CN104958074B - 具有集成的闭环控制器的患者监测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测和控制患者(1)的系统，具有用于俘获患者信号的患者传感器(2)，以及用于为用户提供关于所俘获的患者信号的信息的用户接口(6)，其中所述系统包括集成的闭环控制器(4)，为所述闭环控制器馈送所述患者信号并且所述闭环控制器控制用于治疗所述患者(1)的患者治疗装置(5)。于是，提供了一种监测和控制患者的简单而有效的方法。

Description

具有集成的闭环控制器的患者监测器

本申请是2009年3月11日提交的申请号为200980109553.8、名称为“具有集成的闭环控制器的患者监测器”的分案申请。

技术领域

本发明涉及患者监测领域，尤其涉及经由闭环控制器的组合的患者监测和患者生理变量的控制。

背景技术

患者监测器广泛用于医院中，尤其是重症监护室和早产儿病房中。利用这种患者监测器收集一个或多个(通常的)生理变量，如果有必要，对其加以处理并显示给类似护理人员的用户。此外，通常，患者监测器也适于在一个或多个所收集变量超过相应预定义阈值时提供报警。

一种患者监测器，其通过包括以下特征来定义：

-测量至少一个生理信号，以及

-针对至少一个所测量信号和/或至少一个经接口得到的生理信号的报警能力。

此外，患者监测器可以包括一个或多个以下特征：

-用于控制外部设备的至少一个外部信号，该外部设备即用于治疗患者的医疗设备。

-使所测得的和经接口得到的生理信号可视化的用户接口可能。

-针对所测得的和经接口得到的生理信号的趋势化可能。

-分析实际和经趋势化的所测得的和经接口得到的生理信号的可能，即，具有临床判定支持系统。

-与用户交互并让用户手动输入数据和生理与非生理数据的注释的可能。

-将所俘获和经处理的数据传输到有线或无线连接的医疗系统解决方案，例如中心站、医院信息系统、电子病历。

患者监测器无须布置于所有功能共有的单一装置中，而可以是具有分布式单元的系统。

此外，已知有使用用于控制算法的患者变量来计算用于治疗患者的信号的生理闭环系统。这常常有局限，即，该特定患者信号上的任何干扰都会导致不能执行控制调节，或者甚至更坏地，所做的控制调节方向错误。在生理闭环系统中，治疗患者所用的患者治疗装置的传递函数、患者自身、有时还有患者变量的测量不是恒定的，受到若干外在因素的影响。

原则上，自动闭环系统会通过部分取代护理人员关于供氧调节、药物处理或患者其他治疗的动作来减轻他们的工作负荷。然而，实际上定期检查患者对患者的治疗变化的反应是必要的，这对于护理人员而言是繁重的并可能对患者而言是烦扰的。因为这一原因和其他原因，对生理闭环系统的接受程度仍然低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测和控制患者的简单而有效的方法。

这一目的是通过用于监测和控制患者的系统实现的，该系统具有：

用于俘获患者信号的患者传感器，以及

用于为用户提供关于所俘获的患者信号的信息的用户接口，其中

所述系统包括集成的闭环控制器，所述闭环控制器被馈送以所述患者信号，并且控制用于治疗所述患者的患者治疗装置。

因此，本发明的本质特征是将闭环控制器集成到患者监测器中。这是一种全新的方法，因为常规上，闭环控制器始终被布置成与患者监测器并行或与患者监测器串行。闭环控制器和患者监测器的并行布置需要额外的传感器设备，而串行布置不会分别为至少闭环控制器或患者监测器提供最佳患者信号。

要指出的是，在本发明的上下文中，术语“患者”不仅适用于人类，而且适用于动物。此外，术语“患者”并不表示相应的人/动物正在生病，因此，作为医疗系统一部分的健康人也将被称为“患者”。

根据本发明的优选实施例，所述系统包括用于处理所述患者信号并且用于向所述用户接口输出经处理的数据的监测处理器，还包括用于处理所述患者信号并且用于向所述闭环控制器输出经处理的数据的控制处理器，其中为所述监测处理器和所述控制处理器馈送以处于相同预处理状态下的相同患者信号。这意味着可以在“原始”状态下，即在仅仅被预处理的状态下向监测处理器和控制处理器提供患者信号，该预处理是以不会对其他处理带来不利影响的方式进行的。在串行布置患者监测器和闭环控制的情况下，这是不可能的，因为首先被馈送给患者监测器并由患者监测器处理的信号不再是最佳的适用于开环控制器的，反之亦然。

