CN114945393A - 具有在线传感器的个性化透析 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于确定个性化透析处方的系统。所述系统包括处方推荐服务器和按需透析机器。所述处方推荐服务器配置成能够：从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；基于所述患者信息确定用于所述新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与所述新患者相关联的特定患者群；以及将用于所述新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器。所述按需透析机器配置成能够：从所述处方推荐服务器接收用于所述新患者的个性化透析处方；以及基于所述个性化透析处方对所述新患者执行透析治疗。

Description

具有在线传感器的个性化透析
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2020年3月6日提交的美国专利申请No.16/811,533的优先权。本专利申请还要求于2020年1月29日提交的美国临时专利申请No.62/967,349的优先权。这两者均通过引用整体并入本文。
背景技术
患有肾衰竭或部分肾衰竭的患者通常在血液透析治疗中心、诊所或家中接受血液透析治疗。在健康时，肾脏会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。在血液透析中，通过吸入针(或导管)从患者体内抽取血液，该吸入针从位于特定通路位置(手臂、大腿、锁骨下等)的静脉中抽取血液。然后，血液经由蠕动泵或其它泵通过体外管泵送，然后通过称为透析器的特殊过滤器。血液通过与内部半透膜接触的透析器，通常在与膜的相反侧上的透析溶液的流动相反的方向上。透析器旨在去除不需要的毒素、例如尿素、肌酸酐，并交换必需的电解质、例如钾和/或钠。此外，根据所订购的特定透析类型，透析器旨在通过扩散和/或对流输送从血液中去除多余的水。然后，经透析的血液经由附加的管流出透析器，并通过针头(或导管)回到患者体内。
在透析期间，患者血液中的过量电解质可能会丢失。此外，在某些情况下，透析可能使得电解质去除不足。例如，血液中含有钠离子(Na+)、钾离子(K+)和钙离子(Ca2+)。血液中过多的钠会使得患者感到口渴或可以使得高血压。失去过多的钠会使得血容量下降、胸痛、恶心、呕吐、头痛和肌肉痉挛。血液中过多的钾会使得肌肉疼痛、虚弱和麻木。失去过多的钾会使得心律紊乱。血液中钙含量过多会使得血管钙化。失去过多的钙会使得骨骼疾病和/或无法控制的继发性甲状旁腺激素(PTH)分泌。
血液中的电解质成分是一种高度动态的功能，依赖于许多生理和营养输入，并且受患者之间显著差异的影响。在大多数透析设置中，一种或仅有少量的透析液成分(即，“配方”)可用于治疗患者，而不管患者之间或甚至同一患者在不同日期之间存在的电解质分布的个体差异。这种“一刀切”的治疗方法对大多数患者来说可能是合理的，但有些患者并不能很好地耐受。因此，一种用于制备患者特异性透析液的方法和系统将是有利的，并且可以适应透析治疗之间甚至在透析治疗期间患者需求的实时变化。
发明内容
在一个示例性实施例中，本申请提供用于确定个性化透析处方的个性化和按需透析系统。所述系统包括处方推荐服务器和按需透析机器。所述处方推荐服务器配置成能够：从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；基于患者信息确定用于新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与新患者相关联的特定患者群；以及将用于新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器。所述按需透析机器配置成能够：从所述处方推荐服务器接收用于新患者的个性化透析处方；以及基于所述个性化透析处方对所述新患者执行透析治疗。
在一些情况下，所述处方推荐服务器配置成能够基于使用一个或多个透析处方机器学习和/或人工智能(AI-ML)模型来确定用于新患者的个性化透析处方。
在一些示例中，所述处方推荐服务器配置成能够基于使用所述一个或多个透析处方AI-ML模型通过以下步骤来确定个性化透析处方：将患者信息输入到所述一个或多个透析处方AI-ML模型中以确定特定患者群，其中，所述特定患者群与新患者的医疗状况相关联；以及基于所述特定患者群确定个性化透析处方。
在一些变型中，所述处方推荐服务器还配置成能够：基于接收到的训练信息训练一个或多个透析处方AI-ML模型，以确定接收到的训练信息内的关联。
在一些情况下，所述处方推荐服务器还配置成能够：接收训练信息，其中，所述训练信息包括提供给多个患者的过去的处方、与使用所述过去的处方执行透析治疗相关联的结果、以及多个推荐的透析处方。
在一些示例中，所述一个或多个透析处方AI-ML模型包括有监督的AI-ML模型。所述有监督的AI-ML模型是支持向量机器(SVM)模型或K最近邻(kNN)模型。
在一些变型中，所述处方者计算装置和所述按需透析机器都物理上位于处方者的办公室。
在一些情况下，所述处方者计算装置物理上位于与第一地理位置相关联的处方者的办公室，所述按需透析机器物理上位于新患者的住所。所述住所与不同于所述第一地理位置的第二地理位置相关联。
在一些示例中，所述处方推荐服务器还配置成能够：将用于新患者的个性化透析处方传输到处方者计算装置；从所述处方者计算装置接收指示对个性化透析处方的一个或多个调整的处方者信息。所述处方推荐服务器配置成能够通过传输具有由所述处方者信息指示的一个或多个调整的个性化透析处方来传输用于新患者的个性化透析处方。
在另一个示例性实施例中，本申请提供了一种用于确定个性化透析处方的方法。所述方法包括：由处方推荐服务器并从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；基于所述患者信息确定用于新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与新患者相关联的特定患者群；以及将用于新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器。所述按需透析机器基于个性化的透析处方对新患者执行透析治疗。
在一些情况下，确定用于新患者的个性化透析处方是基于使用一个或多个透析处方机器学习和/或人工智能(AI-ML)模型。
在一些示例中，所述方法还包括：将患者信息输入到一个或多个透析处方AI-ML模型中以确定特定患者群，其中，所述特定患者群与新患者的医疗状况相关联；以及基于所述特定患者群确定个性化透析处方。
在一些变型中，所述方法还包括：基于接收到的训练信息训练一个或多个透析处方AI-ML模型，以确定所述接收到的训练信息内的关联。
在一些情况下，所述方法还包括：接收训练信息，其中，所述训练信息包括提供给多个患者的过去的处方、与使用所述过去的处方执行透析治疗相关联的结果、以及多个推荐的透析处方。
在一些示例中，所述一个或多个透析处方AI-ML模型包括有监督的AI-ML模型。所述有监督的AI-ML模型是支持向量机器(SVM)模型或K最近邻(kNN)模型。
在一些变型中，所述处方者计算装置和所述按需透析机器都物理上位于处方者的办公室。
在一些情况下，所述处方者计算装置物理上位于与第一地理位置相关联的处方者的办公室，所述按需透析机器物理上位于新患者的住所。所述住所与不同于所述第一地理位置的第二地理位置相关联。
在一些示例中，所述方法还包括：将用于新患者的个性化透析处方传输到处方者计算装置；以及从所述处方者计算装置接收指示对所述个性化透析处方的一个或多个调整的处方者信息。所述方法还包括传输具有由所述处方者信息指示的一个或多个调整的个性化透析处方。
在又一个示例性实施例中，提供了一种具有存储在其上的处理器可执行指令的非暂时性计算机可读介质。所述处理器可执行指令在被执行时促进：通过处方推荐服务器和从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；基于所述患者信息确定用于新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与新患者相关联的特定患者群；以及将用于新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器。所述按需透析机器基于所述个性化透析处方对新患者执行透析治疗。
