相关申请的交叉引用
本pct申请要求以下专利申请的权益和优先权：2019年2月13日提交的美国专利申请序列号16/275,289以及2018年9月28日提交的美国临时专利申请序列号62/739,017。所引用的申请的内容以引用方式并入本文。
本文所描述的主题的实施方案整体涉及医疗设备，并且更具体地讲，本主题的实施方案涉及使用生理建模的主动推注调整。
背景技术：
输注泵设备和系统在医学领域中是相当熟知的，用于向患者输送或分配试剂诸如胰岛素或另一种处方药。典型的输注泵包括泵驱动系统，该泵驱动系统通常包括小型马达以及将旋转的马达运动转换成贮存器中柱塞(或塞子)的平移位移的驱动系部件，该柱塞经由贮存器和患者的身体之间形成的流体路径将药物从贮存器输送到患者的身体。输注泵疗法的使用一直在增加，特别是对于糖尿病患者的胰岛素输送。
已经开发了控制方案以允许胰岛素输注泵以基本上连续且自主的方式监测和调节患者的血糖水平。除了患者的个人胰岛素响应和可能的其他因素的变化外，管理糖尿病患者的血糖水平还因患者日常活动(例如，运动、碳水化合物消耗等)的变化而变得复杂。一些控制方案可能试图主动考虑到日常活动以使葡萄糖偏移最小化。同时，患者可在进餐前或进餐时手动启动输送胰岛素(例如，进餐推注或校正推注)，以防止患者的血糖水平出现原本可能由即将消耗碳水化合物和控制方案的响应时间引起的升高或波动。也就是说，如果不考虑到先前的胰岛素输送，则手动启动的推注可带来餐后葡萄糖偏移的风险。因此，需要改善手动推注的功效并使餐后葡萄糖偏移最小化。
技术实现要素：
提供了医疗设备及相关系统和操作方法。操作能够将影响生理状况的流体输送到患者的输注设备的方法的实施方案涉及与该输注设备相关联的控制系统，该控制系统获得事件指示、基于该事件指示来确定初始推注量，并且至少部分地基于该初始推注量来确定在未来时间窗口期间患者的生理状况的预测值。当这些预测值在该时间窗口期间违反阈值时，该控制系统从由初始推注量限定的搜索空间内识别使生理状况的预测值在该时间窗口期间满足阈值的调整推注量，并且操作该输注设备的致动装置以将流体的调整推注量输送到患者。
操作输注设备以响应于进餐指示将胰岛素输送到患者的方法的另一个实施方案涉及获得患者的葡萄糖测量数据，获得患者的历史胰岛素输送数据，基于对应于进餐指示的碳水化合物的量来确定初始推注量，以及至少部分地基于葡萄糖测量数据、历史胰岛素输送数据、初始推注量和碳水化合物的量来确定患者的初始状况。该方法通过以下方式继续：确定患者的未来胰岛素输送数据并至少部分地基于患者的初始状况和未来胰岛素输送数据来确定在餐后时间窗口期间患者的葡萄糖水平的预测值。当葡萄糖水平的预测值中的一个或多个在餐后时间窗口期间降至低于阈值时，该方法通过以下方式继续：至少部分地基于未来胰岛素输送数据和至少部分地基于葡萄糖测量数据、历史胰岛素输送数据、调整推注量和碳水化合物的量确定的患者的调整初始状况来逐渐减小由初始推注量限定的搜索空间以识别使葡萄糖水平的预测值在餐后时间窗口期间满足阈值的调整推注量，并且操作输注设备的致动装置以将胰岛素的调整推注量输送到患者。
本发明还提供了输注系统的实施方案。该输注系统包括可操作以将影响生理状况的流体输送到患者的致动装置、用于接收指示患者的进餐的输入的用户界面、用于获得指示患者的生理状况的测量数据的感测装置、用于保持患者的历史输送数据的数据存储元件以及控制系统，该控制系统耦接到致动装置、感测装置、数据存储元件和用户界面以基于进餐来确定流体的初始推注量并且至少部分地基于初始推注量、测量数据、历史输送数据和未来输送数据来确定在未来时间窗口期间患者的生理状况的预测值。当这些预测值在时间窗口期间违反阈值时，控制系统至少部分地基于调整推注量、测量数据、历史输送数据和未来输送数据来在由初始推注量限定的搜索空间内识别使生理状况的更新的预测值在时间窗口期间满足阈值的调整推注量，并且然后操作致动装置以将流体的调整推注量输送到患者。
提供本发明内容是为了以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在确定要求保护的主题的主要特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
通过结合以下附图考虑时，通过参考具体实施方式和权利要求书可更完整地理解本主题，其中相同的附图标记在所有附图中指示相似的元件，为了简单和清楚起见示出了附图，但附图不一定按比例绘制。
图1示出了输注系统的示例性实施方案；
图2示出了适于与图1的输注系统一起使用的流体输注设备的示例性实施方案的平面图；
图3是图2的流体输注设备的分解透视图；
图4是沿图3中的线4-4观察的在组装有插入输注设备中的贮存器时的图2至图3的流体输注设备的截面图；
图5是在一个或多个实施方案中适于与流体输注设备一起使用的示例性输注系统的框图；
图6是在一个或多个实施方案中适于在图5的输注系统中的输注设备中使用的示例性泵控制系统的框图；
图7是在一个或多个示例性实施方案中可由图5至图6的流体输注设备中的泵控制系统实施或以其他方式支持的闭环控制系统的框图；
图8是示例性患者监测系统的框图；
图9是在一个或多个示例性实施方案中适于与输注设备一起使用的示例性主动推注调整过程的流程图；
图10是示出了结合图9的主动推注调整过程的针对不同推注量预测未来葡萄糖水平的曲线图；并且
图11是在一个或多个示例性实施方案中适于与输注设备一起使用的示例性推注搜索过程的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上仅是说明性的，并不旨在限制主题的实施方案或这些实施方案的应用和使用。如本文所用，词语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文作为示例性描述的任何具体实施不一定理解为比其他具体实施更优选或有利。此外，不希望受在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论约束。
本文所描述的主题的示例性实施方案结合医疗设备诸如便携式电子医疗设备来实现。虽然可能存在许多不同的应用，但是以下描述集中于结合了流体输注设备(或输注泵)作为输注系统部署的一部分的实施方案。也就是说，本主题可能以等效的方式在其他医疗设备诸如连续葡萄糖监测(cgm)设备、注射笔(例如，智能注射笔)等的背景中得以实现。为了简洁起见，本文可能没有详细描述与输注系统操作、胰岛素泵和/或输注器操作有关的常规技术以及系统(和系统的单独操作部件)的其他功能方面。输注泵的示例可具有在以下美国专利中描述的类型，但不限于此，美国专利：4,562,751；4,685,903；5,080,653；5,505,709；5,097,122；6,485,465；6,554,798；6,558,320；6,558,351；6,641,533；6,659,980；6,752,787；6,817,990；6,932,584；和7,621,893。也就是说，本文所描述的主题可以在整体糖尿病管理的情景中或者在独立于或不使用输注设备或其他医疗设备(例如，当使用口服药物时)的其他生理状况的情况下更普遍地使用，并且本文所描述的主题不限于任何特定类型的药物。
通常，流体输注设备包括马达或其他致动装置，其用于线性地移位设置在流体输注设备内的贮存器的柱塞(或塞子)，以将一定剂量的流体(诸如胰岛素)输送到使用者的身体。可根据与特定操作模式相关联的输送控制方案以自动化方式生成控制马达的操作的剂量命令，并且生成该剂量命令的方式可受到用户的身体的生理状况的当前(或最近)测量结果的影响。例如，在闭环操作模式中，可基于用户的身体中间质液葡萄糖水平的当前(或最近)测量结果与目标(或参考)葡萄糖值之间的差值来生成剂量命令。就这一点而言，输注速率可随当前测量值和目标测量值之间差值的波动而变化。出于说明目的，本文在输注流体为用于调节用户(或患者)的葡萄糖水平的胰岛素的上下文中描述本主题；然而，应当理解，可通过输注施用许多其他流体，并且本文所述的主题不一定限于与胰岛素一起使用。
本文所描述的主题的示例性实施方案整体涉及主动调整推注量以考虑到在施用推注之前的自动或自主输送。如以下在图9至图11的上下文中更详细描述的，在示例性实施方案中，在给定手动输入的碳水化合物量和对应的初始进餐推注量的情况下，利用针对患者生理响应的一个或多个数学模型并基于患者的当前和/或最近的葡萄糖测量结果以及先前的胰岛素输送来预测或预报患者的未来葡萄糖水平。就这一点而言，可基于手动输入的碳水化合物量和碳水化合物比率来为患者确定初始进餐推注量。当使用初始进餐推注量的患者的预测未来葡萄糖水平在餐后时间窗口内低于阈值时，将初始进餐推注量降低至使患者的预测未来葡萄糖水平在整个餐后时间窗口内保持在阈值以上的量。在示例性实施方案中，利用基于黄金比例搜索或fibonacci搜索使用搜索空间内的中间值来逐渐或迭代地减小由初始进餐推注量限定的搜索空间，这些中间值逐渐朝被选择替代初始进餐推注量而施用的调整推注量收敛。就这一点而言，在示例性实施方案中，搜索试图在保持患者的预测未来葡萄糖水平在预先确定的餐后分析时间段期间满足餐后低血糖阈值的情况下使由初始进餐推注量限定的搜索空间内的最大推注剂量最大化。
凭借针对患者的预测未来葡萄糖水平的生理模型(该生理模型考虑到先前的自动或自主胰岛素输送与患者的当前葡萄糖水平和患者的葡萄糖水平的当前趋势)，调整推注量降低餐后低血糖事件的风险，该事件可能原本会由于未考虑到自动或自主的胰岛素输送或错误估计碳水化合物的量和/或碳水化合物比率而引起。例如，在一些实施方案中，可在发生可能影响患者的葡萄糖水平或胰岛素响应的预期事件之前自动调整闭环控制信息。就这一点而言，通过在事件之前调整胰岛素输送以在事件开始之前増加或减少体内尚未代谢的胰岛素的量，预期的闭环控制调整考虑到长效皮下施用胰岛素的相对缓慢的作用。因此，调整推注量以降低餐后葡萄糖偏移的风险的方式考虑到预期的闭环胰岛素输送。
现在转到图1，输注系统100的一个示例性实施方案包括但不限于流体输注设备(或输液泵)102、感测装置104、命令控制装置(ccd)106和计算机108。输注系统100的部件可使用不同的平台、设计和配置来实现，并且图1所示的实施方案并不是穷举性或限制性的。在实践中，输注设备102和感测装置104被固定在用户(或患者)身体上的期望位置处，如图1所示。就这一点而言，输注设备102和感测装置104在图1中被固定到用户身体上的位置仅作为代表性的非限制性的示例提供。输注系统100的元件可类似于美国专利8,674,288中所述的那些元件。
在图1的例示实施方案中，输注设备102被设计成适于将流体、液体、凝胶或其他药剂输注到用户的身体中的便携式医疗设备。在示例性实施方案中，输注的流体是胰岛素，但可通过输注施用许多其他流体，诸如但不限于hiv药物、治疗肺高血压的药物、铁螯合药物、止痛药、抗癌治疗药物、维生素、激素等。在一些实施方案中，流体可包括营养补充剂、染料、追踪介质、盐水介质、水合介质等。
