流體分析儀和相關(guān)聯(lián)方法
【專利說明】
[0001 ]相關(guān)申請
[0002] 本申請要求享有于2013年3月15日遞交的美國臨時專利申請序列號61/794,712和 于2014年3月14日遞交的美國非臨時專利申請序列號14/212,336的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通 過引用并入本文。
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦資助的聲明
[0004] 沒有設(shè)想或縮減本發(fā)明的實施例以通過聯(lián)邦資助或補(bǔ)助來實施。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明的實施例涉及其中期望知道從流體源諸如個體的胸腔移除的流體的量的 治療裝備和方法。
【背景技術(shù)】
[0006] 有幾種疾病狀態(tài)和損傷，需要從患病個體的胸腔移除流體。臨床醫(yī)生監(jiān)測所移除 的流體的量，以便確定愈合過程的進(jìn)展、疾病的進(jìn)展和用于實現(xiàn)這樣的引流的設(shè)備的功能。 通常，患者具有插入到胸腔中的引流管并且該管引流到稱為胸腔引流裝置(CDU)的特殊密 閉容器中。存在用于測量密封容器中的流體的各種裝置并且每個裝置與成本相關(guān)聯(lián)，無論 是在作出觀察或測量的臨床醫(yī)生的時間方面，還是在提供用于作出測量并且使臨床醫(yī)生或 醫(yī)院信息系統(tǒng)注意到測量數(shù)據(jù)的傳感器和信令設(shè)備的裝備成本方面。
[0007] 例如，但不限于，一些設(shè)備的特征在于用于測量容器的重量或改變的重量的一個 或多個應(yīng)變計。隨著應(yīng)變計的精度增加，應(yīng)變計變得更昂貴并且更容易受到損壞。應(yīng)變計特 別容易被損壞，并且如果設(shè)計得較可靠穩(wěn)定則對重量改變具有較小的分辨率。
[0008]記錄患者的流體引流體積水平所需的、臨床人員對CDU上的患者的監(jiān)測是棘手、費 時并且因此昂貴的，并且不像原本可能需要的那樣頻繁地測量或檢查。引流設(shè)備通常被保 持在地板上，并且要求臨床醫(yī)生四肢著地趴下來讀取流體液位，并且例如在使用期間CDU不 小心被碰倒則還要記得調(diào)整誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實施例旨在提供用于在具有引流管的患者中確定至少一個患者參數(shù)的 方法、計算機(jī)程序和設(shè)備，所述引流管具有第一端和第二端，所述第一端裝配到患者胸腔 中，并且第二端接納在收集容器中。如本文所用，術(shù)語"患者參數(shù)"是指與引流管相關(guān)聯(lián)的患 者參數(shù)，以舉例而不是限制的方式，包括:從胸腔移除的流體(氣體和/或液體)的體積、移除 流體的流率、保持所移除的流體的液體部分的容器的本體積、過濾設(shè)備和管的本功能以及 患者呼吸狀態(tài)。
[0010] 本發(fā)明的方法、計算機(jī)程序和設(shè)備的實施例的特征在于，所述收集容器和引流管 中的至少一者具有:第一壓力傳感器，所述第一壓力傳感器感測（i)接近所述收集容器的位 置中的所述引流管和（ii)所述收集容器中的至少一者內(nèi)的壓力；以及第二壓力傳感器，所 述第二壓力傳感器感測遠(yuǎn)離所述收集容器的位置處的所述引流管內(nèi)的壓力。也就是說，所 述第一壓力傳感器與所述收集容器緊密地相關(guān)聯(lián)，不管是位于所述收集容器內(nèi)還是靠近所 述收集容器的引流管中。所述第二壓力傳感器位于遠(yuǎn)離所述收集容器的引流管中，更接近 患者。
[0011]所述方法包括從所述第一壓力傳感器獲得至少第一壓力值和從所述第二壓力傳 感器獲得至少第一壓力值的步驟。所述方法進(jìn)一步包括通過非線性求解器由所述壓力值計 算至少一個患者參數(shù)的步驟。