在一些情况下，确定用于新患者的个性化透析处方是基于使用一个或多个透析处方机器学习和/或人工智能(AI-ML)模型。
附图说明
图1示出了根据本公开的一些实施例的包括电解质成分监测器的血液透析系统的前透视图；
图2是说明根据本公开的实施例的电解质成分监测器对患者的使用的框图；
图3是根据本公开的实施例的用于在透析期间管理透析患者的血液中的电解质的流程图；
图4是根据本公开的实施例的用于在透析期间管理透析患者的血液中的电解质的示例时间线；
图5是用于确定用于患者的个性化透析液配方或处方的流程图；
图6是示例计算机系统的框图；
图7a和7b是使用NMR传感器的实时电解质浓度测量值的图形表示；
图8是描绘根据本申请的一个示例性实施例的具有网络能力的示例性个性化和按需透析系统的简化框图；以及
图9示出了使用机器学习向患者提供个性化透析处方和治疗的示例性过程。
具体实施方式
在透析期间，根据本公开的实施例的电解质成分监测器可以采用透析液混合系统来根据需要使用多种化学浓缩物来制备一定量的透析液。所生成的透析液将具有不同于先前在透析期间使用的透析液的公式、配方或处方。因此，透析液的公式将在透析期间基于电解质成分监测器检测到患者的血液中一种或多种电解质在透析期间升高或降低的水平进行调整。
在一个实施例中，在透析期间使用的透析液是分批制备的。每批都遵循电解质成分监测器基于从患者的血液中接收到的电解质浓度水平选择的处方、公式或配方。电解质成分监测器可以连续调整下一批透析液的配方，并使透析液混合系统遵循规定的配方。例如，透析液混合系统可以接收指示待包括在透析液中的特定化学组分和每个化学组分的量的配方。基于处方，透析液混合系统可以确定例如每个化学组分所需的片剂数量、粉末质量或浓缩电解质溶液的体积。片剂、粉末和/或浓缩电解质溶液可以自动分配并在混合室中与纯净水、碳酸氢盐和/或氯化钠混合，以根据期望的透析液配方生产透析液。
本公开的实施例允许化学组分以片剂形式或以浓缩形式被递送和存储，因此需要最小的储存空间和监督。在整个透析过程中分批混合透析液表明需要较少的存储空间，因为在治疗期间可以完全耗尽所制备的透析液的体积。
本公开的实施例允许个性化在透析期间使用的透析液成分，借此通过在整个治疗期期间监测患者对透析治疗的电解质反应来考虑患者对透析的个体反应。这样，在治疗期间不会应用一刀切的规则或粗略的启发式方法。电解质成分监测器，通过其对透析液成分的连续调整，可以有效地对个体患者进行个性化治疗，确保患者在离开透析治疗时不会出现某些监测电解质水平不足或水平升高的情况，并改善长期结果和患者满意度。
本公开的实施例允许电解质成分监测器可以随着时间的推移学习最适合患者的透析配方或公式。通过连续分批调整透析液，电解质成分监测器可以确定患者通常对哪些电解质敏感；因此，在进一步的治疗中，电解质成分监测器可以建议更适合患者的初始透析液配方。这样，电解质成分监测器的实施例将允许定制学习模型以适应不断变化的患者需求。
本公开的实施例提供基于在线监测患者的血液中的电解质，通过生成个性化透析液来提供个性化透析治疗，因为在治疗期间患者的血液中的电解质条件发生变化。这一改进解决了当前治疗实践中的一个问题，即针对个别患者的透析液公式和配方是基于每月的实验室血液测试结果。透析患者很少处于稳定状态，因此在患者进入诊所进行透析时，实验室血液测试可能已经过时。因此，依赖每月的实验室测试可能对个体患者有害或益处有限。
图1示出了透析系统、特别是血液透析系统100。尽管本文中描述的系统主要是结合血液透析系统作为示例进行描述，但是明确地注意到，本文中描述的系统可以与其它类型的医疗装置和治疗结合使用，包括腹膜透析系统。血液透析系统100包括连接到部分地形成血液回路的一次性血液构件组104的血液透析机器102。在血液透析治疗期间，操作者将血液构件组104的动脉患者管线106和静脉患者管线108连接到患者。血液构件组104包括空气释放装置112。这样，如果在治疗期间通过血液回路的血液包含空气，则空气释放装置112会将空气排放到大气中。
血液构件组104被固定到附接到血液透析机102的前部的模块130上。模块130包括能够使血液循环通过血液回路的血液泵132。模块130还包括能够监测流过血液回路的血液的各种其它仪器和传感器、例如电解质传感器。模块130包括门，当其关闭时，如图1所示，所述门与模块130的正面协作以形成大小和形状适于容纳血液构件组104的隔室。
血液泵132是血液泵模块134的一部分。血液泵模块134包括显示窗口、启动/停止键、向上键、向下键、液位调整键和动脉压端口.显示窗口显示血液泵操作期间的血液流动速率设置。启动/停止键启动和停止血液泵132。向上和向下键增加和减小血液泵132的速度。液位调整键升高动脉滴注腔中的流体液位。
血液透析机器102还包括由透析器110、各种其它透析液构件和连接到血液透析机器102的透析液管线形成的透析液回路。这些透析液构件和透析液管线中的许多都在血液透析机器102的壳体103内部，因此在图1中是不可见的。在治疗期间，当血液泵132使血液循环通过血液回路时，透析液泵(未示出)使透析液循环通过透析液回路。
透析液由血液透析机器102分批产生。也就是说，血液透析机器102配置成能够基于对患者的血液中的电解质浓度的测量将透析液的各种化学成分混合在一起以形成具有必要特性的透析液批次。这样，可以基于患者对治疗的反应确定如何针对治疗的不同阶段针对特定患者优化透析治疗期间使用的透析液。
血液透析机器102包括电解质成分监测器(图2的200)，其由控制器101和用于混合透析液的透析液混合系统105组成。在透析期间，控制器101配置成能够接收来自患者的血液的电解质测量值，并且控制器101配置成能够在整个透析治疗期间提供用于调整透析液批次的透析液配方的信号。透析液混合系统105在血液透析机器102的壳体103的内部。在一个实施例中，水、氯化钠(NaCl)、碳酸氢钠(NaHCO3)和多种化学浓缩物混合在一起以形成透析液。透析液混合系统105经由至少一个透析液供应管线将已经混合的透析液提供给透析器110，所述透析液供应管线也在血液透析机器102的壳体103的内部。排出管线128和超滤管线129从血液透析机器102延伸。排出管线128和超滤管线129流体连接到血液透析机器102的壳体103内部的形成透析液回路的一部分的各种透析液构件和透析液管线。在血液透析期间，透析液供应管线将新鲜的透析液输送通过各种透析液构件、包括透析器110。当透析液通过透析器110时，它从患者的血液中收集毒素。所产生的用过的透析液经由排出管线128从透析液回路输送到排出系统。当在治疗期间执行超滤时，从患者体内抽取的用过的透析液和过量流体的组合经由超滤管线129被输送到排出系统。
在一个实施例中，控制器101确定每批透析液的化学成分。例如，一批透析液可以是12升(L)并且化学成分可以包括多种化学浓缩物。化学浓缩物可以是不同粘度的液体浓缩物和/或可以是片剂、丸剂或粉末形式的固体浓缩物。控制器101可以基于由医师/医生开具的处方来计算每12L批次的透析液的化学成分(例如，诸如片剂数量的多个化学浓缩物中的每一个的量)。
在一个实施例中，控制器101可以使用减少体积的透析液用于患者的透析治疗。例如，控制器101可以降低用于透析治疗的透析液与血液流量的比率。通过降低透析液与血流量的比率，透析治疗可以消耗更少的透析液(例如，每次透析治疗可以使用40L的透析液而不是120L)。
药物泵192也从血液透析机器102的前部延伸。药物泵192是包括被配置成能够保持血液构件组104的注射器178的夹持机构的注射器泵。药物泵192包括被配置成能够沿着注射器178的轴线移动注射器178的柱塞的步进电机。因此，药物泵192可以用于在使用期间经由药物输送管线174将液体药物(例如，肝素)从注射器178注射到血液回路中，或在使用期间经由药物输送管线174将液体从血液回路抽吸到注射器178中。
血液透析机器102包括具有诸如触摸屏118和控制面板120等的输入装置的用户界面。触摸屏118和控制面板120允许操作者将各种不同的治疗参数输入到血液透析机器102并以其它方式控制血液透析机器102。触摸屏118允许操作者在用户配置文件之间进行选择，并且控制面板120可以允许操作者通过扫描患者的会员卡在用户配置文件之间进行选择。触摸屏118向血液透析系统100的操作者显示信息。控制器101还配置成能够接收和发送信号到触摸屏118和控制面板120。控制器101可以控制血液透析机器102的操作参数，例如，在适当的时间提供信号，以用于在整个透析治疗过程中调整透析液的成分。透析液混合系统可以是例如Kalaskar等人，US 2018/0326138中的透析液混合系统，其在此以其整体并入本文。
