CN107106752B - 显示预测状态的方法、医疗装置和计算机程序 - Google Patents

Abstract

公开了一种显示医疗装置的预测状态的方法以及采用该方法的医疗装置。该方法包括：从医疗装置的传感器接收传感器信号；通过自适应滤波器对传感器信号进行滤波，以获得预测信号；根据预测信号确定状态；以及基于所确定的状态通过医疗装置的用户界面显示指示。

Description

显示预测状态的方法、医疗装置和计算机程序

技术领域

本发明大致涉及一种显示医疗装置的预测状态的方法，用于实现该方法的这种医疗装置和计算机程序。

背景技术

监控医疗装置的操作是否适当是有必要的。因此，希望医疗装置应该对医师和操作该医疗装置的其他人员提供支持，以便能够使得医疗装置进行适当操作，特别是当诸如治疗之类的处理可能持续长时间的时候。例如，在透析治疗时，操作者可能操作多个透析机，或者也可能在操作透析机的同时操作其他医疗设备，例如诸如急性医疗的情况下。一个示例是在医疗装置中实现的报警功能，以清楚地指示是否发生了临界状态。然而，当然最好的是可以操作该装置使得临界状态不会发生，或至少被尽可能地避免。再次考虑透析机的示例，正常运行与临界状态之间的一些参数的差异，特别对于低体重患者(其中，儿童是典型的代表)而言，可能非常小。在该示例和类似示例中，希望为操作者提供足够的支持，使得操作医疗装置时可以尽可能地避免达到临界状态。

发明内容

本发明的目的至少用于减轻上文所阐明的问题。本发明基于这样的理解，即在正常运行和故障时的传感器信号之间可能存在极小的差异，例如对轻体重患者所规定的极小流量(或随时间变化的分配体积)与在用于输送流体的液压系统中由于故障而导致的流量低的情况之间存在极小差异。另外或替代地，传感器信号可能存在噪声，例如由于诸如施加到秤的仪器干扰。发明人已经发现，将传感器信号的信号处理与提供用于表明仪器的操作者对于处方遵循程度的好/坏的状态指示器相结合，可以帮助操作者减少临界情况的量以及由此而来的报警。

根据第一方案，提供一种显示医疗装置的预测状态的方法。该方法包括：在医疗装置的运行过程中连续地或重复地接收来自医疗装置的传感器的传感器信号；通过自适应滤波器对所述传感器信号进行滤波以获得预测信号；根据所述预测信号确定状态；以及基于所确定的状态通过医疗装置的用户界面显示指示。

滤波可以通过卡尔曼滤波器来进行。

除了自适应滤波器之外，滤波还可以通过控制器，优选地，通过比例积分(PI)控制器来进行。通过控制器进行的滤波还可以提供用于控制与所述传感器相关联的医疗装置的功能的信号。

所述传感器可以包括流量传感器，其中，所述方法可以包括通过所述流量传感器确定流量。

所述传感器可以包括秤。该方法可以包括根据所述预测信号，基于由所述秤测量的重量差来确定流量。

该方法可以包括基于与所确定的流量对应的设定点估计误差，其中，基于所估计的误差来确定所述状态。

所述状态可以是至少两个非临界状态和临界状态中的一个。当所述临界状态发生时可以激活报警。

所述指示的显示可以包括所确定的状态的温度计或红绿灯示图。

所述指示可以包括仪表指示。

所述状态的所述指示可以包括关于下述各项中至少一项的指示器：

医疗装置的操作状态与规定操作的对应程度如何；以及

医疗装置的操作状态与规定操作的偏差程度如何。

该方法还可以包括通过所述滤波估计所述传感器信号的噪声水平，其中，所述指示的显示包括噪声水平指示器。

所述自适应滤波器可以将已知被引入假的误差状况的与所述医疗装置的交互考虑进去。这种交互的示例可以是容器和/或消耗品的改变、移动医疗装置等。所述传感器可以包括监测容器重量的秤，所述容器容纳在医疗装置运行过程中消耗的医用流体，并且已知被引入假的误差状况的交互可以包括替换所述容器。

该方法可以包括接收并滤波多个传感器信号，并且可以确定相应状态，其中，可以显示所预测的状态的相应指示。

该方法还可以包括：在医疗装置的运行过程中，连续地或重复地接收来自医疗装置其他传感器的至少一个其他传感器信号；通过相应的自适应滤波器对所述至少一个其他传感器信号进行滤波，以获得相应的预测误差信号；根据所述相应的预测误差信号确定相应的状态；以及基于各个所确定的状态显示相应指示。该方法可以包括：基于所述各个传感器信号的所述滤波估计聚合噪声状态；以及显示所述聚合噪声状态的指示器。

根据第二方案，提供一种医疗装置，该医疗装置包括：传感器，配置为在医疗装置运行过程中连续地或重复地提供对应医疗装置的功能的传感器信号；自适应滤波器，配置为对所述传感器信号进行滤波，以获得预测信号；状态确定器，配置为根据所述预测信号确定状态；以及用户界面，配置为基于所确定的状态显示指示。

所述自适应滤波器可以是卡尔曼滤波器。

该装置还可以包括控制器，优选地是比例积分(PI)控制器，所述控制器配置为提供用于控制与所述传感器相关联的医疗装置的功能的信号。

所述传感器可以包括配置为确定流量的流量传感器。

所述传感器可以包括秤。流量可以根据所述预测信号，基于由所述秤测量的重量差来确定。

该装置可以被配置为使得基于与所确定的流量对应的设定点估计误差，其中，所述状态确定器可以配置为基于所估计的误差来确定所述状态。

所述状态可以是至少两个非临界状态和临界状态中的至少一个。该装置可以包括报警机制，当所述临界状态发生时激活所述报警机制。

所述用户界面可以配置为将所述指示显示为所确定的状态的温度计或红绿灯示图。

所述用户界面可以配置为将所述指示显示为仪表指示。

所述状态的所述指示可以包括关于下述各项中至少一项的指示器：

医疗装置的操作状态与规定操作的对应程度如何；以及

医疗装置的操作状态与规定操作的偏差程度如何。

所述自适应滤波器还可以配置为估计所述传感器信号的噪声水平，并且用户界面可以配置为显示噪声水平指示器。

根据第三方案，提供一种用于医疗装置的处理器的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码包括计算机可执行指令，当医疗装置的所述处理器下载并执行所述计算机可执行指令时使所述医疗装置执行第一方案的方法。

