用于连续分析物监测系统的信号的自适应滤波的方法和设备与流程

用于连续分析物监测系统的信号的自适应滤波的方法和设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术请求享有2020年6月4日提交的美国临时专利申请号63/034,979和2020年11月10日提交的美国临时专利申请号63/112,134的权益，所述临时专利申请的公开内容出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及用于连续分析物监测的设备和方法。


背景技术：

4.连续分析物监测(cam)，例如连续葡萄糖监测(cgm)已成为常规监测操作，尤其是用于患有糖尿病的个体。cam可以提供个体的实时分析物分析(例如，分析物浓度)。在cgm的情况下，可以提供个体的实时葡萄糖浓度。通过提供实时葡萄糖浓度，可以更及时地向被监测个体施加治疗/临床措施，并且可以更好地控制血糖状况。
5.因此，期望改进的cam和cgm方法和设备。


技术实现要素：

6.在一些实施例中，提供了一种对连续分析物监测系统中的信号进行滤波的方法。所述方法包括：在分析物监测周期期间使用自适应滤波器对信号施加自适应滤波，以生成经滤波的连续分析物监测信号；以及根据所述信号上的增大噪声，增大施加于信号的自适应滤波。
7.在其它实施例中，提供了一种连续分析物监测(cam)的方法。所述方法包括：生成cam信号；使用自适应滤波器对所述cam信号施加自适应滤波，以生成自适应滤波cam信号；以及根据所述cam信号上的增大的噪声，增大所述自适应滤波的衰减。
8.在其它实施例中，提供了一种连续分析物监测(cam)系统。所述系统包括被配置成生成信号的至少一个装置，以及被配置成根据信号上的增大的噪声而增大对所述信号的滤波的自适应滤波器。
9.通过例示若干示例实施例和实施方式，根据本公开的实施例的其它特征、方面和优点将从以下详细描述、权利要求书和附图变得更充分地显而易见。根据本公开的各种实施例还可能能够具有其它和不同应用，并且可在各个方面修改其若干细节，所有这些都不脱离权利要求及其等同物的范围。因此，附图和描述被视为本质上是说明性的而非限制性的。
附图说明
10.下文所述的附图仅用于说明性目的，并且不一定按比例绘制。附图不旨在以任何方式限制本公开的范围。相同的数字在全文中用于表示相同或相似的元件。
11.图1分别示出了根据本公开的实施例的连续分析物监测(cam)系统的可穿戴装置
和外部装置的局部横截面侧视图和前正视图。
12.图2a示出了根据本公开的实施例的cam系统的附接到皮肤表面的可穿戴装置的横截面侧视图。
13.图2b示出了根据本公开的实施例的cam系统的生物传感器的一部分的局部横截面侧面正视图。
14.图3a为说明根据本公开的实施例的cam系统内的信号、具有噪声的信号(噪声信号)、施加了标准滤波的噪声信号和施加了自适应滤波的噪声信号的图形。
15.图3b为说明根据本公开的实施例的个体的血糖浓度、未滤波cgm信号和自适应滤波cgm信号的示例的图形。
16.图4a为示出根据本公开的实施例的cgm系统的可穿戴装置内的电路部件的示例的示意图。
17.图4b为示出根据本公开的实施例的可穿戴装置内的可以与cgm系统的外部装置通信的电路部件的示例的示意图。
18.图4c为示出根据本公开的实施例的cgm系统的可穿戴装置和外部装置内的电路的另一示例的示意图。
19.图5a为示出根据本公开的实施例的cgm系统的可穿戴装置的实施例中的自适应滤波的示例的框图。
20.图5b为根据本公开的实施例的实施为串联联接的多个低通滤波器的自适应滤波器的示意图。
21.图5c为示出根据本公开的实施例的cgm系统的可穿戴装置的实施例中的包括自适应滤波的信号处理的示例的框图。
22.图5d为示出根据本公开的实施例的cgm系统的实施例中的信号处理的示例的框图，其中至少一些自适应滤波在外部装置中执行。
23.图5e为示出根据本公开的实施例的cgm系统的实施例中的信号处理的另一示例的框图，其中至少一些自适应滤波在外部装置中执行。
24.图6为示出根据本文所述的实施例的不同信噪比(snr1至snr4)的示例自适应滤波器响应相对于频率的图形。
25.图7示出根据本公开的实施例的无限脉冲响应滤波器的示例的框图。
26.图8示出根据本公开的实施例的在cam系统中对信号进行滤波的方法的流程图。
27.图9示出根据本公开的实施例的连续分析物监测的方法的流程图。
具体实施方式
28.连续分析物监测(cam)系统可以测量个体随时间推移的分析物浓度并且报告这些分析物浓度。一些cam系统包括一个或多个植入的生物传感器，该生物传感器直接或间接感测(例如，测量)体液中存在的分析物并响应于该感测而生成一个或多个信号(例如，传感器信号或生物传感器信号)。然后处理一个或多个传感器信号以生成和/或计算指示随时间推移的分析物浓度的连续分析物信号。连续分析物信号有时被称为“cam信号”，并且通过显示器、下载或其它通信类型报告给用户或医疗提供者。
29.在一些实施例中，一个或多个生物传感器可以包括一个或多个探针等，所述一个
或多个探针刺穿用户的皮肤并且皮下定位或植入例如组织液中。在其它实施例中，一个或多个生物传感器可以是例如可以测量皮下反射率的光学装置。cam系统可以使用其它类型的生物传感器。