图2是示出根据本公开的实施例的在透析期间电解质成分监测器200对患者210的使用的框图。使用图1的血液透析系统100的构件作为示例，但如前所述，电解质成分监测器200可以用于腹膜透析。电解质成分监测器200配置成能够接收来自一个或多个电解质传感器212的电解质测量值。电解质成分监测器200还配置成能够使用电解质测量值来调整透析液配方、混合新批次的透析液、以及将新鲜的透析液提供给透析器110。
电解质成分监测器200包括控制器101和透析液混合系统105。控制器101配置成能够与电解质传感器212接口以接收电解质测量值。控制器101的示例包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和具有非暂时性计算机可读介质的处理器。
透析液混合系统105包括分配器202和混合室204。分配器202可以包括化学源206中的化学浓缩物。化学浓缩物用作透析液混合物的成分。化学浓缩物可以是不同粘度的液体浓缩物或可以是片剂、丸剂或粉末形式的固体浓缩物。化学源206是容纳这些化学浓缩物的容器。因此，化学源206可以容纳氯化钾(KCl)、氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、柠檬酸、葡萄糖、氯化钠(NaCl)、碳酸氢钠(NaHCO3)、乙酸、葡萄糖等等的浓缩物。并非所有可用的化学浓缩物都需要在透析液公式或配方中使用。例如，一个配方可能只需要乙酸、NaCl、CaCl2、KCl、MgCl2和葡萄糖。另一个配方可能需要碳酸氢盐、NaCl、CaCl2、KCl和MgCl2而不需要葡萄糖的。无论如何，透析成分应满足给定患者的预期处方并满足生物相容性标准(例如，透析液的pH)。
分配器202还可以包括有助于将特定量的化学浓缩物分配到用于混合一批透析液的混合室204的致动器208。致动器208不仅控制提供给混合室204的化学浓缩物的量，而且控制用于混合这批透析液的水的量。水源205可以是用于接收过滤的水或适合用于透析治疗的水的水连接件。水源205可以经由入口管连接到血液透析系统100。
分配器202将化学浓缩物和水提供给混合室204。将混合室204中的内容物搅拌适当的时间量，直到化学浓缩物充分分布于各处。在一些实施例中，混合室204增加其温度以帮助溶解和/或分配化学浓缩物以产生均质溶液。在实现均质溶液之后，可以将混合室204带到适当的温度以进行透析治疗。
透析液混合系统105的混合室204将混合的透析液提供给透析器110。在一个实施例中，混合室204是多室的，在所述混合式204中，第一室用于混合透析液，第二室用于存储透析液并将透析液输送到透析器110。在一个实施例中，混合室204包括用于感测第一室和第二室两者中的透析液的液位的传感器。混合室204还可以在一批透析液已经混合以及当来自该批透析液的新鲜透析液被提供到透析器110时警告控制器101。
透析器110经由动脉患者管线106接收来自患者210的血液。可以提供沿着动脉患者管线106的电解质传感器，以用于测量透析器110的上游的血液中的电解质浓度。这些电解质传感器被识别为图2中的动脉电解质传感器212-1。透析器110经由静脉患者管线108将血液返回给患者210。可以提供沿着静脉患者管线108的电解质传感器，以用于测量透析器110的下游的血液中的电解质浓度。这些电解质传感器可以被识别为静脉电解质传感器212-2。此外，不中断透析回路的电解质传感器可以与患者210接口互动。例如，可以沿着外周插入的中央导管(PICC)管线放置传感器以测量电解质浓度。这些传感器被识别为非透析回路电解质传感器212-3。
电解质传感器212配置成能够测量患者210的血液中的电解质浓度。电解质传感器212可以是例如电导率传感器、核磁共振(NMR)传感器和/或光学传感器。NMR传感器可以检测、确定和/或获得患者210的血液中的实时电解质浓度(例如，钠浓度)。附加性地，和/或替代性地，NMR传感器可以被修改(例如，重新调整到不同的无线电频率)来检测、确定和/或获得实时钾和/或磷浓度。附加性地，和/或替代性地，在一些实施例中，NMR传感器测量透析液和血液两者中的游离钠的浓度，每个都单独取样，并且将游离钠的浓度报告给控制器101。此外，钠和其它电解质浓度可能因患者而异，甚至对于给定的患者在连续透析期之间也可能不同。因此，使用NMR传感器或其它传感器实时测量这些浓度以调整电解质浓度，甚至使用个性化配方(在图3和5中描述)可能有利于在透析期间为患者提供最佳治疗。附加性地，和/或替代性地，电解质传感器212可以包括被配置成能够检测实时电解质浓度、例如钙浓度和/或镁浓度的光学传感器。
可以与本申请的示例性实施例一起使用的NMR传感器的示例在于2019年8月6日授予的美国专利10,371,775(标题：Dialysis System With Radio Frequency DeviceWithin A Magnet Assembly For Medical Fluid Sensing And ConcentrationDetermination)和于2019年1月29日提交的美国临时专利申请No.62/967,349(标题：Individualized And On-Demand Dialysis System With Networking Capabilities)中进行了更详细的描述，两者均通过引用整体并入本文。
此外，图7示出了使用NMR传感器获得的实时测量的图形表示。例如，图7a示出了使用NMR传感器的实时电解质浓度(例如，钠浓度)测量值。线702表示钠浓度，阴影区域704表示准确度裕度。图7b还示出了使用NMR传感器的实时电解质浓度测量值。例如，线702的部分704表示基线钠浓度。然后，部分708表示基线钠浓度的第一次调整(例如，引入或注射钠丸剂以增加钠浓度)。部分710示出了用于再次增加钠浓度的钠丸剂的另一次注射。
图3是根据本公开的一个实施例的用于在透析期间管理透析患者的血液中的电解质的流程图。图3是说明电解质成分监测器、例如电解质成分监测器200在管理患者210的血液中的电解质时可以执行的过程300的流程图。在302，电解质成分监测器200的控制器101接收(例如，获得)来自电解质传感器212的电解质测量值。所获得的电解质测量值可以包括患者210的血液中的钠、钾、磷、镁和/或钙电解质浓度。
在304，控制器101根据电解质测量确定血液中的电解质浓度是否在预定义的范围内。在一个示例中，血液中的钠的电解质浓度应在135-145mEq/L范围内，钾的电解质浓度应在3.5-5mEq/L范围内，钙的电解质浓度应在8.5-10.2mg/dL(2–2.6mmol/L)范围内，依此类推。以获得电解质浓度的方式准备在控制器101处接收的电解质测量值。例如，如果钠NMR传感器以钠的共振频率提供射频(RF)能级作为测量信号，则控制器101分析所提供的RF能级以确定血液中的钠的浓度。将该钠的浓度与钠的预定义的范围的上限和下限进行比较，以确定血液中的钠浓度是否在预定义的范围内。
在一些示例中，预定义的范围是临床上定义的范围、例如临床上已知的范围。在其它示例中，预定义的范围可以是个性化的。例如，如下面在图5的502中描述的，透析液配方是基于对来自患者先前的透析治疗的电解质测量值的历史趋势分析而确定的配方。换句话说，透析液配方是基于对患者210执行的先前的透析治疗而为患者210个性化的。与患者相关联的透析液配方可以包括电解质范围(例如，钠、钾、钙、镁和/或磷的电解质浓度范围)。此外，如下面图5中描述的，控制器101可以在开始透析治疗之前加载透析液配方。在302，控制器101基于加载的透析液配方确定预定义的范围，并且可以将这些预定义的范围与来自电解质测量值的电解质浓度进行比较。
在306，控制器101基于多个电解质测量值确定用于预定义的范围之外的一个或多个电解质浓度的调整值。控制器101针对预定义的范围之外的每个电解质浓度确定是增加还是减少电解质的浓度。增加或减少浓度提供了调整值的方向性。然后，控制器101通过确定电解质浓度应该增加的目标量来确定调整值的大小。
在一个实施例中，控制器101通过单位增量确定调整值。也就是说，在确定是增加还是减少不在预定义的范围内的电解质的浓度之后，控制器101确定电解质的浓度应该以给定的单位进行调整。在透析液的化学成分由片剂调整的一个实施例中，每个单位表示由化学浓缩物的相应片剂提供的电解质浓度。在透析液的化学成分由液体浓缩物调整的一个实施例中，每个单位表示通过打开其相应的阀预先确定的时间量而提供的预期的电解质浓度。尽管描述了一个单位增量，但是可以将调整值确定为多个单位增量。例如，控制器101可以确定不在其预定义的范围内的电解质的浓度应该增加三个单位，这对应于从三个片剂中预期的电解质量。
