(57)【要約】  フィルタ処理デバイスは、流体を含有するシステム内の圧力センサから、第１の周期的パルス発生器から発生する第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号（Ｐ）を受信する。デバイスは、第１の周期的パルス発生器の現在の動作周波数を示す基準信号を獲得する。デバイスは、基準信号に基づいて、現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波  【数１】2015523150.tif 000123を特定し、高調波と圧力信号（Ｐ）の時間窓内にある圧力信号（Ｐ）との間の相関値  【数２】2015523150.tif 000124を計算し、相関値  【数３】2015523150.tif 000125の関数として、高調波を圧力信号（Ｐ）から減算することによってフィルタ処理済み信号を発生させる。相関値の使用は、圧力信号（Ｐ）中の第１のパルスから信号寄与（ｄ）を推定するための、直接的、高速、堅牢、かつ計算効率の良い方策である。
2015523150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を含有するシステム（１）における圧力センサ（６ａ、６ｂ）から得られる、第１の周期的パルス発生器（４）から発する第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号（Ｐ）を、フィルタ処理するための装置であって、
前記圧力センサ（６ａ、６ｂ）から前記圧力信号（Ｐ）を受信する入力部（４１）と、
前記入力部（４１）に接続された信号プロセッサ（９ａ）とを備え、前記信号プロセッサ（９ａ）が、
前記第１の周期的パルス発生器（４）の現在の動作周波数を示す基準信号（ＲＥＦ）に基づいて、前記現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波を特定し、
前記高調波と前記圧力信号（Ｐ）の時間窓内にある前記圧力信号（Ｐ）との間の相関値
【数１】
2015523150.tif 000100
を計算し、
前記相関値
【数２】
2015523150.tif 000101
の関数として、前記高調波を前記圧力信号（Ｐ）から減算することによって、フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるように構成される、装置。
【請求項２】
前記複数の高調波が、複数の高調波周波数における正弦波および前記複数の高調波周波数における余弦波を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、所与の高調波の前記相関値を計算するとき、前記圧力信号（Ｐ）の個々の圧力値を前記所与の高調波の個々の値で乗算することによって積値を発生させ、前記積値の時間系列の関数として前記相関値
【数３】
2015523150.tif 000102
を発生させるように構成される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記所与の高調波の少なくとも１周期、および好ましくは前記所与の高調波の少なくとも２周期に対応する、積値の前記時間系列を選択するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記所与の高調波の周期の総数と一致する積値の前記時間系列を選択するように構成される、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記相関値を計算するとき、前記複数の高調波の中ですべての高調波を前記時間窓と一致する長さに設定するように構成される、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、重み付けされるかまたは重み付けされない、積値の前記時間系列の合計として前記相関値
【数４】
2015523150.tif 000103
を発生させるように構成される、請求項３から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、積値の前記時間系列に対して低域フィルタ（５１）を動作させ、前記低域フィルタ（５１）の出力信号に基づいて前記所与の高調波の前記相関値
【数５】
2015523150.tif 000104
を得るように構成される、請求項３から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記時間窓内の圧力信号（Ｐ）を表す信号ベクトル
【数６】
2015523150.tif 000105
を取得し、所与の高調波を表す高調波ベクトル
【数７】
2015523150.tif 000106
を取得し、前記信号ベクトル
【数８】
2015523150.tif 000107
と前記高調波ベクトル
【数９】
2015523150.tif 000108
との間のスカラー積を計算し、前記スカラー積に基づいて前記相関値
【数１０】
2015523150.tif 000109
