CN113646847A - 个性化的闭环优化***和方法 - Google Patents

Abstract

公开一种医疗装置***，及自动调节医疗装置的控制参数的相关方法。一种方法涉及：根据操作模式在所述医疗装置的操作期间获得关于患者的生理状况的数据；至少部分地基于所述数据确定用于所述控制参数的多个调节值；使用成本函数至少部分地基于所述数据确定与用于所述控制参数的每一相应调节值相关联的相应成本；从所述多个调节值当中识别所述多个调节值当中的优化值，其中所述优化值在多个成本当中具有与其相关联的最小成本；及将所述医疗装置处的所述控制参数更新为所述优化值。

Description

个性化的闭环优化***和方法

技术领域

本文中所描述的主题的实施例大体上涉及医疗装置，且更确切地说，主题的实施例涉及针对糖尿病治疗管理调节输注装置的个性化设定。

背景技术

正常健康人的胰腺会响应升高的血浆葡萄糖水平而产生胰岛素并将其释放到血流中。胰腺中的β细胞(β-cells)会根据需要产生并分泌胰岛素到血流中。如果β细胞失去功能或死亡，称为I型糖尿病的状况(或在某些情况下，如果β细胞产生的胰岛素数量不足，II型糖尿病)，则胰岛素必须从另一来源提供给身体。仅在美国，糖尿病就影响了总人口的约8％。

传统上，由于胰岛素无法口服，因此已经使用注射器注射了。输注泵疗法的使用一直在增加，尤其是用于为糖尿病患者递送胰岛素。例如，将外部输注泵戴在皮带上、口袋中等等，并通过具有经皮针的输液管或置于皮下组织中的导管将胰岛素输送到体内。医生已经认识到，连续输注可以更好地控制糖尿病患者的病情，并且也越来越多地让患者采用此法。

在胰岛素输注泵运行期间可以收集患者相关数据和泵相关数据，以进行后续检查和分析。例如，可以以适当的方式分析葡萄糖传感器数据、胰岛素输送数据和/或由输注泵生成或收集的其它数据，以确定是否需要建议对输注装置的一个或多个设置进行更改。因此，可以以患者特异性的方式调整输注装置的各种设置，以改善和优化患者的治疗(根据分析的数据)。

发明内容

提供医疗装置和相关***及操作方法。自动调节用于医疗装置的操作模式的控制参数的方法的实施例涉及：根据操作模式在医疗装置的操作期间获得关于患者的生理状况的数据；至少部分地基于数据确定用于控制参数的多个调节值；使用成本函数至少部分地基于数据确定与用于控制参数的每一相应调节值相关联的相应成本；从多个调节值当中识别多个调节值当中的优化值，其中优化值在多个成本当中具有与其相关联的最小成本；及将医疗装置处的控制参数更新为优化值。

在另一个实施例中，提供了一种患者监测***。所述患者监测***包含：医疗装置，其用以至少部分地基于控制参数根据操作模式来调节患者的生理状况；及远程装置，其用以获得关于医疗装置的操作的患者数据；至少部分地基于患者数据来确定用于控制参数的多个调节值；使用成本函数至少部分地基于患者数据来确定与用于控制参数的多个调节值中的每一相应调节值相关联的相应成本，从而产生多个成本；基于多个成本从多个调节值当中识别一优化值，所述优化值具有与其相关联的最小成本；及将控制参数更新为优化值，其中医疗装置根据操作模式的后续操作利用用于控制参数的优化值。

在另一实施例中，提供一种自动调节用于调控患者的血糖水平的输注装置的操作模式的控制参数的方法。所述方法涉及：根据操作模式在输注装置的操作时段期间获得包括所感测血糖测量数据和事件日志数据的患者数据；及至少部分地基于所感测的血糖测量数据来确定用于控制参数的多个调节值。对于用于控制参数的多个调节值中的每一个，所述方法基于事件日志数据和用于控制参数的相应调节值来确定对应于操作阶段的用于患者的模拟血糖概况，且使用不对称成本函数至少部分地基于模拟血糖概况来确定与用于控制参数的相应调节值相关联的相应成本。所述方法通过以下操作来继续：从多个调节值当中识别多个调节值当中的优化值，其中根据不对称成本函数，所述优化值在与多个调节值相关联的多个成本当中具有与其相关联的最小成本；及将输注装置处的控制参数更新为优化值，其中输注装置的后续操作利用优化值以产生用于将胰岛素递送给患者的剂量命令。

提供本发明内容以便以简化的形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。

附图说明

在结合以下附图考虑时，通过参考具体实施方式和权利要求书可得到主题的更完整的理解，其中，在所有附图中，类似的参考数字指代类似的元件。

图1描绘了输注***的示例性实施例；

图2为在一个或多个实施例中适合与流体输注装置一起使用的示例性控制***的框图；

图3为在一个或多个实施例中适合在图2的控制***中的输注装置中使用的示例性泵控制***的框图；

图4是在一个或多个示例性实施例中可以由图2到3的流体输注装置中的泵控制***实施或以其它方式支持的闭环控制***的框图；

图5是示例性患者监测***的框图；且

图6是在一个或多个示例性实施例中适合与医疗装置一起使用的示例性个性化更新过程的流程图。

具体实施方式

以下具体实施方式在本质上仅仅是说明性的并且不旨在限制本主题或本申请的实施例或这类实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意指“用作实例(example)、实例(instance)或说明”。本文中描述为示例性的任何实施方案不一定被解释为优于或胜过其它实施方案。此外，不旨在被存在于上述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中的任何表述或暗示的理论约束。

本文所描述的主题的示例性实施例与医疗装置(如便携式电子医疗装置)结合实施。尽管许多不同的应用是可能的，但是以下描述集中于将流体输注装置(或输注泵)作为输注***部署的一部分并入的实施例。也就是说，本文描述的所述主题不限于输注装置(或其任何特定配置或实现)并且可在多次每日注射(MDI)治疗方案或其它医疗装置(如连续葡萄糖监测(CGM)装置、注射笔(例如，智能注射笔)等)的背景下以等效方式实施。为了简洁起见，与输注***操作、胰岛素泵和/或输注器操作以及***的其它功能方面(和***的单独的操作组件)有关的常规技术在此可能不会详细描述。输注泵的实例可以属于但不限于以下美国专利中所描述的类型：第4,562,751号；第4,685,903号；第5,080,653号；第5,505,709号；第5,097,122号；第6,485,465号；第6,554,798号；第6,558,320号；第6,558,351号；第6,641,533号；第6,659,980号；第6,752,787号；第6,817,990号；第6,932,584号；和第7,621,893号；这些美国专利中的每个美国专利通过引用并入本文中。

一般来说，流体输注装置包含马达或其它致动布置，所述马达或其它致动布置可操作以使柱塞(或塞子)或其它递送机构位移，以从流体输注装置内提供的储器向患者身体递送一定剂量的流体，如胰岛素。控管马达操作的剂量命令可根据与特定操作模式相关联的递送控制方案以自动方式生成，并且剂量命令可以受用户身体的生理状况的当前(或最近)测量影响的方式生成。举例来说，在闭环操作模式中，剂量命令可基于用户身体中的间质液葡萄糖水平的当前(或最近)测量和目标(或参考)葡萄糖值之间的差生成。在这方面，输注速率可随当前测量值和目标测量值之间的差波动而变化。出于解释的目的，本文在输注的流体为用于调节用户(或患者)的葡萄糖水平的胰岛素的背景下描述主题；然而，应当理解许多其它流体可通过输注施用，并且本文所描述的主题不必限于与胰岛素一起使用。