在一个实施例中，控制器101基于预编程的透析液配方、公式或处方来确定调整值。控制器101可以在其存储器中存储用于各种电解质条件的一个或多个配方。例如，存储器可以包括低钠、高钠、低钾、高钾等等的配方。这些透析液配方中的每一个都可以标记为在降低或提高一个或多个电解质浓度方面有效。这样，基于被确定为在它们相应的预定义的范围之外的电解质的组合，控制器101可以从这些预定义的配方中的一个中选择用于下一批透析液的配方。
在一些示例中，并且参考图5和下面的过程500，控制器101基于从502加载的透析液配方来确定调整值(例如，单位增量)的大小和/或方向性。例如，控制器101可以基于对来自患者先前的透析治疗的电解质测量值的历史趋势分析(例如，基于来自历史趋势分析的最有效的配方、在患者配置文件中批次数量最多的透析液配方和/或在治疗期间使用的最新的透析液配方)来确定和加载透析液配方。例如，如果高钠配方在患者配置文件中具有最大数量的制成批次(例如，使用该配方创建/调整透析溶液的次数最多)，则控制器101可以将高钠配方确定为最有效的透析液配方并在502加载该配方。然后，在306，控制器101可以使用该配方来确定调整值的大小。
在一个实施例中，控制器101确定预定义的范围之外的一个或多个电解质浓度显著偏离预定义的范围。例如，在304，确定钾浓度为6.0mEq/L，并且钾的预定义的范围在3.5至5.0mEq/L之间。然后由控制器101确定钾浓度太高。控制器101可以确定下一批透析液应该降低钾浓度。因此，控制器101可以按照规定确定降低下一批透析液中的钾离子浓度的钾的调整值。尽管使用钾作为示例，但是控制器101可以确定血液中多于一种电解质的浓度太高，并且确定调整值以制备下一批透析液。换句话说，控制器101可以确定电解质浓度(例如，钾)在预定义的范围之外并且确定用于下一批透析液的一个或多个调整值。一个或多个调整值可以是针对电解质浓度(例如，钾)的单个调整值，或者可以包括针对多个不同电解质浓度(例如，钾、钙等等)的多个调整值。
附加性地，和/或替代性地，控制器101可以确定多个电解质浓度(例如，钾和钙)在预定义的范围之外，并且可以确定用于下一批透析液的一个或多个调整值。一个或多个调整值可以是针对电解质浓度(例如，钾)的单个调整值，或者可以包括针对多个不同电解质浓度(例如，钙、钾等等)的多个调整值。
在一个实施例中，控制器101确定大部分或全部电解质浓度在预定义的范围之外并且所有电解质浓度的调整值具有相同的方向。控制器101可以基于由化学源206供应的化学物质的量和待包括在透析液中的水的量来确定调整值。在一些情况下，透析液的每一批次可以是12L。在其它情况下，批次可以大于12L、例如24L。控制器101可以基于由化学源206供应的化学物质的量、待包括在透析液中的水的量和透析液批次的体积来确定调整值。例如，如果处方指示对于12L批次使用2片钾片，则控制器101可以确定对于24L批次使用4片钾片。
在308，控制器101向分配器202提供指令以在透析期间基于306的所确定的调整值来调整透析液的成分。透析液的成分包括来自化学源206的化学物质。在一个实施例中，控制器101基于所确定的调整值生成用于在透析期间改变透析液的成分的调整信号。然后，控制器101向致动器208提供致动信号以改变释放到混合室204中的每种化学浓缩物的量。通过改变释放到混合室204中的任何化学浓缩物的量，控制器101使分配器202改变透析液中化学物质的比例。
在一个实施例中，当用于在相应的预定义的范围之外的电解质浓度的相应调整值指示增加时，控制器101生成用于分配更高比例的相应化学物质的相应调整信号，从而增加化学物质源206中的相应化学物质的化学贡献。当用于相应的预定义的范围之外的电解质浓度的相应调整值减小时，控制器101生成用于在化学物质源206中分配相应的化学物质源的相应化学物质的较低比例的相应调整信号。
在一个实施例中，控制器101提供给分配器202的调整信号被编码为多个电脉冲。电脉冲可以是电压或电流脉冲。例如，控制器101提供给致动器208中的相应的致动器的多个脉冲可以编码化学物质源206中的相应化学物质的量以释放到混合室204中。在先前的透析液批次中，如果5个脉冲被提供给控制CaCl2片剂释放到混合室204中的致动器，然后对于下一批透析液，如果4个脉冲被提供到致动器，则较少数量的CaCl2片剂将被释放到混合室204中。因此，由控制器101产生的调整信号可以被编码为提供给一个或多个致动器的电脉冲数量的变化。电脉冲数量的变化可以是电脉冲数量的增加或电脉冲数量的减少。此外，致动器208中除了一个致动器之外的所有致动器都可以接收减少数量的电脉冲。相反地，致动器208中除了一个致动器之外的所有致动器都可以接收增加数量的电脉冲。
在完成308之后，控制器101循环回到302并接收新的电解质测量值(例如，来自传感器212的第二电解质测量值)。过程300由电解质成分监测器200执行，直到患者210的透析治疗结束。
例如，在随后的迭代中，在304，控制器101根据电解质测量值确定第一调整值是否使得新的电解质测量值在预定义的范围内。如果血液中没有电解质浓度在预定义的范围之外，那么控制器101在310确定不需要调整。控制器101保持新的透析液批次的最新配方，并且过程300返回到302。如果存在仍然在预定义的范围之外的电解质浓度，则控制器101可以基于配方确定新的调整值并提供附加的指令，以在透析期间调整透析液的成分。此外，控制器101可以确定所使用的先前配方的有效性和/或确定用于调整值的新配方。
例如，在一些情况下，控制器101可以使用过程300来确定配方的有效性。如上所述，控制器101可以基于加载的配方来确定调整值的方向性和/或大小。例如，控制器101可以从电解质传感器212获得第一和第二电解质测量值。可以在过程300的第一次迭代中获得第一电解质测量值，并且可以在过程300的第二次迭代中获得第二电解质测量值(例如，第二次电解质测量值可以在透析期间调整透析液的成分之后进行)。控制器101可以比较第一电解质测量值、第二电解质测量值和/或预定义的范围以确定配方的有效性。例如，如果在调整之后电解质浓度在预定义的范围内，则控制器101可以在306确定用于调整值的配方是有效的。如果电解质浓度仍然不在预定义的范围内，则控制器101可以确定该配方无效。
附加性地，和/或替代性地，控制器101可以基于第二电解质测量值与预定义的范围的接近程度来确定配方的有效性。例如，如果第二电解质测量值在预定义的范围内，则控制器101可以确定该配方非常有效。如果第二电解质测量值接近预定义的范围，但不在预定义的范围内，则控制器101可以确定该配方有效。如果第二电解质测量值不接近预定义的范围，则控制器101可以确定该配方无效。如果与第一电解质测量值相比，第二电解质测量值甚至更远离预定义的范围，则控制器101可以确定该配方是极其无效的。
在一些变型中，控制器101可以在透析治疗期间(例如，在过程300期间)动态地对配方进行排序。例如，在使用该配方创建每批透析溶液之后，控制器101可以确定该配方的有效性。然后，控制器101可以基于更新后的配方的有效性来确定是否加载新的透析液配方。如果控制器101加载新的透析液配方，则控制器101可以使用新的透析液配方来确定调整值。换句话说，在透析治疗期间，控制器101可以使用多个不同的配方来基于在患者的治疗期间所确定的配方的有效性来确定调整值。
在一些情况下，控制器101可以在对患者的透析治疗结束之后(例如，在过程300已经结束之后)对配方进行排序。例如，控制器101可以基于将调整之后的电解质浓度与预定义的范围进行比较来确定在透析治疗期间使用的一个或多个配方的有效性。然后，控制器101可以将配方的相关联的有效性存储在存储器中和/或基于有效性对配方进行排序。当患者下一次接受透析治疗时，控制器101可以加载用于预定义的范围和/或调整值的最高排序的存储配方。
在一些示例中，过程300可以用于腹膜透析(PD溶液)。对于腹膜透析，该过程还可以包括灭菌步骤。例如，在308之前，控制器101可以向分配器202提供指令，以对包括来自化学物质源206的化学物质的透析液的成分进行灭菌。然后，在308，控制器101向分配器202提供指令，以对来自化学物质源的化学物质进行灭菌。
图4示出了用于在透析期间管理透析患者的血液中的电解质的示例时间线400。如上面参考图3所描述的，过程300是循环的或周期性的，因此相对于时间线400，经由时间戳tf、t1、t2、t3、t4和t5突出显示一个活动周期。时间戳定义如下：
tf——控制器101接收到指示新批次的透析液已混合并准备好使用的新鲜的透析液信号的时间
t1——控制器101从电解质传感器212接收电解质测量值的时间
t2——控制器101向分配器202的致动器208发送调整信号的时间
