用于连续性肾脏替代疗法（RRT）的血浆电解质管理系统、方法和设备

背景技术

人的肾脏系统可能会由于各种原因而衰竭。肾衰竭产生若干生理紊乱。例如，对于具有肾衰竭的人，不再可能平衡水和矿物质或排泄每日代谢负荷。额外地，诸如尿素、肌酐、尿酸等有毒的代谢最终产物可能积聚在患者的血液和组织中。

利用透析或肾脏替代疗法(“RRT”)处理肾功能下降，最重要的是肾衰竭。透析和RRT从身体中去除正常运行的肾脏可能会去除的废物、毒素和过量的水。用于替代肾功能的透析处理和RRT对于许多人来说是关键的，这是由于该处理是救命的。

一种类型的肾衰竭疗法或RRT是血液透析(“HD”)，其通常使用扩散来从患者血液中去除废物产物。扩散梯度在血液与被称为透析液或透析流体的电解质溶液之间穿过半渗透透析器以引起扩散。扩散发生在患者体外，其中体外回路用于去除未清洁的血液并将清洁的血液返回到患者。

血液滤过(“HF”)是替代的肾脏替代疗法，其依赖于来自患者血液的毒素的对流运输。HF通过在处理期间向体外回路添加置换或替换流体来实现。在HF处理的过程中，置换流体和患者在多次处理之间积聚的流体使用透析器或其它过滤器进行超滤，从而提供了一种对流运输机制，这对于去除中大有毒分子特别有益。

血液透析滤过(“HDF”)是结合对流和扩散清除的处理形态。类似于标准血液透析，HDF使用流经透析器的透析流体，以提供扩散清除。此外，将置换溶液直接提供给体外回路，以提供对流清除。

急性患者通常让其采用连续性肾脏替代疗法(“CRRT”)处理，其中过滤和流体去除在一天中发生得更缓慢。当开始CRRT时，重症监护患者具有严重的电解质失衡并不罕见。严重电解质失衡的校正可能必须以不同的速度(pace)处理。例如，严重的高钾血症通常需要快速干预和校正。在另一示例中，不应过快地校正严重的低钠血症，以防止例如脑损伤。

存在已知的动力学生理模型来计算患者体内的电解质浓度的净平衡和变化，如由血浆电解质浓度所表示的。这些已知的模型需要电解质血浆浓度和患者体重数据的输入值作为起始点。这些输入值通常通过血液采样获得。

已知的动力学模型具有四个主要部件，包括生理模型、净平衡模型、整体流体输入/输出数据，以及与电解质增益/损失相关的数据。生理模型表示患者体内电解质的分布。在钠的情况下，这可以是细胞外水的单池模型，或更复杂的模型，包括细胞内体积、钾浓度和骨和皮肤中的钠储备。总体而言，该模型考虑了在RRT期间发生的体积变化。净平衡模型计算来自RRT疗法的电解质的净平衡。该模型主要将血液透析器/过滤器的清除模型集成为血液、透析液和/或过滤的操作流速和流体中电解质浓度的函数。计算电解质到流出物的传质速率需要计算过滤器入口处的电解质血浆水浓度，并且在处理带电物质时考虑道南(Donnan)效应。

整体流体输入/输出数据使得能够确定电解质分布体积的可测量变化。该数据包括指示输注流体、输血、尿输出、出血、呼吸或出汗的信息。数据可以直接从输注泵、尿液收集装置、模型估计(呼吸、出汗)或经由护士的手动输入获得或接收。与电解质增益/损失相关的数据使得能够计算RRT疗法之外的净电解质平衡。也可以考虑粪便中的电解质损失。

已知模型的问题是临床医生不容易得到它们。例如，临床医生不能访问分析患者流体摄入和血浆电解质浓度以确定趋势和处理建议的软件。相反，许多临床医生依赖于标准化的处理准则来使风险最小化并执行对患者的严格监测。

除了可用性问题之外，已知模型仅是学术性的并且不提供临床决策支持。相反，已知模型确定患者体内的电解质浓度的净平衡和变化。随后，留给临床医生来确定是否应该改变急性患者的CRRT参数以平衡电解质浓度，如果是，应该如何改变参数，同时不过快地改变电解质浓度或不冒引起不利患者状况(诸如高血压、低血压和/或严重的神经并发症)的风险。

发明内容

本文公开了一种用于(连续性)RRT的血浆电解质管理系统、方法和设备。示例系统、方法和设备使用一个或多个动力学生理模型，以基于患者体重、流体状态、水、钠和钾的输入/输出(例如，已知输注、透析、尿、失血等的输入/输出)的当前数据来计算血浆钠或其它电解质中的当前电解质变化速率。该输入/输出数据通过诸如输注数据、透析数据、尿液数据和失血数据的已知数据来获取，其通常在数据被生成/接收时存储到患者的电子病历(“EMR”)。使用可用的时间点输入/输出数据来生成精确的电解质浓度估计意味着需要更少(或不需要)的血液测试，从而提供精确的电解质确定而不需要频繁的繁重血液分析。

示例血浆电解质管理系统、方法和设备还可以被配置为使用一个或多个动力学生理模型来基于当前现成可用的(例如，精简的)数据来预测未来血浆钠(或其它电解质)浓度以用于水、钠和钾的输入/输出。计算的电解质变化速率可以作为感兴趣时间段(例如，预测时间窗口)，诸如接下来的24小时、48小时、96小时等的当前/预测变化速率提供给临床医生。从可用的单个时间点测量进行预测，而不必执行多个血液测试。此外，由于可以实时或接近实时地接收可用的输入/输出数据，因此还可以实时或接近实时地为临床医生提供电解质浓度预测，而不是必须等待数小时才能处理血液测试。

在一些实施例中，示例血浆电解质管理系统、方法和设备可以被配置为结合一个或多个规定的RRT或透析处理来分析中间血浆钠测量值(或其它血浆电解质测量值)，以验证处理如预测的和/或规定的那样进行。例如，示例血浆电解质管理系统、方法和设备可以将血浆电解质测量值的趋势与预测的血浆电解质浓度进行比较，以确定是否存在显著的偏差。当存在偏差时，可以实施示例血浆电解质管理系统、方法和设备，其可以为临床医生生成警报或警告。

示例血浆电解质管理系统、方法和设备被配置为计算诸如目标/所需透析液或血浆钠浓度、目标/所需透析液或血浆钾浓度、目标/所需流速等RRT参数。计算RRT参数以满足例如特定的规定血浆钠目标(例如，在给定时间T时获得血浆钠浓度，同时保持血浆钠变化速率低于安全极限，诸如X mmol/L/24h)。钠的变化速率对于患者特别重要。

示例血浆电解质管理系统、方法和设备可以确定例如RRT参数的调整，以实现规定的血浆钠校正变化曲线(profile)。血浆电解质管理系统、方法和设备可以基于经调整的参数自动调整RRT机器。在一些示例中，CRRT机器可以包括用于一种或多种电解质的嵌入式动力学生理模型。该模型被配置为提供CRRT机器的自动控制，以通过RRT或CRRT参数的调整来达到目标平衡浓度和/或校正速度/速率。这种配置基于一个或多个生理模型提供局部开环控制。

在其它实施例中，动力学生理模型位于分布式计算环境中或服务器处。在这些示例中，分布式计算环境或服务器被配置为从CRRT机器、输注泵等接收输入/输出数据，并且确定用于达到目标平衡浓度和/或校正速度/速率的参数调整。分布式计算环境或服务器将推荐的参数调整提供给临床医生装置的用户界面以进行确认。在接收到确认之后，分布式计算环境或服务器将参数调整(作为修改的处方)传输到CRRT机器。在校正速度/速率随时间改变的情况下，模型可以将期望时间段的速率输出到CRRT机器，随后稍后输出第二速率。分布式计算环境或服务器可以使用额外的输入/输出数据来确认在提供改变到第二速率的指令之前患者的电解质浓度正如所预测的那样改变。