本文中所描述的主题的示例性实施例通常涉及基于在输注装置的之前操作期间捕获的更新的患者数据以个性化方式自动调节由输注装置的操作模式利用的控制参数。举例来说，基于相应操作模式中的之前操作阶段期间的患者的血糖测量数据与关于所述操作模式的目标血糖值或其它参考值或阈值之间的关系，识别用于一个或多个控制参数的多个不同调节值，从而产生用于由相应操作模式利用的控制参数的潜在值的不同集合。对于每一组潜在的控制参数值，使用对应于相应操作模式中的之前操作阶段的事件日志数据(例如，餐食数据、锻炼数据、睡眠数据、团注数据等等)和所调节控制参数值来确定对应的模拟血糖概况。一个或多个成本函数接着应用于模拟血糖概况中的每一个以确定与每一组潜在的控制参数值相关联的相应成本，所述相应成本又用于识别实现最小成本的一组优化的所调节控制参数值。就此而言，示例性实施例可反复地确定与一组潜在的控制参数值相关联的成本，且使用优化方法反复地确定一组所调节的潜在的控制参数值，直到达到最小成本。随后，例如，通过指示或以其它方式命令输注装置覆写或以其它方式更新在输注装置处维持的操作模式的控制参数的所存储值以反映优化值，更新用于操作模式的控制参数值以反映优化值。如下文更详细地描述，在一个或多个示例性实施例中，成本函数是不对称的或以其它方式不成比例地惩罚由模拟血糖概况展现的低血糖或负血糖偏移，以达到降低低血糖风险的优化的个性化控制参数调整。

出于解释的目的，可在本文中在糖尿病患者管理***的上下文中描述所述主题，所述糖尿病患者管理***使用基于云的架构产生且递送用于调节由患者使用的胰岛素输注装置的某些设定的建议，其中大多数处理器密集型任务由一个或多个服务器***执行，所述服务器***与所述***中的其它装置通信，所述装置例如移动客户端装置、便携式胰岛素输注装置、数据源(例如患者相关数据、胰岛素泵数据等等)以及可能其它的远程装置。分析在于自动化闭环模式中操作患者的胰岛素输注装置期间收集的患者特异性数据，以确定对胰岛素输注装置的某些设定的所推荐调整，所述调整随后又可在于手动递送模式中操作胰岛素输注装置期间应用。

输注***概述

图1描绘输注***100的一个示例性实施例，其包含但不限于流体输注装置(或输注泵)102、感测布置104、命令控制装置(CCD)106和计算机108。输注***100的组件可以使用不同的平台、设计和配置来实现，并且图1中所示出的实施例不是穷举或限制。在实践中，如图1中所展示的，输注装置102和感测布置104固定在用户(或患者)的身体上的期望位置处。在这方面，图1中的输注装置102和感测布置104固定到用户的身体的位置仅作为代表性的非限制性实例而提供。输注***100的元件可以类似于美国专利第8,674,288号中所描述的元件，所述美国专利的主题通过引用以其全文在此并入。

在图1的所展示的实施例中，输注装置102被设计为适于将流体、液体、凝胶或其它药物输注到用户的身体中的便携式医疗装置。在示例性实施例中，所输注的流体是胰岛素，尽管可以通过输注来施用许多其它流体，如但不限于HIV药物、治疗肺动脉高压的药物、铁螯合药物、止痛药物、抗癌治疗、药物、维生素、激素等。在一些实施例中，流体可包含营养补充剂、染料、追踪介质、盐水介质、水合介质等。

感测布置104通常表示被配置成感测、检测、测量或以其它方式定量用户的状况的输注***100的组件，并且可以包含用于提供指示由感测布置感测、检测、测量或以其它方式监测的状况的数据的传感器、监测器等。在这方面，感测布置104可包含对用户的生物状况(如血糖水平等)具有反应性的电子器件和酶，并且将指示血糖水平的数据提供给输注装置102、CCD 106和/或计算机108。举例来说，输注装置102、CCD 106和/或计算机108可包含用于基于从感测布置104接收的传感器数据向用户呈现信息或数据(例如，用户的当前葡萄糖水平、用户的葡萄糖水平对时间的曲线或图表、装置状态指示器、警报消息等)的显示器。在其它实施例中，输注装置102、CCD 106和/或计算机108可包含被配置成分析传感器数据并且基于传感器数据和/或预编程的递送例程操作输注装置102以将流体递送到用户的身体的电子器件和软件。因此，在示例性实施例中，输注装置102、感测布置104、CCD 106和/或计算机108中的一个或多个包含允许与输注***100的其它组件通信的发射器、接收器和/或其它收发器电子器件，使得感测布置104可以将传感器数据或监测器数据传输到输注装置102、CCD 106和/或计算机108中的一个或多个。

仍然参考图1，在各个实施例中，感测布置104可以固定到用户的身体或在远离输注装置102在其处固定到用户的身体的位置的位置处嵌入用户的身体。在各个其它实施例中，感测布置104可以并入输注装置102内。在其它实施例中，感测布置104可以与输注装置102分离并隔开并且可以例如作为CCD 106的一部分。在这类实施例中，感测布置104可以被配置成接收生物样品、分析物等以测量用户的状况。

在一些实施例中，CCD 106和/或计算机108可包含被配置成执行处理、递送例程存储并且以受由感测布置104测量到的和/或从所述感测布置接收到的传感器数据影响的方式控制输注装置102的电子器件和其它组件。通过将控制功能包含在CCD 106和/或计算机108中，输注装置102可以用更简化的电子器件制成。然而，在其它实施例中，输注装置102可包含所有控制功能并且可以在没有CCD 106和/或计算机108的情况下进行操作。在各个实施例中，CCD 106可以是便携式电子装置。另外，在各个实施例中，输注装置102和/或感测布置104可以被配置成将数据传输到CCD 106和/或计算机108以由CCD 106和/或计算机108显示或处理数据。

在一些实施例中，CCD 106和/或计算机108可以向用户提供促进用户随后使用输注装置102的信息。举例来说，CCD 106可向用户提供信息以允许用户确定要施用到用户的身体中的药品的速率或剂量。在其它实施例中，CCD 106可以向输注装置102提供信息以自主控制施用到用户的身体中的药物的速率或剂量。在一些实施例中，感测布置104可以集成到CCD106中。这类实施例可以允许用户通过将例如他或她的血液的样品提供给感测布置104以评估他或她的状况来监测状况。在一些实施例中，感测布置104和CCD 106可以用于在不使用或不需要输注装置102与感测布置104和/或CCD 106之间的电线或电缆连接的情况下确定用户的血液和/或体液中的葡萄糖水平。

在一些实施例中，感测布置104和/或输注装置102被协作地配置成利用闭环***以将流体递送到用户。利用闭环***的感测装置和/或输注泵的实例可以在以下中发现但不限于以下：美国专利第6,088,608号、第6,119,028号、第6,589,229号、第6,740,072号、第6,827,702号、第7,323,142号和第7,402,153号或美国专利申请公开第2014/0066889号，所有这些专利通过引用以其全文并入本文中。在这类实施例中，感测布置104被配置成感测或测量用户的状况，例如血糖水平等。输注装置102被配置成响应于由感测布置104感测的状况而递送流体。进而，感测布置104继续感测或以其它方式定量用户的当前状况，由此允许输注装置102无限期地响应于由感测布置104当前(或最近)感测到的状况而连续地递送流体。在一些实施例中，感测布置104和/或输注装置102可以被配置成仅在一天中的一部分中(例如，仅在用户睡着或醒着时)利用闭环***。

图2描绘适合与输注装置202(如上文所描述的输注装置102)一起使用的控制***200的示例性实施例。控制***200能够将用户的身体201中的生理状况控制或以其它方式调节到期望(或目标)值，或以其它方式以自动或自主的方式将状况维持在可接受值的范围内。在一个或多个示例性实施例中，所调节的状况由通信地联接到输注装置202的感测布置204(例如，感测布置104)来感测、检测、测量或以其它方式定量。然而，应注意，在替代实施例中，由控制***200调节的状况可与由感测布置204获得的测得的值相关。也就是说，出于清楚和解释的目的，本文可在感测布置204被实现为感测、检测、测量或以其它方式定量正在由控制***200在患者的身体201中进行调节的患者的葡萄糖水平的葡萄糖感测布置的背景下描述主题。

在示例性实施例中，感测布置204包含一个或多个间质葡萄糖感测元件，所述一个或多个间质葡萄糖感测元件生成或以其它方式输出具有与患者的身体201中的相对间质液葡萄糖水平相关、受其影响或以其它方式指示其的信号特性的电信号(替代地在本文中被称为测量信号)。对输出的电信号进行滤波或以其它方式处理以获得指示患者的间质液葡萄糖水平的测量值。在示例性实施例中，血糖仪230(如指棒装置)用于直接感测、检测、测量或以其它方式定量用户的身体201中的血糖。在这方面，血糖仪230输出或以其它方式提供可用作用于校准感测布置204并将指示患者的间质液葡萄糖水平的测量值转换成对应的经过校准的血糖值的参考测量的测得的血糖值。出于解释的目的，基于由感测布置204的一个或多个感测元件输出的电信号计算出的经过校准的血糖值在本文中可以可替代地被称为传感器葡萄糖值、感测到的葡萄糖值或其变体。

