太阳城集团

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用于监控流体连接的完整性的方法和装置.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201410145669.X

申请日:

2009.06.26

公开号:

太阳城集团CN103948979A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):A61M 1/36申请日:20090626|||公开
IPC分类号: A61M1/36; G01M3/28 主分类号: A61M1/36
申请人: 甘布罗伦迪亚股份公司
发明人: 托马斯·赫尔茨; 克里斯蒂安·索勒姆; 安德斯·罗斯伦德; 扬·斯坦贝; 马丁·福尔曼斯基; 布·奥尔德
地址: 瑞典隆德
优先权: 2008.06.26 SE 0801517-4; 2008.06.26 US 61/075,774
专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 李辉;王伶
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201410145669.X

授权太阳城集团号:

太阳城集团103948979B||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.06.16|||2014.08.27|||2014.07.30

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团用于监控流体连接的完整性的方法和装置。一种监控体外血流回路和人体血液系统的血管通路之间的流体连接的完整性的装置,其中,体外血流回路包括连接到人体血液系统的动脉接入装置、泵浦装置、血液处理装置和连接到人体血液系统的血管通路以形成流体连接的静脉接入装置,泵浦装置被设置成将血液从动脉接入装置通过血液处理装置泵送至静脉接入装置,装置包括:用于接收至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号的单元;用于基于至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号,生成基本上消除了第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号的单元;用于计算参数值的单元;以及用于检测静脉接入装置从血管通路脱离的单元。

权利要求书

权利要求书
1.  一种监控体外血流回路(20)和人体血液系统的血管通路之间的流体连接(C)的完整性的装置,其中,所述体外血流回路(20)包括连接到所述人体血液系统的动脉接入装置(1)、泵浦装置(3)、血液处理装置(6)和连接到所述人体血液系统的血管通路以形成所述流体连接(C)的静脉接入装置(14),其中,所述泵浦装置(3)被设置成将血液从所述动脉接入装置(1)通过所述血液处理装置(6)泵送至所述静脉接入装置(14),所述装置包括:
用于从位于所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的下游的至少一个静脉压力传感器(4c)接收至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号的单元(28),所述至少一个静脉压力传感器(4c)被设置成检测源自所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的第一脉冲和源自所述人体血液系统中的第二脉冲发生器(3')的第二脉冲;
用于基于所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号,生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号的单元(29);
用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29),所述参数值代表所述信号值的分布并且表示在所述太阳城集团窗口中存在或不存在所述第二脉冲;以及
用于当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时检测到静脉接入装置(14)从所述血管通路脱离的单元(29)。

2.  根据权利要求1所述的装置,其中,所述用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29)被构造成:计算作为所述太阳城集团窗内的所述信号值的统计离差指标的所述参数值。

3.  根据权利要求2所述的装置,其中,所述统计离差指标包括以下各项中的至少一项:标准偏差、方差、变异系数、差的和、能量、功率、相对于平均值的绝对偏差之和、以及相对于平均值的绝对差的平均值。

4.  根据权利要求1所述的装置,其中,所述用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29)被构造成:将所述太阳城集团窗内的所述信号值与第二脉冲的预测的太阳城集团信号轮廓进行匹配。

5.  根据权利要求4所述的装置,其中,所述参述值是通过所述匹配得到的相关值。

6.  根据权利要求4所述的装置,其中,所述用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29)包括:用于计算所述太阳城集团窗内的所述信号值与所述预测的太阳城集团信号轮廓之间的互相关的单元;以及用于识别出所述互相关中的最大相关值的单元;其中,所述用于当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时检测到静脉接入装置(14)从所述血管通路脱离的单元(29)被构造成:将所述最大相关值与阈值进行比较。

7.  根据权利要求6所述的装置,其中,所述用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29)还包括:用于获得所述最大相关值的太阳城集团点的单元,以及用于通过将所述太阳城集团点与预测的太阳城集团点进行比较来验证所述最大相关值的单元。

8.  根据权利要求4-7中的任一项所述的装置,所述装置进一步包括:用于从所述体外血流回路(20)中的基准传感器(4a)获得基准压力信号的单元(28),其中,所述基准传感器(4a)被设置为即使所述静脉接入装置(14)从所述血管通路脱离也检测到所述第二脉冲;以及用于基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的单元(29)。

9.  根据权利要求8所述的装置,其中,所述基准传感器(4a)是位于所述体外血流回路(20)中的泵浦装置(3)的上游的动脉压力传感器。

10.  根据权利要求8所述的装置,所述装置进一步包括:用于计算表示所述基准压力信号中的所述第二脉冲的振幅的振幅值的单元(29),以及用于将所述振幅值与极限值进行比较的单元(29),其中基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓是以用于将所述振幅值与极限值进行比较的单元(29)的比较的结果为条件的。

11.  根据权利要求8所述的装置,其中,用于基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的单元(29)被构造成:针对所述基准传感器与所述至少一个静脉压力传感器之间的传导太阳城集团差进行调节。

12.  根据权利要求11所述的装置,其中,所述传导太阳城集团差由预定值给出。

13.  根据权利要求11所述的装置,其中,用于基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的单元(29)被构造成基于所述至少一个静脉压力传感器(4c) 与所述基准传感器(4a)的位置之间的流体压力差,来计算所述传导太阳城集团差。

14.  根据权利要求1所述的装置,所述装置还包括用于选择所述太阳城集团窗,以包含至少一个第二脉冲的单元。

15.  根据权利要求14所述的装置,其中,所述用于选择所述太阳城集团窗,以包含至少一个第二脉冲的单元被构造成选择所述太阳城集团窗的长度,以超过所述第二脉冲发生器(3')的最大脉冲重复间隔。

16.  根据权利要求14所述的装置,其中,所述用于选择所述太阳城集团窗,以包含至少一个第二脉冲的单元被构造成基于时序太阳城集团来选择所述太阳城集团窗,所述时序太阳城集团表示所述第二脉冲在所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号中的时序。

17.  根据权利要求1所述的装置,其中,所述用于基于所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号,生成上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号的单元(29)包括:用于对所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号进行滤波,以去除所述第一脉冲的单元;用于基于表示所述第二脉冲在所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号中的时序的时序太阳城集团,得出在由此滤波后的太阳城集团相关的静脉测量信号中的一组信号片段的单元;以及用于基于所述时序太阳城集团,将所述信号片段对齐并且相加,以生成所述太阳城集团相关的监控信号的单元。

18.  根据权利要求1所述的装置,其中,所述用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29)包括:用于识别所述太阳城集团相关的监控信号中的候选第二脉冲和相应的候选太阳城集团点的单元;以及用于相对于表示所述第二脉冲在所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号中的时序的时序太阳城集团,基于所述候选太阳城集团点验证所述候选第二脉冲的单元。

19.  根据权利要求16-18中的任一项所述的装置,所述装置还包括用于由耦接到所述人体血液系统的脉冲传感器获得所述时序太阳城集团的单元。

20.  根据权利要求16-18中的任一项所述的装置,所述装置还包括用于获得作为基于之前参数值识别出的第二脉冲的相对时序的函数的所述时序太阳城集团的单元。

21.  根据权利要求16-18中的任一项所述的装置,所述装置还包括:用于从位于所述体外血流回路(20)中的泵浦装置(3)上游的至少一个动脉压力传感器(4a)获得至少一个动脉测量信号的单元(28);用于识别所述至少一个太阳城集团相关的动脉测量信号中的至少一个第二脉冲的单元(29);以及用于根据由此识别出的第二脉冲计 算所述时序太阳城集团的单元(29)。

22.  根据权利要求16-18中的任一项所述的装置,所述装置进一步包括:用于间歇式地关闭所述泵浦装置(3)的单元(29);用于识别所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号中的至少一个第二脉冲的单元(29);以及用于根据由此识别出的第二脉冲计算所述时序太阳城集团的单元(29)。

23.  根据权利要求16-18中的任一项所述的装置,所述装置进一步包括:用于基于所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号识别一组候选第二脉冲的单元(29);用于基于所述一组候选第二脉冲得出候选太阳城集团点的序列的单元(29);用于根据太阳城集团准则验证所述候选太阳城集团点的序列的单元(29);以及用于计算作为由此验证后的候选太阳城集团点的序列的函数的所述时序太阳城集团的单元(29)。

24.  一种监控体外血流回路(20)和人体血液系统的血管通路之间的流体连接(C)的完整性的装置,其中,所述体外血流回路(20)包括连接到所述人体血液系统的动脉接入装置(1)、泵浦装置(3)、血液处理装置(6)和连接到所述人体血液系统的血管通路以形成所述流体连接(C)的静脉接入装置(14),其中,所述泵浦装置(3)被设置成将血液从所述动脉接入装置(1)通过所述血液处理装置(6)泵送至所述静脉接入装置(14),所述装置包括:
用于输入来自位于所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的下游的至少一个静脉压力传感器(4c)的至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号的输入部(28),所述至少一个静脉压力传感器(4c)被设置成检测源自所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的第一脉冲和源自所述人体血液系统中的第二脉冲发生器(3')的第二脉冲;以及
信号处理器(29),其连接到所述输入部(28)并且包括处理模块(52),所述处理模块(52)被构造为,基于所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号来生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号,以及基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值,所述参数值代表所述信号值的分布并且表示在所述太阳城集团窗口中存在或不存在所述第二脉冲,所述信号处理器(29)被构造为当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时检测到静脉接入装置(14)从所述血管通路脱离。

25.  一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统(S1)与第 二流体容纳系统(S2)之间的流体连接(C)的完整性的方法,其中,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统(S1)中的至少一个压力传感器(4a-4c),所述第一流体容纳系统(S1)包括第一脉冲发生器(3),并且所述第二流体容纳系统(S2)包括第二脉冲发生器(3'),并且其中所述至少一个压力传感器(4a-4c)被设置为检测源自所述第一脉冲发生器(3)的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器(3')的第二脉冲,所述方法包括以下步骤:
接收步骤,接收所述至少一个太阳城集团相关的测量信号;
生成步骤,基于所述至少一个太阳城集团相关的测量信号,生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号;
计算步骤,基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值,所述参数值代表所述信号值的分布并且表示在所述太阳城集团窗口中存在或不存在所述第二脉冲;以及
检测步骤,当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时,检测到所述第一流体容纳系统(S1)从所述第二流体容纳系统(S2)脱离。

26.  根据权利要求25所述的方法,其中,所述计算步骤包括:计算作为所述太阳城集团窗内的所述信号值的统计离差指标的所述参数值。

27.  根据权利要求26所述的方法,其中,所述统计离差指标包括以下各项中的至少一项:标准偏差、方差、变异系数、差的和、能量、功率、相对于平均值的绝对偏差之和、以及相对于平均值的绝对差的平均值。

28.  根据权利要求25所述的方法,其中,所述计算步骤包括:匹配步骤,将所述太阳城集团窗内的所述信号值与第二脉冲的预测的太阳城集团信号轮廓进行匹配。

29.  根据权利要求28所述的方法,其中,所述参述值是通过所述匹配步骤得到的相关值。

30.  根据权利要求28所述的方法,其中,所述计算步骤包括:计算所述太阳城集团窗内的所述信号值与所述预测的太阳城集团信号轮廓之间的互相关;以及识别出所述互相关中的最大相关值;其中,所述检测步骤包括:将所述最大相关值与阈值进行比较。

31.  根据权利要求30所述的方法,其中,所述计算步骤包括:获得所述最大相关值的太阳城集团点,以及通过将所述太阳城集团点与预测的太阳城集团点进行比较来验证所述最大相关值。

32.  根据权利要求28-31中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括以下步骤:从所述第一流体容纳系统(S1)中的基准传感器(4a-4c)获得基准压力信号,其中,所述基准传感器(4a-4c)被设置为即使所述流体连接(C)受到损害也检测到所述第二脉冲;以及基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓。

33.  根据权利要求32所述的方法,所述方法进一步包括以下步骤:计算表示所述基准压力信号中的所述第二脉冲的振幅的振幅值,以及将所述振幅值与极限值进行比较,其中,基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的步骤是以所述比较的步骤为条件的。

34.  根据权利要求32所述的方法,其中,所述计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的步骤包括:针对所述基准传感器与所述至少一个压力传感器之间的传导太阳城集团差进行调节。

35.  根据权利要求34所述的方法,其中,所述传导太阳城集团差由预定值给出。

36.  根据权利要求34所述的方法,其中,基于所述至少一个压力传感器与所述基准传感器的位置之间的流体压力差,来计算所述传导太阳城集团差。

37.  根据权利要求25所述的方法,其中,选择所述太阳城集团窗,以包含至少一个第二脉冲。

38.  根据权利要求37所述的方法,其中,选择所述太阳城集团窗的长度,以超过所述第二脉冲发生器(3')的最大脉冲重复间隔。

39.  根据权利要求37所述的方法,其中,基于时序太阳城集团来选择所述太阳城集团窗,所述时序太阳城集团表示所述第二脉冲在所述至少一个太阳城集团相关的测量信号中的时序。