30.当生物传感器位于组织液中时，包括皮下生物传感器的cam系统可以监测生物传感器上的两个或更多个电极之间的电流。此电流可用于确定组织液中的分析物浓度(例如，葡萄糖浓度)。在一些实施例中，生物传感器可以包含在套管针(例如，针)内且由套管针插入，所述套管针被构造成延伸到用户的皮肤中以用于皮下放置生物传感器，以便接触用户的组织液。插入后，可移除套管针，从而留下植入的生物传感器。生物传感器可包括例如接触用户的组织液的电极，例如，工作电极、对电极和/或参比电极。
31.在连续葡萄糖监测期间，在电极之间，例如，在工作电极与对电极之间施加电压，并且测量流过一个或多个电极的电流。电流与组织液中存在的分析物(例如，葡萄糖)浓度成比例。通过电极和组织液的电流可以非常小，例如几毫微安，这使cam系统对噪声非常灵敏。当指示电流的信号或cam系统内的其它信号经受噪声，即使是弱噪声级时，所得信噪比可能非常低，这产生难以处理和/或解释的信号。在一些实施例中，噪声可能导致所得cam信号抖动，这会使所得cam信号难以准确解释。
32.cam系统中的一个噪声源是例如在分析物监测周期内由cam系统内的部件的性能降低引起的。分析物监测周期是cam系统的生物传感器感测分析物的时间段。在被配置成位于皮下的生物传感器的示例中，分析物监测周期是生物传感器位于皮下并且正主动感测的时间。分析物监测周期可以例如是14天或更多天，即生物传感器被植入、感测和通信所经过的时间长度。在一个示例中，生物传感器特性可随着时间推移降低，这可使在分析物监测周期内由生物传感器生成的信号的噪声变得越来越大。例如，在生物传感器位于组织液中的实施例中，在分析物监测周期期间，沉积在与组织液反应的生物传感器上的化学物质(例如，酶)可能降解和/或耗尽。在一些情况下，生物膜也可以在分析物监测周期期间在生物传感器上积聚。
33.在分析物监测周期期间，化学物质的降解和/或耗尽可以增加或以其它方式改变，这导致在分析物监测周期期间传感器信号的噪声和/或抖动越来越大。在一些实施例中，随着分析物监测周期的进展，传感器信号的噪声和/或抖动变得越来越大。随着生物膜的积累的增加，可能出现相同的情况。噪声可以用传感器信号处理，从而产生噪声和/或抖动cam结果，所述噪声和/或抖动cam结果难以解释或可能导致用户认为cam系统未正确工作。
34.cam系统中的其它噪声源包括量化噪声以及信号处理期间产生的其它噪声。例如，在模拟/数字转换期间，可以产生量化噪声。在一些实施例中，量化噪声的水平取决于被转换的信号和/或转换过程。因此，量化噪声通常不取决于时间。电源也可能在cam系统内产生噪声。例如，用于发射和接收cam系统中的信号的装置可产生外来噪声。在其它实施例中，外部噪声源可以增加cam系统内的信号上的噪声。例如，如果cam系统在某些电磁场附近操作，则所述电磁场可以在cam系统内产生噪声。这些噪声级和噪声的出现可能是不可预测的，并且可能导致前述问题。其它噪声源可归因于化学反应(例如，去氧)。
35.本文所公开的设备和方法通过向cam系统中的一个或多个信号施加自适应滤波以生成至少一个自适应滤波的连续分析物信号(自适应滤波cam信号)来减少此类cam系统中的噪声的影响。自适应滤波取决于(例如，根据)cam系统中的一个或多个信号上的噪声。可
以例如通过使用自适应滤波平滑cam系统中生成的一个或多个信号来实现噪声降低。上文所述的生物传感器的性能降低和/或其它部件在分析物监测周期内的性能降低可在监测周期期间变化。施加于一个或多个信号的自适应滤波随噪声(例如，信噪比)的变化而改变，以便平滑噪声信号。
36.本文所公开的设备和方法通过向cam系统中的一个或多个信号施加自适应滤波以生成至少一个自适应滤波的连续分析物信号(在本文中有时称为“滤波信号”)来减少cam系统中的噪声的影响。自适应滤波和自适应滤波器可以测量信号上的噪声级，并且根据信号上的噪声级来施加滤波。例如，自适应滤波器或另一装置可以测量信号上的噪声级，并且向该信号施加滤波或平滑，其中滤波或平滑的程度取决于所测量的噪声级。
37.各种噪声测量(或估计)技术可用于测量信号上的噪声。在一些实施例中，点对点方差可用于测量信号上的噪声。在此类实施例中，在时间窗口期间的采样时间处测量信号。时间窗口可紧接在当前时间之前。可以基于时间窗口中信号的所有相邻采样时间之间的差值的标准偏差除以时间窗口中信号的平均值来计算噪声估计值。自适应滤波或平滑的量可以是噪声估计值和/或测量值的函数。可以使用噪声测量的其它实施例，包括点对点方差的其它实施例。自适应滤波可包括数字或模拟滤波器。一些滤波可包括指数移动平均(ema)滤波，包括双重ema和三重ema滤波。
38.本文所述的自适应滤波可以施加于cam系统内的不同信号，包括例如工作电极电流信号、背景电流信号、cam信号、估计的装置灵敏度信号和估计的分析物(例如，葡萄糖)浓度信号。自适应滤波平滑信号和/或减少噪声的影响和/或算法伪影，这提高了用户解释分析物浓度的能力。在一些实施例中，通过根据噪声调整自适应滤波器的平滑参数来改变滤波。
39.参考图1-9详细描述这些和其它设备和方法。本文参考连续葡萄糖监测(cgm)系统描述自适应滤波设备和方法的实施例。然而，本文所述的自适应滤波设备和方法可以应用于测量诸如胆固醇、乳酸、尿酸和醇等分析物的其它连续分析物监测(cam)系统。