根据本文所述的公开内容，并且不以任何方式限制本公开，在可以与本文所述的任何其它方面或其一部分结合的本公开的第一方面，用于连续性肾脏替代疗法(“RRT”)的血浆电解质管理系统包括存储患者的患者数据的第一存储器装置。患者数据包括来自初始血液测试的患者血液数据、流体状态、体重、输注数据、透析数据、尿液输出以及与规定的临床目标相关联的RRT处方参数。该系统还包括存储动力学生理模型的第二存储器装置，该动力学生理模型被配置为使用患者数据计算患者体内的当前血浆电解质浓度和估计的未来血浆电解质浓度。该系统还包括通信地耦合到第一存储器和第二存储器的处理器。处理器被配置为确定或接收当前血浆电解质浓度，使用考虑当前血浆电解质浓度的动力学生理模型来计算患者体内的电解质变化速率和估计的未来血浆电解质浓度，并且使得电解质变化速率被显示。

根据本公开的第二方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器被进一步配置为将电解质变化速率与阈值进行比较，并且当电解质变化速率超过阈值时，生成指示RRT处方参数中的至少一些参数应该被改变以降低电解质变化速率或达到临床目标的消息。

根据本公开的第三方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器、第一存储器装置和第二存储器装置位于RRT机器中。

根据本公开的第四方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，RRT机器包括连续式RRT机器或血液透析机器中的至少一种。

根据本公开的第五方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器远离RRT机器并且与RRT机器通信。

根据本公开的第六方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器还被配置为计算RRT处方参数中的至少一些参数的变化以将电解质变化速率降低到阈值以下，并且将计算的变化应用于RRT处方参数，使得RRT机器根据变化的RRT处方参数进行操作，或者使得所计算的RRT处方参数的变化被显示以供临床医生验证。

根据本公开的第七方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，所计算的RRT处方参数中的至少一些参数的变化被配置为达到血浆电解质浓度的目标平衡浓度或血浆电解质浓度的校正速度/速率中的至少一个。

根据本公开的第八方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，RRT处方参数包括对应于第一校正速度/速率的第一RRT处方参数和对应于第二校正速度/速率的第二RRT处方参数，并且处理器还被配置为在第一时间将第一RRT处方参数应用于RRT机器，并且在第一时间之后的第二时间将所计算的第二RRT处方参数的第二变化应用于RRT机器。

根据本公开的第九方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器被进一步配置为接收在任何时间生成的额外患者数据，使用动力学生理模型来确定患者体内新的当前血浆电解质浓度和新的估计的未来血浆电解质浓度，以用于计算瞬时的、新的电解质变化速率，并且基于新的电解质变化速率和新的当前血浆电解质浓度来确定新的RRT处方参数。

根据本公开的第十方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器位于服务器或分布式计算环境中，并且其中，第一存储器装置和第二存储器装置位于与服务器通信的集中式数据库处或位于分布式计算环境内。

根据本公开的第十一方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，血浆电解质包括钠、钾或磷中的至少一种。

根据本公开的第十二方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，估计的未来血浆电解质浓度是针对后续时间段计算的，后续时间段是4小时、8小时、12小时、16小时、24小时、48小时或96小时中的至少一个。

根据本公开的第十三方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，RRT处方参数包括患者流体去除速率、Qeff流出物流速、过滤器K0.A、血液流速、前置替换流体流速、透析液或透析流体流速、后置替换流体流速、流体去除速率、前置替换电解质浓度、后置替换电解质浓度或透析液电解质浓度中的至少一个。

根据本公开的第十四方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器还被配置为通过使用输注数据、透析数据、尿液输出和RRT处方参数来估计未来的水、流体和电解质的输入/输出量，并且将估计的未来的水、流体和电解质的输入/输出量应用于动力学生理模型，来估计患者体内的未来血浆电解质浓度。

根据本公开的第十五方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，透析数据包括由处理器使用流体耦合到患者的RRT机器计算当前血浆电解质浓度而确定的流出物中的电解质去除。

根据本公开的第十六方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，用于确定患者体内的估计的未来血浆电解质浓度的动力学生理模型包括用于更换RRT机器的袋的周期性的每小时5％至20％的停机时间和在预测窗口期间替换RRT机器的体外回路至少一次的30至180分钟的长停机时间。

根据本公开的第十七方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器还被配置为：接收RRT机器的停机时间的指示，基于停机时间的长度更新动力学生理模型，并且生成指示停机时间的警报消息、基于停机时间生成指示患者体内的新的当前血浆电解质浓度和新的估计的未来血浆电解质浓度的消息、或当RRT恢复时生成指示新的RRT处方参数应当被改变以达到临床目标的消息中的至少一项。

根据本公开的第十八方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，该系统用于急性RRT。

根据本公开的第十九方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，用于连续性肾脏替代疗法(“RRT”)的血浆电解质管理系统包括RRT机器和第一存储器装置，该RRT机器被配置为根据与规定的临床目标相关联的RRT处方参数向患者实施RRT，该第一存储器装置存储患者的患者数据。患者数据包括来自初始血液测试的患者血液数据、输注数据、透析数据和尿液输出。该系统还包括存储动力学生理模型的第二存储器装置，该动力学生理模型被配置为使用患者数据计算患者体内的当前血浆电解质浓度和估计的未来血浆电解质浓度。该系统还包括通信地耦合到RRT机器、第一存储器和第二存储器的处理器。处理器被配置为使用动力学生理模型在预测窗口内确定患者体内的当前血浆电解质浓度和估计的未来血浆电解质浓度，将当前血浆电解质浓度和估计的未来血浆电解质浓度与规定的临床目标进行比较，基于该比较确定至少一些新的RRT处方参数以满足规定的临床目标，并且利用新的RRT处方参数向RRT机器传输消息，该消息使RRT机器使用新的RRT处方参数来实施RRT。

根据本公开的第二十方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器、第一存储器装置和第二存储器装置位于RRT机器中。

根据本公开的第二十一方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，RRT机器包括连续式RRT机器或血液透析机器中的至少一种。

根据本公开的第二十二方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，处理器还被配置为将基于新的RRT处方参数的预测的未来血浆电解质浓度与至少一个阈值进行比较，当预测的未来血浆电解质浓度超过所述至少一个阈值时，将RRT处方参数修改为低于阈值。

根据本公开的第二十三方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，新的RRT处方参数被配置为达到血浆电解质浓度的目标平衡浓度或血浆电解质浓度的校正速度/速率中的至少一个。

根据本公开的第二十四方面，除非另外说明，否则其可以与本文列出的任何其它方面结合使用，用于连续性肾脏替代疗法(“RRT”)的血浆电解质管理系统包括存储患者的患者数据的第一存储器装置。患者数据包括来自初始血液测试的患者血液数据、流体状态、输注数据、体重、预测时间段内的预期/规定的患者体积校正(“V

根据本文列出的任何其它方面，在本公开的第二十五方面，该系统包括CRRT机器，CRRT机器包括：

处理单元；

体外血液回路，具有连接到处理单元的入口的血液抽取管路和连接到处理单元的出口的血液返回管路；所述体外血液回路被配置为用于连接到患者的血管通路；

血液泵，被配置为控制通过体外血液回路的血液流动；

流出物管路，连接到处理单元的出口；

控制单元，连接到血液泵。

在根据前述方面的第25方面之二，CRRT机器还包括连接到处理单元的入口的透析管路。

在根据前述两个方面中任一方面的第25方面之三，CRRT机器还包括在血液泵的上游或下游和处理单元的上游连接到血液抽取管路的前置输注管路，前置输注管路进一步连接到输注流体源(例如，袋)，前置输注泵位于前置输注管路上并且被配置为将流体从源泵送到血液回路。

在根据前述两个方面中任一方面的第25方面之四，CRRT机器还包括在处理单元下游连接到血液返回管路并且连接到输注流体源(例如，袋)的后置输注管路，后置输注泵位于后置输注管路上并且被配置为将流体从源泵送到血液回路。

在根据前述方面中任一方面的第25方面之五，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是在连续性肾脏替代疗法(“RRT”)开始时患者血浆电解质浓度(Cp0)的函数，特别地，所述患者血浆电解质浓度(Cp0)被测量(例如，利用实验室测量或在系统中在线测量)或者被提供在存储器中或者被提供为来自操作者的输入。

在根据前述方面中任一方面的第26方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是净溶质平衡速率(J

在根据前述方面的第27方面，使用预定的恒定生理电解质含量(C

在根据前述两个方面中任一项的第28方面，净溶质平衡速率(J

在根据前述三个方面任一方面的第28方面之二，利用以下关系来估计净溶质平衡速率(J

J

其中，

J

Q

Q

C

在根据前述方面的第29方面，患者流体体积的校正速率Q

其中，

V

Tpred是预测时间窗口的持续时间。

在根据前述方面28的第30方面，在未提供对患者流体体积的校正的情况下，患者流体体积的校正速率Q

在根据前述方面中任一方面的第31方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是RRT处方参数的函数，该RRT处方参数包括通过连接到CRRT机器的处理单元的出口的流出物管路的流出物流速(Qeff)。