基于所附从属权利要求和附图，根据下述详细公开本发明的其它目的、特征和优点将是显而易见的。通常，权利要求书中使用的所有术语均应根据本技术领域的普通含义进行解释，除非本文另有明确定义。除非另有明确说明，所有提到“一个/一/所述[元件、设备、组件、装置、步骤等]”的地方都应被开放地解释为指代所述元件、设备、组件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。

附图说明

参照附图，通过本发明优选实施例的以下说明性和非限制性的详细描述将更好地理解本发明的上述以及附加的目的、特征和优点。

图1示出了根据机器的示例的实施例；

图2是示意性示出了图1的机器示例的功能部件的框图；

图3是示意性示出了根据实施例的方法的流程图；

图4和图5是信号示图；

图6示意性示出了根据实施例的医疗装置；

图7是根据实施例的自适应滤波器和传感器的示意图；

图8至图19示意性示出了通过用户界面提供指示的方法；

图20示意性示出了根据实施例的计算机可读介质和计算机。

具体实施方式

下文将参考附图更加详细地说明本发明的几个实施例，以使本领域的技术人员能够实现本发明。但是，本发明可以以多种不同形式实现，而不应该被解释为局限于本文所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开详实而完整，并且将向本领域技术人员充分地传递本发明的范围。所述实施例并不用于限制本发明，而是本发明仅由所附的专利权利要求书限定。此外，在附图所示特定实施例的详细描述中使用的术语并不旨在限制本发明。

以下描述集中在适用于体外血液处理机器，特别是透析机或监视器的本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不限于这种应用，而是可以应用于许多其它医疗装置，包括例如输液泵、蠕动泵、肝脏治疗装置或超滤装置，还可用于血浆置换、诸如二氧化碳除去之类的体外肺支持等。因此，在透析护理和用于支持身体功能的其他治疗中可以发现益处，例如在创伤护理，或多或少复杂的手术治疗，关键感染等方面。为了能够更好地理解本公开，将参考图1更详细地给出特别适合于本发明的医疗装置的类型。其中本领域技术人员将容易理解可以应用于其他医疗装置(其中期望获得类似的效果)的类似应用。因此，参考图1所描述的装置应该被认为是合适的医疗设备的一个示例，但是仪器的类型及其细节不应该被认为是将本文教导的应用仅限于该特定仪器。相反，在即将进行装置的一个或多个功能的监测的任何医疗设备中，原则上需要预测医疗装置的状态的效果。

机器部分

图1示出了根据机器1的示例的实施例，其中，用于体外血液治疗的机器1在所示实施例中由适合于持续治疗急性肾衰竭的透析机表示。图2是示意性示出了图1中机器1的功能部件的框图，并且在两幅图中均示出的部件在图1和图2中使用相同的附图标号。应当注意，图2示出了在图1中不可见或未示出的一些元件，为了便于理解，图1中的一些元件在图2中被省略，它们的存在对于解释机器1的功能是不必要的。集成模块2可以耦接到透析机1。集成模块2可以通过布置在支撑元件3上的分配电路(具有已知类型且未示出)的至少一个支撑元件3与血液治疗单元4的结合来构成。血液治疗单元4可以是例如血浆过滤器、血液透析过滤器、血液滤过滤器或不同的单元。

通过集成模块2和机器1的结合实现的液压回路包括血液回路，该血液回路从患者体内移出血液(例如经由在患者的血管通路中插入的导管)，并将血液通过血液移出管线120输送到治疗单元4。

血液通过治疗单元4的第一腔室(血液腔室)，并且经由返回管线122被传送回患者体内。

在血液移出区域的下游，在移出管线120和辅助预输注管线124之间实现连接。

特别地，仪器可以包括至少一个用于供应预输注管线的第一无菌流体的容器5；在该实施例中由预输注泵6(例如蠕动泵)构成的流体输送装置经由到血液移出管线120的直接连接部132来控制预输注管线124中的流体流直接进入血液，因此也可以称为前血液泵6。

通常，第一无菌流体的容器5可以容纳预输注流体，当然，相同的容器5也可以用于容纳抗凝血剂(通常为局部作用型，例如柠檬酸盐)。

机器1还包括用于输送流体的装置(即在该实施例中是至少一个血液泵7)，用于控制和管理回路中正确的血液流动。血液泵7是蠕动的。

在通过治疗单元4的第一血液腔室(在其中通过半透膜(semi-permeablemembrane)进行物质交换以及分子和流体交换)之后，处理过的血液进入返回管线122，通过气体分离器134(通常是空气)，在气体分离器中，治疗进程中出现或引入血液的任何气泡都被排出。

分配回路可以包括第二无菌流体(透析液)的第一回路，该第一回路具有接到血液治疗单元4的至少一个入口管线126和从治疗单元4接出的出口管线128。

第二无菌流体(例如透析液)的至少一个容器8的目的地可以是供应第一回路的入口管线126。

可以指定入口管线126与用于流体输送的装置配合，该装置是在机器1的额部上预先布置的至少一个泵9(在本实施例中为蠕动泵，例如透析流体泵9)，以控制来自容器8的第二无菌流体的流量，并且限定循环方向。