40.现在参考图1，该图示出了包括可穿戴装置102和外部装置104的连续葡萄糖监测(cgm)系统100的示例。如本文所述，可穿戴装置102测量葡萄糖浓度，外部装置104显示葡萄糖浓度。在一些实施例中，可穿戴装置102也可以显示葡萄糖浓度。例如，可穿戴装置102可以例如通过粘合剂背衬层110附接(例如，粘附)到用户的皮肤108。
41.可穿戴装置102可包括生物传感器112，该生物传感器可以皮下位于用户的组织液114中，并且可以直接或间接测量葡萄糖浓度。可穿戴装置102可以将葡萄糖浓度传输到外部装置104，其中葡萄糖浓度可以显示在外部显示器116上。外部显示器116可以显示不同格式的葡萄糖浓度，例如，单个数字、图形和/或表格。在图1的示例实施例中，外部显示器116正在显示图形118，该图形示出了过去和现在的葡萄糖浓度以及指示来自最近葡萄糖计算的葡萄糖浓度的数字。外部显示器116还可以显示如由外部显示器116上示出的向下箭头131指示的葡萄糖趋势，指示用户的血糖水平当前正在下降。外部显示器116可以其它格式显示不同或额外数据。在一些实施例中，外部装置104可包括使得用户能够选择外部显示器116上显示的数据和/或数据格式的多个按钮120或其它输入装置。
42.现在参考图2a，该图示出了附接到用户的皮肤108的可穿戴装置102的局部横截面侧视图。生物传感器112可以位于用户皮肤108下方的组织液114中。在图2a的实施例中，生
物传感器112可包括工作电极112a、参比电极112b和对电极112c，它们各自可接触组织液114，如下文进一步描述的。在一些实施例中，生物传感器112可包括更少或更多电极和其它电极配置。例如，在一些实施例中，可以采用第二工作电极(例如，背景电极)。电极112a、112b、112c可以用一种或多种化学物质制备和/或涂覆有一种或多种化学物质，例如与组织液114内的特定化学分析物反应的一种或多种酶。反应可以改变通过电极112a、112b、112c中的一个或多个的电流，该电流由可穿戴装置102检测并且用于计算如本文所述的葡萄糖浓度。
43.图2b示出了根据本文提供的实施例的生物传感器112的实施例的横截面侧面示意性放大局部视图。在一些实施例中，生物传感器112可包括工作电极112a、对电极112c和背景电极112d。工作电极112a可包括涂覆有化学物质112f的导电层，该化学物质在还原-氧化反应中与含葡萄糖溶液反应，其影响电荷载体的浓度和生物传感器112的时间相关阻抗。在一些实施例中，工作电极112a可以由铂或表面粗糙化铂形成。可以使用其它工作电极材料。用于工作电极112a的示例化学催化剂(例如，酶)包括葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等。例如，酶组分可通过诸如戊二醛之类的交联剂固定到电极表面上。外膜层(未示出)可施加到酶层上以保护包括电极和酶层的整个内部部件。在一些实施例中，可以采用介体，诸如铁氰化物或二茂铁。可以采用其它化学催化剂和/或介体。
44.在一些实施例中，参比电极112b可以由ag/agcl形成。对电极112c和/或背景电极112d可以由合适的导体(例如，铂、金、钯等)形成。其它合适的导电材料可用于参比电极112b、对电极112c和/或背景电极112d。在一些实施例中，背景电极112d可以与工作电极112a相同，但不具有化学催化剂和介体。对电极112c可通过隔离层112e(例如，聚酰亚胺或另一种合适的材料)与其它电极隔离。
45.生物传感器112可包括未示出的其它项目和材料。例如，生物传感器112可包括使电极彼此电绝缘的其它绝缘体等。生物传感器112还可以包括将电极电联接到可穿戴装置102中的部件的导体等。
46.工作电极112a、参比电极112b、对电极112c和背景电极112d上或中的上述化学物质可在分析物(例如，葡萄糖)监测周期期间耗尽和/或被污染。耗尽和/或污染可以使由生物传感器112生成的或与该生物传感器结合生成的信号如本文所述随时间推移而有噪声和/或抖动。另外，生物膜可在电极112a、112b、112c和/或112d上积聚，这可以使由生物传感器112生成的信号的噪声变得更大。本文中所述的自适应滤波对cgm系统100内的一个或多个信号进行滤波或平滑以抵消噪声和/或抖动信号的影响。
47.返回图2a，可穿戴装置102可包括衬底124(例如，电路板)，可穿戴装置102的部件126可位于所述衬底上。衬底124的各部分可由非导电材料，例如塑料或陶瓷制成。在一些实施例中，衬底124可包括层压材料。衬底124可包括电迹线(未示出)，该电迹线将电流传导到衬底124内的部件或附接到该衬底的部件，例如生物传感器112。例如，导体(未示出)可以将电极112a、112b、112c电联接到部件126。
48.部件126可以在位于组织液114中的电极112a、112b、112c、112d中的两个或更多个上施加偏置电压，这使得偏置传感器电流流过生物传感器112。部件126中的一些可以是可测量传感器电流并生成所测量的电流信号i
meas
的电路的一部分。在一些实施例中，电极112a、112b、112c上面或内的化学物质(酶等)响应于与组织液114中存在的葡萄糖或其它化
学物质或分析物接触而改变阻抗。因此，所得的所测量的电流信号i
meas
可以与组织液114中存在的一种或多种分析物(例如，葡萄糖)成比例。在葡萄糖监测周期期间，电极112a、112b、112c上的化学物质可能劣化和/或耗尽，这可能导致传感器电流和所测量的电流信号i
