用于使用测量的透析器压力估计透析器流率的系统和方法与流程

肾衰竭或部分肾衰竭的患者通常在血液透析治疗中心或诊所接受血液透析治疗。当健康时，肾脏维持身体内部水和矿物质(例如，钠、钾、氯化物、钙、磷、镁和硫酸盐)的平衡。肾脏也作为内分泌系统的一部分，产生激素促红细胞生成素以及其它激素。血液透析是替代肾脏功能的不完美治疗，部分原因是它不能纠正肾脏的内分泌功能。

在血液透析中，血液是通过引入针(或导管)从患者身上抽取的，所述引入针从位于特定接受的接入位置(手臂、大腿、锁骨下等)中的动脉抽取血液。抽取的血液通过体外管道经由蠕动泵泵送，然后通过透析器，所述透析器从血液中去除不需要的毒素，如血尿素、氮、钾和多余的水。当血液通过透析器时，它在用作用于未被清洁的血液的半透膜通道的麦秆样管中行进。作为由化学物质和水组成的溶液的新鲜的透析液在与血液流动相反的方向上流过透析器。当透析液流过透析器时，它包围透析器中的麦秆样膜。新鲜的透析液通过扩散收集通过麦秆样管的多余杂质，并且由于跨膜的压降，还通过超滤过程收集多余的水。使用过的透析液经由输出管与多余的液体和毒素一起离开透析器，从而净化流过透析器的血液。然后，经过透析的血液经由管道和针(或导管)流出透析器，返回患者体内。有时，沿着体外血流回路提供肝素滴注或泵，以防止血液在血液透析过程中凝固。在典型的多小时治疗期期间，可以去除几升多余的流体。在美国，慢性病患者通常每周在透析中心接受三次血液透析治疗，可以是周一-周三-周五的时间表，也可以是周二-周四-周六的时间表。

技术实现要素：

本公开的一个示例性实施例提供了一种用于使用估计的流率监测血液透析期间的超滤速率的系统。所述系统包括透析器、至少一个耦合到透析器的压力传感器、其上存储有一个或两个以上模型的非易失性计算机可读介质以及处理器。所述处理器被配置成能够：从所述至少一个压力传感器获取压力读数；将所述压力读数应用于所述一个或两个以上模型，以确定估计的流率；确定所述估计的流率和预期的流率是否在预定义的范围内；以及响应于确定所述估计的流率和预期的流率不在预定义的范围内，进行调整和/或产生警报。

本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于使用估计的流率监测血液透析期间的超滤速率的方法。所述方法由带有处理器和其上存储有一个或两个以上模型的非易失性计算机可读介质的电子装置来执行。所述方法包括：从透析器中的至少一个压力传感器获取压力读数；将所述压力读数应用于所述一个或两个以上模型，以确定估计的流率；确定所述估计的流率和预期的流率是否在预定义的范围内；以及响应于确定所述估计的流率和预期的流率不在预定义的范围内，进行调整和/或产生警报。

本公开的又一示例性实施例提供了一种用于使用估计的流率监测血液透析期间的超滤速率的非易失性计算机可读介质。所述非易失性计算机可读介质包含处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在被执行时促进由计算机执行的方法的执行。所述方法包括：从透析器中的至少一个压力传感器获取压力读数，其中，所述透析器包括四个端口：连接到动脉血液管线的第一端口、连接到静脉血液管线的第二端口、连接到透析液输入管线的第三端口和连接到透析液输出管线的第四端口，并且其中，所述至少一个压力传感器包括四个压力传感器：测量动脉血液管线处的压力的第一压力传感器、测量静脉血液管线处的压力的第二压力传感器、测量透析液输入管线处的压力的第三压力传感器和测量透析液输出管线处的压力的第四压力传感器；将所述压力读数应用于所述一个或两个以上模型，以确定估计的流率；确定所述估计的流率和预期的流率是否在预定义的范围内；以及响应于确定所述估计的流率和预期的流率不在预定义的范围内，进行调整和/或产生警报。