感测装置104通常表示输注系统100的被配置为感测、检测、测量或以其他方式量化用户状况的部件，并且可包括传感器、监视器等，以用于提供指示被感测装置感测、检测、测量或以其他方式监测的该状况的数据。就这一点而言，感测装置104可包括对用户的生物状况诸如血糖水平等有反应的电子器件和酶，并且向输注设备102、ccd106和/或计算机108提供指示血糖水平的数据。例如，输注设备102、ccd106和/或计算机108可包括显示器，该显示器用于基于从感测装置104接收到的传感器数据来向用户呈现信息或数据，诸如例如，用户的当前葡萄糖水平、用户的葡萄糖水平相对于时间的图形或图表、设备状态指示符、警报消息等。在其他实施方案中，输注设备102、ccd106和/或计算机108可包括被配置为分析传感器数据并且操作输注设备102以基于传感器数据和/或预编程的输送计划将流体输送到用户身体的电子器件和软件。因此，在示例性实施方案中，输注设备102、感测装置104、ccd106和/或计算机108中的一者或多者包括发射器、接收器和/或允许与输注系统100的其他部件通信的其他收发电子器件，使得感测装置104可将传感器数据或监视器数据传输到输注设备102、ccd106和/或计算机108中的一者或多者。
仍然参考图1，在各种实施方案中，感测装置104可在远离输注设备102被固定到用户身体上的位置的位置处被固定到用户身体上或被嵌入在用户身体中。在各种其他实施方案中，感测装置104可被并入输注设备102内。在其他实施方案中，感测装置104可与输注设备102分离且分开，并且可以是例如ccd106的一部分。在此类实施方案中，感测装置104可被配置为接收生物样本、分析物等以测量用户的状况。
在一些实施方案中，ccd106和/或计算机108可包括被配置为以受感测装置104所测量和/或从其接收的传感器数据的影响的方式执行处理、输送日常剂量以及控制输注设备102的电子器件和其他部件。通过将控制功能包括在ccd106和/或计算机108中，输注设备102可由更简化的电子器件制成。然而，在其他实施方案中，输注设备102可包括全部控制功能，并且可在没有ccd106和/或计算机108的情况下操作。在各种实施方案中，ccd106可以是便携式电子设备。另外，在各种实施方案中，输注设备102和/或感测装置104可被配置为将数据传输到ccd106和/或计算机108，以通过ccd106和/或计算机108显示或处理数据。
在一些实施方案中，ccd106和/或计算机108可向用户提供便于用户随后使用输注设备102的信息。例如，ccd106可向用户提供信息以允许用户确定待施用到用户身体中的药物的速率或剂量。在其他实施方案中，ccd106可向输注设备102提供信息以自主地控制施用到用户的身体中的药物的速率或剂量。在一些实施方案中，感测装置104可被集成到ccd106中。此类实施方案可允许用户通过将例如他或她的血液样本提供给感测装置104来评估他或她的状况以监测状况。在一些实施方案中，可在不使用或不需要输注设备102与感测装置104和/或ccd106之间的有线或电缆连接的情况下，使用感测装置104和ccd106确定用户的血液和/或体液中的葡萄糖水平。
在一些实施方案中，感测装置104和/或输注设备102被协作地配置为利用闭环系统将流体输送至用户。利用闭环系统的感测装置和/或输注泵的示例可见于但不限于以下美国专利中：6,088,608、6,119,028、6,589,229、6,740,072、6,827,702、7,323,142和7,402,153、或美国专利申请公开no.2014/0066889。在此类实施方案中，感测装置104被配置为感测或测量用户的状况诸如血糖水平等。输注设备102被配置为响应于由感测装置104感测到的状况而输送流体。继而，感测装置104继续感测或以其他方式量化用户的当前状况，由此允许输注设备102无限期地响应于感测装置104当前(或最近)感测到的状况而连续输送流体。在一些实施方案中，感测装置104和/或输注设备102可被配置为仅在一天中的一部分时间利用闭环系统，例如仅当用户睡着或醒着时。
图2至图4示出了适于在输注系统中使用的流体输注设备200(或另选地，输液泵)的一个示例性实施方案，例如图1的输注系统100中的输注设备102。流体输注设备200是被设计成由患者(或用户)携带或穿戴的便携式医疗设备，并且流体输注设备200可利用现有流体输注设备的任何数量的常规特征、部件、元件和特性，诸如，例如在美国专利no.6,485,465和no.7,621,893中描述的一些特征、部件、元件和/或特性。应当理解，图2至图4以简化的方式示出了输注设备200的一些方面；在实践中，输注设备200可包括在本文中未详细示出或描述的另外的元件、特征或部件。
如图2至图3所示，流体输注设备200的例示实施方案包括适于接纳包含流体的贮存器205的壳体202。壳体202中的开口220容纳用于贮存器205的配件223(或盖)，其中配件223被配置为与输液器225的管道221配合或以其他方式交接，以提供通向/来自用户身体的流体路径。这样，经由管道221建立从贮存器205的内部到用户的流体连通。例示的流体输注设备200包括人机界面(hmi)230(或用户界面)，该界面包括可由用户操纵以施用流体(例如胰岛素)的推注、改变治疗设置、改变用户偏好、选择显示特征等的元素232、234。输注设备还包括显示元件226诸如液晶显示器(lcd)或另一合适的显示元件，其可用于向用户呈现各种类型的信息或数据，诸如但不限于：患者的当前葡萄糖水平；时间；患者的葡萄糖水平相对于时间的图形或图表；装置状态指示符等。
壳体202由基本上刚性的材料形成，其具有适于允许除贮存器205之外的电子组件204、滑动构件(或滑动件)206、驱动系统208、传感器组件210和驱动系统封盖构件212设置在其中的中空内部空间214，其中壳体202的内容物被壳体封盖构件216包封。开口220、滑动件206和驱动系统208在轴向方向(由箭头218指示)上同轴对齐，由此驱动系统208便于使滑动件206在轴向方向218上线性位移，以从贮存器205(在贮存器205已插入开口220中之后)分配流体，其中传感器组件210被配置为响应于操作驱动系统208使滑块206位移而测量施加在传感器组件210上的轴向力(例如，与轴向方向218对齐的力)。在各种实施方案中，传感器组件210可被用于检测以下中的一者或多者：减缓、防止或以其他方式降低从贮存器205到用户身体的流体输送的流体路径中的阻塞；当贮存器205清空时；当滑动件206与贮存器205正确安置时；当已输送流体剂量时；当输液泵200受到冲击或振动时；当输液泵200需要维护时。
取决于实施方案，容纳流体的贮存器205可被实现为注射器、小瓶、药筒、袋等。在某些实施方案中，输注的流体是胰岛素，但可通过输注施用许多其他流体，诸如但不限于hiv药物、治疗肺高血压的药物、铁螯合药物、止痛药、抗癌治疗药物、维生素、激素等。如图3至图4充分示出，贮存器205通常包括贮存器筒219，该贮存器筒容纳流体并且当贮存器205被插入输液泵200中时与滑动件206同心和/或同轴地(例如在轴向方向218上)对齐。接近开口220的贮存器205的端部可包括配件223或以其他方式与配件配合，该配件将贮存器205固定在壳体202中并且在贮存器205被插入壳体202中后防止贮存器205相对于壳体202在轴向方向218上位移。如上所述，配件223从(或穿过)壳体202的开口220延伸并且与管道221配合以建立经由管道221和输注器225从贮存器205的内部(例如，贮存器筒219)到用户的流体连通。接近滑动件206的贮存器205的相对端部包括柱塞217(或塞子)，其被定位成沿流体路径穿过管道221将流体从贮存器205的筒219内部推至用户。滑动件206被配置为与柱塞217机械地耦接或以其他方式接合，从而变成与柱塞217和/或贮存器205安置在一起。当操作驱动系统208以使滑动件206在轴向方向218上朝向壳体202中的开口220位移时，流体被迫使经由管道221流出贮存器205。
在图3至图4所示的实施方案中，驱动系统208包括马达组件207和驱动螺杆209。马达组件207包括耦接到驱动系统208的驱动系部件的马达，该驱动系部件被配置为将旋转的马达运动转换成滑动件206在轴向方向218上的平移位移，并且由此在轴向方向218上接合和位移贮存器205的柱塞217。在一些实施方案中，马达组件207可也被供电以使滑动件206在相反的方向(例如，与方向218相反的方向)上平移以从贮存器205回缩和/或拆下以允许更换贮存器205。在示例性实施方案中，马达组件207包括无刷直流(bldc)马达，该bldc马达具有安装、附连或以其他方式设置在其转子上的一个或多个永磁体。然而，本文所述的主题不一定限于与bldc马达一起使用，并且在另选的实施方案中，该马达可被实现为螺线管马达、交流马达、步进马达、压电履带驱动、形状记忆致动器驱动、电化学气体电池、热驱动气体电池、双金属致动器等。驱动系部件可包括一个或多个导螺杆、凸轮、棘爪、千斤顶、滑轮、制转杆、夹具、齿轮、螺母、滑动件、轴承、杠杆、梁、挡块、柱塞、滑块、托架、导轨、轴承、支承件、波纹管、盖、隔膜、袋、加热器等。就这一点而言，虽然输液泵的例示实施方案使用同轴对齐的驱动系，但马达可相对于贮存器205的纵向轴线偏移或以其他非同轴方式布置。
如图4充分示出，驱动螺杆209与滑动件206内部的螺纹402配合。当马达组件207被供电且被操作时，驱动螺杆209旋转，并且迫使滑动件206在轴向方向218上平移。在示例性实施方案中，输注泵200包括套筒211以当驱动系统208的驱动螺杆209旋转时防止滑动件206旋转。因此，驱动螺杆209的旋转使得滑动件206相对于驱动马达组件207延伸或回缩。当流体输注设备被组装且可操作时，滑动件206接触柱塞217以接合贮存器205并且控制来自输注泵200的流体的输送。在一个示例性实施方案中，滑动件206的肩部部分215接触或以其他方式接合柱塞217，以使柱塞217在轴向方向218上位移。在另选的实施方案中，滑动件206可包括能够与贮存器205的柱塞217上的内螺纹404可拆卸地接合的螺纹尖端213，如在美国专利6,248,093和6,485,465中所详细描述。
如图3所示，电子组件204包括耦接到显示元件226的控制电子器件224，其中壳体202包括与显示元件226对齐的透明窗口部分228，以当电子组件204设置在壳体202的内部214内时允许用户查看显示器226。控制电子器件224通常表示被配置为控制马达组件207和/或驱动系统208的操作的硬件、固件、处理逻辑和/或软件(或其组合)，如下文在图5的上下文中更详细地描述。此类功能性是否被实现为硬件、固件、状态机或软件取决于施加在该实施方案上的特定应用和设计约束。与本文所述概念类似的那些概念可以适合于每个特定应用的方式实现此类功能性，但是此类具体实施决定不应被解释为是受限的或限制性的。在示例性实施方案中，控制电子器件224包括一个或多个可编程控制器，该一个或多个可编程控制器可被编程以控制输注泵200的操作。