meas
如上文所述变得有噪声(例如，抖动)。
49.如本文所述，自适应滤波可施加于可穿戴装置102和/或外部装置104中的所测量的电流信号i
meas
和/或其它信号，以减少信号中噪声变化的影响。在一些实施例中，自适应滤波可以施加于所得cgm信号以减少cgm信号上的噪声(例如，抖动)。如本文所述，自适应滤波可以根据噪声改变(例如，增大)阻带中的衰减和/或改变(例如，增大)自适应滤波器的阶数。
50.现在参考图3a，该图为示出对噪声信号的不同滤波效果(包括自适应滤波)的示例的图形。在图3a的示例中，将理想信号302(实线)归一化为信号值1.00。噪声信号304显示为细点线，所述细点线上具有表示数据点的点，所述噪声信号是添加了噪声的理想信号302。在图3a的示例中，噪声信号304的量值随时间而增大，但在一些实施例中，噪声信号的量值可以是随机的。
51.标准指数移动平均(ema)滤波信号306为经受标准(ema)滤波之后的噪声信号304，显示为具有方块位于其中的虚线。标准ema滤波不取决于时间或噪声，因此，标准ema滤波施加的滤波不根据噪声变化。如图3a所示，标准ema滤波信号306上的噪声继续随机和/或随时间增加。在其它实例中，随机噪声级可以在噪声信号304上随机出现。当常规滤波施加于cgm系统中的信号时，这些信号的信噪比根据噪声而减小，这可以使cgm系统100(图1)提供的数据不准确或难以解释。
52.自适应滤波信号308(有时称为“滤波信号308”)是噪声信号304在经受自适应滤波(例如，自适应ema滤波)之后的结果，且在图3a中示出为具有x位于其上的虚线。产生图3a中所示的滤波信号308的自适应滤波随噪声增大而增大。例如，可以根据噪声增加噪声信号304的平滑。因此，随着理想信号302上的噪声的幅值如噪声信号304所示增大，所得滤波信号308在更大程度上被平滑或滤波。在一些实施例中，自适应滤波器的衰减可根据噪声和/或时间而增大。在一些实施例中，自适应滤波器可包括一个或多个低通滤波器，其中阻带中的衰减可根据噪声而增大。当施加于cgm系统时，自适应滤波减少在葡萄糖监测周期期间增大的噪声和其它噪声，例如随机噪声。因此，施加了自适应滤波的所得滤波信号308更紧密地遵循理想信号302。当施加于cgm系统时，自适应滤波减少在分析物(例如，葡萄糖)监测周期期间增大和/或改变的噪声，这使得cgm系统的用户能够接收关于分析物(例如，葡萄糖)浓度的更准确的信息。
53.另外参考图3b，该图为示出参考血糖浓度312、未滤波cgm信号314和自适应滤波cgm信号316(有时称为“滤波cgm信号316”)的示例的图形。图3b的图形的水平轴线参考经过时间(以天为单位)和样本编号。注意，图3b的图形中所示的示例是在从第十二天结束到第十三天约八小时的分析物(例如，葡萄糖)监测周期的一部分期间记录的。未滤波cgm信号314可以是由测量和/或计算用户的分析物(例如，葡萄糖)浓度的可穿戴装置102(图1)和/或外部装置104生成的未滤波cgm信号。可以通过对未滤波cgm信号314和/或用于生成未滤波cgm信号314的一个或多个其它信号施加自适应滤波来生成滤波cgm信号316。
54.在一些实施例中，由可穿戴装置102内的生物传感器生成的一个或多个信号可以
被施加自适应滤波，这可以产生自适应滤波cgm信号316(有时称为滤波cgm信号316)。例如，噪声信号304(图3a)可以是由可穿戴装置102内的生物传感器生成的信号。滤波cgm信号316可以是将自适应滤波施加于噪声信号304的结果。如图3b所示，所得滤波cgm信号316通常遵循参考血糖浓度312并且比未滤波cgm信号314更平滑。
55.现在另外参考图4a，该图示出了可穿戴装置102(图2a)的示例电路的实施例的示意图。在图4a所示的实施例中，生物传感器112不包括背景电极112d(图2b)。如图4a中所示，工作电极112a可以由保护环412包围，所述保护环减少杂散电流对工作电极112a的干扰。在一些实施例中，保护环412可以在与工作电极112a相同的电位下操作。工作电极112a可以通过电流测量装置，例如安培计432联接到工作电极源430。安培计432测量由工作电极源430产生的工作电极电流i
we
，并生成指示工作电极电流i
we
的所测量的电流信号i
meas
。在可穿戴装置102的操作期间，工作电极源430可以生成施加于工作电极112a的电压v
we
，从而产生通过工作电极112a的工作电极电流i
we
。安培计432测量工作电极电流i
we
，并生成所测量的电流信号i
meas
。
56.在图4a的实施例中，可穿戴装置102可包括电联接到对电极112c的对电极源436，该对电极源生成对电极电压v
ce
。因此，工作电极电流i
we
与工作电极电压v
we
和对电极电压v
ce
之间的差除以组织液114(图2)的阻抗和生物传感器112中的电极的阻抗成比例。在一些实施例中，由对电极源436汇入的电流等于工作电极电流i
we
。
57.工作电极源430和对电极源436两者都可以联接到处理器438并由该处理器控制。处理器438可包括存储器440，所述存储器具有存储在其中的计算机可读指令，所述计算机可读指令使处理器438将指令发送至工作电极源430和对电极源436。指令可以使工作电极源430和对电极源436输出预定电压(例如，v
