CN111526792B - 使用自适应超滤速率的闭环透析治疗 - Google Patents

使用自适应超滤速率的闭环透析治疗 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于在血液透析期间执行闭环透析治疗的方法。所述方法包括确定初始超滤速率和将透析***的超滤泵设置为所确定的超滤速率。进行一系列的测量和计算以确保治疗期间血液容量的变化率遵循指定的廓线图。阈值可以用于保持跟踪廓线图的血液容量的变化率。患者的流体动力学可以被实时测量，并用于确定超滤泵速率。

Description

使用自适应超滤速率的闭环透析治疗
相关申请的交叉引用
本国际申请要求于2018年3月21日提交的美国专利申请NO.15/927,769的优先权，该申请要求于2017年12月29日提交的美国临时申请NO.62/612,037的优先权。上述两个专利申请的全部内容都通过引用并入本文。
背景技术
肾衰竭或部分肾衰竭的患者通常进行肾透析，通常在血液透析治疗中心进行。当健康时，肾脏维持身体的水和矿物质(例如钠、钾、氯、钙、磷、镁和硫酸盐)的内部平衡。肾衰竭的患者倾向于在其血液和组织中积聚大量过量的水和毒素(例如，尿素、氨)，并且可能会经历严重的矿物质失衡。肾脏也作为内分泌***的一部分，以产生***以及其它激素。血液透析是部分地替代肾脏功能的不完美治疗，原因是它不能纠正肾脏的内分泌功能。
在血液透析中，血液是通过进送针(或导管)从患者身上抽取的，该进送针(或导管)从特定接入部位(例如，手臂、大腿、锁骨下区域等)中的动脉抽血。然后，动脉血液通常经由蠕动泵泵送通过体外管道，然后通过称为“透析器”的特殊过滤器。透析器被设计成移除血液中的诸如尿素、氮、钾和多余的水等毒素。当血液进入透析器时，血液会分布在成千上万的小直径、稻杆状、大致平行的纤维中，这些纤维沿透析器的长度延伸。每根纤维的壁由具有许多小孔的半透膜材料形成。透析液是一种化学物质和水的溶液，其在该纤维网外部的空间中流过透析器，并且通常沿与血液流动相反(即，逆流)的方向流动。当透析液流过透析器时，它沐浴并包围纤维。纤维膜中的这些孔大到足以通过水和水性杂质——包括矿物质、尿素和其它小分子——但不足以大到能通过红细胞。因此，新鲜的透析液会积聚通过跨膜的扩散而流过的多余的杂质，并且由于跨膜的流体静压差(即，由于与透析液相比血液中的流体静压力较高)会通过超滤(UF)过程收集多余的水。
在这个过程中，血液中相对较大的细胞和较大的蛋白质的体积保留在纤维内，以再循环回到体内。用过的透析液经由输出管将多余的流体和毒素排出透析器，从而清洁流过透析器的血液和红细胞体积。然后，经清洗、透析的血液经由管和针(或导管)从透析器中流出，回到患者体内(例如，进入同一接入部位的相邻静脉)。有时，沿着体外血液流动环路提供肝素滴注或泵送，以防止血液透析期间红细胞凝结。通过将血液透析和超滤相结合，可以在典型的多小时治疗中从患者身上移除数升多余的流体。在美国，患有慢性肾功能衰竭的患者通常每周在透析中心接受3次血液透析治疗，要么按周一-周三-周五进行，要么按周二-周四-周六进行。这些治疗通常需要3到4个小时才能完成，通过透析器的血液流率通常设置得相对较高，为300ml/min或更高。在美国，超滤速率通常为每小时1到3升之间，而周期性的“关闭”最短时间接近0升/小时。在其它国家，流率和治疗时间通常分别较低和较长。较低的血液流率或超滤速率需要更长的治疗时间才能实现从体内清除相同水平的毒素和水。
当前进行透析的方法基于根据患者到达进行常规治疗时的体重估计的可以从患者体内移除的流体的量；通过使用诸如身高、体重和其它生理条件等因素的“可接受的算法”确定他们的“目标”体重；以及医生对治疗的命令。
肾衰竭患者不能通过正常***排出多余的流体。相反，许多这种多余的流体从血液进入间质组织空间，包括肌肉组织周围。透析过程被部分地设计为从血管空间中移除流体，从而促进间质组织中积聚的流体通过渗透和静水作用迁移回到血液中。这种流体从间质组织进入血液的自然过程称为“重新填充”，在评估透析是否成功时应予以考虑。
透析的挑战是从血流中移除足够的流体，从而身体机制可以重新填充通过治疗移除的体积。如果透析过程中移除流体太快，则血液容量将过度下降，因为身体要么无法通过重新填充来保持，要么患者将没有更多的储存流体，也就没有什么可以“重新填充”。这种情况可能导致发病事件，从而导致抽筋、恶心，并可能给患者带来更严重的情况。
如果通过透析过程从血流中移除了不足的流体，那么就不会有流体从间质组织到血管***的运动，并且治疗将是相当无效的。因此，透析的目标是找到一种平衡，在这种平衡下，在不增加患者的发病率的同时，充分挑战患者的血管***容量，以移除不需要的间质流体。
发明内容
在一个示例性实施例中，本公开提供了一种用于执行闭环透析治疗的方法，所述方法包括：确定初始超滤速率并将超滤泵设置为所确定的超滤速率；测量血液容量的总变化；确定血液容量的变化率是否超过阈值；当血液容量的变化率超过阈值时，将超滤泵设置为最小泵速率；当血液容量的变化率低于阈值时，将超滤泵设置为所确定的超滤速率；以及当血液容量的累积变化高于目标阈值时，停止闭环透析治疗。
在一个示例性实施例中，本公开提供一种用于执行闭环透析治疗的方法，所述方法包括：(a)确定超滤速率；(b)对于工作持续时间将超滤泵设置为所确定的超滤速率；(c)测量血液容量的总变化；(d)对于回弹持续时间将超滤泵设置为最小泵速率；以及(e)测量血液容量的回弹变化。所述方法还包括：重复步骤(b)-(e)第一次数以获得回归集，所述回归集包含多个成对的值，其中，每个成对的值是血液容量的总变化的测量结果和血液容量的回弹变化的测量结果；(f)使用回归集更新超滤速率；(g)通过重复步骤(b)-(e)来更新回归集；以及重复步骤(f)和(g)第二次数，其中，一加第一次数和一加第二次数的总持续时间是治疗周期。
在一个示例性实施例中，本公开提供了一种用于执行闭环透析治疗的方法，所述方法包括：(a)确定超滤速率；(b)对于工作持续时间将超滤泵设置为所确定的超滤速率；(c)测量在工作持续时间期间的血液容量的总变化，以确定何时达到血液容量路点；(d)对于回弹持续时间将超滤泵设置为最小泵速率；(e)对于回弹持续时间测量血液容量的回弹变化；(f)更新血液容量路点。所述方法还包括：重复步骤(b)-(f)第一次数以获得回归集，所述回归集包含多个成对的值，其中，每个成对的值都是血液容量的总变化的测量结果和血液容量的回弹变化的测量结果；(g)使用回归集确定达到干重目标的干重时间；以及(h)确定治疗周期对于达到干重目标是否足够。
附图说明
图1示出了黑盒的工程概念。
图2示出了根据本公开的一个实施例的在临床环境中进行血液透析的患者。
图3示出了根据本公开的一个实施例的将黑盒应用于正在进行血液透析的患者的概念。
图4示出了根据本公开的一个实施例的血液容量监测器的透析机流率输入和输出(如例如，使用
Figure BDA0002560312280000041
传感器测量的)。
图5示出了根据本公开的一个实施例的血液容量监测器的透析机流率输入和输出。
图6示出了根据本公开的一个实施例的监测器的屏幕截图，其示出了透析期间的血液容量的变化。
图7示出了根据本公开的一个实施例的监测器的屏幕截图，其示出了预定义的UF廓线图的选择。
图8示出了根据本公开的一个实施例的UF驱动的单个循环。
图9示出了根据本公开的一个基于时间的实施例的用于正在进行透析的患者的治疗廓线图。
图10是根据本公开的一个实施例的使用恒定时间间隔的透析治疗的过程流程图。