在根据前述方面中任一方面的第32方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是RRT处方参数的函数，该RRT处方参数包括：

通过前置输注管路的前置替换流速(Qpre)，该前置输注管路在血液泵上游或下游并且在CRRT机器的处理单元上游连接到血液抽取管路；和/或

前置替换电解质浓度(Cpre)。

在根据前述方面中任一方面的第33方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是RRT处方参数的函数，该RRT处方参数包括：

-通过后置输注管路的后置替换流速(Qpost)，该后置输注管路连接到CRRT机器的处理单元下游的血液返回管路；和/或

-后置替换电解质浓度(Cpost)；

特别地，其中，动力学生理模型是透析液流速与后置替换电解质浓度的乘积(Qd×Cpost)的函数。

在根据前述方面中任一方面的第34方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是RRT处方参数的函数，该RRT处方参数包括：

通过透析管路的透析液流速(Qd)，该透析管路连接到处理单元的入口，和/或特别地，透析液流速为函数；和/或

透析液电解质浓度(Cd)；

特别地，其中，动力学生理模型是透析液流速与透析液电解质浓度的乘积(Qd×Cd)的函数。

在根据前述方面任一方面的第35方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是RRT处方参数的函数，该RRT处方参数包括通过体外血液回路，特别地，包括通过体外血液回路的抽取管路的血液流速(Qvb)。

在根据前述方面的第36方面，动力学生理模型是RRT处方参数的函数，该RRT处方参数包括血液流速与患者血细胞比容(Hct)的乘积，特别地，根据以下关系：

(1-Hct)×Qb

特别地，其中，(1-Hct)×Qvb是电解质溶质(例如，钠)稀释的血浆水。

在根据前述方面中任一方面所述的第37方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是在处理开始时的患者参考体重(BWre

在根据前述方面中任一方面的第38方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是经过的处理时间(t)的函数。

在根据前述方面中任一方面的第39方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是包括预稀释效果的RRT处方参数的函数，预稀释效果取决于前置替换流体浓度(Cpre)、前置替换流速(Qpre)、流出物流速(Qeff)以及血液流速(Qvb)或血浆水流速((1-Hct)×Qvb)，

特别地，处理器被配置为根据以下公式计算预稀释效果：

在根据前述方面中任一方面的第39方面之二，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是来自RRT疗法的流出物溶质平衡速率(J

J

在根据前述方面的第40方面，处理器被配置为将流出物溶质平衡速率(J

在根据前述方面中任一方面的第41方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是来自RRT疗法的输注溶质平衡速率(J

Qpre×Cpre+Qd×Cd+Qpost×Cpost。

在根据方面39、40或41的第42方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是来自RRT疗法的净溶质平衡速率(J

)。

在根据前述方面中任一方面的第43方面，处理器使用动力学生理模型来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))，动力学生理模型是在RRT疗法开始时患者体内的电解质初始分布体积(Vdis0)的函数，特别地，处理器被配置为利用以下公式计算电解质初始分布体积(Vdis0)：

Vdis0＝[0.15+(1Hct)×0.07×BWref+ΔVhydr0。

在根据前述方面中任一方面的第44方面，处理器使用动力学生理模型根据以下公式来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))：

特别是在没有提供患者流体体积的校正速率(Qnet)的情况下，即，Qnet＝0。

在根据前述方面中任一方面的第45方面，处理器使用动力学生理模型根据以下公式来估计估计的未来血浆电解质浓度(Cp(t))：

特别是在提供患者流体体积的校正速率(Q

在第46方面，结合图1至15中的任何一个或多个描述的任何特征、功能和替代方案可以与结合图1至15中的任何其它描述的任何特征、功能和替代方案相组合。

根据本公开和上述方面，因此本公开的优点是提供对感兴趣的电解质的患者血浆浓度随时间的演变的预测，而不需要进行频繁的血液测试。

本公开的另一优点是确定和/或推荐RRT处方，该RRT处方被预测为随时间推移提供限定的患者预后(patient outcome)。

本发明的另一优点是自动地向RRT机器提供经调整的RRT处方，经调整的RRT处方被预测为随时间推移达到所需的患者预后。

额外的特征和优点在下面的具体实施方式部分和附图中进行了描述，并且将从下面的具体实施方式部分和附图中显而易见。本文所描述的特征和优点不是无所不包的，特别地，鉴于附图和描述，许多额外特征和优点对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。而且，任何特定实施例不必具有本文所列出的所有优点，并且明确地预期分别要求单独的有利实施例。此外，应该注意，在说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择的，因此不限制本发明主题的范围。

附图说明

图1示出了根据本公开示例实施例的血浆电解质管理系统的图示。

图2示出了根据本公开的示例实施例的RRT机器的体外回路和透析液回路的图示。

图3示出了根据本公开示例实施例的血浆电解质管理系统的另一图示。

图4是根据本公开的示例实施例说明由血浆电解质管理系统执行的建模的图示。

图5是根据本公开示例实施例的使用动力学生理模型来估计患者体内的血浆电解质浓度的示例程序的流程图。

图6是根据本公开示例实施例的向临床医生显示血浆电解质浓度信息的示例用户界面。

图7至15示出了根据本公开示例实施例的由本文所公开的一个或多个动力学生理模型确定的血浆电解质浓度的示例图。

具体实施方式

本文中公开了用于连续式RRT的血浆电解质管理系统、方法和设备。示例血浆电解质管理系统、方法和设备被配置为使用一个或多个动力学生理电解质模型来提供临床决策支持，以用于管理针对急性肾病正在经历透析或RRT的患者的血浆电解质。示例血浆电解质管理系统、方法和设备特别适合于经历CRRT的急性患者。

CRRT系统被配置为用于输送非常特定的处理，该处理被设计为用于急性疾病状态的患者以及暂时丧失(部分或完全地)其肾脏功能的患者。在这方面，CRRT系统在结构和/或运行上可能不同于为慢性患者护理而设计的体外血液处理系统。与慢性患者相比，急性患者通常由于严重受伤的同期状态或在从手术中进行恢复期间而暂时完全丧失他们的肾功能。因此，急性患者通常非常虚弱，并且通常处于无法接受常规透析处理的状况，这可能进一步恶化其状态并导致严重的且可能危及生命的并发症。在上述情况下，CRRT系统被设计成单独处理健康状况表现非常差的患者而不会对患者身体造成进一步的压力，特别是在不允许与患者血液有关的重要参数偏离理想值或接近理想值的情况下。因此，在本文献的范围内，CRRT系统固有地通过具有以下特征中的一个或多个来表征。CRRT涉及肾脏替代疗法，这意味着辅助疗法首先旨在便于对利尿剂具有耐药性或急性肾衰竭患者体内的连续的流体去除。因此，CRRT系统固有地需要从患者连续地去除净流体。换句话说，CRRT系统需要流体平衡控制系统(诸如重量损失控制系统)，该系统被配置为生成连续的净重量损失速率(与通常在慢性患者护理中发现的仅控制参数以能够实现所需的目标重量损失相反)。此外，急性患者经受血管外流体超负荷，这无法在不引起潜在严重后果(例如低血容量性休克、心律不齐、低氧血症、肺换气不足等)的情况下在短时间段内(例如在慢性处理的几个小时内)安全地去除。因此，CRRT系统必须固有地包括对系统参数(特别是流速)的更精确得多的控制，以便确保使用在身体外循环的血液和处理流体(输注到体外回路中或通过透析器扩散)两者的所需的低流速。此外，CRRT处理是连续执行的(例如连续数天甚至数周而不中断/具有最小的中断，例如，更换袋的停机时间)。因此，CRRT中的处理设定基于流速设定，而不是基于与某些特定处理时间有关的设定(由于急性患者可能需要未知时间的处理，因此这可能是未知的)。因此，CRRT系统的运行不能基于要达到的一些预定的绝对重量损失，而是基于对患者体内流体平衡的精心控制，需要对许多运行参数进行连续调整，这些参数必须在整个(且先前未知)处理时间内基于设定的重量损失速率得到控制和维护。额外地，CRRT肾脏替代疗法涉及在相对较长的时间段内置换肾脏功能的疗法，因此，CRRT系统还至少需要在透析器中进行新鲜透析液交换(以便从血液中去除不需要的物质并通过扩散向血液添加所需的物质)和/或结合超滤的新鲜输注流体(以便从血液中去除不需要的物质并通过对流向血液添加所需的物质)。

