專利名稱：傳感器信號處理方法及傳感器信號處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葡萄糖監(jiān)測(監(jiān)控)的領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于連續(xù)葡萄糖監(jiān)測 (監(jiān)控)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的證據(jù)，如根據(jù)美國糖尿病協(xié)會(American Diabetes Association)的“全國糖尿病調(diào)查(National Diabetes Fact Sheet) ”，表明目前在美國大約1820萬人患有糖尿病；并且在美國，糖尿病是死亡的第六主要原因。在2000年出生的每三個美國人中有一人將發(fā)展成II型糖尿病。由于大量的糖尿病患者，以及由于預(yù)期會增加的糖尿病發(fā)病率，因此對于用于監(jiān)測葡萄糖水平的準(zhǔn)確葡萄糖監(jiān)測系統(tǒng)存在持續(xù)增長的需要。連續(xù)式葡萄糖傳感器(continuous glucose sensor)被設(shè)計成不僅在單個時間點提供實時葡萄糖水平，而且基于每一確定的時段(具有最少的指刺(finger-stick))進(jìn)行的分析來提供人葡萄糖水平的趨勢，這導(dǎo)致改善的血糖(glycemic) /糖尿病控制。然而，由于難以在動脈或血管中直接測量血糖(下文稱作BG)，最現(xiàn)代的連續(xù)式葡萄糖傳感器(下文稱作CGQ是通過對在間質(zhì)液中的間質(zhì)葡萄糖(下文稱作IG)進(jìn)行取樣來產(chǎn)生或獲得血糖估計(值)、而不是對BG進(jìn)行取樣來產(chǎn)生血糖估計(值)。來自IG的典型葡萄糖(BG)估計產(chǎn)生自至少兩個連續(xù)近似步驟1)血液至間質(zhì)葡萄糖(BG-至-IG)輸送；以及2)從由傳感器記錄的IG相關(guān)的電流導(dǎo)出BG值。因此，雖然CGS技術(shù)已取得顯著的進(jìn)展，但就校準(zhǔn)、靈敏度、穩(wěn)定性、以及血液與間質(zhì)葡萄糖濃度之間的生理時滯而言，準(zhǔn)確和可靠的CGS裝置的發(fā)展繼續(xù)面臨許多挑戰(zhàn)。BG和CGS讀數(shù)之間的差異起因于以下主要因素生理過程、傳感器校準(zhǔn)、噪聲(干擾)、以及操作(設(shè)計，engineering)。生理時滯和梯度動態(tài)地隨時間、隨BG水平、以及交叉受治療者(across subject)而變化；并且IG的直接頻繁的體內(nèi)取樣是極端困難的。因此，CGS的操作性能的評估留下一個中心問題分離起因于校準(zhǔn)、傳感器噪聲、以及BG/IG梯度的BG/CGS誤差部分。因此，期望一種方法和設(shè)備來改善CGS的準(zhǔn)確度(精確性)和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
基于本披露內(nèi)容，將明了本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方式
的各種目的和優(yōu)點。根據(jù)優(yōu)選的具體實施方式
，通過改善CGS傳感器的校準(zhǔn)或糾正由生物時滯引起的誤差或其組合， 本發(fā)明可改善CGS的準(zhǔn)確度和可靠性。作為本發(fā)明的一種示例性具體實施方式
，本文披露了一種用于改善連續(xù)式葡萄糖傳感器(CGQ的準(zhǔn)確度的方法。該方法包括在第一時間校準(zhǔn)CGS;以及在第二時間變化 CGS校準(zhǔn)，該第二時間是基于動態(tài)監(jiān)測的CGS值、CGS變化的速率和預(yù)定準(zhǔn)則加以確定的。作為本發(fā)明的另一種示例性具體實施方式
，本文披露了一種用于改善連續(xù)式葡萄糖傳感器(CGQ的準(zhǔn)確度的方法。該方法包括利用第一血糖數(shù)據(jù)和不同于第一血糖數(shù)據(jù)的第二血糖數(shù)據(jù)對CGS進(jìn)行校準(zhǔn)。作為本發(fā)明的又一示例性具體實施方式
，本文披露了一種連續(xù)式葡萄糖傳感 (CGS)裝置(或連續(xù)式葡萄糖檢測裝置)。該裝置包括第一裝置，用于測量間質(zhì)葡萄糖水平以便獲得CGS輸出；以及可訪問CGS輸出的校準(zhǔn)模塊，用于改善CGS的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步包括可訪問CGS輸出的監(jiān)測模塊，用于動態(tài)地監(jiān)測CGS和CGS的時間導(dǎo)數(shù)；以及基于動態(tài)CGS 值、CGS值的時間導(dǎo)數(shù)和預(yù)定準(zhǔn)則來指導(dǎo)(指示)另一個校準(zhǔn)事件。作為本發(fā)明的又一種示例性具體實施方式
，披露了一種計算機可讀介質(zhì)，該介質(zhì)具有計算機可執(zhí)行指令以實施一種用于改善連續(xù)式葡萄糖傳感器的準(zhǔn)確度的方法，其中所述方法包括取得(retrieving)最初血糖值和在最初血糖值的測量中獲得的CGS值；隨時間監(jiān)測CGS值和CGS值的時間導(dǎo)數(shù)；基于監(jiān)測的CGS值和CGS值的時間導(dǎo)數(shù)確定是否開始另一個校準(zhǔn)；以及如果確定開始所述的另一個校準(zhǔn)，則校準(zhǔn)CGS。作為本發(fā)明的又一種示例性具體實施方式
