ES2587871T3 - Filtrado de señales de presión para supresión de pulsos periódicos - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo para filtrar una señal de presión (P) obtenida a partir de un sensor de presión (6a, 6b) en un sistema que contiene fluido (1), comprendiendo la señal de presión (P) primeros pulsos que se originan desde un primer generador de pulsos periódicos (4) y segundos pulsos, comprendiendo dicho dispositivo: una entrada (41) para recibir la señal de presión (P) desde el sensor de presión (6a, 6b); y un procesador de señal (9a) conectado a la entrada (41) y que está configurado para: identificar, basándose en una señal de referencia (REF) que es indicativa de una frecuencia de operación actual del primer generador de pulsos periódicos (4), una pluralidad de armónicos asociados con la frecuencia de operación actual; calcular valores de correlación entre los armónicos y la señal de presión (P) en una ventana de tiempo en la señal de presión (P); y generar una señal filtrada (e) restando, como una función de los valores de correlación, los armónicos de la señal de presión (P).

Description

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para una onda coseno imagen84 a frecuencia f0. El uso de tanto ondas seno como coseno proporciona automáticamente la imagen9combinación lineal de vectores armónicos
para que se hagan coincidir correctamente con la fase actual de la bomba. Esta ventaja técnica puede entenderse considerando que la combinación lineal de una onda seno y una onda coseno es equivalente a una onda seno con una amplitud y fase modificadas, por ejemplo con respecto a la Figura 5:
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En una realización alternativa, los valores de correlación se calculan únicamente para una de una onda seno y una onda coseno en cada frecuencia armónica, pero esto requiere que el bloque de resta 44 y/o el correlador 43 calculen, estimen u obtengan de otra manera un ángulo de fase apropiado  para cada frecuencia armónica. Por ejemplo, el bloque de resta 44 y/o el correlador 43 pueden configurarse para obtener el ángulo de fase respectivo correlacionando de manera cruzada la onda seno (o la onda coseno, sea cual sea el caso) en cada frecuencia imagen11
armónica con el vector de presión , donde el ángulo de fase se proporciona mediante el desplazamiento relativo de la onda seno en correlación máxima y la amplitud se proporciona mediante la correlación máxima. Debe entenderse que una realización que determina el ángulo de fase de esta manera implica significativamente más operaciones de correlación que una realización que correlaciona una onda seno y una onda coseno al vector de presión de acuerdo con la Ec. (2).
Como se ha indicado anteriormente, los vectores armónicos
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deberían estar descorrelacionados para rendimiento óptimo. Esto significa básicamente que cada vector armónico
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debería contener un número total de periodos. Para
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eficacia de cálculo, puede ser deseable que todos los valores de correlación
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k se calculen en relación con el mismo vector de presión , es decir en la misma ventana de tiempo en la señal de presión P. Esto a su vez significa que la ventana de tiempo debería coincidir con un número total de periodos de la frecuencia armónica más pequeña, que es 0,5f0 en la Figura 2(b) y en los siguientes ejemplos. El experto en la materia se da cuenta de que se mejora la precisión de los valores de correlación aumentando la longitud de la ventana de tiempo (aumentar el número de periodos). Sin embargo, a medida que se aumenta la ventana de tiempo, también lo hace la carga computacional y
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el tiempo requerido para producir el vector de señal filtrada . Aunque es posible hacer coincidir la ventana de tiempo a un único periodo de la frecuencia armónica más pequeña, puede conseguirse un equilibrio preferente entre precisión y retardo de tiempo cuando se hace coincidir la ventana de tiempo a un número de periodos en el intervalo de 2-10, y preferentemente 2-6 periodos de la frecuencia armónica más pequeña. Como un ejemplo, la Figura 6
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ilustra un cálculo de valores de correlación para ondas seno y coseno 1-8 a frecuencias 0,5f0, f0, 1,5f0 y 2f0 en una ventana de tiempo coincidida a 2 periodos a 0,5f0. La Figura 7 ilustra un cálculo correspondiente cuando la ventana de tiempo se hace coincidir a 4 periodos a 0,5f0. Las Figuras 6-7 indican también que los vectores armónicos pueden
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combinarse usando los valores de correlación para formar un perfil de bombeo temporal estimado o predicho
en la respectiva ventana de tiempo.
En una realización, que se ejemplifica en la Figura 8, las ventanas de tiempo consecutivas se seleccionan para no ser solapantes en la señal de presión P. Puesto que cada ventana de tiempo da como resultado un vector de señal imagen13 imagen13filtrada , la señal filtrada e se forma mediante la secuencia de tiempo resultante de los vectores de señal filtrada . Esta realización establece baja carga de cálculo en el dispositivo 7.
En otra realización, que se ejemplifica en la Figura 9, las ventanas de tiempo consecutivas se seleccionan para solapar en la señal de presión P. Como en la Figura 8, cada ventana de tiempo da como resultado un vector de imagen13señal filtrada imagen13, pero la señal filtrada e se genera combinado las porciones solapantes de los vectores de señal filtrada , por ejemplo calculando un promedio por todos los elementos en las porciones solapantes. Combinar las porciones solapantes mejorará la calidad de la señal filtrada e, aunque a costa de carga computacional aumentada.