[0012] 本發(fā)明方法的一個實施例的特征在于，使每個壓力值與時間相關(guān)聯(lián)并且隨時間獲 得多個連續(xù)壓力值。所述連續(xù)壓力值優(yōu)選在時間上以定時間隔分開;也就是說，它是周期性 的。
[0013] 本發(fā)明方法的實施例非常適合由計算機(jī)裝置執(zhí)行。如本文所用，術(shù)語"計算機(jī)裝 置"是指在設(shè)備內(nèi)部或與設(shè)備分開和不同地承載的計算機(jī)或中央處理單元(CPU)，諸如在大 型計算機(jī)上承載的CPU、服務(wù)器、傳統(tǒng)的臺式計算機(jī)和膝上型計算機(jī)、微控制器、車載計算機(jī) 諸如樹莓派(RaspberryPi)以及手持式通信設(shè)備諸如手機(jī)和平板設(shè)備、通過互聯(lián)網(wǎng)和/或無 線通信設(shè)備鏈接的場外計算機(jī)等。優(yōu)選地，將第一壓力值和連續(xù)壓力值存儲在計算機(jī)存儲 器中。如本文所用，術(shù)語"計算機(jī)存儲器"是指數(shù)據(jù)存儲，例如與CPU信號通信并且可以由這 樣的CPU處理的芯片、盤、存儲器驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、閃存驅(qū)動器等。例如，CPU從存儲器存 取這種第一時間壓力值和連續(xù)壓力值并且執(zhí)行對這種數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、計算至少一個患者參 數(shù)并且產(chǎn)生顯示所述一個患者參數(shù)的輸出的步驟。
[0014] 如本文所用，術(shù)語"非線性求解器"是指假設(shè)/模型數(shù)學(xué)計算機(jī)程序意義上的機(jī)器 學(xué)習(xí)過程。用已知的輸入和輸出對非線性求解器進(jìn)行訓(xùn)練，并且導(dǎo)出或編程經(jīng)訓(xùn)練的非線 性求解器，以接收第一壓力值和第二壓力值以及所有其他連續(xù)壓力值，通過假設(shè)/模型對這 樣的值進(jìn)行處理，以獲得患者參數(shù)。
[0015] 實施例的特征在于以從由支持向量機(jī)方案、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和遺傳編程 組成的組中選擇的一種或多種方案來實施的非線性求解器。詳細(xì)的討論將以線性回歸假設(shè) 和機(jī)器學(xué)習(xí)過程的形式描述非線性方程。
[0016]例如，一個非線性方程是線性回歸假設(shè)：
[0017]
[0018]如上所用：
[0019] T =表示當(dāng)前時間（t = 0)，或在數(shù)據(jù)之后的固定時間的點 [0020] t =整數(shù)時間樣本，0最新，N最老
[0021] 以1，7)=取決于1和7的未知函數(shù)
[0022] h(T)=流體罐中的流體的體積
[0023] Pv(t) =出口處的作為時間的函數(shù)的壓力，
[0024] Pc(t) =患者的⑶U側(cè)的作為時間的函數(shù)的壓力，
[0025] N=計算所需的時間樣本的數(shù)
[0026] Theta =下面列出的所有Theta的集
[0027] Thetabias =針對假設(shè)的任意DC偏差常數(shù)
[0028] The tac, t =針對在時間t的⑶U壓力的任意參數(shù)系數(shù)
[0029] Thetav,t =針對在時間t的出口壓力的任意參數(shù)系數(shù)。
[0030]線性回歸方程具有用"m"個值的訓(xùn)練集表示的成本函數(shù)J，表示如下：
[0031]
[0032] 用"m"個項的訓(xùn)練集來確定未知的"Theta"值，如下：
[0033]