を取得するように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、同じ前記信号ベクトル
【数１１】
2015523150.tif 000110
に基づく相関値
【数１２】
2015523150.tif 000111
をすべて生成するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記高調波がそれぞれ、前記時間窓内の１エネルギーを有するように設定される、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記信号プロセッサ（９ａ）がさらに、前記相関値
【数１３】
2015523150.tif 000112
を計算する前に、前記第２のパルスと関連付けられる事前定義された周波数範囲外の周波数を選択的に除去するために前記圧力信号（Ｐ）を処理するように構成され、前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記複数の高調波を前記事前定義された周波数範囲に制限するように構成される、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記時間窓内の前記第１のパルスの予測時間信号プロファイル
【数１４】
2015523150.tif 000113
を形成するように、前記相関値
【数１５】
2015523150.tif 000114
の関数としての前記高調波を結合し、前記予測時間プロファイル
【数１６】
2015523150.tif 000115
を前記圧力信号（Ｐ）から減算することによって、前記フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるように構成される、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記相関値
【数１７】
2015523150.tif 000116
を係数として使用する前記高調波の一次結合を減算することによって、前記フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるように構成される、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記時間窓内の前記圧力信号から前記高調波を減算することによって、前記フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるように構成される、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記信号プロセッサ（９ａ）が、前記第２のパルスを保持しながら前記第１のパルスを本質的に排除するように、一連の時間窓に対して前記フィルタ処理済み信号(ｅ）を繰り返し発生させるように構成される、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記一連の時間窓における前記時間窓は重複しない、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記一連の時間窓における前記時間窓が部分的に重複し、前記圧力信号（Ｐ）の前記時間窓内の前記圧力信号（Ｐ）からの前記高調波の減算がそれぞれ、フィルタ処理済み信号セグメント
【数１８】
2015523150.tif 000117
をもたらし、前記信号プロセッサ（９ａ）がさらに、前記フィルタ処理済み信号セグメント
【数１９】
2015523150.tif 000118
の重複する信号値を結合することによって、前記フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記流体を含有するシステムが、人体内の血液系に接続された体外血流回路（１）を備え、前記第１の周期的パルス発生器が前記体外血流回路（１）内の給送装置（４）を備え、前記第２のパルスが前記人体内の生理学的パルス発生器（ＰＨ）から発する、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
流体を含有するシステム（１）内の圧力センサ（６ａ、６ｂ）から得られる、第１の周期的パルス発生器（４）から発する第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号（Ｐ）を、フィルタ処理するための装置であって、
前記圧力センサ（６ａ、６ｂ）から前記圧力信号（Ｐ）を受信するための手段（４１）と、
前記第１の周期的パルス発生器（４）の現在の動作周波数を示す基準信号（ＲＥＦ）に基づいて、前記現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波を特定するための手段（４２）と、
前記高調波と前記圧力信号（Ｐ）の時間窓内にある前記圧力信号（Ｐ）との間の相関値
【数２０】
2015523150.tif 000119
を計算するための手段（４３）と、