附图说明

图1是正在接受血液透析治疗的典型患者的透视图，其中非侵入式光学血液监测仪在患者的血液通过血液透析系统中的体外管道时实时监测患者的血液；

图2示出了根据本公开的一个实施例的透析器中的流体流；

图3是示出用于使用压力读数来估计与透析器相关的参数的过程的流程图；

图4是示出根据本公开的一个实施例的用于估计血液流率的过程的流程图；

图5是示出根据本公开的一个实施例的用于估计透析液流率的过程的流程图；

图6是示出根据本公开的一个实施例的用于估计压力的过程的流程图；

图7示出了根据本公开的一个实施例的使用动脉(输入)和静脉(输出)透析器压力的血液流率估计；

图8示出了根据本公开的一个实施例的使用输入透析液和输出透析液透析器压力的透析液可变泵流率估计。

图9示出了根据本公开的一个实施例的使用输入透析液和输出透析液透析器压力的透析液恒定泵流率估计。

图10示出了根据本公开的一个实施例的使用透析器上的动脉输入压力的静脉输出压力估计；

图11示出了根据本公开的一个实施例的使用动脉压和静脉压的透析液输出压力估计；以及

图12是示出根据本公开的一个实施例的用于估计压力的过程的流程图。

具体实施方式

血液透析对身体的流体平衡具有急性影响，部分原因是循环血容量的快速变化。当流体去除速率比身体的血浆再填充速率更快时，血管内血容量减少。由此产生的不平衡与患者在透析治疗期间和透析治疗之后经历的诸如低血压、意识丧失、头痛、呕吐、头晕和痉挛等并发症有关。在血液透析期间，对与循环血容量(实时)相关的参数进行连续定量测量减少了透析引起的低血压的机会，并通过控制流体平衡和帮助患者实现适当干重来优化透析治疗方案。

压力传感器可以结合在用于血液透析的透析器中，以实现对身体的流体平衡的连续监测。在透析期间，获得在透析器的各个入口和出口处经受的流体输入压力和流体输出压力比获得在这些入口和出口处的流率更容易。另一方面，流率是更好的用于在血液透析期间确定透析器的有效性的参数。使用本公开的实施例，可以应用压力测量结果来确定透析器中的流体流率。这是有益的，因为由于血液结构的变化性，血液流率特别难以进行建模。本公开的实施例还采用并开发了自适应模型，所述模型利用特殊的透析器的测量压力和流率来确定流率与透析器流体压力之间的关系。因此，本公开的实施例提供了使用压力测量结果来确定和监测血液透析过程的有效性。

在血液透析期间对透析器外的流率建模是重要的，因为血液可以凝结并变得更粘稠，使得预期的流率与实际的流率不同。在血液透析中，解释压力读数可能是困难的，但是将流体流率与血液透析泵流率匹配是相对容易的。在一些实施例中，泵被设置为以特定流率流动，因此，如果估计的流体流率与泵流率不同，则正在接受血液透析的患者或患者的护理人员被警告出现了问题。血液透析期间的潜在问题可能包括血液凝固、流体管线扭结、流体管线泄漏、管线内气泡等。因此，当预期的流率与命令的流率之间的差异超过阈值时，这可能是问题的指示。例如，通过管线流到透析器的透析液中的气泡会影响压力并将导致较低的流率。

流率监测是确定从接受透析的患者提取流体的超滤速率(uf率)的重要因素。目前，确定uf率通常通过监测和控制压力而不是流率来实现，例如通过以下方式进行：(a)使用跨膜压力(tmp：trans-membranepressure)；(b)使用重量秤测量过滤后收集的流体的重量；或(c)在治疗结束时测量患者的重量。在(a)中使用tmp不是非常准确，并且易受uf率的宽变化的影响。在(b)中使用重量秤更准确，但是秤往往会受到正泵送的流体的湍流的影响。在(c)中的重量测量不允许以精确的方式进行实时控制。

流率监测带来了附加的技术挑战。当监测透析期间的流率时，流率计必须正确附连到管线上。如果流率计没有正确附连，那么管线与流率计之间的耦合就不牢固，就无法进行精确的测量。这是特别困难的，因为患者可能在透析过程中移动，使管线受到移动并测试流率计与管线的附连。除了患者移动之外，流率计或流率传感器可能具有20％的误差(例如，超声波传感器)和最好5％的误差(例如，流入传感器)。除了流率传感器的误差容限之外，在透析期间管线特性也会发生变化，并且耦合误差也可能由这些变化引起。例如，由于蠕动泵行程在管线上的压缩，在透析治疗开始时，管线通常更加刚性，但在治疗结束时变得更加顺从。

除了流率监测带来的技术挑战之外，财政挑战也是一个障碍。由于超声波传感器不是非常精确，因此期望采用流入传感器。用于透析中的管线是一次性的，持续暴露于来自患者的流体下的许多医疗用品也是如此。因此，如果流入传感器用于管线中，则流入传感器将暴露于来自透析患者的流体。因此，必须处理流入传感器，从而增加血液透析过程所需的一次性物品的成本。