t3——致动器208允许化学物质和水分别从化学物质源206和水源205迁移到混合室204的时间
t4——混合室204开始混合新批次的透析液的时间
t5——旧批次的透析液耗尽的时间
图4根据示例时间线400组织了图3中的活动。在周期1中，在透析开始时，混合新批次的透析液并准备好使用。此时，混合室204在时间戳tf向控制器101提供新鲜的透析液信号。在持续时间402之后，控制器101在时间戳t1接收来自电解质传感器212的电解质测量值。在持续时间404期间，控制器101确定待提供给致动器208的调整信号，并且在时间戳t2将调整信号发送到致动器208。致动器208在持续时间406之后响应调整信号，因此在时间戳t3，致动器208允许化学物质和水从它们相应的源迁移到混合室204中。在持续时间408之后，混合室204然后在时间戳t4混合其内容物以形成新批次的透析液。
在时间戳t5，旧批次的透析液从混合室204完全耗尽，因此持续时间410指示混合室204开始混合新批次的透析液的内容物与耗尽旧批次的透析液时之间的时间。在一些实施例中，当新批次的透析液在旧批次的透析液耗尽之前准备好时，控制器101不会产生错误。在图4中，通过示出在持续时间410期间在时间戳tf处提供的新鲜的透析液信号来指示这种情况。
在一个实施例中，控制器101可以通过尝试减少时间戳tf与t5之间的持续时间412来优化过程300。这样，新批次的透析液在旧批次的透析液耗尽的同时准备好，使得当在控制器101处接收到新鲜的透析液信号时，控制器101可以确定在获得来自电解质传感器212的电解质测量值之前等待的适当的持续时间402。这样，控制器101给出足够的时间来能够查看新批次的透析液对血液中电解质的影响。
换句话说，控制器101可以监测tprep，即控制器101向致动器208发送调整信号时与控制器101从混合室204接收到新鲜的透析液信号时之间的持续时间。控制器101可以尝试优化tprep使得其持续时间与持续时间406、408和410的总和基本相同。
在一个实施例中，控制器101确定如果在特定时间发送调整信号，则将违反tprep，即在新批次的透析液混合并准备好之前达到时间戳t5。在这种情况下，控制器101可以确定延迟调整信号，基于旧配方混合新批次的透析液，然后在下一个周期提供缓冲的调整信号。这表明在时间戳tf之后，存在控制器101在时间戳t2处向致动器208发送调整信号之前可以等待的最大时间tmax。在一个实施例中，tmax可以被确定为持续时间402、404、406、408和410之和减去tprep。由于tmax取决于时间戳t5，因此在一些实施例中，tmax由控制器101基于离开混合室204的透析液的流动速率和混合室204中的透析液的体积来确定。
在一个实施例中，控制器101还可以监测并尝试调整在控制器101发送调整信号时与控制器101获得电解质测量值时之间的持续时间tc，以确定调整信号对血液中电解质浓度的影响。
图5是根据本公开的一个实施例的用于确定用于患者的个性化透析液配方或处方的流程图。图5是说明由透析系统、例如血液透析系统100执行以确定患者的透析液配方的过程500的流程图。在502，血液透析系统100从患者配置文件加载透析液配方。
在一个实施例中，血液透析系统100可以接收芯片卡或计算机存储器装置、例如包含患者210的透析液配方的闪存驱动器。在一个实施例中，可以从数据库或集中式存储装置获得患者配置文件。作为示例，对于用于在连接的健康网络内安全地分发包括医疗处方在内的信息的系统的描述，请参考Cohen等人的US Pub.No.2018/0316505A1，其通过引用并入本文。
用于治疗的透析液配方是从患者配置文件中选择和加载的。在一个实施例中，所选择的透析液配方是来自患者210经历的先前治疗的最后使用的配方。在另一个示例中，所选择的透析液配方是默认配方、特别是当患者210从未在特定位置经历过透析时。在另一个示例中，所选择的透析液配方是基于来自患者配置文件的先前透析液配方的趋势分析而确定的配方。在另一个示例中，所选择的透析液配方是基于对来自患者的先前透析治疗的电解质测量值的历史趋势分析而确定的配方。
在504，血液透析系统100经由透析液混合系统105，基于从502加载的配方混合第一批透析液。
在506，根据本公开的各种实施例，血液透析系统100经由电解质成分监测器200监测血液电解质并基于电解质测量值调整透析液配方。例如，电解质成分监测器200监测血液电解质并调整过程300中提供的透析液配方。在治疗期间，血液透析系统100在用于当前透析治疗的患者配置文件内创建透析液条目的文件夹或集合。在文件夹内，血液透析系统100可以存储所使用的透析液配方、对应于透析液配方的混合批次的数量以及引导透析液配方的电解质测量值中的一个或多个。
在508，在透析治疗完成之后，血液透析系统100对在506存储的透析液配方进行排序。在一个实施例中，基于每个配方制成的透析液批次的数量对透析液配方进行排序。换句话说，如果血液透析系统100确定透析液批次是有效的(例如，有效地将电解质浓度降低到304中的预定义的范围)，则血液透析系统100可以再次使用该配方，这将增加使用该配方制成的透析液批次的数量，并且将使得血液透析系统100将透析液配方进行更高的排名。在一个实施例中，基于比较相似的透析液配方的趋势分析对透析液配方进行排序，然后组合相似的透析液配方的批次数量，然后基于组合的批次数量对透析液配方组进行排序。
在一个实施例中，具有最高组合批次数量的相似的透析液配方被分析以确定一个代表性配方。代表性配方可以经由一个或多个统计手段来确定、例如可以使用平均值、中值、随机选择等等来确定。
在510，血液透析系统100将具有最高批次数量的透析液配方存储在患者配置文件中。在一个实施例中，根据本公开的实施例确定的代表性配方与透析液配方一起存储。
图6是一个示例计算机系统600的框图。例如，控制器101是这里描述的系统600的一个示例。系统600包括处理器610、存储器620、存储装置630和输入/输出装置640。构件610、620、630和640中的每个可以例如使用系统总线650互连。处理器610处理用于在系统600内执行的指令。处理器610可以是单线程处理器、多线程处理器或量子计算机。处理器610可以处理存储在存储器620中或存储装置630上的指令。处理器610可以执行有助于执行归因于电解质成分监测器200的功能的操作。
存储器620在系统600内存储信息。在一些实施方式中，存储器620是计算机可读介质。例如，存储器620可以是像同步随机存取存储器(SRAM)那样的易失性存储器或者像闪存这样的非易失性存储器。
存储装置630能够为系统600提供大容量存储。在一些实施方式中，存储装置630是非暂时性计算机可读介质。存储装置630可以包括例如硬盘装置、光盘装置、固态驱动器、闪存驱动器、磁带或一些其它大容量存储装置。替代性地，存储装置630可以是云存储装置，例如，包括分布在网络上并使用网络访问的多个物理存储装置的逻辑存储装置。在一些实施方式中，存储在存储器620上的信息也可以存储在存储装置630上。
输入/输出装置640为系统600提供输入/输出操作。在一些实施方式中，输入/输出装置640包括网络接口装置(例如，以太网卡)、串行通信装置(例如，RS-232 10端口)和/或无线接口装置(例如，短程无线通信装置、802.11卡、3G无线调制解调器或4G无线调制解调器)中的一个或多个。在一些实施方式中，输入/输出装置640包括驱动器装置，所述驱动器装置被配置成能够接收输入数据并将输出数据发送到其它输入/输出装置，例如键盘、打印机和显示装置(例如触摸屏118)。在一些实施方式中，输入/输出装置640接收透析液处方(例如，无线地)，以供血液透析系统100处理。在一些实施方式中，移动计算装置、移动通信装置和其它装置被用于发送透析液处方。
如上所述，根据本公开的实施例的透析液混合系统可以特别使用基于公式、配方或处方的多种化学浓缩物来按需生成和/或制造一定量的透析液。在一些示例中，可以使用一个或多个人工智能和/或机器学习(AI-ML)算法、数据集或模型来生成公式、配方或处方。在某些情况下，人工智能(AI)算法可以包括诸如机器学习(ML)算法和/或深度学习(DL)算法等的子学科。AI、ML和/或DL算法以及附加和/或替代的数学模型/建模可以用于生成用于患者的个性化透析处方。下面将更详细地描述透析处方的生成。
特别地，血液透析的目标是实现电解质稳态。然而，基于每月一次的血清化学测量值，利用固定的电解质浓度去除溶质，可能与透析期间非生理性的电解质快速转移相关联和/或可能使得透析期间非生理性的电解质快速转移，从而引发心律失常和心源性猝死，这是透析患者死亡的主要原因。需要根据治疗期间血清电解质水平的实时变化来个性化和持续调整透析液成分的能力，以解决透析中电解质快速转移所引起的危险。