此外，根据本发明的优选实施例，该系统包括报警单元，其被馈送以患者信号，并且其适于提供对于监测和控制的公共报警条件。于是，本发明提供了报警优先化的可能，这意味着不再需要有分别用于监测和控制的独立报警。特别地，这意味着用于生理生命体征报警和闭环报警的组合报警系统是可能的。结果，可以避免一方面由患者监测器和另一方面由闭环控制器独立导致的多个报警。

根据本发明的优选实施例，用户接口适于指示和/或输入监测数据和控制数据。关于这点，尤其优选的是所述用户接口适于请求所述用户输入所需的外部数据作为用于所述闭环控制器的输入数据。这意味着，在这种情况下，闭环控制器变为需要外部数据输入的开环控制器。在由于所收集的患者信号偏离预期的信号而不再能保证正确控制的情况下，这是尤其有利的。

上述目的进一步由一种用于监测和控制患者的方法满足，该方法包括如下步骤：

俘获患者信号，

为用户提供关于所俘获的患者信号的信息，

为闭环控制器馈送所述患者信号，以及

利用所述闭环控制器控制所述患者的治疗。

根据本发明的系统的优选实施例源自上述根据本发明的方法的优选实施例。

特别地，根据本发明的优选实施例，出于监测的目的处理所述患者信号，并作为经处理的数据向所述用户输出，并且出于控制的目的处理所述患者信号并作为经处理的数据向所述闭环控制器输出，其中出于监测目的处理所述患者信号以及出于控制目的处理所述患者信号基于处于相同预处理状态下的相同患者信号。

此外，根据本发明的优选实施例，确定用于监测和控制的公共报警条件。此外，优选为了指示和/或输入监测数据和控制数据使用公共用户接口。关于这点，尤其优选请求用户经由公共用户接口输入所需的外部数据作为用于所述闭环控制器的输入数据。

本发明的另一优选实施例包括如下步骤：基于输入值控制所述患者的治疗，将所述输入值与所俘获的患者信号的输出值进行比较，并且如果所述输出值偏离预期输出值超过预定义的量，则产生进一步的动作。因此，本发明的这一优选实施例提供了对控制过程的控制功能的定期检查。在患者对由闭环控制器确定的治疗的反应不再足够的情况下，可以采取进一步的动作。特别地，优选所述另一动作是报警和/或返回开环控制。后者意味着请求类似护理人员的用户输入外部数据，以便重建对患者生理变量的可靠而充分的控制。对此而言，根据本发明的优选实施例，有意地改变输入值。

因此，根据本发明这一优选实施例的措施通过使用自适应方式对患者传递函数的变化作出反应而克服了现有技术的限制。此外，该措施包括提示护理人员患者传递函数的变化的模块，患者传递函数的变化可能表示护理人员必须要作出反应的条件。于是，基本原理是将患者变量侧的反馈用作对患者治疗装置变化的响应，以监督整个控制系统。

换言之，本发明涉及组合输入变量和患者变量的测量和处理作为对控制算法的输入。这利用了以下优点：立即实时访问原始输入信号，可能优化用于闭环控制和生命体征处理的算法，用于生理生命体征报警和闭环报警的组合报警系统，在患者数据库中同步数据俘获，用于生命体征和闭环控制器用户交互的唯一用户接口。

此外，可以实施不同质量的报警等级以允许用户在生命体征患者状态和闭环控制器报警之间进行区分。可以匹配针对不同报警条件的配置，可以产生生理和闭环控制器报警的组合报警以为用户优化和减少与患者监测器的必要交互。于是，患者仅由一个装置，即集成的患者监测器和闭环控制器装置，来监督和控制。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。

