专利名称：用于检测输注泵内闭塞的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于检测输注泵内闭塞的设备和方法。在便携式输注泵内必须尽可能快速地检测流体通道内的闭塞，即堵塞，以最小化其间错误地无药物排出的时间。
本发明特别地涉及微型化的输注泵的领域，此微型化输注泵被患者永久地佩戴在身体上且保证(准)连续地输送药物。这些系统的特别的危险在于导管或输注套管的可能的堵塞(闭塞)。作为结果的输送的中断如持续能导致潜在地威胁患者生命的情况。如果临时的闭塞在被检测到前自行分解，则被阻止的药物的全部的量自发地分配。此超剂量同样地可能导致危险的情况。此问题例如在使用连续皮下胰岛素输注(CSII)治疗糖尿病中是已知的。
本发明的特别的益处特别地在连续皮下胰岛素输注(CSII)中可见，益处如下-当闭塞发生后更快速地警报患者且患者自己能采取合适的措施来纠正闭塞(例如更换导管)，且如果适当则在潜在地危险情况形成前改正已经升高的血糖水平。建议的发明因此改进了治疗的安全。
-因为当输送速度下降时闭塞检测所需要的时间增加，所以对于非常低的药物要求的患者(例如儿童)是特别关键的。在此情况下，只可能使用迅速的检测方法治疗才真正是安全的。
-原则上希望使用相当高浓度的胰岛素，但目前尤其由于作为其结果的闭塞发生和检测之间的延迟，这是受阻的。建议的方法即使在较高的胰岛素浓度下也允许可接受的检测速度，使得可以使用更小和更离散的泵。
在目前的系统中通过测量马达电流和/或以力传感器测量在齿轮机构中的反作用力来检测便携式输注泵内的闭塞的发生，例如在WO0172357、US 005647853或DE 19840992中所描述。评价主要地通过对由安瓿止动器上的驱动件施加的力F的阈值比较获得，或通过对该力的时间导数dF/dt的数值近似获得，例如通过计算回归线。这些方法引起长的检测延迟，因为测量仅缓慢地反应了闭塞且测量取决于整个影响变量系列，此影响变量系列可以一般地在宽的范围内波动(例如齿轮机构和安瓿止动器的摩擦)，使得所选择的阈值必须高以避免不正确的检测。以已知的方法，检测延迟的显著的减小因此要求控制所有影响变量在非常窄的限度内，且因此在技术上是复杂和昂贵的。
用于信号评价和闭塞警告生成的建议的方法也可以与纯的力测量联合使用。为此目的，例如要求的控制系统可以整合在泵的固件中。
用于迅速的闭塞检测的建议的方法基于对反映了闭塞的测量信号的实时评价，例如通过信号的(几乎)陡然改变。流体压力是特别地合适的测量信号，因为它更快速地反映了闭塞的发生且与其他测量信号相比具有更大的灵敏性。压力优选地在泵的出口处测量，优选地以商业可得到的压力传感器测量(例如压阻惠斯通电桥)。
图1示出了这样的系统的相关部件药物容器1、导管2、套管3、齿轮机构4、马达5、泵控制器6、例如显示器、蜂鸣器、振动器、键盘的使用者接口7、电源8和压力测量设备9。通过传感器10提供的例如电压形式的测量信号被带有下游模数转换器12的放大器11处理。
传感器10例如可以测量安瓿1、导管2和/或套管3内的流体压力。
然而，建议的评价方法也可以用于其他的测量信号，例如齿轮机构的反作用力F。基于此处给出的描述，可以容易地使用其他合适的传感器以适合于其他的测量信号，例如对于压力测量或力测量。
对于闭塞检测方法，压力信号的连续记录是有利的但不是本质的。作为替代，例如单独的测量可以在限定的时间进行，例如直接在药物排出前或排出后，或以连续的间隔单独测量。测量时间的准确的选择对于闭塞检测不是重要的。为将测量设备9的功率消耗保持为最小，测量设备9不必连续地运行，且作为替代它可以通过泵控制器6驱动，例如使得仅在测量时间由电源8供给能量。
以下基于以恒定的扫描间隔Δt进行扫描来描述信号的评价。在可变扫描间隔的情况下可以使用相同的方法。在此情况下，可以仅使用压力差pi-pi-1(其中1作为连续的测量指数)和相关的差商(pi-pi-1)/(ti-ti-1)。
闭塞检测优选地使用泵控制器6的微处理器上的算法执行。然而，也可以使用专用的硬件部件进行闭塞检测。
图2a是当闭塞在时间tocclusion14发生时在泵出口13处的流体压力的示意性的表示。图2b示出了压力的时间导数。在闭塞发生前，压力(相对于大气压)平均为零(15)，当闭塞发生后，压力大约线性地升高，在低输送速度(16)下每单位时间的升高小于在高输送速度(17)下每单位时间的升高，如从各时间导数(18、19)中可见。