在所说明的实施例中，控制***200还包含一个或多个附加感测布置206、208，其被配置成感测、检测、测量或以其它方式定量指示患者的身体201中的状况的患者的身体201的特性。在这方面，除了葡萄糖感测布置204之外，一个或多个辅助感测布置206可被佩戴、携带或以其它方式与患者的身体201相关联，以测量可影响患者的葡萄糖水平或胰岛素敏感性的患者的特性或状况(或患者的活动)。举例来说，心率感测布置206可被佩戴在患者的身体201上或以其它方式与其相关联，以感测、检测、测量或以其它方式定量患者的心率，这进而可指示可能影响患者在身体201中的葡萄糖水平或胰岛素响应的运动(和其强度)。在又另一个实施例中，另一种有创性、间质或皮下感测布置206可***患者的身体201中以获得对可指示运动(和其强度)的另一个生理状况的测量，例如乳酸传感器、酮传感器等。取决于实施例，(一个或多个)辅助感测布置206可被实现为患者所佩戴的独立组件，或替代地，(一个或多个)辅助感测布置206可与输注装置202或葡萄糖感测布置204集成。

所说明的控制***200还包含加速度感测布置208(或加速度计)，所述加速感测布置208可被佩戴在患者的身体201上或以其它方式与其相关联，以感测、检测、测量或以其它方式定量患者的身体201的加速度，这进而可指示身体201中的可能影响患者的胰岛素响应的运动或一些其它状况。虽然加速度感测布置208在图2中被描绘为集成到输注装置202中，但是在替代实施例中，加速度感测布置208可在患者的身体201上与另一种感测布置204、206集成，或加速度感测布置208可被实现为患者所佩戴的单独的独立组件。

在所说明的实施例中，泵控制***220通常表示输注装置202的电子器件和其它组件，所述电子器件和其它组件根据期望的输注递送程序以受指示患者的身体201中的当前葡萄糖水平的感测到的葡萄糖值影响的方式来控制流体输注装置202的操作。举例来说，为了支持闭环操作模式，泵控制***220维持、接收或以其它方式获得目标或命令葡萄糖值，并且自动生成或以其它方式确定用于操作致动布置(如马达232)的剂量命令以基于感测到的葡萄糖值和目标葡萄糖值之间的差来使柱塞217位移并将胰岛素递送到患者的身体201。在其它操作模式中，泵控制***220可生成或以其它方式确定被配置成将感测到的葡萄糖值维持低于葡萄糖上限、高于葡萄糖下限或以其它方式在葡萄糖值的期望范围内的剂量命令。在实践中，输注装置202可将目标值、(一个或多个)葡萄糖上限和/或下限、(一个或多个)胰岛素递送限制和/或(一个或多个)其它葡萄糖阈值存储或以其它方式维持在泵控制***220可访问的数据存储元件中。如更详细地描述，在一个或多个示例性实施例中，泵控制***220以考虑由餐食、运动或其它活动导致的患者的葡萄糖水平或胰岛素响应的可能的变化的方式自动调节或适配用于生成操作马达232的命令的一个或多个参数或其它控制信息。

仍参考图2，泵控制***220所利用的目标葡萄糖值和其它阈值葡萄糖值可从外部组件(例如，CCD 106和/或计算装置108)接收，或者由患者与输注装置202相关联的用户接口元件240输入。在实践中，与输注装置202相关联的一个或多个用户接口元件240通常包含至少一个输入用户接口元件，例如按钮、小键盘、键盘、旋钮、操纵杆、鼠标、触摸面板、触摸屏、麦克风或另一种音频输入装置等。此外，一个或多个用户接口元件240包含用于向患者提供通知或其它信息的至少一个输出用户接口元件，例如显示元件(例如，发光二极管等)、显示装置(例如，液晶显示器等)、扬声器或另一种音频输出装置、触觉反馈装置等。应注意，尽管图2将一个或多个用户接口元件240描绘为与输注装置202分离，但是在实践中，一个或多个用户接口元件240可与输注装置202集成。此外，在一些实施例中，除(一个或多个)用户接口元件240与输注装置202集成之外和/或作为其替代，一个或多个用户接口元件240与感测布置204集成。(一个或多个)用户接口元件240可由患者操纵以按需要操作输注装置202来递送校正团注、调节目标值和/或阈值、修改递送控制方案或操作模式等。

仍参考图2，在所说明的实施例中，输注装置202包含马达控制模块212，所述马达控制模块212联接到可操作以使柱塞217在处器中位移并向患者的身体201提供期望量的流体的马达232。在这方面，柱塞217的位移导致能够影响患者的生理状况的流体(如胰岛素)经由流体递送路径(例如，经由输注器的管)递送到患者的身体201。马达驱动器模块214联接在能量源218和马达232之间。马达控制模块212联接到马达驱动器模块214，并且马达控制模块212生成或以其它方式提供命令信号，所述命令信号操作马达驱动器模块214以将电流(或功率)从能量源218提供到马达232以响应于从泵控制***220接收到指示要递送的期望量的流体的剂量命令而使柱塞217位移。

在示例性实施例中，能量源218被实现为容纳在提供直流(DC)功率的输注装置202内的电池。在这方面，马达驱动器模块214通常表示被配置成将能量源218所提供的DC功率转换或以其它方式转变成施加到马达232的定子绕组的导致电流流动通过定子绕组的相应相位的交流电信号的电路***、硬件和/或其它电组件的组合，所述电流生成定子磁场并且使马达232的转子旋转。马达控制模块212被配置成从泵控制***220接收或以其它方式获得命令剂量、将命令剂量转换成柱塞217的命令平移位移并且命令、发信号或以其它方式操作马达驱动器模块214以使马达232的转子旋转产生柱塞217的命令平移位移的量。举例来说，马达控制模块212可确定产生柱塞217的实现从泵控制***220接收的命令剂量的平移位移所需的转子的旋转量。基于由转子感测布置216的输出指示的转子相对于定子的当前旋转定位(或定向)，马达控制模块212确定要施加到定子绕组的应使转子从其当前定位(或定向)旋转确定的旋转量的相应相位的交流电信号的适当顺序。在其中马达232被实现为BLDC马达的实施例中，交流电信号以转子磁极相对于定子的适当定向并且以适当的顺序使定子绕组的相应相位转换方向以提供使转子在期望方向上旋转的旋转定子磁场。此后，马达控制模块212操作马达驱动器模块214以将确定的交流电信号(例如，命令信号)施加到马达232的定子绕组以实现向患者的期望的流体递送。

当马达控制模块212正在操作马达驱动器模块214时，电流从能量源218流动通过马达232的定子绕组以产生与转子磁场相互作用的定子磁场。在一些实施例中，在马达控制模块212操作马达驱动器模块214和/或马达232以实现命令剂量之后，马达控制模块212停止操作马达驱动器模块214和/或马达232，直到接收到随后的剂量命令为止。在这方面，马达驱动器模块214和马达232进入空闲状态，在此期间，马达驱动器模块214有效地使马达232的定子绕组与能量源218断开连接或分离。换句话说，当马达232空闲时电流不从能量源218流过马达232的定子绕组，并且因此，马达232在空闲状态下不消耗来自能量源218的功率，由此提高效率。

取决于实施例，马达控制模块212可用被设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适合的可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或实现。在示例性实施例中，马达控制模块212包含或以其它方式访问能够存储由马达控制模块212执行的编程指令的数据存储元件或存储器，包含任何种类的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁性或光学大容量存储器或任何其它短期或长期存储介质或其它非暂时性计算机可读介质。当由马达控制模块212读取和执行时，计算机可执行编程指令使马达控制模块212执行或以其它方式支持本文所描述的任务、操作、功能和过程。