至少由于上述原因，CRRT系统需要表现出特定的技术特征，以使该系统能够：

-允许设定患者净去除速率，

-根据设定的患者净去除速率连续地去除过量的水，

-以与CRRT相兼容的相对较低的流速连续地运行，并且

-通过执行适当的透析和/或通过以受控的流速和适当的组成连续地输送置换流体来平衡离子平衡。

最后，为了在需要处理的患者的急性情况下以及在没有提前注意需要处理的紧急情况的情况下尽快准备好CRRT设备，CRRT机器使用集成的一次性装置来装扮，其中，所有的管路和过滤单元被分组在一起并且已经适当地连接在一次性装置中。

血浆电解质管理系统、方法和设备也可用于经历持续低效透析(“SLED”)和/或血液透析的患者。

所公开的血浆电解质管理系统、方法和设备在钠血浆电解质的背景下进行讨论。然而，应该理解，血浆电解质管理系统、方法和设备可用于确定其它血浆电解质，诸如钾和磷酸盐、钙、镁、氯化物、碳酸氢盐和/或硫酸盐。血浆电解质管理系统、方法和设备可以使用针对每种感兴趣的血浆电解质的单独动力学生理模型或被配置为确定多种血浆电解质的一个或多个模型。

示例血浆电解质管理系统、方法和设备被配置为使用容易获得的患者数据(包括流体输入/输出数据)来确定感兴趣电解质的当前患者血浆浓度。示例血浆电解质管理系统、方法和设备还可以针对感兴趣电解质预测患者血浆浓度随时间(例如，4小时、8小时、12小时、24小时、48小时、96小时等)的演变。在一些示例中，血浆电解质管理系统、方法和设备也可以在计算中使用已知的RRT参数。RRT参数可以包括流体成分或浓度、血液流速、前置替换流体流速、透析液或透析流体流速、后置替换流体流速或流体去除速率。

示例血浆电解质管理系统、方法和设备可以针对当前RRT处方确定和/或推荐RRT参数的变化。示例血浆电解质管理系统、方法和设备还可以针对新RRT处方确定或推荐RRT参数。所确定或推荐的变化被配置为实现限定的患者结果，诸如血浆电解质浓度的目标平衡浓度或血浆电解质浓度的校正速度/速率中的至少一个。血浆电解质管理系统、方法和设备可以被配置为确保校正速度/速率不超过临床阈值，以避免与过快地增加/降低血浆电解质浓度相关联的不利医疗状况。在一些示例中，血浆电解质管理系统、方法和设备可以基于所确定的或推荐的RRT参数的变化来调整或传输使RRT机器调整当前处方的指令。

本文中参考连续式RRT。应该理解，连续式RRT不一定意味着在24小时的时间段内是连续的。相反，连续式RRT是指可以具有间歇中断以更换流体袋或过滤器或允许患者被移动以进行医学测试的长持续时间RRT。例如，连续式RRT处理每天只能主动提供15或20小时的处理。

I.示例血浆电解质管理系统

图1示出了根据本公开示例实施例的血浆电解质管理系统10的图示。系统10包括一个或多个医疗装置20。在所示的示例中，RRT机器被示出为医疗装置20。在其它示例中，系统10可以包括多个RRT机器20(诸如CRRT机器)、多个输注泵、多个透析机器、多个营养流体输送机和/或多个尿液收集装置。

示例RRT机器20包括用于显示指令和从用户接收控制输入的一个或多个控制界面30。控制界面30可以包括按钮、控制面板和/或触摸屏。控制界面30还可以被配置为使用户能够导航到RRT机器20的屏幕上的特定窗口或用户界面。控制界面30还可以提供用于操作或控制RRT机器20的指令。

示例RRT机器20还包括处理器40和存储器装置50。处理器40被配置为控制RRT机器20的操作。受控操作可以包括与控制界面30通信，控制一个或多个泵以循环血液、前置替换流体、透析液或透析流体、后置替换流体和/或流体去除。每一个泵的速度可以由RRT处方中的相应参数来指定，该RRT处方可以存储在存储器装置50中。

存储器装置50还存储机器可读指令。由处理器40执行机器可读指令使RRT机器20执行本文所讨论的操作。在本文中，对RRT机器20执行某些操作的引用包括处理器40执行指令以使操作被执行。存储器装置50可以包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、闪存存储器、磁盘或光盘、光学存储器或其它存储介质。

如图2所示，示例RRT机器20包括被配置为经由动脉管路62和静脉管路64使血液循环往返于患者的体外回路60。体外回路60还可以循环前置替换流体和/或后置替换流体以帮助从血液中去除毒素。体外回路60包括用于以第一限定流速泵送血液的第一泵66和用于以第二限定流速将前置替换流体泵送到血液中的前置替换流体泵68。体外回路60还可以包括(可选的)后置替换泵70，以用于以第三限定流速将后置替换流体泵送到血液中。体外回路60还包括透析器72，该透析器72被配置为从血液中过滤毒素(例如，肌酐和尿素)和其它废物产物。

RRT机器20还包括透析液回路74，该透析液回路被配置为循环透析流体或透析液。透析液回路74连接到新鲜透析液源和用过的透析液容器或排出部。在其它示例中，透析液回路74可以包括吸附剂盒以清洁透析液从而使其能够再循环。透析液回路74还连接到透析器72，以用于去除过滤的毒素和其它废物产物。毒素和废物产物被转移到透析液中，以产生用过的透析液或流出物。透析液回路74包括用于移动透析液的一个或多个泵76。第一泵76a可以将新鲜透析液泵送到透析器72中，而第二泵76b从透析器72抽取用过的透析液。

返回图1，医疗装置20经由网络100通信地耦合到连接性服务器102。连接性服务器102提供医疗装置20与系统集线器104之间的双向通信。网络100可以包括任何有线或无线网络，包括因特网和/或蜂窝网络。网络100可以包括局域网，诸如医疗设施的网络。

示例系统集线器104使关于每一个医疗装置20的数据和信息能够经由连接性服务器102在装置20与连接到服务器102的其它装置之间来回行进。在所示的实施例中，系统集线器104连接到临床医生服务器106和EMR数据库108。在一些示例中，系统集线器104和连接性服务器102可以植入在单个装置上。

示例连接性服务器102使医疗装置20能够经由系统集线器104向临床医生服务器106和/或EMR数据库108传递患者数据114且从临床医生服务器106和/或EMR数据库108传递患者数据114。经由服务器102操作的连接性服务确保与装置20的连接是安全的，确保数据正确地通过装置20的防火墙，检测是否存在数据或系统崩溃，并且确保连接性服务器102与正确的医疗装置20通信。

示例系统集线器104通信地耦合到临床医生服务器106和/或EMR数据库108。如下面更详细地描述的，临床医生服务器106被配置为执行用于执行本文所描述的操作的一个或多个指令、例程、算法、应用或程序110。EMR数据库108被配置为存储患者的RRT处方112。患者的处方112也可以存储在RRT机器20的存储器装置50中，使得RRT机器20通过控制一个或多个泵和/或阀来使用处方的参数以进行RRT或CRRT。

EMR数据库108还将患者数据114存储在一个或多个病历中。如本文所公开的，患者数据114包括提供模型122可能需要的血浆电解质浓度的指示的流体输入/输出数据。患者数据114可以包括例如来自医疗装置20的处理数据和/或来自其它医疗装置的处理数据。患者数据114还可以包括实验室结果，诸如来自血液测试的测试结果。

额外地或可替代地，患者数据114可以包括人口统计数据，该人口统计数据可以由临床医生/患者提供、在规定的RRT处方中指定和/或经由患者注册提供。人口统计数据可以包括患者年龄、性别、患者活动水平、患者的肾脏状况、处方史等。在一些实施例中，患者数据114可以包括标识符，该标识符使EMR数据库108能够将接收到的数据存储在适当的患者记录中。标识符可以包括患者标识符、患者姓名和/或医疗装置20的标识符。