图11示出了一个使用恒定的UF速率以基于到达预先建立的BV路点来评估治疗时间的正在进行透析的患者的示例治疗廓线图。
图12是根据本公开的一个实施例的使用恒定的UF速率的透析治疗的过程流程图。
图13是根据本公开的一个实施例的透析治疗的过程流程图。
图14是根据本公开的一个实施例的透析治疗的过程流程图。
具体实施方式
提供最佳透析治疗的挑战是当水和毒素从患者体内移除时，流体动力学会发生的变化。随着体内流体水平的变化，患者的间质空间和血管也会发生变化。因为没有工作的、实时的方法来测量或对这些变化建模，所以标准的做法是基于由执业医生建立的身高、体重和其它生理参数为患者假定的固定模型。
在透析中，一个目标是使患者的流体水平达到通常被称为“干重”的水平——通常指的是如果患者的肾脏功能完全正常，体内的流体量。一个挑战是如何量化在任何给定的一天的“干重”，因为即使是肾脏功能完全正常的人，基于饮食、活动、激素和流体摄入量在流体水平上也会发生显著变化。
在一个实施例中，本公开提供了一种监测在透析期间血液容量的实际变化的方法。该方法包括通过将UF泵速率(驱动透析流体移除的引擎)降低到其最小设置来确定患者的体重有多接近干重，并在此“回弹周期”期间进行监测以仅基于身体的重新填充来确定血液容量增加(如向上倾斜)。如果重新填充，则存在多余的间质流体。如果在该阶段期间血液容量踪迹保持相对平坦(斜率为零)，则患者接近当天的干重。
为了本公开的目的，术语“干重”表示当透析***的流体移除引擎被设置为其最小水平时，血管空间中的血液容量实际上保持恒定(接近零斜率)的状态。换句话说，没有来自间质组织的储存流体对血管***的显著重新填充。
本公开的实施例提供了基于使用诸如费森尤斯医疗保健公司的
Figure BDA0002560312280000051
监护仪之类的血液容量监测器作为传感器对患者的先前未知的、实时流体动力学的测量来实时地调整透析参数的方法。
未知***的工程分析可以通过多种方式来完成。图1示出了具有四个端子的黑盒方法的一种变体。两个端子(左)构成进入黑盒的输入信号，两个端子(右)构成来自黑盒的输出信号。在传统的电气意义上，黑盒通常会模拟一个未知的电路，在该电路中内部组件是无法访问和未定义的。通过利用以幅度、时间和频率控制的已知信号的状态来驱动黑盒的输入，同时测量黑盒的输出侧的相应的输出，可以导出表征黑盒的内部电路的行为的函数，而无需知道黑盒内包含哪些特定的电气元件。公式1描述了传递函数H(A,t,f)或黑盒对于给定输入如何表现的特征。Out(A,t,f)是对于给定的输入驱动函数In(A,t,f)在黑盒的输出侧感测的输出。A、t和f分别表示幅度、时间(也表示相位)和频率。
Figure BDA0002560312280000061
根据本公开的实施例，黑盒方法用于监测通过透析过程对血管空间的刺激的响应。根据本公开的实施例，黑盒方法用于确定正在治疗的透析患者的实时流体动力学。在一个实施例中，基于对患者血管空间的刺激的响应来调整透析。在另一个实施例中，对患者的动态进行建模，以将患者的干重作为当天的透析治疗的目标。
通过类似于关于图1描述的电路，可以执行修改的黑盒分析来评估患者的生理流体反应。通过测量实时患者流体动力学(输出)，可以定制治疗(输入)以实现由熟练医生设定的特定目标流体移除目标或接近当天的干重。
图2示出了根据本公开的一个实施例的在临床环境中进行血液透析的患者。透析机12对患者10进行治疗。测量作为透析过程的结果的血细胞压积(HCT)和计算的血液容量的变化(ΔBV)百分比，并将其显示在血液容量(BV)监测器14上。可以理解，BV测量的功能可以集成到透析机12的子***中，但是为了清楚起见在示例公开中示出为单独的单元。
在透析期间，血液经由***患者手术植入通路中的针16从患者10中抽取。血液由蠕动泵20驱动而通过管18输送，蠕动泵20在医生的指导下设置为指定的血液流率。血液继续通过管18到达血液腔室32(用于HCT和ΔBV的测量)，进入透析器22，然后通过管24和针26回到患者体内。流体移除(和血液净化)发生在透析器22中。透析器包含大量的带有微孔的内部纤维，这些纤维的微孔允许较小的分子和水通过纤维壁——但微孔太小，无法让较大的红细胞和较大的蛋白质通过。透析溶液通过管28单独泵入到透析器22中并包围透析器22内的纤维。流体作为废物从血液中进入透析溶液，透析溶液通过管30离开透析器以被丢弃。该过程包括透析***的超滤(UF)功能。单独的UF泵用于将透析流体泵入到回路中。UF速率以及由透析溶液的相对化学含量(与纤维内部的血液相比)建立的浓度梯度会促使多余的流体跨膜从血液中流出。UF泵速率和透析溶液的配制在医生的指导下进行。
本公开的实施例提供了一种使用BV监测器14来监测BV变化的方法。在一个实施例中，监测器14的光学传感器34附接到血液腔室32，在血液腔室32处，特定波长的光在血液通过血液腔室32的观察窗时照穿血液。根据血液成分对这些波长的吸收和散射，血细胞压积(HCT)和血氧饱和度(SAT)由监测器14的计算***35部分进行测量。能够实时测量血液容量的监测器的示例模型是
Figure BDA0002560312280000072
和Crit-Line in Clip
Figure BDA0002560312280000073
集成装置。
在一些实施例中，ΔBV测量提供了优于一些传统测量***的优点。传统***仅基于治疗开始时以单个波长穿过血液的起始信号水平。然后，测量治疗期间的连续信号强度以创建比率，并将其转换为百分比以进行显示。为了创建控制UF的反馈回路，利用这种方法的传统***是不够的，因为所提供的测量与任何实际的血液成分或校准的参数均不相关联。此外，已经显示出单波长光学***容易受到来自透析***本身的假信号的影响。这种假信号的一个示例可能会发生在透析***通过重复测量整个治疗过程中透析液钠水平来进行“电导率测试”的情况下，在单个波长***中的大的负尖峰会显示为伪影。如果要使用这样的***来控制UF，则在透析液的电导率测试期间可能会发生误调UF，从而给患者带来风险。
在本文的示例性实施例中，
Figure BDA0002560312280000074
和
Figure BDA0002560312280000075
***使用双光波长来测量校准的HCT。双波长***不会对“电导率测试”做出错误的反应，由此产生的HCT是血液状况的校准指示。此外，使用通过透析器过滤器提供的质量平衡(无红细胞丢失)，HCT(红细胞容积与总血液容量的比率)是将ΔBV指示与UF数学关联的理想参数。如果要用于UF控制，则任何用于推导ΔBV的控制***都应在数学上可溯源到一个或两个以上校准的血液参数。
通过测量患者的初始HCT0，然后比较透析期间的相继的HCTm读数，假设在透析过程中没有红血细胞丢失并且红细胞容积保持在质量平衡，可以计算出血液容量的实际变化。根据HCT的定义，公式2给出了基于HCT的血液容量的百分比变化。
Figure BDA0002560312280000071
其中，ΔBV(％)是从治疗开始起基于HCT的血液容量的相对变化，HCT0是治疗的开始HCT，HCTm是治疗期间实时测量的HCT。
通过透析***对患者进行治疗(受控信号输入)，并通过
Figure BDA0002560312280000081