，披露了一種計算機可讀介質(zhì)，該介質(zhì)具有計算機可執(zhí)行指令以實施一種用于改善連續(xù)式葡萄糖傳感器的準(zhǔn)確度的方法，其中所述方法包括在第一時間取得血糖值和在最初血糖值的測量中獲得的CGS值；以及在第二時間校準(zhǔn)該CGS，該第二時間是通過基本上在該第二時間的一個CGS值、該CGS值的時間導(dǎo)數(shù)和預(yù)定準(zhǔn)則來確定的。作為本發(fā)明的又一種示例性具體實施方式
，本文披露了一種用于治療與血糖有關(guān)的疾病的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括連續(xù)式葡萄糖裝置；用于將CGS值遞送到疾病治療中心的裝置，其中疾病治療中心能夠發(fā)出相應(yīng)的治療指令或采取相應(yīng)的治療行為(treating action)0本發(fā)明的某些優(yōu)選具體實施方式
的各種目的和/或優(yōu)點可以(在某些優(yōu)選的實施例中)借助于本文所附的獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中進(jìn)一步闡述了另外的優(yōu)選具體實施方式
。根據(jù)35U.S.C. · · 112，第六款，在權(quán)利要求中，僅由詞組“用于...的裝置”表示的元件用來解釋為裝置加功能性的權(quán)利要求。本發(fā)明提供了一種傳感器信號處理方法，包括從葡萄糖傳感器接收葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)；確定校準(zhǔn)因子，所述校準(zhǔn)因子使葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)與葡萄糖水平相關(guān)；確定所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；基于第一數(shù)學(xué)模型確定在間質(zhì)液中的葡萄糖攝取或消耗參數(shù)；基于第二數(shù)學(xué)模型確定在血液與間質(zhì)液之間的葡萄糖擴散參數(shù)；以及基于所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)、所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率、所述校準(zhǔn)因子、所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)、和所述葡萄糖擴散參數(shù)來確定葡萄糖水平。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)通過使所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)濾波而預(yù)處理。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述濾波包括利用卡爾曼濾波器來濾波。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述濾波包括采用貝葉斯估計技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率通過使用利用指數(shù)權(quán)的短區(qū)間多項式光滑技術(shù)來確定。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型基于米-門氏動力學(xué)。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型使用用于葡萄糖轉(zhuǎn)運子的米-門氏常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖轉(zhuǎn)運子是GLUT-4。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)取決于胰島素水平和鍛煉中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述第二數(shù)學(xué)模型基于濃度梯度類擴散模型。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖擴散參數(shù)基于毛細(xì)管壁對葡萄糖的滲透性。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是追溯數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述校準(zhǔn)因子基于在第一時間的第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第一參照血液葡萄糖測量來確定。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述校準(zhǔn)因子進(jìn)一步基于在第二時間的第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第二參照血液葡萄糖測量來確定，其中，所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量僅僅在所述第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量與所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量之間的差異大于預(yù)定差異閾值時使用。