另一方面，压力测量结果更容易从外部获得，因此，提供了非侵入式测量。此外，与流率计相比，压力传感器更加精确。利用本公开的一些实施例，不存在与开发用于透析器的模型相关联的丢弃性成本。在一些实施例中，可以对多个透析器进行建模，并且可以实现条形码系统。对一次性管线上的条形码的扫描和对用于透析器的条形码的扫描可以用于提取一次性管线的特性和透析器的特性，以确定适用的透析器模型。当使用压力测量结果时，压力传感器可以尽可能靠近透析器的透析液输入端口、透析液输出端口、血液输入端口和血液输出端口放置。

图1示出了使用常规血液透析系统12以及非侵入式光学血液监测仪14进行血液透析治疗的患者10。典型的血液透析诊所会具有用于治疗患者的多个血液透析系统12，例如，按周一-周三-周五的时间表或周二-周四-周六的时间表进行。虽然本发明不限于位于诊所的特定数量的血液透析系统或特定类型的血液透析系统，但是血液透析系统12的一般操作有助于理解可以应用本发明的实施例的一个示例性环境。

将输入针或导管16插入患者10的接入部位，例如在手臂中，并连接到体外管线18，所述管线18通向蠕动泵20，然后通向透析器或血液过滤器22。透析器22从患者的血液中去除毒素和多余的流体。被透析过的血液通过体外管线24和返回针或导管26从透析器返回。在世界的一些地方，体外血流可以接受肝素滴注以防止凝血，但未在图1中示出。多余的流体和毒素通过干净的透析液体去除，所述干净的透析液体经由管线28供应到透析器22并经由管线30去除以进行处置。在美国，一次典型的血液透析治疗期需要约3至5小时。

在一些实施例中，光学血液监测仪14包括血液腔室32、光学血液传感器组件34和控制器35。血液腔室32优选地在透析器22的上游与体外管线18串联地布置。来自蠕动泵20的血液流过管线18进入血液腔室32。优选的传感器组件34包括发光二极管(led)光发射器，其可以以对于红细胞血红蛋白来说等吸收的大致810nm发光，以对于水来说等吸收的大致1300nm发光，以及以对氧合血红蛋白来说敏感的大致660nm发光。血液腔室32包括透镜，使得传感器发射器和检测器可以观察流过血液腔室32的血液，并使用现有技术中公知的比率测量技术确定患者的实时血细胞比容值和氧饱和度值。

出于背景的目的，当典型的患者10到达血液透析诊所时，首先对患者进行登记，然后在诊所在秤上对其进行称重。然后，患者坐在指定的血液透析椅上，在那里临床医生将动脉和静脉针插入患者的接入点中。该接入点可以是人工分流器或通过手术从动脉连接到静脉的自然瘘管。替代性地，如前所述，连接可能通过导管进行。接下来，将透析管线18、24预先填充生理盐水并连接到患者。随动脉血液被引入透析回路中，蠕动泵20缓慢启动并且将生理盐水冲洗通过管线18、24以及透析器22进入患者10中。生理盐水往往润滑或充注用于血液通过的系统。另外，由于生理盐水的密度低于血液，因此在开始血液透析过程之前，系统中的任何泄漏都将立即显现出来。在图1的示例性环境中，蠕动泵20被示为血液泵，而透析液泵则未示出。除了血液泵之外，还可以在血液透析系统12中提供透析液泵。例如，美国专利us8,597,505和美国专利us8,137,553中描述了同时带有透析液泵和蠕动泵的系统的示例，这两个专利均通过引用整体并入本文。在其它实施方式中，透析液泵不是必需的，并且透析液使用重力流过管线30。

图2示出了根据本公开的一个实施例的透析器202的流体流动。透析器202可以用于图1中提供的环境中。透析器202连接到动脉血液管线204、静脉血液管线206、透析液输入管线210和透析液输出管线208。在图2中，在流体流动图中提供了测量靠近透析器202的管线端口的流体压力的压力传感器。压力传感器可以包括例如透析液输出压力传感器212-1、透析液输入压力传感器212-2、血液输入(动脉)压力传感器212-3和血液输出(静脉)压力传感器212-4。血液通过动脉血液管线204流入透析器202中，并通过静脉血液管线206流出透析器202。透析液通过透析液输入管线210流入透析器202中，并通过透析液输出管线208流出透析器202。在透析中，跨过透析器的流体压力和流率是维持成功透析治疗的重要因素，其中，透析器膜内侧的压力高于透析器膜外侧的压力，以便发生超滤，从而迫使流体从血液过渡到透析液。