第二无菌流体(例如透析液)通过入口管线126并进入血液治疗单元4的第二腔室(透析侧)。

特别地，血液流通过的第一腔室(血液腔室)与第二无菌流体通过的第二腔室(透析室)通过半透膜分离，半透膜主要通过对流和扩散过程能够使血液中的有害分子与物质和流体朝第二无菌流体(透析液)通过；同时，基于相同的原理，允许物质和分子从第二无菌流体朝血液通过。

用于透析的用过的流体进入第一回路的出口管线128，并通过用于控制管线128的运作的压力传感器136。存在用于输送流体的装置(例如废液排泄泵10)，其控制流体回路出口管线中的流动。这种泵10可以如其他泵一样是蠕动式的。

然后，排出流体通过血液泄露检测器15，并且被传送到废液收集容器11上。

输注管线130位于血液回路的返回管线122上。特别地，第三无菌流体(输注流体)来源于至少一个辅助容器12，并且通过流体输送装置(通常是控制流量的输液泵13，在本实施例中为蠕动泵)的动作被直接传送到血液回路返回管线122。

机器1设置有用于确定至少第一无菌流体的容器5和/或第二无菌流体的容器8和/或第三无菌流体的容器12和/或排出容器11的重量、和/或从容器5、8、11、12流出的流或者流到容器5、8、11、12的流的装置。用于确定的装置可以由重量传感器(例如，秤110、112、114、116，其可以是用于与机器相关联的各个容器或流体袋的独立的秤)或者流量传感器(诸如超声波、科氏力(coriolis)、压力梯度等的用于测量体积流或质量流的流量传感器)构成。

如示例所示，存在这些秤110、112、114、116中的至少四个，每个秤都独立于其他秤，并且每个被预先布置以测量相应的容器5、8、11、12的重量。也可以设置更多或更少的秤和相应的容器，并且数量是根据机器的类型和用途来确定的。与这些秤110、112、114、116相关联的信号将在下面被特别地阐明，因为它们可能容易受到噪声的影响，该噪声由与所有电气和电子设备相关而存在的噪声以及由可能对容器5、8、11、12的外露位置和机器1整体有影响的环境所引入的噪声所造成。如上面所讨论的，用于确定流量的其他类型的传感器可以替代这些秤，或者可以添加这些秤。为了便于原理的理解，使用秤的示例将在本公开的其余部分中使用，以防止阻碍对于本发明要旨的理解，但是应当记住，流量传感器的其他示例对于给出的下述示例同样可行。

还有一个在血液回路上(例如在血液泵7和气泡传感器134上)起作用的中央处理单元CPU 138。CPU 138还可以参与控制机器1的其他部分，例如诸如用户界面或接口、通信接口等，并且CPU可以包括执行不同任务或并行执行任务的一个或多个处理器，即，用于增强安全操作。用户界面可以包括用于与用户交互的屏幕16，例如触摸屏。CPU 138还用于控制第二无菌流体的第一回路，特别是接收由秤112发送的与容器8的重量相关的数据；它也对泵9、压力传感器136、排泄泵10和用于称重废液排出容器11的秤114起作用。CPU 138也对第三无菌流体的输注管线130起作用，用于监测容器12的重量(由秤116测量)，并且还控制输液泵13。最后，CPU 138对用于预输注第一无菌流体的辅助管线起作用，经由秤110测量容器5的重量并且根据要进行的治疗向预输注泵6发出命令。

现在，在上述体外血液处理机器1示例的液压回路的纯粹描述性说明之后将简要说明装置如何运作。

在实际治疗开始之前，准备好装置。整个液压回路和治疗单元正确地与机器相关联，使得各种蠕动泵与相应的各束管道啮合，并且所有的传感器被正确地放置；另外，将容纳各种流体的相应的袋被结合到流体的相应供应管线或接收管线，并且血液回路被连接到患者的动脉或静脉。当设置完成时，可以在各个回路内部进行血液的初始循环。

根据所选择的治疗类型(纯超滤、血液透析、血液滤过、血液透析滤过等)，用于体外血液治疗的机器1被自动激活并由处理单元138控制。

机器1具有机器主体100，该机器主体设置在其前表面101上，安装有蠕动泵6、7、9、10、13，所述蠕动泵6、7、9、10、13被指定为与集成组件2上的相应束(例如U型管道120、124、126、128、130)配合使用。尽管蠕动泵给出了例如提供在泵的结构不与流体直接接触的情况下应用的无菌管道组的好处，其它类型的泵以及因而相应的管道连接也是可行的。

机器主体100具有作为定位引导件102的凸起(relief)，其从前表面101突出，该凸起相对于与其耦接使用的支撑元件3的形状互补。

换句话说，引导件102具有侧表面103，当集成组件耦接至其上时侧表面103被容纳在支撑元件3的周边壁内。

蠕动泵也从仪器主体100的前表面101突出，并且至少泵的部分侧表面相对于支撑元件3的周边壁的形状互补。

通过结合突出的蠕动泵和引导件102可以限定具有半圆形形状(即U形)的基座104，其中，基座104被指定为接收回路中U形管道120、124、126、128、130的相应束。

大致相同并直接承载在机器主体100上的第一移动元件105和第二移动元件106可以分别被指定为对第二无菌流体的输注和/或入口管线126起作用(第一移动元件105)，以及对第三无菌流体的预输注管线124和/或后输注管线130起作用(第二移动元件106)。特别地，移动元件105、106可以由CPU 138控制，以选择性地允许或阻止流体进入一条或另一条管线。

机器1的前表面还可以具有用于固定压力传感器的多个紧固元件14；与集成组件的回路相关联的压力传感器可以被连接到CPU 138。

血液泄露检测器15也可以被预先布置在机器的前表面，并且在装置准备期间，该血液泄露检测器15可以与从治疗单元4接出的流体回路出口管线128相关联。

如上所述，监测信号对于确定是否有任何值应该达到临界量是重要的。当信号达到正常运行的边界时，这可能变为更加困难的任务。一个这样的示例是例如向诸如儿童之类的轻体重患者传递少量的流体。如果用于传送信号的传感器本质上易于受噪声影响，则情况尤其如此。那么可能难以将信号中的异常与噪声去区分开来。