如图1所示，临床医生服务器106可以耦合到存储器装置120，该储存装置存储一个或多个指令、例程、算法、应用或程序110。存储器装置120还可以存储本文所述的一个或多个动力学生理模型122。例如，第一模型122a可以被存储以用于血浆钠，第二模型122b可以被存储以用于血浆钾。模型122被配置为使用患者数据114和/或给定患者的RRT处方112来确定当前血浆电解质浓度。模型122还可以使用患者数据114和/或RRT处方112预测血浆电解质浓度。此外，模型122可以确定RRT处方参数的变化，以达到目标平衡浓度或血浆电解质浓度的校正速度/速率中的至少一个。存储器装置120可以包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、闪存存储器、磁盘或光盘、光学存储器或其它存储介质。

图1的示例系统10还包括网络门户150，以便于经由网络154将数据传输到临床医生装置152和/或个人移动通信装置。示例网络154可以包括任何有线和/或无线网络，诸如因特网和/或蜂窝网络。网络门户150可以包括一个或多个应用编程界面(“API”)，其提供患者数据114、RRT处方112和/或来自模型122的输出的通信。在一些示例中，网络门户150可以被配置为网关装置和/或防火墙，使得仅授权用户和/或装置可以与临床医生服务器106和/或EMR数据库108通信。此外，网络门户150可以为每一个连接的装置152创建单独的会话。

临床医生装置152可以包括应用160，该应用被配置为与网络门户150界面连接，以用于与临床医生服务器106和/或EMR数据库108通信。例如，应用160可以包括一个或多个具有数据字段的用户界面，这些数据字段显示患者数据114、RRT处方112和/或来自模型122的输出。数据字段被映射到在网页门户150处的一个或多个API，所述一个或多个API链接到在EMR数据库108和/或临床医生服务器106处的一个或多个数据结构。经由应用160选择用户界面使请求消息从应用160传输到网络门户150，该请求消息标识与所请求的用户界面相关的数据字段。请求消息还可以识别患者。作为响应，网络门户150将一个或多个请求消息传输到临床医生数据库106和/或EMR服务器108，以检索患者数据114、RRT处方112和/或来自模型122的输出。

在其它示例中，应用160是被配置为经由由临床医生服务器106托管的网络门户150访问一个或多个网页的网页浏览器。在这些其它示例中，临床医生服务器106在一个或多个网页中提供用户界面和相应的数据字段。用户可以经由所需的数据与网页浏览器交互。应用160还可以包括装置152上的本地控制件或其它安装的应用。

在一些示例中，网络门户150被配置为将患者数据114、RRT处方112和/或来自模型122的输出中的至少一些从基于文本的标准或健康-级别-7(Health-Level-7，“HL7”)标准(例如，医疗标准)转换为基于网页的消息(例如，HTTP消息、超文本标记语言(“HTML”)消息、可扩展标记语言(“XML”)消息、JavaScript对象符号(“JSON”)有效载荷等)。在其它实施例中，连接性服务器102被配置为将来自医疗装置20的HL7处理数据转换为基于文本或基于网页的格式(例如，JSON格式)，以由临床医生服务器106处理并由EMR数据库108存储。

在图3所示的示例中，临床医生装置152包括与存储指令的存储器164通信的处理器162。至少一些指令定义或指定应用160，当由处理器162执行应用160时，使处理器162提供用于显示患者数据114、RRT处方112和/或来自模型122的输出并与之交互的特征。处理器162可以包括被配置为微处理器、专用集成电路(“ASIC”)、控制器等的数字和模拟电路。存储器164包括易失性或非易失性存储介质。此外，存储器164可以包括任何固态或盘存储介质。

在图1所示的示例中，临床医生服务器106被配置为执行所述一个或多个模型122以确定血浆电解质浓度和/或基于浓度改变RRT处方参数。这样，医疗装置20(以及与患者相关联的其它医疗装置)被配置为将本地生成的患者数据114传输到EMR数据库108。服务器106访问与患者相关联的一个或多个记录以获得患者数据。服务器106随后被配置为使用连接性服务器102、系统集线器104和/或网络100经由一个或多个消息向医疗装置20传输RRT处方的任何变化。

在一些实施例中，临床医生服务器106和/或EMR数据库108可以被配置在分布式计算环境(例如，云计算系统)中。临床医生服务器106可以托管一个或多个网页服务，其将本文所公开的动力学生理模型122应用于患者的患者数据114和/或RRT处方112。以这种方式，临床医生服务器106被配置为提供数据建模作为服务。基于云的临床医生服务器106将来自模型122的输出传输到临床医生装置152上的应用160。从应用160接收的RRT处方的变化变被存储到EMR数据库108和/或被传输到适当的医疗装置20。

图3是根据本公开示例实施例的血浆电解质管理系统10的替代实施例。在该示例中，模型122和患者数据114存储在RRT机器20的存储器装置50处。可以从临床医生服务器106接收模型122，该临床医生服务器106可以周期性地更新模型122。患者数据114由处理器40在一个或多个RRT和/或CRRT期间生成。可以从EMR数据库108访问用于其它输入/输出流体的患者数据114和/或实验室数据。

在所示的配置中，RRT机器20被配置为使用关于患者的血浆电解质浓度的预测来局部地调整RRT处方参数。在一些实施例中，RRT机器20可以经由控制界面30(或者经由网络门户150经由临床医生装置152上的应用160)提示操作者同意或接受对RRT处方参数的建议的改变，以维持或达到期望或指定的血浆电解质浓度。在一些示例中，所需的血浆电解质是RRT处方112的一部分。在其它情况下，RRT机器20自动地将变化应用于RRT处方112，而无需来自临床医生的干预。处理器40可以使用由模型122指定的一个或多个速率阈值，以确保血浆电解质浓度的校正速度/速率在医学上可接受的限制内。

II.血浆电解质浓度建模实施例

图1和图3的示例血浆电解质管理系统10被配置为使用更现成的数据而不是需要频繁的血液测试来对患者的血浆电解质浓度进行建模。图4是根据本公开的示例实施例说明由血浆电解质管理系统10执行的建模的图示。如上所述，示例建模由医疗装置20的处理器40和/或临床医生服务器106使用一个或多个动力学生理模型122来执行。

图4示出了处理器40和/或临床医生服务器106接收与流体、水和/或电解质输入/输出相关的更现成的可用患者数据114。患者数据114可以包括流体状态、体重、输注到患者体内的流体的输注数据、添加到患者血液中或从患者去除的流体的透析数据、尿液收集数据和/或指定从患者去除的液体和/或电解质的体积的任何其它数据。通常，这样的流体的含量在处方(诸如输注处方)中指定，或者通过处理与处理相关的数据来确定，而不需要进行单独的血液测试。处理器40和/或临床医生服务器106还考虑RRT处方112的参数，诸如流体速率、通过后置替换流体添加的电解质的浓度和/或所需的血浆电解质浓度。

示例模型122考虑在某一时间段内(诸如4小时、8小时、12小时、16小时、24小时、48小时或96小时等)，预期在预测时间窗口期间发生的流体和电解质输入和输出的估计。这意味着，即使所有相关的患者数据114可以被自动实时收集，也存在预测将发生的输入和输出的需要。与处理器40和/或临床医生服务器106结合的示例模型122被相应地配置为估计未来流体和/或电解质输入/输出。如下面关于电解质或溶质速率所描述的，正值表示输入到患者体内，负值表示从患者去除。

图5是根据本公开示例实施例的使用动力学生理模型122来估计患者体内的血浆电解质浓度的示例程序500的流程图。尽管参考图5中所示的流程图描述了程序500，但是应该理解，可以使用执行与程序500相关联的步骤的许多其它方法。例如，可以改变许多块的顺序，某些块可以与其它块组合，并且所描述的许多块可以是可选的。在实施例中，块的数量可以基于模型122的使用而改变。此外，可以省略与确定用于RRT处方112的推荐和/或速度/速率校正参数相关的步骤。在程序500中描述的动作由一个或多个指令指定，并且可以在包括例如临床医生服务器106和/或处理器40的多个设备之中执行。