***监测所产生的血液容量变化(输出信号)，黑盒方法可以应用于患者，如图3所示。黑盒代表患者的内部流体动力学***，其无法通过外部手段轻松表征。使用与前面描述的电子黑盒分析类似的方法，可以测量患者的流体动力学状况，因此，患者的流体动力学状况基于UF调整通过透析治疗驱动***来表征，并同时监测该驱动对所产生的血液容量变化的影响。
通过使用基于血液参数的测量来表征患者的黑盒流体模型的透析治疗输出(例如基于校准的ΔBV的ΔBV)，该实时测量可以用于控制在闭环中透析***的输入参数(例如UF、治疗时间、透析液中的钠等)，避免了由待治疗的患者或在治疗过程期间的患者内部可能发生的确切流体动力学不确定性造成的某些限制。以下示例进一步示出了本公开的实施例，但是不应被解释为限制本公开的范围。
示例1：单目标线性血液容量减少
在一个示例性实施例中，公开了一种方法，其中可以基于足够的历史数据来估计患者的流体移除廓线图。根据影响患者的医疗因素的类型，医生使用计算、算法和/或基于经验的判断来确定用于患者的透析治疗的流体移除目标。在该实施例中，医生试图提供一种能够持续实现并维持患者的估计干重的治疗。医生规定了用于流体移除的目标ΔBV，并将其指定给管理患者护理的临床人员。例如，医生可以估计在三小时的治疗中所需的血液容量移除为15％。在这种情况下，由临床医生将初始估计的UF速率编程到闭环透析***中——这也是按照医嘱的指示。
在该示例中，血液容量监测器14(如图2所示)被编程以每小时移除血液容量的线性5％。血液容量监测器14控制UF泵速率，以确保按照线性踪迹移除流体，直到按照医生的指示在三小时治疗结束时移除15％血液容量。图4示出了可能出现在基于血细胞压积的血液容量监测器14上的所产生的血液容量踪迹。该踪迹被实时用于UF泵循环占空比控制。在本示例中，通过改变被编程在透析机12中的UF泵占空比，UF泵的操作时间和暂停时间驱动流体移除以达到指定的目标踪迹。(此过程在图13的流程图中示出，稍后附上详细描述)。
使用不同的方法，可以通过实际的UF泵速率来调整ΔBV踪迹的轨迹，也可以在计算机控制下，驱动用于透析器22的透析液***28、30。这是循环打开和关闭UF泵的替代性方法，其中UF水平保持在固定的速率(如图4所示)。两种方法都依赖于来自血液容量监测器14和控制器的反馈，以将监测***反馈信号耦合和调节到泵控制器。在不同的应用中，可以一起调整循环时间和UF速率，以控制UF速率和定时，以匹配期望的流体移除轨迹。例如，在监测的重新填充周期期间，UF泵暂停之后显示患者的身体正在以比预期速率快的速率重新填充，然后UF泵可以被配置成能够以更高速率运行，从而增加透析器上的渗透压力并将更多的流体从患者的血流中抽出。UF速率的这种改变可以由***自动进行，也可以由临床医生基于所提供的数据确认为期望的行动过程。
在另一个实施例中，可以调整UF参数以及用于反渗透过透析器的透析液中的钠水平，以影响流体移除速率以满足指定的目标。为了使用钠建模，利用患者对钠变化的耐受性来建立安全边界条件。与仅使用血液容量作为反馈来控制UF泵示例的直接反馈不同，钠修正方法利用由医生在自动钠反馈实施之前通过重复的患者治疗分析来很好地定义患者的已知的钠反应机制建模，或者使用某种形式的直接血钠测量来增加基于血液容量的反馈。
在本示例1——使用UF泵控制的线性轨迹反馈的单目标线性实施例中，假定线性轨迹对患者而言是最佳过程，并且无需考虑患者的生理或患者的身体的流体动力学在治疗期间的不同时间的差异。
当使用其中编程了到指定的最终血液容量的轨迹的反馈***时，将血液容量监测器14的实时测量与沿着该轨迹的基于时间的目标以定期的间隔(例如，每秒)进行比较。当测量的血液容量变得非常接近期望的轨迹点时，在透析机12的血液泵中将发生振荡，从而导致泵和控制器电路上的过度耗损。动态血液容量参数不断变化，并且当该参数接近或达到当前目标水平时，如果不作进一步调整，它将不会保持在该水平。
在示例图4所示的UF泵活动的曲线图中，在图表中包含了滞后带。虚线是理想目标轨迹点的曲线图，实线示出了基于理想目标点周围的编程允许滞后的预期实际血液容量轨迹。应当指出，UF泵的循环打开时间被显示为略微超调到目标虚线的负值，并且在循环关闭时间期间，轨迹被显示为允许重新填充到虚线目标线的稍微正值的一侧。如在本示例中呈现的，被设计成以闭环方式操作的***可以具有围绕绝对目标值对可接受的滞后带进行编程的能力，以防止在采样点处不可接受的UF泵振荡“打开和关闭”。
示例2：基于轨迹估计的多目标血液容量
在一个示例性实施例中，公开了一种方法，其中可以基于足够的历史数据来估计患者的流体和治疗廓线图。如示例1所示，医生在计算、算法和/或基于经验的判断中使用先前描述的医疗因素来确定应如何移除多余的流体。
示例1假设，血液容量的指定的变化遵循简单的流体移除与单个ΔBV轨迹线性函数以实现目标。在示例1中，假设身体能够承受恒定速率的血液容量减少，并且相应地，流体移除遵循单个体积移除线。
在实践中，患者的流体互换性会随着流体的移除而改变。至少，组织空间会发生变化，并且血管***转移流体的能力也会响应于流体动力学而发生变化。医生努力实现并持续维持患者的估计干重。医生可以在治疗期间规定多个影响流体移除的目标，以基于专业判断和/或来自患者流体变化能力的先前经验得出的数据来最好地估计应该如何完成透析治疗。然后，医生通过治疗的持续时间来向临床人员指定这些里程碑目标。在一个示例中，医生可以估计在三个小时的治疗中待移除的总所需血液容量为12％。然而，与图4的线性反馈方法不同，基于该患者耐受UF的能力和在实验室测量的其它参数的经验、办公室就诊以及通过治疗当天采取的测量标准，医生估计患者可以耐受的移除速率。然后，医生规定透析方案(即，廓线图)，以最小化对患者的影响。
在本示例中，医生估计并指定患者的身体可以耐受在1.2L/小时的UF速率运行下在第一个小时内7％的移除血液容量减少。在第二个小时，目标是额外减少3％。在最后一个小时期间，额外的2％被移除。
血液容量监测器14(参见图2)被编程为遵循概述的轨迹廓线图，并且将控制UF循环时间以确保流体移除遵循该轨迹，直到在三个小时结束之前移除全部12％的血液容量。在另一个实施例中，监测***可以独立地或结合透析机12的UF操作的周期时间来改变UF速率。图5示出了所描述的示例情况，其中UF速率被循环打开和关闭以遵循规定的轨迹(参考图14中的流程图及其后附的详细描述)。图5示出了基于UF周期控制的所得血液容量轨迹，使用透析机12和基于血细胞压积的血液容量监测器14来控制UF周期时间以驱动流体移除到指定的目标。可以通过调整驱动用于透析机12的透析器22的透析液***28、30的UF速率来控制轨迹。替代性地，UF可以以固定速率循环打开和关闭。也可以将UF速率和泵送周期时间以适当的算法结合起来以满足轨迹。所有方法都依赖于血液容量监测器14的控制器和软件反馈。
与示例2一样，如果合适并且安全地建模，另一个实施例可以改变透析液中的钠水平。该方法可以单独使用，也可以与UF速率(和/或UF时间)的变化结合使用。为了使用钠建模，利用患者对钠变化的耐受性来建立安全边界条件。与仅使用血液容量作为反馈来控制UF泵示例的直接反馈不同，钠修正方法利用由医生在自动钠反馈实施之前通过重复的患者治疗分析来很好的定义患者的已知的钠反应机制建模，或者使用某种形式的直接血钠测量来增加基于血液容量的反馈。
在本示例2的实施例中，医生指定了编程轨迹中的治疗路点，以代表用于当前治疗的患者的最佳流体移除过程。由于生活方式或其它不容易建模的生理因素的变化，不可能完全表征在任何给定的一天患者的状况。例如，图5中所示的描述的治疗方案可以在周五阶段期间用于患者，其治疗方案与患者的身体需求非常匹配。然后，患者回家时可能会比平时感觉更好。在周末，患者可能因此过度沉迷于食物和/或饮料。当患者在周一返回诊所时，治疗廓线图轨迹可能需要与周五效果良好的轨迹完全不同。然而，如果患者可以耐受的目标是准确的，则估计沿整个治疗轨迹以不同间隔使用不同目标要比示例1中所述的简单线性方法更好。