目前世界范围内肾病学家/医务人员短缺，这使得患者难以获得自己的个性化透析处方。随着全球肾病患者人数的增加，这一点尤其如此，这也使得肾病学家花费更少的时间与患者相处。此外，即使患者接受了自己的个性化透析处方进行治疗，目前也很少有工具，如果有的话，来分析个性化透析处方如何影响患者的结果。此外，有大量可用的透析患者以前的治疗信息和结果，但没有实施机制来使用这些大量数据来获得洞察力以生成新的透析处方。在过去的几十年中，今天的透析治疗基本上保持不变。本公开描述了诸如使用AI-ML算法和/或模型来生成个性化透析处方的技术工具和方法。通过使用AI-ML算法，可以生成并提供更准确的个性化透析处方来治疗患者，从而更好地预防心律失常、心源性猝死和/或其它医疗并发症。除了改善的患者利益和更高地准确性以外，还可以使用AI-ML算法以自动化的方式实时地生成和控制个性化透析处方，这可能有助于解决肾病学家日益短缺以及肾脏疾病患者增加的问题。
如本文所述，透析系统(例如，包括血液透析机器102的血液透析系统100)被设计成生成可以针对每个治疗和/或患者个性化的完全可定制的透析液处方。此外，该处方可以在整个治疗过程中不断调整。换句话说，透析系统与在线即时血清电解质评估相结合，可以在治疗期间精确控制电解质水平，从而可能降低由于电解质稳态不足而导致的死亡率。此外，按需生成小批量透析溶液的能力有助于解决家庭血液透析的一个重要且常见的障碍，即输送和存储用于制备透析处方的大量浓缩物的必要性。
透析系统还旨在实现适当的体液平衡，以使血液-水体积正常化并减轻流体过载的症状(肿胀、高血压、肺水肿)。经由膳食来源或透析液获得的细胞外流体体积的主要决定因素钠可以显著改变流体平衡。从透析液中摄入过量的钠可能使得流体过载，甚至住院或死亡。因此，临床医生试图限制钠浓度。然而，较高的透析液钠也可以改善低血压和/或肌肉痉挛的症状。在确定透析液钠处方时，临床医生可能需要在平衡过量的钠输送和症状缓解之间做出艰难的选择。使问题复杂化的是，透析前的血浆钠水平因患者而异，甚至因同一患者的治疗而异。为了改进容量调节，理想的透析机器将有能力在单次透析期期间测量血浆钠并调整透析液到血清的浓度梯度。这与通过受控和安全的超滤(UF)速率有效去除流体相结合，可以大大增强患者和治疗水平的个性化容量调节。此外，应为患者提供查看和管理容量状态的工具，所述状态由血浆和处方透析液中的实时钠值暗示。
图8是描绘具有网络能力的一个示例性个性化和按需透析系统800的简化框图。系统800包括处方者的办公室804、网络802、数据存储系统808、企业web服务器810和患者的住所812。系统800内的实体和装置可以连接到网络802和/或通过网络802进行通信。网络802可以是诸如互联网之类的全球区域网络(GAN)、广域网(WAN)、局域网(LAN)或任何其它类型的网络或网络的组合。网络802可以在系统800内的实体之间提供有线、无线或有线和无线的组合通信。在一些情况下，web服务器810可以在不使用网络802的情况下与数据存储系统808通信。例如，web服务器810可以使用诸如WI-FI或蓝牙的一个或多个通信协议和/或有线连接来与数据存储系统808进行通信。在一些示例中，数据存储系统808可以包括在web服务器810中。
在操作中，处方者的办公室(例如，肾病学家的办公室)804可以使用网络802以与系统800内的一个或多个装置、住所和/或其它系统进行通信。在一些示例中，诸如肾病学家的处方者可能会为患者开具透析处方。透析处方可以是个性化的。例如，处方可以指示用于特定患者的不同水平的电解质，例如钠、钾、镁、钙，和/或其它处方/参数。
处方者可以使用计算装置(例如，计算装置805)来输入指示透析处方的信息。例如，处方者的办公室可以包括处方者计算装置805。计算装置805可以包括用于与系统800内的一个或多个装置通信的一个或多个处理器、存储器和/或附加的构件。在一些示例中，在输入处方之后，处方者计算装置805可以向数据存储系统808提供信息。
数据存储系统808可以是存储信息和/或与系统800内的一个或多个装置通信的任何系统或系统组。例如，数据存储系统808可以在从处方者计算装置805和/或包括来自其它处方者/肾病学家的计算装置的其它计算装置接收到信息之后存储用于一个或多个患者的个性化处方。数据存储系统808还可以存储过去的患者信息、给出的处方，和/或可以接收跟踪处方/患者结果的信息。例如，可以将第一次进入透析的新患者放入适用的群(例如，通过使用下面描述的ML算法)，并且可以由机器学习和/或人工智能(AI-ML)算法引擎816建议处方。肾病学家可以选择接受、编辑或拒绝该建议。
患者的住所812可以是患者的住所或家。处方者的办公室804和/或患者的住所812可以包括按需透析机器806和814。在一些情况下，按需透析机器806和/或814可以是图1中所示的透析系统(例如，血液透析系统100和/或血液透析机器102)，并且可以用于对患者执行包括血液透析治疗在内的透析治疗。例如，患者可以使用第一按需透析机器806在处方者的办公室接受治疗。附加性地，和/或替代性地，患者可以使用第二按需透析机器814在患者的住所812接受治疗。由第一和/或第二按需透析机器806和/或812执行的治疗可以基于个性化透析处方。例如，如上所述，透析机器102的控制器101可以计算用于透析液的化学成分并基于透析处方创建用于患者的透析液批次。在一些情况下，透析机器806和/或812可能能够生成具有固定配方的“标准”透析液。在一些示例中，整个治疗持续时间所需的批次可以按照处方者的程序/发送到机器的信息顺序地进行。待进行的批次总数可能取决于透析治疗的持续时间和透析液流量(毫升/分钟(ml/min))。在一些变型中，按需透析机器806和/或814可以是腹膜透析(PD)机器。在按需透析机器806和/或814是PD机器的情况下，PD流体可以在护理点处用特定过滤器进行消毒。在一些示例中，按需透析机器806和/或814可以包括用于制备透析液的水净化系统。
第一和第二按需透析机器806和/或814可以从系统800内的一个或多个装置、例如处方者计算装置805和/或数据存储系统808中通信和接收用于患者的个性化处方。例如，第一和/或第二按需透析机器806、814可以向数据存储系统808提供患者识别信息。作为响应，第一和/或第二按需透析机器806、814可以从数据存储系统808接收个性化处方。第一和/或第二按需透析机器806、814可以使用个性化处方为患者提供个性化透析治疗。换句话说，通过包括诸如数据库、服务器、云计算平台等等的通信装置，患者可以在他们自己的住所812和/或在诸如处方者的办公室804的诊所中接受他们的个性化透析治疗。
在治疗已经完成之后，第一和/或第二按需透析机器806、814可以向数据存储系统808提供包括治疗结果的治疗信息。例如，数据存储系统808可以存储用于患者和/或其它患者的先前透析治疗。
在一些情况下，可以使用AI-ML算法和/或数据集向处方者推荐用于患者的一种或多种透析治疗。处方者可以接受、修改和/或拒绝来自机器学习和/或人工智能算法的推荐治疗。例如，web服务器810可以是系统800内的一个或多个服务器和/或其它系统。web服务器810可以包括执行AI-ML算法引擎816的一个或多个处理器。
AI-ML算法引擎816可以使用一个或多个AI-ML算法和/或数据集来确定用于患者的个性化透析处方并将其推荐给肾病学家。例如，用于确定用于患者的个性化透析处方的数据集可以用于开发有监督的ML算法(例如，人和/或另一个装置指示引擎816AI-ML数据集应该学习什么并提供数据以训练和测试该数据集)。附加性地，和/或替代性地，AI-ML数据集可以用于开发无监督的AI-ML算法。对于无监督的AI-ML数据集，人和/或另一个装置向引擎816提供大量数据以训练和测试AI-ML算法，但不指示引擎816关于算法和/或数据集应该学习什么。基于大量数据，引擎816可以使用经过训练的AI-ML数据集来确定并形成相似的患者群。患者群可以与一个或多个个性化透析处方相关联。
换句话说，引擎816可以接收信息(例如，大量数据)，例如过去的处方(例如，先前开具的个性化透析处方)、结果和潜在的推荐处方。使用该信息，引擎816可以训练、测试和/或实施AI-ML算法。引擎816可以将与新的或现有的患者相关联的信息输入到训练的AI-ML数据集中，并且训练的AI-ML数据集可以输出与新的或现有的患者相关联的患者群。例如，患者群可以是类似患者的群或组、例如高钾血症患者群。这些患者群中的每一个都可以与一个或多个个性化透析处方相关联。