40.  根据权利要求25所述的方法,其中,通过以下步骤生成所述太阳城集团相关的监控信号:对所述至少一个太阳城集团相关的测量信号进行滤波,以去除所述第一脉冲;基于表示所述第二脉冲在所述至少一个太阳城集团相关的测量信号中的时序的时序太阳城集团,得出在由此滤波后的太阳城集团相关的测量信号中的一组信号片段;以及用于基于所述时序太阳城集团,将所述信号片段对齐并且相加。

41.  根据权利要求25所述的方法,其中,所述计算步骤包括:识别所述太阳城集团相关的监控信号中的候选第二脉冲和相应的候选太阳城集团点;以及相对于表示所述第二脉冲在所述至少一个太阳城集团相关的测量信号中的时序的时序太阳城集团,基于所述候选太阳城集团点验证所述候选第二脉冲。

42.  根据权利要求39-41中的任一项所述的方法,其中,所述时序太阳城集团由耦接到所述第二流体容纳系统(S2)的脉冲传感器获得。

43.  根据权利要求39-41中的任一项所述的方法,其中,获得作为基于之前参数值识别出的第二脉冲的相对时序的函数的所述时序太阳城集团。

44.  根据权利要求39-41中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括以下步骤:间歇式地关闭所述第一脉冲发生器(3);识别所述至少一个太阳城集团相关的测量信号中的至少一个第二脉冲;以及根据由此识别出的第二脉冲计算所述时序太阳城集团。

45.  根据权利要求39-41中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括以下步骤:基于所述至少一个太阳城集团相关的测量信号,识别一组候选第二脉冲;基于所述一组候选第二脉冲,得出候选太阳城集团点的序列;根据太阳城集团准则验证所述候选太阳城集团点的序列;以及计算作为由此验证后的候选太阳城集团点的序列的函数的所述时序太阳城集团。