通过对患者群体发病率事件和死亡的分析，有证据支持示例2的多目标方法。这些数据表明，在治疗的特定时间，特定百分比范围的流体移除比其它估计方法更工作地维护了患者的健康。因此，特定的ΔBV目标区可以在每个小时结束时作为目标。
与传统方法相比，自适应地遵循ΔBV轨迹具有多个优点。传统的方法需要临床医生在血液透析期间监测透析***。例如，如图6所示，透析***可以具有根据患者的ΔBV(或HCT)廓线图显示患者流体移除进度的屏幕显示。如图所示，屏幕显示表明允许操作员设置BV警报水平，因此，如果ΔBV降至BV警报水平以下，则会发出警报以进行干预。如果达到警报水平，则来自血液容量监测器14的反馈可以禁用透析机12中的UF泵，以防止在整个治疗期间移除过多的流体并引起潜在的发病率事件。
屏幕显示指示ΔBV的百分比变化的廓线图。可以从屏幕上收集至少三个情况：患者是否重新填充得太快，以至于移除的流体太少而无法达到UF目标；UF速率是否在可接受的范围内，此时流体以能够达到UF目标的速率被移除；以及UF速率是否太高，使得血液容量的变化将超过(一个或多个)移除目标，患者可能开始出现诸如抽筋或恶心等发病率事件。
如果在示例2的多目标实施例下，发现UF廓线图对于广泛的患者基础是可重复的，则透析机12可以配置有预定义的UF廓线图，以由临床医生在患者治疗设置期间选择，如图7所示。UF泵速率和廓线图改变之间的定时提供了透析机12的基线UF泵活动，而血液容量监测器14修改并调整了该基本廓线图以满足在治疗期间的轨迹目标。初始最大UF速率是基于UF目标和UF时间计算的。透析机12中的具有由血液容量监测器14实时修改的基线预置的预置廓线图是示例2的一个实施例，其也可以应用于示例1。
替代实施例简单地利用在透析机12中设置的初始UF速率，并且血液容量监测器14完全在软件控制下控制UF速率对沿着编程轨迹的目标的整体廓线图和调整。
在传统的方法中，当BV的变化超过预定义的BV警报水平时，透析***可以发出警报，但是警报的处理需要操作员进行手动干预，以通过改变UF泵速率或施用生理盐水推注来调整ΔBV速率以增加血液容量。然而，施用生理盐水推注并不是最佳的，因为这会增加将需要在以后移除的额外的流体体积。
如果在透析机12上可用，则图7中的随着时间的推移降低UF速率的UF泵廓线图1、2和3似乎最适合用作基线轨迹目标的实现，同时防止在治疗结束时血液容量的大幅下降。
并非所有的透析机都包含预定义的UF泵廓线图。优选的实施例是通过由BV监测器14实时控制UF泵特性的软件控制来控制程序轨迹目标的实现。这种反馈***的一个优点是在治疗期间消除了手动临床医生干预。
示例3：基于实时患者流体动力学的血液容量控制
示例1和2对血液容量移除的特定目标进行闭环透析，其中目标是对患者接近干重所需的最佳估计。这些估计基于患者的病史、实验室测量、进行透析治疗时的体重等。由于患者流体状况的动态变化，由于前几天偏离正常的食物和饮料摄入量等简单原因，这些估计不一定代表患者在特定一天的治疗需要。
在一个示例性实施例中，公开了一种方法，该方法刺激对患者身体的输入(透析UF泵参数)的受控的实时变化，从而导致患者血管***的响应，作为流体移除时对血液容量测量的变化所监测的输出。通过测量这些差分，临床医生可以专门确定患者的流体动力学，并在治疗期间进行进一步的评估。公式3给出了患者动态***的这种差分黑盒分析的一般公式。
Figure BDA0002560312280000131
H’(UFR,t)是黑盒输出对于给定输入如何表现的传递函数(特征)。Out(UFR,t)是对于给定的成对输入在输出引脚处感测到的输出，而In(UFR,t)是具有幅度、时间(还表示相位)和频率的输入驱动函数。In(UFR,t)函数可以通过使用透析机的UF泵控制器设置到患者***的特定和重复的驱动廓线图来生成，从而产生由血液容量监测器测量的刺激的血液容量响应Out(UFR,t)。这可以通过预置的透析机12廓线图(如果可用)来控制，或者可以由血液容量监测器14的软件控制来控制。通过这种方法产生的足够的样本可以在透析期间持续、实时地测量人体的流体动力学——包括因流体移除本身引起的结果变化。
在一个示例中，医生可以基于待从患者移除的总流体体积来规定指定的UF速率Qf,。该治疗将在3个小时的时间段上进行。初始Qf速率的确定基于与示例1和2中所述相同的标准，包括过去的患者治疗耐受性、实验室测量、体检、进行透析时的体重等。在一个实施例中，透析治疗涉及使患者在该特定日期尽可能接近他或她的干重，同时认识到患者每次接受治疗时，他或她可以基于自上次治疗以来的活动和食物/饮料摄入量而在开始条件上有所不同。
在一个实施例中，通过在UF泵速率Qf下以固定速率透析指定时间段(T)来刺激患者的身体。监测并记录血液容量变化。在时间段T结束时，将UF泵速率Qf设置为零或可能的最小水平(基于透析机设计)。然后，在固定时间段(T)期间测量并记录没有UF驱动功能(患者生理机能的重新填充反应)的血液容量的变化。图8示出了根据一个实施例的UF驱动的单个周期。在图8中，UF速率在最小UF泵速率Qf＝0与UF速率Qf＝X之间循环。在理想的响应中，在血液容量监测器上在UF关闭轨迹(T)期间，从内部组织对血管***的重新填充将保持恒定(平坦)，并且没有上升趋势(没有重新填充发生——处在或接近干重)。在UF关闭轨迹期间的该理想响应可以用作停止条件。
示例3不同于其它基于反馈的透析技术。例如，在示例1中，身体的流体动力学能够承受血液容量以恒定的速率减少，或者在示例2中，对于每次治疗，估计了流体动力学和患者耐受性。在示例3中，如图8所示，以循环方式应用治疗，透析机通过在时间T期间以特定速率Qf移除血液容量来提供UF驱动功能。在图3中的黑盒代表患者流体动力学的未知特征。在图3中，黑盒的输入侧指示来自透析机超滤的刺激，而黑盒的输出侧指示由血液容量监测器14在血液腔室32处测量的输出信号。带有对应于图8的廓线图的UF泵驱动功能可被编程在一些透析机中。黑盒的输出信号通过时间T期间的血液容量的变化来监测，血液容量的变化例如通过
Figure BDA0002560312280000141
或其它基于血细胞压积的血液容量监测器进行测量。然后，在整个透析治疗中重复该循环。
在一个示例中(并且认识到T和T可以是其它值)，T＝15分钟并且T＝5分钟。图8的波形的总循环时间为20分钟，因此，每小时治疗需要进行三个这样的循环。T的值被选择为足够长，以使UF能够以ΔBV的非零变化减小来刺激人体。时间T应该足够长，以观察时间T期间由于UF刺激而引起的重新填充反应。
在本示例中，医生的流体移除指令是在三小时的治疗中以速率Q0移除流体(基于示例1和2中概述的类似标准)。如示例3中所述，此Q0的值可以调整以供在各种实施例中使用。由于基于时间T和T的选择，UF每小时仅工作45分钟，因此，初始UF速率Qf对于3小时治疗根据公式4调整。
Figure BDA0002560312280000151
例如，如果将原始规定的UF速率Q0指定为1500ml/hr，则对于图8所示的提议的驱动功能，调整后的初始超滤速率Qf将设置为2000ml/hr。透析治疗在治疗时间内在15分钟2000ml/hr的超滤到5分钟最小(～0L/min)的超滤之间的交替通过如图3所示的患者黑盒流体生理模型表示。在图3中，图8的驱动UF波形应用于患者的身体，并通过基于血细胞压积的血液容量监测器测量响应。