以上医疗机器上的示例基于流体的容器5、8、11、12，并且它们被示为袋子。已经证明，使用袋子是处理无菌溶液以及处废液流体的有益方式，这可以使得杂质和传染受到控制。然而，其他类型的容器也是可能的，例如适于与医疗机器一起使用的瓶子或罐子。应用本公开的原理可以使用其他类型的容器，虽然这些容器可能不是专为该机器所设，或者并非特别适合于例如该机器的秤。在这种情况下，使用流量计是优选的。对医疗机器使用通过所谓的在线设置提供的溶液(即，通过医院或诊所的液压网络而集中提供的一种或多种流体)是可行的替代方案，其中，流量需要通过流量传感器来确定。考虑到图1的说明，处于在线设置状态的一个或多个容器5、8、11、12可能被所讨论的用于提供或排出流体的在线流体端口所代替。在处理大量溶液的情况下，在线设置可能是优选的。

运行

图3是示例性示出了根据实施例的用于显示医疗装置的预测状态的方法200的流程图。该方法包括在医疗装置的运行过程中连续地或重复地接收202来自该医疗装置的传感器的传感器信号。例如，传感器可以是上文所示的秤110、112、114、116中的一个，其中，在处方是以体积为基础的情况下根据流体的重量-体积关系，流量可以基于由秤测量的重量差来确定。因此，可以确定从袋子5、8、11、12流出或流向袋子5、8、11、12的流量。可以为特定患者规定传送的流量，或者视时间推移而定的输送体积。经过必要的修改，重量和重量变化(质量流)可以直接用于提供处方和控制，因此可以与下述参考体积和流量的说明完全互换。如下所述，特别是对于诸如儿童之类的轻体重患者，例如对于轻体重患者设定的非常低的流量(或随时间变化的分配体积)与由于传送流体的液压系统故障而导致的流量低的情况之间可能几乎没有差异。除此之外，传感器信号可能存在噪声，例如，由于对秤的仪器干扰。当传感器信号的噪声变得非常严重时，例如，因为医疗装置暴露于仪器干扰(例如移动或振动)，对于更“正常”的流量也可能出现这些问题。为了更好地在由传感器监测的规定低流量的可接受偏差与由传感器监测的液压系统的故障(例如，扭结的线等)之间进行区分，通过自适应滤波器204对传感器信号进行滤波。布置自适应滤波器是为了提供预测误差信号，其中滞后(延时)和噪声的问题得以减轻。自适应滤波器可以例如是卡尔曼滤波器(Kalman filter)，如下面将进一步阐述的。根据预测误差信号确定206状态。因此，可以根据测量量与规定量之间的偏差预测来给出状态。状态可以是一个或多个非临界状态和临界状态。当出现临界状态时，可以激活报警。显示208所确定的状态作为基于所确定状态的指示。然而，一个或多个非临界状态向操作者指示状况，例如，医疗装置的操作状态与规定操作的对应程度如何和/或医疗装置的操作状态与规定操作的偏差程度如何。因此，如果根据所指示的非临界状态发现需要，则操作者可以采取任何适当的行动，使得可以避免临界状态和相应的报警。如果操作者容易注意到状态的指示，则是有益的，例如，通过快速浏览医疗装置的显示器。指示器可以例如包括所确定状态的温度计或红绿灯示图。因此，如上所述，温度计示图可以说明医疗装置的操作状态与规定操作的对应程度如何和/或医疗装置的操作状态与规定操作的偏差程度如何，其中，对应温度计示图一端的状态对应于临界状态。红绿灯示图可以例如说明与规定操作的良好对应关系，即，当指示绿色时，其估计的偏差低，而黄色可以指示其偏差，但是是非临界的，红色可以指示达到临界状态或临界状态已迫近。指示的其他替代方案也是可能的，并且指示的选择可以遵循医疗装置的其他图形用户界面项目，使得操作者容易地识别所要提供的信息。该指示可以例如包括仪表指示、字符、数字和/或符号、屏幕外观的改变等，与图8至图19给出的示例相同，或者与图8至图19给出的示例相结合。

滤波还可以包括估计传感器信号的噪声水平。例如，可以基于未滤波的信号和滤波后的信号来估计噪声水平作为偏差，例如在时间窗口所观测，或通过任何已知的确定或估计偏差或变化的方法。噪声水平指示器可能包含在所显示的指示中。已知与医疗装置的某些交互引入了假的误差状况，例如，在上面的示例中，更换袋子，检查袋子的连接等。这些状况可以被自适应滤波器考虑进去。例如，可以适配自适应滤波器应用的模型，以将这样的交互与其他事件区分开。其他状况可能难以因为操作者而产生任何影响。一个示例是船上的诊所，其中，导致船移动或振动的海上状况，发动机状况，在船上进行的其他操作(装载/卸载、发射飞机、点火)等可能意味着向秤机械地引入噪声。然后，操作者可以在关于噪声水平的指示上看到不能获得适当的传感器信号，并且可能决定推迟至少该部分的治疗直到状况变好为止，因为报警情况可能由于噪声信号而频繁地发生，并且可能不能保护患者的安全(参见例如下文关于同样用于控制医疗设备的信号)。

滤波后的信号可以用作用于控制205与传感器相关联的医疗装置的功能的信号。例如，除了自适应滤波器之外，滤波204还可以包括控制器，例如，比例积分(PI)控制器，其为医疗设备的一部分提供控制信号。或者以另一种方式理解，控制信号可以用于状态确定206。

以上参照图1和图2说明了医疗装置的示例。其他示例是输液泵和包括输注的其他医疗装置，其中，提供了监控信号(该监控信号表明将相应地进行订阅和/或控制)的传感器信号可能易受噪声影响，特别是机器周围环境所引入的噪声。