说明书

说明书用于监控流体连接的完整性的方法和装置
本申请是2009年6月26日提交的申请号为200980124259.4(国际申请号为PCT/EP2009/004640)、发明名称为“用于监控流体连接的完整性的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及监控流体连接,尤其涉及基于压力测量来监控流体连接的完整性。本发明是例如可应用于体外血液处理(extracorporeal blood treatment)的结构。
背景技术
在体外血液处理中,从患者抽取血液,通过体外血流回路对血液进行处理然后将其重新导入患者。通常,使用一个或更多个泵浦装置使血液通过该回路循环。该回路通常通过插入到血管通路(blood vessel access)中的一个或更多个接入装置(例如,针头或导管)连接到患者的血管通路。这种体外血液处理包括血液透析、血液透析滤过、血液滤过、血浆去除等。
在体外血液处理中,至关重要的是使体外血流回路出现故障的风险最低,因为这些可能导致患者出现潜在危及生命的状况。如果体外血流回路被中断,例如,由于用于抽取血液的接入装置(例如,动脉针头/导管)从血管通路松开造成空气被吸入该回路,或者由于用于重新导入血液的接入装置(例如,静脉针管/导管)从血管通路松开造成患者短太阳城集团失血,则会出现严重的状况。由于血管通路变得阻塞或梗阻,或者由于接入装置被定位得太靠近血管通路壁,可能造成其他故障。
为此,用于体外血液处理的设备可以包括一个或更多个监视装置,其用于监控血流回路的完整性,并且无论何时检测到潜在的危险情形就发出警报和/或采取合适的动作。这种监视装置可以对来自回路中的一个或更多个压力传感器的测量信号进行操作。传统上,通过将测量到的一个或更多个平均压力水平与一个或更多个阈值进行比较,和/或通过使用回路中的空气检测器监控是否存在气泡,来执行监控。例如,血 液抽取的失败会涉及空气被引入到回路中,由此测量到的平均压力可能接近大气压,或者会涉及血流被阻塞或梗阻,由此测量到的平均压力可能降至低水平。重新导入血液的失败可能会被检测为测量到的平均压力的降低。然而,可能难以设置合适的阈值,因为回路中的平均压力可以根据处理的不同而变化以及另外在处理期间(例如,由于患者运动)而变化。另外,如果接入装置变松并且被卡在床单或患者衣物中,则测量到的平均压力可能不能变成足以表示潜在危险的情形。
为了提高监控的精确度,WO97/10013提出了在测量到的压力中检测作为几个选项中的一个选项的心脏信号,并且使用心脏信号作为体外血流回路与血管通路之间的流体连接的完整性的指标。心脏信号代表由患者心脏产生并且借助血管通路从患者循环系统传送到体外血流回路的压力波。流体连接中的故障将干扰心脏产生的压力波传送到回路,从而造成心脏信号变化或者甚至消失。测量到的压力可以还包括由体外血流回路中的血泵产生的强压力波。在WO97/10013中,监控涉及对测量到的压力信号进行滤波以去除源自血泵的频率分量,然后通过分析滤波后的压力信号来检测心脏信号。然后,将滤波后的压力信号的幅度当作对流体连接完整性的指标。
US2005/0010118提出了这样一种解决方案,即,涉及对测量到的压力信号应用频率分析以生成频率谱,去除源自血泵的频率分量并且识别由患者心脏造成的频率分量。基于患者心脏造成的频率分量的强度水平,监控血管通路的异常。
在其他的技术领域中,可能出现对于监控第一和第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的相应需要。
发明内容
本发明提供一种监控体外血流回路(20)和人体血液系统的血管通路之间的流体连接(C)的完整性的装置,其中,所述体外血流回路(20)包括连接到所述人体血液系统的动脉接入装置(1)、泵浦装置(3)、血液处理装置(6)和连接到所述人体血液系统的血管通路以形成所述流体连接(C)的静脉接入装置(14),其中,所述泵浦装置(3)被设置成将血液从所述动脉接入装置(1)通过所述血液处理装置(6)泵送至所述静脉接入装置(14),所述装置包括:用于从位于所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的下游的至少一个静脉压力传感器(4c)接收至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号的单元(28),所述至少一个静脉压力传感器(4c)被设置成检 测源自所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的第一脉冲和源自所述人体血液系统中的第二脉冲发生器(3')的第二脉冲;用于基于所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号,生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号的单元(29);用于基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元(29),所述参数值代表所述信号值的分布并且表示在所述太阳城集团窗口中存在或不存在所述第二脉冲;以及用于当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时检测到静脉接入装置(14)从所述血管通路脱离的单元(29)。
本发明还提供一种监控体外血流回路(20)和人体血液系统的血管通路之间的流体连接(C)的完整性的装置,其中,所述体外血流回路(20)包括连接到所述人体血液系统的动脉接入装置(1)、泵浦装置(3)、血液处理装置(6)和连接到所述人体血液系统的血管通路以形成所述流体连接(C)的静脉接入装置(14),其中,所述泵浦装置(3)被设置成将血液从所述动脉接入装置(1)通过所述血液处理装置(6)泵送至所述静脉接入装置(14),所述装置包括:用于输入来自位于所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的下游的至少一个静脉压力传感器(4c)的至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号的输入部(28),所述至少一个静脉压力传感器(4c)被设置成检测源自所述体外血流回路(20)中的所述泵浦装置(3)的第一脉冲和源自所述人体血液系统中的第二脉冲发生器(3')的第二脉冲;以及信号处理器(29),其连接到所述输入部(28)并且包括处理模块(52),所述处理模块(52)被构造为,基于所述至少一个太阳城集团相关的静脉测量信号来生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号,以及基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值,所述参数值代表所述信号值的分布并且表示在所述太阳城集团窗口中存在或不存在所述第二脉冲,所述信号处理器(29)被构造为当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时检测到静脉接入装置(14)从所述血管通路脱离。
本发明还提供一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统(S1)与第二流体容纳系统(S2)之间的流体连接(C)的完整性的方法,其中,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统(S1)中的至少一个压力传感器(4a-4c),所述第一流体容纳系统(S1)包括第一脉冲发生器(3),并且所述第二流体容纳系统(S2)包括第二脉冲发生器(3'),并且其中所述至少一个压力传感器(4a-4c)被设置为检测源自所述第一脉冲发生器(3)的第一脉冲和源自所述第 二脉冲发生器(3')的第二脉冲,所述方法包括以下步骤:接收步骤,接收所述至少一个太阳城集团相关的测量信号;生成步骤,基于所述至少一个太阳城集团相关的测量信号,生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号;计算步骤,基于所述太阳城集团相关的监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值,所述参数值代表所述信号值的分布并且表示在所述太阳城集团窗口中存在或不存在所述第二脉冲;以及检测步骤,当所述参数值指示在所述太阳城集团相关的监控信号中不存在所述第二脉冲时,检测到所述第一流体容纳系统(S1)从所述第二流体容纳系统(S2)脱离。
本发明的目的在于,至少部分克服现有技术的一个或更多个上述限制。具体来讲,其目的在于,提供一种用于使用压力测量来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间流体连接的完整性的替代或补充技术,优选地,该技术具有检测流体连接中故障的改进的稳健性和/或提高的确定性。
这个目的和其他目的将从以下的描述中变得清楚,并且至少部分通过使用根据独立权利要求以及由从属权利要求限定的其实施方式的方法、装置和计算机程序产品来实现。
本发明的第一发明构思的第一方面是一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的方法,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统中的至少一个压力传感器,其中所述第一流体容纳系统包括第一脉冲发生器,并且所述第二流体容纳系统包括第二脉冲发生器,并且其中所述至少一个压力传感器被设置为检测源自所述第一脉冲发生器的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器的第二脉冲,所述方法包括以下步骤:接收步骤,接收所述至少一个测量信号;生成步骤,基于所述至少一个测量信号,生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号;计算步骤,基于所述监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值,所述参数值代表所述信号值的分布;以及确定步骤,至少部分基于所述参数值来确定所述流体连接的完整性。
在一个实施方式中,所述计算步骤包括:计算作为所述太阳城集团窗内的所述信号值的统计离差指标的所述参数值。所述统计离差指标可以包括以下各项中的至少一项:标准偏差、方差、变异系数、差的和、能量、功率、相对于平均值的绝对偏差之和、以及相对于平均值的绝对差的平均值。
在一个实施方式中,所述计算步骤包括:匹配步骤,将所述太阳城集团窗内的所述信号 值与第二脉冲的预测的太阳城集团信号轮廓进行匹配。所述参述值可以是由所述匹配步骤得到的相关值。
在一个实施方式中,所述计算步骤包括:计算所述太阳城集团窗内的所述信号值与所述预测的太阳城集团信号轮廓之间的互相关;以及识别出所述互相关中的最大相关值;其中所述确定步骤包括:将所述最大相关值与阈值进行比较。
在一个实施方式中,所述计算步骤包括:获得所述最大相关值的太阳城集团点,以及通过将所述太阳城集团点与预测的太阳城集团点进行比较,来验证所述最大相关值。
在一个实施方式中,所述方法进一步包括以下步骤:从所述第一流体容纳系统中的基准传感器获得基准压力信号,其中所述基准传感器被设置为即使所述流体连接受到损害也检测到所述第二脉冲,并且基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓。另外,所述方法可以进一步包括以下步骤:计算表示所述基准压力信号中的所述第二脉冲的振幅的振幅值,以及将所述振幅值与极限值进行比较,其中,基于所述基准压力信号计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的步骤可以是以所述比较的步骤为条件的。另选地或附加地,计算所述预测的太阳城集团信号轮廓的步骤可以包括:针对所述基准传感器与所述至少一个压力传感器之间的传导太阳城集团差进行调节,其中,所述传导太阳城集团差可以由预定值给出,或者可以基于所述至少一个压力传感器与所述基准传感器的位置之间的流体压力差来计算所述传导太阳城集团差。
在一个实施方式中,选择所述太阳城集团窗,以包含至少一个第二脉冲。可以选择所述太阳城集团窗的长度,以超过所述第二脉冲发生器的最大脉冲重复间隔。
在一个实施方式中,基于时序太阳城集团来选择所述太阳城集团窗,所述时序太阳城集团表示所述第二脉冲在所述至少一个测量信号中的时序。
在一个实施方式中,通过以下步骤生成所述监控信号:对所述至少一个测量信号进行滤波,以去除所述第一脉冲;基于表示所述第二脉冲在所述至少一个测量信号中的所述时序的时序太阳城集团,得出在由此滤波后的测量信号中的一组信号片段;以及基于所述时序太阳城集团,将所述信号片段对齐并且相加,以生成所述监控信号。
在一个实施方式中,所述计算步骤包括:识别所述监控信号中的候选第二脉冲和相应的候选太阳城集团点;以及相对于表示所述第二脉冲在所述至少一个测量信号中的所述时序的时序太阳城集团,基于候选太阳城集团点来验证所述候选第二脉冲。
在一个实施方式中,所述时序太阳城集团由耦接到所述第二流体容纳系统的脉冲传感器 获得。