患者黑盒流体生理的输出表现在对UFR阶梯驱动函数的响应中，这反映在最小UFR的5分钟响应时间段期间血液容量的变化。图9示出了该概念的一个示例。在图9中，时间段P1-P9的持续时间均为15分钟。时间段A–I的持续时间均为5分钟。P1-P9和A-I的总时间跨越了透析治疗的指定的3小时。以3小时治疗周期为例，但是治疗周期可能更长，在美国以外的国家甚至可能长达8小时。在图9中，由于超滤时间段的修改占空比，超滤速率Qf最初设置为2L/hr(参见公式4)，以满足由1.5L/hr的原始超滤速率Q0指定的开始流体移除目标。初始的2L/hr是根据本公开的一个实施例的治疗的起点。
由于透析治疗旨在将流体移除到患者将具有肾功能的大致位置，因此回弹时段I中血液容量的变化的目标是ΔBV(I)＝0。ΔBV(I)＝0的平坦回弹测量结果表明，存储在患者内部组织中的流体很少或根本没有重新填充到血管空间中。在一些实施例中，患者不能耐受零回弹率，因此在时段I中设置了可接受的非零回弹斜率目标。在其它实施例中，根据患者的耐受性，可以利用附加的后续治疗来在延长的几天、几周甚至几个月的时间内实现干重目标。
为了简单起见，假设在时段I期间期望零回弹。下面的讨论提供了如何使用图9的治疗廓线图来整合治疗期间患者的测量流体动力学的一个实施例。在一个基于时间的实施例中，对于图9所示的给定的3个连续循环的组(从循环P1、A；P2、B和P3、C开始)，通过一系列连续回归以确定公式3中的函数H’(UFR,t)来实现零回弹目标。在本示例中，H’(UFR,t)被建模为利用三个有序数据点对的二阶多项式。在具有15分钟的治疗间隔和5分钟的休息间隔的示例中，三个有序数据点对在一个小时的过程中出现。基于本领域技术人员的理解，可以使用其它时间间隔。然而，对于该实施例，时间间隔一旦被定义了就保持恒定。
最初3个周期的横坐标数字是每个UF工作时段中测量的血液容量变化的总和。对于第一回归，第一X值X1将是时段P1中血液容量的变化。第二X值X2将是X1加上时段P2中测量的血液容量变化的总和。第三X值X3将是X2加上时段P3中测量的血液容量变化的总和。
最初3个周期的纵坐标数字将是当UF未工作时测量的单独血液容量变化。对于第一回归，第一Y值Y1将是时段A中血液容量的单独回弹变化。第二Y值Y2将是时段B中血液容量的单独回弹变化。第三Y值Y3将是时段C中血液容量的单独回弹变化。
通过使用数值分析方法对有序对(X1，Y1)；(X2，Y2)；(X3，Y3)进行回归，来得到第一解，即结果H1’(UFR,t)，以产生二阶多项式，该二阶多项式表征患者的重新填充速率如何响应于透析治疗引起的血液容量的连续变化。
所得多项式的形式为：
Y＝aX2+bX+c (5)
Y是期望的目标回弹(零表示接近干重)。X是在
Figure BDA0002560312280000161
或类似装置上测量的流体移除的相对百分比，它是与时间×UF速率成比例的％ΔBV。通过对于Y将公式(5)设置为等于零(无回弹～干重)，可以求解X。将X除以到时间段I的治疗剩余时间，可以在机器上求解并调整所需的UF速率。这可以手动完成，也可以通过软件控制完成。
应当指出，X值(由于工作的UF而导致的患者总血液容量的变化)是在给定时间段的轨迹与零轴之间的面积。此面积是UF速率Qf和经过时间(例如P1、P2、...P9)的函数。因此，透析的体积是UF速率和UF工作的时间段的函数。在本实施例中，时间段保持固定，而UF泵速率被认为是可变的。
基于回归的H1’(UFR,t)多项式，可以确定时段I的预期流体回弹。流体回弹是对患者具有肾功能时人体中正常血液容量水平以上剩余多少流体的度量。回弹量随在透析过程中从体内移除了多少流体而变化。因此，回归函数H1’(UFR,t)将由血管重新填充引起的回弹与到进行这些测量的时间点的透析治疗所移除的流体量相关联。
如果回弹水平大于或小于零(干重目标)，则对于时段I(干重目标)的回弹值将回归方程设置为等于零，并求解在到时段I的整个时段上需要移除的累积ΔBV量。根据该累积的ΔBV量和经过P9的其余治疗期间剩余的工作UF时间，计算新的修改的UF速率Qf2，然后在透析机上调整该新的修改的UF速率Qf2。由于在本实施例中时间段被指定为固定的，因此Qf2调整是基于治疗中剩余的工作UF时间段到分析中该时间点的三个工作UF时间段总ΔBV的配比。
在对X1-X3和Y1-Y3进行回归和分析并调整Qf2之后，完成下一个透析周期，产生P4期间移除的血液容量和时段D中回弹量的数据。这些测量形成另一个有序对(X4，Y4)，其中X4是X3加上从P4的血液容量变化的总和，而Y4是在时段D中UF不工作时测量的回弹值。
然后从分析中删除有序对(X1，Y1)，然后对有序对(X2，Y2)、(X3，Y3)和(X4，Y4)进行回归以找到第二解H2’(UFR,t)。基于回归的H2’(UFR,t)多项式，可以再次求解时段I的预期流体回弹。如果回弹水平大于或小于零(干重目标)，则将基于回归方程得出累积ΔBV量，以产生时段I的T周期回弹的零值。根据该累积的ΔBV量和经过P9的其余治疗期间剩余的工作UF时间，计算新的修改的UF速率Qf3，并在透析机上调整该新的修改的UF速率Qf3。由于本示例的时间段被指定为保持固定，因此Qf3调整基于在治疗中剩余的剩余工作UF周期与到分析中该时间点的三个工作UF周期总移除血液容量的配比。
透析和回归分析的循环可以通过所有相继的时段，即通过P9和I来继续。然而，在一些实施例中，回归仅通过H6’(UFR,t)的解才有意义，因为在该时间段之后不能进行将影响时段I中的结果的调整。
到该最后时段，时段I中UF关闭期间的回弹将接近于零。如果医生选择在治疗结束时允许回弹量为零以外的值，则对于连续回归特征方程H1’(UFR,t)至H6’(UFR,t)的解可以通过适当地产生交替的Qf值在UF关闭时段I期间以指定的回弹斜率为目标。注意，在图9中，P1-P3具有相同的Qf＝2L/hr，而P4至P9各自具有基于H1’(UFR,t)至H6’(UFR,t)的不同值Qf：Qf2至Qf7。
示例3提供了可以如何使透析与基于血细胞压积的BV监测相适应，以将患者的实时流体动力学结合到给定日期的透析治疗中的实施例。结合实时流体动力学提供改善的结果，减轻患者的压力，并提供更工作的调节超滤速率的方法。
此外，在一些实施例中，由患者流体动态反馈导出的回归数据可以用于收集其它信息。可以按患者和治疗时间片将以回归方程H1’(UFR,t)至H6’(UFR,t)的方程5所示形式的方程的系数a、b和c制成表格。对多个治疗的这些系数的分析可以用于表征特定患者的随治疗时间的一般流体动力学。然后，医生可以使用这些数据来更好地了解各个患者在治疗耐受性和概况方面的生理情况。
图10是根据本公开的一个实施例的闭环透析治疗的流程图。在阶段1002，透析***12根据公式4基于初始Qf0来确定初始UF速率Qf。在阶段1004，透析***12对于工作时间T将UF泵设置为所确定的UF速率Qf，并在工作时间T结束时测量ΔBV。在阶段1006，透析***12将UF泵设置为在一些实施例中为150ml/hr或10ml/hr的最小速率Qmin。UF泵对于回弹时间T设为Qmin，且对于回弹时间测量ΔBV。在阶段1008，重复阶段1004和1006以获得初始回归集。例如，如前所述，初始回归集可能涉及3个测量时段。初始回归集保存每个工作时间的3个累积ΔBV值和每个回弹时间的3个ΔBV值的有序对。
在阶段1010，透析***12使用阶段1008的回归集来确定下一个UF速率Qf。如前所述，可以使用二阶多项式来表征患者的重新填充率如何响应于血液容量的连续变化。基于回归的H’(UFR,t)多项式，可以求解最后一个治疗期的预期流体回弹，并确定达到预期流体回弹的下一个UF速率Qf。