当处理器40和/或临床医生服务器106执行流体输入和输出的回顾性评估并且预测在预测时间窗口期间的趋势时，示例程序500开始。该评估包括访问或以其它方式获得患者数据114和/或RRT处方112(块502)。该评估还可以根据患者数据114的“最近”平均值做出关于恒定输入和输出的假设和/或基于“最近”患者数据114预测每一个参数的下一个演变，以获得非RRT输入/输出在该时间窗口期间的预测演变(例如，随时间的非恒定值，趋势分析)(块504)。在一些实施例中，对所有流体输入和输出的详细分析的合理替代方案是在预测时间窗口期间使用规定的患者净液体平衡目标作为患者数据114。患者净流体平衡是有意义的临床目标，其针对RRT上的急性和其它重症监护患者进行管理，如通过RRT处方112规定的患者流体去除速率所控制。患者净流体平衡与患者分配体积随时间的改变有关。

类似于流体/水，可以根据对最近回顾性数据的分析在预测时间窗口期间估计电解质输入和输出。这需要收集每一个流体输入/输出内的电解质浓度(例如，输注流体的钠含量)，包括尿液输出(或其它流体损失)中的电解质浓度，作为进一步的患者数据114。在这种背景下，数据收集过程可以包括默认假设，即非RRT电解质输入/输出朝向生理电解质含量(例如，对于钠为140mM)平衡。数据收集过程还可以包括查询患者数据114，以确定存在具有远离生理值的电解质含量的显著的流体输入或输出(例如，没有钠的葡萄糖输注)。

示例处理器40或临床医生服务器106被配置为将一个或多个动力学生理模型122应用于针对给定时间窗口的预测的流体、水和电解质输入/输出，以估计当前血浆电解质浓度和未来血浆电解质浓度(块506)。虽然2-隔室模型(细胞内和细胞外空间)通常是间歇血液透析(“IHD”)期间钠变化的精确模拟所需要的，但是更简单的单隔室模型在CRRT应用的背景下是可接受的，其中需要缓慢的钠浓度变化以安全校正主要的低钠血症。利用这种单隔室方法，表观钠分布体积可以通过模型122使用全身水(V

在重症监护的背景下，患者经常流体超负荷，特别是当处理针对RRT规定的患者时。这些患者体内的一些也可能面临脱水。在这些情况下，可以针对这种与正常水合状态(ΔVhydr)的偏差来校正分布体积。虽然这种校正在单隔室方法中是直接的，但是2隔室方法需要对流体体积偏差如何在细胞内隔室与细胞外隔室之间分裂的进一步假设。接收CRRT的ICU患者的另一方面是显著的血液稀释，这增加了血管内隔室的水体积。在本文所提供的示例的背景下，采用单隔室方法，使用全身水作为表观钠分布体积，并且忽略来自钾的可能偏差，如以下等式(1)中所提供：

Vdis＝V

上述变量和所讨论的其它变量的定义被提供如下：

BW

ΔVhydr患者流体体积与参考体重的偏差(带符号)；

V

Vdis电解质分布体积；

V

V

V

V

V

V

Cp患者血浆电解质浓度；

Cp

Cp

Cpw患者血浆水分浓度；

Cd透析液浓度；

Cpre前置替换流体浓度；

Cpost后置替换流体浓度；

Fp血浆水部分；

Hct血细胞比容；

J

J

率(带符号)；

K电解质血液透析器/过滤器清除率；

K0电解质传质系数；

A血液透析器/过滤器表面积；

Qb血液流速；

Qp血浆流速；

Qpw血浆水流速；

Qd透析液流速；

Qpre前置替换流速；

Qpost后置替换流速；

Qeff流出物流速；

QPFR流体去除速率(在RRT系统上)；

Qnet患者流体体积的校正速率(带符号)；以及

Tpred预测时间窗口的持续时间。

在RRT下校正急性或ICU患者的流体平衡状态是关键且复杂的过程，其必须解决周期性评估流体输入/输出，并且决定RRT流体去除速率处方(Q

V

应该注意，Vcorr和Qnet是带符号的参数，在从患者去除流体的情况下为负值，而在较不常见的净流体增益的情况下为正值。Qnet变量是用于计算预测时间段(Tpred)内的速度/速率校正值402的模型的“内部”参数。还应该注意，C

患者钠血浆浓度的动力学改变可以通过模型122的以下等式组进行描述。

其中J

其中A和B是操作流速的恒定函数。当假设Q

Vdis0.60×BWref+ΔVhydr0+Q

在这种情况下，所述项中的任何项都不恒定的，可以对等式进行数值积分以提供患者钠(或其它电解质)浓度随时间的预测演变。通过将当前血浆电解质浓度404与预测的血浆电解质浓度406和/或过去的血浆电解质浓度406进行比较，以计算血浆电解质浓度如何随时间改变(或将改变)，可以确定电解质变化速率值408。

返回图5，在使用模型122之后，示例处理器40和/或临床医生服务器106被配置为输出当前血浆电解质浓度和/或预计的血浆电解质浓度(块508)。这可以包括在RRT机器20的控制界面30中和/或经由临床医生装置152上的应用160显示血浆电解质浓度。示例处理器40和/或临床医生服务器106可以使用当前血浆电解质浓度和/或预计的血浆电解质浓度(和/或先前血浆电解质浓度)来确定血浆电解质浓度的电解质变化速率(块510)。电解质变化速率指示，例如，钠浓度是否可能与所需的临床目标相反地降低。

处理器40和/或临床医生服务器106使用电解质变化速率和/或当前血浆电解质浓度和/或预计的血浆电解质浓度来确定是否需要校正(块512)。在该步骤中，可以将当前血浆电解质变化速率与临床可接受的阈值进行比较，以确定电解质可以多么迅速地变化而不会对患者造成风险。可替代地，可以将当前血浆电解质浓度或预计的血浆电解质浓度与临床目标进行比较。应该理解，只有当接收到血浆电解质浓度的临床目标时，或已接收到用于确定血浆电解质可以多么迅速地变化而没有风险的临床阈值时，该步骤才可以执行。否则，如果没有接收到临床目标，则程序500可以结束。如果该值在规定的目标或临床准则内，则示例程序500在接收或以其它方式生成额外患者数据114时返回到块502。然而，如果需要校正，则处理器40和/或临床医生服务器106确定达到电解质浓度的目标所需的新的或经调整的RRT处方参数(块514)。处理器40和/或临床医生服务器106可以根据需要调整RRT处方参数，以确保预测的未来速度/电解质变化速率402不超过临床阈值。可替代地，处理器40和/或临床医生服务器106提供指示RRT处方参数的可能的变化的信息，并且使临床医生能够通过例如使临床医生能够在对RRT机器20进行编程之前验证RRT处方参数来进行这样的改变。

在其它实施例中，处理器40和/或临床医生服务器106经由应用160和/或控制界面30从临床医生接收经调整的RRT处方参数。随后，处理器40和/或临床医生服务器106应用RRT处方参数(块516)。这可以包括更新RRT处方参数112，诸如血液流速、前置替换流速、前置替换电解质浓度、后置替换电解质浓度、透析液电解质浓度、透析液流速、后置替换流速和/或流体去除速率。处理器40和/或临床医生服务器106可以自动更新RRT处方参数或提示临床医生确认该更新。当生成或接收新的患者数据112时，示例程序返回到块502。

图6是根据本公开示例实施例的显示临床医生的血浆电解质浓度信息的示例用户界面600。用户界面600可以通过应用160显示在临床医生装置152上和/或医疗装置20的控制界面30上。示例用户界面600包括患者标识符。用户界面600还可以显示至少一些患者数据114(未示出)。额外地，用户界面600提供显示区域602以示出当前血浆电解质浓度和/或预测的血浆电解质浓度。显示区域602还可以示出上一个(last)(或先前)电解质测量值或提示临床医生手动输入电解质测量值。用户界面600还可以示出推荐的调整如何在预测时间段期间改变预测的血浆电解质浓度。

用户界面600还可以显示当前RRT处方参数604和推荐的RRT处方参数606。推荐参数606可用于对血浆电解质浓度应用校正速率/速度。参数604和/或606还可以包括流体电解质浓度(或流体标识符)和/或流体流速。在一些实施例中，参数606可以是基于时间的，使得第一参数被应用直到经过特定持续时间和/或血浆电解质浓度达到特定水平为止，在该点处应用第二、不同的RRT处方参数。临床医生可以使用界面600来同意推荐的参数、改变一个或多个参数、或拒绝对当前RRT处方的改变。在一些实施例中，当血浆电解质浓度水平高于或低于阈值时和/或如果电解质变化速率超过阈值，用户界面600还可以显示警告/警报。额外地或可替代地，用户界面600可以包括将预测的电解质浓度与测量的电解质浓度进行比较的部分。如果测量的电解质浓度值偏离测量值超过阈值，则用户界面600可以显示警告/警报。