然而，在实践中压力信号受到大量高频和低频干扰的影响，这可以是与压力升高具有相同量级的幅度，而在压力升高时如果有闭塞则意图于使警告发声。永久的使用的便携式输注泵的典型的特征特别是泵的距地高度hpump和输注位置(套管座)的距地高度hinfusion不相同且也不恒定(例如当运行泵时，输注位置的改变、躺倒等)。因为导管内药物柱的流体静压，高度差Δh＝hpump-hinfusion的结果是压力信号正比于它。
图3示出了压力曲线(20)的例子，它发生在输送速度为1μl/h的实际情况下，而闭塞时间为(21)。带有压力峰(22)的明显的波动在闭塞开始前存在，且当闭塞开始后也存在相当长的恒定或下降压力(23)阶段。
因此在本发明中建议，作为评价直接压力信号p的替代，使用合适的(非线性)滤波以确定修改的压力信号p~=f(p),]]>它具有如下特征-在闭塞情况下发生的连续的压力升高大体上无延迟且无衰减地从p变换为 -其他波动和突然的改变因此被很强地衰减使得它们不导致错误的警告。
简单的(线性)低通滤波器不适合于此目的，因为此处闭塞的压力升高将仅非常缓慢地变换。
建议的滤波包括限制扫描之间的压力上升Δp＝pi-pi-1，使得修改的压力信号如下计算p~0=0]]>(初始化)Δp~i=f(Δpi)]]>p~i=p~i-1+Δp~i]]>此处f是限制了压力上升的传递函数。在最简单的情况下，f是根据图3的非直线函数，包括三个斜率为0和1的线性部分。阈值plimit限定了在每个扫描间隔内修改的压力信号中的最大改变。阈值须选择为使得在闭塞则情况下在每个输送出现的压力波动Δpocclusion被尽可能完全地变换，另一方面，泵突然的上升或下降不引起随后的检测算法的响应。对于闭塞检测，如果简单的阈值λ应用于修改的压力信号，这因此必须意味着ΔpLimit≥ΔpOkklusioncΔpLimit＜λ此处，c是由要求的检测安全和准许的错误警告率所确定的常数。因为Δpocclusion随着升高的输送速度而上升，Δplimit也应该选择为随着升高的输送速度增长。
除图4中所示的函数外，根据图5，f也可以是另一个线性函数，使得 作为其结果Δpocclusion的选择是较不重要的。替代地，可以使用类似曲线的函数，它在所有的时间上是可微分的。
图6示出了用于获得修改的压力信号的信号流。通过解析函数或查表来完成f的实现。
在以上给出的公式中，Δplimit且因此传递函数f唯一地基于实际的输送速度限定。然而为增加检测安全，推荐通过包含噪声和干扰级来修改函数f。以此方式，可以保证在低干扰级(在宁静的活动期间，在夜间等)闭塞尽可能快速地被检测到而在高干扰级(例如在运动活动期间)不发生错误的警告。适合于干扰级的通用且简单的措施是二次二次差Δ(Δp)Δ(Δp)i＝Δpi-Δpi-1＝pi-2pi-1+pi-2这表征了二次时间导数的近似。(Δp)越小则必须选择越大的Δplimit。1Δplimit＝g(Δ(Δp))的选择以根据图8的g或类似的函数完成。也可以不从单个的值Δ(Δp)确定Δplimit，而是替代地可以对(Δ(Δp)滤波。这可以通过滑动均值或其他线性或非线性低通滤波器完成。
在以此方式修改的压力信号 中，闭塞检测可以非常容易地完成，例如通过阈值λ，使得当超过阈值λ时触发闭塞警告。λ可以是固定的或也可以选择为输送速度的函数。
然而，不使用直接的对于 的阈值而使用根据如下公式的函数U(使得初值U1＝0)的回归计算被证明是特别地有利地Ui=Ui-1+(Δp~i-k)]]>mi=min1≤k≤iUk]]>Ri＝Ui-mi此处k是在闭塞情况下每扫描的最小压力升高(取决于输送速度)。带有平均地低于2k的压力差的压力升高(例如通过传感器漂移)肯定不导致闭塞警告。闭塞检测通过比较R与阈值λ来完成 此解决方法的特别的稳健性从如下的考虑中可见。只要不存在闭塞，则项Δpi-k平均为负，使得Ui也变得愈加为负(即使噪声还导致正的被加数)。因此minU也变得越来越负且与U无显著区别。(无向上的非正常值则意味着在每个时间mi＝Ui成立)。因此，R总是正的且大约为零。对于 的单个的“向上的非正常值”不导致U的显著的增加且因此也不导致错误的闭塞检测。