本發(fā)明還提供了一種傳感器信號處理裝置，包括處理單元；以及可操作地耦接于至少一個處理單元的存儲器，所述存儲器用于存儲指令，當(dāng)所述處理單元執(zhí)行所述指令時，使得所述處理單元從葡萄糖傳感器接收葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)；確定校準(zhǔn)因子，所述校準(zhǔn)因子使葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)與葡萄糖水平相關(guān)；確定所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；基于第一數(shù)學(xué)模型確定在間質(zhì)液中的葡萄糖攝取或消耗參數(shù)；基于第二數(shù)學(xué)模型確定在血液與間質(zhì)液之間的葡萄糖擴散參數(shù)；以及基于所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)、所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率、所述校準(zhǔn)因子、所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)、和所述葡萄糖擴散參數(shù)來確定葡萄糖水平。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述存儲器用于存儲指令，當(dāng)所述處理單元執(zhí)行所述指令時，使得所述處理單元對所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)濾波。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述濾波包括利用卡爾曼濾波器來濾波。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述濾波包括采用貝葉斯估計技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率通過使用利用指數(shù)權(quán)的短區(qū)間多項式光滑技術(shù)來確定。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型基于米-門氏動力學(xué)。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型使用用于葡萄糖轉(zhuǎn)運子的米-門氏常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述葡萄糖轉(zhuǎn)運子是GLUT-4。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)取決于胰島素水平和鍛煉中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述第二數(shù)學(xué)模型基于濃度梯度類擴散模型。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述葡萄糖擴散參數(shù)基于毛細(xì)管壁對葡萄糖的滲透性。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是追溯數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述校準(zhǔn)因子基于在第一時間的第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第一參照血液葡萄糖測量來確定。根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，所述校準(zhǔn)因子進(jìn)一步基于在第二時間的第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第二參照血液葡萄糖測量來確定，其中，所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量僅僅在所述第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量與所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量之間的差異大于預(yù)定差異閾值時使用。


根據(jù)以下連同附圖的詳細(xì)描述，可以最好地理解本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方式
，其中圖1示意地圖解說明了一種利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的連續(xù)式葡萄糖傳感器來測量血糖水平的方法；圖2是示出了包括圖1的校準(zhǔn)儀的連續(xù)式葡萄糖傳感器的分解圖；圖3是圖解說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的校準(zhǔn)儀和時滯校正器的功能模塊的示意圖；圖如是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的校準(zhǔn)模塊的方塊圖；圖4b是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的校準(zhǔn)過程的流程圖；圖5圖解說明了其中在校準(zhǔn)期間的血糖差異以及通過本發(fā)明的示例性方法改善的CGS的準(zhǔn)確度；圖6是示出了利用本發(fā)明的時滯校正方法為改善CGS的準(zhǔn)確度所執(zhí)行的步驟的流程圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