前記相関値
【数２１】
2015523150.tif 000120
の関数として、前記高調波を前記圧力信号（Ｐ）から減算することによって、フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるための手段（４４）とを備える、装置。
【請求項２１】
流体を含有するシステム（１）内の圧力センサ（６ａ、６ｂ）から得られる、第１の周期的パルス発生器（４）から発する第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号（Ｐ）を、フィルタ処理する方法であって、
前記圧力センサ（６ａ、６ｂ）から圧力信号（Ｐ）を得るステップ（Ｓ２）と、
前記第１の周期的パルス発生器（４）の現在の動作周波数を示す基準信号（ＲＥＦ）に基づいて、前記現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波を特定するステップ（Ｓ３）と、
前記高調波と前記圧力信号（Ｐ）の時間窓内にある前記圧力信号（Ｐ）との間の相関値
【数２２】
2015523150.tif 000121
を計算するステップ（Ｓ４）と、
前記相関値
【数２３】
2015523150.tif 000122
の関数として、前記高調波を前記圧力信号（Ｐ）から減算することによって、フィルタ処理済み信号（ｅ）を発生させるステップ（Ｓ５〜Ｓ７）とを備える、方法。
【請求項２２】
プロセッサ（９ａ）によって実行されたとき、請求項２１の方法を前記プロセッサ（９ａ）によって実施させる、コンピュータ命令を備えるコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を含有するシステムの圧力センサから得られる圧力信号の処理に関し、特に、流体を含有するシステムの周期的パルス発生器から発する信号パルスを抑制するための圧力信号のフィルタ処理に関する。本発明は、例えば、体外血液治療用の流体を含有するシステムにおいて適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
体外血液処理において、血液は、血液処理装置の一部である体外血流回路（「ＥＣ回路」）を用いて、被験者から取り出され、処理（例えば、治療）され、次に被験者に再導入される。一般に、血液は、血液ポンプによってＥＣ回路を通して循環させられる。特定の種類の体外血液処理では、ＥＣ回路は、採血のためのアクセス装置（例えば、動脈針もしくはカテーテル）と、血液再導入のためのアクセス装置（例えば、静脈針もしくはカテーテル）とを含み、それらは、被験者上の専用の血管アクセス（例えば、瘻孔もしくはグラフト）に挿入される。かかる体外血液治療としては、血液透析、血液透析濾過、血液濾過、血漿交換、血液貯蔵（bloodbanking）、ドナー血液の血液分画分離（例えば、細胞）、アフェレーシス、体外血液酸素化、補助血液循環、体外肝臓補助／透析、限外濾過などが挙げられる。
【０００３】
ＥＣ回路の機能不全は、被験者の生命を脅かす危険がある状態に結び付き得るため、そのリスクを最小限に抑えることが重要である。例えば、重篤な状態は、例えば静脈針が血管アクセスから緩む静脈針の移動（ＶＮＤ）事象により、ＥＣ回路が血液ポンプの下流で中断された場合に発生することがある。かかる中断により、数分以内に、被験者から血液が排出されることがある。ＷＯ９７／１００１３、ＵＳ２００５／００１０１１８、ＷＯ２００９／１５６１７４、ＷＯ２０１０／１４９７２６、およびＵＳ２０１０／０２３４７８６はすべて、ＥＣ回路内の血液ポンプの下流側にある圧力センサ（「静脈圧センサ」）からの圧力信号に、心臓または呼吸パルスが存在しないことを特定することによって、ＶＮＤ事象を検出するための様々な技術を提案している。
【０００４】
近年、ＥＣ回路の圧力記録に基づいて、心臓または呼吸器系などの、生理学的圧力発生器の挙動を監視し解析することが可能であることも示されてきた。様々な適用が、ＷＯ２０１０／１４９７２６、ＷＯ２０１１／０８０１８９、ＷＯ２０１１／０８０１９０、ＷＯ２０１１／０８０１９１、およびＷＯ２０１１／０８０１９４に見出され、それらを参照により本明細書に組み込む。例えば、これらの適用としては、被験者の心臓パルス数、血圧、心臓の鼓動、心拍出量、血管アクセスを通る血流量（「アクセスフロー」）、動脈の硬化の監視、ならびに血管アクセス内における狭窄形成の兆候の特定、症候性の急速な血圧低下の予測、および様々な呼吸障害の検出、追跡、予測が挙げられる。
【０００５】
更に、ＷＯ２０１１／０８０１８８は、ＥＣ回路で記録された圧力信号における生理学的パルスの検出および分析によって、脈管アクセス内での採血および血液再導入のための装置の逆配置を特定し信号伝達するための技術を提案している。
【０００６】