马达组件207包括一个或多个电引线236，该一个或多个电引线适于电耦接到电子组件204以建立控制电子器件224和马达组件207之间的通信。响应于操作马达驱动器(例如，功率转换器)的来自控制电子器件224的命令信号以调节从电源供应给马达的功率量，马达致动驱动系统208的驱动系部件以使滑动件206在轴向方向218上位移，迫使流体沿流体路径(包括管道221和输液器)流出贮存器205，从而将容纳在贮存器205中的一定剂量的流体施用到用户身体中。优选地，电源被实现为容纳在壳体202内的一个或多个电池。另选地，电源可以是太阳能电池板、电容器、通过电源线供应的交流电或直流电等。在一些实施方案中，控制电子器件224可通常在间歇的基础上，以逐步的方式操作马达组件207和/或驱动系统208的马达；根据已编程的输送曲线向用户施用分开的精确剂量的流体。
参考图2至图4，如上所述，用户界面230包括形成在覆盖小键盘组件233的图形小键盘覆盖件231上的hmi元件诸如按钮232和方向键234，该小键盘组件包括对应于按钮232、方向键234或由图形小键盘覆盖件231指示的其他用户界面条目的特征。当组装时，小键盘组件233耦接到控制电子器件224，由此允许用户操纵hmi元件232、234与控制电子器件224交互并且控制输液泵200的操作，例如以施用胰岛素的推注、改变治疗设置、改变用户偏好、选择显示特征、设置或禁用警报和提醒等。就这一点而言，控制电子器件224保持和/或向显示器226提供关于可使用hmi元件232、234进行调节的程序参数、输送曲线、泵操作、警报、警告、状态等的信息。在各种实施方案中，hmi元件232、234可被实现为物理对象(例如，按钮、旋钮、操纵杆等)或虚拟对象(例如，使用触摸感测和/或接近感测技术)。例如，在一些实施方案中，显示器226可被实现为触摸屏或触敏显示器，并且在此类实施方案中，hmi元件232、234的特征和/或功能性可被集成到显示器226中，并且可能不存在hmi230。在一些实施方案中，电子组件204可还包括警报生成元件，该警报生成元件耦接到控制电子器件224并且被适当地配置为生成一种或多种类型的反馈，诸如但不限于：听觉反馈、视觉反馈、触觉(物理)反馈等。
参考图3至图4，根据一个或多个实施方案，传感器组件210包括背板结构250和加载元件260。加载元件260设置在封盖构件212与梁结构270之间，该梁结构包括具有设置在其上的感测元件的一个或多个梁，这些感测元件受施加到传感器组件210上的使一个或多个梁偏转的压缩力的影响，如在美国专利8,474,332中更详细地描述。在示例性实施方案中，背板结构250被附连、粘附、安装或以其他方式机械地耦接到驱动系统208的底表面238，使得背板结构250位于驱动系统208的底表面238和壳体盖216之间。驱动系统封盖构件212的轮廓被形成为适应并且匹配传感器组件210和驱动系统208的底部。驱动系统封盖构件212可附连到壳体202的内部，以防止传感器组件210在与驱动系统208所提供力的方向相反的方向(例如，与方向218相反的方向)上位移。因此，传感器组件210定位在马达组件207和封盖构件212之间并且由该封盖构件固定，这防止了传感器组件210在与箭头218的方向相反的向下方向上位移，使得当操作驱动系统208和/或马达组件207以使滑动件206在与贮存器205中的流体压力相反的轴向方向218上位移时，传感器组件210受到反作用压缩力。在正常操作条件下，施加到传感器组件210的压缩力与贮存器205中的流体压力相关。如图所示，电引线240适于将传感器组件210的感测元件电耦接到电子组件204以建立与控制电子器件224的通信，其中控制电子器件224被配置为测量、接收或以其他方式获得来自传感器组件210的感测元件的电信号，该电信号指示由驱动系统208施加在轴向方向218上的力。
图5示出了适于与输注设备502(诸如，上述的输注设备102、200中的任一者)一起使用的输注系统500的示例性实施方案。输注系统500能够以自动或自主的方式将患者的身体501内的生理状况控制或以其他方式调节到期望(或目标)值，或以其他方式将该状况保持在可接受值的范围内。在一个或多个示例性实施方案中，受调节的状况由通信地耦接到输注设备502的感测装置504(例如，感测装置504)感测、检测、测量或以其他方式量化。然而，应当注意，在另选的实施方案中，由输注系统500调节的状况可与感测装置504所获得的测量值相关。也就是说，出于清楚和说明目的，本文可在感测装置504被实现为感测、检测、测量或以其他方式量化患者的葡萄糖水平的葡萄糖感测装置的上下文中描述本主题，该葡萄糖水平由输注系统500在患者的身体501中进行调节。
在示例性实施方案中，感测装置504包括一个或多个间质葡萄糖感测元件，该一个或多个间质葡萄糖感测元件生成或以其他方式输出电信号(在本文中另选地称为测量信号)，该电信号具有与患者的身体501中的相对间质液葡萄糖水平相关、受其影响或以其他方式对其进行指示的信号特征。对输出的电信号进行过滤或以其他方式进行处理以获得指示患者间质液葡萄糖水平的测量值。在示例性实施方案中，利用血糖仪530诸如手指针刺设备直接感测、检测、测量或以其他方式量化患者的身体501中的血糖。就这一点而言，血糖仪530输出或以其他方式提供测量的血糖值，该血糖值可被用作参考测量结果，用于校准感测装置504并且将指示患者的间质液葡萄糖水平的测量值转换成对应的校准血糖值。出于说明目的，在本文中基于由感测装置504的一个或多个感测元件输出的电信号计算的校准血糖值可另选地被称为传感器葡萄糖值、感测葡萄糖值或其变型。
在示例性实施方案中，输注系统500还包括一个或多个附加感测装置506、508，该一个或多个附加感测装置被配置为感测、检测、测量或以其他方式量化指示患者的身体501的状况的患者的身体501的特性。就这一点而言，除了葡萄糖感测装置504之外，一个或多个辅助感测装置506可被穿戴、携带或以其他方式与患者的身体501相关联，以测量可影响患者的血糖水平或胰岛素敏感性的患者(或患者活动)特性或状况。例如，心率感测装置506可被穿戴在患者的身体501上或以其他方式与患者的身体相关联，以感测、检测、测量或以其他方式量化患者的心率，继而可指示可能影响患者的身体501内的葡萄糖水平或胰岛素响应的运动(以及其强度)。在又一个实施方案中，可将另一个侵入、间质或皮下感测装置506插入到患者的身体501中，以获得可指示运动(以及其强度)的另一种生理状况的测量结果，例如，乳酸传感器、酮传感器等。取决于该实施方案，辅助感测装置506可被实现为由患者穿戴的独立部件，或者另选地，辅助感测装置506可与输注设备502或葡萄糖感测装置504集成。
例示的输注系统500还包括加速度感测装置508(或加速度计)，该加速度感测装置可被穿戴在患者的身体501上或以其他方式与患者的身体相关联，以感测、检测、测量或以其他方式量化患者的身体501的加速度，继而可指示可能影响患者的胰岛素响应的身体501的运动或一些其他状况。虽然加速度感测装置508在图5中被示出为集成到输注设备502中，但在另选的实施方案中，加速度感测装置508可与患者的身体501上的其他感测装置504、506集成，或者加速度感测装置508可被实现为由患者穿戴的单独的独立部件。
在例示的实施方案中，泵控制系统520通常表示输注设备502的根据期望的输注输送程序以受指示患者的身体501中的当前葡萄糖水平的感测葡萄糖值影响的方式控制流体输注设备502的操作的电子器件和其他部件。例如，为了支持闭环操作模式，泵控制系统520保持、接收或以其他方式获得目标或命令的葡萄糖值，并且自动生成或以其他方式确定用于操作致动装置诸如马达532的剂量命令，以基于感测葡萄糖值和目标葡萄糖值之间的差值来使柱塞517位移并且将胰岛素输送到患者的身体501。在其他操作模式中，泵控制系统520可生成或以其他方式确定剂量命令，该剂量命令被配置为将感测的葡萄糖值保持在低于葡萄糖上限、高于葡萄糖下限或葡萄糖值期望范围内的其他值。在实践中，输注设备502可在泵控制系统520可访问的数据存储元件中存储或以其他方式保持目标值、一个或多个葡萄糖上限和/或下限、一个或多个胰岛素输送限值和/或一个或多个其他葡萄糖阈值。如更详细描述的，在一个或多个示例性实施方案中，泵控制系统520以考虑由进餐、运动或其他活动引起的患者的葡萄糖水平或胰岛素响应的可能变化的方式自动调整或适配用来生成用于操作马达532的命令的一个或多个参数或其他控制信息。
仍然参考图5，可从外部部件(例如，ccd106和/或计算设备108)接收或者可由患者经由与输注设备502相关联的用户界面元素540输入由泵控制系统520利用的目标葡萄糖值和其他阈值葡萄糖值。在实践中，与输注设备502相关联的一个或多个用户界面元素540通常包括至少一个输入用户界面元素，诸如，例如按钮、小键盘、键盘、旋钮、操纵杆、鼠标、触摸面板、触摸屏、麦克风或其他音频输入设备等。另外，所述一个或多个用户界面元素540包括用于向患者提供通知或其他信息的至少一个输出用户界面元素，例如，显示元件(例如，发光二极管等)、显示设备(例如，液晶显示器等)、扬声器或其他音频输出设备、触觉反馈设备等。应当注意，尽管图5将一个或多个用户界面元素540示出为与输注设备502分开，但在实践中，一个或多个用户界面元素540可与输注设备502集成。此外，在一些实施方案中，除了和/或替代一个或多个用户界面元素540与输注设备502集成，所述一个或多个用户界面元素540还与感测装置504集成。患者可根据需要操纵一个或多个用户界面元素540以操作输注设备502来输送校正推注、调整目标值和/或阈值、修改输送控制方案或操作模式等。
仍然参考图5，在例示的实施方案中，输注设备502包括耦接到马达532(例如，马达组件207)的马达控制模块512，该马达控制模块可操作以使柱塞517(例如，柱塞217)在贮存器(例如，贮存器205)中位移并且向患者的身体501提供所需量的流体。就这一点而言，柱塞517的位移使能够影响患者生理状况的流体(诸如胰岛素)经由流体输送路径(例如，经由输注器225的管道221)输送到患者的身体501。马达驱动器模块514耦接在能量源518和马达532之间。马达控制模块512耦接到马达驱动器模块514，并且马达控制模块512生成或以其他方式提供操作马达驱动器模块514的命令信号，以响应于从泵控制系统520接收到指示待输送流体的所需量的剂量指令而从能量源518向马达532提供电流(或功率)来使柱塞517位移。