此外，与其他传感器和/或其他量一起操作的类似方法210、220可以被并行地执行，并且可以或多或少地独立或者可以共享一些信息，例如，操作中关于模型更新的信息等。

自适应滤波可以基于一种方法，在该方法中，滤波器的一部分基于模型作出预测，而滤波器的另一部分执行模型的更新，其用于下一个预测的预测部分，等等。采用这种方法的一类滤波器是卡尔曼滤波器。简单来说，预测部分作出状态估计(即状态变量或变量的估计)，并且还作出协方差估计。因此可以形成预测的测量估计。这些预测是基于模型和当前值进行的。更新后的部分确定相应的估计(但不是预测的)，并且用由预测部分给出的在先估计进行检查。这给出了所谓的创新过程或变量，它是预测和实际测量之间的差异，其中，可以使用在创新变量上采用的滤波器增益来提供校正后的状态估计。基于该模型，下一个预测的状态估计可以被提供为校正后的状态估计与测量输入值的函数。

除了来自例如秤的输入信号的噪声特性之外，传感器值也可以提供由于秤的固有特性所引起的某一滞后，例如，基于在提供为传感器的输出之前将传感器值滤波成多个测量的平均值。如果包括在自适应滤波器的模型中，自适应滤波器也可以处理该问题。

考虑一个输入动作影响系统的示例，例如流体泵头的旋转产生一个力，该力将流体向流体容器驱使或从流体容器中驱使出流体。秤测量容器的重量，并且测量信号被提供给自适应滤波器，然后提供给流体泵的控制器。自适应滤波器用于补偿时间延迟并平滑来自秤的噪声信号。自适应滤波器中设置有关于如何将进入容器或来自容器的泵流量转换成容器重量的秤读数的模型。因此形成了系统的数学模型，即流体容器和秤动力学。对于卡尔曼滤波器而言，对实际的系统作出预测状态估计，使用预测的估计协方差矩阵来说明预测的状态估计的可信度，并且相应地更新滤波器。通过观测系统的实际状态进行更新，并计算测量残差和其协方差。基于此来更新估计，并且针对更新后的估计计算预测的协方差矩阵，并且使用更新后的模型进行新的预测。也就是说，针对每个测量，将模型和实际系统相互检查，并且相应地更新模型，使得可以作出相当好的重量估计预测。滤波器输出被馈送到控制器，即特定时间的实际容器重量的估计，其中，通过产生偏差的减法运算与表示规定值的设定点值进行比较，使得控制器能够提供用于驱动泵的控制输出。参考图3和图4示出了自适应滤波器的优点，其中还与非自适应滤波器(低噪声滤波器)进行了比较。

图4示出了这种传感器信号(实线)、由自适应滤波器滤波后的传感器信号(散列线)和理论正确值(点划线)的示例。传感器信号的噪声特性可以从采样之间的变化中看出，并且通过相对于理论上正确的线的偏移可以看出滞后。示例中的(理论上的)传感器曲线是平滑的，这可能是流量根据处方而控制得相当好的示例，并且对于这种类型的曲线，相当简单的低通滤波器也可以生效。对于考虑流量的应用，即两个信号实例之间的差异，如果滞后是恒定的，滞后将被抵消。然而，低通滤波器本身本来就引入了滞后，如果理论上正确的值提供了跳跃，则根据传感器信号的滞后和低通滤波器的滞后两者，将会晚些识别出该异常。从自适应滤波器提供的信号将用明显较小的滞后来显示该异常，并且因此在前期将提供在其上显示指示的可能性，如上所述，使得操作者能够对该情况做出反应。图5中给出了一个示例，其中示出了传感器信号(实线)，由自适应滤波器滤波后的传感器信号(散列线)和理论正确值(点划线)。此外，出于比较的目的，示出了低通滤波信号(双点划线)。在这里，可以看出，异常将难以与正常运行区分开而(如图4所示)通过自适应滤波器滤波后的信号将提供相当真实的正确信号的图像，并且滞后相当小。

图6示意性地示出了根据实施例的医疗装置500。医疗设备500包括传感器502，其向医疗装置500的自适应滤波器504提供输出信号。来自自适应滤波器504的滤波后的信号被提供至医疗装置500的状态确定器506。滤波后的信号可以指示预测的误差信号，即传感器信号的预测估计与当完全遵循处方时传感器所提供的值之间的差。状态确定器506配置为根据预测的误差信号确定状态。或者，提供经过滤波的传感器信号，指示传感器输出的预测估计(例如测量的重量)，并且状态确定器506被配置成基于期望值(例如根据处方)来检查该值，并基于此来提供所确定的状态。所确定的状态可以是至少两个非临界状态和临界状态中的一个，其中，临界状态可以是报警状态，即，当临界状态发生时，报警被激活。非临界状态可以对应于例如所有内容均在期望的限制内运转的一个状态，并且其他非临界状态是可能存在某些异常但不是临界的状态。状态确定器506将确定的状态提供给医疗装置500的用户界面UI 508，其中，UI 508为操作者(例如，病人或医务人员)指示状态。可以通过显示指示来进行指示，例如，通过UI 508的屏幕或视觉指示器。如果发生临界状态，则可以提供音频信号和视觉指示，其优选地根据与医疗装置的类型相关联的警报规则来执行。指示的显示可以例如包括所确定状态的温度计或红绿灯示图，或者仪表指示。提供指示的示例如下所述。可以提供不同的方法(特别是对于非临界状态的方法)，以清楚地向用户指示状态。例如，指示可以包括关于医疗装置的操作状态与规定操作的对应程度的指示器，或者关于医疗装置的操作状态与规定操作的偏差程度的指示器。也就是说，可以从正面或负面考虑指示，其中，可以在医疗设备的设计时对其作出选择，以对应于用于UI 508的其他方法，使得操作者容易识别指示。