本公开的实施例利用透析器入口(204和210)和出口(206和208)的压力的测量结果来检测例如管线泄漏和管线堵塞。可以从透析器202测量的压力包括：动脉血液管线的输入压力、静脉血液管线的输出压力、透析液输入管线的输入压力和透析液输出管线的输出压力。美国专利us8,597,505和美国专利us8,137,553提供了血液透析系统的示意图，图中示出了用于放置压力传感器以测量透析器的这些所述管线处的压力的类似位置。

图3提供了使用压力测量结果或压力读数来监测血液透析过程的方法的概述。在步骤302，血液透析系统12从压力传感器212-1、212-2、212-3和/或212-4获取压力读数。血液透析系统12包括诸如一个或两个以上处理器和一个或两个以上非易失性计算机可读介质等的电子部件，以存储和利用压力读数计算和进行其它类型的分析。血液透析系统12还可以包括与压力传感器212接口以接收来自压力传感器212的模拟压力读数的通用串行总线(usb：universalserialbus)连接部件。美国专利us8,597,505中描述了这种系统的示例。

在步骤304，血液透析系统12将压力读数应用于一个或两个以上模型。所述一个或两个以上模型可以包括通过机器学习算法获得的一个或两个以上自适应模型。对透析器入口和出口的各种压力之间的特性和关系进行建模，以便自适应地得出描述输入压力与输出压力之间的动态关系或泵流率或每分钟等效泵转数的特征模型。

所述一个或两个以上自适应模型可以基于初始离线训练和测量配置来进行开发。例如，考虑到透析器的尺寸特征和流动路径特征，所开发的自适应模型可能是相应透析器特有的。因此，可以为每种类型的透析器开发模型并将其保存在血液透析系统12的存储器中，以便在识别一次性部件和/或透析器类型或模型时进行选择。首先创建模型以限定测量的压力与相应流率之间的关系；然后，在模型经过训练之后，该模型可以实时地使用模型系数从实时测量的压力估计流率。

在一个示例性实施例中，所述一个或两个以上模型可以以包括第一离线步骤和第二实时步骤的两步式过程开发。通过基于测量的压力估计动态流率而不是根据泵速率(例如，每马达rpm)估计流率，本公开的示例性实施例能够实现相对更精确的估计。这也有助于检测增加的流动路径阻力的变化例如形成凝块或泄露、或气泡对治疗uf率的影响。

在第一步骤中，所述一个或两个以上模型可以使用自适应方法来开发，所述自适应方法能够实现单输入单输出(siso：singleinputsingleoutput)型模型结构、或者实现单输入多输出(simo：singleinputmultipleoutputs)结构、或者更优选地实现多输入和单输出(miso：multipleinputsandsingleoutput)型模型结构、或者甚至更优选地实现多输入多输出(mimo：multipleinputmultipleoutput)型模型结构，以帮助建立一个或两个以上输入测量压力与作为输出的一个或两个以上流率之间的关系，或者替代性地一个或两个以上输入测量压力与作为输出的一个或两个以上其它压力之间的关系。

模型开发的第一步骤离线地进行，在第一步骤中，透析器的设置类似于图1，并且流量计或流量传感器结合在用于管线18、24、28和30的管线路径中。当离线开发模型时，患者未连接到血液透析系统12。然后，针对蠕动泵20和透析液泵(如果有的话)的各种命令的泵流率，记录在透析器22处的压力测量结果。如果使用重力，则考虑透析液流体流过透析器的重力影响。然后，测量结合在管线中的各种流量计或流量传感器的输出。一旦测量到足够的数据点，就使用这些测量值开发用于透析器22的自适应模型。注意，由于使用流量计或流量传感器的这种离线测量结果仅在没有患者的情况下并且在模型的训练期间执行，因此所使用的流量计或流量传感器不会造成增加的血液透析治疗的一次性成本。在线流量计可以用于提高在该过程期间测量的流率的精度。

模型开发的第二步骤实时地进行，此时在第一步骤中开发的模型在治疗期间应用(患者连接到血液透析系统12)。在治疗期间，实时测量的输入用于估计输出流率或压力应该是多少，并监测估计的与实际的测量结果之间的差异以确定异常流率或压力。该模型的实时应用有助于在传感器、硬件出现故障或诸如流体路径一次性泄漏或堵塞等异常测量状况时警告用户或系统。此外，该模型的实时应用允许监测和调节例如温度等外部变量对测量系统的影响，这有助于提高测量的精度。