当闭塞发生后，项Δpi-k平均为正，使得U也平均增加(即使噪声还导致负的被加数)。因为minU不再改变，R现在也升高，斜率(因为k)略微小于 的斜率。对于 的单独的“向下的非正常值”作为整体不导致U的显著的下降。
在图9和图10中，通过例子示出了行为。图9首先示出了一般函数f(它对应于闭塞检测的 )。最初均值为f1＝0，叠加的正态分布的噪声具有σ＝5的标准差。在指数为ijump＝300时，均值跳变为f2＝0.5(闭塞开始)，而噪声保持不变。图10示出了U的曲线(蓝色)，m＝minU(绿色)和R(红色)。为比较，f1的总和(青绿色，对应于 )附加地示出。明显的是U首先平均地减小且在i≈250处到达其最小值(无噪声将在i＝300处)，且R最初非常小。对于i＞ijump，U且因此还有R连续地上升。对于i＝400，R已经明显地在跳变前的最大值以上，而这仍适用于fi的总和，使得R对于迅速的检测更有利。随着时间过去，两个函数进一步相互接近。2此方法从文献中已知为Page-Hinkley停止法则，且已经示出，假定正态分布的噪声，则它最小化了平均检测时间。
为允许即使在其中因为极度干扰而压力信号不能评价的非常不利的条件下的闭塞检测，可以将此处建议的解决方法与一个或多个迄今使用的方法(测量马达电流或齿轮机构反作用力)联合。可构想两个途径。
-用于闭塞检测的不同的方法并行工作且相互独立。当通过方法的一个检测到闭塞时总是假定有闭塞(“或”函数)。
-压力信号的干扰级被永久地监测(例如通过评价二次时间差，见上文)。如果干扰级超过了其上不再保证可靠地评价的阈值，基于压力的闭塞测量临时地无效以避免不正确的警告，且作为替代使用另一个方法，使压力信号的干扰级继续地被测量。如果干扰级低于给定的阈值，改变回更敏感的基于压力的闭塞检测。
特别地有利的变化是其中两个选择被组合的变化。此处，不同的方法并行工作。单独的方法的开始信号(例如在测量压力和齿轮机构的反作用力的情况下R和F)借助于模糊“与”逻辑运算而组合。与力测量相比，噪声越低，压力测量被越强地加权。两个上述的选择提供了用于压力信号的非常低和非常高干扰的极限值。
也可以从压力信号生成另外的闭塞标准(例如线性或非线性回归函数的斜率)且将它们与此处建议的方法通过模糊“与”逻辑运算而组合。
1基于简单的差Δp确定干扰级是不合适的，因为否则在闭塞的情况下每扫描的(近似地)恒定的压力升高不完全地变换。
2因为k，fi的总和也在一些点处大于R。
权利要求
1.一种用于检测闭塞的方法，其中测量了可表征流体传输状态的信号，且从两个这样的测量的信号的差确定了是否已发生闭塞。
2.如权利要求1所述的方法，其中测量了例如在安瓿(1)、导管(2)和/或套管(3)内的流体压力和/或测量了力，特别是齿轮机构的反作用力。
3.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中测量的信号被滤波。
4.如前述权利要求所述的方法，其中滤波通过限制时间上相继的测量之间的压力升高完成。
5.如前述权利要求的一项所述的方法，其中信号的测量连续地和/或离散地执行。
6.如前述权利要求的一项所述的方法，其中为滤波和/或评价测量的信号考虑到各输送速度。
7.如前述权利要求的一项所述的方法，其中为滤波和/或评价测量的信号考虑到压力信号的干扰级。
8.如前述权利要求的一项所述的方法，其中通过阈值运算器基于测量的信号选择闭塞。
9.如前述权利要求的一项所述的方法，其中通过使用Page-Hinkley停止法则检测闭塞。
10.一种用于检测闭塞的设备，其包括用于测量流体压力和/或力的传感器(10)和评价单元(9-12)，评价单元(9-12)能执行如前述权利要求的一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及用于检测闭塞的方法，根据此方法测量能表征流体传输状态的信号且从两个这样的测试信号之间的差确定是否已发生闭塞。本发明还披露了用于检测闭塞的设备，包括用于测量流体压力和/或力的传感器和能执行根据所述的权利要求的一项所述的方法的评价单元。
文档编号A61M5/168GK1942210SQ200580011838
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年4月20日
发明者A·雷姆德 申请人:迪斯特朗尼克许可公司