在阶段1012，透析***对于工作时间T将UF泵设置为下一个UF速率Qf，并在工作时间T结束时测量ΔBV。在阶段1014，透析***12对于回弹时间T将UF泵设置为最小速率Qmin，并测量对于回弹时间的ΔBV。在阶段1016，将来自阶段1012和1014的新测量合并到回归集中，并从回归集中删除最旧的ΔBV测量。例如，如上面关于图9所讨论的，在对X1-X3和Y1-Y3进行回归并调整了Qf2之后，在时段P4和D期间的测量创建了在下一次回归中使用的有序对(X4，Y4)，而有序对(X1，Y1)从下一次回归中删除。在阶段1018，重复阶段1010至1016，直到实现目标回弹或直到达到预定的治疗时间为止。
如前所述，通过对发病率和死亡事件的分析，有一些证据表明，在治疗的特定时间，一定范围的流体移除比其它估计方法在保护患者健康方面更工作。可以指定对于工作UF时间的ΔBV累积量目标，以最小化对患者***的压力，同时仍努力获得可实现的最佳干重近似值。
在示例3的一个替代性的流体移除实施例中，不是基于回弹对于固定的时间间隔改变UF泵速率，而是可以描述UF泵在固定移除水平下操作可变的时间长度的廓线图。例如，假设根据患者的先前的经验和病史，医生指定1800ml/hr的UF速率作为在透析治疗结束时接近干重的估计值。UF泵保持相同的UF速率，同时以可变间隔检查回弹。在一个示例实施例中，只要％ΔBV达到-2％的渐进差，就可以在UF被设置为最小的情况下测量固定间隔(例如5分钟)期间的重新填充回弹。可以理解，可以使用其它差值，并且-2％用作示例。还可以理解，可以使用用于测量重新填充回弹的其它间隔，并且固定的5分钟间隔用作示例。
图11示出了在进行治疗时使用-2％差值的样本进展。因为身体产生流体的能力是变化的，并且通常由于可用的过多流体的变化和血管***的变化而随着透析的进展而下降，因此达到规定目标(或-2％路点)的时间段通常不会是恒定的。图11的样本进展将借助于图12中的流程图来描述。
图12是根据本公开的一个实施例的使用恒定UF速率的透析治疗的过程流程图。在阶段1202，确定初始UF速率，作为示例，该初始UF速率可以是由医生确定的1800ml/hr。
在阶段1204，透析***12将UF泵设置为所确定的UF速率Qf，并测量何时达到-％ΔBV路点，并记录达到-％ΔBV路点的经过时间。在阶段1204，图11示出了-％ΔBV达到-2％所需的时间是时间段P1。此时，透析***12对于指定的回弹时间将UF泵设置为最小UF速率Qmin，并在回弹时间期间测量ΔBV。在一个示例中，回弹时间可以是固定的5分钟。最小UF速率基于透析***12架构——最小UF速率很少为零，以维持透析器过滤器中的安全跨膜压力。在阶段1206，测量在该段时间期间的回弹量A。移除的流体量，即为了使ΔBV以-2％ΔBV来降低时UF速率Qf乘以UF工作时段期间的经过时间，被确定为通过透析移除的血液容量。该体积被存储为X1，而测量的回弹体积A被存储为Y1。在5分钟回弹时间结束时，将测量ΔBV的当前水平，并通过从先前的路点减去2％来建立新的路点。一旦建立了新的路点，透析***12就以UF速率Qf重新工作UF泵，直到到达该路点为止。
当达到路点时，UF速率对于固定的持续时间，例如5分钟，再次降低到Qmin，并测量重新填充B。透析***12确定从患者移除的总体积并将该体积存储为变量X2。移除的总体积被确定为X1和UF速率Qf×UF泵运行以到达新路点所经过的时间的总和。5分钟的回弹B记录为Y2。在5分钟回弹时间结束时，测量ΔBV的当前水平，并通过从先前的路点减去2％来建立新的路点。然后，重新工作UF泵，直到到达新的路点。当达到路点时，透析***12对于固定的5分钟间隔将UF速率再次降低到Qmin，并测量重新填充C。然后，透析***12确定从患者移除的总体积并将该体积存储为变量X3。移除的总体积被确定为X2和UF速率Qf×UF泵运行以达到新路点所经过的时间的总和。5分钟的回弹C被记录为Y3，因此完成阶段1208，因为获得了包括(X1，Y1)、(X2，Y2)和(X3，Y3)的初始回归集。使用三个数据集作为示例，但是可以提供三个以上的数据集作为初始回归集。
在阶段1210，类似于阶段1010，透析***12通过使用数值分析方法对有序对(X1，Y1)、(X2，Y2)和(X3，Y3)进行回归来确定用于结果H1’(UFR,t)的第一解，以产生表征患者的重新填充速率如何响应于基于透析治疗的连续的血液容量移除周期的二阶多项式。所得的多项式将具有与等式5相同的形式。
在等式5中，Y是期望的目标回弹(零是接近干重的指示)。X是在
Figure BDA0002560312280000201
或类似装置上测量的液体移除的相对百分比，作为与时间×UF速率成比例的％ΔBV。通过对于Y将等式(5)设置为等于零(无回弹～干重)，可以求解X。将X除以固定的UF速率，可以求解实现Y目标所需的时间，从而完成阶段1210。
注意，X值(由于工作的UF而导致的患者总血液容量的变化)是在UF工作时的轨迹与零轴之间的面积。该面积是UF速率Qf、例如1800ml/hr和经过的工作UF时间(例如，P1、P2、...Pn)的函数。因此，透析的体积是UF速率和UF工作的时间段的函数。在本实施例中，超滤泵的泵速率保持固定，并且时间段P1-Pn被认为是可变的，以实现在治疗开始时建立的总体-％ΔBV目标。
基于由(X1，Y1)、(X2，Y2)和(X3，Y3)得出的回归H1’(UFR,t)多项式，可以预测在最终治疗时间结束时预期的流体回弹。流体回弹是对患者具有肾功能时人体中正常血液容量水平以上剩余多少流体的度量。回弹量是在透析过程中从体内移除的总流体以及当身体是黑盒时患者的流体动力学如何对其进行反应的函数。因此，回归函数H1’(UFR,t)将由血管重新填充引起的回弹与到进行这些测量的时间点的透析治疗所移除的流体量相关联。
如果回弹水平小于零，则可能需要临床干预，这不是正常的预期。如果回弹大于零(干重目标)，则在阶段1212，将回归方程设置为等于零，并基于固定的UF速率计算治疗结束时达到零回弹(干重目标)的时间。如果该时间少于患者的正常指定治疗时间(在美国通常为3小时)，则该患者将在当天早些完成透析，即阶段1214。如果预计到达零回弹点的时间长于剩余的治疗时间，则在阶段1216，可以将目标保持到下一次透析治疗，并重复该过程，但以更高的UF速率。阶段1216指示可以增加治疗时间作为选项(A)、可以接受次优回弹作为选项(B)，或者可以基于回归集调整下一次治疗的UF速率，使得达到零回弹点的时间在计划的治疗时间内。
到达每个路点之后，遵循相同的数据收集方案，以使BV降低2％(或其它指定的路点差值)。下一个数据将包括对于血液容量移除百分比的X4和对于相关联的5分钟时段回弹的Y4。在阶段1218，删除第一有序对X1、Y1，并使用有序对的数据(X2，Y2)、(X3，Y3)和(X4，Y4)重复进行回归。注意，(X4，Y4)是在重复阶段1204和1206之后获得的，如阶段1220所示。在阶段1220中，由于已经获得了回归集，因此不执行在阶段1208中规定的重复。因此，阶段1220涉及重复阶段1204、1206、1210、1212、1214、1216和1218。随着这些回归的进展，考虑了患者流体动力学的变化，并在已知固定的UF速率的情况下，将等式5中的Y值设置为零允许对达到零回弹(干重)所需的时间进行新的预测。5分钟的回弹时间作为示例，且可以使用其它回弹时间值，只要该回弹时间值是一致的并且足够长以用于由透析***12测量的任何重新填充。
在一些实施例中，期望的是且对患者更舒适的是超过预计干重地在身体上留下有限量的流体。本领域技术人员和在各种透析场景下具有实际治疗经验的技术人员可以定义在求解回归方程时可以取代零的重新填充速率。这种对零的取代可以应用于固定时间和/或固定UF速率的实施例。