例為校準(zhǔn)CGS所執(zhí)行的步驟的流程圖；圖8是示出了利用本發(fā)明的一種示例性方法的改善的CGS測量結(jié)果的曲線圖；圖9是示出了利用本發(fā)明的一種示例性方法的改善的CGS測量結(jié)果的另一曲線圖；圖10是示出了利用本發(fā)明的一種示例性方法的改善的CGS測量結(jié)果的又一曲線圖；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例為改善CGS的準(zhǔn)確度所執(zhí)行的步驟的流程圖；圖12是圖解說明了一種其中可以實施本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)的示意圖；以及圖13是示出了具有計算機可讀指令的示例性計算裝置的示意圖，在該計算裝置中可以實施本發(fā)明的實施例。
具體實施方式
通過改善CGS的校準(zhǔn)或通過校正起因于BG與IG之間的生理時滯的誤差或它們的組合，本發(fā)明提供了一種用于改善連續(xù)式葡萄糖傳感器的準(zhǔn)確度的方法和裝置。考慮到在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)的許多可能的變型，在下文將參照特定的實施例來討論本發(fā)明。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了，以下討論是用于說明目的，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制本發(fā)明。在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，其它變型也是可用的。大多數(shù)目前的CGS裝置的不準(zhǔn)確性(不準(zhǔn)確度)主要歸因于不良的CGS校準(zhǔn)、生理時滯、以及隨機誤差。為了降低CGS的不準(zhǔn)確性，提出了一種改善的校準(zhǔn)程序。也在本發(fā)明中提出了，可以可替換地通過校正與生理時滯有關(guān)的誤差來實現(xiàn)降低不準(zhǔn)確性。事實上， 改善的校準(zhǔn)程序和時滯校正程序可以可替換地結(jié)合在一起以便獲得更好的CGS性能。參照圖1，其中示意性地圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例測量體內(nèi)葡萄糖水平的方法。由于在血管或動脈(血液)102中直接測量葡萄糖水平非常困難，所以CGS 100 通過測量與血管或動脈相互作用的間質(zhì)液104中的葡萄糖水平來檢測血糖水平；并且將 CGS的輸出值與血糖水平聯(lián)系起來(該過程經(jīng)常稱作校準(zhǔn))。這種間接測量基于已證明的基礎(chǔ)，即血糖水平與間質(zhì)液中的葡萄糖水平共同變化。為了改善CGS的準(zhǔn)確度，如圖2中所示，提供了準(zhǔn)確度改善儀(校準(zhǔn)儀，accuracy improver) 1060通過經(jīng)由最佳(優(yōu)化)校準(zhǔn)建議來改善CGS校準(zhǔn)(其將在下文討論)、或通過校正與生理時滯有關(guān)的誤差(其將在下文討論)、或通過其組合，準(zhǔn)確度改善儀可以改善 CGS的準(zhǔn)確度。雖然圖2示出了準(zhǔn)確度改善儀包括在CGS(IOO)中作為功能構(gòu)件，但并不需要如此。在其它實施例中，準(zhǔn)確度改善儀可以是與CGS分開的獨立模塊或方法。具體地說， 為了改善CGS的準(zhǔn)確度，可以在與CGS輸出相連接的裝置中實施(實現(xiàn)或設(shè)置，implement) 準(zhǔn)確度改善儀。此外，可以以存儲在計算機可讀介質(zhì)中的計算機可執(zhí)行代碼的序列的形式來實施準(zhǔn)確度模塊；或可以在裝置的硬件中加以實施，其將隨后詳述。作為本發(fā)明的一個實施例，圖3示意性地圖解說明了圖2中的準(zhǔn)確度改善儀(106) 的分解圖。在該特定的實施例中，準(zhǔn)確度改善儀(106)包括CGS校準(zhǔn)模塊108和時滯校正模塊 110° 通過執(zhí)行最佳校準(zhǔn)建議循環(huán)(optimal calibration recommendation cycle), CGS校準(zhǔn)模塊可指定用于改善CGS的校準(zhǔn)，從而改善CGS的總準(zhǔn)確度。時滯校正模塊(110) 被指定用來校正由血糖水平與間質(zhì)葡萄糖水平之間的生理時滯引起的誤差。取決于如上所討論的準(zhǔn)確度改善儀的具體功能，準(zhǔn)確度改善儀可以僅具有CGS校準(zhǔn)模塊和時滯校正模塊其中之一或兩者均具有。改善的CGS校準(zhǔn)在本領(lǐng)域已知的，CGS校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度取決于血糖(下文稱作BG)變化的速率和在校準(zhǔn)時刻⑴的BG值(BG(t))。BG變化的速率可以數(shù)學(xué)上表示為BG(t)的時間導(dǎo)數(shù) d(BG(t))/dt。鑒于下述事實帶有變量輸入(variant input)的校準(zhǔn)好于那些借助于單一或非變化的輸入的校準(zhǔn)，所以本發(fā)明的CGS校準(zhǔn)使用變量輸入。作為一個實施例，圖如是示出了圖3的示例性CGS校準(zhǔn)的功能模塊(118)的示意圖。參照圖4a，CGS校準(zhǔn)儀118包括初始校準(zhǔn)模塊111、存儲模塊113、再賦值模塊 (reassigning module) 115、以及決策環(huán)模塊117，其中決策環(huán)模塊117進(jìn)一步包括監(jiān)測模塊119、內(nèi)部請求模塊121、自檢啟動模塊(自檢起始模塊)123、決定模塊125、以及傳感器校準(zhǔn)模塊129。