Como se entiende a partir de las Figuras 5-9, es deseable que los valores de señal imagen8 imagen9k1, imagen8k2, etc. en cada vector armónico
tengan las mismas localizaciones en la ventana de tiempo que los valores de presión imagen9p1, p2, etc. en el vector de presión imagen11. Para eficacia computacional, puede desearse que los vectores armónicos
estén predefinidos para un conjunto nominal de frecuencias armónicas y almacenarse
plantillas en memoria informática
(consúltese 9b en la Figura 1). De esta manera, los vectores armónicos tienen valores de señal fijados a localizaciones dadas en cada ventana de tiempo, y estas localizaciones son preferentemente las mismas para todos imagen9los vectores armónicos
predefinidos. Puesto que la frecuencia de bombeo puede cambiar con el tiempo, el bloque
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que coincide con un múltiplo dado de la frecuencia armónica respectiva. De esta manera, se obtienen diferentes imagen12
números de valores de correlación k a diferentes frecuencias armónicas para un segmento dado en la señal de presión P. El experto en la materia sabe que los armónicos pueden combinarse en un perfil de bombeo estimado imagen12usando el conjunto resultante de valores de correlación k. Adicionalmente, como una alternativa a restar todos los armónicos cuando se han determinado todos los valores de correlación imagen12k para una ventana de tiempo, es imagen11concebible restar los armónicos secuencialmente. En una implementación de este tipo, el vector de presión
se actualiza entre cada correlación con el respectivo armónico o
armónicos a una frecuencia armónica dada, de manera que el respectivo armónico o armónicos se restan desde el imagen12vector de presión imagen11
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usando el valor o valores de correlación resultantes k. De esta manera, el contenido del vector de presión
cambia entre cada correlación, hasta que contiene el vector de señal filtrada
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después de la última actualización.
Se ha de entender también que los valores de correlación imagen12k pueden estimarse por distintas funciones al producto punto anteriormente descrito que da como resultado una suma no ponderada de los valores de producto. Por ejemplo, es concebible usar una suma ponderada.
El experto en la materia sabe que todos los ejemplos proporcionados con referencia a los dibujos suponen que la señal de referencia REF es una señal diferente a la señal de presión P. Sin embargo, como se indica, es posible usar la propia señal de presión P como la señal de referencia. Si se usa la señal de presión P como la señal de referencia, la etapa S1 en la Figura 10 se modifica de manera que se identifica la frecuencia actual de la bomba basándose en la señal de presión P. Además, incluso si es posible proporcionar la señal de presión P a ambos de los bloques de entrada 40, 41 en la Figura 4, es también concebible que se omita bloque de entrada 40 y que el dispositivo 7 esté diseñado para suministrar la señal de presión P desde el bloque de entrada 41 al detector de armónicos 42 además de al correlador 43 y al bloque de resta 44. Por lo tanto, el detector de armónicos 42 está configurado para procesar la señal de presión P para identificar las frecuencias armónicas actuales generadas mediante la bomba.
Además, el sensor de presión puede ser de cualquier tipo, por ejemplo operando mediante detección resistiva, capacitiva, inductiva, magnética, acústica u óptica, y usar uno o más diagramas, fuelles, tubos de Bourdon, componentes piezo-eléctricos, componentes semiconductores, galgas extensiométricas, alambres resonantes, acelerómetros, etc. Por ejemplo, el sensor de presión puede implementarse como un sensor de presión convencional, un sensor de bioimpedancia, un sensor de fotoplestimografía (PPG), etc.
La técnica de filtración inventiva es aplicable para procesar una señal de presión obtenida a partir de un sensor de presión en todos los tipos de sistemas que contienen fluido, especialmente en sistemas para uso médico o terapéutico, para suprimir o esencialmente eliminar interferencias periódicas ("primeros pulsos") que se originan desde un generador de pulsos periódicos, que está localizado en o está asociado con el sistema que contiene fluido. En este contexto, "asociado con" implica que el generador de pulsos periódicos no necesita estar incluido en el sistema que contiene fluido sino que puede generar ondas de presión que se propagan en el sistema que contiene fluido al sensor de presión. La señal filtrada resultante contiene variaciones de presión ("segundos pulsos"), que pueden ser periódicas o no. La técnica de filtración inventiva permite que la señal filtrada se procese para análisis de las variaciones de presión, para cualquier fin, independientemente de las perturbaciones periódicas en la señal de presión.
Por ejemplo, la técnica de filtración inventiva es aplicable en todos los tipos de circuitos de EC en los que se saca la sangre del circuito sanguíneo sistémico del paciente para tener un proceso aplicado a él antes de que se devuelva al paciente. Tales circuitos de EC incluyen circuitos para hemodiálisis, hemofiltración, hemodiafiltración, plasmaféresis, aféresis, oxigenación de la membrana extracorpórea, circulación sanguínea asistida, diálisis/soporte hepático extracorpóreo. La técnica inventiva es análogamente aplicable para filtrar otros tipos de circuitos de EC, tales como circuitos para transfusión sanguínea, así como máquinas cardiopulmonares.
La técnica inventiva es aplicable también a sistemas de fluidos que contienen distintos líquidos a sangre y que están conectados al sistema cardiovascular de un humano o sujeto animal, incluyendo sistemas para terapia intravenosa, bombas de infusión, sistemas de diálisis peritoneal automatizada (APD), etc. Ejemplos de tales líquidos incluyen soluciones médicas, fluidos de diálisis, líquidos de infusión, agua, etc.
Debe destacarse que el sistema que contiene fluido no necesita estar conectado a un sujeto humano o animal. Por ejemplo, el sistema que contiene fluido puede ser un sistema de regeneración para fluido de diálisis, que hace circular fluido de diálisis desde un suministro a través de un dispositivo de regeneración y de vuelta al suministro. En otro ejemplo, el sistema que contiene fluido es una disposición para preparar un circuito de EC bombeando un fluido de preparación desde un suministro mediante el circuito de EC a un dializador. En un ejemplo adicional, el sistema que contiene fluido es una disposición para purificar agua, que bombea agua desde un suministro a través de un dispositivo de purificación.
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