传感器502可以例如包括配置为测量容器501的重量的秤和/或如上所述的流量传感器，例如，该容器501例如是医药溶液(例如透析液或一些输注流体)的袋子5、8、11、12。自适应滤波器504可以是控制器503的一部分，控制器503被配置成通过控制(例如泵507)来控制流体输送到容器501或者控制流体从容器501输送出。控制器503可以包括一些控制装置，例如，PI控制器505，其从自适应滤波器504接收滤波后的信号，并且基于该该滤波后的信号执行控制。这里，作为控制机制505的输出的控制信号也可以或可替代地被提供给状态确定器506，状态确定器506可被配置成基于此确定状态。受控量可以例如是容器501增加或减少的流量、体积或质量。自适应滤波器504可以例如是卡尔曼滤波器。其他滤波器解决方案也同样可能，例如其他模型预测滤波器和观测器。这里，应当注意，例如，结合预测滤波器等，术语“状态”通常用于滤波器内的内部值。这不应该与由状态确定器506确定的状态相混淆，并且对于滤波器的实施例的说明，本公开下文中避免了滤波器中的内部值的术语“状态”以便不发生混淆。

图7是根据实施例的自适应滤波器600和传感器601的示例的示意性示图。传感器601的输出被提供给自适应滤波器600的输入。这里描述的结构应该作功能性的解释，并且各元件可以不被认为是分立元件。提供传感器信号用于减法运算602，在该运算中从传感器信号中减去预测估计以提供创新变量。将创新变量提供给滤波器增益函数604，该滤波器增益函数中创新变量与滤波器增益相乘，并且提供滤波器增益函数的输出以将其加到加法函数606处的预测估计中，在该加法函数中，添加滤波器增益函数的输出以形成校正估计。校正后的估计还被提供给预测函数608，该预测函数输出预测后的估计。如上所述，将预测后的估计提供给加法函数604，并且还将其提供给提供预测估计的测量预测函数610，然后从来自传感器601的下一个样本中减去602预测估计。来自测量预测函数的预测后的估计可以用作滤波器的输出。可代替地或此外，校正后的估计可以被配置为滤波器600的输出，并且可以例如用于控制操作。在这里，在时间约束和精度之间存在权衡，其中预测后的估计本质上具有较小的滞后，而校正后的估计本质上更精确。为了通过状态确定器506确定状态，至少有具有较小之后的预测后估计被用于为操作者实现早期指示的益处。状态确定器506还使用校正估计所得到的更精确的估计的益处是作为用于确定的附加输入。预测函数608也可以被称为系统函数，并提供传感器所测量的过程的模型。由此可以对在输入端预期的值做出良好的预测。测量预测函数608检查并更新模型，并且提供该模型以使得能够从加法函数606提供校正后的估计。

因此，预测估计提供了一个值，该值通过更新模型得到且与要作出的样本相当相似，使得可以补偿滞后。此外，该模型配置为对采样信号中的噪声进行抑制。将预测的估计(即滤波器504、600的输出)与状态确定器506在正常运行期间应该预期的值进行比较。基于滤波器的输出与预期的正常值的偏差，状态确定器506配置成确定多个状态中的状态。例如，传感器包括多个秤，并且根据经滤波的传感器信号，可以基于由秤测量的重量差来确定流量。可以根据与由秤测量的重量差对应的设定点以及相应的滤波后的传感器信号得出偏差。基于偏差，可以将状态确定为至少非临界状态和临界状态中的一个，优选至少两个非临界状态，使得一个状态对应于没有确定问题的正常运行，这意味着不用采取行动来改善情况，另一个非临界状态有一些问题，但是是非临界的，其中操作者可以改善该情况。临界状态需要行动，也意味着报警。或者，确定器506所确定的状态可以全部是非临界的，尽管一些状态可能非常迫近临界情况，而临界状态由也控制报警的独立机制来确定，即传统的报警机制。确定器506可以使用对应每个状态的一个或多个阈值，这些阈值均与偏差进行比较，以便确定当前状态。状态通过UI 508的指示传达给操作者。下面将进一步阐述关于这种指示的示例。

滤波器可以被配置在装置的控制机制中，并且可以被实现为软件，例如。在装置的主处理器上运行。考虑参照图1和图2所示的具有四个秤110、112、114、116的示例，这四个秤中的每一个可以具有如参考图6所示的机制，即可以提供四个不同的状态。然后通过UI 508相应地指示这些状态。

至少一些实施例的益处在于，操作者可以主动地保持进程，使得报可以被避免，进而临界情况可以被避免。至少一些实施例的另一个优点是操作者可以通过状态指示给出的信息更好地了解进程。至少一些实施例的进一步的优点是如果发生报警，则操作者可以更容易地获得情况的概况，并且可以找到更快和/或更准确的方式以处理该情况。

图8示意性地示出了用于通过UI提供状态指示700的方法。一种类似红绿灯的示图指示三种状态中的一个，例如：绿灯(底部的圆)对应偏差可忽略的非临界状态；黄灯(中间的圆)对应偏差是可以由操作者作出情况改善的非临界状态；红灯(上部的圆)对应临界状态或临界状态迫近的状态，在该状态中需要操作者采取行动。除了指示，临界状态优选地还通过基于常规程序的报警来通知，例如，如装置类型的标准所规定的。或者，红色状态是指示操作者最好采取行动以避免临界状态的非临界状态，即紧迫的非临界状态。在这种情况下，报警单独指示临界状态。其他颜色和指示的组合也是可能的。

图9示意性地示出了通过UI提供状态指示800的方法。状态指示800与参照图8所示的那些相似。但这里的视觉方法略有不同。当在用户界面上并排配置若干状态指示器800时，在此情况中，屏幕区域通常受到限制并且其他信息也应该配置其中，该视觉方法可能比参照图8所示的方法有利。