we
和v
ce
)。存储器440还可以包括使处理器执行如本文所述的其它功能的指令，例如施加自适应滤波。
58.图4a所示的可穿戴装置102的实施例的电路可包括保护源444，该保护源联接到保护环412并将保护电压vg供应到保护环412。保护源444也可以联接到处理器438，并且可以从处理器438接收指令以设置特定保护电压vg。参考电极112b可以联接到处理器438，并且可以将基准电压vr供应到处理器438。处理器438可以使用基准电压vr来设定工作电压v
we
和反电压v
ce
的值。
59.如上文所述，安培计432可以生成所测量的电流信号i
meas
，其是工作电极电流i
we
的度量。在常规cgm系统中，如果工作电极电流i
we
上存在噪声，则所测量的电流信号i
meas
和所得的cgm信号可能是有噪声的。例如，所得的cgm信号可以类似于图3b的未滤波cgm信号314。在图4a的实施例中，自适应滤波器448在所测量的电流信号i
meas
由处理器438处理和/或接收之前，向所测量的电流信号i
meas
施加自适应滤波。自适应滤波器448输出经滤波的所测量的电流信号i
filt
，该电流信号可由处理器438处理以再现自适应滤波cgm信号316。
60.另外参考图5a，该图为示出图4a的电路的一部分的功能的框图。如在图5a的示例中所示，在处理器438处理所测量的电流信号i
meas
之前，自适应滤波由自适应滤波器448施加于所测量的电流信号i
meas
。在本文所述的其它实施例中，自适应滤波可以由处理器438执行和/或施加于外部装置104内的其它信号(图1)。如上文所述，自适应滤波或其它部件或过程可包括测量噪声(例如信噪比)的部件或方法。
61.所测量的电流信号i
meas
可以类似于图3a中所示的噪声信号304。如本文所述，生物
传感器112可随时间推移而性能降低，这可能是所测量的电流信号i
meas
上的噪声的一个原因。如上文所述，外部噪声源和在信号处理期间产生的噪声也可在所测量的电流信号i
meas
上引起噪声。如果处理器438处理有噪声的所测量的电流信号i
meas
，则所得cgm信号可以是有噪声的，如图3b中所示的未滤波cgm信号314。由自适应滤波器448输出的经滤波的所测量的电流信号i
filt
比所测量的电流信号i
meas
更平滑(例如，噪声和/或抖动更小)，因此所得cgm信号更平滑。例如，经滤波的所测量的电流信号i
filt
可以类似于图3a的滤波信号308，其更紧密地遵循理想测量的电流信号(例如，无噪声)，例如图3a中的理想信号302。所得cgm信号(s
fcgm
)类似于图3b的滤波cgm信号316，其通常遵循参考血糖浓度312并且比未滤波cgm信号314平滑得多。因此，施加于所测量的电流信号i
meas
的自适应滤波提供了cgm信号s
fcgm
，其更紧密地遵循用户的血糖水平，并且对于可穿戴装置102(图1)的用户来说可能更容易解译。
62.自适应滤波器448的实施例包括模拟和数字滤波器。在一些实施例中，自适应滤波器448可以是模拟或数字低通滤波器，其中通带包括分析物(例如，葡萄糖)浓度中的自然波动频率。在一些实施例中，自适应滤波器448可以是无限脉冲响应(iir)滤波器或有限脉冲响应滤波器(fir)。在一些实施例中，自适应滤波器448可以将指数移动平均(ema)施加于所测量的电流信号i
meas
或其它信号。低通滤波器的衰减可随噪声增大而增大，使得在所测量的电流信号i
meas
或其它信号上存在较高噪声级的时段期间施加更大的衰减。在一些实施例中，自适应滤波器448可以是模拟低通滤波器，其中低通滤波的阶数可根据噪声而增大。在一些实施例中，滤波器的截止频率可以根据噪声和/或噪声的频率分量而改变。
63.另外参考图5b，该图示出例如以滤波器组的形式实施为多个低通滤波器的自适应滤波器448的示例，所述多个低通滤波器分别被称为串联联接的第一低通滤波器lpf1、第二低通滤波器lpf2和第三低通滤波器lpf3。自适应滤波器448可包括更少或更多低通滤波器。自适应滤波器448还可以包括与低通滤波器lpf1、lpf2、lpf3中的每一个并联联接的开关。在图5b的实施例中，开关分别被称为第一开关sw1、第二开关sw2和第三开关sw3。开关sw1、sw2、sw3的状态可以由处理器438控制。可以通过打开或闭合开关sw1、sw2、sw3来调整由自适应滤波器448施加的自适应滤波的量。例如，当存在很少噪声或不存在噪声时，可以闭合所有开关sw1、sw2、sw3，因此不施加滤波。在存在较高噪声级的时间段期间，开关sw1、sw2、sw3中的全部或一些可以被打开以根据噪声施加更多滤波。
64.在一些实施例中，处理器438可以监测输入自适应滤波器448的所测量的电流信号i
meas
和由自适应滤波器448输出的经滤波的所测量的电流信号i
filt
。处理器438可以测量所测量的电流信号i
meas
上的噪声，并且根据噪声经由自适应滤波器448施加自适应滤波。处理器438还可以监测经滤波的所测量的电流信号i
filt
，以确定是否需要更多或更少自适应滤波。在一些实施例中，处理器438可以仅监测所测量的电流信号i
meas
或经滤波的所测量的电流信号i
filt
并相应地调整自适应滤波。