应当理解，出于解释的目的，图2是输注装置202的简化表示并且不旨在以任何方式限制本文所描述的主题。在这方面，取决于实施例，感测布置204的一些特征和/或功能可以由泵控制***220实施或以其它方式集成到所述泵控制***220中或者反之亦然。类似地，在实践中，马达控制模块212的特征和/或功能可以由泵控制***220实施或以其它方式集成到所述泵控制***220中或者反之亦然。此外，泵控制***220的特征和/或功能可由位于流体输注装置202中的控制电子器件来实施，而在替代实施例中，泵控制***220可由与输注装置202(例如，CCD 106或计算装置108)在物理上不同和/或分离的远程计算装置来实施。

图3描绘了根据一个或多个实施例的适于用作图2中的泵控制***220的泵控制***300的示例性实施例。所说明的泵控制***300包含但不限于泵控制模块302、通信接口304和数据存储元件(或存储器)306。泵控制模块302联接到通信接口304和存储器306，并且泵控制模块302被适合地配置成支持本文所描述的操作、任务和/或过程。在各个实施例中，泵控制模块302还联接到一个或多个用户接口元件(例如，用户接口240)以接收用户输入(例如，目标葡萄糖值或其它葡萄糖阈值)并向患者提供通知、警报或其它疗法信息。

通信接口304通常表示泵控制***300的联接到泵控制模块302并且被配置成支持泵控制***300和各个感测布置204、206、208之间的通信的硬件、电路***、逻辑、固件和/或其它组件。在这方面，通信接口304可包含或以其它方式联接到能够支持泵控制***220、300和(一个或多个)感测布置204、206、208之间的无线通信的一个或多个收发器模块。举例来说，通信接口304可用于从控制***200中的每个感测布置204、206、208接收传感器测量值或其它测量数据。在其它实施例中，通信接口304可被配置成支持去往/来自(一个或多个)感测布置204、206、208的有线通信。在各个实施例中，通信接口304还可支持与输注***中的另一个电子装置(例如CCD 106和/或计算机108)通信(例如将传感器测量值上载到服务器或其它计算装置，从服务器或其它计算装置接收控制信息等)。

泵控制模块302通常表示泵控制***300的联接到通信接口304并且被配置成基于从感测布置204、206、208接收的测量数据确定用于操作马达232以将流体递送到身体201的剂量命令并且执行本文所描述的各种附加任务、操作、功能和/或操作的硬件、电路***、逻辑、固件和/或其它组件。举例来说，在示例性实施例中，泵控制模块302实施或以其它方式执行命令生成应用310，所述命令生成应用310支持一个或多个自主操作模式并且至少部分地基于患者的身体201中的状况的当前测量值来计算或以其它方式确定用于以自主操作模式操作输注装置202的马达232的剂量命令。举例来说，在闭环操作模式中，命令生成应用310可至少部分地基于最近从感测布置204接收的当前葡萄糖测量值来确定用于操作马达232以将胰岛素递送到患者的身体201的剂量命令以将患者的血糖水平调节到目标参考葡萄糖值。此外，命令生成应用310可生成由患者经由用户接口元件手动启动或以其它方式指示的用于团注的剂量命令。

在示例性实施例中，泵控制模块302还实施或以其它方式执行个性化应用308，所述个性化应用308协作地被配置成与命令生成应用310相互作用，以支持决定其中剂量命令以个性化患者特定的方式生成的方式调节剂量命令或控制信息在这方面，在一些实施例中，基于当前或最近的测量数据和当前操作背景相对于与患者相关联的历史数据之间的相关性，个性化应用308可例如通过修改命令生成应用310所引用的寄存器或存储器306中的位置处的参数值时调节或以其它方式修改由命令生成应用310在确定剂量命令时所利用的一个或多个参数的值。在又其它实施例中，个性化应用308可预测患者可能参与的餐食或其它事件或活动，并且输出或以其它方式提供预测的患者行为的指示，所述指示进而可然后用于以个性化方式调节其中生成剂量命令以考虑患者的预测行为的方式调节葡萄糖的方式。在一些实施例中，个性化应用308可支持自动执行由命令生成应用310利用的控制参数的个性化调节。

仍参考图3，取决于实施例，泵控制模块302可以用被设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适合的可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或实现。在这方面，结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件、固件、由泵控制模块302执行的软件模块或其任何实践组合中。在示例性实施例中，泵控制模块302包含或以其它方式访问数据存储元件或存储器306，所述数据存储元件或存储器306可以使用能够存储用于由泵控制模块302执行的编程指令的任何种类的非暂时性计算机可读介质来实现。当由泵控制模块302读取和执行时，计算机可执行编程指令使泵控制模块302实施或以其它方式生成应用308、310并且执行本文所描述的任务、操作、功能和过程。

应当理解，出于解释的目的，图3是泵控制***300的简化表示并且不旨在以任何方式限制本文所描述的主题。举例来说，在一些实施例中，马达控制模块212的特征和/或功能可例如通过命令生成应用310将剂量命令转换成对应的马达命令而由泵控制***300和/或泵控制模块302来实施或以其它方式集成到所述泵控制***300和/或所述泵控制模块302中，在此情况下，单独的马达控制模块212可以不存在输注装置202的实施例中。

图4描绘示例性闭环控制***400，其可由泵控制***220、300实施以提供闭环操作模式，所述闭环操作模式自主地将患者的身体状况调控为参考(或目标)值。应了解，出于解释的目的，图4是控制***400的简化表示并且不旨在以任何方式限制本文中所描述的主题。

在示例性实施例中，控制***400在输入402处接收或以其它方式获得目标血糖值。在一些实施例中，目标血糖值可以由输注装置202存储或以其它方式维持(例如，在存储器306中)，然而，在一些替代性实施例中，目标值可以从外部组件(例如，CCD 106和/或计算机108)接收。在一个或多个实施例中，目标葡萄糖值可以基于一个或多个患者特异性控制参数在进入闭环操作模式之前计算或以其它方式确定。例如，目标血糖值可以至少部分地基于患者特异性参考基础速率和患者特异性每日胰岛素需求来计算，所述患者特异性参考基础速率和所述患者特异性每日胰岛素需求是基于先前的时间间隔内的历史递送信息(例如，前24小时内递送的胰岛素量)来确定的。控制***400还在输入404处从感测布置204接收或以其它方式获得当前血糖测量值(例如，最近获得的传感器血糖值)。所示出的控制***400实施或以其它方式提供比例积分微分(PID)控制以至少部分地基于目标血糖值与当前血糖测量值之间的差来确定或以其它方式生成用于操作马达232的递送命令。在这方面，PID控制试图使测量值与目标值之间的差最小化，并且由此将测量值调节到期望值。PID控制参数应用于输入402处的目标血糖水平与输入404处的测量血糖水平之间的差以生成或以其它方式确定在输出430处提供的剂量(或递送)命令。基于所述递送命令，马达控制模块212操作马达232以将胰岛素递送到患者身体以影响患者的血糖水平，并且由此减小随后测量到的血糖水平与目标血糖水平之间的差。

所示出的控制***400包含或以其它方式实施被配置成例如通过从测量值中减去目标值来确定在输入402处获得的目标值与在输入404处从感测布置204获得的测量值之间的差的求和块406。求和块406的输出表示测量值与目标值之间的差，所述差然后被提供给比例项路径、积分项路径和导数项路径中的每一个。比例项路径包含将差乘以比例增益系数K_P以获得比例项的增益块420。积分项路径包含对差求积分的积分块408以及将积分差乘以积分增益系数K_I以获得积分项的增益块422。导数项路径包含确定差的导数的导数块410以及将差的导数乘以导数增益系数K_D以获得导数项的增益块424。接着将比例项、积分项和导数项相加或以其它方式组合以在输出430处获得用于操作马达的递送命令。与闭环PID控制和确定增益系数有关的各个实施方案细节在美国专利第7,402,153号中进行了更详细的描述，所述美国专利通过引用并入。