图8和9示出了不同状态的示图。状态确定器是优选的以作出不同的状态确定。然而，在某些情况下，状态数量可能基于例如操作模式而不同，但视觉表示可能希望保持一致。对于这种情况，图10所示的指示900可能是适当的，其中，指示条指示了对应于所确定状态的水平。因此，通过指示条指示了多个状态中的一个。这里，可以选择指示方法，使得当指示条是满格时是最佳状态，并且指示条越低，越靠近临界状态；或者可以选择指示方法，使得当指示条最小时是最佳状态，并且指示条越高，越靠近临界状态。这些方法中，选择的方法最好是传递给用户的信号是一致的，其最好取决于UI中用于其他指示的方法。

图11示出了类似于图10所示的指示器的指示器1000，但是其中，指示条是从顶部向下展开的。在其他方面，参考图10所示出的替代方案也适用于这里。

图12示出了基于与图10中的原理相似的指示器1100，但是具有一附加特征，该特征在于指示器1100的宽度在一端较大。当在宽端的指示与更接近临界状态的状态对应时特别有利，其中对于这种状态，特别是在距离UI的屏幕一定距离处，指示条或水平的可见性增加。

对于参照图10至图12示出的指示器900、1000、1100，可以根据指示的状态来改变指示条的不同部分或整体的颜色，以进一步增强用户的感知。颜色搭配的选择优选地根据UI的其它部分的方式和/或根据用于特定类型装置的UI中的颜色搭配的任何规则来作出。

图13示出了指示器1200的另一种方法，其中示出了模拟仪表的示图。模拟仪表可以具有关于不同状态的指示1202，例如，通过颜色标记。在其他方面中，模拟仪表方法可以基于与参照图10至图12所示的指示器900、1000、1100相似的原理。

图14示出了基于模拟仪表的示图的另一个指示器1300，并且上述的相似原理也可以应用于该指示器1300。

如上所述，滤波可以进一步包括估计传感器信号的噪声水平。例如，噪声水平可以被估计为基于未滤波信号和滤波后信号的偏差，例如，在时间窗口中所观测的。噪声水平指示器可以包含在显示的指示中。可以针对一个传感器确定噪声水平，或者可以基于几个传感器的观测，例如，关于参考图1和图2所示的所有秤110、112、114、116的观测。当观测几个传感器时，噪声水平可以在传感器之间相关联，即，可以预期噪声至少在某种程度上是由外部干扰(例如影响了所有秤的机械现象，如上述一些示例所给出的)所引起的。噪声水平的指示或在多个传感器之间相关联所确定的噪声水平可以结合如参照图8至图14中的任何一个所示的指示来指示。噪声水平的指示至少在某种程度上可以指示每个传感器的水平，或者可以指示整体确定的噪声水平。图15是噪声指示1400的示例，其中对应多个传感器中每一个传感器的噪声水平被指示出来并将其捆绑在一起作为单个图。然后图的一般水平可以被操作者解读为所有传感器的一般状况，并且操作者还可以看到一些传感器受到较高或较低程度的影响。例如，在图15的图中可以看出，对应于图的中间部分的传感器相比其他传感器受到噪声的影响更显著，而对于大多数传感器而言，该噪声的一般噪声水平低于可接受的水平(在指示的上部中，由阴影或彩色区域1402来指示不可接受水平)。熟练的操作者可以根据所提供的信息作出决定和/或采取行动，这可以保护患者安全或改善情况。

图16示出了关于四个传感器(例如，上述参照图1和图2所示的秤110、112、114、116)的指示器1502的聚合指示1500的示例，其中状态指示器1502上方的符号1504示出了与传感器相关联的相应传感器或功能的标识符。在指示器1502的下方，示出了与参照图15所示的噪声指示器图类似的噪声指示器图1506，其中，相应地示出了各个传感器的噪声水平。

除了参照上述图8至图16所示的图像指示之外，可以通过与图像指示相关的数字来呈现数值。

呈现指示的其他方式也是可能的，并且下面将简要介绍。图17示出了指示器1600和一般的噪声水平1602的组合示图，其中指示条(类似于图10中示出的)向上展开，并且普遍的噪声水平1602被指示为“噪声下限(noise floor)”。图18示出了“扇形图”类型的指示器1700。图19示出了结合符号1801、1803、1805、1807的指示器1800、1802、1804、1806，其用于指示与传感器相关联的相应传感器或功能的标识。指示器1800、1802、1804、1806还可以包括动态行为，例如，如上所述，对应某些状态的闪烁或脉动，并且可以结合或不结合颜色搭配的变化等。

参考图16至图19提出的呈现指示的示例已经使用彼此相邻的四个值，以便于更容易的理解彼此图1和图2的示例，这提供了用户可以容易地获得情况概述的益处。即使有其他值，这种方法仍然提供了相当容易的方式使用户理解整体状态，并快速识别可能需要注意的部分。已经给出了并排指示的示例，但是具有垂直或水平布置的指示的呈现方式同样是可能的。

根据本发明的方法适用于借助诸如计算机和/或处理器的处理装置的实现方式，特别是对于通过在医疗装置的处理器上运行的软件来执行滤波的情况。因此，提供了包括指令的计算机程序，该指令被配置为使处理装置、处理器或计算机执行根据参照图3以及图7至图19所述的任意实施例的方法以及用于滤波和呈现指示器的相应方式中的任意一个的步骤。计算机程序优选地包括存储在计算机可读介质1900上的程序代码，如图20所示。其可以由处理装置、处理器或计算机1902加载并执行，以使处理装置、处理器或计算机1902分别根据本发明的各实施例实现方法，优选地是参照图3和图7至图19所述的任意实施例。计算机1902和计算机程序产品1900可以被配置为依序地执行程序代码，其中，任意方法的动作被逐步地和/或并行地执行，这对于所需要或所期望的实时性能是优选的。处理装置、处理器或计算机1902优选地通常被称为嵌入式系统。因此，图20中描绘的计算机可读介质1900和计算机1902应该理解为仅用于说明性目的以提供对原理的理解，而不应该被解释为元件的任何直接说明。