图13是根据本公开的一个实施例的遵循示例1的原理的透析治疗的详细流程图。在阶段1302，透析***12接收初始UF速率、透析治疗的时长、用于UF泵不确定性的滞后以及目标ΔBV。初始UF速率、透析治疗的时长和目标ΔBV可以基于先前的患者治疗史和/或临床医生对患者的评估情况来确定。用于UF泵不确定性的滞后可以基于先前确定的UF泵的灵敏度来确定。
在阶段1304，透析***12将UF速率设置为初始UF速率，将累积的ΔBV百分比初始化为零，打开UF泵，从而开始透析治疗，并保存打开UF泵时的开始时间。在阶段1306，透析***12周期性地采样累积ΔBV百分比。例如，透析***12每秒获得一个累积ΔBV百分比的样本。
在阶段1308，透析***12为每个样本计算基准ΔBV百分比。在一个实施例中，可以根据等式6获得基准ΔBV百分比。
Figure BDA0002560312280000221
在阶段1310，透析机12确定透析治疗是否完成。当当前时间等于或超过治疗时长时，透析治疗完成。如果透析治疗完成，则透析机12在阶段1370关闭UF泵，并且如果透析治疗未完成，则透析机12在阶段1320确定UF泵的状态。在阶段1320，基于UF泵的状态、累积ΔBV百分比、基准ΔBV百分比以及UF泵的滞后，透析机12保持UF泵的当前状态，或者改变UF泵的状态。
在阶段1320，如果UF泵关闭，则在阶段1330，透析机12确定累积ΔBV百分比是否大于或等于基准ΔBV百分比和滞后的总和。如果累积ΔBV大于或等于基准ΔBV百分比与滞后的总和，则在阶段1350，透析机12在继续在阶段1306采样累积ΔBV百分比之前打开UF泵；否则，透析机12在阶段1306继续采样累积的ΔBV百分比，同时保持UF泵关闭。
在阶段1320，如果UF泵打开，则在阶段1340，透析机12确定累积ΔBV百分比是否小于或等于基准ΔBV百分比与滞后之间的差。如果累积ΔBV小于或等于基准ΔBV百分比与滞后的差，则在阶段1360，透析机12在以阶段1306继续采样累积ΔBV百分比之前关闭UF泵；否则，透析机12在阶段1306继续采样累积的ΔBV百分比，同时保持UF泵打开。
图14是根据本公开的一个实施例的遵循示例2的原理的透析治疗的流程图。在阶段1402，透析***12接收开始UF速率、用于UF泵不确定性的滞后以及透析治疗的每小时n的目标ΔBV百分比值。在阶段1404，透析***12将UF速率设置为开始UF速率，将基线ΔBV百分比初始化为零，打开UF泵，从而开始透析治疗，并保存打开UF泵的开始时间。
在阶段1406，透析***12周期性地测量采样的ΔBV百分比。采样的ΔBV百分比是n小时期间的累积ΔBV百分比减去n小时期间的基线ΔBV百分比。例如，在图5中，在第一小时期间，透析***12每秒获取一个累积ΔBV百分比的样本，并减去第一小时中的基线ΔBV百分比。在图5中，第1小时的基线ΔBV百分比为0，第2小时的基线ΔBV百分比为-7％，第3小时的基线ΔBV百分比为-10％。在一些实施例中，基线ΔBV百分比是小时开始时的累计ΔBV百分比。
在阶段1408，透析***12根据与小时n中的当前时间相关联的移除廓线图目标ΔBV百分比来计算路点ΔBV百分比。例如，图5示出了分别与小时1、2和3相关联的-7％、-3％和-2％的移除廓线图目标，以获得在三个小时的时间内-12％的总移除。在图5的每个小时期间，根据与该小时相关联的目标ΔBV百分比来为每个样本计算路点ΔBV百分比。路点ΔBV百分比可以根据公式7计算：
Figure BDA0002560312280000231
其中，n是治疗的小时，目标％ΔBV(n)是小时n的目标。
在阶段1410，透析机12确定透析治疗是否完成。当n个小时的治疗完成时，透析治疗完成。基于治疗的持续时间，如果透析机12确定持续时间大于或等于n小时，则在阶段1470中关闭UF泵并结束透析治疗。在阶段1410，如果透析治疗未完成，然后，透析机12在阶段1420确定UF泵的状态。在阶段1420，基于UF泵的状态、采样的ΔBV百分比、路点ΔBV百分比以及用于UF泵的滞后，透析机12保持UF泵的当前状态，或者改变UF泵的状态。
在阶段1420，如果UF泵关闭，则在阶段1430，透析机12确定采样的ΔBV百分比是否大于或等于路点ΔBV百分比和滞后的总和。如果采样的ΔBV大于或等于路点ΔBV百分比与滞后的总和，则在阶段1450，透析机12在以阶段1406继续测量下一个采样的ΔBV百分比之前打开UF泵；否则，透析机12在阶段1406继续测量采样的ΔBV百分比，同时保持UF泵关闭。
在阶段1420，如果UF泵打开，则在阶段1440，透析机12确定采样的ΔBV百分比是否小于或等于路点ΔBV百分比与滞后之间的差。如果采样的ΔBV小于或等于基准ΔBV百分比与滞后的差，则在阶段1460，透析机12在以阶段1406继续测量下一个采样的ΔBV百分比之前关闭UF泵；否则，透析机12在阶段1406继续测量采样的ΔBV百分比，同时保持UF泵打开。
在本公开的实施例中，ΔBV百分比是关于透析期间的流体移除的变化。因此，某些实施例将ΔBV讨论为绝对值，而其它实施例则提供负号，指示随着治疗的进行和UF泵的打开，患者的血液容量变化在减少。负值或绝对值的使用并不限制本公开的范围。
本文讨论的实施例或实施方式可以结合本文描述的***以适当的组合相互结合。此外，在某些情况下，可以酌情修改流程图表、流程图和/或描述的流程处理中的步骤顺序。该***还可以包括用于提供与用户和/或与其它计算机的适当接口的显示器或其它计算机组件。本文描述的***的各方面可以使用软件、硬件、软件和硬件的组合和/或具有描述的特征并执行描述的功能的其它计算机实现或计算机控制的模块或装置来实现或控制。可以使用有线或无线通信来执行与***组件之间的数据交换和/或信号传输，并且数据交换和/或信号传输可以包括使用经由网络、例如经由互联网和/或使用局域网(LAN)、例如WiFi、蓝牙或其它短程传输协议或广域网(WAN)、例如移动电信网络来安全地传输信息的一个或两个以上发射机或接收机组件。
本文描述的***的各方面的软件实施方式可以包括存储在计算机可读介质中并由一个或两个以上处理器执行的可执行代码。所述计算机可读介质可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器，并且可以包括例如计算机硬盘驱动器、ROM、RAM、闪存、便携式计算机存储介质、SD卡、闪存驱动器或其它例如具有通用串行总线(USB)接口的驱动器、和/或可执行代码可以存储在其上并由处理器执行的任何其它适当的有形或非暂时性计算机可读介质或计算机存储器。本文描述的***可以与任何适当的操作***结合使用。本文描述的本发明的任何方法步骤的含义旨在包括使一个或两个以上参与方或实体执行这些步骤的任何合适的方法，除非明确地提供了不同的含义或从上下文中明确不同的含义。
因此，在一些实施例中，描述了一种透析***。在一些实施例中，透析***是闭环透析***。在一些实施例中，并且使用根据本文其它部分进一步讨论的元件和技术，透析***包括确定初始超滤速率的超滤速率构件、测量血液容量的总变化的测量传感器以及实施构件。在某些实施例中，本文讨论的传感器和构件可以包括软件、硬件、软件和硬件的组合以及其它计算机实现或计算机控制的模块或装置中的一个或两个以上。