在附图中，该图示意性地描绘了根据本发明的优选实施例用于监测和控制患者的系统。

具体实施方式

基于患者监测器的以上定义，在根据本发明优选实施例的患者监测器中实施以下功能性以便实现集成的闭环控制器：

为集成的闭环控制器，以及由此为患者监测器提供闭环控制算法。此外，提供了专门的过滤和算法以处理输入信号，旨在为内部闭环控制器产生优化的输入并支持闭环控制器决定。提供输入原始信号、内部处理信号、输出信号和闭环控制器状态(例如实时和趋势)的数据俘获，以便对闭环控制器算法决定进行存档和可视化。

此外，提供了利用例如预定义事件配置和设置生命体征报警、闭环控制器报警和/或组合报警。由多参数报警条件定义这种预定义的事件，这意味着至少两个不同参数必须要落在相应预定义范围之内，必须要超过相应的预定义阈值或必须要落在相应预定义阈值以下。可以匹配针对不同报警条件的配置。将唯一的用户接口用于生命体征和闭环控制器用户交互。

在患者监测器中实施受监督的闭环控制器包括实施开环控制器以及这两种控制器类型之间的动态转变。开环控制器也可以作为咨询和文献管理系统独立运行，无需在闭环环境中工作。始终将闭环控制的当前状态与生理变量一起记录。

闭环分析生理反馈信号并自动地产生控制信号。以下是返回开环控制器模式的理由：一个或多个反馈信号在预定义极限之外，不再能测量一个或多个反馈信号，或测量质量不够好，控制器探测到控制信号中的变化不再影响到反馈信号。另外，将返回开环控制器模式宣告为预定义的报警条件。

受监督的闭环类似于闭环，其中由用户来控制，优选可视地控制闭环控制器的输出，允许他确认控制器输出的变化并手动切换到开环模式以手动改写控制器的输出。该开环分析生理反馈信号，旨在为用户，即护理人员，提供咨询，等待用户的交互和决定，并仍然存档所提出的和用户控制器输出的时间同步的所有命令以及针对临床判定支持系统的生理反馈变量。用户提出的控制器输出和手动调节的输出可以，但不一定彼此匹配。

可以将本发明用于各种控制系统中，优选地闭环控制系统中。本领域普通技术人员将认识到，控制的目的不限于单一类型的控制环路，并且包括控制环路的几种变化和不同实现方式，例如闭环控制、受监督控制和开环控制。示例有：FiO2控制；输液泵药物处理控制，其例如控制患者的血压；对麻醉深度的控制，例如在非易挥发麻醉过程期间静脉内麻醉剂的控制；以及血糖控制。

为了阐明本发明的原理，参考附图，在下文中将描述一种作为本发明的优选实施例的系统，其中通过调节提供给患者的气体混合物的FiO2浓度来控制患者的SaO2值。例如，可以在早产儿血氧饱和度的闭环控制中实现这种系统。

如图所示，根据本发明的优选实施例，提供了一种用于监测和控制患者1的系统，其包括用于俘获患者信号的患者传感器2。该系统还包括具有集成的闭环控制器4的患者监测器3，闭环控制器4被馈送以患者信号并且其控制患者治疗装置5，在本例中，患者治疗装置5是用于治疗患者1，即为患者1提供氧气的机械呼吸器。

此外，提供了用户接口6。该用户接口6适于在显示器7上指示信息，例如关于患者1的信息。此外，用户接口6包括像键盘或触摸屏那样的输入装置8，触摸屏可以与显示器7相同，允许用户输入数据。可以经由显示器7指示由用户输入这种数据的请求。

此外，提供了用于处理患者信号并向用户接口6输出经处理的数据的监测处理器9以及用于处理患者信号并向闭环控制器4输出经处理的数据的控制处理器10。从图中可以看出，监测处理器9和控制处理器10被馈送以在相同的预处理状态下的相同的患者信号。该系统还包括报警单元11，报警单元11被馈送以患者信号，并且其适于例如经由显示器7提供对于监测和控制的公共报警条件。

在闭环的情况下，即在正常情况下，自动地控制FiO2，即执行闭环控制。这意味着控制是由闭环控制器4排他地执行的。显示器仅用于指示监测数据，不要求任何外部数据输入。

由于在FiO2值中有意地诱发变化和/或由于FiO2值因正常控制活动而变化，所以可以预期所俘获SpO2值有相应变化。这种反馈连续保持在监督之下，并且基于这种反馈，系统有以下动作：