これらの監視技術はすべて、生理学的パルスを圧力信号内で信頼性高く検出できるものと仮定している。監視を可能にするため、圧力信号をフィルタ処理して信号干渉を除去または抑制することが必要なことがある。信号干渉は、血液ポンプから発する圧力パルス（「ポンプパルス」）を備え、また、例えば、ＥＣ回路のさらなるポンプ、弁、釣り合い室などによって引き起こされる、さらなる干渉性の圧力パルスを備えることがある。生理学的パルスの速度および血液ポンプの速度、即ちＥＣ回路を通る血流は、時間に伴って変化することがあるので、例えばポンプパルスを適切に除去するのは困難なタスクであり得る。生理学的パルスの速度がポンプパルスの速度と一致する場合、フィルタ処理によって生理学的パルスも除去されることは起こりそうにないとは言えず、監視技術の失敗が引き起こされる。フィルタ処理はまた、ポンプパルスが一般に、圧力信号中の生理学的パルスよりもはるかに強いという事実によって困難である。
【０００７】
これらの問題に取り組むため、ＷＯ２００９／１５６１７５は、血液ポンプから発する圧力パルスの予測信号プロファイルを減算することによって、圧力信号を時間領域でフィルタ処理することを提案している。予測信号プロファイルは、基準測定によって、またはシミュレーションによって得られてもよい。一実現例では、予測信号プロファイルは、血液ポンプの現在の動作周波数に基づいて、予め格納した基準プロファイルのライブラリから読み出され、専用のポンプセンサによって、または血液ポンプの制御信号によって与えられるタイミング情報に基づいて、圧力信号から減算される。別の実現例では、予測信号プロファイルは、減算前の圧力信号に対する差を最小限に抑えるように予測信号プロファイルを調整しシフトするベストマッチ技術によって読み出され減算される。さらに別の実現例では、予測信号プロファイルおよび圧力信号は、血液ポンプによって引き起こされる信号干渉が本質的にない誤差信号を繰り返し発生させる、適応フィルタに入力される。
【０００８】
ＷＯ９７／１００１３は、血液ポンプの周波数および位相が既知であると仮定する、「刻み目等量フィルタ（notch-equivalent filter）」と呼ばれる別のフィルタ処理技術を提案している。正弦信号（sinus signals）は、既知の周波数で、また既知の周波数の倍数で発生する。正弦信号は、各正弦信号の振幅および位相をフィルタ処理する圧力信号に適応させる、適応フィルタに入力される。次に、正弦信号は、個々の振幅および位相で圧力信号から減算される。
【０００９】
ポンプパルスと生理学的パルスとの間における周波数および／または時間の重複に対処する能力、フィルタ処理技術の複雑性、リアルタイムでフィルタ処理済み信号を発生させる能力、フィルタ処理中の処理効率およびメモリ使用量、フィルタ処理済み信号の精度、ならびにフィルタ処理技術の堅牢性の１つまたは複数に関して、改善されたフィルタ処理技術の実現が継続的に必要とされている。
【００１０】
対応する必要性が他の技術分野で発生することがある。したがって、概して言えば、流体を含有するシステムにおける第１の周期的パルス発生器から発する第１のパルスを本質的に除去する一方で、他の発生源の第２のパルスは保持するように、流体を含有するシステムの圧力センサから得られる時間依存性の圧力信号をフィルタ処理するための改善された技術が必要とされている。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の１つの目的は、従来技術の１つまたは複数の制限事項を少なくとも部分的に克服することである。
【００１２】
別の目的は、上述の必要性の１つまたは複数を満たすことができるフィルタ処理技術を提供することである。
【００１３】
これらの目的の１つまたは複数、ならびに以下の説明から明らかになるであろうさらなる目的は、独立請求項による、圧力信号をフィルタ処理するための装置、圧力信号をフィルタ処理する方法、およびコンピュータ可読媒体によって少なくとも部分的に実現され、それらの実施形態は従属請求項によって定義される。
【００１４】
本発明の第１の態様は、流体を含有するシステムにおける圧力センサから得られる、第１の周期的パルス発生器から発する第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号を、フィルタ処理するための装置である。該装置は、圧力センサから圧力信号を受信する入力部と、入力部に接続された信号プロセッサとを備える。信号プロセッサは、第１の周期的パルス発生器の現在の動作周波数を示す基準信号に基づいて、現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波を特定し、高調波と圧力信号の時間窓内にある圧力信号との間の相関値を計算し、相関値の関数として、高調波を圧力信号から減算することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるように構成される。
【００１５】