A.示例钠模型

以下部分研发了模型122的至少一些部件，其估计RRT程序的电解质平衡J

过滤器/透析器入口处的溶质浓度是由利用前置替换流体稀释血液而得到的。取决于溶质/电解质，溶质在全血水(血浆和红细胞内空间)中稀释或仅在血浆水中稀释。根据红细胞中钠的低浓度，钠的良好近似是考虑到稀释效果被限制到血浆隔室。这导致血浆钠入口浓度的以下表达。

Qp×Cp+Qpre×Cpre＝(Qp+Qpre)×Cp

关于通过膜的带电溶质转移，考虑到以下因素，有效浓度由血浆溶质浓度导出：蛋白质占血浆体积的重要部分，并且溶质实际上分布在血浆水中，并且蛋白质还由于其自身的电荷而影响带电溶质的转移。这种效应通过Donnan系数(α)来加入。这两种效应被合并在定义用于膜传质的有效电解质浓度的以下等式中：

应该注意，无血浆部分和Donnan系数两者均取决于总蛋白质和白蛋白的浓度，并且一些相关等式可以从文献中导出。在这种详细分析的对侧，可以观察到Fp和α具有相似的值，并且在大多数情况下它们的比值保持接近1.0。因此，模型122的更简单/精简版本将血浆电解质浓度Cp考虑为传质的有效浓度。

对于大范围的CRRT处方，血液入口与流出物之间达到完全平衡，与过滤器/透析器清除率相匹配，等于流出物流速。

K＝Qeff(11)

作为上述考虑和等式的结果，来自体外RRT回路的溶质平衡可以利用以下等式表示(在简化模型122的背景下)：

J

J

关于上述通用表达式J

B.另一钠模型的示例

RRT回路中电解质平衡的一般模型与上述简化模型122相同，除了过滤器/透析器清除率的表达，其不假设流出物与血液入口之间的完全平衡。电解质清除率的一般表达从文献导出，其完全适用于小尺寸而不需要可测量筛分(筛分系数＝1)的电解质。与以下等式相关的其它假设包括(a)钠主要存在于血浆中，并且当血液流经血液透析器/过滤器时，假设血浆与红细胞之间没有显著的转移，(b)Donnan系数被认为是沿着过滤器的常数(忽略了增加的蛋白质浓度的影响)，以及(C)通过参考血浆水流量(而不是整个血浆流量)，考虑血浆水分沿着过滤器/透析器的演变。

Qfil＝Qpbp+Qpre+Qpost+Qpfr

Qpw

在没有具体数据可用的情况下，钠的传质系数K0可以被认为与尿素传质系数相同。流出物中电解质去除速率的先前表达可以在更一般的背景下进行校正，其中不认为与血液入口的完全平衡是理所当然的，如下提供：

Jeff＝Qeff×Ceff＝Qd×Cd+K×(α×Cpw

上面讨论的表达J

关于上述通用表达式J

III.示例血浆电解质建模应用

以下部分描述了一些血浆电解质建模应用。应该理解，示例应用是非限制性的，并且仅提供关于本文所公开的系统、方法和设备的能力的背景。

A.患者轨迹应用实施例

在一个应用中，本文所述的系统、方法和设备向开处方的临床医生提供患者电解质浓度随时间的预测演变。更具体地说，该系统、方法和设备可以提供各种特定的感兴趣的参数，诸如：达到预定电解质浓度的时间、在预定时间达到的浓度水平、在预定时间的患者电解质浓度变化速率(mmol/L/h)和/或最大预测变化速率。为了得到这种预测的患者演变，需要在先前部分中描述的模型参数。根据实施配置，示例系统、方法和设备可以自动收集RRT参数以及一些其它参数作为患者数据114，并且确定根据上一患者浓度测量的时间计算的预测患者轨迹。可替代地或额外地，该系统、方法和设备可以向开处方的临床医生提供两个不同处方之间的比较数据，其中一个处方可选地是当前处方。

该第一示例示出了系统、方法和设备仅预测作为设定RRT参数的函数的患者电解质浓度随时间的演变的应用。由于治疗准则提供了对钠浓度的安全校正速率的一些经验性限制(例如，每天不超过8mmol/L)，因此该系统、方法和设备还示出了该校正速率。应该注意，阈值速率可以是用户可设定的。此外，该标准可能与其它经验性安全标准可以应用并在系统、方法和设备中实施的其它电解质不相关。

表1：用于动力学钠建模的参数-2A1

*ml/min用于血液流速，ml/h用于其他流速

表1示出了患者数据114，其可以容易地获得而不需要多次血液测试。表1还示出了当前处方的RRT处方参数112。图7示出了在两倍预测时间期间计算的患者血浆钠动力学。左面板示出了在预测时间具有预测值和在该时间段内的浓度偏移的患者钠变化曲线。右面板示出了每日患者血浆浓度变化速率随时间的演变，其具有可选的阈值标识。根据设定RRT参数，该系统、方法和设备预测第一天内超过一半的钠校正。它还突出显示校正速度显著高于所需值。该观察指示RRT处方可能是不足的。

B.两种RRT处方应用实施例的比较

进一步根据第一应用的结果，评估修改的RRT参数的影响以获得患者高钠血症状态的较慢校正变得重要。因此，系统、方法和设备可以提供比较两个(或更多个)处方的选项。在该示例中，将第一示例的结果与替代RRT处方进行比较，其中开处方的临床医生考虑显著降低CRRT剂量以减慢钠校正。

表2：用于示例A1的替代处方的RRT参数-变化在于着色的单元

*ml/min用于血液流速，ml/h用于其他流速

图8示出了本实施例的两种针对患者钠动力学的RRT处方的比较。应用的结果表明，具有最小RRT剂量(约15ml/kg/h)的新处方的钠校正速率在任何时间都满足安全钠校正的要求。

C.用于采样时间应用实施例的持续CRRT疗法和校正

该示例示出了系统、方法和设备在正在进行的RRT疗法的情况下考虑一些参数的收集/测量时间的能力。该示例针对先前两个示例的相同患者建立，并且假设根据第一示例的RRT状况的正在进行的CRRT处理(参见表1)。所请求的新CRRT状况的模拟基于第二示例的RRT参数。

表3：与示例A1至A3相关的时间数据

图9示出了根据患者血液采样的时间延迟和模拟开始，对正在进行的RRT疗法的偏差的考虑。该示例示出了正在进行的RRT处理(和患者电解质浓度改变)可能在模拟结果上产生的显著偏差。在第二示例中，RRT状况导致在从157mM的设定起始点开始的第一个24小时内患者浓度降低6.5mM。在该第三个示例中，当考虑到对正在进行的RTT程序对患者钠浓度(当考虑第二示例的CRRT参数时，估计为155.3mM)的影响时，相同的RRT状况导致5.8mM的降低。

D.用于达到规定目标应用实施例的RRT参数

在该示例中，如上所述的相同的动力学模型122可以由处理器40或临床医生服务器106执行的算法使用，以定义将兑现由开处方的临床医生设定的预定临床目标的RRT处方。该临床目标可以表达为：要达到的目标患者电解质浓度(C目标)，以及达到目标浓度的时间和/或患者浓度的最大变化速率。

根据开处方的临床医生的选择，包括RRT剂量(例如尿素清除率)和流速和/或流体中的电解质浓度，系统、方法和设备可以接受不同的可调整的RRT参数。系统、方法和设备还可以提供对可调整参数的可接受边界的定义。根据当前患者状态、设定的目标和可调整参数，算法可以提供不同的输出，该输出包括：在一个单个可调节参数(例如透析液钠浓度)的情况下的一个单个处方，可以根据预定标准分级的若干处方选项，和/或在允许的可调整参数范围内不可能兑现目标的指示。

在该示例中，根据临床目标计算一个或多个RRT参数。

表4：在CVVHD中具有可调整透析液钠浓度的示例B1

*ml/min用于血液流速，ml/h用于其他流速

图10示出了该示例的模型输出，其中定义了允许在预测时间窗口结束时达到设定的患者血浆钠水平的透析液钠浓度。为了达到表4中定义的钠目标，需要130mM的透析液钠浓度。尽管在第一个24小时内，预期的钠患者的总体偏移是8.0mM，但模型122示出了初始改变速度明显更高，在第一处理小时期间在+13mM/天的范围内。