在一个或多个示例性实施例中，PID增益系数是患者特异性的并且是基于历史胰岛素递送信息(例如，先前剂量的量和/或定时、历史校正团注信息等)、历史传感器测量值、历史参考血糖测量值、用户报告或用户输入的事件(例如，餐食、运动等)等在进入闭环操作模式之前动态计算或以其它方式确定的。就此而言，一个或多个患者特异性控制参数(例如，胰岛素敏感性因子、每日胰岛素需求、胰岛素极限、参考基础速率、参考空腹血糖、有效胰岛素作用持续时间、药效时间常数等)可以用于补偿、校正或以其它方式调整PID增益系数以解释输注装置202所经历和/或展现出的各种操作状况。PID增益系数可以由泵控制模块302可访问的存储器306来维持。就此而言，存储器306可以包含与用于PID控制的控制参数相关联的多个寄存器。例如，第一参数寄存器可以存储目标血糖值并在输入402处由求和块406访问或以其它方式联接到所述求和块，并且类似地，由比例增益块420访问的第二参数寄存器可以存储比例增益系数，由积分增益块422访问的第三参数寄存器可以存储积分增益系数，并且由导数增益块424访问的第四参数寄存器可以存储导数增益系数。

图5描绘患者监测***500的示例性实施例。患者监测***500包含通信地联接到***患者的身体中或以其它方式由患者佩戴以获得指示患者的身体中的生理状况的测量数据(例如感测到的血糖水平)的感测元件504的医疗装置502。医疗装置502通过通信网络510通信地联接到客户端装置506，其中客户端装置506通过另一个通信网络512通信地联接到远程装置514。就此而言，客户端装置506可以充当用于向远程装置514上载或以其它方式提供来自医疗装置502的测量数据的中间方。应了解，出于解释的目的，图5描绘了患者监测***500的简化表示并且不旨在以任何方式限制本文所描述的主题。

在示例性实施例中，客户端装置506被实现为移动电话、智能手机、平板计算机或其它类似的移动电子装置，然而，在其它实施例中，客户端装置506可以被实现为能够通过网络510与医疗装置502通信的任何种类的电子装置，例如膝上型计算机或笔记本计算机、台式计算机等。在示例性实施例中，网络510被实现为蓝牙网络、ZigBee网络或另一种适合的个域网。也就是说，在其它实施例中，网络510可以被实现为无线自组织网络、无线局域网(WLAN)或局域网(LAN)。客户端装置506包含或联接到能够以图形方式呈现与患者的生理状况有关的数据和/或信息的显示装置，例如监测器、屏幕或另一种常规的电子显示器。客户端装置506还包含能够接收来自客户端装置506的用户的输入数据和/或其它信息的用户输入装置，例如键盘、鼠标、触摸屏等，或另外与所述用户输入装置相关联。

在一些实施例中，例如患者、患者的医生或另一名医疗保健提供者等的用户操纵客户端装置506以执行支持通过网络510与医疗装置502通信的客户端应用508。就此而言，客户端应用508支持在网络510上与医疗装置502建立通信会话并通过通信会话接收来自医疗装置502的数据和/或信息。医疗装置502可以类似地执行或以其它方式实施支持与客户端应用508建立通信会话的对应的应用或过程。客户端应用508通常表示由客户端装置506生成或以其它方式实施以支持本文所描述的过程的软件模块或另一种特征。因此，客户端装置506通常包含能够存储由处理***执行的编程指令的处理***和数据存储元件(或存储器)，当被读取和执行时，所述编程指令使处理***创建、生成或以其它方式促进客户端应用508并执行或以其它方式支持本文所描述的过程、任务、操作和/或功能。取决于实施例，处理***可以使用被配置成支持本文所描述的处理***的操作的任何适合的处理***和/或装置(例如，一个或多个处理器、中央处理器(CPU)、控制器、微处理器、微控制器、处理核心和/或其它硬件计算资源)来实施。类似地，数据存储元件或存储器可以被实现为随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、磁性或光学大容量存储或任何其它适合的非暂时性短期或长期数据存储器或其它计算机可读介质和/或其任何适合的组合。

在一个或多个实施例中，客户端装置506和医疗装置502通过网络510彼此建立关联(或配对)以支持随后通过网络510在医疗装置502和客户端装置506之间建立点对点通信会话。举例来说，根据一个实施例，网络510被实现为蓝牙网络，其中医疗装置502和客户端装置506通过执行发现程序或其它适合的配对程序(例如，通过获得并存储彼此的网络标识信息)而彼此配对。在发现程序期间获得的配对信息允许医疗装置502或客户端装置506中的任一个通过网络510启动安全通信会话的建立。

在一个或多个示例性实施例中，客户端应用508还被配置成存储或以其它方式维持第二网络512上的远程装置514的地址和/或其它标识信息。就此而言，第二网络512可以在物理和/或逻辑上与网络510不同，所述网络例如互联网、蜂窝网络、广域网(WAN)等。远程装置514通常表示被配置成接收和分析或以其它方式监测针对与医疗装置502相关联的患者获得的测量数据、事件日志数据以及潜在的其它信息的服务器或其它计算装置。在示例性实施例中，远程装置514联接到被配置成存储或以其它方式维持与个体患者相关联的数据的数据库516。在实践中，远程装置514可以驻留在与医疗装置502和客户端装置506在物理上不同和/或分离的位置处，例如在由医疗装置502的制造商拥有和/或操作或以其它方式附属于所述制造商的设施处。出于解释的目的但非限制性地，远程装置514在本文中可替代地被称为服务器。

应注意，在一些实施例中，远程计算装置514的一些或全部功能和处理智能可以驻留在医疗装置502和/或与患者监测***500兼容的其它组件或计算装置处。换句话说，患者监测***500不必依赖于基于网络或基于云的服务器布置，如图5中所描绘，但这类部署可能是最高效和经济的实施方案。本公开考虑了这些和其它替代布置。为此，***500的一些实施例可以包含用作数据源、数据处理单元和/或建议递送机构的额外装置和组件。举例来说，***500可以包含但不限于以下元件中的任何一个或全部：计算机装置或***；患者监测器；医疗保健提供者***；数据通信装置等等。

仍参考图5，感测元件504通常表示患者监测***500的被配置成生成、产生或以其它方式输出指示由感测元件504感测、测量或以其它方式定量的生理状况的一个或多个电信号的组件。就此而言，患者的生理状况影响由感测元件504输出的电信号的特性，使得输出信号的特性对应于感测元件504敏感的生理状况或以其它方式与所述生理状况相关。在示例性实施例中，感测元件504被实现为***在患者的身体上的位置处的间质血糖感测元件，所述间质血糖感测元件生成具有与由感测元件504在患者的身体中感测到的或以其它方式测量到的间质液血糖水平相关的与所述间质血糖感测元件相关联的电流(或电压)的输出电信号。

医疗装置502通常表示患者监测***500的通信地联接到感测元件504的输出以接收或以其它方式获得来自感测元件504的测量数据样品(例如，测得的血糖和特性阻抗值)、存储或以其它方式维持测量数据样品并且通过客户端装置506将测量数据上载或以其它方式传输到服务器514的组件。在一个或多个实施例中，医疗装置502被实现为被配置成将例如胰岛素的流体递送到患者的身体的输注装置102、202。也就是说，在其它实施例中，医疗装置502可以是与输注装置分离和独立于其的独立感测或监测装置(例如，感测布置104、204)，例如持续血糖监测器(CGM)、间质血糖感测布置或类似的装置。应注意，尽管图5将医疗装置502和感测元件504描绘为单独的组件，但是在实践中，医疗装置502和感测元件504可以集成或以其它方式组合以提供可以由患者佩戴的整体装置。

在示例性实施例中，医疗装置502包含控制模块522、数据存储元件524(或存储器)、通信接口526和用户接口528。用户接口528通常表示与医疗装置502相关联的输入用户接口元件和/或输出用户接口元件(例如，一个或多个用户接口元件240)。控制模块522通常表示医疗装置502的联接到感测元件504以接收由感测元件504输出的电信号并执行或以其它方式支持本文所描述的各种另外的任务、操作、功能和/或过程的硬件、电路***、逻辑、固件和/或其它组件。取决于实施例，控制模块522可以用被设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适合的可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或实现。在一些实施例中，控制模块522包含模数转换器(ADC)或将从感测元件504接收的输出电信号采样或以其它方式转换成对应的数字测量数据值的另一种类似的采样布置。在其它实施例中，感测元件504可并入ADC并输出数字测量值。

通信接口526通常表示医疗装置502的联接到控制模块522以将数据和/或信息从医疗装置502输出到客户端装置506/从所述客户端装置传输到所述医疗装置的硬件、电路***、逻辑、固件和/或其它组件。举例来说，通信接口526可包含或以其它方式联接到能够支持医疗装置502和客户端装置506之间的无线通信的一个或多个收发器模块。在示例性实施例中，通信接口526被实现为被配置成支持蓝牙低功耗(BLE)通信的蓝牙收发器或适配器。