在一些变型中，数据集可以用于增强的AI-ML算法。对于增强的AI-ML，引擎816可以使用奖励状态来训练AI-ML算法(例如，如果响应改善了当前状态，则奖励，如果没有，则惩罚)。
AI-ML算法引擎816可以从数据存储系统808接收治疗信息。该信息可以包括但不限于过去的处方、结果和/或推荐的处方。基于接收到的信息，AI-ML算法引擎816可以训练AI-ML数据集以用于确定患者群和/或用于患者的个性化处方。在一些情况下，AI-ML算法引擎816可以从诸如一个或多个透析机器(例如，第一和/或第二按需透析机器806、814)的一个或多个装置接收训练信息。例如，大量的数据(“大数据”)可以分为训练数据(～70％)和测试数据(～30％)。引擎816可以具有特定目标(例如，发现由于透析处方引起的输入即患者疾病状况与输出患者状况之间的关联)。引擎816可以使用诸如支持向量机器(SVM)和/或K最近邻(kNN)之类的方法来实现这个目标。例如，引擎816可以基于数据内不同患者的关联或相似性使用SVM和kNN来形成患者群。
在训练AI-ML模块之后，AI-ML算法引擎816可以将新数据(例如，与新的或现有的患者相关联的数据)输入到训练的AI-ML模块中，以确定和/或识别特定的患者群和/或用于患者的治疗组。患者群或治疗群可以是具有相似症状、医学状况和/或接受相似医学治疗的患者的群或组。例如，患者/治疗群可以是患有诸如终末期肾病(ESRD)中的常见电解质失衡、低钠血症、高钾血症等等医疗状况的患者群。AI-ML算法引擎816可以使用关于患者结果的过去数据集为新患者或现有的患者推荐个性化处方。
AI-ML算法引擎816可以将来自AI-ML数据集的输出(例如，识别的患者群和/或个性化处方)提供给诸如处方者计算装置805、第一按需透析机器806和/或第二按需透析机器814的装置。第一和/或第二按需透析机器806、814可以使用由AI-ML算法引擎816确定的个性化透析处方对患者执行透析治疗。例如，参考图5和502，控制器101可以加载由AI-ML算法引擎816生成的透析液配方(例如，个性化透析处方)。然后，过程500可以如上文在图5中描述的那样进行。
在一些示例中，处方者(例如，肾病学家)可以审查、检查、修改、修订、接受、拒绝和/或覆盖由AI-ML推荐的输出(例如，处方)。例如，处方者计算装置805可以接收AI-ML数据集的输出(例如，所识别的数据群和/或个性化处方)并使得显示该输出。处方者可以向处方者计算装置805提供指示输出是否可接受和/或对输出的附加修改/修订的用户输入。处方者计算装置805可以向AI-ML算法引擎816提供用户输入(例如，来自AI-ML数据集的输出是否可接受和/或对输出的修改/修订)。AI-ML算法引擎816可以使用这些数据来训练和/或进一步训练AI-ML数据集。
在一些情况下，引擎816可以向处方者计算装置805提供用于患者的所识别的患者群或治疗群。处方者使用装置805可以提供指示所识别的患者群或治疗群是否可以接受的输入。如果患者/治疗群是可接受的，则处方者计算装置805可以确定用于患者的个性化透析处方(例如，处方者可以基于患者/治疗群开具透析处方)。附加性地，和/或替代地，如果所识别的患者/治疗群是不可接受的，则处方者可以提供指示用于患者的新的或修改的患者/治疗群的附加的输入。指示患者/治疗群是否可接受的输入以及指示新的或修改的患者/治疗群的附加的输入可以被提供回引擎816，并且引擎816可以使用该输入来训练/进一步训练AI-ML数据集。
在一些示例中，引擎816可以向处方者计算装置805提供用于患者的个性化透析处方。处方者使用装置805可以提供指示所确定的个性化透析处方是否可接受的输入。附加性地，和/或替代性地，如果所确定的个性化透析处方不可接受，则处方者可以提供指示用于患者的新的或修改的个性化透析处方的附加的输入。指示个性化透析处方是否可接受的输入以及指示新的或修改的个性化透析处方的附加的输入可以被提供回引擎816并且引擎816可以使用该输入来训练/进一步训练AI-ML数据集。
在确定个性化透析处方之后，处方者计算装置805可以向第一和/或第二按需透析机器806和/或814提供指示个性化透析处方的信息。第一和/或第二按需透析机器806和/或814可以基于个性化透析处方向患者提供透析治疗。
在一些变型中，患者可以在家中接受治疗(例如，使用第二按需透析机器814)。第二按需透析机器814在执行透析治疗之前可能需要患者登录。例如，第二按需透析机器814可以接收指示指纹、代码(例如，QR代码)和/或指示患者身份的其它标识的用户输入。第二按需透析机器814可以验证或拒绝患者识别。基于对患者的验证，第二按需透析机器814可以使用个性化透析处方对患者执行透析治疗。
图9示出了用于使用AI-ML向患者提供个性化透析处方和治疗的一个示例性过程900。在操作中，在框902，可以将过去的治疗和/或其它信息(例如，先前确定的透析处方和/或基于处方的患者结果)存储在数据存储系统808中。AI-ML算法引擎816可以从数据存储系统808中检索该信息。
在框904，AI-ML算法引擎816(例如，人工智能(AI)模块)使用一个或多个AI-ML算法将患者置于特定患者群中，比较过去的处方结果/其它信息，并推荐个性化处方。
在框906，AI-ML算法引擎816基于来自AI-ML算法的输出生成数字患者配置文件和/或附加的数据。该配置文件包括诸如患者属于特定患者群和推荐的个性化透析处方等信息。
在框908，可以审查、修改/修订、接受/拒绝/覆盖来自数字患者配置文件的个性化透析处方和/或群。例如，AI-ML算法引擎816可以将个性化透析处方/群提供给处方者计算装置805。处方者计算装置805可以显示透析处方和/或群。然后，肾病学家可以审查、修改、修订、接受、拒绝和/或覆盖来自AI-ML算法引擎816的输出(例如，推荐的透析处方/群)。
在框910，将处方发送到一个或多个透析机器，例如患者的住所812中的透析机器814。例如，处方者计算装置805可以将处方/群提供给透析机器806和/或814。附加性地，和/或替代性地，可以首先将处方发送到数据库(例如，数据存储系统808)和/或云计算服务。然后，数据库/云计算服务可以将其转发给透析机器，例如家用血液透析机器。
在框912，透析机器(例如，806和/或814)验证患者的身份，基于处方制备透析液，并执行透析治疗。例如，在接收到个性化透析处方之后，透析机器可能会提示患者登录并验证其身份。如果患者没有得到验证，治疗将被拒绝/取消。如果患者得到了验证，则透析机器可能会提示患者确保电源已打开、水已连接、盒已加载、其它预处理准备已完成和/或其连接到血液回路。然后基于个性化透析处方制备透析液。该机器可以基于盒中的药片形式中所含的化学物质制造任何流体。在准备工作完成之后，患者可以接受如上所述的透析治疗。
尽管在过去和在使用AI-ML之前进行了数百万次血液透析治疗，但是收集的数据很少用于了解患者发病率、开具的处方与结果之间的趋势。随着AI-ML的出现，诸如kNN和/或SVM等数据科学方法可以用于定义患者群(例如，ESRD低钠血症、高钾血症中常见的电解质失衡)。例如，可以将进入需要透析的5期ESRD的新患者分类到适用的群中。由于已经检查了过去的处方和结果以了解这一趋势，因此可以使用这些信息为患者开具个性化透析处方。
在一些情况下，引擎816可以检查在各种诊所中使用的钙(Ca)处方。在一些示例中，引擎816可以确定可能不是很明显的合并症(例如，低钾血症患者也可能患有低镁血症)之间的关联，并且使用所确定的关联来确定个性化透析处方。
本文中引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均以相同的程度并入本文作为参考，就好像每个参考文献被单独且具体地指示通过引用并入并在本文中全文阐述一样。
在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)使用的术语“一”和“一个”以及“该”和“至少一个”以及类似的指称将被解释为包括单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。使用术语“至少一个”后跟一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)应被解释为表示从所列项目(A或B)中选择的一个项目或所列项目(A和B)中的两个或多个的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包括”和“包含”将被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非在本文中另有说明，否则本文中数值范围的列举仅仅旨在用作单独引用落入该范围内的每个单独的值的速记方法，并且每个单独的值被并入说明书中，就好像它在本文中单独列举一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。本文中提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅旨在更好地阐明本发明并且不对本发明的范围构成限制，除非另有声明。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于本发明的实践是必不可少的。
