自主成像中的经皮镇静剂释放控制

摘要

本发明涉及用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统和方法。在成像流程期间检测患者的镇静水平。计算施加于患者以维持一定程度的镇静的镇静剂的量。此外，计算针对释放镇静剂的量的时间。所计算的镇静剂的量在所计算的时间被经皮释放给患者。

说明书

技术领域

本发明涉及用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统，以及用于在对象的成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的方法。

背景技术

当患者感到焦虑或者有必要确保获取的图像具有诊断质量时，例如在儿科检查中，在医学图像检查之前或期间施用镇静剂。此外，一些成像方法(例如特殊的磁共振成像序列)依赖于较长的图像采集时间，这承受着患者移动的风险，从而导致图像质量下降。通过增加镇静药物的剂量或在扫描之前或期间给予额外的团剂，可以降低患者在图像采集期间移动的可能性。然而，这增加了患者并发症的风险并且在经济上是不利的。一般而言，仅期望在观察到镇静水平已降至成功完成下一次扫描所需的水平之下的情况下给予更多的镇静药物。

与磁共振成像有关的一个问题是以下事实，由于患者正好位于磁体膛的中心，因此难以从扫描室外部对患者进行评估。在自主成像期间，特别是在自主成像期间，具有一种无需接近患者即可施用更多镇静剂的方法是有益的。然而，静脉内镇静剂施予是非常突兀的并且自主进行是危险的，而口服镇静剂在成像过程中并且没有人为操作是不切实际的。特别地，当患者在扫描器的膛中时，期望重复地向患者释放相对较小剂量的镇静剂。

由于这些原因，具有不受到上述缺点的影响的用于将镇静剂应用于定位于医学成像系统中的患者的系统将是有利的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改进的性能的用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统。

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。

所描述的实施例类似地涉及用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统，以及用于在对象的成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的方法。协同效应可能来自实施例的不同组合，但是它们可能没有被详细描述。

此外，应当注意，本发明的所有关于方法的实施例都可以按照所描述的步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法的步骤的唯一和必要的顺序。在不背离相应的方法实施例的情况下，本文提出的方法可以以所公开的步骤的另一顺序来执行，除非在下文中明确地提及相反的教导。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统。所述系统被配置用于检测对象的镇静水平，并计算要经皮释放到对象的镇静剂的量。所述系统还被配置为计算用于经皮向对象释放镇静剂的量的时间，并且在所计算的时间经皮向所述对象释放所计算的量的镇静剂。

本发明提出了一种用于在成像流程期间的镇静剂的受控的经皮释放的系统。成像流程可以至少部分地自动化。镇静剂被经皮应用于患者，这导致镇静剂以无创且易于定剂量的方式通过皮肤掺入。此外，可以在不引起患者移动的情况下施用镇静剂，这提高了成像质量，因为可以在患者可能在医疗扫描器内部并且在执行成像过程期间施用镇静剂。因此，所述系统被配置用于在成像设备中检测患者的镇静水平。所述系统计算必须施用给患者以达到期望镇静水平的镇静剂的量。所述系统还计算用于将镇静剂的所述量应用于患者的时间。镇静剂的所计算的量还在所计算的时间由系统经皮施用于患者。优选地，所述系统可以是完全自动化的，使得其执行以下步骤：检测镇静水平、计算镇静剂的量和应用镇静剂的时间、以及在自动化流程中将镇静剂经皮施用于患者，而无需用户的干预。替代地，所述系统可以执行部分步骤或逐部分执行步骤，而系统的用户可以提供该方法的额外步骤。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置用于通过将检测到的镇静水平与镇静水平的设定值进行比较来计算镇静剂的量。

可以将检测到的镇静水平与该特定成像过程和/或该相应患者所需的镇静水平设定值进行比较，以便接收高质量图像。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置用于通过考虑诸如镇静剂的类型、对象的数据、成像流程的类型和/或镇静的目的等变量来计算镇静剂的量。

获得镇静水平的设定值所必需的镇静剂的量以及释放镇静剂的时间可以进一步取决于要执行的成像流程的类型和镇静的目的。此外，患者的状况可能对期望的镇静水平产生影响，例如像他的焦虑、年龄、性别、体重或该患者的最近测量值。还必须考虑镇静剂的类型。