在示例性实施方案中，能量源518被实现为容纳在输注设备502内(例如，在壳体202内)提供直流(dc)电的电池。就这一点而言，马达驱动器模块514通常表示被配置为将由能量源518提供的直流电转换成或以其他方式变换成施加到马达532的定子绕组的各相的交流电信号的电路、硬件和/或其他电部件的组合，这导致电流流过定子绕组，从而生成定子磁场并且使得马达532的转子旋转。马达控制模块512被配置为从泵控制系统520接收或以其他方式获得命令剂量、将该命令剂量转换成柱塞517的命令平移位移以及命令、发信号或以其他方式操作马达驱动器模块514以使马达532的转子旋转一定量，该旋转量产生柱塞517的命令平移位移。例如，马达控制模块512可确定产生柱塞517的平移位移所需的转子的旋转量，该平移位移实现从泵控制系统520接收的命令剂量。基于与由转子感测装置516的输出指示的转子相对的定子的当前旋转位置(或取向)，马达控制模块512确定待施加到定子绕组的各相的交流电信号的适当顺序，其应使得转子相对于其当前位置(或取向)旋转所确定的旋转量。在马达532被实现为bldc马达的实施方案中，该交流电信号使定子绕组的各相在转子磁极相对于定子的适当取向处并且以适当的顺序换向，以提供使转子在所需方向上旋转的旋转定子磁场。然后，马达控制模块512操作马达驱动器模块514以将所确定的交流电信号(例如，命令信号)施加到马达532的定子绕组以实现向患者进行的所需的流体输送。
当马达控制模块512正在操作马达驱动器模块514时，电流从能量源518流过马达532的定子绕组，以产生与转子磁场相互作用的定子磁场。在一些实施方案中，在马达控制模块512操作马达驱动器模块514和/或马达532以实现命令剂量之后，马达控制模块512停止操作马达驱动器模块514和/或马达532，直到接收到随后的剂量命令。就这一点而言，马达驱动器模块514和马达532进入空闲状态，在该空闲状态期间马达驱动器模块514有效地使马达532的定子绕组与能量源518断开连接或分离。换句话讲，当马达532空闲时，电流不会从能量源518流过马达532的定子绕组，因此马达532在空闲状态下不消耗来自能量源518的功率，由此改善效率。
取决于该实施方案，马达控制模块512可用被设计为执行本文所述的功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实施或实现。在示例性实施方案中，马达控制模块512包括或以其他方式访问数据存储元件或存储器，其包括任何种类的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁性或光学大容量存储器或任何其他短期或长期存储介质或其他能够存储由马达控制模块512执行的编程指令的非暂态计算机可读介质。当由马达控制模块512读取并且执行时，计算机可执行编程指令使得马达控制模块512执行或以其他方式支持本文所述的任务、操作、功能和过程。
应当理解，出于说明目的且并非意图以任何方式限制本文所述的主题，图5是输注设备502的简化表示。就这一点而言，取决于实施方案，感测装置504的一些特征和/或功能可由泵控制系统520实施或以其他方式集成到泵控制系统中，反之亦然。类似地，在实践中，马达控制模块512的特征和/或功能可由泵控制系统520来实施或者以其他方式集成到泵控制系统中，反之亦然。此外，泵控制系统520的特征和/或功能可通过位于流体输注设备502中的控制电子器件224来实施，而在另选的实施方案中，泵控制系统520可由与输注设备502(诸如，例如，ccd106或计算设备108)在物理上不同和/或分开的远程计算设备来实施。
图6示出了根据一个或多个实施方案适于用作图5中的泵控制系统520的泵控制系统600的示例性实施方案。例示的泵控制系统600包括但不限于泵控制模块602、通信接口604和数据存储元件(或存储器)606。泵控制模块602耦接到通信接口604和存储器606，并且泵控制模块602被适当地配置为支持本文所述的操作、任务和/或过程。在各种实施方案中，泵控制模块602还耦接到用于接收用户输入(例如，目标葡萄糖值或其他葡萄糖阈值)并且向患者提供通知、警报或其他治疗信息的一个或多个用户界面元素(例如，用户界面230、540)。
通信接口604通常表示泵控制系统600的耦接到泵控制模块602并且被配置为支持泵控制系统600与各种感测装置504、506、508之间的通信的硬件、电路、逻辑、固件和/或其他部件。就这一点而言，通信接口604可包括或以其他方式耦接到能够支持泵控制系统520、600与感测装置504、506、508之间的无线通信的一个或多个收发器模块。例如，通信接口604可用于从输注系统500中的每个感测装置504、506、508接收传感器测量值或其他测量数据。在其他实施方案中，通信接口604可被配置为支持去往/来自感测装置504、506、508的有线通信。在各种实施方案中，通信接口604可还支持与输注系统中的另一电子设备(例如，ccd106和/或计算机108)的通信(例如，以将传感器测量值上载到服务器或其他计算设备，从服务器或其他计算设备接收控制信息等)。
泵控制模块602通常表示泵控制系统600的耦接到通信接口604并且被配置为基于从感测装置504、506、508接收到的测量数据来确定用于操作马达532以将流体输送到身体501的剂量命令并且执行本文所述的各种另外的任务、操作、功能和/或操作的硬件、电路、逻辑、固件和/或其他部件。例如，在示例性实施方案中，泵控制模块602实现或以其他方式执行命令生成应用程序610，该命令生成应用程序支持一个或多个自主操作模式并且至少部分地基于患者的身体501的状况的当前测量值以自主操作模式计算或以其他方式确定用于操作输注设备502的马达532的剂量命令。例如，在闭环操作模式下，命令生成应用程序610可至少部分地基于最近从感测装置504接收到的当前葡萄糖测量值来确定用于操作马达532以将胰岛素输送到患者的身体501的剂量命令，以将患者的血糖水平调节到目标参考葡萄糖值。另外，命令生成应用程序610可生成用于由患者经由用户界面元素手动启动或以其他方式指导的推注的剂量命令。
在示例性实施方案中，泵控制模块602还实现或以其他方式执行个性化应用程序608，其协作地被配置为与命令生成应用程序610交互以支持调整剂量命令或控制信息，该控制信息指示以个性化、患者专用的方式生成剂量命令的方式。就这一点而言，在一些实施方案中，基于当前或最近测量数据和当前操作背景相对于与患者相关联的历史数据之间的相关性，个性化应用程序608可在确定剂量命令时调整或以其他方式修改由命令生成应用程序610利用的一个或多个参数的值，例如，通过修改由命令生成应用程序610引用的寄存器或存储器606中的位置处的参数值。在其他实施方案中，个性化应用程序608可预测患者可能参与的进餐或其他事件或活动，并且输出或以其他方式提供预测患者行为的指示以供患者确认或修改，该指示继而可被用于调整生成剂量命令的方式，以便以按照个性化方式考虑患者行为的方式调节葡萄糖。
仍然参考图6，取决于实施方案，泵控制模块602可被设计为执行本文所述的功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实施或实现。就这一点而言，结合本文所公开的实施方案描述的方法或算法的步骤可直接体现在硬件中、固件中、由泵控制模块602执行的软件模块中或其任何实际组合中。在示例性实施方案中，泵控制模块602包括或以其他方式访问数据存储元件或存储器606，该数据存储元件或存储器可使用能够存储由泵控制模块602执行的编程指令的任何种类的非暂态计算机可读介质来实现。计算机可执行编程指令在由泵控制模块602读取和执行时，使得泵控制模块602实施或以其他方式生成应用程序608、610并且执行本文所述的任务、操作、功能和过程。
应当理解，出于说明目的且并非意图以任何方式限制本文所述的主题，图6是泵控制系统600的简化表示。例如，在一些实施方案中，马达控制模块512的特征和/或功能可由泵控制系统600和/或泵控制模块602来实施或以其他方式集成到该泵控制系统和/或泵控制模块中，例如通过命令生成应用程序610将剂量命令转换成对应的马达命令，在这种情况下，在输注设备502的实施方案中可不存在单独的马达控制模块512。
图7示出了示例性闭环控制系统700，该闭环控制系统可由泵控制系统520、600来实施以提供自主地将患者的身体中的状况调节到参考(或目标)值的闭环操作模式。应当理解，出于说明目的且并非意图以任何方式限制本文所述的主题，图7是控制系统700的简化表示。
在示例性实施方案中，控制系统700在输入702处接收或以其他方式获得目标葡萄糖值。在一些实施方案中，目标葡萄糖值可由输注设备502存储或以其他方式保持(例如，在存储器606中)，但在一些另选的实施方案中，可从外部部件(例如，ccd106和/或计算机108)接收该目标值。在一个或多个实施方案中，可基于一个或多个患者专用的控制参数在进入闭环操作模之前计算或以其他方式确定目标葡萄糖值。例如，可至少部分地基于特定于患者的参考基础速率和特定于患者的每日胰岛素需求来计算目标血糖值，该特定于患者的参考基础速率和特定于患者的每日胰岛素需求是基于先前一段时间间隔内的历史输送信息(例如，在前24小时内输送的胰岛素的量)来确定的。控制系统700还在输入704处从感测装置504接收或以其他方式获得当前葡萄糖测量值(例如，最近获得的传感器葡萄糖值)。例示的控制系统700实施或以其他方式提供比例积分微分(pid)控制以至少部分地基于目标葡萄糖值和当前葡萄糖测量值之间的差值来确定或以其他方式生成用于操作马达532的输送命令。就这一点而言，pid控制试图使测量值和目标值之间的差值最小化，并且由此将测量值调节到期望值。将pid控制参数应用于输入702处的目标葡萄糖水平与输入704处测量的葡萄糖水平之间的差值，以生成或以其他方式确定在输出730处提供的剂量(或输送)命令。基于该输送命令，马达控制模块512操作马达532以将胰岛素输送到患者的身体以影响患者的葡萄糖水平，并且由此减小随后测量的葡萄糖水平和目标葡萄糖水平之间的差值。
例示的控制系统700包括或以其他方式实施求和块706，该求和块被配置为确定在输入702处获得的目标值与从输入704处的感测装置504获得的测量值之间的差值，例如，通过从测量值中减去目标值。求和块706的输出表示测量值与目标值之间的差值，然后将该差值提供给比例项路径、积分项路径和微分项路径中的每一者。比例项路径包括将差值乘以比例增益系数kp以获得比例项的增益块720。积分项路径包括对差值进行积分的积分块708以及将积分后的差值乘以积分增益系数ki以获得积分项的增益块722。微分项路径包括确定差值的微分的微分块710以及将差值的微分乘以微分增益系数kd以获得微分项的增益块724。然后将比例项、积分项和微分项相加或以其他方式组合以在输出730处获得用于操作马达的输送命令。在美国专利7,402,153中更详细地描述了与闭环pid控制和确定增益系数有关的各种具体实施细节。