在一个优选实施例中，使用线性状态空间变量模型结构来表示所述一个或两个以上模型，所述模型结构可以用于表示在透析器流动路径中的不同点处测量的输入压力与估计的通过透析器流动路径的输出流率之间的siso、miso、simo或mimo函数关系。类似地，线性状态空间变量模型结构可以用于对在透析器流动路径中的不同点处测量的输入压力与在透析器流动路径中的其它点处测量的其它输出压力之间的关系进行建模。每个这些模型结构中的状态空间变量捕获了由对应于“状态”的多阶微分方程表示的函数的输入与输出之间的关系的受迫动力学。状态空间变量对于在将在透析器流动路径中的某点处测量的输入压力与在透析器流动路径中某点处的输出流率或压力相关联时捕获顺应动力学特性是有用的。线性模型用于在透析器流动路径中的某点处测量的压力信号与在透析器流动路径中的不同点处的另一压力或流率信号之间建立线性关系。

在一个示例性实施例中，状态空间系统模型由状态方程和输出方程描述。状态方程采用以下形式：

x(k+1)＝ax(k)+bu(k)

输出方程采用以下形式：

y(k)＝cx(k)+du(k)+n(k)

其中，u(k)、y(k)和x(k)分别是表示系统的输入、输出和状态的实数的时间数列；n(k)是表示噪声项的实数的时间数列，假设该噪声项独立于输入序列u(k)。k是用于该数列的离散时间步，a、b、c和d表示系数向量。

在步骤306，应用于一个或两个以上模型的压力读数导致要由血液透析系统12提供的估计的输出。

在步骤308，将基于所述一个或两个以上模型的估计的输出与测量的、实际的或预期的输出进行比较。为了简化和清楚地说明，测量的、实际的或预期的输出将被称为预期的输出。如果估计的输出和预期的输出相互偏离了显著差异(例如，基于确定估计的输出和预期的输出是否在预定义的范围内)，则在步骤312对系统进行调整和/或生成报警或警报。构成显著差异的可以表征为相对于估计的输出或预期的输出的预定阈值范围，其可以例如是估计的输出或预期的输出的函数(例如，根据大于和/或小于估计的输出或预期的输出的量或百分比定义的预定范围)。如果估计的输出和预期的输出在容许范围内(即，没有显著差异)，则在步骤310，血液透析系统12通过在血液透析过程期间执行步骤302至步骤308继续监测输出。

图4-6提供了在图3中描绘的一般过程的示例性实施方式和变型。图4是示出根据本公开的一个实施例的用于估计血液流率的过程的流程图。在步骤402，血液透析系统12分别从压力传感器212-3、212-4、212-2和212-1获取动脉血液管线204、静脉血液管线206、透析液输入管线210和透析液输出管线208的压力读数。可以使用的示例性压力传感器包括通流式压力传感器/例如icu医疗公司的transpac一次性压力变换器和非侵入式压力传感器、例如futek先进传感器技术的负荷传感器。

在步骤404，血液透析系统12将压力读数应用于一个或两个以上自适应模型。

在步骤406，血液透析系统12使用所述一个或两个以上自适应模型的输出确定估计的血液流率。该步骤是重要的，因为即使当蠕动泵20被设置为特定的血液流率时，但由于诸如管线堵塞或泄漏等环境因素，也可能无法实现该流率。在步骤402确定的压力读数将反映透析器22处的实际情况，并且当这些读数与模型一起使用时，获得的估计的血液流率是与蠕动泵20的命令的流率相比更精确的流率。

在步骤408，血液透析系统12确定估计的血液流率是否接近预期(即，预期的血液流率)。在一些实施例中，由蠕动泵20的实际每分钟转数(rpm：rotationsperminute)估计预期的血液流率。rpm编码器反馈用于确定预期的血液流率的估计，以便与来自步骤406的使用自适应模型的估计的血液流率进行比较。

在另一个实施例中，将在步骤406获得的估计的血液流率转换为血液体积，以确定超滤过程的功效。因此，可以确定基于经过的时间的预期的血液体积，以更好地控制超滤过程。

当估计的血液流率不接近预期时，则在步骤412，在血液透析过程中进行调整和/或产生报警或警报。例如，用于动脉血液管线或静脉血液管线的管可能被堵塞或泄漏，从而导致估计的血液流率与预期的血液流率之间的差异。通过发现这种差异，可以通过自动闭环调节泵流率来补偿或调节流率来解决这些问题，或者可以产生警报。泵流率可以自动增加或减小，以与期望的目标流率更接近地一致。调整系统性能以满足期望的目标血液或透析液流率有助于使患者或透析治疗目标获得临床透析结果，例如超滤速率或总容量、动脉或静脉压力、或患者的电解质电导率平衡性、或患者尿素清除率等等。