65.另外参考图6，该图为示出自适应滤波器448的根据噪声的示例滤波器响应的图形，其中自适应滤波器448是具有截止频率f0的低通滤波器。下文参考图5b的自适应滤波器448描述图6的图形。然而，其它自适应滤波器，例如自适应iir滤波器可产生相同或相似结果。当信号上存在第一噪声级r1时，自适应滤波器448可以不施加滤波。第一噪声级r1是该信号上的最小噪声级。例如，在葡萄糖监测周期的早期或在可穿戴装置102(图1)不在噪声环境中操作时，可能不需要滤波。当信号上存在第二噪声级r2时，自适应滤波器448可以用
作一阶低通滤波器。第二噪声级r2可以大于第一噪声级r1。在一些实施例中，随着生物传感器112劣化，第二噪声级r2在第二时间段内可为显著的。如图6中所示，当存在第二噪声级r2时，阻带中的衰减最小。当存在第二噪声级r2时施加的滤波可通过打开开关中的一个，例如sw1来实现。
66.当信号上存在第三噪声级r3时，低通滤波器可以是比信号上存在第二噪声级r2时更高阶的滤波器。第三噪声级r3大于第二噪声级r2。关于图5b的自适应滤波器448，两个开关，例如开关sw1和sw2，可以由处理器438打开。当信号上存在第四噪声级r4时，低通滤波器可以是比信号上存在第三噪声级r3时更高阶的滤波器。第四噪声级r4大于第三噪声级r3。关于图5b的自适应滤波器448，所有三个开关sw1、sw2、sw3可以由处理器438打开。
67.在一些实施例中，当信号上存在不同噪声级时，自适应滤波器448可以改变截止频率f0。例如，信号上的较高噪声级可以使自适应滤波器448对较高或较低频率分量进行滤波。例如，截止频率f0可以随着噪声的频率分量的改变而改变。在一些实施例中，截止频率f0可以高于cgm系统100中的信号的自然或预期波动。
68.在一些实施例中，自适应滤波器448可以是数字滤波器，例如fir(有限脉冲响应)滤波器或iir(无限脉冲响应)滤波器。可以使用其它类型的数字滤波器。另外参考图7，该图为可在自适应滤波器448中使用的iir滤波器760的示例实施例的框图。可以使用数字滤波器和iir滤波器的其它配置。iir滤波器760接收为数字信号的所测量的电流信号i
meas
(或另一信号)。在一些实施例中，安培计432(图4a)生成数字信号，并且在其它实施例中，图4a的电路包括可数字化所测量的电流信号i
meas
的模拟-数字转换器(未示出)。在其它实施例中，iir滤波器760可用于对cgm系统100中的其它信号，例如未滤波cgm信号(图1)进行滤波。
69.所测量的电流信号i
meas
在一系列单元延迟762中的第一单元延迟762a和一系列乘法器764中的第一乘法器764a处接收到iir滤波器760的前馈侧中。乘法器764的输出被输出到多个加法器766，包括第一加法器766a。第一加法器766a的输出被输入到iir滤波器760的反馈侧上的一系列加法器768中的第一加法器768a。第一加法器768a的输出是iir滤波器760的输出。输出被馈送到一系列单元延迟770，该一系列单元延迟输出到一系列乘法器772。乘法器772的输出被输入到加法器768。iir滤波器760的滤波由乘法器764的系数p
0-p3和乘法器772的系数-d1至-d3建立，这可以提供本文所述的自适应滤波。
70.下文关于cgm系统100中的通用信号s(t)描述自适应滤波的其它实施例。在这些实施例中，将滤波器f施加于信号s(t)以获得如下的更平滑的输出s’(t)：
71.s’(t)＝f(s(t))
ꢀꢀꢀ
等式(1)
72.当施加于图4a的实施例时，滤波器f可以为自适应滤波器448，信号s(t)可以为例如所测量的电流信号i
meas
、未滤波cgm信号或另一信号。在自适应滤波中，滤波器f可以取决于噪声，使得等式(1)产生如下的等式(2)：
73.s’(t)＝f(r(t),s(t))
ꢀꢀꢀ
等式(2)
74.其中r(t)为在任何给定时间计算或测量的噪声级。
75.对等式(2)的自适应(例如，噪声相关)滤波可以产生如下的等式(3)：
76.s’(t)＝alpha*s(t)+(1-alpha)*s’(t-1)
ꢀꢀꢀ
等式(3)
77.其中alpha为小于或等于1.0的值。当alpha等于1.0时，没有对信号s(t)进行平滑(例如，滤波)处理。随着alpha减小，增大对信号s(t)的平滑处理。在自适应滤波器448为数
字滤波器，例如iir滤波器，且信号s为数字信号s(n)的实施例中，等式(3)可以在离散域中写成如下的等式(4)中所示的f(n,s(n))：
78.s’(n)＝alpha*s(n)+(1-alpha)*s’(n-1)
ꢀꢀꢀ
等式(4)
79.可以通过指数移动平均(ema)来施加平滑。存在滤波/平滑方法的变型。两种变型被称为dema和tema(分别为双重ema和三重ema)，其可用于自适应滤波器448中。为了根据信号上的噪声进行滤波变化，可以使alpha根据噪声改变。例如，根据如下的等式(5)，使alpha随着噪声的增大而减小：
80.alpha(r)＝basealpha
–
noiseestimate*k
ꢀꢀꢀ
等式(5)
81.其中r为噪声级，basealpha可以为预定值，并且可以是可在可穿戴装置102(图1)的设计期间确定并且在一些实施例中可能永远不会改变的alpha的标称(例如，最大)值。k为用于控制alpha(r)的变化速率或响应性的常数。术语noiseestimate(噪声估计)是信号上的所测量、所计算或所估计的噪声，并且可以是值r。在一些实施例中，basealpha可以在约0.3至约0.5的范围内，并且选择k，使得当noiseestimate为最大值或最大允许值时，alpha(r)小于或等于basealpha/2。