在本发明的一个实施例中，所述系统包括被配置用于通过机器学习方法来计算镇静剂的量的人工智能模块。

所述系统可以包括人工智能模块，所述人工智能模块被配置为计算要应用的镇静剂的时间和量。所述人工智能模块可以使用机器学习方法进行训练，以确定正确应用镇静剂的时间和量。作为用于训练人工智能模块的训练数据，可以使用多个患者的数据，以测量、响应和决定递送镇静剂的量的正确时间。受控的递送可以导致某种标准处方，其可以链接到特定人群。处方信息可以与以前的患者数据进行双重检查，以获得具有低患者风险的可靠流程。为了评估先前患者的这些数据，可以使用人工智能模块。

用于计算镇静剂剂量的人工智能模块的自变量可以包括镇静剂类型、包括年龄、性别和/或健康状况的患者概况、镇静目的和镇静水平。这些值可以通过机器学习模型传递，以预测因变量。因变量可以是剂量和持续时间的模式，或镇静剂的应用量和时间。可以以规律的间隔根据模型结果来检查患者测量的镇静水平。该自适应系统还可以针对特定患者的方法的适用性给出反馈，所述反馈可以用作人工智能模块进一步学习过程的输入。

可以使用标签编码或频率率等技术将自变量的分类类型的值转换为数值。这包括针对患者镇静水平的持续监测并且具有反馈的系统。可以测量经皮递送的特定反应并将其与预期反应相关联。示例学习模型可以包括多项式回归，或用于训练模型的基于神经网络的回归。可以遵循自适应学习方法以使学习过程连续并使用最新的可用数据来重新训练模型。通过反馈和监控方法，自适应学习是可能的。自适应学习的一种方法是交错的测试然后训练。可以计算预测误差的平均值以向系统提供反馈。这有助于改进测量、响应和决定递送剂量的正确时间的过程。

在本发明的实施例中，所述系统被配置用于在对象成像期间重复地检测镇静水平，计算镇静剂的量，计算释放镇静剂的时间，以及在所计算的时间将计算的镇静剂的量经皮释放给对象。

所述系统被配置为在成像流程期间连续迭代地执行镇静水平的检测、对镇静水平的时间和量的计算以及对镇静剂的应用。因此，可以可靠地获得镇静水平的设定值，而没有对患者施加过高或过低剂量的镇静剂的风险。通过对镇静水平的连续测量和要应用的镇静剂的量的确定，可以将镇静剂小部分甚至连续地应用到患者身上，从而降低剂量过多或不足的风险。

在本发明的一个实施例中，计算用于释放镇静剂的量的时间包括确定将镇静剂经皮释放到对象的开始时间、停止时间和持续时间。

计算释放镇静剂的量的时间可以包括计算释放镇静剂的开始时间、停止时间和/或持续时间。然而，结合要释放的已知量的镇静剂，还可以计算随时间连续释放的镇静剂的速率。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置用于监测经皮释放到对象的镇静剂的量。

在本发明的该实施例中，可以测量经皮释放给患者的镇静剂的量。由于由对象对镇静剂的摄取可能受到限制并且镇静剂的递送可能不够有效，因此优选监测已经经皮进入对象的镇静剂的量。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置用于检测与镇静剂一起释放的造影剂，从而监测经皮释放到对象的镇静剂的量。

造影剂可以与镇静剂一起释放。对象可以以与镇静剂相同或相似的程度摄入造影剂。因此，造影剂的监测可用于监测经皮释放到对象并已成功通过皮肤进入对象身体的镇静剂的量。例如，可以通过诸如磁共振成像、计算机断层摄影、正电子发射断层摄影或超声测量系统的医学成像系统来执行对造影剂的监测。

评估实际剂量的其他方法可以是将传感器应用于递送设备以建立例如通过流量传感器或压力传感器等从微针流出的流量。可以使用阻抗传感器或用于评估在离子电渗传感器的储存器中是否存在药物或试剂的传感器。此外，可以检测喷墨打印头的堵塞。

此外，如果已将造影剂添加到镇静剂中，以通过成像(或实际上用于评估实际剂量的任何其他方法)确认甚至定量测量实际输送到体内的情况，则可以补偿来自模型的所需剂量与实际测量的剂量之间的任何偏差。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置用于利用包括以下项的组中的一项来释放镇静剂的量：微针阵列、离子电渗疗法和镇静剂的高速喷射。

可以使用微针阵列将镇静剂经皮释放到对象。应用于对象的皮肤的微针阵列可以实现对例如高效镇静剂的精确控制。微针可以具有小于0.1毫米的直径和小于0.1毫米的长度。因此，它的长度可能刚好足以穿经皮肤的外层。优选地，可以使用中空微针，但也可以使用固体的、溶解的和/或水凝胶形成的微针。可以提供阵列的微针的特定图案，使得微针图案改进了对提供至真皮的屏障的克服和/或使得特定图案可以允许避免接近真皮的末端的特定疼痛神经。此外，特定图案可以基于将放置微针阵列的患者的解剖结构，或者它可以基于扫描的类型或模态。进一步地，镇静剂和/或造影剂可以通过微针的特定图案或微针阵列中的特定针进行注射，镇静剂和/或造影剂的质量和数量可以由医学成像系统确定，所述医学成像系统对微针阵列和/或释放的镇静剂和造影剂进行成像。