在一个或多个示例性实施方案中，pid增益系数是患者专用的并且在进入闭环操作模式之前基于历史胰岛素输送信息(例如，先前剂量的量和/或定时、历史校正推注信息等)、历史传感器测量值、历史参考血糖测量值、用户报告的或用户输入的事件(例如，进餐、运动等)等动态地计算或以其他方式确定。就这一点而言，一个或多个特定于患者的控制参数(例如，胰岛素敏感系数、每日胰岛素需求量、胰岛素限度、参考基础率、参考空腹血糖、活性胰岛素作用持续时间、药效时间常数等)可用于补偿、校正或以其他方式调节pid增益系数以说明输注设备502所经历和/或表现的各种操作条件。pid增益系数可由泵控制模块602可访问的存储器606保持。就这一点而言，存储器606可包括多个寄存器，该多个寄存器与用于pid控制的控制参数相关联。例如，第一参数寄存器可存储目标葡萄糖值，并且在输入702处由求和块706访问或以其他方式耦接到该求和块，类似地，由比例增益块720访问的第二参数寄存器可存储比例增益系数，由积分增益块722访问的第三参数寄存器可存储积分增益系数，并且由微分增益块724访问的第四参数寄存器可存储微分增益系数。
在一个或多个示例性实施方案中，以个性化方式自动调整或适配闭环控制系统700的一个或多个参数，以考虑到由于进餐、运动或其他事件或活动引起的患者的葡萄糖水平或胰岛素敏感性的可能变化。例如，在一个或多个实施方案中，可以在预测进餐事件之前降低目标葡萄糖值702以实现胰岛素输注速率的增加，以便高效地预先推注进餐，并且由此降低餐后高血糖的可能性。另外地或另选地，可调整与闭环控制系统700的一条或多条路径相关联的时间常数或增益系数，以调谐对测量葡萄糖值704和目标葡萄糖值702之间的偏差的响应性。例如，基于正在消耗的进餐的特定类型或消耗进餐的一天中的特定时间，可调整与微分块710或微分项路径相关联的时间常数以便基于患者对特定进餐类型的历史血糖响应，响应于患者的葡萄糖水平的升高而使闭环控制或多或少地具有侵略性。
图8示出了患者监测系统800的示例性实施方案。患者监测系统800包括可通信地耦接到感测元件804的医疗设备802，该感测元件插入患者的身体中或由患者穿戴以获得指示患者的身体中生理状况的测量数据，诸如感测的葡萄糖水平。医疗设备802经由通信网络810通信地耦接到客户端设备806，其中客户端设备806经由另一个通信网络812通信地耦接到远程设备814。就这一点而言，客户端设备806可以用作用于将来自医疗设备802的测量数据上载或以其他方式提供给远程设备814的中间体。应当理解，出于说明目的且并非意图以任何方式限制本文所述的主题，图8示出了患者监测系统800的简化表示。
在示例性实施方案中，客户端设备806被实现为移动电话、智能电话、平板计算机或其他类似的移动电子设备；然而，在其他实施方案中，客户端设备806可被实现为能够经由网络810与医疗设备802通信的任何种类的电子设备，诸如膝上型或笔记本计算机、台式计算机等。在示例性实施方案中，网络810被实现为蓝牙网络、zigbee网络、或其他合适的个人局域网络。也就是说，在其他实施方案中，网络810可被实现为无线自组织网络、无线局域网(wlan)或局域网(lan)。客户端设备806包括或耦接到显示设备诸如监视器、屏幕或另一个常规电子显示器，该显示设备能够以图形方式呈现与患者的生理状况有关的数据和/或信息。客户端设备806还包括用户输入设备诸如键盘、鼠标、触摸屏等或者以其他方式与用户输入设备相关联，该用户输入设备能够从客户端设备806的用户接收输入数据和/或其他信息。
在示例性实施方案中，用户(诸如患者、患者的医生或另一个医疗保健提供者等)操纵客户端设备806以执行客户端应用程序808，该客户端应用程序支持经由网络810与医疗设备802通信。就这一点而言，客户端应用程序808支持在网络810上与医疗设备802建立通信会话，以及经由该通信会话从医疗设备802接收数据和/或信息。医疗设备802可类似地执行或以其他方式实现支持与客户端应用程序808建立通信会话的对应应用程序或过程。客户端应用程序808通常表示由客户端设备806生成或以其他方式实现以支持本文所描述的过程的软件模块或另一个特征。因此，客户端设备806通常包括处理系统和能够存储供处理系统执行的编程指令的数据存储元件(或存储器)，在被读取和执行时，这些编程指令使处理系统创建、生成或以其他方式促进客户端应用程序808并且执行或以其他方式支持本文所描述的过程、任务、操作和/或功能。取决于实施方案，该处理系统可使用任何合适的处理系统和/或设备实现，诸如一个或多个处理器、中央处理单元(cpu)、控制器、微处理器、微控制器、被配置为支持本文所述的处理系统的操作的处理核心和/或其他硬件计算资源。类似地，数据存储元件或存储器可被实现为随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存存储器、磁性或光学大容量存储器或者任何其他合适的非暂态短期或长期数据存储器或者其他计算机可读介质和/或它们的任何合适的组合。
在一个或多个实施方案中，客户端设备806和医疗设备802通过网络810建立彼此的关联(或配对)以支持随后经由网络810在医疗设备802与客户端设备806之间建立点对点或对等通信会话。例如，根据一个实施方案，网络810被实现为蓝牙网络，其中医疗设备802和客户端设备806通过执行发现过程或其他合适的配对过程彼此配对(例如，通过获得和存储彼此的网络标识信息)。在发现过程期间获得的配对信息允许医疗设备802或客户端设备806中的任一者经由网络810发起安全通信会话的建立。
在一个或多个示例性实施方案中，客户端应用程序808还被配置为在第二网络812上存储或以其他方式保持远程设备814的地址和/或其他标识信息。就这一点而言，第二网络812可在物理上和/或逻辑上与网络810不同，例如为因特网、蜂窝网络、广域网(wan)等。远程设备814通常表示被配置为接收和分析或以其他方式监测测量数据、事件日志数据、以及为与医疗设备802相关联的患者获得的可能其他信息的服务器或其他计算设备。在示例性实施方案中，远程设备814耦接到数据库816，该数据库被配置为存储或以其他方式保持与个体患者相关联的数据。在实践中，远程设备814可驻留在物理上与医疗设备802和客户端设备806不同和/或分开的位置处，例如，驻留在由医疗设备802的制造商所有并且/或者操作或以其他方式附属于该制造商的设施处。出于说明目的，但非限制性地，远程设备814在本文中可另选地称为服务器。
仍然参考图8，感测元件804通常表示被配置为生成、产生或以其他方式输出一个或多个电信号的患者监测系统800的部件，所述电信号指示由感测元件804感测、测量或以其他方式量化的生理状况。就这一点而言，患者的生理状况将影响由感测元件804输出的电信号的特征，使得输出信号的特征对应于感测元件804对其敏感的生理状况或以其他方式与所述生理状况相关。在示例性实施方案中，感测元件804被实现为插入患者的身体上的位置的间质葡萄糖感测元件，其生成具有与其相关联的电流(或电压)的输出电信号，所述电流(或电压)与间质液体葡萄糖水平相关，所述间质液葡萄糖水平通过感测元件804在患者的身体中感测或以其他方式测得。
医疗设备802通常表示患者监测系统800的部件，该部件通信地耦接到感测元件804的输出以接收或以其他方式从感测元件804获得测量数据样本(例如，测量的葡萄糖和特征阻抗值)，存储或以其他方式保持测量数据样本并且经由客户端设备806将测量数据上载或以其他方式传输到服务器814。在一个或多个实施方案中，医疗设备802被实现为输注设备102、200、502，这些输注设备被配置为将诸如胰岛素的流体输送到患者的身体。也就是说，在其他实施方案中，医疗设备802可以是与输注设备分开且独立的独立感测或监测设备(例如，感测装置104、504)。应当注意，尽管图8将医疗设备802和感测元件804描述为单独部件，但在实践中，医疗设备802和感测元件804可集成或以其他方式组合以提供可由患者穿戴的整体设备。
在示例性实施方案中，医疗设备802包括控制模块822、数据存储元件824(或存储器)和通信接口826。控制模块822通常表示医疗设备802的硬件、电路、逻辑、固件和/或一个或多个其他部件，该医疗设备耦接到感测元件804以接收由感测元件804输出的电信号并执行或以其他方式支持本文所述的各种附加任务、操作、功能和/或过程。取决于实施方案，控制模块822可使用被设计为执行本文所述功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实施或实现。在一些实施方案中，控制模块822包括模数转换器(adc)或另一类似采样构造，其对从感测元件804接收的输出电信号进行采样或以其他方式将其转换成对应的数字测量数据值。在其他实施方案中，感测元件804可结合adc并输出数字测量值。
通信接口826通常表示医疗设备802的硬件、电路、逻辑、固件和/或其他部件，其耦接到控制模块822以用于从/向医疗设备802向/从客户端设备806输出数据和/或信息。例如，通信接口826可包括或以其他方式耦接到一个或多个收发器模块，该一个或多个收发器模块能够支持医疗设备802与客户端设备806之间的无线通信。在示例性实施方案中，通信接口826被实现为被配置为支持蓝牙低功耗(ble)通信的蓝牙收发器或适配器。
在示例性实施方案中，远程设备814从客户端设备806接收使用感测元件804来获得的与特定患者相关联的测量数据值(例如，传感器葡萄糖测量结果、加速度测量结果等)，并且远程设备814将历史测量数据存储或以其他方式保持在与患者相关联的数据库816中(例如，使用一个或多个唯一患者标识符)。另外，远程设备814还可从客户端设备806或经由该客户端设备接收可由患者输入或以其他方式(例如，经由客户端应用程序808)提供的进餐数据或其他事件日志数据，并且在数据库816中存储或以其他方式保持与患者相关联的历史进餐数据和其他历史事件或活动数据。就这一点而言，进餐数据包括例如与特定进餐事件相关联的时间或时间戳、进餐类型或指示进餐的成分或营养特征的其他信息、以及与进餐相关联的大小的指示。在示例性实施方案中，远程设备814还接收历史流体输送数据，该历史流体输送数据对应于由输注设备102、200、502输送到患者的流体的基础或推注剂量。例如，客户端应用程序808可与输注设备102、200、502通信以从输注设备102、200、502获得胰岛素输送剂量和对应时间戳，并且然后将胰岛素输送数据上载到远程设备814以用于与特定患者相关联的存储。远程设备814还可从客户端设备806和/或客户端应用程序808接收与设备802、806相关联的地理定位数据和可能的其他背景数据，并且存储或以其他方式保持与特定患者相关联的历史操作背景数据。就这一点而言，设备802、806中的一个或多个可包括全球定位系统(gps)接收器、或能够实时输出或以其他方式提供表征相应设备802、806的地理位置的数据的类似模块、部件或电路。