在一些实施例中，透析***包括透析机和执行各种软件控制步骤，例如本文中其它部分讨论的软件控制步骤中的一个或两个以上的处理器。在某些实施例中，由处理器执行的软件控制步骤包括将成对的值存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质中，并使用所存储的成对的值来确定超滤速率。在其它实施例中，处理器使用存储的成对的值来确定患者将达到干重的时间。在某些实施例中，由处理器执行的软件控制的步骤包括使用存储的成对的值来获得多项式。
在一些实施例中，透析机经由处理器接收泵控制信号。在某些实施例中，经由处理器提供的泵控制信号调节透析机中的超滤泵是打开还是关闭。在某些实施例中，泵控制信号还确定用于超滤泵的泵速。
在一些实施例中，处理器从用户界面接收初始设置，该初始设置包括透析治疗时间期、超滤泵的工作时间、超滤泵的回弹时间和透析治疗廓线图中的一个或两个以上。初始设置可以存储在本文讨论的计算机可读介质中。
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利均通过引用并入本文，并入程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示通过引用并入本文并且在本文中完整地阐述。
除非本文另有说明或上下文明确否认，否则在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)使用术语“一个”和“一个”，“该”和“至少一个”以及类似的指称对象将被解释为涵盖单数和复数。使用术语“至少一个”后跟一个或两个以上项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)应被解释为是表示从列出的项目中选择一个项目(A或B)或所列项目(A和B)中的两个或更多个的任意组合，除非本文另有说明或上下文明确否认。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的描述仅仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值都被并入本说明书中，就如同其在本文中被单独引用一样。除非本文另有说明或上下文明确否认，否则本文描述的所有方法均可以以任何合适的顺序执行。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅旨在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围进行限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表示任何未要求保护的元素对于本发明的实践是必不可少的。
本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读前面的描述时，那些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员可以变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员将这些变化看作是适当的，并且发明人预期本发明可以以不同于本文具体描述的方式来实施。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或上下文明确否认，否则本发明涵盖上述元件在其所有可能变化中的任何组合。

Claims (14)

1.一种闭环透析治疗***，其包括：一个或两个以上的处理器；和非暂时性计算机可读介质，其上存储有能够由处理器执行的指令，其中，所述能够由处理器执行的指令在被执行时能够使得：
(a)确定超滤速率；
(b)对于工作持续时间将超滤泵设置为所确定的超滤速率；
(c)测量血液容量的总变化；
(d)对于回弹持续时间将超滤泵设置为最小泵速率；
(e)测量血液容量的回弹变化；
重复步骤(b)-(e)第一次数以获得回归集，所述回归集包含多个成对的值，其中，每对成对的值均是血液容量的总变化的测量结果和血液容量的回弹变化的测量结果；
(f)使用回归集更新超滤速率；
(g)通过重复步骤(b)-(e)来更新回归集；以及
重复步骤(f)和(g)第二次数，其中，一加第一次数和一加第二次数的总持续时间是治疗周期。
2.根据权利要求1所述的闭环透析治疗***，其中，重复步骤(b)-(e)第一次数以获得回归集包括：
重复步骤(b)-(e)两次以获得回归集。
3.根据权利要求1所述的闭环透析治疗***，其中，步骤(a)包括从以下方面确定超滤速率：
透析治疗期间待移除的总流体体积；
过去的患者治疗耐受性；
实验室测量；
体检；和/或
进行透析时的体重。
4.根据权利要求1所述的闭环透析治疗***，其中，步骤(a)包括确定超滤速率是初始超滤速率乘以一因子，该因子基于治疗周期期间超滤预期处于最小泵速率的时间量。
5.根据权利要求1所述的闭环透析治疗***，其中，所述治疗周期为3小时，所述回弹持续时间为5分钟，所述工作持续时间为15分钟。
6.根据权利要求1所述的闭环透析治疗***，其中，步骤(f)包括：
对回归集中的成对的值进行回归以获得多项式；
基于多项式求解治疗周期结束时预期的血液容量的回弹变化；以及
根据治疗周期结束时预期的血液容量的回弹变化来更新超滤速率。
7.根据权利要求1所述的闭环透析治疗***，其中，步骤(g)还包括通过从所述回归集中删除最早先的成对的值来更新所述回归集。
8.一种闭环透析治疗***，其包括：一个或两个以上的处理器；和非暂时性计算机可读介质，其上存储有能够由处理器执行的指令，其中，所述能够由处理器执行的指令在被执行时能够使得：
(a)确定超滤速率；
(b)对于工作持续时间将超滤泵设置为所确定的超滤速率；
(c)测量在工作持续时间期间血液容量的总变化，以确定何时达到血液容量路点；
(d)对于回弹持续时间将超滤泵设置为最小泵速率；
(e)对于回弹持续时间测量血液容量的回弹变化；
(f)更新血液容量路点；
重复步骤(b)-(f)第一次数以获得回归集，所述回归集包含多个成对的值，其中，每对成对的值均是血液容量的总变化的测量结果和血液容量的回弹变化的测量结果；
(g)使用回归集确定用于达到干重目标的干重时间；以及
(h)确定治疗周期对于达到干重目标是否足够。
9.根据权利要求8所述的闭环透析治疗***，其中，所述能够由处理器执行的指令在被执行时还能够使得：
如果治疗周期对于达到干重目标是足够的，删除回归集中最早先的成对的值；
通过重复步骤(b)-(f)来更新回归集；以及
重复步骤(g)和(h)。
10.根据权利要求8所述的闭环透析治疗***，其中，所述能够由处理器执行的指令在被执行时还能够使得：
如果治疗周期对于达到干重目标不是足够的，则停止闭环透析治疗。
11.根据权利要求8所述的闭环透析治疗***，其中，所述能够由处理器执行的指令在被执行时还能够使得：
如果治疗周期对于达到干重目标不是足够的，删除回归集中最早先的成对的值；
调整超滤速率；
通过重复步骤(b)-(f)来更新回归集；以及
重复步骤(g)和(h)。
12.根据权利要求8所述的闭环透析治疗***，其中，使用回归集确定用于达到干重目标的干重时间包括：
对所述回归集中的成对的值进行回归以获得多项式；
基于所述多项式求解治疗周期结束时预期的血液容量的回弹变化；以及
基于治疗周期结束时预期的血液容量的回弹变化来更新干重时间。
13.根据权利要求8所述的闭环透析治疗***，其中，所述治疗周期为3小时，并且所述回弹持续时间为5分钟。
14.根据权利要求8所述的闭环透析治疗***，其中，更新所述血液容量路点包括将所述血液容量路点增加固定百分比。
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