在另一示例中，与上述示例相同的参数可以被维持具有可调整的透析液流速和钠浓度两者。1700ml/h的最小透析液流速值被定义为确保最小RRT剂量。图11示出了该示例的模型输出，其示出透析液流速和透析液钠浓度的组合输送兑现设定的临床目标(24小时Cp＝126mM)。该额外的示例示出了所需的透析液钠浓度最小程度地取决于特定背景下的透析液流速。最小流速1700ml/h与最大流速2500ml/h之间计算的钠透析液浓度的差异3.2mM与钠浓度的约2％改变相匹配。虽然这些推荐的透析液钠浓度调整在实践中可以被忽略，然而，模型122示出了血浆钠变化速率对透析液流量的更相关的依赖性，这可以被考虑用于临床应用。

E.具有变化速率上限的RRT参数应用实施例

该实施例建立先前示例，除了临床目标的表达以外。在该示例中，时间Tpred处的目标浓度通过定义最大血浆浓度变化速率来替代，其被表达为：在RRT的最初6小时内Cp的最大改变为2.5mM。当外推到24小时时，设定速率将与2.5/6×24＝10mM/天相匹配。图12示出了该示例的模型输出，其中透析液钠浓度的定义使系统能够在6小时后保持患者钠漂移低于2.5mM。如从上面讨论的先前模拟结果所预期的，需要～128mM的较低透析液浓度以在RRT处理开始时将患者钠偏移保持在指定的极限内。

F.随时间推移监测患者数据的集成的应用实施例

在一些实施例中，示例模型122被配置为利用若干患者电解质测量值，以便：检查患者动力学与预测轨迹相匹配，并且在预测数据与观察数据之间存在过度偏差的情况下生成关于不一致性的警报。电解质测量值可以源自血液样品的周期性收集(例如，也提供电解质的周期性血气分析)或源自集成到RRT系统的在线测量装置。

在该示例中，RRT处方参数可以类似于上述示例。假设RRT疗法已经在时间零处开始具有130mM的计算透析液浓度。在6小时后，患者血浆钠的测量是可用的。下表示出了根据测量值的来自本文所公开系统的典型输出/动作。在下表中，数据指示对在预测时间期间收集的数据进行监测的管理。患者数据114示出了根据预期数据精度内的改变在6小时处的预期患者钠。

下表示出了根据在6小时处的测量值的系统响应(假设没有小数可用)。

对变化来源的分析还可以包括其它因素(例如，电解质分布体积的预期精度)。在确认的数据不一致性和无法在所列的那些之中识别相关根本原因的情况下，应推断初始钠数据是错误的或电解质分布体积与预测的显著不同。应该注意，在“集成”解决方案具有对RRT装置参数的连续访问的情况下，RRT处理的实际中断应该被包括在6小时处的预期患者钠水平的计算中。

G.RRT控制的校正变化曲线应用实施例

在该系统嵌入到RRT机器20或在允许双向数据转移(包括处方参数的转移)的单独装置(例如，临床医生服务器106)上操作的示例中，该系统被配置为“连续地”调整RRT处方参数，以便根据定义为随时间推移的预定变化曲线/速度的临床目标来改变患者电解质浓度。在本申请中，临床目标被定义为：在特定时间点要达到的目标浓度，和/或从当前时间/浓度到该目标浓度的随时间推移的浓度变化曲线(例如，随时间推移的线性演变)。

“连续地”意味着周期性地自动调整RRT处方参数，例如每60到240分钟，以便随时间推移保持患者浓度变化曲线以及目标。为了实现这一点，模型122被配置为具有调整RRT处方参数中的至少一个的选项。如果需要，在开始该过程之前，该系统可以显示计划在处理时间段内用于验证的参数范围。

考虑到RRT机器20产生透析液和替代溶液两者而建立该示例，其中在线RRT机器20被配置为允许流体的钠浓度的连续改变。RRT机器20被配置为利用每3小时更新一次的RRT处方参数，兑现患者血浆浓度的线性改变。下表示出了CVVHDF中的可调整流体钠浓度。

*ml/min用于血液流速，ml/h用于其他流速

图13示出了具有周期性调整流体钠浓度以提供患者血浆浓度随时间线性增加的相应模型输出。

在另一示例中，机器20使用与上述相同的RRT处方参数，但是考虑到RRT机器20与流体袋一起操作，因此实际上不可能每3小时改变流体成分来进行操作。因此，流体袋的钠浓度在校正周期内保持恒定，并且为流速提供自由度。在所报告的示例中，前置替换和后置替换流量与透析液流量的比率保持相同，这意味着：

图14示出了该示例的模型输出，其中周期性地调整流体流速以提供患者血浆浓度随时间的线性增加。该示例示出了在固定钠浓度的流体中提供患者血浆钠的线性改变以及同时提供相关CRRT剂量的可能性。在该示例中，平均透析液流速是1230ml/h，与上述参考示例中的较高CRRT剂量的输送相匹配。流速范围和平均值强烈依赖于所选择的流体的钠浓度，并且可以通过RRT机器20和/或临床医生服务器106进行优化。

H.在恒定CRRT剂量下利用流量调整的电解质校正的应用实施例

该示例应用于在袋中实际上不可能使钠浓度周期性改变的系统。在这种情形下，使用不同钠含量的溶液来控制体外血液回路的钠平衡。此外，在该实施例中，在后置稀释中使用等渗葡萄糖溶液。保留了与上述相同的患者参数和钠目标，并且下表示出了对RRT系统20进行的改变，下表示出了适用于该实施例的RRT参数，其中相较于上述示例的变化在着色单元中示出。

*ml/min用于血液流速，ml/h用于其他流速

图15示出了该示例的模型输出，其中周期性地调整后置输注和透析液流速以提供患者血浆浓度随时间的线性增加。该示例示出了在具有两个不同钠含量的袋的系统中提供患者血浆钠的线性改变同时沿着该过程中保持CRRT剂量恒定(与先前示例不同)的可能性。尽管在图15中未示出，透析液流速也在每一个3小时时间段之间改变(从开始到结束从～1390直到～1485ml/h)。

IV.CRRT停机时间实施例

在一些示例中，患者的RRT可能具有停机时间，该停机时间可能沿着预测时间窗口发生。预测的精度可以通过预测一些停机时间来提高。当患者为了其它医疗程序(诸如射线照相成像)而移动时，可能发生停机时间。停机时间也可以在RRT机器20上更换袋时发生，经验表明，袋更换步骤通常与约5％的停机时间相匹配。由于这些中断是单独地短的并且沿着所实施的疗法分布，因此可以通过相应地降低操作流速来考虑效果，以便模拟与待实施的实际剂量更接近的处理剂量。这种5％的估计适用于流出物流体可以自动排出的特定系统。此外，该速率可以被进一速度整到袋的实际流速和尺寸。

停机时间的另一个重要来源涉及需要更换血液体外回路以降低凝固的可能性。尽管通常难以预期，但是在特定情况下(例如，运行RRT一段时间)可以考虑体外回路的改变。在这种情形下，模型被配置为在沿着预测时间窗口的某个点处考虑“长”停机时间(例如，30至60分钟)以提高精度。

在所公开的系统、方法和设备可以实时访问RRT系统数据(例如，患者数据114)的情况下，显著停机时间的发生被配置为触发模型122的校正。例如，模型122可以使在预测窗口结束时利用患者状态的更新估计向临床医生输出警报。可替代地，模型122被配置为生成达到先前设定的目标所需的RRT处方参数的新推荐。模型122还可以确定要对RRT处方参数做出的周期性改变以达到临床目标。

应该理解，在RRT期间可能发生患者体积或电解质状态的其它改变。例如，可以停止特定晶体输注流体的输注。该输液停止自动地或经由临床医生输入记录在EMR中。停止输注会影响患者的体积状态和电解质浓度的继续。当这由本文所公开的系统检测到时，模型122被配置为更新变化速率和/或为临床医生生成警报。

V.结论

应该理解，对本文所描述的目前优选的实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。可以在不背离本主题的精神和范围并且不减少其预期优点的情况下进行这样的改变和修改。因此，这样的改变和修改旨在由所附权利要求覆盖。