可由远程设备814、客户端设备806和/或医疗设备802中的一者或多者分析历史患者数据以改变或调整输注设备102、200、502的操作，以便以个性化方式影响流体输送。例如，可分析患者的历史进餐数据和对应的测量数据或其他背景数据，以预测患者可能消耗下一餐的未来时间、特定时间段内的未来进餐事件的可能性、与未来进餐相关联的碳水化合物的可能大小或量、未来进餐的可能类型或营养成分等。此外，可分析患者在历史进餐事件之后的餐后时段的历史测量数据，以建模或以其他方式表征患者对当前背景(例如，一天中的时间、一周中的一天、地理定位等)的进餐的预测大小和类型的血糖响应。然后，可修改或调节控制或调节胰岛素输送的输注设备102、200、502的一个或多个方面，以主动地考虑到患者的可能进餐活动和血糖响应。
在一个或多个示例性实施方案中，远程设备814利用机器学习来确定历史传感器葡萄糖测量数据、历史输送数据、历史辅助测量数据(例如，历史加速度测量数据、历史心率测量数据等)、历史事件日志数据、历史地理定位数据和其他历史或背景数据的哪种组合与特定患者的特定事件、活动或度量的发生相关或预测该发生，并且然后基于该输入变量集合来确定用于计算感兴趣参数的对应方程、函数或模型。因此，该模型能够表征当前(或最近)传感器葡萄糖测量数据、辅助测量数据、输送数据、地理位置、患者行为或活动等中的一个或多个的特定组合，或将该特定组合映射到表示特定事件或活动的当前概率或可能性的值或感兴趣参数的当前值。应当注意，由于每个患者的生理响应可与其他群体不同，因此预测或关联于特定患者的输入变量的子集可与其他患者不同。此外，基于特定输入变量与该特定患者的历史数据之间的不同相关性，针对该预测子集的相应变量应用的相对权重还可以与可能具有共同预测子集的其他患者的不同。应当注意，远程设备814可利用任何数量的不同机器学习技术(诸如例如人工神经网络、遗传编程、支持向量机、贝叶斯网络、概率机器学习模型或其他贝叶斯技术、模糊逻辑、启发式派生的组合等)以确定哪些输入变量预测当前感兴趣的患者。
图9示出了适于由输注设备(或与其相关联的控制系统)实施来调整推注量以降低餐后低血糖葡萄糖偏移的可能性的示例性主动推注调整过程900。就这一点而言，主动推注调整过程900补偿在施用推注之前的自动或自主胰岛素输送。结合主动推注调整过程900执行的各种任务可由硬件、固件、由处理电路执行的软件或其任何组合来执行。为了进行示意的说明，以下描述涉及上文结合图1至图8提及的元件。在实践中，主动推注调整过程900的部分可由输注系统的不同元件执行，诸如例如，输注设备102、200、502、802、客户端计算设备106、806、远程计算设备108、814和/或泵控制系统520、600。应当理解，主动推注调整过程900可包括任何数量的附加任务或另选任务，这些任务不需要以例示的顺序执行并且/或者这些任务可同时执行，并且/或者主动推注调整过程900可被并入具有本文未详细描述的附加功能的更全面的程序或过程中。此外，只要预期的总体功能保持不变，则可从主动推注调整过程900的实际实施方案中省略在图9的上下文中示出和描述的一个或多个任务。
参照图9并继续参考图1至图8，在示例性实施方案中，响应于用户试图启动推注而执行主动推注调整过程900。例如，患者或另一用户可操纵与输注设备102、200、502、802或能够向输注设备102、200、502、802传递推注输送命令的另一设备106、108、806相关联的用户界面。在一个或多个示例性实施方案中，当患者与用于施用进餐推注的特定应用程序608、610、808的推注向导功能进行交互时，启动主动推注调整过程900。主动推注调整过程900接收或以其他方式获得对将推注的进餐的进餐大小的指示，然后基于输入进餐大小来计算或以其他方式确定初始推注量(任务902、904)。例如，在客户端设备806处的客户端应用程序808可生成或以其他方式提供推注向导gui显示，该推注向导gui显示包括允许客户端设备806的用户输入或以其他方式提供将消耗的碳水化合物的估计量、定性进餐大小、进餐成分或表征当前进餐的其它信息的可选择gui元素。通过将与进餐相关联的碳水化合物的量除以与患者相关联的碳水化合物比率来计算或以其他方式确定对应的进餐推注量。
在一个或多个实施方案中，当从血糖仪530获得或以其他方式结合进餐推注提供血糖测量值时，计算的进餐推注量还包括校正推注项。例如，可使用方程
在基于输入进餐大小确定初始进餐推注量之后，主动推注调整过程900接收或以其他方式获得患者的当前葡萄糖测量数据和历史输送数据，然后使用该当前葡萄糖测量数据和历史胰岛素输送数据基于初始进餐推注量来计算或以其他方式确定在餐后未来时间窗口期间患者的未来葡萄糖水平的预测值(任务906、908、910)。就这一点而言，根据当前传感器葡萄糖测量值、当前传感器葡萄糖测量结果微分或趋势、历史胰岛素输送、与进餐相关联的碳水化合物的量以及用于将施用的推注的胰岛素的量，用于施用进餐推注的应用程序608、610、808的推注向导功能为患者计算一组预测或预报葡萄糖测量值，该组预测或预报葡萄糖测量值对应于在患者消耗进餐并施用输入的进餐推注量之后的未来时间段。另外，预测葡萄糖测量值考虑到可由输注设备102、200、502、802实现的控制方案(例如，响应于患者的葡萄糖水平餐后升高)自动或自主地输送的估计未来胰岛素输送。
在示例性实施方案中，使用患者对进餐的餐后葡萄糖响应的数学模型来预测未来葡萄糖值，该数学模型通过一组微分方程表征对胰岛素输送和对应的进餐消耗的葡萄糖响应。这些等式可以基于作为胰岛素输送的结果的估计葡萄糖利用与作为将进餐转化为血糖的葡萄糖增加之间的质量平衡。数学模型还可以包括使其能够在禁食时预测血糖的特定参数。可以使用曲线拟合来调整患者的特定进餐响应的数学模型，例如，通过调整数学模型中的进餐吸收率以拟合测量的历史葡萄糖曲线并由此建立最合适的进餐吸收率。
以举例的方式，在一个实施方案中，患者的餐后葡萄糖响应的数学模型由以下一组二阶微分方程控制：
其中ip是血浆胰岛素浓度(以每分升为单位或u/dl)，其包括或结合基础胰岛素输送和推注胰岛素输送两者；k1是常数(一每分钟每分升或1/min/dl)；iin是胰岛素输送到皮下组织中的速率(以每分钟为单位或u/min)；gsc表示患者的葡萄糖水平(mg/dl)；gmeal是产生于由患者消耗的碳水化合物的葡萄糖的浓度(mg/dl)；k2是常数(毫克每碳水化合物每二次方分钟每分升或mg/carbs/min2/dl)；carb是由患者消耗的碳水化合物的量；τ1和τ2是血浆胰岛素浓度时间常数；τ3和τ4是葡萄糖浓度时间常数；τ5是碳水化合物转化成毫克葡萄糖时间常数；km是转换常数(一每二次方分钟或1/min2)；以及ki是转换常数(毫克每单位每二次方分钟或mg/u/min2)。可基于可由患者监测系统800的一个或者多个部件802、806、814、816保持的历史葡萄糖测量数据、历史胰岛素输送数据、历史进餐数据和/或其他历史事件日志数据来确定时间常数(τ1至τ5)、葡萄糖转换常数(km)和胰岛素转换常数(ki)。在一个实施方案中，碳水化合物转化成毫克葡萄糖时间常数(τ5)和胰岛素转换常数(ki)是患者专用的并且基于与感兴趣的患者相关联的历史数据来确定，而剩余的常数则是根据许多不同患者中的人口基础来确定的。例如，在一个实施方案中，可基于患者在前一段时间内的总日胰岛素剂量(例如，根据前6天的中值总日剂量)来确定患者的胰岛素转化常数(ki)。
为了计算患者的未来葡萄糖值，通过以下方式启动这些微分方程：使用方程(1)基于在当前时刻之前的历史胰岛素输送来计算初始血浆胰岛素(ip)及其时间微分
在确定患者的血浆胰岛素(ip)、血浆胰岛素时间微分
仍然参考图9，主动推注调整过程900验证或以其他方式确定患者的预测葡萄糖值是否在餐后未来时间窗口期间保持高于阈值(任务912)。就这一点而言，主动推注调整过程900检测或以其他方式识别在餐后分析时间窗口期间患者的预测葡萄糖值中的至少一个何时降至低于阈值。例如，在一个实施方案中，主动推注调整过程900识别由将消耗的碳水化合物的当前估计量和对应进餐推注的组合产生的患者的预测未来葡萄糖值在接下来的4小时内何时降至低于50mg/dl的阈值。也就是说，应当注意，葡萄糖阈值和/或餐后分析时间窗口的持续时间可变化，并且本文所述的主题不限于任何特定阈值和/或任何餐后分析周期的持续时间。
当患者的预测未来葡萄糖水平在餐后分析时间段期间降至低于阈值时，主动推注调整过程900识别调整推注量，该调整推注量保持患者的预测未来葡萄糖水平在餐后分析时间段期间高于阈值(任务914)。就这一点而言，主动推注调整过程900识别调整推注量，当在具有上述预置条件的公式(1)中用作胰岛素输送速率变量(iin)时，该调整推注量使患者的葡萄糖水平(gsc)的预测未来值中的每一个在餐后分析时间窗口期间保持高于阈值。如以下在图11的上下文中更详细描述的，在示例性实施方案中，主动推注调整过程900从由基于输入进餐大小确定的初始推注量限定的搜索空间内识别方程(1)中的初始胰岛素输送速率变量(iin)的最大值，该最大值保持患者的葡萄糖水平(gsc)的预测未来值在餐后分析时间窗口期间高于阈值。因此，在给定将消耗的碳水化合物的当前估计量、患者的当前葡萄糖水平及其当前时间微分以及由先前的胰岛素输送产生的患者的当前血浆胰岛素浓度的组合的情况下，在考虑到先前和/或未来胰岛素输送以及通过保持预测未来葡萄糖水平高于阈值来降低餐后低血糖事件的可能性的情况下调整推注量使将由进餐推注输送的胰岛素的量最大化。
图10示出了基于患者的当前葡萄糖水平及其当前时间微分以及由先前的胰岛素输送产生的患者的当前血浆胰岛素浓度来计算的针对将消耗的碳水化合物的当前量的不同进餐推注量的患者的预测葡萄糖水平的示例性曲线图1000。曲线图1000示出了在将为之而进行推注的当前进餐事件1004之前的患者的传感器葡萄糖测量结果的图形表示1002与表示与历史胰岛素输送相关联的量和定时的柱1006以及先前进餐事件的定时的标记1008。另外，曲线图1000示出了在当前进餐事件1004之后的餐后时间段的患者的预测未来葡萄糖水平的图形表示1010，这些预测未来葡萄糖水平基于初始进餐推注量(由柱1012表示)来计算或以其他方式确定。如上所述，基于与进餐事件1004相关联的碳水化合物的估计量并使用与患者相关联的碳水化合物比率来计算或以其他方式确定初始进餐推注量1012(例如，任务904)。为了计算预测未来葡萄糖值1010，结合与进餐事件1004相关联的碳水化合物的估计量和初始进餐推注量1012，利用历史胰岛素输送1006、历史进餐事件1008以及当前和先前的传感器葡萄糖测量结果1002来启动针对患者状况的数学模型。当预测未来葡萄糖值1010降至低于阈值1014(例如，任务912)时，主动推注过程900识别调整推注量(由柱1022指示)，该调整推注量使患者的预测未来葡萄糖值1020在餐后分析时间窗口期间保持高于阈值1014。