82.在一些实施例中，alpha(r)可以大于最小值以防止过度平滑。在其它实施例中，alpha(r)可根据噪声以非线性方式变化。在一些实施例中，滤波可以限于某些时间段等。在一些实例中，平滑或滤波可以在葡萄糖监测周期开始之后的时间开始。在一些实施例中，平滑或滤波可以在葡萄糖监测周期开始后至少二十四小时开始。在一些实施例中，滤波可施加于以下中的任一者或全部：例如，工作电极电流i
we
、通过参比电极的电流、cgm信号、所测量的电流信号i
meas
等等。
83.再次参考图4a的电路，处理器438可以接收经滤波的所测量的电流信号i
filt
，并至少部分地基于经滤波的所测量的电流信号i
filt
计算cgm信号。例如，存储在存储器440中的指令(例如，程序)可以使处理器438处理经滤波的所测量的电流信号i
filt
以计算或估计组织液114(图2)中的葡萄糖浓度并生成滤波cgm信号s
fcgm
。滤波cgm信号s
fcgm
可以反映其它分析物，并且可以被称为自适应滤波cam信号。由于经滤波的所测量的电流信号i
filt
被平滑化，所得滤波cgm信号s
fcgm
也将相对于使用诸如所测量的电流信号i
meas
的未滤波电流测量信号计算的cgm信号平滑化。在一些实施例中，自适应滤波器448可对所测量的电流信号i
meas
进行滤波，并且在处理器438中实施的另一自适应滤波器可进一步对cgm信号进行滤波或平滑以产生滤波cgm信号s
fcgm
。
84.滤波cgm信号s
fcgm
可以由处理器438输出到发射器/接收器449。发射器/接收器449可以将滤波cgm信号s
fcgm
传输到外部装置(例如外部装置104)，以在外部显示器116上处理和/或显示。在一些实施例中，处理器438可以将滤波cgm信号s
fcgm
传输到位于可穿戴装置102上的可选本地显示器450，其中可以显示滤波cgm信号s
fcgm
和/或其它信息。
85.现在参考图4b，该图示出了可以在穿戴装置102中配置的电路的另一实施例(图1)。在图4b的实施例中，自适应滤波器448在处理器438中实施。例如，自适应滤波器448可以是数字滤波器，其中用于自适应滤波器的指令存储在存储器440中并由处理器438执行。处理器438可将等式(4)中描述的自适应滤波或平滑施加于所测量的电流信号i
meas
、未滤波cgm信号或另一信号。滤波cgm信号s
fcgm
可以被输出到发射器/接收器449，以传输到外部装置(例如外部装置104)。滤波cgm信号s
fcgm
还可以传输到可选本地显示器450以供如上所述
显示。在图5c中显示了对图4b的实施例的自适应滤波的框图。如图5c中所示，处理器438接收和处理所测量的电流信号i
meas
，输出滤波cgm信号s
fcgm
。
86.如上文所述，自适应滤波器448可以在处理器438中实施。因此，自适应滤波器448可以施加如等式(4)中所述的平滑函数。例如，如上文所述，自适应滤波器448可以实施fir滤波器或iir滤波器。
87.现在参考图4c，该图示出了包括可穿戴装置102和外部装置104的cgm系统100中的电路的另一实施例。在图4c的实施例中，自适应滤波至少部分地在如本文所述的外部装置104中实施。在图4c的实施例中，外部装置104可包括发射器/接收器454、外部显示器116、处理器458、存储器460和自适应滤波器462，该自适应滤波器可存储在存储器460中并由处理器458实施(例如，执行)。在一些实施例中，发射器/接收器454可以从位于可穿戴装置102中的发射器/接收器449接收未滤波cgm信号。在一些实施例中，发射器/接收器449和发射器/接收器454可以无线通信，例如通过或其它合适的通信协议通信。发射器/接收器454还可以将指令传输至可穿戴装置102。
88.自适应滤波器462可以是数字滤波器，其中用于自适应滤波器的指令存储在存储器460中并且以与如结合图4b描述的相同或相似方式由处理器458执行。如上文所述，自适应滤波可以施加于从可穿戴装置102传输的未滤波cgm信号。在一些实施例中，外部装置104可以接收所测量的电流信号i
meas
，并且自适应滤波器462可以如结合图4a和4b描述的处理所测量的电流信号i
meas
，以生成滤波cgm信号s
fcgm
。例如，自适应滤波器462可以生成类似于i
filt
的信号，该信号可以由处理器458处理以生成滤波cgm信号s
fcgm
。滤波cgm信号s
fcgm
和/或由处理器458计算的其它数据可以被输出到外部显示器116和/或以其它方式下载到另一装置(例如，计算机)。
89.在图5d和5e中示出了对图4c的实施例的自适应滤波的框图。如图5d中所示，处理器458接收未滤波cgm信号，执行自适应滤波器462以生成滤波cgm信号s
fcgm
。未滤波cgm信号可以从可穿戴装置102接收。在图5e中，所测量的电流信号i
meas
接收在外部装置104中并输入到自适应滤波器462。自适应滤波器462输出经滤波的所测量的电流信号i
filt
，该电流信号由处理器458处理以生成滤波cgm信号s
fcgm
。