以上已经参照几个实施例主要描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，除了以上公开的实施例，其他实施例也同样可能等同落入所附专利权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (32)

1.一种显示医疗装置的操作的预测状态的方法，该方法包括：

在医疗装置的运行过程中连续地或重复地接收(202)来自医疗装置的传感器(110、112、114、116、502、601)的传感器信号；以及

通过自适应滤波器(504、600)对所述传感器信号进行滤波(204)以获得预测误差信号，所述预测误差信号是测量量和规定量之间的偏差；其特征在于：

根据所述预测误差信号确定(206)所述医疗装置的操作的预测状态，其中所述预测状态是不激活报警的至少两个非临界状态中的一个，其中一个非临界状态相对另一个非临界状态更靠近临界状态；以及

基于所述预测状态通过所述医疗装置的用户界面显示(208)所述医疗装置的预测状态的指示，其中所述显示(208)允许如果根据所述指示发现需要，则所述医疗装置的操作者采取行动，使得避免所述医疗装置的临界状态和相应的报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，滤波(204)通过卡尔曼滤波器来进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，除了自适应滤波器之外，滤波(204)还通过控制器进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，除了自适应滤波器之外，滤波(204)还通过比例积分(PI)控制器进行。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，通过控制器进行的滤波还提供用于控制(205)与所述传感器相关联的医疗装置的功能的信号。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述传感器包括流量传感器，并且所述方法包括通过所述流量传感器确定流量。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述传感器包括秤。

8.根据权利要求7所述的方法，包括根据所述预测误差信号，基于由所述秤测量的重量差来确定流量。

9.根据权利要求6所述的方法，包括：基于与所确定的流量对应的设定点估计误差，其中基于所估计的误差来确定所述预测状态。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述临界状态发生时激活报警。

11.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述指示的显示(208)包括所述预测状态的温度计或红绿灯示图(700、800、900、1000、1100、1502、1600)。

12.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述指示包括仪表指示(1200、1300)。

13.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述预测状态的所述指示包括关于下述各项中至少一项的指示器：

医疗装置的操作的预测状态与规定操作的对应程度如何；以及

医疗装置的操作的预测状态与规定操作的偏差程度如何。

14.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，还包括通过所述滤波估计所述传感器信号的噪声水平，其中所述指示的显示(208)包括噪声水平指示器(1400、1506、1602)。

15.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述自适应滤波器将已知被引入假的误差状况的与所述医疗装置的交互考虑进去。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述传感器包括监测容器重量的秤，所述容器用于容纳在医疗装置运行过程中消耗的医用流体，并且已知被引入假的误差状况的交互包括替换所述容器。

17.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，接收(202)并滤波(204)多个传感器信号，并且确定(206)相应状态，其中，显示(208)所述预测状态的相应指示。

18.根据权利要求1所述的方法，包括：

基于各个传感器信号的滤波估计聚合噪声状态；以及

显示所述聚合噪声状态的指示器(1602)。

19.一种医疗装置(1、500)，包括：

传感器(110、112、114、116、502、601)，配置为在医疗装置(1、500)运行过程中连续地或重复地提供对应医疗装置(1、500)的功能的传感器信号；以及

自适应滤波器(504、600)，配置为对所述传感器信号进行滤波，以获得预测误差信号，所述预测误差信号是测量量和规定量之间的偏差；其特征在于：

状态确定器(506)，配置为根据所述预测误差信号确定所述医疗装置的操作的预测状态，其中所述操作的预测状态是不激活报警的至少两个非临界状态中的一个，其中一个非临界状态相对另一个非临界状态更靠近临界状态；以及

用户界面(508)，配置为基于所述预测状态显示指示，其中所述指示允许如果根据所述指示发现需要，则所述医疗装置的操作者采取行动，使得避免所述医疗装置的临界状态和相应的报警。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述自适应滤波器(504、600)是卡尔曼滤波器。

21.根据权利要求19所述的装置，还包括控制器，所述控制器配置为提供用于控制与所述传感器(110、112、114、116、502、601)相关联的医疗装置(1、500)的功能的信号。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述控制器是比例积分(PI)控制器(503)。

23.根据权利要求19至21中任意一项所述的装置，其中，所述传感器(110、112、114、116、502、601)包括配置为确定流量的流量传感器。

24.根据权利要求19至21中任意一项所述的装置，其中，所述传感器(110、112、114、116、502、601)包括秤。

25.根据权利要求24所述的装置，其中，根据所述预测误差信号，基于由所述秤测量的重量差来确定流量。

26.根据权利要求23所述的装置，配置为使得基于与所确定的流量对应的设定点来估计误差，其中，所述状态确定器配置为基于所估计的误差来确定所述预测状态。

27.根据权利要求26所述的装置，包括报警机制，当所述临界状态发生时激活报警机制。

28.根据权利要求19至22中任意一项所述的装置，其中，所述用户界面(508)配置为将所述指示显示为所述预测状态的温度计或红绿灯示图(700、800、900、1000、1100、1502、1600)。

29.根据权利要求19至22中任意一项所述的装置，其中，所述用户界面(508)配置为将所述指示显示为仪表指示(1200、1300)。

30.根据权利要求19至22中任意一项所述的装置，其中，所述预测状态的所述指示包括关于下述各项中至少一项的指示器：

医疗装置(1、500)的操作的预测状态与规定操作的对应程度如何；以及

医疗装置(1、500)的操作的预测状态与规定操作的偏差程度如何。

31.根据权利要求19至22中任意一项所述的装置，其中，所述自适应滤波器(504、600)还配置为估计所述传感器信号的噪声水平，并且所述用户界面(508)配置为显示噪声水平指示器(1400、1506、1602)。

32.一种用于医疗装置处理器的计算机可读介质，包括计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机可执行指令，当医疗装置的所述处理器(1902)下载并执行所述计算机可执行指令时使所述医疗装置执行权利要求1至18中任意一项所述的方法。

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