在一个实施方式中,获得作为基于之前参数值而识别出的第二脉冲的相对时序的函数的所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述第一流体容纳系统是包括动脉接入装置、血液处理装置和静脉接入装置的体外血流回路,其中所述第二流体容纳系统是包括血管通路的人体血液系统,其中所述动脉接入装置连接到所述人体血液系统,其中所述静脉接入装置连接到所述血管通路以形成所述流体连接,其中所述第一脉冲发生器是设置在所述体外血流回路中的泵浦装置,该泵浦装置将血液从所述动脉接入装置通过所述血液处理装置泵送至所述静脉接入装置,其中所述至少一个测量信号包括至少一个静脉测量信号和至少一个动脉测量信号,所述至少一个静脉测量信号由位于所述泵浦装置下游的至少一个静脉压力传感器得到,并且所述至少一个动脉测量信号由位于所述泵浦装置上游的至少一个动脉压力传感器得到,并且其中基于所述至少一个静脉测量信号来生成所述监控信号,所述方法包括以下步骤:识别所述至少一个动脉测量信号中的至少一个第二脉冲;以及根据由此识别出的第二脉冲计算所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述方法进一步包括以下步骤:间歇式关闭所述第一脉冲发生器;识别所述至少一个测量信号中的至少一个第二脉冲;以及根据由此识别出的第二脉冲计算所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述方法进一步包括以下步骤:基于所述至少一个测量信号,识别一组候选第二脉冲;基于所述一组候选第二脉冲,得到候选太阳城集团点的序列;根据太阳城集团准则验证所述候选太阳城集团点的序列;以及计算作为由此验证后的所述候选太阳城集团点的序列的函数的所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述第一流体容纳系统是包括接入装置的体外血液处理系统,其中所述第二流体容纳系统是包括血管通路的人体血液系统,并且其中所述接入装置与所述血管通路之间的连接形成了所述流体连接。
本发明的第一发明构思的第二方面是一种计算机程序产品,其包括用于使计算机执行根据第一方面的方法的指令。
本发明的第一发明构思的第三方面是一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的装置,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统中的至少一个压力传感器,其 中所述第一流体容纳系统包括第一脉冲发生器,并且所述第二流体容纳系统包括第二脉冲发生器,并且其中所述至少一个压力传感器被设置为检测源自所述第一脉冲发生器的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器的第二脉冲,所述装置包括:输入部,其用于所述至少一个测量信号;以及信号处理器,其连接到所述输入部并且包括处理模块,所述处理模块被构造为,基于所述至少一个测量信号来生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号,以及基于所述监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值,所述参数值代表所述信号值的分布,所述信号处理器被构造为至少部分基于所述参数值来确定所述流体连接的完整性。
本发明的第一发明构思的第四方面是一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的装置,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统中的至少一个压力传感器,其中所述第一流体容纳系统包括第一脉冲发生器,并且所述第二流体容纳系统包括第二脉冲发生器,并且其中所述至少一个压力传感器被设置为检测源自所述第一脉冲发生器的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器的第二脉冲,所述装置包括:用于接收所述至少一个测量信号的单元;用于基于所述至少一个测量信号来生成基本上消除了所述第一脉冲的太阳城集团相关的监控信号的单元;用于基于所述监控信号中太阳城集团窗内的信号值来计算参数值的单元,所述参数值代表所述信号值的分布;以及用于至少部分基于所述参数值来确定所述流体连接完整性的单元。
第一发明构思的第三方面和第四方面的实施方式可以对应于第一发明构思的第一发明的上述实施方式。
本发明的第二发明构思的第一方面是一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的方法,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统中的至少一个压力传感器,其中所述第一流体容纳系统包括第一脉冲发生器,并且所述第二流体容纳系统包括第二脉冲发生器,并且其中所述至少一个压力传感器被设置为检测源自所述第一脉冲发生器的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器的第二脉冲,所述方法包括以下步骤:接收步骤,接收所述至少一个测量信号;获得步骤,获得时序太阳城集团,所述时序太阳城集团表示所述第二脉冲在所述至少一个测量信号中的时序;处理步骤,基于所述时序太阳城集团,处理所述至少一个测量信号,以计算表示存在或不存在所述第二脉冲的参数值;以及确定 步骤,至少部分基于所述参数值来确定所述流体连接的完整性。
在一个实施方式中,所述处理步骤包括以下步骤:基于所述时序太阳城集团,在所述测量信号或根据所述测量信号获得的监控信号中定位太阳城集团窗;以及基于所述太阳城集团窗内的所述信号值来计算所述参数值。
在一个实施方式中,所述处理步骤进一步包括以下步骤:基于所述时序太阳城集团选择所述太阳城集团窗的长度。
在一个实施方式中,所述处理步骤包括以下步骤:生成步骤,通过对所述至少一个测量信号进行滤波以去除所述第一脉冲,来生成太阳城集团相关的监控信号;其中,基于所述监控信号计算所述参数值。
在一个实施方式中,所述生成步骤进一步包括以下步骤:在由此滤波后的测量信号中选择一组信号片段;以及基于所述时序太阳城集团,将所述信号片段对齐并且相加,以生成所述监控信号。
在一个实施方式中,所述计算步骤包括以下步骤:识别所述监控信号中的候选第二脉冲和相应的候选太阳城集团点;以及相对于所述时序太阳城集团,基于所述候选太阳城集团点来验证所述候选第二脉冲。
在一个实施方式中,所述时序太阳城集团由耦接到所述第二流体容纳系统的脉冲传感器获得。
在一个实施方式中,获得作为基于之前参数值识别出的第二脉冲的相对时序的函数的所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述方法进一步包括以下步骤:从所述第一流体容纳系统中的基准传感器获得基准压力信号,其中所述基准传感器被设置为即使所述流体连接受到损害也检测到所述第二脉冲,并且获得所述时序太阳城集团的步骤包括以下步骤:识别所述基准压力信号中的至少一个第二脉冲,并且获得所述基准传感器与所述至少一个压力传感器之间的估计的到达太阳城集团差。可以由预定值给出所述估计的到达太阳城集团差,或者可以基于所述至少一个压力传感器与所述基准传感器的位置之间的流体压力差,计算所述估计的到达太阳城集团差。另外,所述方法可以进一步包括以下步骤:计算表示所述基准压力信号中的所述至少一个第二脉冲的振幅的振幅值,以及将所述振幅值与极限值进行比较,其中获得估计的到达太阳城集团差的步骤可以以所述比较的步骤为条件。
在一个实施方式中,所述第一流体容纳系统是包括动脉接入装置、血液处理装置 和静脉接入装置的体外血流回路,其中所述第二流体容纳系统是包括血管通路的人体血液系统,其中所述动脉接入装置连接到所述人体血液系统,其中所述静脉接入装置连接到所述血管通路以形成所述流体连接,其中所述第一脉冲发生器是设置在所述体外血流回路中的泵浦装置,该泵浦装置将血液从所述动脉接入装置通过所述血液处理装置泵送至所述静脉接入装置,其中所述至少一个测量信号包括至少一个静脉测量信号和至少一个动脉测量信号,所述至少一个静脉测量信号由位于所述泵浦装置下游的至少一个静脉压力传感器得到,并且所述至少一个动脉测量信号由位于所述泵浦装置上游的至少一个动脉压力传感器得到,并且其中基于所述至少一个静脉测量信号来生成所述监控信号,所述方法包括以下步骤:识别所述至少一个动脉测量信号中的至少一个第二脉冲;以及根据由此识别出的第二脉冲计算所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述方法进一步包括以下步骤:间歇式关闭所述第一脉冲发生器;识别所述至少一个测量信号中的至少一个第二脉冲;以及根据由此识别出的第二脉冲计算所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述方法进一步包括以下步骤:基于所述至少一个测量信号,识别一组候选第二脉冲;基于所述一组候选第二脉冲,得到候选太阳城集团点的序列;根据太阳城集团准则验证所述候选太阳城集团点的序列;以及计算作为由此验证后的所述候选太阳城集团点的序列的函数的所述时序太阳城集团。
在一个实施方式中,所述获得步骤进一步包括以下步骤:基于所述至少一个测量信号,识别一组候选第二脉冲;基于所述一组候选第二脉冲,得到候选太阳城集团点的序列;通过根据太阳城集团准则验证所述候选太阳城集团点的序列,来生成一组经验证的候选第二脉冲;其中所述处理步骤包括以下步骤:计算一组平均表示,各平均表示是通过将所述至少一个测量信号中的与经验证的候选第二脉冲的唯一组合相对应的信号片段对齐并相加而形成;以及针对各个所述平均表示计算参数值;并且其中所述确定步骤包括将最大参数值与阈值进行比较。
在一个实施方式中,所述参数值代表信号值的分布。
本发明的第二发明构思的第二方面是一种计算机程序产品,其包括用于使计算机执行根据第二发明构思的第一方面所述的方法的指令。
本发明的第二发明构思的第三方面是一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的装置,所述至 少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统中的至少一个压力传感器,其中所述第一流体容纳系统包括第一脉冲发生器,并且所述第二流体容纳系统包括第二脉冲发生器,并且其中所述至少一个压力传感器被设置为检测源自所述第一脉冲发生器的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器的第二脉冲,所述装置包括:输入部,其用于所述至少一个测量信号;以及信号处理器,其连接到所述输入并且包括处理模块,所述处理模块被构造为获得表示所述第二脉冲在所述至少一个测量信号中的时序的时序太阳城集团;基于所述时序太阳城集团处理所述至少一个测量信号,以生成表示存在或不存在所述第二脉冲的参数值;所述信号处理器被构造为至少部分基于所述参数值来确定所述流体连接的完整性。
本发明的第二发明构思的第四方面是一种基于至少一个太阳城集团相关的测量信号来监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的流体连接的完整性的装置,所述至少一个太阳城集团相关的测量信号来自所述第一流体容纳系统中的至少一个压力传感器,其中所述第一流体容纳系统包括第一脉冲发生器,并且所述第二流体容纳系统包括第二脉冲发生器,并且其中所述至少一个压力传感器被设置为检测源自所述第一脉冲发生器的第一脉冲和源自所述第二脉冲发生器的第二脉冲,所述装置包括:用于接收所述至少一个测量信号的单元;用于获得时序太阳城集团的单元,所述时序太阳城集团表示所述第二脉冲在所述至少一个测量信号中的时序;用于基于所述时序太阳城集团处理所述至少一个测量信号以生成表示存在或不存在所述第二脉冲的参数值的单元;以及用于至少部分基于所述参数值来确定所述流体连接的完整性的单元。
第二发明构思的第三和第四方面的实施方式可以对应于第二发明构思的第一方面的上述实施方式。
本发明其他的目的、特征、方面和优点将从下面的详细描述、所附的权利要求书以及附图中变得清楚。
附图说明
现在,将参照所附的示意性附图更详细地描述本发明构思的实施方式。
图1是本发明构思可用于监控流体连接的完整性的总体流体结构的示意图。
图2是根据第一发明构思的监控处理的流程图。
图3中(a)是作为太阳城集团函数的测量信号的图,图3中(b)是滤波之后的图3中 (a)的测量信号的图,并且图3中(c)示出了针对图3中(b)的信号中的太阳城集团窗序列计算出的统计离差指标。
图4中(a)示出了测量信号与预测的信号轮廓之间的匹配过程,图4中(b)示出了最佳匹配的位置,并且图4中(c)是由图4中(a)的匹配过程产生的相关曲线。
图5中(a)是含有第二脉冲的信号片段的图,并且图5中(b)是通过对十个信号片段求平均产生的估计片段的图。
图6是根据第二发明构思的监控处理的流程图。
图7中(a)-(d)示例了在测量信号中识别出候选脉冲的处理。
图8是根据第二发明构思的部分监控处理的流程图。
图9是组合了第一和第二发明构思的监控处理的流程图。
图10是包括体外血流回路的血液透析处理系统的示意图。
图11中(a)是含有泵频率分量和心脏信号二者的静脉压力信号的时域图,并且图11中(b)是相应信号的频域图。
图12是示例了监控处理的流程图。
图13是用于执行图12中的处理的数据分析器的框图。
图14中(a)和(b)是在有心脏信号的情况下和没有心脏信号的情况下,在图13的数据分析器中搏动检测模块中进行处理之后压力信号的时域图。
图15中(a)和(b)是图14中(a)和(b)中的图的放大视图。
图16中(a)和(b)是从图15中(a)和(b)中的数据中提取的包络的图。
图17是在有心脏信号的情况下和没有心脏信号的情况下根据包络计算出的、作为太阳城集团的函数的导数和的图。
图18是在有心脏信号的情况下和没有心脏信号的情况下根据包络计算出的、作为太阳城集团的函数的方差的图。
图19是示例了针对血液脉冲与心脏脉冲之间的不同相对振幅,搏动检测模块的性能的图。
图20是用于检测压力信号中的搏动分量的模拟装置的结构的示意图。
具体实施方式
下面,将参照通常的流体容纳系统描述本发明的构思和相关实施方式。此后,将 在体外血液处理系统的上下文中进一步举例说明本发明的构思。
在下面的通篇描述中,用相同的附图标记表示类似的元件。
概述
图1示出在第一流体容纳系统S1与第二流体容纳系统S2之间建立流体连接C的总体流体结构。流体连接C可以将流体从一个系统传递到另一个系统,或者可以不将流体从一个系统传递到另一个系统。第一脉冲发生器3被设置成在第一系统S1内的流体中生成压力波的序列,而第二脉冲发生器3'被设置成在第二系统S2内的流体中生成压力波的序列。压力传感器4c被设置成测量第一系统S1中的流体压力。只要流体连接C完好,第二脉冲发生器3'生成的压力波将从第二系统S2传播到第一系统S1,因此除了源自第一脉冲发生器3的第一脉冲之外,压力传感器4c还将检测到源自第二脉冲发生器3'的第二脉冲。要注意的是,第一脉冲发生器3和第二脉冲发生器3'中的任一个可以包括多于一个脉冲发生装置。另外,任何这类脉冲发生装置可以成为或者可以不成为相应流体容纳系统S1、S2中的一部分。