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初始校準(zhǔn)模塊進(jìn)行最初校準(zhǔn)以便從BG(O)的最初測量結(jié)果獲得初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對 SG(O)和BG(O)。存儲模塊113耦合于初始校準(zhǔn)模塊111的輸出并存儲初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對 SG (0)和BG (0)。監(jiān)測模塊119連接于存儲模塊的輸出并動態(tài)地監(jiān)測CGS輸出SG (t)和SG (t) 變化的速率SG’ (t) =dSG(t)/dt。內(nèi)部請求模塊121連接于監(jiān)測模塊的輸出并管理用于校準(zhǔn)的內(nèi)部請求。自檢啟動模塊123連接于內(nèi)部請求模塊的輸出并被指定用于啟動自檢程序以用于最佳校準(zhǔn)定時。與自檢模塊123的輸出連接，決定模塊125決定是否在特定時間通過傳感器校準(zhǔn)模塊1 進(jìn)行另一次校準(zhǔn)。在決定以后，來自校準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過再賦值模塊115被再賦值(再分配)到CGS。應(yīng)該注意，實際上一個或多個上述功能模塊可以合并到其它功能模塊中。尤其是， 傳感器校準(zhǔn)模塊1 可以合并到初始校準(zhǔn)模塊111中，以進(jìn)行CGS校準(zhǔn)。可以將監(jiān)測模塊 119、內(nèi)部請求模塊121、自檢模塊123、以及決定模塊125中的任何一個合并到組合功能模塊中。在圖4b中示意性地圖解說明了圖如中的功能模塊的示例性操作，以便完成本發(fā)明的所期望的最佳校準(zhǔn)建議過程。參照圖4b，通過在最初時間t測量血糖水平BG(O)來進(jìn)行初始校準(zhǔn)，以便獲得最初CGS輸出SG(O)(步驟11 ?？梢酝ㄟ^圖如中的初始校準(zhǔn)模塊 111來執(zhí)行該步驟。在步驟114記錄最初數(shù)據(jù)對BG(O)和SG(0)。可以通過圖如中的存儲模塊113來執(zhí)行此步驟?？梢栽谟蒀GS制造商推薦的時間或在由用戶確定的時間執(zhí)行上述初始校準(zhǔn)。然后校準(zhǔn)程序進(jìn)入校準(zhǔn)決定形成環(huán)(calibration decision making loop) 118, 如圖如所示該校準(zhǔn)決定形成環(huán)是通過決策環(huán)模塊117來執(zhí)行的。校準(zhǔn)決定形成環(huán)開始于步驟120，該步驟120為隨時間監(jiān)測傳感器值SG(t)和變化速率SG’⑴，其中SG’ (t)定義為SG(t)的一階時間導(dǎo)數(shù)，即SG’ (t) =dSG(t)/dt。可以通過圖如中的監(jiān)測模塊119進(jìn)行SG’ (t)的動態(tài)監(jiān)測和推導(dǎo)。在特定時間、接受另一個校準(zhǔn)請求(步驟122)以后，則在步驟IM啟動用于最佳校準(zhǔn)定時的自檢程序。此步驟觸發(fā) (啟動)一系列確定在此時是否應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)的操作，例如圖4b中的1 和128。接受校準(zhǔn)請求并傳送這種請求以啟動自檢程序可以通過圖如中的內(nèi)部請求模塊121來完成；并且可以通過圖如中的自檢啟動模塊123來完成自檢啟動。應(yīng)當(dāng)注意到，可以在由制造商規(guī)定的時間、或可替換地在由用戶(如醫(yī)生以至適當(dāng)?shù)幕颊?規(guī)定的時間，啟動對于另一次校準(zhǔn)的內(nèi)部請求。在步驟IM啟動自檢程序以后，則在步驟1 確定是否ISGVt1) I < 1?？梢酝ㄟ^在圖如中的決定模塊125來執(zhí)行此決定步驟。如果|SG’(、)|彡1，則程序回到步驟120 以繼續(xù)監(jiān)測SG(t)和SG’ (t)值。否則，程序進(jìn)行另一決定是否SGU1)-SG(t0) I大于d(mg/ dl)，其中d(mg/dl)是初始SG(O)與在時間、時的CGS輸出SGU1)之間的預(yù)定差異閾值。 例如，d(mg/dl)可以是10mg/dl或更高，如15mg/dl或更高，并且更優(yōu)選30mg/dl或更高。 在步驟1 和128的一種或兩種決定可以通過如圖如中所示的決定模塊125來執(zhí)行。在步驟128，如果I SG(D-SGatl) I等于或小于d(mg/dl)，則程序回到步驟120。否則，在步驟 130，通過例如圖如中的傳感器校準(zhǔn)模塊1 進(jìn)行另一校準(zhǔn)?；谠诓襟E130的再校準(zhǔn)，在步驟116再賦予CGS校準(zhǔn)值，例如，通過分別用再校準(zhǔn)值SGai)和BGai)代替校準(zhǔn)值SG(tQ) 和BGatl)。在步驟114存儲再賦予的校準(zhǔn)值。可以通過圖如中的再賦值模塊115來完成上述再賦值。