在示例性实施例中，远程装置514从客户端装置506接收使用感测元件504获得的与特定患者相关联的测量数据值(例如，传感器血糖测量、加速度测量等)，并且远程装置514将历史测量数据与患者相关联地存储或以其它方式维持在数据库516中(例如，使用一个或多个唯一的患者标识符)。另外，远程装置514还可以从客户端装置506或通过所述客户端装置接收可以由患者输入或以其它方式提供(例如，通过客户端应用508)的餐食数据或其它事件日志数据并且将与患者相关联的历史餐食数据和其它历史事件或活动数据存储或以其它方式维持在数据库516中。在这方面，餐食数据包含例如与特定餐食事件、餐食类型或指示餐食的含量或营养特性的其它信息相关联的时间或时间戳以及与餐食相关联的大小的指示。在示例性实施例中，远程装置514还接收对应于由输注装置102、202向患者递送的基础或团注流体剂量的历史流体递送数据。举例来说，客户端应用508可与输注装置102、202通信以从输注装置102、202获得胰岛素递送剂量和对应的时间戳，且接着将胰岛素递送数据上载到远程装置514以用于与特定患者相关联地存储。远程装置514还可以从客户端装置506和/或客户端应用508接收与装置502、506相关联的地理位置数据和潜在的其它上下文数据，并且与特定患者相关联地存储或以其它方式维持历史操作上下文数据。就此而言，装置502、506中的一个或多个装置可包含能够输出或以其它方式提供实时表征相应装置502、506的地理位置的数据的全球定位***(GPS)接收器或类似的模块、组件或电路***。

可以通过远程装置514、客户端装置506和/或医疗装置502中的一个或多个来分析历史患者数据以改变或调节输注装置102、202的操作以采用个性化方式影响流体递送。在本文中所描述的示例性实施例中，利用历史患者数据以为由患者监测***500支持的个别患者开发出药代动力学/药效学(PK/PD)模型。举例来说，在一个实施例中，对于每一个别患者，产生包含患者特异性PK/PD模型和随时间而变化的餐食吸收速率的固定概况(如从患者的历史数据识别)的“数字孪生”，且所述数字孪生用于针对所述个别患者来个性化输注装置设定。在此上下文中，数字孪生是个别患者的数学模型或模拟，其包含从患者的历史数据导出的一组微分方程，所述微分方程共同定义或描述了患者对碳水化合物摄入和胰岛素递送的血糖响应。就此而言，用于数字孪生的所得患者特异性PK/PD模型表示最适合用于生成模型的评估时间段内患者的历史传感器血糖测量数据的模型。数字孪生的“输出”是结合与所述模型相关联的各种患者特异性参数值的所预测血糖水平或概况，其基于可能影响患者的血糖状态的“输入”，所述输入例如所递送的胰岛素量、所消耗的碳水化合物量等等。举例来说，每一数字孪生可与用于各种闭环控制参数的个性化且患者特异性值集合(例如，PID增益系数值、PID时间常量、基础胰岛素递送速率、碳水化合物比率、胰岛素敏感性因子、目标血糖值等等)相关联，其对于每一个别患者可为唯一的。

取决于实施例，数字孪生可定期(例如，每日、每周等等)、以预定的时间间隔或响应于上载到远程服务器514和/或数据库516的新的或更新的患者数据(例如，新的或更近的传感器血糖测量数据样品、胰岛素递送量、餐食事件日志数据等等)来更新。2019年4月16日提交且以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请第16/386,104号中提供关于数字孪生的开发的额外细节。如下文更详细地描述，在一个或多个示例性实施例中，用于个别患者的基于云的数字孪生由远程服务器514和/或数据库516管理和/或维持，且用于自动配置且调节用于所述患者的输注装置502的设定、增益和参数。也就是说，在输注装置具有足够的处理能力的替代实施例中，数字孪生的产生、更新和管理可在输注装置502处实施，而非基于云的实施。

个性化优化

在示例性实施例中，输注装置被配置成支持多个操作模式，其中流体递送的方面是使用存储或以其它方式维持在输注装置处的患者特异性参数值来被自动和/或自主地控制及控管的。举例来说，双模胰岛素输注装置能够在以下模式中操作：手动胰岛素递送模式，其中输注装置根据预编程速率或基于时间的速率概况和/或其它可适用手动模式设定来递送基础胰岛素；或自动化闭环胰岛素递送模式，其中输注装置利用可适用闭环设定以影响基于所测量血糖值与目标血糖值(或设定点)之间的关系来自动调节基础胰岛素递送的方式，如上文所描述。也就是说，应了解，本文中所描述的主题不限于由输注装置支持的操作模式的任何具体类型或数目。

如以引用的方式并入本文中的美国专利申请第15/960,495号中所描述，在闭环模式中的操作时段之后，由于反馈控制器对胰岛素递送的不断调节，每日递送的总基础胰岛素倾向于达到更佳水平。因此，用于各种操作模式设定的预编程基础速率及其它参数值的功效可由于多种原因而随时间推移减弱。因此，在本文中所描述的示例性实施例中，响应于在输注装置的操作期间收集或以其它方式获得的更新的患者数据，动态地更新个性化输注装置设定以针对患者实现较佳结果。就此而言，一个或多个成本函数可用以获得用于操作模式参数的患者特异性值，所述患者特异性值可能实现最大化患者的血糖水平有可能在正常血糖范围(例如，血糖正常范围)内的时间量、最小化患者的血糖水平与目标血糖水平之间的偏差及最小化可能性、概率或在低血糖范围中花费的时间之间的所要关系。

图6描绘示例性的个性化更新过程600，其用于以持续方式基于反映患者的生理特性的改变的最近的患者数据来实时运用患者特异性值来动态地更新操作模式控制参数。结合个性化更新过程600执行的各种任务可由硬件、固件、由处理电路***执行的软件或其任何组合执行。出于说明的目的，以下描述涉及上文结合图1到5所提及的元件。出于解释的目的，可在本文中主要在于患者监测***500中的远程服务器514处实施的上下文中描述个性化更新过程600。应了解，个性化更新过程600可包含任何数量的额外或替代任务，任务不必以所说明次序执行和/或任务可以同时执行，和/或个性化更新过程600可并入具有未在本文详细描述的额外功能的更全面的程序或过程中。此外，只要预期的整体功能保持完整，图6的上下文中所展示和描述的任务中的一个或多个任务就可从个性化更新过程600的实践实施例中省略。

取决于实施例，可定期(例如，每日、每周等)、在预定当日时间(例如，在整夜时段期间)、响应于手动地启动更新他或她的输注装置或响应于最新的或更新的患者数据为可获得的(例如，响应于一批最新的测量和递送数据从输注装置上载到远程服务器和/或数据库)而执行个性化更新过程600。个性化更新过程600接收或以其它方式获得关于患者的输注装置的最近操作的患者数据，基于所获得的患者数据出于模拟患者的生理反应的目的而调节或以其它方式改变用于一个或多个控制参数的值，且使用所调节的控制参数值和最近患者数据来产生患者的模拟血糖概况(任务602、604、606)。举例来说，出于更新维持在数据库516中的个人的历史患者数据的目的，患者的输注装置502和/或客户端装置506可将最近传感器血糖测量数据、胰岛素递送数据、事件日志数据等等上载到远程装置514。随后，远程装置514建立或以其它方式产生与患者相关联的可用以基于最近事件日志数据(例如，最近餐食数据、运动信息、睡眠信息等等)产生患者的模拟血糖概况的模型，且接着基于模拟血糖概况与一个或多个目标血糖值(例如，用于闭环模式的患者的目标血糖或设定点、低血糖和/或高血糖阈值等等)之间的关系来调节一个或多个控制参数值。举例来说，在用于患者的数字孪生被维持(例如，在数据库516中)的示例性实施例中，远程服务器514利用患者的特定PK/PD模型以基于在产生患者的数字孪生之后的时间段期间的将使用所调节的控制参数值产生于患者的输注装置502的模拟操作的患者的餐食数据、运动数据、团注数据、睡眠数据等等而产生用于所述时间段的所预测传感器血糖测量值。