90.在每个实施例中，可选本地显示器450和/或外部显示器116可显示指示葡萄糖浓度的图形和/或数字。所显示的信息还可以包括葡萄糖浓度的趋势，例如向下和向上趋势(例如，显示为向上或向下箭头)。还可以显示其它信息，例如单位。由于滤波cgm信号s
fcgm
已由自适应滤波进行滤波，因此图形和/或其它信息比为用户显示的常规信息更准确。由滤波cgm信号s
fcgm
提供的信息的更高准确性的示例由图3b的自适应滤波cgm信号316示出。
91.滤波和/或平滑的示例在以下示例中描述。参考图3b中示出的未滤波cgm信号314的部分314a和314b，其在cgm监测周期的第十三天，并含有显著噪声。例如，部分314a指示在大约五个样本的周期内，用户的葡萄糖浓度从约120mg/dl增大到约180mg/dl。部分314b指示在接下来的四个样本期间，用户的葡萄糖浓度从180mg/dl下降到约115mg/dl。参考血糖浓度312指示在合并的部分314a和部分314b的九个样本期间，用户的葡萄糖浓度从约155mg/dl下降到约140mg/dl。如果用户依赖于部分314a中的未滤波cgm信息，则当葡萄糖浓度实际上正略微下降时，将通知用户葡萄糖浓度正在快速上升。如果用户依赖于部分314b中的信息，则当葡萄糖浓度实际上正缓慢下降时，将通知用户葡萄糖浓度正在快速下降。
92.滤波cgm信号316包括部分316a和部分316b，它们分别反映在与部分314a和部分314b相同的采样时间期间滤波cgm信号316的葡萄糖浓度。如图3b中所示，滤波cgm信号316在部分316a期间从约120mg/dl上升到约165mg/dl，并且在部分316b期间从约165mg/dl下降到约120mg/dl。由滤波cgm信号316提供的葡萄糖浓度的变化不像由未滤波cgm信号314提供的葡萄糖浓度的变化那样急剧。因此，提供给用户的信息可以更准确地反映真实葡萄糖浓度。例如，部分316a中所示的葡萄糖浓度的上升和部分316b中所示的葡萄糖浓度的随后下降不像未滤波cgm信号314中所示的那样严重，并且更紧密地遵循参考血糖浓度312。因此，在cgm系统中使用自适应滤波提高了由cgm系统生成的数据(包括cgm信号)的可靠性。
93.参见下面的表1，其汇总了各种滤波选项的结果。表1中使用的mard是平均绝对相对差。静态滤波器包括滤波器的衰减根据噪声而保持恒定的滤波器。
94.表1—数据比较
[0095][0096]
对于cgm葡萄糖测定，mard由如下的等式(6)描述：
[0097]
mard＝100*[abs([g
cgm
–gref
]/g
ref
)]/n)
ꢀꢀꢀ
等式(6)
[0098]
其中g
cgm
为cgm测量的葡萄糖值，g
ref
为例如由血糖测量(bgm)测量的参考葡萄糖浓度，并且n为数据点的数量。mard的表达式将样本群体的平均值和标准偏差相对于参考葡萄糖值组合以产生复合mard值，其中mard值越小，准确度越高。在一些实施例中，10％mard值可具有在
±
25％内的大致数据准确度，或大致25％准确度。相反，具有
±
10％准确度的cgm系统将被预测为具有4％的mard值。如表1中所示，本文使用自适应滤波描述的实施例与常规滤波的mard值大致相当。
[0099]
可以使用不同技术计算平滑度。例如，可以使用算术平均法计算平滑度。在其它实施例中，平滑度可以计算为葡萄糖差的标准偏差除以葡萄糖差的平均值的绝对值。可以使用其它方法来计算平滑度。如表1中所示，施加了自适应滤波的信号比常规信号更平滑。
[0100]
cgm已描述为使用包括位于组织液中的生物传感器的装置。可以使用其它cgm装置。例如，光学传感器也可用于连续葡萄糖或分析物监测。光学装置可以采用荧光、吸光度、反射率等来测量葡萄糖或其它分析物。例如，依赖于荧光或荧光淬灭的光学氧传感器可用于通过测量组织液中的氧浓度来间接测量葡萄糖，该氧浓度与葡萄糖浓度具有反比关系。
[0101]
现在参考图8，该图示出了描绘对连续分析物监测系统(例如，cam系统100)中的信号进行滤波的方法800的流程图。方法800包括在802中，在分析物监测周期期间，使用自适应滤波器(例如，自适应滤波器448)对信号施加自适应滤波，以生成经滤波的连续分析物监测信号(例如，信号s
fcgm
)。该方法还包括在804中根据信号上的增大的噪声，增大施加于信号的自适应滤波。
[0102]
现在参考图9，该图示出了描绘连续分析物监测(cam)的方法900的流程图。方法
900包括在902中生成cam信号。方法900还包括在904中使用自适应滤波器(例如，自适应滤波器448)对cam信号施加自适应滤波以生成自适应滤波cam信号(例如，信号s
fcgm
)。方法900还包括在906中根据cam信号上的增大的噪声，增大自适应滤波的衰减。
[0103]
如上文论述的，存在几种自适应滤波技术，包括：1)cgm系统100内的信号(例如所测量的电流i
meas
)被自适应滤波并被进一步处理以产生滤波cgm信号s
fcgm，
所述滤波cgm信号可由发射器/接收器449传输到外部装置104，以及2)i
meas
被处理以生成未滤波cgm信号，该未滤波cgm信号被进一步处理以产生滤波cgm信号s
fcgm。
[0104]
前述描述仅公开了示例实施例。对落入本公开的范围内的上文公开的设备和方法的修改对于本领域的普通技术人员来说应是显而易见的。