在再賦值和記錄以后，校準(zhǔn)過程再次進(jìn)入決定形成環(huán)118，并且重復(fù)上述步驟 114、120、122、124、126、128、130、以及116。可以通過由CGS制造商建議的默認(rèn)校準(zhǔn)數(shù)目、或可替換地由用戶來確定校準(zhǔn)循環(huán)的數(shù)目。例如，在CGS運行(壽命，life)的最初M小時期間，可以進(jìn)行多次校準(zhǔn)循環(huán)，例如2至10次，或更通常3至4次校準(zhǔn)循環(huán)。利用如上所討論的最佳校準(zhǔn)方法的改善的CGS的準(zhǔn)確度可以通過以下實驗數(shù)據(jù)和計算機模擬來證實，如圖5所示。實驗數(shù)據(jù)為了測試體現(xiàn)如上所討論的精確度改善方法的該CGS的準(zhǔn)確度，對39位患有I型糖尿病(TlDM)的受治療者進(jìn)行了測量。39位參與者具有以下統(tǒng)計資料平均年齡為42. 5 歲，其中標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為12 (SD = 12)，TlDM的平均持續(xù)時間為21. 6年(SD = 94)，平均HbAlc =7. 4% (SD = 0. 8)，16 位為男性。該研究由弗吉尼亞大學(xué)IRB受治療者(University of Virginia IRB Subjects) 認(rèn)可。受治療者在研究之前的晚上被允許進(jìn)入一般臨床研究中心(綜合臨床研究中心， general clinic research center，GCRC)。整夜將參與者的 BG 水平控制在 100_150mg/ dl(5. 5-8. 3mmol/l)的血糖正常范圍內(nèi)。將Minimed CGMS 連接于每位受治療者并在研究期間按照制造商的說明進(jìn)行校準(zhǔn)。所有CGMS 被插入腹中。在早上實施高胰島素鉗夾 (hyperinsulmemic clamp) 0每個鉗夾使用了 lmU/kg/min的恒定胰島素輸注速率以及可變的葡萄糖輸注速率以達(dá)到和維持BG水平在約110mg/dl (約6mmol/l)。其后，降低葡萄糖輸注速率以允許BG的受控下降(約lmg/dl/min)直到BG達(dá)到50mg/dl (約2. 8mmol/l)。然后重新開始葡萄糖輸注以恢復(fù)到正常葡萄糖水平。鉗夾研究的血糖正常部分以70至210 分鐘的時間長短變化；以及BG降低操作的持續(xù)時間在30至60分鐘范圍內(nèi)變動?；謴?fù)時間在30至60分鐘范圍內(nèi)變動。通過將手加熱至50°C來獲得動脈化血液(arterialized blood)，然后每5分鐘取樣，用于參照BG水平?？紤]到胰島素要達(dá)到其穩(wěn)定狀態(tài)效應(yīng)，在開始輸注以后的最初15分鐘的數(shù)據(jù)被忽略。使CGMS 讀數(shù)與參照BG同步。傳感器最佳校準(zhǔn)的計算機樽擬利用在上述鉗夾研究期間獲得的兩個參照BG值對傳感器的再校準(zhǔn)進(jìn)行了計算機模擬，如圖5所示，其描述了作為兩個BG值之間的差異的函數(shù)的傳感器誤差。模擬的再校準(zhǔn)使用了 CGMS 的標(biāo)準(zhǔn)線性校準(zhǔn)函數(shù)。對來自再校準(zhǔn)的結(jié)果與在實驗期間顯示的傳感器本身的精確度以及與利用所有可獲得的參照BG值的“完美”校準(zhǔn)進(jìn)行了比較。參照圖5，X軸表示以BG單位(mg/dl)的在兩個模擬校準(zhǔn)點之間的距離；而Y軸表示利用兩點校準(zhǔn)的傳感器輸出的平均絕對誤差(MAE)。在該圖中可以看到，如果兩個校準(zhǔn)BG的值接近，則MAE會較高。當(dāng)差異接近20mg/dl時，MAE快速下降，并且其后緩慢下降。 圖中的上水平線表示傳感器本身校準(zhǔn)的MAE;而下水平線表示來自利用所有可獲得的參照點的“完美”校準(zhǔn)的MAE。在圖中還可以看到，數(shù)值大于30mg/dl但小于40mg/dl的BG校準(zhǔn)差異d獲得極好的結(jié)果；而數(shù)值大于40mg/dl的差異d獲得“幾乎完美的”結(jié)果。值得指出的是，上述在實驗期間的傳感器校準(zhǔn)總是在穩(wěn)定的BG (保持在血糖正常)期間完成的，因此BG變化的速率的影響為最小。生理時滯的校ιΗ
除CGS的校準(zhǔn)之外，BG與IG之間的生理時滯也引起CGS輸出的不準(zhǔn)確性。這來自以下事實大多數(shù)目前的CGS裝置并不直接測量血糖水平，而是以在間質(zhì)液中的IG水平來代替。然后CGS裝置將IG讀數(shù)轉(zhuǎn)換成BG的估計值。因此，從IG到BG的改善的轉(zhuǎn)換方法將導(dǎo)致改善的CGS性能。本發(fā)明的一個目的是通過包括IG與BG水平之間的生理時滯來改善從IG到BG的轉(zhuǎn)換。這樣的改善是通過分析和結(jié)合IG與BG之間的時間相關(guān)性(time dependence)來完成的。具體地說，建立數(shù)學(xué)模型以用來描述BG與IG或CGS輸出之間的時間相關(guān)性?；谝呀⒌哪Ｐ?，導(dǎo)出了數(shù)學(xué)方程以定量地表示CGS輸出對BG的時間相關(guān)性，即CGS是BG的函數(shù)。然后轉(zhuǎn)換此方程，以便表示作為CGS的函數(shù)的BG。因此，該反向方程(inverted equation)可以用來預(yù)測對于給出CGS輸出值的BG水平。在應(yīng)用中，將反向方程應(yīng)用于原始CGS數(shù)據(jù)以產(chǎn)生準(zhǔn)確的BG估計。數(shù)學(xué)樽型鑒于葡萄糖是相對小分子的事實，所以認(rèn)為，葡萄糖可以自由地擴散通過毛細(xì)管壁，如血管和脂肪組織。脂肪組織是高度血管化的；并且間質(zhì)液占據(jù)細(xì)胞之間相對較0的層。該事實意味著，不存在遠(yuǎn)離細(xì)胞表面的體積元素(volume element)，也不存在遠(yuǎn)離毛細(xì)管壁的體積元素。