镇静剂也可以通过离子电渗疗法经皮释放给对象。离子电渗疗法可以使用镇静剂的电荷来加速或移动镇静剂通过对象皮肤的至少外层。离子电渗疗法是一种在两个电极之间施加小电流的方法，两个电极之间以几厘米的间距连接到皮肤上。在一个电极上提供优选的离子化镇静剂，例如以凝胶的形式，而在另一个电极上提供对立离子的源。电流使镇静剂和抗衡离子流过表皮和真皮，在那里可以将一定量的药物输送到血管中。这种方法的优点是基本上可以通过控制电流来控制剂量，从而可以执行镇静剂施予的连续调整。

此外，镇静剂可以以相对于皮肤较高的镇静剂速度施用于对象，从而可以使用镇静剂的速度来克服至少皮肤的外层。为了通过相对于皮肤表面的相对运动释放镇静剂，例如可以使用喷嘴或打印头，其可以类似于喷墨打印机的打印头。由于可以将高速喷射泵连接到管状储液器的出口端，因此每次注射只能将少量药物输送到患者体内，并且可以降低流体注射速度而不会破坏患者皮肤。因此，可以增强患者的移动性和舒适度。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置用于应用药物渗透增强方法，从而提高对象对经皮释放的镇静剂的吸收。

渗透增强方法可用于改善镇静剂至少通过皮肤外层的经皮递送。

渗透促进剂可以是醇类、亚砜类、偶氮类等。它们可以与凝胶结合，包括半固体载体，例如微乳液凝胶作为渗透增强剂。

超声设备的局部应用可以在皮肤中提供热效应，从而通过增加皮肤元素之间的间隙来松动屏障，这可以在成像过程中改善经皮释放的镇静剂通过皮肤的递送。

此外，射频消融可用作穿透增强方法，其使用像电极或表面天线一样的细针直接放置在皮肤上。可以施加高频交流电，在皮肤的角质层中产生微观通路。这种经皮递送方法能够递送多种药物和大分子。局部电极或天线可以与凝胶状药物作为一次性设备生产。

另一种方法是机械摩擦或胶带剥离以去除角质层以提供经皮递送的通路。可以实现与镇静药物递送相组合的旋转表面等局部机械设备。诸如皮肤参数、pH值、经皮水分流失或去除力的参数可以由传感器(如相机、LED/UV光收发器和/或其他监测设备)监测。这样的设备可以作为射频或超声消融系统的附加或替代使用。

进一步的方法可以通过局部共振磁共振成像电路来实现，所述电路以受控方式耦合到磁共振成像扫描器的射频场并产生局部加热效应。这样的设备可以被实现为一次性设计，包括具有渗透促进剂的镇静经皮凝胶。

另一种方法可以通过使用具有渗透促进剂和镇静药物的导电凝胶并通过使用小的局部梯度线圈通过涡流加热产生热量来实现，这可能部分类似于低频射频消融。

在本发明的一个实施例中，所述系统还被配置为通过将对象分类到一个类别并根据该类别调整所计算的镇静剂的量来计算镇静剂的量。

镇静剂的递送的测量和控制可能会导致某种标准处方，这些处方可以与某些人群联系起来。处方信息可以与来自患者记录的先前患者数据或其他先前测量的参数(例如患者的体重或大小)进行双重检查，以获得具有低患者风险的可靠过程。在流程开始时，可以将患者分组到已知的处方中，或者，在未知表现的情况下，可以执行初始的逐步过程，以使镇静剂“永不过量”。可以测量对象的剂量和反应行为，以估计下一步的剂量，并且用预期的结果再次检查结果。因此，可以为每个人提供可靠且患者安全的流程。使用匹配的处方或新的低剂量分步流程的对流程的该记录有助于满足即将出台的当地法规。标准处方的定义和使用也有助于完成质量程序，并且在已知剂量的情况下，还可以估计患者的估计最大运动和运动伪影。该信息再次有助于图像后处理的质量控制，以检查一致性并发现偏差事件。