再次参考图9，在一个或多个实施方案中，在识别了调整推注量之后，主动推注调整过程900启动或以其他方式促进替代基于输入进餐大小确定的初始推注量的调整推注量的输送(任务916)。在一些实施方案中，可自动施用替代初始推注量的调整进餐推注剂量；然而，在其他实施方案中，可以在gui显示器上生成或以其他方式提供计算进餐推注剂量的通知以供患者查看、修改和/或确认。例如，在一个或多个实施方案中，主动推注调整过程900可在推注向导gui显示器上显示调整推注量，或以其他方式向患者提供调整推注量的通知与可由患者选择以确认调整推注量并启动输送的对应的gui元素。这样的gui显示还可包括估计碳水化合物比率和估计碳水化合物量的指示以用于查看、修改和/或确认。就这一点而言，一些实施方案可允许患者修改碳水化合物比率、碳水化合物量或推注剂量中的一者或多者。响应于碳水化合物比率或碳水化合物量的修改，主动推注调整过程900可基于由调整的碳水化合物比率和/或量产生的进餐推注量来重复分析(例如，任务904、906、908、910和912)。一旦确定了调整推注量，然后可命令、发信号或以其他方式指示命令生成应用程序610操作输注设备502的马达532以输送调整推注剂量的胰岛素。
图11示出了适于结合主动推注调整过程900(例如，任务914)来实施以识别调整推注量的示例性推注搜索过程1100，该调整推注量在保持预测未来葡萄糖值在后续时间段期间高于阈值的情况下使推注剂量最大化。结合推注搜索过程1100执行的各种任务可由硬件、固件、由处理电路执行的软件或其任何组合来执行。为了进行示意的说明，以下描述涉及上文结合图1至图10提及的元件。应当理解，推注搜索过程1100可包括任何数量的附加任务或另选任务，这些任务不需要以例示的顺序执行并且/或者这些任务可同时执行，并且/或者推注搜索过程1100可被并入具有本文未详细描述的附加功能的更全面的程序或过程中。此外，只要预期的总体功能保持不变，则可从推注搜索过程1100的实际实施方案中省略在图11的上下文中示出和描述的一个或多个任务。
在示例性实施方案中，推注搜索过程1100执行试图达到保持预测未来葡萄糖值在后续时间段期间高于阈值的最大推注剂量的黄金分割搜索(或黄金比例搜索)或其他fibonacci搜索技术。推注搜索过程1100识别或以其他方式确定将用于探测或测试并用于替代初始进餐推注量的初始调整推注量(任务1102)，该初始进餐推注量最初使用输入进餐大小和碳水化合物比率来(例如，在任务904处)确定。就这一点而言，推注搜索过程1100在由下限为零推注和上限为等于初始进餐推注量(bmeal)限定的搜索空间内识别初始调整推注量。在示例性实施方案中，根据对应于黄金比例的初始进餐推注量，通过将初始进餐推注量乘以0.618，利用黄金比例来识别初始调整推注量。也就是说，本文所述的主题并非意图限于用于划分搜索空间的任何特定方式。推注搜索过程1100还利用初始调整推注量来限定或以其他方式确定用于后续分析的搜索空间(任务1104)。例如，可相对于初始调整推注量来限定上搜索空间，其被界定为下限为初始调整推注量并且上限为初始进餐推注量(例如，[0.618bmeal,bmeal])，同时下搜索空间可被界定为上限为初始调整推注量并且下限为零推注剂量(例如，[0,0.618bmeal])。
推注搜索过程1100通过以下方式继续：以与上述类似的方式(例如，任务910)使用当前葡萄糖测量数据和历史胰岛素输送数据并基于初始调整推注量来计算或以其他方式确定在餐后未来时间窗口期间的患者的未来葡萄糖水平的预测值(任务1106)。就这一点而言，使用初始调整推注量(例如，0.618bmeal)替代初始进餐推注量来启动患者的餐后葡萄糖响应的数学模型。以与上述的类似的方式(例如，任务912)，推注搜索过程1100验证或以其他方式确定在基于结果来选择新的搜索空间用于分析之前，在利用了初始调整推注量的情况下患者的预测葡萄糖值是否在餐后未来时间窗口期间保持高于阈值(任务1108、1110、1112)。这样，初始调整推注量被用于探测初始搜索空间并识别相对于初始调整推注量来限定的哪一个更小的搜索空间应被用于确定用于进一步探测或测试的后续推注量，该初始调整推注量继而逐渐或迭代地缩小搜索空间并收敛至保持预测葡萄糖值在餐后时间窗口的持续时间内高于低血糖阈值的最大或最优推注剂量。
当患者的预测葡萄糖值中的一个或多个在餐后分析时间段期间低于阈值时，推注搜索过程1100利用由调整推注量限定的较低搜索空间来识别或以其他方式确定更新的调整推注量(任务1110)并重新限定后续搜索空间(任务1104)。例如，通过根据黄金比例划分较低搜索空间，也就是说，通过将初始调整推注量乘以0.618以获得等于初始进餐推注量的0.382倍的更新的推注量，推注搜索过程1100可在较低搜索空间内识别更新的调整推注量。然后，推注搜索过程1100相对于更新的推注量限定下搜索空间，其具有由用于识别更新的推注量的搜索空间的先前下限限定的下限(例如，[0,0.382bmeal])，并且相对于更新的推注量限定上搜索空间，其具有由用于识别更新的推注量的搜索空间的先前上限限定的上限(例如，[0.382bmeal,0.618bmeal])。然后，推注搜索过程1100通过以下方式继续：通过使用更新的调整推注量(例如，0.382bmeal)并启动患者的餐后葡萄糖响应的数学模型，基于更新的调整推注来计算或以其他方式确定在餐后未来时间窗口期间患者的未来葡萄糖水平的预测值(任务1106)。同样，推注搜索过程1100验证或以其他方式确定患者的预测葡萄糖值是否在餐后未来时间窗口期间保持高于阈值，并且然后基于该确定的结果选择相对于更新的调整推注量限定的搜索空间中的一个(例如，上搜索空间[0.382bmeal,0.618bmeal](如果预测葡萄糖值保持高于阈值)或下搜索空间[0,0.382bmeal](如果情况相反))以进行进一步分析(任务1108、1110、1112)。就这一点而言，如果在使用了推注量0.382bmeal的情况下预测葡萄糖值保持高于阈值，则可利用黄金比例来划分上搜索空间以获得更新的推注量0.528bmeal与更新的搜索空间[0.382bmeal,0.528bmeal]和[0.528bmeal,0.618bmeal]以用于进一步分析(任务1104和任务1112)。
类似地，在初始调整推注量0.618bmeal保持患者的预测葡萄糖值在餐后分析时间段期间高于阈值的情况下，推注搜索过程1100划分由调整推注量限定的上搜索空间以识别或以其他方式确定更新的调整推注量(任务1112)。例如，推注搜索过程1100可根据黄金比例划分上搜索空间[0.618bmeal,bmeal]以获得更新的推注量0.854bmeal。然后，推注搜索过程1100相对于更新的推注量限定下搜索空间，其具有由用于识别更新的推注量的搜索空间的先前下限限定的下限(例如，[0.618bmeal,0.854bmeal])，并且相对于更新的推注量限定上搜索空间，其具有由用于识别更新的推注量的搜索空间的先前上限限定的上限(例如，[0.854bmeal,bmeal])(任务1104)。然后，推注搜索过程1100通过以下方式继续：通过使用更新的调整推注量0.854bmeal并启动患者的餐后葡萄糖响应的数学模型，使用更新的调整推注来计算或以其他方式确定患者的未来葡萄糖水平的预测值(任务1106)。如果在使用了推注量0.854bmeal的情况下患者的预测葡萄糖值在餐后未来时间窗口期间保持高于阈值，则可利用黄金比例来进一步划分上搜索空间以获得更新的推注量0.944bmeal与更新的搜索空间[0.854bmeal,0.944bmeal]和[0.944bmeal,bmeal]以用于进一步分析。相反，如果推注量0.854bmeal使预测葡萄糖值在餐后时间段期间低于阈值，则可利用黄金比例来进一步划分较低搜索空间以获得更新的推注量0.764bmeal与更新的搜索空间[0.618bmeal,0.764bmeal]和[0.764bmeal,0.854bmeal]以用于进一步分析。
在示例性实施方案中，在达到结束条件并且选择最终调整推注量作为将被利用替代初始进餐推注量之前，推注搜索过程1100将任务1104、1106、1108、1110和1112限定的循环重复预定的次数。例如，推注搜索过程1100可限于阈值数量的迭代(例如，20次迭代)，其中在已执行搜索空间的阈值数量划分之后，选择或以其他方式识别保持未来葡萄糖水平高于阈值的最近调整推注量供主动推注调整过程900使用。也就是说，在其他实施方案中，推注搜索过程1100可重复由任务1104、1106、1108、1110和1112限定的循环，直到在最优解上达到期望的收敛水平，例如直到所得的搜索空间小于初始搜索空间的某一部分或小于一定量的胰岛素(例如，当所得搜索空间的总和小于0.1个单位时)，在这之前选择保持未来葡萄糖水平高于阈值的最近调整推注量。在不存在识别保持未来葡萄糖水平高于阈值的调整推注量的情况下，推注搜索过程1100可将最终调整推注量设定为零。
应当理解，凭借推注搜索过程1100迭代地划分搜索空间并在那些逐渐缩小的搜索空间内选择对应的调整推注量，推注搜索过程1100试图识别仍保持预测葡萄糖值高于阈值的最大推注剂量，以便由此实现调整进餐推注量，该调整进餐推注量最接近原本会基于患者的碳水化合物比率已施用的进餐推注量，同时也降低餐后低血糖事件的可能性，而不需要对正在由输注设备同时利用或实现的对进餐推注的任何自动或自主操作模式进行暂停或作出其他修改。还应当注意，尽管本文主要在进餐的背景下描述了主题，但该主题不必限于进餐推注，并且可扩展至伴随任何其他类型的可使高葡萄糖水平升高或以其他方式影响患者的生理状况(例如，运动、急性应激等)的事件指示的推注。
应当注意，本文所述的主题不限于基于黄金比例的搜索或fibonacci搜索，并且可使用任何数量的合适的另选的搜索或优化方法(例如，基于梯度的搜索法、蛮力搜索法、牛顿法、二次优化、模拟退火、遗传算法等)来识别或以其他方式接近保持未来葡萄糖水平在期望的餐后时间段的持续时间内高于阈值的推注输入变量的最优值。例如，可采用线性搜索法将搜索空间划分成许多不同的值，并且从最高值往最低值进行，以识别保持未来葡萄糖水平高于阈值的最高的值。又如，可类似于fibonacci法逐步将搜索空间划分成一半或一些其他部分直到达到近似最优值，而不是使用黄金比例。再如，可利用成本函数法。就这一点而言，成本函数对于低于阈值的预测葡萄糖值可具有较高的价格，对于高于预先确定的阈值的预测葡萄糖值可具有较低的价格。然后，搜索可试图识别产生接近阈值的餐后预测葡萄糖值的最优推注值(例如，使用newton-raphson类型的搜索以收敛至最优推注量)。也就是说，基于黄金比例的搜索是识别近似最优值的一种计算效率高的方法。