在产生用于患者的模拟血糖概况之后，个性化更新过程600将一个或多个成本函数应用于模拟血糖概况，以计算或以其它方式确定与利用所调节的控制参数值相关联的总成本(任务608)。如下文更详细地描述，在示例性实施例中，成本是由模拟血糖值与目标血糖值之间的关系来影响，使得减小模拟血糖值与目标血糖值之间的差的对控制参数值的调整将具有与其相关联的较低成本。在确定与给定一组控制参数值相关联的成本之后，所说明的个性化更新过程600验证或以其它方式识别一组控制参数值是否从控制参数值的多个潜在集合当中实现最小成本(任务610)。就此而言，可多次重复或以其它方式执行调节控制参数值(任务604)、确定模拟血糖概况(任务606)及确定与相应一组所调节的控制参数值相关联的成本(任务608)的任务，以获得所调节的控制参数值的不同的潜在集合和与其相关联的对应的成本。任何数目的不同多变量参数优化方法可用以识别有可能或预期降低成本的相应一组所调节的控制参数值，其中使用优化方法反复地重复任务604、606和608，以调节一个或多个控制参数值(任务604)且确定对应的血糖概况和成本(任务606和608)，这又可由优化方法利用以反复地调节控制参数值，直到获得最小成本为止。另外，在一些实施例中，与对应于当前输注装置设定的一组控制参数值相关联的参考成本可基于由远程装置514和/或数据库516接收的最近传感器血糖测量数据而确定。在此类实施例中，如果对应于当前输注装置设定的一组控制参数值产生最小成本，那么个性化更新过程600可退出并维持当前输注装置设定，而不对输注装置设定进行任何调整。

在识别产生最小成本的一组控制参数值之后，个性化更新过程600更新或以其它方式调节输注装置设定以反映所调节的控制参数值(任务612)。举例来说，远程服务器514可向输注装置502和/或客户端装置506推送或以其它方式传输指示待实施的所调节的患者特异性控制参数值的命令或指令，其又使得用于那些操作模式控制参数的所存储值(例如，在存储器306中的指定寄存器或位置处)更新为所调节的患者特异性控制参数值。随后，输注装置502的控制***(例如，命令产生应用310或闭环控制***400)在产生用于操作输注装置502以将流体递送到患者的剂量命令时自动参考或以其它方式利用更新的所调节的患者特异性控制参数值。

仍参考图6，一般来说，胰岛素递送治疗的目标是在各种情况下注入适当量的胰岛素以调节患者的血糖水平，以最大化在例如80mg/dL到150mg/dL的正常范围内花费的时间。另外或替代地，治疗的有效性可通过数学成本函数来评估，所述数学成本函数基于患者的血糖概况与控制目标或其它参考值(例如，正常血糖范围的中点)偏离的程度来计算成本。举例来说，同与目标偏离的血糖概况相关联的成本可使用第一等式(在本文中替代地被称作等式1)来确定：

其中BG_k表示血糖概况的个别血糖样品，TG表示参考或目标血糖值，n表示所考虑的血糖样品的总数目，且f是与血糖概况相关联的总成本。替代地，所述成本可使用等式(等式2)来确定：

在一些实施例中，成本函数可使用等式(等式3)使用归一化因子p来归一化：

归一化因子(p)可用于将成本归一化在0与1之间的值，这可增加准确度且减少收敛于最优或最小成本所需的反复次数。就此而言，在一些实施例中，归一化因子(p)可基于血糖水平(BG_k)而变化。举例来说，如果血糖概况与目标血糖值(BG_k-TG)之间的差从未大于100，那么归一化因子可设定为值100(p＝100)。就此而言，在一些实施例中，p可设定为血糖概况与目标血糖值之间的最大差。

以上成本函数是对称的，这是因为其相对于目标血糖值针对正偏差及负偏差两者成比例地分配成本。然而，在糖尿病管理治疗中，低血糖的风险通常比高血糖更令人担忧(例如，因为胰岛素可以被递送以缓解高血糖，但无法从身体去除以缓解低血糖)。因此，在示例性实施例中，不对称成本函数用于向血糖概况中相对于正偏差的负偏差或偏移不成比例地分配较大成本。在一个或多个实施例中，同与目标偏移的血糖概况相关联的成本是使用自然对数成本函数等式(等式4)来确定的：

因为负差的天然对数大于正差的天然对数，所以成本函数将较大成本分配给小于目标血糖值的血糖样品。举例来说，给定与目标血糖(ΔG＝|BG_K-TG|)的相同量值的偏差ΔG，与由成本函数的分子提供的正偏差相关联的成本对应于(log(TG+ΔG)-log TG)²，而与由成本函数的分子提供的负偏差相关联的成本对应于(log(TG-ΔG)-log TG)²。因此，与目标的负偏差的成本将大于正偏差的成本。因此，在示例性实施例中，个性化更新过程600利用天然对数成本函数以不对称地将成本分配到一组所调节的控制参数(例如，任务608)，且由此识别最小化低血糖风险的一组所调节的控制参数(例如，任务610)。

另外或替代地，在一些实施例中，成本函数经设计以相对于在预定义血糖值范围内花费的时间量(替代地被称作“范围内的时间”)最小化低于低血糖阈值或其它血糖下限阈值花费的时间。举例来说，给定组成模拟血糖概况的一系列血糖测量，使用等式：

计算低于低血糖阈值或其它血糖下限阈值(例如，70mg/dL)花费的时间的百分比。另外，使用等式：

计算在高于血糖下限阈值但低于高血糖阈值或血糖上限阈值(例如，180mg/dL)的正常范围内花费的时间的百分比。随后，低于期望范围花费的百分比通过以下具有两个因子α和β的等式使用等式：

来归一化。就此而言，可以调节归一化因子以增加或减小用于违反低血糖阈值的成本。在示例性实施例中，将归一化因子选择为α＝100且β＝2，以达成血糖控制功效与安全性之间的所要平衡。接着可依据低于期望范围花费的时间和在期望范围内花费的时间的百分比、使用等式(等式5)：

依据低于低血糖阈值花费的时间的归一化百分比，或使用等式(等式6)：

依据低于低血糖阈值花费的时间的百分比来确定最终成本。在范围内的时间的最大百分比是100的情况下，等式5和6中的数字5是表示低于正常范围(例如，5％)花费的时间的百分比的理想最大值的归一化因子，而数字110是经选择以将成本函数的值的范围维持在-1与1之间的归一化因子。

应注意，以上成本函数中的任一个可以单独地或组合结合个性化更新过程600来利用以优化个性化控制参数调整，以实现所要的成本最小化。举例来说，对于每一组所调节的参数，总成本可以被确定为使用天然对数成本函数(等式4)确定的成本和基于在范围下花费的时间的百分比(等式5或等式6)而确定的成本的加权和，其中被分配到不同成本函数的加权因子经选择以实现偏差的量值(等式4)与偏差的持续时间(等式5或等式6)之间的所要关系。就此而言，被分配到天然对数成本函数的加权因子可增加以惩罚与目标血糖水平的偏差，而被分配到低于范围成本函数的时间的加权因子可增加以惩罚低于低血糖阈值的延长的持续时间。就此而言，存在可单独地或组合地利用成本函数(等式1到6)的任何数目的不同方式，以达成实现个性化控制参数调整的所要优化的总成本确定(例如，在任务608处)，且本文中所描述的主题不必旨在限于任何特定成本函数或其组合。

在糖尿病管理的上下文中，如可从以上实例看出，存在可通过本发明的***个别地或共同地被优化为集合的患者特异性参数。这包含例如控制器目标和系数、自适应递送约束(例如，胰岛素限制)、前导/前馈增益(例如，碳水化合物与胰岛素比率、胰岛素敏感性因子)、有效胰岛素时间等等。

同样，在糖尿病管理的上下文中，本文中所公开的***包括胰岛素泵，其具有含有患者特异性控制参数(例如如上文所提及)的存储器和关于过去的糖尿病控制的历史数据源。所述***包含处理器，其被配置成根据历史数据建立患者的数学模型且优化控制参数以产生最小成本，其中成本被确定为表示从模型性能的行为的接近度到所要患者表现的单个量。处理器接着将参数的优化值加载到存储器中以控管泵的未来操作。如上文所论述的成本是通过平均化大量数据点与其对应的所要值之间的差来导出。尽管上文论述了四个不同成本函数：即，与目标的线性差、与目标的平方差、数据点的对数与目标的对数的差，及数据点低于低血糖阈值的时间。成本函数因此将血糖数据值的复杂的分布简化为表示“良好度”因子的单个变量，所述单个变量可通过标准数学技术而被更容易地优化。