用于控制镇静剂经皮且自动释放的系统可以在诸如计算机断层扫描、磁共振成像、正电子发射断层扫描、超声等医学成像系统中在对象成像期间使用。镇静的目的是获得良好的成像质量，因为可以减少患者在成像过程中的移动。镇静流程可以特别适合患者，例如，如果患者需要经历重复的成像流程。镇静剂的量和释放镇静剂的时间可以通过考虑先前成像过程中的先前镇静数据来确定，从而产生患者特异性镇静。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括镇静水平监测系统。

镇静水平监测系统可以完全集成在本发明的系统中。替代地，它可以包括单独的单元，所述单元可以连接到对象并且可以通信地连接到本发明的系统。该镇静水平监测系统测量对象的镇静或镇静程度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的方法。所述方法包括以下步骤：检测对象的镇静水平，并计算经皮释放到对象的镇静剂的量。所述方法还包括以下步骤：计算用于经皮向对象释放镇静剂的量的时间，并且在所计算的时间经皮向所述对象释放所计算的量的镇静剂。

用于在对象成像期间控制镇静剂经皮且自动释放的方法包括四个步骤。在第一步骤中，例如使用镇静水平监测设备来检测像患者的对象的镇静水平。在第二步中，计算释放给对象的镇静剂的量。在第三步中，计算释放对象镇静剂量的时间。例如，可以通过人工智能模块来执行这些计算。在第四步中，计算的量的镇静剂在所计算的时间被经皮释放到对象。镇静剂可以至少通过皮肤的外层传递，使得镇静剂可以进入对象的血液回路。

在本发明的一个实施例中，检测对象的镇静水平，计算经皮释放给对象的镇静剂的量，计算将镇静剂的量经皮释放给对象的时间，并且在在所计算的时间将镇静剂的所计算的量的经皮释放给对象的步骤是由自动化系统执行的。

在本发明的该实施例中，用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的方法由自动化系统执行。因此，系统的操作者不需要在初始化方法之后执行步骤或操作系统。在成像流程期间，所述方法可以由系统执行以维持对象的镇静水平，所述水平可以是预定的。

在本发明的实施例中，计算镇静剂的量的步骤包括将检测到的镇静水平与镇静水平的设定值进行比较。

在本发明的一个实施例中，计算镇静剂的量的步骤包括考虑变量，例如镇静剂的类型、对象的数据和/或镇静的目的。

在本发明的一个实施例中，计算镇静剂的量的步骤包括机器学习方法。

在本发明的一个实施例中，在对象的成像期间重复执行该方法的步骤。

在本发明的一个实施例中，计算用于释放镇静剂的量的时间的步骤包括确定将镇静剂经皮释放到对象的开始时间、停止时间和持续时间。

在本发明的一个实施方案中，所述方法还包括监测经皮释放到对象的镇静剂的量的步骤。

在本发明的一个实施例中，监测镇静剂的量的步骤包括检测与镇静剂一起释放的造影剂。

在本发明的一个实施例中，释放镇静剂的量的步骤包括包含以下项的组中的一项：使用微针阵列、离子电渗疗法和高速喷射镇静剂。

在本发明的一个实施例中，释放镇静剂的量的步骤包括使用药物渗透增强方法。

在本发明的一个实施例中，计算镇静剂的量的步骤包括将对象分类到一个类别中，并根据该类别调整所计算的镇静剂用量。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序单元，所述计算机程序单元当在处理单元上运行时指示处理单元执行根据本发明前述实施例中的任一项所述的方法。

计算机程序单元可用于指示处理单元执行上述方法的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种处理单元，其被配置为运行根据本发明的前述方面的计算机程序单元。

所述处理单元可以被配置为执行计算机程序单元以便执行如上所述的方法的步骤。所述处理单元可以是用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统的部分。

因此，上述任何方面提供的益处同样适用于所有其他方面，并且反之亦然。

总而言之，本发明涉及用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统和方法。在成像流程期间检测患者的镇静水平。计算施加于患者以维持一定程度的镇静的镇静剂的量。此外，计算针对释放镇静剂的量的时间。所计算的镇静剂的量在所计算的时间被经皮释放给患者。