第１のパルスは周期的パルス発生器によって、即ち周期的に発生するので、時間窓内の１つまたは複数の第１のパルスのエネルギーは、一連の高調波周波数にわたって分配されるであろうことが理解される。各高調波周波数は、周期的パルス発生器の基本周波数の整数倍である周波数成分であるが、現在の動作周波数には必ずしも等しくなくてもよい。いずれの場合も、一連の高調波周波数は現在の周波数に基づいて特定可能である。フィルタ処理技術は、第１の周期的パルス発生器の現在の動作周波数を表す、基準信号に基づいて特定される高調波を減算することによって動作するので、第１の態様は、この洞察を利用して、第１の周期的パルス発生器におけるパルス発生プロセスに本質的に一致するフィルタ処理技術を定義する。基準信号は、装置の第２の入力部を介して信号プロセッサによって受信される個別の信号であってもよく、例えば、第１の周期的パルス発生器と関連付けられた回転速度計からのパルス信号、第１の周期的パルス発生器の制御信号、または流体を含有するシステム内の、もしくはそれと関連付けられた別の圧力センサからの二次圧力信号の形態である。あるいは、圧力信号自体が基準信号として使用されてもよい。
【００１６】
第１の態様はまた、時間窓内の１つまたは複数の第１のパルスにおける各高調波周波数のエネルギー含量（振幅）および位相が、圧力信号を個々の高調波と、即ち個々の高調波周波数における正弦曲線と相関させることによって推定されてもよいという洞察に基づく。結果として得られる相関値は、それにより、固有値と同様に圧力信号の高調波の「重み」を定義し、高調波を圧力信号から減算するときにそれが適用されてもよい。したがって、生来的に反復する適応フィルタを使用する従来技術の方策とは対照的に、第１の態様は、第１のパルスを排除するかまたは少なくとも著しく抑制する目的で圧力信号から減算される信号の寄与を判断する直接的な方策を提供する。したがって、適応フィルタを使用する方策とは対照的に、本発明のフィルタ処理技術は、例えば第１の周期的パルス発生器の動作周波数の変更後において、安定性または収束の問題を有さない。さらに、第１の態様のフィルタ処理技術により、基準プロファイルのライブラリを格納する必要性がなくなってもよい。高調波と圧力信号との間の相関値の計算は極めて単純な動作であり、ハードウェアもしくはソフトウェアのどちらか、またはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせの形で効率的に実装されてもよいことに留意されたい。したがって、第１の態様は、時間窓内の第１のパルス（１つまたは複数）に対する各高調波の寄与を推定する高速かつ正確な技術に関与する。例えば、各相関値は２つのベクトル間の単純なスカラー積（内積）として得られてもよい。
【００１７】
一実施形態では、複数の高調波は、複数の高調波周波数における正弦波および前記複数の高調波周波数における余弦波を備える。
【００１８】
一実施形態では、信号プロセッサは、所与の高調波の相関値を計算するとき、圧力信号の個々の圧力値を所与の高調波の個々の値で乗算することによって積値を発生させ、積値の時間系列の関数として相関値を発生させるように構成される。
【００１９】
一実施形態では、信号プロセッサは、所与の高調波の少なくとも１周期、および好ましくは所与の高調波の少なくとも2周期に対応する、積値の時間系列を選択するように構成される。
【００２０】
一実施形態では、信号プロセッサは、所与の高調波の周期の総数と一致する積値の時間系列を選択するように構成される。
【００２１】
一実施形態では、信号プロセッサは、相関値を計算するとき、複数の高調波の中ですべての高調波を時間窓と一致する長さに設定するように構成される。言い換えると、信号プロセッサは、複数の高調波の中ですべての高調波に関して、圧力信号の時間窓と一致する積値の時間系列を選択するように構成されてもよい。
【００２２】
一実施形態では、信号プロセッサは、重み付けされるかまたは重み付けされない、積値の時間系列の合計として相関値を発生させるように構成される。
【００２３】
一実施形態では、信号プロセッサは、積値の時間系列に対して低域フィルタを動作させ、低域フィルタの出力信号に基づいて所与の高調波の相関値を得るように構成される。
【００２４】
代替実施形態では、信号プロセッサは、時間窓内の圧力信号を表す信号ベクトルを取得し、所与の高調波を表す高調波ベクトルを取得し、信号ベクトルと高調波ベクトルとの間のスカラー積を計算し、スカラー積に基づいて相関値を取得するように構成される。例えば、信号プロセッサは、同じ信号ベクトルに基づく相関値をすべて生成するように構成されてもよい。
【００２５】
一実施形態では、高調波はそれぞれ、時間窓内の１エネルギーを有するように設定される。
【００２６】
一実施形態では、信号プロセッサはさらに、相関値を計算する前に、第２のパルスと関連付けられる事前定義された周波数範囲外の周波数を選択的に除去するために圧力信号を処理するように構成され、信号プロセッサは、複数の高調波を事前定義された周波数範囲に制限するように構成される。
【００２７】
一実施形態では、信号プロセッサは、時間窓内の第１のパルスの予測時間信号プロファイルを形成するように、相関値の関数としての高調波を結合し、予測時間プロファイルを圧力信号から減算することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるように構成される。
【００２８】