例如，当估计的压力与预期的目标压力水平相比而被确定为或高或低时，则血液透析系统12可以将高的压力解释为导致高的压力的管线阻塞或管线扭结问题，或血液透析系统12可以将低的压力解释为指示导致压力降低的管线中存在可压缩空气或管线泄漏。响应于这样的事件，血液透析系统12可降低流率以降低检测到的高的压力，或者增加流率以增加压力，从而维持目标压力水平。

类似地，透析治疗期间的血液流率可能由于动脉管线接入条件、患者运动导致的针移位、管线扭结、血液凝固、针头滑出或负压下的动脉管线阻塞而增加或减小。这样的情况可能需要调整透析液流率而增加或减小透析液流率，以便维持目标透析器的在其血液路径与透析液路径之间的跨膜压力(tmp)差。调节tmp有助于维持电解质浓度或清除率的目标临床清除水平。电解质可以包括镁(mg)、钙(ca)、钠(na)、钾(k)、磷(p)和氯(cl)。调节tmp也有助于维持在透析期间感兴趣的化合物、例如碳酸氢盐、葡萄糖、肌酸酐或血尿素的目标浓度和清除率。调节tmp也可以用于维持目标电导率测量结果。利用本公开的实施例对流率进行建模并由压力估计流率，提供了对目标临床电解质浓度或清除率、尿素清除率和电导率水平的更好控制或调节。

在另一个示例中，当比较估计的血液泵流率和实际的泵流率时，可以检测到通过透析器纤维的血液泄漏或透析器中的血液凝块。由于透析器集管中的空气暴露、由于血液中缺乏肝素或由于低血液流率，血液凝块可能发生在透析器中。

另一个示例性调整包括当一个或两个以上模型被认为不充分时的动态重新校准。也就是说，当没有血液凝块、管线堵塞或泄漏或任何其它可辨别的硬件故障的迹象时，可以调整一个或两个以上自适应模型，以最小化估计的血液泵流率与实际的泵流率之间的差异。

为用户产生的警报可以包括例如指示血液或透析液流率太低、或者流率太高、或者压力太低、压力太高的报警或警报、或者指示检测到上述问题中的一个(例如，管线堵塞、管线扭结、存在空气、管线泄漏、针移位、血液凝固、针头滑出等)的报警或警报。可以在本地机器(例如主机装置)和/或远程监控中心上产生报警或警报消息，以防止对患者的进一步骤临床风险，如延迟治疗、治疗间断或低效透析。警报可以包括例如在主机装置或远程监控中心处产生的听觉警报、诸如在主机装置或远程监控中心处显示的消息或图形等视觉警报、或其它形式的听觉、视觉、数据记录和/或触觉通知。

图5是示出根据本公开的一个实施例的用于估计透析液流率的过程的流程图。在步骤502，血液透析系统12分别从压力传感器212-2和212-1获取透析液输入管线210和透析液输出管线208的压力读数。

在步骤504，将在步骤502获得的压力读数应用于自适应模型。

在步骤506，血液透析系统12确定对透析液流率的估计。在步骤508，如果估计的透析液流率接近预期(即，根据透析液泵的预期的透析液流率)，则在步骤510，血液透析系统12继续监测，否则，在步骤512，进行调整和/或产生报警或警报。例如，透析液中存在的气泡可以影响在透析液入口和出口处实现的压力，从而如系统模型所估计的那样可直接影响所实现的实际的流率。在一个实施例中，在步骤512，可以应用对流率的补偿或调节以实现更精确的目标流率，从而实现更精确的uf率，以满足目标期望的uf率。另外，血液流率可以增加或减小，以满足目标动脉或静脉压力。类似地，血液流率和/或透析液流率可增加或减小，以满足目标电解质浓度或电导率以及碳酸氢盐、葡萄糖、肌酸酐或血尿素的目标浓度或清除率。在另一个实施例中，可以向用户指示从透析液管线去除气泡的警报。在另一个实施例中，系统可响应于检测到的管线泄漏或管线堵塞而触发警报，以警告用户存在可能导致无法满足目标uf率或体积的问题。