因此，葡萄糖在間質(zhì)液中的攝取和擴散可以假設(shè)為在拓?fù)渖鲜窍鄬鶆虻?。根?jù)本發(fā)明的IG和BG的運輸行為描述在圖1中。再次參照圖1，葡萄糖在間質(zhì)液與血管(或脂肪組織)之間的運輸行為可以作為擴散來建立模型。在間質(zhì)液中的IG還經(jīng)受消耗，其導(dǎo)致量和/或濃度降低。為了導(dǎo)出數(shù)學(xué)擴散方程，假定所考慮的特定局部間隙環(huán)境并不顯著地對BG/時間曲線的展開有貢獻(xiàn)，因此，BG水平BG(t)的時間相關(guān)性獨立地逐漸形成，并且可以處理為系統(tǒng)中的外源變量。這種假設(shè)是特別安全的，尤其在高胰島素鉗夾的情況下，其中BG水平受到葡萄糖IV輸注的最大控制。進(jìn)一步假設(shè)，葡萄糖的攝取按照IG獨立途徑、或按照由米-門氏(MichaeIis-Menten)動力學(xué)描述的途徑，如分別表示在方程Ia和Ib中方程 Ia
權(quán)利要求
1.一種傳感器信號處理方法，包括從葡萄糖傳感器接收葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)；確定校準(zhǔn)因子，所述校準(zhǔn)因子使葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)與葡萄糖水平相關(guān)；確定所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；基于第一數(shù)學(xué)模型確定在間質(zhì)液中的葡萄糖攝取或消耗參數(shù)；基于第二數(shù)學(xué)模型確定在血液與間質(zhì)液之間的葡萄糖擴散參數(shù)；以及基于所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)、所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率、所述校準(zhǔn)因子、所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)、和所述葡萄糖擴散參數(shù)來確定葡萄糖水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)通過使所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)濾波而預(yù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述濾波包括利用卡爾曼濾波器來濾波。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述濾波包括采用貝葉斯估計技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率通過使用利用指數(shù)權(quán)的短區(qū)間多項式光滑技術(shù)來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型基于米-門氏動力學(xué)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型使用用于葡萄糖轉(zhuǎn)運子的米-門氏常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述葡萄糖轉(zhuǎn)運子是GLUT-4。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)取決于胰島素水平和鍛煉中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二數(shù)學(xué)模型基于濃度梯度類擴散模型。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述葡萄糖擴散參數(shù)基于毛細(xì)管壁對葡萄糖的滲透性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是追溯數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)因子基于在第一時間的第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第一參照血液葡萄糖測量來確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)因子進(jìn)一步基于在第二時間的第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第二參照血液葡萄糖測量來確定，其中，所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量僅僅在所述第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量與所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量之間的差異大于預(yù)定差異閾值時使用。