图1的流体结构还包括监视装置25,如图1所示,该监视装置25连接到压力传感器4c并且可能连接到一个或更多个另外的压力传感器4a、4b。由此,监视装置25获取一个或更多个测量信号,这些测量信号是太阳城集团相关的,以提供第一系统S1中流体压力的实时表示。监视装置25基于如下原理来监控流体连接C的完整性:存在第二脉冲表示流体连接C完好,而不存在第二脉冲表示流体连接C受到损害。不存在第二脉冲将引起监视装置25发布警报或告警信号,和/或警告第一或第二流体容纳系统S1、S2的控制系统以使其采取合适动作。
因此,监视装置25被构造成连续处理太阳城集团相关的测量信号,以确定是否存在第二脉冲。通常,该确定涉及在时域分析测量信号或该测量信号的预处理的形式,以计算表示测量信号中存在或不存在第二脉冲的评价参数的值。根据实现,监视装置25可以使用数字部件或模拟部件或其组合,以接收并处理测量信号。
在本发明的上下文中,“不存在”脉冲可以暗示脉冲消失了,或者至少与视为“存在”的脉冲相比,脉冲的振幅已经显著降低。对存在或不存在的评估可以涉及基于测量信号计算评价参数值并将该参数值与阈值进行比较。
第一发明构思
图2是示出了根据第一发明构思的监控处理步骤的流程图。接收测量信号(步骤 201)并且测量信号经过滤波处理(步骤202),该滤波处理从测量信号中基本上去除第一脉冲,同时完好地留下第二脉冲的至少一部分。随后,滤波后的测量信号经过时域分析(步骤203),其中,基于滤波后的测量信号中在太阳城集团窗内的信号值来计算评价参数的值,以下将其称为“评价片段”。通常将计算设计为,使得评价参数表示评价片段内信号值的分布。基于所得的评价参数的值,通常通过将所得的值与阈值进行比较,来决定(步骤204)流体连接是否完好。
对于连续的监视,基于从测量信号获得的太阳城集团序列的评价片段来计算太阳城集团序列的评价参数值。这些评价片段在太阳城集团上可以交叠或者可以不交叠。在一个实施方式中,一个接一个地获取测量信号的各段,对其进行滤波和分析。每个评价片段可以对应于测量信号中的一个这种段;因此当获取测量信号时已经应用了太阳城集团窗。在另一个实施方式中,连续获取测量信号并对其进行滤波,据此从滤波后的信号中提取评价片段并对其进行分析。
图3中(a)示出了含有相对振幅为10:1的第一脉冲和第二脉冲的太阳城集团相关的测量信号的示例。第一脉冲和第二脉冲分别具有1Hz和1.33Hz的频率。图3中(b)示出了去除了第一脉冲而仅留下第二脉冲和噪声的太阳城集团相关的测量信号。应该注意的是,在大约4秒后第二脉冲不存在。图3中(c)示出了针对图3中(b)的滤波后的测量信号中的不交叠的太阳城集团窗序列计算出的方差指标,各太阳城集团窗为大约0.75秒。显然,通过使用方差指标作为评价参数,可以在大约4秒的太阳城集团点检测到第二脉冲不存在。示例性的阈值由虚线表示。
第一发明构思具有提供流体连接C的完整性的相对稳健的指标的潜力。通过分析评价片段内信号值的太阳城集团分布,可以获得对于噪声和干扰信号的改进耐受性。
另外,与依赖于对测量信号的频域分析以检测是否存在第二脉冲的技术相比,第一发明构思可以提供对第二脉冲发生器3'的脉冲重复间隔中变化的改进耐受性,因为第一发明构思依赖于时域分析。例如,当第二脉冲发生器3'是人的心脏且第二系统S2由此是人的血液系统时,会出现这类变化。心律的变化(心率变化,HRV(Heart Rate Variability))将导致在频域中来自心脏的峰变得不明显,从而更难检测到。在处于平静状态下的健康主体中,HRV可以为15%那么大。不健康主体可能承受严重的心脏病,例如心房纤维性颤动和室上性异位搏动,这可能导致超过20%的HRV和室性异位搏动,其中对于室性异位搏动,HRV可能超过60%。这些心脏状况在例如透析患 者中并非罕见。
只要选择太阳城集团窗使得各评价片段包含至少一个第二脉冲,如果选择的适当,则存在/不存在第二脉冲将会影响评价参数。可以使用固定长度的太阳城集团窗,其中相对于第二脉冲发生器3'的最大脉冲重复率来选择太阳城集团窗的长度。可以通过第二脉冲发生器3'中的限制或者通过所选监视方法的性能限制,来设置太阳城集团窗的长度。或者,可以基于要检测的第二脉冲的预测的时序来选择太阳城集团窗的长度和/或太阳城集团窗在滤波后的测量信号中的位置。以下将参照第二发明构思进一步举例说明这种预测时序(“时序太阳城集团”)的获取和使用。
进一步地,根据第一发明构思的时域分析可以允许比频率分析更快地进行检测,因为时域分析可以具有检测评价片段中的单个第二脉冲的能力,而生成频谱需要评价片段中更大量的第二脉冲。因此,与时域分析相比,频域分析可以与更大的太阳城集团延迟相关联。
评价参数可以被计算为评价片段内信号值的统计离差指标。可能可用的统计离差指标的非限制性示例包括标准偏差(σ)、方差(σ2)、变异系数(σ/μ)和方差均值比(σ2/μ)。其他示例包括例如由下式给出的差的和:
Σi=2n|xi-xi-1|,]]>Σi=1nΣj=1n|xi-xj|,]]>
或者能量指标,例如
Σi=1nxi2]]>
其中,n是评价片段内信号值x的数量。另外其他的示例包括与平均值m的绝对差之和的指标,其中,平均值m是使用合适的函数(例如,算术平均、几何平均、取中值等)针对评价片段中信号值而计算出的。要注意的是,以上所有提出的离差指标还包括其归一化变型和/或加权变型。
作为计算统计离差指标的替代或补充,可以由匹配过程得到评价参数,在该匹配过程中,将评价片段与第二脉冲的一个或更多个预测的信号轮廓相匹配。优选地,但非必要地,每个预测的信号轮廓表示单个第二脉冲。通常,匹配过程涉及对评价片段和预测的信号轮廓进行卷积或进行互相关,并且评价参数值是所得的相关值,通常是最大的相关值。
进一步在图4的(a)-(c)中举例说明基于互相关的匹配过程。该匹配过程用 于区分以下假设:
H0:x(n)=w(n)
H1:x(n)=s(n)+w(n)
其中x(n)是评价片段,w(n)是表示由噪声/信号干扰/测量误差等引入的骚扰的误差信号,并且s(n)是第二脉冲的预测的信号轮廓。如果认为H1比H0更有可能,则识别到第二脉冲并且认为流体连接C是完好的。如果认为H0比H1更有可能,则不能识别到第二脉冲并且流体连接C可能受到损坏。
图4中(a)是示出预测的信号轮廓s(n)和评价片段x(n)的示例的曲线图。在该具体示例中,评价片段具有4.8dB的信噪比(SNR:signal-to-noise),即,信号轮廓s(n)的能量是误差信号w(n)的能量的3倍。在互相关期间,信号轮廓s(n)沿着太阳城集团轴滑动多个太阳城集团步长,如图4中(a)中的箭头所示,并且针对各太阳城集团步长计算乘积s(n)·x(n)的积分。因此,互相关导致相关值的太阳城集团序列,其中最大相关值表示x(n)与s(n)之间最佳匹配的太阳城集团点。图4中(b)示出了在最佳匹配的太阳城集团点处x(n)与s(n)之间的相对位置,并且图4中(c)示出了所得的作为所述太阳城集团步长的函数的相关值。最大相关值的大小(可选地被计算为在最大相关值(cmax)周围的范围内的加权平均值)可以因此用于区分以上的假设。
如图4中(c)所示,匹配过程不仅识别是否存在第二脉冲,它还提供了第二脉冲在评价片段内的位置的指示,其由最大相关值(cmax)的太阳城集团点(tp)给出。可以通过将该太阳城集团点与预测的太阳城集团点进行比较,将该太阳城集团点用于评估所确定的最大相关值的可靠性。这种预测的太阳城集团点可以由上述的时序太阳城集团获得,如以下将太阳城集团第二本发明构思进一步说明的。
预测的信号轮廓可以生成为第二脉冲的多个记录的平均。例如,预测的信号轮廓可以通过在监控处理之前和/或期间对多个评价片段求平均来生成。
为了改进预测的轮廓的信号质量,在求平均或不求平均的情况下,可以在使第一脉冲发生器停止的同时获取测量信号,由此测量信号不含有第一脉冲。因此,在用于计算第二脉冲的更新后的信号轮廓的监控处理中,可以间歇式停止第一脉冲发生器。
在另一个变型中,根据源自第一系统中的基准压力传感器(例如,图1中的压力传感器4a-4c中的任何一个)的一个或更多个基准信号,来获得预测的信号轮廓。这种基准压力传感器被适当地设置,以即使在流体连接受到损害时,例如借助第一与第 二流体容纳系统之间的第二流体连接,也检测到第二脉冲。基准压力传感器可以被安装成与第一脉冲隔离,使得基准信号基本不含第一脉冲。另选地,如果基准信号包括第一和第二脉冲二者,则基准信号可以经过滤波处理(例如,根据图2中的步骤202),以在基准信号中去除第一脉冲同时完好地保留第二脉冲。这种基准压力传感器的示例是以下将进一步描述的体外血流回路中的动脉压力传感器。在这种体外血流回路中,例如,如果监控处理的目的在于监控体外血流回路与患者之间的静脉侧流体连接的完整性,则测量信号可以源自一个或更多个静脉压力传感器。
在一个具体实现中,在监控处理期间连续地或间歇地获得基准信号,并且基于该基准信号连续或间歇地计算预测的信号轮廓。因此,在上述体外血流回路的上下文下,可以通过将来自静脉压力传感器的评价片段与从动脉压力传感器获得的预测的信号轮廓连续地进行匹配,来监控静脉侧流体连接的完整性。甚至可以想到的是,针对每个评价片段更新预测的信号轮廓(以下称为“同步监控”)。匹配过程可受益于时序太阳城集团的使用,如以下将太阳城集团第二发明构思进一步说明的。另选地,例如,通过对与正被监控的流体结构(例如,图1)相似的多个流体结构的第二脉冲记录进行求平均,可以预生成预测的信号轮廓。可选地,通过应用考虑了结构特定参数(例如,流体连接的类型、流率、流体特性等)的数学模型,这种预生成的信号轮廓可以适于要被监控的流体结构的具体情况。另选地,通过基于结构特定参数的数学建模可以完全获得预测的信号轮廓。根据又一个可选方案,将标准轮廓用作预测的信号轮廓,例如,诸如高斯分布函数的钟形函数。
为了改进对第二脉冲的检测,可以想到的是,在计算评价参数值之前,使滤波后的测量信号/评价片段经过信号增强处理,该处理去除了高频分量(例如,误差信号w(n))。这种信号增强处理可以涉及使滤波后的测量信号/评价片段经过低通滤波。然而,可以通过再次基于上述预测的第二脉冲的时序(即,时序太阳城集团),对滤波后的测量信号中的几个连续的第二脉冲求平均,更显著地改善评价片段的SNR。这种信号增强处理因此将会涉及使用预测的时序来在滤波后的测量信号中识别一组第二脉冲片段、基于预测的时序在时域中将第二脉冲片段对齐、以及通过在时域中针对每个太阳城集团值将对齐后的信号值求和来生成平均表示。可选地,按照第二脉冲片段的数量将平均表示进行归一化,以生成真实平均。然后,可以将平均表示用作上述的评价片段,或者可以从平均表示内的太阳城集团窗中提取评价片段。在图5中(a)-(b)进一步举例 说明了信号增强处理。图5中(a)是滤波后的测量信号的时域表示x(n)=s(n)+w(n),其中SNR为-9dB,即误差信号w(n)的能量是信号轮廓s(n)的能量的8倍,从而难以进行时域分析来检测第二脉冲(如果不是不可能的)。图5中(b)是对与图5中(a)中的第二脉冲片段类似的10个不同的第二脉冲片段求平均之后的时域表示。显然,已经显著改善了SNR,从而能够使用时域分析来检测第二脉冲。
应当理解的是,如果要被监控的流体结构包括多于一个压力传感器(例如,图1中的4a、4b),则图2的监控处理可以对多于一个测量信号进行操作。在这种结构中,上述信号增强处理可以涉及使用上述时序太阳城集团来识别源自不同压力传感器的至少两个滤波后的测量信号中的第二脉冲片段并对其求平均。因此,可以从各测量信号中的多个太阳城集团窗和/或不同测量信号中的一个或更多个太阳城集团窗提取出第二脉冲片段。
根据图2中步骤202的滤波处理的目的在于,以使得可以通过后续的时域分析(步骤203)检测到第二脉冲的程度,从测量信号中去除第一脉冲。例如,梳状滤波器和/或通常级联的带阻或陷波滤波器的组合可以对测量信号进行操作,以阻挡源自第一脉冲发生器3的所有频率分量。另选地,例如,如上述WO97/10013中所公开的,可以通过使用一个或更多个自适应滤波器和陷波等效滤波器来实现这种阻挡效果。在又一个替代实施方式中,在时域中处理测量信号以消除第一脉冲。在这种实施方式中,可以获得第一脉冲的标准信号轮廓,随后以合适的幅度和相位从测量信号中将其减去。该相位由相位太阳城集团表示,该相位太阳城集团可以由耦接到第一脉冲发生器3的相位传感器所产生的信号获得或者由用于第一脉冲发生器3的控制信号获得。适当地通过类似于上述信号增强处理,识别测量信号中的一组第一脉冲片段并对其求平均,可以从第一流体容纳回路S1中的一个或更多个压力传感器4a-4c获得标准信号轮廓。在监控处理期间,可以或者不可以间歇地更新标准信号轮廓。另选地,使用预定的标准信号轮廓,该标准信号轮廓可选地可以根据考虑了第一脉冲发生器中的损耗、流体流率、导管尺寸、流体中的声速等的数学模型进行修改。应该注意的是,通过在时域中而不是在频域中对测量信号进行滤波,可以消除第一脉冲并仍然保留第二脉冲,即使在频域中第一脉冲与第二脉冲交叠。
第二发明构思
图6是示出了根据第二发明构思的监控处理中的步骤的流程图。在该处理中,接收测量信号(步骤601)并且从测量信号或其他信号获得时序太阳城集团(步骤602)。时序 太阳城集团表示第二脉冲在测量信号中的时序。随后,基于时序太阳城集团处理测量信号(步骤603),以计算表示在测量信号中存在或不存在第二脉冲的评价参数值。基于所得的评价参数值,通常通过将所得的值与阈值进行比较,决定(步骤604)流体连接是否完好。
因此,在第二发明构思中,时序太阳城集团表示第二脉冲在测量信号中的期望位置。该附加的太阳城集团可以允许从其他类型的信号特征(例如,不同的/更简单的评价参数)中识别出第二脉冲,和/或可以允许检测存在/不存在第二脉冲的可靠性提高。
另外,如上所述,提供时序太阳城集团通过对一个或更多个测量信号中的第二脉冲片段进行识别和求平均来使得信号增强。信号增强可以增大测量信号的SNR,从而允许使用基本指标作为评价参数,例如,信号幅度、局部极大值、局部平均值等。这可以用于提高处理速度和/或允许使用复杂度更低的检测设备。
要理解的是,第二发明构思可以与第一发明构思的任何特征相结合。例如,可以对测量信号进行滤波以去除第一脉冲,并且可以针对由滤波后的测量信号中的太阳城集团窗内的信号值所给出的评价片段,来计算评价参数。另外,太阳城集团第一发明构思提出的任一个评价参数可同等地应用于第二发明构思。然而,要注意的是,对测量信号进行滤波不是第二发明构思的必要特征,因为使用时序太阳城集团可以允许即使存在第一脉冲时也能在测量信号中检测到第二脉冲。