用于估计实际透析液流率的透析液泵可以是可变流量泵或恒定流量泵。如图4中所示，图5中的过程可以用于确定透析液管线中的管线堵塞、泄漏和扭结。图5示出了可以使用两个压力作为输入来确定流率，即，透析液输入管线压力和透析液输出管线压力可以利用自适应模型来确定透析液流率。在另一个实施例中，在给定动脉血液管线204压力和静脉血液管线206压力时，可以采用类似的方法来估计血液流率。

图6是示出根据本公开的一个实施例的用于估计压力的过程的流程图。在步骤602，血液透析系统12从压力传感器212获取四条流体管线，即，动脉血液管线204、静脉血液管线206、透析液输入管线210和透析液输出管线208中的三个压力读数。例如，三个压力读数可以是来自动脉血液管线204压力传感器212-3、静脉血液管线206压力传感器212-4和透析液输入管线210压力传感器212-2的压力读数。

在步骤604，血液透析系统12将所述三个压力读数应用于自适应模型。

在步骤606，血液透析系统12使用所述三个压力读数由自适应模型确定第四压力的估计。例如，如果所述三个压力读数是动脉血液管线204、静脉血液管线206、透析液输入管线210，那么血液透析系统12使用所述模型和所述三个压力读数确定透析液输出管线208的压力的估计。

在步骤608，将估计的压力与来自压力传感器212的实际的压力读数进行比较，以确定估计的压力是否接近预期(即，预期的压力)。当存在管线泄漏、管线堵塞或血液凝块时，估计的压力与实际的压力之间可能存在差异。如在前面的实施例中那样，一旦检测到差异，就可以在步骤612进行调整，包括调整血液流率或透析液流率，和/或可以生成警报。如果不存在差异，则血液透析系统12在步骤610继续利用步骤602至步骤608监测第四压力。

本公开的实施例提供了一种用于检测管线泄漏(在血液或透析液管线中)的方法和系统。管线泄漏导致血液或透析液管线中的流率低于预期的流率。类似地，本公开的实施例提供了一种用于检测可能由于管线扭结(在血液或透析液管线中)引起的管线堵塞的方法和系统。管线堵塞导致血液或透析液管线中的流率低于预期的流率。

图7-11示出了根据本公开的各种实施例的使用测量的跨过透析器的压力的不同输出估计的曲线图。在图7中，根据本公开的一个实施例，使用动脉和静脉透析器压力实现血液流率估计。实现图7的结果的设置类似于图5中的实施例的设置。在步骤502，分别通过压力传感器212-3和212-4获取动脉血液管线204和静脉血液管线206的压力读数。在图7中，底部所示的输入压力和输出压力分别是动脉血液管线204和静脉血液管线206的压力读数。使用这些压力和图5中提供的过程，获得如图7所示的估计的泵rpm。将图7中的估计的泵rpm与命令的泵rpm进行比较。如图7所示，蠕动泵20可以设置在一定的rpm下以达到一定的血液流率，但是在血液透析期间，可以使用输入和输出压力估计实时的血液流率。实时的血液流率显示，流率不恒定或不像命令的泵流率那样平稳。

在图8中，根据本公开的一个实施例，使用输入透析液和输出透析液透析器压力来估计透析液可变泵流率。图5的实施例可以用于实现图8的透析液可变泵流率估计。在步骤502，分别通过压力传感器212-2和212-1获得透析液输入管线210和透析液输出管线208的压力读数。在图8中，底部所示的输入压力和输出压力分别是透析液输入管线210和透析液输出管线208的压力读数。使用这些压力和图5中提供的方法，获得如图8所示的估计的泵rpm。将图8中的估计的泵rpm与命令的泵rpm进行比较。如图8所示，当血液透析系统12包含流率可以可变地控制的透析液泵时，所获得的估计的泵rpm紧密地遵循透析液泵的命令rpm。可以从估计的泵rpm估计透析液流率。

在图9中，根据本公开的一个实施例，使用输入透析液和输出透析液透析器压力估计透析液恒定泵流率。图9的设置类似于图8的设置，但除了透析液泵以恒定rpm打开或者关闭之外。输入透析液和输出透析液透析器压力测量结果提供在图9的底部。图9显示，即使在某些时刻命令的rpm显示为零，压力测量也估计有限的透析液泵流率。因此，即使透析液泵可能被关闭，透析器流率也可能是有限的并且可以基于从压力传感器212获得的压力读数来确定。

