少一个刺激单元施加高于所分配的至少一个患者刺激阈值的所述电刺激和/或所述磁刺激。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个数据处理单元(12)还适于经由用户接口提供与所述代理有意刺激相关联的触觉交互信息数据和/或触觉交互指令数据，以针对基于所述医学磁共振成像环境中的检查阶段期间的有意刺激的触觉通信对所述患者进行训练。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个数据处理单元(12)还适于将与所述代理电刺激和/或所述代理磁刺激相关联的所述至少一个患者刺激阈值与被分配给在所述医学磁共振成像环境中使用的所述磁刺激的对应阈值进行相关，并且基于所述相关来提供用于施加所述磁刺激的控制参数。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个数据处理单元(12)还适于控制所述至少一个刺激单元(11)朝向所述至少一个患者刺激阈值逐渐地增加控制参数，并且接收关于所述刺激是否被所述患者感知到的患者反馈，并且基于所述患者的感知来确定所述患者刺激阈值。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个数据处理单元(11)还适于在所述医学磁共振成像环境中的所述检查期间以与针对所述患者期望的呼吸速率相对应的速率来施加所述代理电刺激和/或所述代理磁刺激。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括：

至少一个患者接口，其被布置在所述至少一个代理刺激单元与所述患者之间并且适于向所述患者施加所述电刺激和/或所述磁刺激，所述患者接口被形成为皮肤接触接口、发送器和发射器中的一项或多项。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个数据处理单元还适于基于一个或多个电学值的测量结果来确定用于相对于所述患者或在所述患者处定位所述至少一个患者接口的指示符。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的医学成像系统(200)，还包括：

-所述医学磁共振成像环境的第二设备(20)，所述第二设备(20)包括：

-磁刺激单元(21)；以及

-至少一个第二数据处理单元(22)，其适于控制所述磁刺激单元(21)通过将与所述代理刺激不同的磁刺激施加到所述患者的外周身体部分来有意地刺激所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。

11.根据权利要求10所述的医学成像系统，还包括控制器，所述控制器适于基于所述至少一个代理刺激单元(11)的至少一个患者刺激阈值来控制所述磁刺激单元(21)。

12.根据权利要求10或11所述的医学成像系统，其中，所述控制器还适于基于所述至少一个患者刺激阈值来控制所述磁刺激单元(21)执行校准扫描，并且接收关于所述磁刺激单元的所述磁刺激是否被所述患者感知到的患者反馈。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述第一设备(10)和所述第二设备(20)操作地连接到彼此，并且所述控制器适于基于在所述准备阶段期间收集的监测数据来控制所述磁刺激单元(11)。

14.一种用于准备患者以在医学磁共振成像环境中进行检查的计算机实施的方法，包括以下步骤：

-使得刺激单元在所述医学磁共振成像环境中执行的检查阶段之前的所述患者的准备阶段期间，通过施加与在所述医学磁共振成像环境中使用的磁刺激不同的电效应和/或磁效应作为所述磁刺激的代理来有意地刺激(S1)所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉，并且

-使得刺激单元在所述医学磁共振成像环境中执行的所述检查阶段期间，通过将与所述代理磁刺激不同的磁刺激施加到所述患者的外周身体部分来有意地刺激(S2)所述患者的外周身体部分的神经和/或肌肉。

15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品当由处理器运行时使得执行根据权利要求14所述的方法，和/或控制根据权利要求10所述的系统，和/或控制根据权利要求1所述的设备。

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