第二发明构思还可以提高检测速度,因为时序太阳城集团可以提供第二脉冲在测量信号/滤波后的测量信号/评价片段中的预测太阳城集团点。由此,需要被处理以计算评价参数值的信号值的数量减少。例如,可以简化上述的匹配过程,因为仅需要针对预测太阳城集团点或者围绕该预测太阳城集团点的有限太阳城集团范围,来计算预测的信号轮廓与评价片段之间的相关性。相应地,可以简化统计离差指标或上述基本指标的计算,因为提供时序太阳城集团使得可以减小用于提取评价片段的太阳城集团窗的尺寸,同时仍然确保各评价片段包括至少一个第二脉冲。例如,如果时序太阳城集团表示第二脉冲之间缩短的脉冲间隔,则太阳城集团窗的尺寸可以减小,和/或太阳城集团窗可以居中于每个第二脉冲的预测太阳城集团点。
进一步地,通过将与评价参数值相关联的太阳城集团点与时序太阳城集团所给出的预测太阳城集团点进行比较,第二发明构思允许评估计算出的评价参数值的可靠性。例如,可以将上述匹配过程中获得的最大相关值的太阳城集团点与第二脉冲的预测太阳城集团点进行比较。如果这些太阳城集团点偏离得太多,则即使相关值的大小可能表示第二脉冲的存在,监控处理也可 以确定第二脉冲不存在。
可以按多个不同方式中的任一个方式获得时序太阳城集团。例如,可以从耦接到第二流体容纳系统的脉冲传感器的输出信号中提取出时序太阳城集团。输出信号可以表示这些第二脉冲之间的平均太阳城集团或各个第二脉冲。在任一种情况下,基于脉冲传感器的输出信号、以及脉冲传感器与产生测量信号的压力传感器之间的已知的到达太阳城集团差,可以计算第二脉冲在测量信号中的预测太阳城集团点。脉冲传感器可以感测由第二脉冲发生器在流体中产生的压力波,或者它可以例如经过以机械方式耦接到第二脉冲发生器的脉率仪或第二脉冲发生器的控制信号,来直接反应第二脉冲发生器中的脉冲发生过程。在一个应用中,以下为了进一步举例说明,第二流体容纳系统是人的血液系统,而脉冲发生器是人的心脏。在这种应用中,可以由任何传统的脉冲传感器(例如,脉冲表、脉搏氧饱和度仪、心电图仪等)提供时序太阳城集团。
另选地,基于之前检测到的第二脉冲在测量信号中的相对时序(例如,由与之前计算出的评价参数值相关联的太阳城集团点给出的),可以获得时序太阳城集团。例如,两个最近检测到的第二脉冲之间的太阳城集团差可以用于预测后续的第二脉冲的太阳城集团点。
另选地,可以根据源自第一系统中的基准压力传感器的一个或更多个基准信号获得时序太阳城集团。这种基准压力传感器被适当地设置,以即使流体连接受到损坏,例如通过第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间的第二流体连接,也能检测到第二脉冲。
这种基准压力传感器的示例是以下将进一步描述的体外血流回路中的动脉压力传感器。在这种体外血流回路中,例如,如果监控处理的目的在于监控体外血流回路与患者之间静脉侧流体连接的完整性,则测量信号可以源自一个或更多个静脉压力传感器。使用任何合适的技术,包括本文公开的时域技术,可以处理基准信号以检测至少一个第二脉冲。然后,可以使用基准传感器与用于监控的压力传感器之间的脉冲到达/传导太阳城集团的已知/测量差,将检测到的第二脉冲在基准信号中的太阳城集团点转换成在测量信号/滤波后的测量信号/评价片段中的预测太阳城集团点。因此,在一个实施方式中,传导太阳城集团差由固定的预定值给出。
在另一个实施方式中,基于可以由体外血流回路中的任何合适传感器(包括静脉和动脉压力传感器)得出的实际静脉和动脉压力(绝对值、相对值或平均值),确定体外血流回路中的动脉侧血液管路与动脉侧血液管路之间的传导太阳城集团差。如果压力增 大,则传导太阳城集团缩短,即,高压力等于短传导太阳城集团。在体外血流回路操作期间,静脉压力应该高于动脉压力,因此静脉血液管路中的传导太阳城集团应该比动脉血液管路中的传导太阳城集团短。可以基于例如物理模型或查询表来确定传导太阳城集团差。该模型或表可以不仅包括太阳城集团压力的太阳城集团(绝对值、相对值或平均值),而且还包括太阳城集团以下各项的太阳城集团:材料(弹性、塑性等)、几何形状(长度、直径、壁厚度等)、温度(流体温度和环境温度)、机械因素(夹具、张力、制动器、纽结/梗塞等)、流体特性(粘度、水/血液、化学组成等)等。然后,然后,可以将由此确定的传导太阳城集团差用于将在来自动脉压力传感器的基准信号中检测到的第二脉冲的太阳城集团点与在源自静脉压力传感器的测量信号/滤波后的测量信号/评价片段中的预测太阳城集团点相关联。
在变型中,可以通过将滤波后的测量信号/评价片段(由静脉压力信号得出的)与相应的滤波后的基准信号(由动脉压力信号得出的)对齐并相加,由此计算出具有改善SNR的平均太阳城集团相关的信号,从而获得改进的时序太阳城集团估计。可以基于由实际动脉和静脉压力(绝对值、相对值或平均值)给出的上述传导太阳城集团差进行对齐。通过识别出平均太阳城集团相关的信号中的一个或更多个第二脉冲,获得改进的时序太阳城集团估计。
另选地或附加地,为了潜在提高时序太阳城集团的精确度,可以通过在识别出基准信号或测量信号中的至少一个第二脉冲的同太阳城集团歇式停止第一脉冲发生器,来获得时序太阳城集团。
可选地,基于识别出的第二脉冲(在基准信号或测量信号中)获得时序太阳城集团的处理可以涉及根据太阳城集团准则验证识别出的第二脉冲(候选脉冲)。这种太阳城集团准则可以(例如)表示该候选脉冲与一个或更多个之前识别出的(并被验证的)第二脉冲的太阳城集团点之间的太阳城集团差的上限和/或下限。上限和下限可以是固定的,或者它们可以根据之前的太阳城集团差来动态设置。可以去除/丢弃违反该太阳城集团准则的任何候选脉冲,而不用于获得时序太阳城集团。
在又一个可选方案中,使用迭代方法,根据测量信号获得时序太阳城集团。在该迭代方法中,例如,基于第一发明构思,处理测量信号以计算评价参数值的太阳城集团序列。这些评价参数值标识候选脉冲的序列及相关联的候选太阳城集团点,其根据太阳城集团准则验证。这种太阳城集团准则可以例如表示候选太阳城集团点之间的太阳城集团差的上限和/或下限。可以通过第二脉冲发生器3'中的约束给出太阳城集团准则。可以去除/丢弃违反该太阳城集团准则的任何候选太阳城集团点,并且可以由剩余太阳城集团点获得时序太阳城集团。
可以根据之前时序太阳城集团(即,太阳城集团在前第二脉冲的太阳城集团点的太阳城集团)的可用性,使用不同的验证方法。可以通过前述任一方法或者由迭代法中的前一迭代给出这种之前时序太阳城集团。
图7中(a)示出了设置在太阳城集团轴上的候选脉冲的序列(用X标示)以及之前的第二脉冲的序列(用Y标示)。在第一验证步骤中,基于之前的时序太阳城集团(例如,第二脉冲Y)计算预测的太阳城集团点(图7中(b)中的↓箭头)。在第二验证步骤中,应用第一太阳城集团准则,以去除/丢弃离预测太阳城集团点太远的任何候选脉冲,另外如图7中(b)所示。在第三验证步骤中,应用第二太阳城集团准则,以在彼此特别靠近的任何候选脉冲之中仅保留具有最大评价参数值的那个候选脉冲,如图7中(c)所示。
如果之前的时序太阳城集团不可得,则可以使用不同的验证方法。图8是这种验证方法的流程图。在识别候选脉冲的初始步骤801之后是第一验证步骤802,在该第一验证步骤802中,应用该第一太阳城集团准则,以在彼此特别靠近的任何候选脉冲中仅保留具有最大评价参数值的那个候选脉冲。图7中(d)示出了将第一验证步骤802应用于图7中(a)中的候选脉冲序列的示例性结果。然后,在步骤803中,形成剩余候选脉冲的不同组合。在步骤804中,针对每个这种组合,通过对测量信号/滤波后的测量信号中相应信号片段进行对齐并求和,来计算平均表示。可以基于第二太阳城集团准则来形成这些组合,该第二太阳城集团准则限定了候选脉冲之间的太阳城集团差的上限和/或下限。在第二验证步骤805中,针对每个这种平均表示来计算评价参数值,并且提取最大评价参数值。最后,在步骤806中,通过将最大评价参数值与阈值进行比较,决定流体连接是否完好。如果最大评价参数值超过阈值,则可以推断出存在第二脉冲并且流体连接是完好的。可以注意的是,由于时序太阳城集团的使用被包含在用于确定流体连接的完整性的最后步骤806中,因此在图8的验证方法中不需要明确地提取时序太阳城集团。
还应该注意的是,在步骤801和806中可以使用不同的评价参数和/或阈值。还可以想到的是使用两个或更多个以上用于获得时序太阳城集团的侯选方法的组合。
图9是组合了第一和第二发明构思的特征的实施方式的流程图。具体来讲,根据第一发明构思的步骤201和202获得测量信号并对其进行滤波。然后,在步骤202'中,基于时序太阳城集团处理滤波后的测量信号,以增强信号。如以上太阳城集团图5讨论的,步骤202'通常涉及识别滤波后的测量信号中的一组第二脉冲片段、将一组第二脉冲片段进行对齐并求和,以创建平均信号表示。然后,根据第一/第二发明构思的步骤 203/603,基于增强后的信号表示来计算评价参数值,并且决定流体连接是否完好(步骤204/604)。该方法还涉及根据第二发明构思的步骤601接收测量信号(其可以是与步骤201中相同的测量信号,或者是上述的基准信号)。然后,如果需要,根据第一发明构思的步骤202,对测量/基准信号进行滤波以去除第一脉冲。最后,根据第二发明构思的步骤602获得时序太阳城集团。
监控技术的组合
如上文解释的,监控流体连接的完整性的技术可以是基于第一和第二发明构思中的任一个或其组合的。还可能的是,将这种本发明的监控技术与一个或更多个传统监控技术结合,传统监控技术例如涉及使用空气检测器或者涉及将平均压力水平与阈值进行比较(如以介绍的方式描述的)。在前述WO97/10013和US2005/0010118中公开了其他传统监控技术。
还有可能需要的是,将本发明的监控技术与专门设计用于处理不利操作条件的其他技术结合。一个这样的操作条件可能当在频域中第一和第二脉冲交叠时出现。如以上太阳城集团图2的步骤202讨论的,可以通过在时域中对测量信号进行滤波来处理这样的操作条件。然而,通过将本发明的监控技术与锁相技术或搏动检测方法(以下将作描述)结合,可以进一步提高监控的精确度。
锁相技术涉及控制第一脉冲发生器3/第二脉冲发生器3',从而在应用第一脉冲与第二脉冲之间的相位差的同时使第一脉冲发生器3/第二脉冲发生器3'的脉冲率同步。由此,第一脉冲和第二脉冲在太阳城集团上将是分开的,并且可以使用根据第一和/或第二发明构思的时域分析来进行检测。相位差可以大致是180°,因为这样可以使第一脉冲和第二脉冲在时域中最大程度地分开。当检测到第二脉冲发生器的频率接近第一脉冲发生器的频率时,可以激活锁相技术,或反之亦然。
搏动检测方法是替代或补充监控技术,其涉及评价测量信号中存在或不存在搏动信号,以确定流体连接的完整性。搏动信号本身表现为测量信号的幅度调制,并且由第一脉冲发生器生成的压力波和第二脉冲发生器生成的压力波之间的干扰形成。代替尝试识别测量信号中的第二脉冲,借助搏动的二次效应来识别第二脉冲的存在。通常,搏动是尤其当频率间隔近的两个信号叠加在一起时能被注意到的一种现象。因此,当第一脉冲和第二脉冲在频域中间隔近时,搏动信号检测本来是特别适用的。通过在时域中分析测量信号,可以或不可以检测搏动信号。合适地,搏动检测涉及获得与第一 脉冲发生器相关的一个或更多个特定频率,以及产生其中所述特定频率除了一个之外都被去除的至少一个滤波后的测量信号。然后,可以通过确定滤波后的测量信号的包络来检测搏动信号。搏动检测方法是申请人于2008年4月17日同时提交的共同待决的瑞典专利申请No.0800890-6和美国临时专利申请No.61/045642的主题。
要理解的是,在以上任何一种组合中,可以串行地、以任何次序、或并行地执行不同的监控技术。
性能改进
可以通过应用以下的任一种变型,改进如上所述的用于监控流体连接的完整性的不同方法的性能。
假设检验
可以通过假设检验表示第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间流体连接的完整性的确定。在该假设检验中,将上述的评价参数值β与阈值进行比较。假设的输出是这样一种判断,即,如果β>γ1,则会是“完好的流体连接”(H1);如果β<γ0,则会是“受到损害的流体连接”(H0);或者,如果γ0≤β≤γ1,则会是“不确定的判断”,其中,γ0和γ1是不同的阈值。
与振幅相关的监控技术
监控技术可以基于测量信号中和/或基准信号中的第一和/或第二脉冲的幅度动态地进行调节。动态调节可以影响用于获得时序太阳城集团的处理和/或用于基于测量信号获得参数值的处理。
例如,如果发现基准信号中的第二脉冲的振幅(例如,幅度)小于测量信号中的第二脉冲的振幅(例如,幅度)或者小于预定的绝对极限,则可以基于测量信号获得时序太阳城集团,否则基于基准信号获得时序太阳城集团(或反之亦然)。因此,参照图9,基于第二脉冲的幅度调节步骤601。
在另一个示例中,如果再发现基准信号中的第二脉冲的振幅(幅度)太小,则可以将监控方法切换到另一种用于检测测量信号中存在或不存在第二脉冲的方法,例如在没有时序太阳城集团的情况下操作的方法(例如,通过省略图9中的步骤601、602、202和202')。
在以上的示例中,如果第一脉冲和第二脉冲的振幅是协变实体,则可以可供选择地基于第一脉冲的振幅或第一和第二脉冲组合的振幅进行动态调节。
基于患者数据记录的监控技术
当第二流体容纳系统(图1中的S2)是患者的血液系统时,监控方法可以被构造为访问并使用患者专属太阳城集团,即,患者的现有数据记录,例如同一患者早前的治疗中获得的数据记录。患者专属太阳城集团可以被存储在监视装置(图1中的25)的内部存储器中、存储在监视装置可访问的外部存储器上或存储在医疗卡上,其中太阳城集团例如通过RFID(射频识别)例如以无线方式发送到监视装置。例如,监视装置可以将滤波后的测量信号或由此得出的参数与患者专属太阳城集团进行比较。如果发现差别大,则可以发布警报和/或可以更改监控技术(或根据预定表格选择监控技术)。此外,通过例如确定用于上述算法/处理的个人阈值,监视装置可以使用患者专属太阳城集团来优化监控技术。监视装置还可以使用患者专属太阳城集团来确定是否应该使用替代的监控技术或者监控技术的组合。
根据第一脉冲发生器的规则停止来使用太阳城集团
在一个实施方式中,规则地(间歇地或周期性地)停止第一脉冲发生器,并且分析测量信号和/或基准信号,以确定第二脉冲的幅度、频率和相位。然后,可以通过上述的锁相技术,将所得的太阳城集团用于实现检测。