在图10中，根据本公开的一个实施例，使用透析器上的动脉输入压力来完成静脉输出压力估计。图6示出了图3的一个具体实施例，在图6中，动脉血液管线204压力、静脉血液管线206压力、透析液输入管线210压力和透析液输出管线208压力的三个压力读数用于估计第四压力。因此，图6中的模型接收三个压力输入并提供一个压力输出，表示图6中所使用的模型是自适应透析器模型的mimo表示。图10中的静脉输出压力估计源自图3的一个实施例，该实施例利用透析器模型的siso表示，其中模型使用一个压力输入来获得一个压力输出。在图10中，在siso模型中使用由压力传感器212-3获得的动脉血液管线204输入压力以获得静脉血液管线206压力的估计。可以以已在图6的实施例中描述的类似方式获得siso模型。在图10的底部，绘制了动脉输入压力以及静脉输出压力。在图10的顶部，绘制了由压力传感器212-4获得的静脉输出压力以及从siso模型获得的估计的静脉输出压力。显示两个输出压力相符。

在一些实施例中，使用类似的设置，siso模型可以用于使用透析液输入管线210的压力来确定透析液输出管线208的压力。此外，来自压力传感器212-2的透析液输入管线210的测量或读取压力可以用于估计透析液输入管线210。一般来说，可以用单个输入压力估计输出压力，然而，当在模型中使用更多输入时，可以提高估计的精度。因此，当有更多信息可用作自适应模型的输入时，输出压力的估计的精度就越高。

在图11中，根据本公开的一个实施例，使用动脉压和静脉压作为输入来估计透析液输出压力。正如图6示出了图3的一个实施例，在图6中，三个压力读数用于估计第四压力，使用图3的另一个实施例获得图11，在图11中，两个压力读数用于估计第三压力。动脉血液管线204和静脉血液管线206的压力读数分别通过压力传感器212-3和212-4获得。将这些压力读数应用于自适应透析器模型的miso表示，以获得透析液输出管线208压力的估计。在图11的底部，绘制了动脉血液管线204和静脉血液管线206的压力读数。在图11的顶部，将来自压力传感器212-1的透析液输出管线208压力读数与从miso模型获得的透析液输出管线208的估计的压力进行比较。实际的压力读数和估计的压力读数显示一致。

图12是示出根据本公开的一个实施例的用于估计压力的过程的流程图。在步骤1202，血液透析系统12获取流率，例如，血液流率或透析器流率，并从四条流体管线，即，动脉血液管线204、静脉血液管线206、透析液输入管线210和透析液输出管线208中获取至少一个压力读数。如前所述，流率可以从安装在管线中的流率计(如果可用的话)获得，或者可以从泵速率确定。例如，在步骤1202，蠕动泵20的泵速率可以用于确定血液流率，压力传感器212-3可以提供动脉血液管线204的压力。在另一个示例中，蠕动泵20的泵速率可以用于确定血液流率，压力传感器212-4可以提供静脉血液管线204的压力。在另一个示例中，透析器泵的泵速率可以用于确定透析液流率，压力传感器212-1可以提供透析液输出管线208的压力。在另一个示例中，透析器泵的泵速率可以用于确定透析液流率，压力传感器212-2可以提供透析液输入管线210的压力。

在步骤1204，血液透析系统12将流率和压力传感器读数应用于自适应模型。

在步骤1206，血液透析系统12使用来自步骤1202的流率和压力读数由自适应模型确定另一个压力的估计。例如，血液透析系统12使用透析液输入管线210的透析液流率和压力来确定透析液输出管线208的压力。在另一个示例中，血液透析系统12使用透析液输出管线208的透析液流率和压力来确定透析液输入管线210的压力。在另一个示例中，血液透析系统12使用血液流率和动脉血液管线204确定静脉血液管线206的压力读取。在另一个示例中，血液透析系统12使用血液流率和静脉血液管线206确定动脉血液管线204的压力读数。

在步骤1208，将估计的压力与来自压力传感器212的实际的压力读数进行比较，以确定估计的压力是否接近预期(即，预期的压力)。当存在管线泄漏、管线堵塞或血液凝块时，两种压力之间可能存在差异。如在先前的实施例中，一旦检测到差异，可以在步骤1212进行调整，包括调整血液流率或透析液流率，和/或可以生成警报。如果不存在差异，则血液透析系统12在步骤1210继续使用步骤1202至步骤1208监测第四压力。

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本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的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来说可以变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这些变化，并且发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式实施。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另有明确矛盾，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。