本文中描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。那些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员在阅读上述描述后会变得清楚易懂。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这样的变化，并且发明人打算以不同于本文中具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括在适用法律允许的情况下对所附权利要求中记载的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明包括上述元素的所有可能的变型中的任何组合。

Claims (20)

1.一种个性化和按需透析系统，包括：
处方推荐服务器，其配置成能够：
从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；
基于所述患者信息确定用于所述新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与所述新患者相关联的特定患者群；以及
将用于所述新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器；以及
所述按需透析机器，其配置成能够：
从所述处方推荐服务器接收用于所述新患者的个性化透析处方；以及
基于所述个性化透析处方对所述新患者执行透析治疗。
2.根据权利要求1所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方推荐服务器配置成能够基于使用一个或多个透析处方机器学习和/或人工智能(AI-ML)模型来确定用于所述新患者的个性化透析处方。
3.根据权利要求2所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方推荐服务器配置成能够基于使用所述一个或多个透析处方AI-ML模型，通过以下方式确定所述个性化透析处方：
将患者信息输入到所述一个或多个透析处方AI-ML模型以确定特定患者群，其中，所述特定患者群与所述新患者的医疗状况相关联；以及
基于所述特定患者群确定所述个性化透析处方。
4.根据权利要求2所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方推荐服务器还配置成能够：
基于接收到的训练信息训练所述一个或多个透析处方AI-ML模型以确定所述接收到的训练信息内的关联。
5.根据权利要求4所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方推荐服务器还配置成能够：
接收所述训练信息，其中，所述训练信息包括提供给多个患者的过去的处方、与使用所述过去的处方执行透析治疗相关联的结果、以及多个推荐的透析处方。
6.根据权利要求2所述的个性化和按需透析系统，其中，所述一个或多个透析处方AI-ML模型包括有监督的AI-ML模型，其中，所述有监督的AI-ML模型是支持向量机器(SVM)模型或K最近邻(kNN)模型。
7.根据权利要求1所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方者计算装置和所述按需透析机器都物理上位于处方者的办公室。
8.根据权利要求1所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方者计算装置物理上位于与第一地理位置相关联的处方者的办公室，以及
所述按需透析机器物理上位于新患者的住所，其中，所述住所与不同于所述第一地理位置的第二地理位置相关联。
9.根据权利要求1所述的个性化和按需透析系统，其中，所述处方推荐服务器还配置成能够：
将用于所述新患者的个性化透析处方传输到所述处方者计算装置；以及
从所述处方者计算装置接收指示对所述个性化透析处方的一个或多个调整的处方者信息，以及
所述处方推荐服务器配置成能够通过传输具有由所述处方者信息指示的一个或多个调整的个性化透析处方来传输用于所述新患者的个性化透析处方。
10.一种方法，包括：
通过处方推荐服务器从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；
基于所述患者信息确定用于所述新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与所述新患者相关联的特定患者群；以及
将用于所述新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器，其中，所述按需透析机器基于所述个性化透析处方对所述新患者执行透析治疗。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，基于使用一个或多个透析处方机器学习和/或人工智能(AI-ML)模型确定用于所述新患者的个性化透析处方。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，基于使用所述一个或多个透析处方AI-ML模型确定所述个性化透析处方包括：
将患者信息输入到一个或多个透析处方AI-ML模型以确定特定患者群，其中，所述特定患者群与所述新患者的医疗状况相关联；以及
基于所述特定患者群确定所述个性化透析处方。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括：
基于接收到的训练信息训练所述一个或多个透析处方AI-ML模型以确定所述接收到的训练信息内的关联。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括：
接收所述训练信息，其中，所述训练信息包括提供给多个患者的过去的处方、与使用所述过去的处方执行透析治疗相关联的结果、以及多个推荐的透析处方。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个透析处方AI-ML模型包括有监督的AI-ML模型，其中，所述有监督的AI-ML模型是支持向量机器(SVM)模型或K最近邻(kNN)模型。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述处方者计算装置和所述按需透析机器都物理上位于处方者的办公室。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述处方者计算装置物理上位于与第一地理位置相关联的处方者的办公室，以及
所述按需透析机器物理上位于新患者的住所，其中，所述住所与不同于所述第一地理位置的第二地理位置相关联。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法还包括：
将用于新患者的个性化透析处方传输到所述处方者计算装置；以及
从所述处方者计算装置接收指示对所述个性化透析处方的一个或多个调整的处方者信息，以及
传输用于所述新患者的个性化透析处方包括传输具有由所述处方者信息指示的一个或多个调整的个性化透析处方。
19.一种在其上存储有处理器可执行指令的非暂时性计算机可读介质，其中，所述处理器可执行指令在被执行时促进：
从处方者计算装置接收与新患者相关联的患者信息；
基于所述患者信息确定用于所述新患者的个性化透析处方，其中，所述个性化透析处方指示与所述新患者相关联的特定患者群；以及
将用于所述新患者的个性化透析处方传输到按需透析机器，其中，所述按需透析机器基于所述个性化透析处方对所述新患者执行透析治疗。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中，基于使用一个或多个透析处方机器学习和/或人工智能(AI-ML)模型确定用于所述新患者的个体化透析处方。
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