另选地或附加地,如果在该停止期间检测到的第二脉冲的振幅(幅度)小于某一极限(被选择为具有安全检测的余量),则可以发布“不确定检测”的警告。另选地,如果振幅小于另一个极限,则可以主动地控制第一脉冲发生器,使其以特定太阳城集团间隔停止,其中在各停止期间获得的太阳城集团可以用于变更监控技术。例如,由此获得的太阳城集团可以用于改变(或添加)上述算法/处理中的阈值,或者用于确定是否应该使用监控技术的组合或替代的监控技术。在另一个示例中,如果由此获得的太阳城集团表示第二脉冲的脉冲率(pulse rate),则专用带通滤波器(例如,居中于由此获得的脉冲率)可以对测量信号/滤波后的测量信号/评价片段进行操作,以进一步改进对于用于获得时序太阳城集团的处理(例如,图6中的步骤602)和/或用于基于测量信号获得参数值的处理(例如,图2和图9中的步骤203/603)的输入。在一个实施方式中,如果发现第一脉冲和第二脉冲的速率的差超过某一极限,例如大约10%,则应用这种带通滤波器。
在另一实施方式中,选择性控制第一脉冲发生器,以降低通过流体结构的流率。通过降低流率,可以接受监控处理对故障状况的更长的响应太阳城集团,而这种更长的响应太阳城集团可以用于提高监控处理在检测故障状况中的精确度。
对体外血流回路的监控
在下文中,只是出于说明的目的,在体外血液处理的上下文中描述用于监控流体连接完整性的第一和第二发明构思的实现。以下的示例涉及与上述搏动检测方法的结合。这只是示例,可以在不采用搏动检测方法和/或结合以上讨论的任一种其他监控技术的情况下,可以等同地实现监控处理。
还应该理解,以下第一和第二发明构思以及搏动检测方法的实现不限于体外血液处理,而是通常可应用于监控第一流体容纳系统与第二流体容纳系统之间流体连接的完整性。
图10示出了透析中使用的类型的体外血流回路20的示例。体外血流回路20包括下文中将描述的组件1-14。因此,如图10中所示,体外血流回路20包括动脉针头形式的、用于抽取血液的接入装置1以及将动脉针头1连接到血泵3的动脉导管部分2,该血泵3可以是蠕动型泵。在泵的入口处有压力传感器4a(下文中称作动脉传感器),其测量动脉导管部分2中泵之前的压力。血泵3促使血液经由导管部分5到达透析仪6的血液侧。许多透析机附加地设有压力传感器4b,该压力传感器4b测量血泵3与透析仪6之间的压力。引导血液经由导管部分10从透析仪6的血液侧到达静脉滴注器或脱气室11,并且从那经由静脉导管部分12和静脉针头14形式的用于重新导入血液的接入装置返回患者。提供压力传感器4c(下文中被称作静脉传感器)来测量透析仪6的静脉侧的压力。在图示示例中,压力传感器4c测量静脉滴注器中的压力。动脉针头1和静脉针头14二者通过血管通路连接到患者。血管通路可以是任何合适的类型,例如,瘘管、斯克里布纳分流器(Scribner-shunt)、移植物等。根据血管通路的类型,可以使用其他类型的接入装置(例如,导管)替代针头。
如通过介绍所讨论的,可能至关重要的是,针对通过流体连接的血液的注入和/或提取中的故障,监控到血管通路的流体连接的完整性。在许多透析机中,不存在一个或更多个所述的压力检测器4a-4c。然而,将存在至少一个静脉压力传感器。以下的描述集中于基于来自静脉压力传感器的测量信号来监控血管通路与静脉针头之间流体连接的完整性。监控处理涉及所谓的直接检测方法,其可以实现如上讨论的第一和第二发明构思中的一者及其不同的实施方式。因此,太阳城集团图1中的总体结构,体外血流回路20对应于第一流体容纳系统S1,血泵3(以及体外血流回路20内或与其相关联的任何另外的脉冲源,例如透析溶液泵、阀门等)对应于第一脉冲发生器3,患 者的血液系统对应于第二流体容纳系统S2,并且患者的心脏对应于第二脉冲发生器3'。
在图10中,提供控制单元23,即,以通过控制血泵3的转速来控制回路20中的血液流动。体外血流回路20和控制单元23可以形成体外血液处理设备(例如,透析机)的一部分。尽管没有进一步示出或讨论,但是要理解这种设备执行许多其他的功能,例如,控制透析流体的流动、控制透析流体的温度和成分、等等。
另外,在图10中,监视/监控装置25被构造为,尤其通过监控血液压力信号中是否存在源自患者心脏的信号分量,来监控患者与体外血流回路20之间的静脉侧流体连接的完整性。没有这种信号分量被认为是流体连接完整性被破坏的指示,并且使装置25激活警报和/或例如通过停止血泵3并激活导管部分12上的夹紧装置13来停止血液流动。监视装置25至少被连接,以接收压力传感器4c的测量信号。装置25还可以连接到压力传感器4a、4b以及体外血流回路20中所包括的任何附加的压力传感器。如图10中所示,装置25还可以连接到控制单元23。另选地或者附加地,装置25可以连接到用于指示血泵3的频率和相位的测量装置26。装置25有线地或无线地连接到用于生成声音/目视式/触觉式警报或警告信号的本地或远程装置27。另选地,监视装置25和/或警报装置27可以合并为透析设备的一部分。
在图10中,监视装置25包括预处理输入信号的数据获取部28,数据获取部28例如包括具有所需最小采样率和分辨率的A/D转换器、一个或更多个信号放大器、用于去除输入信号中的不期望的分量(例如,偏移、高频噪声和电源电压干扰)的一个或更多个滤波器。
在本文给出的示例中,数据获取部28包括来自National Instruments的DAQ卡USB-6210(其具有1kHz的采样率和16位的分辨率)、来自Analog Devices的运算放大电路AD620、截止频率为0.03Hz的高通滤波器(例如,用于去除信号偏移)连同截止频率为402Hz的低通滤波器(例如,用于去除高频噪声)。为了获得短的收敛太阳城集团,将低阶滤波器用于高通滤波器。此外,数据获取部28可以包括附加的固定的带通滤波器,其具有分别对应于每分钟30次心跳和160次心跳的心脏脉冲率的0.5Hz的上截止频率和2.7Hz的下截止频率。该滤波器可以用于抑制所关注的频率间隔之外的骚扰。
在数据获取部28中进行预处理之后,来自压力传感器4c的信号被作为输入提供 到数据分析部29,该数据分析部29执行实际的监控处理。图11中(a)示出了时域中这种经预处理的压力信号的示例,并且图11中(b)示出了相应的功率谱,即,频域中的压力信号。功率谱揭示了检测到的压力信号含有源自血泵3的多个不同频率分量。在示例说明的示例中,存在处于血泵的基频(f0)(在该示例中为1.5Hz)及其谐波2f0、3f0和4f0处的频率分量。基频(下文中也被称示为泵浦频率)是在体外血流回路中产生压力波的泵冲程的频率。例如,在图10所示类型的蠕动泵中,转子的每个完整旋转产生两个泵冲程。图11中(b)还表示了在一半泵浦频率(0.5f0)及其谐波(在该示例中,至少是f0、1.5f0、2f0和2.5f0)处的频率分量的存在。图11中(b)还示出了心脏信号(在1.1Hz),在该示例中,该心脏信号大致比在基频f0处的血泵信号弱大约40倍。
图12是根据本发明实施方式用于数据分析或监控处理的流程图。图示的处理实现了检测方法的组合,以监控体外血流回路20与人的血液系统之间流体连接的完整性。一种检测方法(“直接检测”)涉及使用时域分析来检测压力信号中的心脏脉冲。另一种检测方法(“搏动检测”)涉及检测压力信号中的幅度调制(搏动信号),该幅度调制是由源自患者心脏和血泵的压力波之间的干扰造成的。以下将进一步详细描述这些检测方法,但是首先将简要概括该处理的整体操作。
通过输入压力信号的信号片段(步骤401)以及太阳城集团血泵基频(f0)的太阳城集团(步骤402)来开始监控处理。该频率太阳城集团可以由对压力信号本身的处理而获得。另选地,其可以由专用测量装置(例如,图10中的26)所生成的信号而获得,或者由表示控制单元(例如,图10中的23)使用的设置值或实际值的信号而获得。要理解的是,步骤402不需要在监控处理的每次迭代中都执行。
直接检测方法涉及步骤403-405,在这些步骤中,对信号片段进行处理,例如,通过阻挡与血泵相关的一个或更多个频率分量(参见图11中的0.5f0、f0、1.5f0、2f0、2.5f0、3f0和4f0),以去除源自血泵的第一脉冲。通常,步骤403(对应于图2中的步骤202)被设计为有效“清洁”信号片段,以去除源自血泵的所有频率分量。在步骤404(对应于图2中的步骤203)中,在时域中对信号片段进行分析,以识别出源自患者心脏的任何剩余信号脉冲。在步骤405(对应于图2中的步骤204)中,如果中检测到心脏脉冲,则监控返回到步骤401,在该步骤401中,输入新的压力信号片段用于处理。如上所述,此新的信号片段可以或者不可以部分地交叠之前的信号片段。 在步骤405中,如果没有检测到心脏分量,则监控前进至搏动检测。没有心脏脉冲可能是静脉侧流体连接出现故障(例如,由于静脉针头从血管通路脱离,或者由于心脉太弱以致于没被检测到)而的造成。另选地,搏动频率可以基本上与血泵的任何频率分量相符,从而造成在滤波步骤403中将没有心脏脉冲意外地消除。
在替代实现中,直接检测方法的步骤403-405对应于以上太阳城集团图6讨论的根据第二发明构思的步骤602-604。
在任一个实现中,直接检测方法可以利用可以如以上太阳城集团第二发明构思描述地获得的时序太阳城集团。
搏动检测方法涉及步骤406-408,在这些步骤中,对信号片段进行处理,以识别出分别源自心脏和血泵的压力波之间的干扰导致的搏动信号。认识到搏动信号是信号幅度随着等于这两个压力波之间的频率差的频率而周期性变化的。因此,代替在压力信号中搜索心脏脉冲本身,搏动检测在时域中察看心脏脉冲对压力信号的间接作用。
在步骤406中,对信号片段进行处理,以去除除了所选的一个或更多个频带之外的所有频率。这种所选的频带每个是仅围绕与血泵相关的频率分量(参见图11中的0.5f0、f0、1.5f0、2f0、2.5f0、3f0和4f0)中的一个频率分量的频带。可以实施该选择性带通滤波,以便于检测搏动信号。来自心脏的压力波通常比来自血泵的压力波小得多(通过小20-200倍),所以可能的搏动波将很弱并且可能难以检测。通常,从信号片段中去除一个这种所选频带外的所有频率,据此在时域中分析所得的滤波后的信号片段以检测搏动信号(步骤407)。如果已知血泵产生多个频率分量(如图11所示),则步骤406产生一组滤波后的信号片段,各片段仅包括围绕这些频率分量中的一个频率分量的频率。这些滤波后的信号片段可以并行生成并随后在步骤407中进行分析。另选地,基于血泵频率分量的给定次序,可以顺序生成滤波后的信号片段。各滤波后的信号片段可以在生成另一个滤波后的信号片段之前传递至步骤407用于分析,使得一检测到搏动信号就中断滤波后的信号片段的生成。
在又一个实施方式中,已知的是心脏脉冲率。在这种情形下,步骤406可以限于只生成一个滤波后的信号片段,该信号片段只包括围绕最靠近已知心脏频率的频率分量的频率。以与时序太阳城集团类似的方式适当地获得心脏脉冲率。
步骤406中的选择性带通滤波可以使用固定宽度的频带,根据搏动检测方法的所需性能来设置该固定宽度的频带,并且该固定宽度的频带通常是应该产生搏动信号的 泵频率分量和心脏脉冲之间的最大频率间隔。例如,如果将搏动检测方法与能够检测这些频率分量之间特定频率区域中存在/不存在心脏信号的另一种检测方法(例如,直接检测方法)结合使用,则搏动检测方法使用的频带可以比泵频率分量的间隔小。在其他情形下,频带可以具有大致与泵频率分量的间隔相同的总宽度,或者相邻泵频率分量的频带甚至可以交叠。在另一个实施方式中,频带的宽度可以适应性地设置为之前确定的心脏频率的函数。例如,随着心脏频率接近一个泵频率分量,该宽度可以减小。如上所述,心脏频率可以例如由独立的脉率仪、另一个压力传感器或者监控处理中的前一次迭代获得。
然而,要理解的是,围绕血泵的不同频率分量进行的选择性带通滤波可以包括进来,以便于进行搏动检测,但是也可以免除。
如果在步骤408中检测到搏动信号,则监控返回到步骤401,在步骤401中,输入新的压力信号片段用于处理。如果在步骤408中没有检测到搏动信号,则监控前进,以激活表示故障的警报或者至少可能已经发生了这种故障的警告(步骤409)。在激活警报/警告的同时,处理可以前进至步骤410,在步骤410中,改变泵浦频率,据此监控处理可以返回到步骤401,以继续监控血管通路与静脉针头之间流体连接的完整性。如果在监控处理的后续迭代期间发现了心脏分量/搏动信号,则警报/警告可以关断。或者,为了使假警报的数量最少,可以只在监控处理在泵浦频率进行这种改变之前和之后都未检测到心脏信号时才激活警报/警告。
在步骤410的一个实施方式中,泵保持操作,但是其泵浦频率改变。在一个变型中,为了减少血流并由此使已检测到的潜在故障造成的任何血液损失最小,泵浦频率降低。在另一个变型中,主动使泵浦频率偏移,使得其频率分量与其之前的频率分量不相符。例如,可以将基频偏移源自该泵的频率分量之间间隔的一部分。在图11的示例中,这将会意味着0.5f0的一部分。通常,偏移表示泵浦频率的降低。
在步骤410的另一实施方式中,关闭泵(即,f0=0)以去除血泵的干扰,同时还使已检测到的潜在故障造成的任何血液损失最少。在这个实施方式的变型中,步骤410还涉及在血泵关闭的同时识别心脏的频率,以及随后以与由此识别的心脏频率偏移的泵浦频率重启血泵。例如,可以使用步骤404的谱信号分析,从压力信号中识别出心脏频率。
图13是被构造用于执行图12所示的监控处理的数据分析部(例如,图10中的 29)的框图。在示例说明的实施方式中,数据分析部包括存储块50、泵频率确定块51、直接检测块52、搏动检测块53和开关块54、55,开关块54、55用于将直接检测块52和搏动检测块53的输出连接到警报装置。虽然没有示出,但是可以提供控制块以使块50-55的操作同步。
可以通过处理装置(例如,通用计算机装置或专用计算机装置或已编程的微处理器)上运行的软件,来实现数据分析部29。存储块50可以是这种计算机装置的易失性或非易失性存储器,然而其他块51-55可以由软件指令来实现。然而,可以想到的是,如本领域已知的,部分块或全部块完全或部分地由专用硬件实现,例如由FPGA、ASIC或离散电子元件(电阻器、电容器、运算放大器、晶体管等)的组件实现。
存储块50操作以将输入的压力信号存储为数据样本的序列。随后,其他块51-53操作,以从存储块50接收或检索所存储的压力信号的片段。存储块50由此缓冲输入的压力信号,允许单独地处理和分析交叠或不交叠的信号片段。存储块50可以例如被实现为多个线性缓冲器或环形缓冲器。