1.确认传递函数的当前模型在可接受极限之内，于是，不需要模型的调节。

2.响应不与传递函数的当前模型匹配，但偏差在允许相应地自动地调节传递函数的模型的范围中。任选地，用户可以获得关于模型变化的低优先级警告，从而用户能够查证是什么触发了传递函数的变化并可能希望对其进行校正。例如，由于分泌物的累积，肺的O2摄入减少，但通过使FiO2水平稍微增大，这可以得到补偿。由于护理人员可以通过抽吸患者的气道来改善这种状况，所以这会向用户触发中等或低紧急性通知。

3.响应不与传递函数的当前模型匹配，且偏差过大或者不符合模型以至于模型自动调节不可行或过于危险。在这种情况下，以更高紧急性通告用户这种状况。紧急级别也可以取决于患者变量的实际状态，但在任何情况下重要的是用户意识到这种状况，因为闭环系统可能无法对将来患者状况的潜在恶化进行适当反应。例如，由于气道阻塞，几乎没有空气到达肺，所以即使在将FiO2设置成最大值，SaO2也将迅速下降。这是不能由闭环控制系统补偿的患者的传递函数的变化。

因此，触发高紧急级别的通知给用户。根据另一个示例，断开对患者的O2供应，并且使患者呼吸室内空气。根据当前患者的状况，这可能仅仅导致SaO2轻微下降，这可能仍然在可接受范围中，但如果患者将来可能需要，闭环控制器不再进行控制以提供更高的FiO2水平。这触发中等紧急性通知给用户。

然而，在所有这些情况下，响应不与传递函数的当前模型匹配且偏差过大或不符合模型以至于模型自动调节不可行或太危险，执行从闭环到开环的改变并请求来自用户的外部数据输入。

尽管已经在附图和上述描述中详细图示说明和描述了本发明，但是应当将这样的图示说明和描述看作是说明性或示例性的，而不是限定性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明的过程当中能够理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解读为对范围的限制。

Claims (4)

1.一种用于监测患者(1)和控制所述患者的治疗的系统，具有

用于俘获患者信号的患者传感器(2)，

用于为用户提供关于所俘获的患者信号的信息的用户接口(6)，

集成的闭环控制器(4)，其被馈送以经处理状态的所述患者信号并且基于针对所述患者信号的输入目标值控制用于治疗所述患者(1)的患者治疗装置(5)；

用于处理所述患者信号并且用于向所述用户接口(6)输出经处理的数据的监测处理器(9)，以及

用于处理所述患者信号并且用于向所述集成的闭环控制器(4)输出处理状态的所述患者信号的控制处理器(10)，其中，所述监测处理器(9)和所述控制处理器(10)被馈送了处于相同预处理状态的相同患者信号，

其中，所述集成的闭环控制器包括传递函数模型，其中，所述传递函数模型基于所述输入目标值和所述患者信号的输出值之间的偏差而被动态地调整，其中，所述传递函数模型的动态调整包括选自如下组中的一个：(a)若确认所述传递函数模型在可接受极限之内，不对所述传递函数模型进行调整；(b)若所述偏差在允许相应地自动地调整所述传递函数模型的范围中，对所述传递函数模型进行自动调整；以及(c)若所述输出值偏离预期输出值超过预定义的量，对所述传递函数模型的调整不可行并返回到开环控制器模式，并且其中，响应于(b)对所述传递函数模型进行自动调整，所述用户被提供以中等或低紧急性警告，或者响应于(c)对所述传递函数模型的调整不可行并返回到开环控制器模式，所述用户被提供以高紧急性警告，并且

其中，处于闭环控制器模式或所述开环控制器模式的所述集成的闭环控制器的输出直接输入到所述患者治疗装置(5)，以使得所述患者治疗装置(5)被配置为基于所述集成的闭环控制器的输出来治疗所述患者(1)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括报警单元(11)，所述报警单元被馈送以所述患者信号，并且所述报警单元适于提供对于监测和控制的公共报警条件。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述用户接口(6)适于指示和/或输入监测数据和控制数据。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述用户接口(6)适于请求所述用户输入所需的外部数据作为用于所述集成的闭环控制器(4)的输入数据。