参考下文描述的示范性实施例，上述方面和实施例将变得显而易见并将得以阐述。下面将参考附图来描述本发明的示范性实施例：

附图说明

图1示出了根据本发明的用于在对象成像期间控制镇静剂经皮且自动释放的系统的示意性设置。

图2示出了用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的系统的示例性实施例的示意性设置。

图3示出了根据本发明在对象成像期间用于控制镇静剂的经皮且自动释放的方法的框图。

图4示出了用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的方法的示例性实施例的框图。

图5示出了用于训练用于在对象成像期间控制镇静剂的经皮且自动释放的人工智能模块的方法的框图。

附图标记列表：

100 系统

110 微针阵列

120 传感器/相机

130 穿透增强系统

140 镇静剂

150 对象

160 镇静水平监测系统

170 人工智能模块

190 成像设备

200 处理单元

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于在对象150的成像期间控制镇静剂140的经皮且自动释放的系统100的示意性设置。对象150被定位于医学成像设备190内。镇静水平监测系统160检测并确定对象150的镇静水平。处理单元200通信地连接到镇静水平监测系统160并且接收关于镇静水平的数据。通过将镇静水平与镇静水平的设定值进行比较，计算要释放到对象150的镇静剂140的量。此外，计算镇静剂140的量将被释放到对象150的时间。这些计算可以由处理单元200执行，或者由通信连接到处理单元200的人工智能模块170执行。镇静剂140的量在确定的时间通过例如微针阵列110而被释放到对象。这种释放是利用将镇静剂140经皮释放到对象150系统和/或方法进行的。经皮释放可以是将镇静剂140并入对象150体内的非侵入性方式。镇静剂由对象通过对象的皮肤摄取，而不必导致对皮肤更深层的侵犯。

图2示出了用于在对象150成像期间控制镇静剂140的经皮且自动释放的系统100的示例性实施例的示意性设置。对象150被定位于成像系统190中。将镇静剂140应用于对象150的皮肤。系统100包括微针阵列110，其将镇静剂140经皮释放到对象150。渗透增强系统130促进镇静剂140通过对象150的皮肤经皮吸收和掺入。可以监测镇静剂140的释放以及镇静剂140的摄取。因此，传感器或照相机120向处理单元120提供信息，所述信息指示释放到对象和/或被对象掺入的镇静剂的量。额外地或作为替代，造影剂可以与镇静剂140组合释放。因此，医学成像设备190可用于确定造影剂的量，从而确定由对象并入的镇静剂140的量。也可以使用不同于医学成像设备190的另一医学成像设备来监测造影剂的摄取。通过监测镇静剂140和/或造影剂的释放和/或吸收，可以使处理单元200能够调整镇静剂的量以维持所需的镇静水平设定值。

图3示出了根据本发明在对象150成像期间用于控制镇静剂140的经皮且自动释放的方法的框图。该方法包括检测对象150的镇静水平的第一步。该步骤之后是计算要经皮释放到对象150的镇静剂140的量的第二步骤。第三步包括计算用于将镇静剂140的量经皮释放到对象150的时间。第四步包括在所计算的时间将镇静剂140的计算的量的经皮释放到对象150。

图4示出了用于在对象150的成像期间控制镇静剂140的经皮且自动释放的方法的示例性实施例的框图。在临床流程的这个工作流程中，患者需要使用受控经皮释放镇静剂进行自主扫描。该方法的不同步骤可以在处理单元上执行，这些处理单元可以位于不同的位置并且可以经由电缆或无线网络进行数字链接。为了准备镇静，可以通过镇静水平监测设备的传感器通过生理状态和运动来检测患者的压力水平。系统的操作者可以通过特定的培训计划进行培训，以正确地操作系统。此外，可以提供演示模式以简化患者对系统的适应。在准备好后，输入参数被传输到系统，其中可能包括扫描持续时间和噪音水平，以及患者数据，如体重、年龄或患者病史。可以选择镇静方法和镇静设备，以及镇静水平监测系统。此外，可以监测患者的安全性和风险。在患者的镇静和成像期间，镇静剂被经皮释放给患者。可以实时监测患者的状态，并提供对镇静水平的反馈，以调整传输给患者的镇静剂的量。此外，可以提供紧急停止模块，在患者恐慌或其他危险事件的情况下停止镇静过程。在成像过程结束后，停止释放镇静剂并且检查成像质量。可以从患者身上移除镇静设备，并启动唤醒程序。

图5示出了用于训练人工智能模块170的方法的框图，所述人工智能模块170用于在对象150的成像期间控制镇静剂140的经皮且自动释放。该方法包括以下步骤：加载与数据无关的变量，将变量转换为向量以应用机器学习，将类别变量转换为具有标签编码/频率率的向量，将数据馈送到机器学习回归模型以预测剂量和持续时间，使用可用数据来训练模型，保存模型，在推理阶段使用模型获取输出，通过患者测量的镇静水平持续监测输出，并且通过自适应学习向模型提供反馈。此外，可以提供关于该方法对特定患者的适用性的反馈。

尽管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范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及从属权利要求，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的集合。权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。