块51被构造为基于信号片段确定血泵的频率。以下将进一步描述这个块使用的算法的示例。
块52基于泵频率确定块51提供的估计的泵浦频率,实现直接检测步骤403-405(图12)。如果确定步骤405的结果为否定,即,没有发现心脏分量,则开关块54操作,以激活块53。如果发现了心脏分量,则开关块54可以操作,以向警报装置提供肯定状态的指示,并且可以通过块51、52接收或检索新的信号片段。
块53再次基于估计的泵浦频率,实现搏动检测步骤406-408(图12)。如果确定步骤408的结果为否定,即,没有检测到搏动信号,则开关块55操作以向警报装置提供否定状态的指示,该警报装置发布警报。如果发现了搏动信号,则开关块55可以操作,以向警报装置提供肯定状态的指示,并且可以通过块51、52接收或检索新的信号片段。
在图13中,数据分析部还包括用于(例如,从图10中的控制单元23或测量装置26)接收表示泵浦频率的输入部56。如太阳城集团步骤410(图12)讨论的,从该信号获得的频率太阳城集团可以补充或取代块51确定的频率。
图13还示出提供用于表示患者心脏频率的测量信号的输入部57,例如,用于当执行步骤406时向块52提供时序太阳城集团或者提供时序太阳城集团供块53使用。
现在将描述块51-53中每个的示例性操作,开始描述的是泵频率确定块51。
泵频率确定块51被构造为根据压力信号片段计算功率谱,并且识别出功率谱中的基础泵浦频率。按任何已知方式,例如,通过对压力信号片段进行DFT(离散傅立叶变换)或FFT(快速傅立叶变换)操作,可以计算出功率谱。基础泵浦频率可以被识别为功率谱中最大峰的频率,或者至少是多个最大峰中一个最大峰的频率。
如果功率谱的分辨率低,则可以采用特定手段来提高估计频率的精确度。分辨率取决于信号片段中采样频率fs和采样数量N,分辨率为fs/N。在一个示例中,以10Hz对20秒的信号片段进行采样,其中分辨率为0.05Hz。此精确度对于直接检测块52和/或搏动检测块53中的处理来说可能是不足的。为了提高精确度,信号片段可以在围绕从功率谱获得的估计频率的窄范围内进行带通滤波,从而导致相对无噪声且类似正弦的信号片段。然后,通过在时域中确定滤波后的信号片段的周期,例如,通过将正弦适用于滤波后的信号并且识别过零之间的太阳城集团差,可以获得对基频的精确估计。
直接检测块52可以包括用于消除源自血泵的信号脉冲的分量,以及任何另外的干扰脉冲源(即,以上太阳城集团第一和第二发明构思讨论的“第一脉冲”)。此外,直接检测块52可以包括获得上述时序太阳城集团的部件以及执行根据第一和/或第二方面的时域分析以识别压力信号中的心脏脉冲的部件。
搏动检测部分53被构造为相对于一组通带对信号片段进行滤波,每个通带含有血泵的一个频率分量。每个所得的滤波后的信号片段基本上是正弦的。如果心脏频率位于这些通带中的一个通带内,则对应的滤波后的信号片段将具有在任何其他滤波后的信号片段中没有发现的波形。
图14中(a)示出了用围绕在1.5029Hz的血泵基频的窄通带进行了滤波的20秒的信号片段。滤波后的信号还含有心脏脉冲,该心脏脉冲相对于基频有0.037Hz的频移。血泵与心脏脉冲之间的相对振幅为40:1。图14中(b)示出了没有心脏信号的相应滤波后的信号片段。虽然非常小,但是也可以区分信号片段之间的不同,其中,存在心脏导致图14中(a)中信号幅度的过度变化(这在图14中(b)中是没有的)。图15中(a)和(b)分别是图14中(a)和14(b)中信号峰的放大视图,示出了在有心脏脉冲和没有心脏脉冲的情况下滤波后的信号片段之间的明显不同。
在一个实施方式中,搏动检测块53被构造为基于由滤波后的信号片段获得的包络来检测搏动信号。
在一个这种变型中,搏动检测块53通过从信号片段中提取峰值的阵列来获得包络。提取的峰值可以通过提取在信号片段中识别出的各个峰的信号值来获得。为了改进噪声稳健性,每个提取的峰值可以替代地被计算为形成信号片段中每个峰的信号值的平均值或和,例如,包括在峰值的10-25%内或围绕峰值的给定太阳城集团范围内的信号值。然后,对所得包络(峰值阵列)进行处理,以计算评价参数。图16中(a)和(b)分别示出了从图15中(a)和(b)中提取的峰值阵列。
在另一个变型中,块53通过向信号片段x应用线性、非时变滤波器(已知为希尔伯特变换器)来获得包络。该操作产生变换后的信号片段即信号片段的90°相移后的版本。包络b(n)可以由下式获得:
其中,n是信号片段中的不同位置。
为了改进处理效率,块53可以基于如下关系式由信号片段x获得近似包络
b^(n)=|x(n)|+2π|x(n+1)-x(n-1)|]]>
随后,对所获得的包络(近似或非近似的)进行处理,以计算评价参数。
在任一变型中,在进行处理以计算评价参数之前,可以对所获得的包络进行低通滤波,以进一步去除包络噪声。
在任一变型中,可以将所得的评价参数值与阈值进行比较,来确定存在或不存在搏动信号。
在一个示例中,评价参数是包络值的导数的绝对值之和,其由下式给出:
Σn=0N-1|(b(n+1)-b(n))|]]>
其中,b(n)是位置n处的包络值,并且N是包络中值的数量。
图17示出如下操作的结果:在5分钟的压力信号内将20秒的窗每次移动1秒,并且计算针对各个20秒信号片段获得的包络的导数的绝对值之和。上部的曲线是针对含心脏信号的滤波后的信号片段而计算出的,并且下部的曲线是针对不含心脏信号的滤波后的信号片段而计算出的。清楚的是,阈值可以被定义成区分心脏信号的存在和不存在。
上部的曲线表现出由于信号片段包含整个搏动信号周期内的一部分而实施导致的波形。因此,随着太阳城集团流逝,信号片段将包含搏动信号的不同部分。由于在包络的波峰和波谷附近梯度小而在波峰和波谷之间梯度较大,因此计算出的导数之和将随着 太阳城集团相应地变化。应该认识到的是,对于给定长度(太阳城集团窗)的信号片段,随着心脏与血泵之间的频率差减小,因为这样使搏动频率降低并且使包络变平,所以梯度的可检测性将降低。太阳城集团窗变宽将改进可检测性,直到搏动的幅度变得比噪声小的点。
在另一个示例中,评价参数是包络值的方差。图18是对应于图17的图,但是示出了在有心脏信号(上部)和没有心脏信号(下部)的情况下作为太阳城集团的函数的方差。清楚的是,阈值可以被定义成区分心脏信号的存在和不存在。
在可以降低包络噪声影响的又一个示例中,评价参数是导数的平均值之和,例如,由下式给出:
Σn=1N-1|b(n+1)-b(n-1)2|]]>
在另一实施方式中,搏动检测块53基于模式识别处理确定搏动信号存在或不存在。例如,信号片段或包络中的全部或部分可以与代表搏动信号的一个或更多个预定信号模式进行匹配。在一个示例中,所获得的包络(可选地,低通滤波后的)可以互相关或者说是与不同频率的一组正弦波中的每个进行卷积。每个互相关/卷积结果产生相关曲线,根据该相关曲线可以获得最大相关值。然后,可以将所得的一组最大相关值与用于确定搏动信号的存在/不存在的阈值进行比较,其中,可以将足够高的最大相关值当作这种存在的指示。
在替代实施中,搏动检测块53对长度与搏动信号的周期相关的信号片段进行操作,并且处理这些信号片段,例如通过对该包络进行傅立叶变换,在频域中检测搏动信号。
以上确定是否存在搏动信号的所有示例可以涉及进一步的步骤:评估确定的搏动信号的可靠性。这种评估可以涉及确定搏动信号的搏动频率并且检查该搏动频率是否合理。根据如何识别搏动信号,可以通过在时域/频域中处理所获得的包络,或者通过识别产生最大相关值的正弦波的频率,确定搏动频率。可以根据常数项和/或太阳城集团监控处理(图12)的前一次迭代中确定的一个或更多个搏动频率,来检查搏动频率,其中,将与前面的搏动频率(一个或更多个)足够大的偏差当作确定的搏动信号不可靠的指示。该评估可能导致表示确定的搏动信号的可靠性的可靠度。另选地或者附加地,可靠性估计可以包括如下步骤:控制血泵以改变其泵浦频率并且检查搏动信号是否相应出现变化。例如,泵浦频率可以轻微偏移,或者泵可以间歇式关闭。可靠性评估的结果可以影响步骤409-410的执行,例如是否激活警报/警告,在激活警报/警告 之前是否需要在监控处理中进行进一步迭代,是否要改变泵浦频率等。
测试表明,在不同的情形下,不同的评价参数可以是优选的。例如,在查找围绕一次谐波的搏动信号时,使用方差可以增加可检测性;而当查找围绕基频的搏动信号时,使用导数绝对值之和或者导数平均值之和可以是更好的。在其他检测方法失效时可以采取模式识别。因此,搏动检测块53可以被构造为使用这些评价参数中的一个或任何组合。
图19是使用搏动检测块53可检测的心脏脉冲的频率和幅度范围的示例。虚线表示正常心脏的频率范围,暗的水平带表示可以在使用1.13Hz的泵浦频率的系统中能够检测到的心脏脉冲的频率。五行的水平带代表血泵与心脏脉冲之间不同的相对大小,从底行至顶行,范围从20:1、40:1、60:1、80:1和100:1。
以上已参照几个实施方式主要描述了本发明。然而,如本领域的技术人员容易理解的,在仅由所附专利权利要求书限定和限制的本发明的范围和精神内,除了以上公开的实施方式之外的其他实施方式是同样可行的。
例如,压力信号可以源自任何可想到类型的压力传感器,例如,其通过电阻性感测、电容性感测、电感性感测、磁性感测或光学感测,并且使用一个或更多个隔膜、波纹管、布尔东管(bourdon tube)、压电元件、半导体元件、应变仪、谐振引线等操作。
另外,示例的实施方式可应用于所有类型的体外血液回路的监视,血液从患者的循环取到这些体外血液回路中,以在血液返回到该循环之前对其进行处理。这种血流回路包括血液透析、血液滤过、血液透析滤过、血浆除去、血液成分部分清除、体外膜肺氧和、辅助血液循环以及体外肝支持/透析。
另外,本发明的监控技术可应用于在第一流体容纳系统中生成压力脉冲的任何类型的泵浦装置,不仅是如以上公开的旋转蠕动泵,而且是容积泵,例如线性蠕动泵、隔膜泵以及离心泵。
另外,本发明的监控技术还可应用于基于来自一个或更多个动脉压力传感器的测量信号来监控血管通路与动脉针头之间流体连接的完整性。与传统的空气检测器相比,这种监控技术可以提供对故障更快速的检测,并且与传统上比较平均压力水平和阈值相比,这种监控技术可以提供对故障更可靠的检测。在这种应用中,上述基准信号可以由体外血流回路中的一个或更多个静脉压力传感器得到。
另外,要理解的是,监控技术同样可应用于单针头透析。
当测量信号源自被设置成感测人的血液系统中的压力的压力传感器时,也可应用本发明的监控技术。在这种实施方式中,第一流体容纳系统(S1)是人的血液系统,第二流体容纳系统(S2)是体外血流回路,并且流体连接(C)可以由接入装置与血管通路之间的连接形成。第一脉冲由此源自人的心脏,并且第二脉冲源自体外血流回路(和/或体外血流回路内或与体外血流回路相关联的任何其他脉冲发生器)中的泵浦装置,并且通过应用第一发明构思和/或第二发明构思检测在测量信号中存在/不存在第二脉冲,来确定流体连接的完整性。
此外,监控处理不限于数字信号处理。图20示出了用于检测压力信号中的搏动分量的模拟装置的示例性组合。各个装置本身是已知的,并且技术人员容易得到替代的实现。模拟装置的示例性组合包括带通滤波器151,其适于对输入压力信号进行滤波,以隔离泵浦装置的基频(f0)处的信号分量。倍频器152被设置为接收滤波后的压力信号并且可以是控制的,以产生在基频的选定倍数(0.5、1、2.5、3等)处的相应输出信号。倍频器152的输出信号被作为控制信号输入可控带通滤波器153,该可控带通滤波器153适于接收输入的压力信号并对其进行滤波。由此控制滤波器153,以通过去除除了围绕来自倍频器152的控制信号的频率的频带之外的所有频率,对压力信号进行处理(例如,图12中的步骤406)。处理后的压力信号被输入到波峰检测器154,由此波峰检测器154生成包络信号,该包络信号继而被反馈到高通滤波器155,该高通滤波器155从包络信号中去除任何DC分量。可选地,可以包括低通滤波器(未示出),以从包络信号中去除高频噪声。最后,由适于确定存在/不存在搏动信号的幅度检测器156接收包络信号。幅度检测器可以顺序包括全波整流器156a、低通滤波器156b和被馈送有基准信号的比较器156c。如果给比较器156c的输入信号幅度超过基准信号,则比较器156c可以输出表示存在搏动信号的信号,否则输出表示不存在搏动信号的信号,反之亦然。
上述发明构思还可应用于监控用于传输除血液之外的其他流体的流体连接的完整性。同样,这些流体连接不需要与人有关地设置,而是可以与任何其他类型的流体容纳系统相关地设置。
在一个示例中,流体连接设置在血液处理回路与容器/机器之间,其中,血液从一个容器/机器泵送出,通过血液处理回路中的血液处理装置并且返回到容器/机器, 或者返回到血液处理装置下游的另一个容器/机器。血液处理装置可以是被构造为改进和/或分析血液的任何已知装置。
在另一个示例中,流体连接设置在透析仪与再处理系统之间,该再处理系统通过泵送水(可选地,连同通过透析仪的合适化学剂一起)对透析仪进行再处理。从US2005/0051472中得知透析仪再处理系统的示例。
在另一个示例中,流体连接设置在透析液源与透析液再生系统之间,该再生系统使透析液从透析液源通过透析液再生装置并返回到透析液源而循环。从WO05/062973得知透析液再生装置的示例。
在又一个示例中,流体连接设置在如下结构中,该结构用于通过将预充液从源经由血流回路泵送至透析仪,对体外血流回路进行预充。预充流体可以例如是透析溶液、生理盐水、纯净水等。
在又一个示例中,流体连接设置在如下结构中,该结构用于对透析机的透析溶液流动路径进行清洁和消毒,该透析机将清洁流体经由流动路径泵送至透析仪/透析导管。清洁流体可以例如是热水、化学溶液等。
在另外的示例中,流体连接设置在如下结构中,该结构用于对水进行净化处理,将泵送来自源的水使其通过净化装置。该净化装置可以使用任何已知的水净化技术,例如,反渗透、去离子化或碳吸附。
在另一个示例中,流体连接设置在如下结构中,该结构用于向透析机提供纯净水,例如,以用于在透析机内制备透析溶液。
在所有这些示例中,并且在与人或动物患者的医疗治疗相关的其他应用中,监控流体连接的完整性可能至关重要。可以根据本文公开的本发明构思完成这种监控。

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