16.一種傳感器信號處理裝置，包括處理單元；以及可操作地耦接于至少一個處理單元的存儲器，所述存儲器用于存儲指令，當(dāng)所述處理單元執(zhí)行所述指令時，使得所述處理單元從葡萄糖傳感器接收葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)；確定校準(zhǔn)因子，所述校準(zhǔn)因子使葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)與葡萄糖水平相關(guān)；確定所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；基于第一數(shù)學(xué)模型確定在間質(zhì)液中的葡萄糖攝取或消耗參數(shù)；基于第二數(shù)學(xué)模型確定在血液與間質(zhì)液之間的葡萄糖擴散參數(shù)；以及基于所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)、所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率、所述校準(zhǔn)因子、所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)、和所述葡萄糖擴散參數(shù)來確定葡萄糖水平。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述存儲器用于存儲指令，當(dāng)所述處理單元執(zhí)行所述指令時，使得所述處理單元對所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)濾波。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述濾波包括利用卡爾曼濾波器來濾波。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述濾波包括采用貝葉斯估計技術(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率通過使用利用指數(shù)權(quán)的短區(qū)間多項式光滑技術(shù)來確定。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型基于米-門氏動力學(xué)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述第一數(shù)學(xué)模型使用用于葡萄糖轉(zhuǎn)運子的米-門氏常數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述葡萄糖轉(zhuǎn)運子是GLUT-4。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)取決于胰島素水平和鍛煉中的至少一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述第二數(shù)學(xué)模型基于濃度梯度類擴散模型。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述葡萄糖擴散參數(shù)基于毛細(xì)管壁對葡萄糖的滲透性。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)是追溯數(shù)據(jù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述校準(zhǔn)因子基于在第一時間的第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第一參照血液葡萄糖測量來確定。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的裝置，其中，所述校準(zhǔn)因子進(jìn)一步基于在第二時間的第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量和相應(yīng)的第二參照血液葡萄糖測量來確定，其中，所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量僅僅在所述第一葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量與所述第二葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)測量之間的差異大于預(yù)定差異閾值時使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種傳感器信號處理方法及傳感器信號處理裝置。所述傳感器信號處理方法包括從葡萄糖傳感器接收葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)；確定校準(zhǔn)因子，所述校準(zhǔn)因子使葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)與葡萄糖水平相關(guān)；確定所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；基于第一數(shù)學(xué)模型確定在間質(zhì)液中的葡萄糖攝取或消耗參數(shù)；基于第二數(shù)學(xué)模型確定在血液與間質(zhì)液之間的葡萄糖擴散參數(shù)；以及基于所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)、所述葡萄糖傳感器數(shù)據(jù)的變化速率、所述校準(zhǔn)因子、所述葡萄糖攝取或消耗參數(shù)、和所述葡萄糖擴散參數(shù)來確定葡萄糖水平。
文檔編號A61B5/145GK102440785SQ201110269919
公開日2012年5月9日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者克里斯托弗·瑞安·金, 鮑里斯·P·科瓦特舍維 申請人:弗吉尼亞大學(xué)專利基金委員會, 雅培糖尿病護(hù)理公司