出于简洁起见，本文中可能未详细地描述与血糖感测和/或监测、团注、闭环血糖控制、患者建模、成本函数、优化及相关数学概念相关的习知的技术及主题的其它功能方面。另外，某些术语也可以仅出于参考的目而在本文中使用，并且因此并非旨在是限制性的。例如，除非由上下文明确指示，否则术语“第一”、“第二”和指代结构的其它此类数字术语不暗示顺序或次序。前面的描述还可以涉及“连接”或“联接”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用的，除非另有明确说明，否则“联接”是指一个元件/节点/特征直接或间接地并且不一定是机械地接合到另一个元件/节点/特征(或直接或间接地与另一个元件/节点/特征连通)。

虽然前述具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量变化。还应当理解，本文中描述的一个或多个示例性实施例并非旨在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。更准确地说，前述具体实施方式将向本领域的技术人员提供用于实施所描述的一个或多个实施例的方便的指南。应当理解，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以对元件的功能和布置作出各种改变，其包含在提交本专利申请时已知的等同物和可预见的等同物。

Claims (25)

1.一种自动调节医疗装置的一个或多个操作模式控制参数的方法，所述方法包括：

在所述医疗装置的操作期间获得关于患者的生理状况的数据(602)；

针对所述一个或多个控制参数中的每一个：

a.确定用于特定控制参数的多个调节值(604)；

b.针对用于所述特定控制参数的所述多个调节值中的每一个，使用成本函数至少部分地基于所述数据确定与用于所述控制参数的相应调节值相关联的相应成本(608)，从而产生与所述多个调节值中的每一个相关联的多个成本；及

c.从所述多个调节值当中识别所述多个调节值当中的优化值(610)，其中所述优化值在多个成本当中具有与其相关联的最小成本；及

d.将所述医疗装置处的所述特定控制参数更新为所述优化值。

2.根据权利要求1所述的方法，所述数据包含与所述患者相关联的事件日志数据，所述方法进一步包括针对用于所述控制参数的所述多个调节值中的每一个至少部分地基于所述事件日志数据确定所述患者的所述生理状况的模拟概况，其中确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本包括至少部分地基于与所述相应调节值相关联的所述模拟概况与参考值之间的关系确定与用于所述特定控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本。

3.根据权利要求2所述的方法，所述参考值包括用于所述生理状况的目标值，其中确定与用于所述特定控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本包括至少部分地基于与所述相应调节值相关联的所述模拟概况的数据样品与所述目标值之间的相应差来确定与用于所述特定控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述相应成本至少部分地基于所述相应差的平方。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述相应差包括相应数据样品的自然对数和所述目标值的自然对数。

6.根据权利要求2所述的方法，所述参考值包括用于所述生理状况的下限阈值，其中确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本包括至少部分地基于与所述相应调节值相关联的所述模拟概况的低于所述下限阈值的数据样品的百分比来确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本。

7.根据权利要求3、4及5中任一项所述的方法，其中与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述成本还部分地基于与所述相应调节值相关联的所述模拟概况与第二参考值之间的所述关系，所述第二参考值所述第二参考值包括用于所述生理状况的下限阈值，其中确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本包括至少部分地基于与所述相应调节值相关联的所述模拟概况的低于所述下限阈值的数据样品的百分比来确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中存在多于一个所述操作模式参数，且依次针对每一参数连续地重复步骤a到c，以导出一组最优控制参数，以更新所述医疗装置。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述生理状况是血糖水平，所述医疗装置是胰岛素输注泵。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述操作模式控制参数包含闭环PID控制器(400)的增益参数。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述操作模式控制参数包含所述患者的胰岛素敏感性。

12.一种患者监测***，其包括：

医疗装置(502)，其用以基于一个或多个操作模式控制参数根据操作模式调节患者的生理状况，所述医疗装置具有保存所述一个或多个操作模式参数的存储器；

数据源(516)，其含有在所述医疗装置于所述操作模式中的操作期间收集的关于患者的生理状况的数据；

及

远程装置(506，514)，其与所述医疗装置和所述数据源(516)通信，所述远程装置(506，514)具有被配置成执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的处理设备；

其中所述医疗装置具有通信接口(526)且被配置成向所述远程装置(506，514)提供关于所述医疗装置(502)的所述操作的数据，且从所述远程装置(506，514)接收更新控制参数以用于存储在所述存储器中。

13.根据权利要求12所述的患者监测***，其中所述医疗装置具有外壳，且所述远程装置(506，514)容纳于所述医疗装置的所述外壳内。

14.根据权利要求12所述的患者监测***，其中所述远程装置(506，514)包括便携式移动电话或便携式健康监测器。

15.根据权利要求12、13或14中任一项所述的患者监测***，其中所述远程装置(506，514)联接到外部数据库(516)，所述外部数据库包括所述数据源且含有用于所述患者的历史事件日志数据。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的患者监测***，所述医疗装置包括胰岛素输注装置，且所述生理状况为所述患者的血糖水平。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的患者监测***，其中所述医疗装置(502)联接到传感器(504)且被配置成在闭环操作模式中用作PID控制器(400)，所述操作模式参数为所述PID控制器的增益系数。

18.一种自动调节调控患者的血糖水平的输注装置的操作模式的控制参数的方法，所述方法包括：

根据所述操作模式在所述输注装置的操作时段期间获得包括所感测血糖测量数据和事件日志数据的患者数据(602)；

任选地至少部分地基于所述所感测的血糖测量数据来确定用于所述控制参数的多个调节值(604)；

针对用于所述控制参数的所述多个调节值中的每一个：

基于所述事件日志数据和用于所述控制参数的相应调节值来确定对应于所述操作时段的用于所述患者的模拟血糖概况(606)；及

使用成本函数至少部分地基于所述模拟血糖概况来确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的相应成本(608)；

从所述多个调节值当中识别所述多个调节值当中的优化值(610)，其中根据所述成本函数，所述优化值在与所述多个调节值相关联的多个成本当中具有与其相关联的最小成本；及

将所述输注装置处的所述控制参数更新为所述优化值(612)，其中所述输注装置的后续操作利用所述优化值以产生用于将胰岛素递送给所述患者的剂量命令。

19.根据权利要求18所述的方法，其中使用不对称成本函数至少部分地基于所述模拟血糖概况来确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本(608)包括基于所述模拟血糖概况的数据样品的自然对数与目标血糖值之间的相应差来确定所述相应成本。

20.根据权利要求18所述的方法，其中使用不对称成本函数至少部分地基于所述模拟血糖概况来确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本(608)包括至少部分地基于所述模拟血糖概况的小于低血糖阈值的数据样品的百分比来确定与用于所述控制参数的所述相应调节值相关联的所述相应成本。

21.根据权利要求18、19或20所述的方法，其进一步包含运用一个或多个另外的操作模式参数来重复所述方法以提供一组优化控制参数的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述模式是闭环，且所述控制参数是所述环路中的PID控制器(400)的增益。

23.一种输注***(500)，其包括：

输注装置(502)，其用于将胰岛素输注到患者体内，所述输注装置具有存储器(524)

且被配置成基于所述存储器(524)中所含有的操作模式控制参数根据操作模式来输注所述胰岛素；

患者数据源(516)，其包括根据所述操作模式在所述输注装置(502)的操作时段期间收集的所感测血糖测量数据和事件日志数据；

处理设备(506，514)，其联接到所述输注装置(502)和所述患者数据源(516)且被配置成执行根据权利要求18至22中任一项所述的方法；

所述***(500)被配置成使得获得患者数据的步骤(602)从所述源(502)获得所述数据，且更新所述控制参数的步骤(612)将所述控制参数的新的值放置到所述存储器(524)中。

24.根据权利要求23所述的输注***，其中所述处理设备是移动电话或便携式健康监测装置。

25.根据权利要求23或24所述的输注***，其中所述患者数据源是在服务器上运行的数据库。

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