为了简洁起见，与葡萄糖感测和/或监测、推注、闭环葡萄糖控制以及本主题的其他功能方面有关的常规技术在此可不再详细描述。此外，本文中可也使用某些术语但仅供参考，因此并非旨在进行限制。例如，除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”以及涉及结构的其他此类数字术语的术语并不意味着次序或顺序。以上描述可还指代被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或结构。如本文所用，除非另有明确说明，“耦接”是指一个元件/节点/结构直接或间接地与另一个元件/节点/结构结合(或直接或间接地连通)，并且不一定是机械地连接。
虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解，还存在大量变型形式。还应当理解，本文所述的一个或多个示例性实施方案并非旨在以任何方式限制要求保护的主题的范围、适用性或配置。例如，本文所述的主题不一定限于本文所述的输注设备和相关的系统。此外，前面的详细描述将为本领域的技术人员提供用于实现所描述的一个或多个实施方案的便捷的路线图。应当理解，在不脱离由权利要求书限定的范围的情况下，可对元件的功能和布置做出各种改变。因此，在没有明确的相反意图的情况下，上述示例性实施方案或其他限制的细节不应被解读为权利要求书。
1.一种操作能够向患者输送影响生理状况的流体的输注设备的方法，所述方法包括：
由与所述输注设备相关联的控制系统获得事件指示；
由所述控制系统基于所述事件指示来确定初始推注量；
由所述控制系统至少部分地基于所述初始推注量来确定在时间窗口期间所述患者的所述生理状况的预测值；并且
当所述预测值在所述时间窗口期间违反阈值时：
由所述控制系统在由所述初始推注量限定的搜索空间内识别调整推注量，所述调整推注量使所述生理状况的所述预测值在所述时间窗口期间满足所述阈值；并且
由所述控制系统操作所述输注设备的致动装置以将所述流体的所述调整推注量输送到所述患者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述调整推注量包括使所述搜索空间内的所述调整推注量最大化，其中所述调整推注量小于所述初始推注量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中识别所述调整推注量包括逐渐减小所述搜索空间以达到所述调整推注量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中逐渐减小所述搜索空间包括使用一个或多个中间调整推注量直到达到结束条件来逐渐减小所述搜索空间以使所述空间内的所述调整推注量最大化，其中逐渐减小所述搜索空间包括针对所述搜索空间内的一个或多个中间推注量中的每一个：
至少部分地基于所述相应中间推注量来确定在对应于所述事件指示的时间处的所述患者的相应初始状况；
至少部分地基于与在对应于所述事件指示的所述时间处的进餐相对应的碳水化合物量和所述相应初始状况来确定所述患者的所述生理状况在所述时间窗口期间的相应预测值；并且
基于所述患者的所述生理状况的所述相应预测值与所述阈值之间的关系来识别所述相应中间推注量和先前推注量之间的所述一个或多个中间推注量的后续中间推注量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中识别所述调整推注量包括使用黄金比例搜索来搜索所述搜索空间以获得最大推注剂量，所述最大推注剂量保持所述生理状况的所述预测值在所述时间窗口期间高于所述阈值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括确定所述患者的所述流体的未来输送，从而产生未来输送数据，其中确定所述生理状况的所述预测值包括至少部分地基于所述未来输送数据来确定所述生理状况的所述预测值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述未来输送数据包括识别由所述输注设备的自主操作模式实现的所述流体的自动输送的固定速率，或者，其中确定所述未来输送数据包括估计由所述输注设备的自主操作模式实现的所述流体的自动输送的可变速率，其中，任选地，
估计所述可变速率包括模拟闭环控制系统在所述时间窗口期间的操作。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
获得所述患者的历史输送数据；并且
至少部分地基于所述历史输送数据来确定在对应于所述事件指示的所述时间处的所述患者的初始状况，其中确定所述生理状况的所述预测值包括至少部分地基于所述未来输送数据和所述患者的所述初始状况来确定所述生理状况的所述预测值。
9.根据权利要求8所述的方法，所述流体包括胰岛素并且所述事件指示包括进餐指示，其中
确定所述患者的所述初始状况包括至少部分地基于所述初始推注量和所述历史输送数据来确定在对应于所述进餐指示的所述时间处的所述患者的初始血浆胰岛素浓度；并且
确定所述生理状况的所述预测值包括至少部分地基于所述未来输送数据、与在对应于所述进餐指示的所述时间处的所述进餐指示相对应的碳水化合物量以及在对应于所述进餐指示的所述时间处的所述初始血浆胰岛素浓度来确定在所述时间窗口期间所述患者的葡萄糖水平的所述预测值，其中，任选地，
识别所述调整推注量包括使用一个或多个中间调整推注量来逐渐减小所述搜索空间以使所述搜索空间内的所述调整推注量最大化，其中逐渐减小所述搜索空间包括针对所述一个或多个中间调整推注量中的每一个：
至少部分地基于所述相应中间调整推注量和所述历史输送数据来确定在对应于所述进餐指示的所述时间处的所述患者的相应初始血浆胰岛素浓度；
至少部分地基于所述未来输送数据、与在对应于所述进餐指示的所述时间处的所述进餐指示相对应的所述碳水化合物量、在对应于所述进餐指示的所述时间处的所述相应初始血浆胰岛素浓度来确定在所述时间窗口期间所述患者的所述葡萄糖水平的相应预测值；并且
基于所述患者的所述葡萄糖水平的所述相应预测值与所述阈值之间的关系来识别所述一个或多个中间调整推注量的后续中间调整推注量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
获得所述患者的历史胰岛素输送数据；并且
至少部分地基于所述历史胰岛素输送数据来确定在对应于所述事件指示的所述时间处的所述患者的所述初始血浆胰岛素浓度，其中确定所述生理状况的所述预测值包括至少部分地基于所述初始血浆胰岛素浓度、在与对应于所述事件指示的所述时间处的所述进餐相对应的所述碳水化合物量以及估计的未来胰岛素输送数据来确定在所述时间窗口期间所述患者的所述葡萄糖水平的所述预测值，其中，任选地，所述方法还包括获得所述患者的葡萄糖测量数据，其中确定所述预测值包括至少部分地基于所述初始血浆胰岛素浓度、所述葡萄糖测量数据、所述碳水化合物量以及所述估计的未来胰岛素输送数据来确定所述患者的所述葡萄糖水平的所述预测值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
获得所述患者的所述葡萄糖测量数据；
获得所述患者的所述历史胰岛素输送数据；并且
至少部分地基于所述历史胰岛素输送数据、所述葡萄糖测量数据、在对应于所述事件指示的所述时间处的胰岛素的所述初始推注量以及在与对应于所述事件指示的所述时间处的所述进餐相对应的所述碳水化合物量来确定在对应于所述事件指示的所述时间处的所述患者的初始状况，其中确定所述初始状况的所述预测值包括至少部分地基于所述患者的所述初始状况和所述未来胰岛素输送数据来确定在所述时间窗口期间所述患者的葡萄糖水平的所述预测值。
12.一种操作输注设备以响应于进餐指示而将胰岛素输送到患者的方法，所述方法包括：
由与所述输注设备相关联的控制系统获得所述患者的葡萄糖测量数据；
由所述控制系统获得所述患者的历史胰岛素输送数据；
由所述控制系统基于对应于所述进餐指示的碳水化合物的量来确定初始推注量；
由所述控制系统至少部分地基于所述葡萄糖测量数据、所述历史胰岛素输送数据、所述初始推注量和所述碳水化合物的量来确定所述患者的初始状况；
由所述控制系统确定所述患者的未来胰岛素输送数据；
由所述控制系统至少部分地基于所述患者的所述初始状况和所述未来胰岛素输送数据来确定在餐后时间窗口期间所述患者的葡萄糖水平的预测值；并且
当所述葡萄糖水平的所述预测值中的一个或多个预测值在所述餐后时间窗口期间降至低于阈值时：
至少部分地基于所述未来胰岛素输送数据和至少部分地基于所述葡萄糖测量数据、所述历史胰岛素输送数据、所述调整推注量和所述碳水化合物的量确定的患者的调整初始状况来逐渐减小由所述初始推注量限定的搜索空间以识别调整推注量，所述调整推注量使所述葡萄糖水平的所述预测值在所述餐后时间窗口期间满足所述阈值；并且
由所述控制系统操作所述输注设备的致动装置以将所述胰岛素的所述调整推注量输送到所述患者。
13.根据权利要求12所述的方法，其中逐渐减小所述搜索空间包括根据黄金比例逐渐减小所述搜索空间以使所述调整推注量最大化。
14.一种输注系统，包括：
致动装置，所述致动装置可操作以向患者输送流体，所述流体影响所述患者的生理状况；
用户界面，所述用户界面用于接收指示所述患者的进餐的输入；
感测装置，所述感测装置用于获得指示所述患者的所述生理状况的测量数据；
数据存储元件，所述数据存储元件用于保持所述患者的历史输送数据；并且
控制系统，所述控制系统耦接到所述致动装置、所述感测装置、所述数据存储元件和所述用户界面以基于所述进餐来确定所述流体的初始推注量，至少部分地基于所述初始推注量、所述测量数据，所述历史输送数据和未来输送数据来确定在未来时间窗口期间所述患者的所述生理状况的预测值，并且当所述预测值在所述时间窗口期间违反阈值时：
至少部分地基于所述调整推注量、所述测量数据、所述历史输送数据和所述未来输送数据来在由所述初始推注量限定的搜索空间内识别调整推注量，所述调整推注量使所述生理状况的更新预测值在所述时间窗口期间满足所述阈值；并且
操作所述致动装置以将所述流体的所述调整推注量输送到所述患者。
15.根据权利要求14所述的输注系统，其中：
所述流体包含胰岛素；
指示所述进餐的所述输入包含碳水化合物的量；
所述测量数据包括传感器葡萄糖测量数据；
所述历史输送数据包括历史胰岛素输送数据；
所述预测值包括在所述未来时间窗口期间的预测葡萄糖值，所述预测葡萄糖值至少部分地基于所述历史胰岛素输送数据、所述传感器葡萄糖测量数据、所述碳水化合物的量、所述胰岛素的所述初始推注量以及所述未来输送数据来确定，所述胰岛素的所述初始推注量至少部分地基于所述碳水化合物的量来确定；
所述更新的预测值包括在所述未来时间窗口期间的更新的预测葡萄糖值，所述更新的预测葡萄糖值至少部分地基于所述历史胰岛素输送数据、所述传感器葡萄糖测量数据、所述碳水化合物的量、所述胰岛素的所述调整推注量以及所述未来输送数据来确定；并且
所述更新的预测葡萄糖值高于所述阈值，并且/或者
其中所述控制系统被配置为通过使用黄金比例逐渐减小所述搜索空间以使所述调整推注量最大化来识别所述调整推注量，所述调整推注量使所述更新的预测值在所述时间窗口期间满足所述阈值。
技术总结