[0034] 例如，但不限于，通過從由梯度下降、粒子群優(yōu)化和人工蜂群組成的組中選擇的一 種或多種優(yōu)化算法來求解非線性方程及其導(dǎo)數(shù)。
[0035] 所述一個方法的特征在于如下推導(dǎo)的Theta:
[0036]
[0037] J(Theta)的偏導(dǎo)數(shù)表示為：
的偏差(Bias)、Pv或PC參數(shù)。[0039]將體現(xiàn)本發(fā)明的特征的另一個非線性方程表示為：
[0038] 其中Xx是與Thetax相關(guān)聯(lián) ，
[0040]
[0041 ]其中：
[0042] T =表示當(dāng)前時間（t = 0)，或在數(shù)據(jù)之后的固定時間點
[0043] t =整數(shù)時間樣本，0最新，N最老
[0044] f (x，y)=取決于X和y的未知函數(shù)
[0045] h(T)=流體罐中的流體的體積
[0046] Pv(t) =出口處的作為時間的函數(shù)的壓力，
[0047] Pc(t) =患者的⑶U側(cè)的作為時間的函數(shù)的壓力，
[0048] N=計算所需時間樣本數(shù)
[0049] The ta=以下列出的所有Theta的集
[0050] Thetabias =針對假設(shè)的任意DC偏差常數(shù)
[0051 ] Theta。,t =針對在時間t的⑶U壓力的任意參數(shù)系數(shù)
[0052] Thetav,t =針對在時間t的出口壓力的任意參數(shù)系數(shù)。
[0053] 本發(fā)明的進(jìn)一步的實施例旨在提供用于確定至少一個患者參數(shù)的計算機(jī)可讀程 序。所述計算機(jī)可讀程序包括用于使具有存儲器的計算機(jī)處理單元從第一壓力傳感器獲得 至少一個第一壓力值并且從第二壓力傳感器獲得至少一個第一壓力值的指令。所述計算機(jī) 可讀程序進(jìn)一步指令計算機(jī)裝置通過非線性求解器由所述壓力值來計算至少一個患者參 數(shù)。
[0054] 計算機(jī)可讀程序在計算機(jī)裝置上操作或運行，以接收所述至少一個第一壓力值和 例如采用定時間隔的隨時間的任何連續(xù)壓力值，并且將這樣的數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。組織 和使用所述數(shù)據(jù)以計算用于顯示的一個或多個患者參數(shù)。根據(jù)上述非線性方程和方法對數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理。
[0055] 本發(fā)明的進(jìn)一步的實施例涉及一種用于確定至少一個患者參數(shù)的設(shè)備。所述設(shè)備 包括:第一壓力傳感器，所述第一壓力傳感器被構(gòu)造和布置為感測（i)接近收集容器的位置 中的引流管或（ii)收集容器本身中的至少一者內(nèi)的壓力；以及第二壓力傳感器，所述第二 壓力傳感器被構(gòu)造和布置為感測遠(yuǎn)離收集容器的位置處的引流管內(nèi)的壓力。所述第一壓力 傳感器和所述第二壓力傳感器被構(gòu)造和布置用于放置為與具有存儲器的計算裝置信號通 信，以從所述第一壓力傳感器獲得第一壓力值并且從所述第二壓力傳感器獲得第一壓力 值。所述計算機(jī)裝置通過非線性求解器由所述壓力值來計算至少一個患者參數(shù)。
[0056]優(yōu)選的設(shè)備包括計算機(jī)裝置。所述計算機(jī)裝置優(yōu)選接收多個第一壓力值和例如但 不限于采用定時間隔的隨時間的任何連續(xù)壓力值，所述多個第一壓力值和例如但不限于采 用定時間隔的隨時間的任何連續(xù)壓力值被存儲在存儲器中、被組織和處理以計算一個患者 參數(shù)。
[0057] 組織和使用所述數(shù)據(jù)以計算用于顯示的一個或多個患者參數(shù)。根據(jù)上述非線性方 程和方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且在