一実施形態では、信号プロセッサは、相関値を係数として使用して高調波の一次結合を減算することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるように構成される。
【００２９】
一実施形態では、信号プロセッサは、時間窓内の圧力信号から高調波を減算することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるように構成される。
【００３０】
一実施形態では、信号プロセッサは、第２のパルスを保持しながら第１のパルスを本質的に排除するように、一連の時間窓に対してフィルタ処理済み信号を繰り返し発生させるように構成される。一実現例では、一連の時間窓における時間窓は重複しない。別の実現例では、一連の時間窓における時間窓は部分的に重複し、圧力信号の時間窓内の圧力信号からの高調波の減算はそれぞれ、フィルタ処理済み信号セグメントをもたらし、前記信号プロセッサはさらに、フィルタ処理済み信号セグメントの重複する信号値を結合することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるように構成される。
【００３１】
一実施形態では、流体を含有するシステムは、人体内の血液系に接続された体外血流回路を備え、第１の周期的パルス発生器は体外血流回路内の給送装置を備え、第２のパルスは人体内の生理学的パルス発生器から発する。
【００３２】
本発明の第２の態様は、流体を含有するシステム内の圧力センサから得られる、第１の周期的パルス発生器から発する第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号を、フィルタ処理するための装置である。装置は、圧力センサから圧力信号を受信するための手段と、第１の周期的パルス発生器の現在の動作周波数を示す基準信号に基づいて、現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波を特定するための手段と、高調波と圧力信号の時間窓内にある圧力信号との間の相関値を計算するための手段と、相関値の関数として、高調波を圧力信号から減算することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるための手段とを備える。
【００３３】
本発明の第３の態様は、流体を含有するシステム内の圧力センサから得られる、第１の周期的パルス発生器から生じる第１のパルスと第２のパルスとを備える圧力信号を、フィルタ処理する方法である。方法は、圧力センサから圧力信号を得るステップと、第１の周期的パルス発生器の現在の動作周波数を示す基準信号に基づいて、現在の動作周波数と関連付けられる複数の高調波を特定するステップと、高調波と圧力信号の時間窓内にある圧力信号との間の相関値を計算するステップと、相関値の関数として、高調波を圧力信号から減算することによって、フィルタ処理済み信号を発生させるステップとを備える。
【００３４】
本発明の第４の態様は、プロセッサによって実行されたとき、第３の態様の方法をプロセッサによって実施させる、コンピュータ命令を備えるコンピュータ可読媒体である。
【００３５】
第１の態様の上記に特定した実施形態のうちいずれの１つも、第２〜第４の態様の一実施形態として適合され実現されてもよい。
【００３６】
本発明のさらに他の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明から、添付の請求項から、ならびに図面から明白となるであろう。
【００３７】
以下、本発明の実施形態について、添付の概略図を参照してより詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】被験者に取り付けられた体外血液処理装置内の血液経路を示す概略図。
【図２（ａ）】ポンプ周波数成分および心臓信号の両方を含む圧力信号の時間領域内におけるプロット。
【図２（ｂ）】対応する信号の周波数領域内におけるプロット。
【図３（ａ）】ぜん動ポンプのロータの側面図。
【図３（ｂ）】図１の体外血液処理装置内の圧力センサによって測定されるような、図３（ａ）のロータが一回転する間に発生する圧力パルスのプロット。
【図４】一実施形態によるフィルタ処理装置のブロック図。
【図５（ａ）】正弦波との相関による、所与の高調波周波数に対する相関値の発生を示す図。
【図５（ｂ）】余弦波との相関による、所与の高調波周波数に対する相関値の発生を示す図。
【図６】血液ポンプの二回転に対応する圧力信号セグメントに基づいて、ポンププロファイルを発生させた場合の一連の事象を示す図。
【図７】血液ポンプの四回転に対応する圧力信号セグメントに基づいて、ポンププロファイルを発生させた場合の一連の事象を示す図。
【図８】重複しない圧力信号セグメントに基づくフィルタ処理済み信号の発生を示す図。
【図９】重複する圧力信号セグメントに基づくフィルタ処理済み信号の発生を示す図。
【図１０】圧力信号をフィルタ処理する方法の一実施形態を示すフローチャート。
【図１１】図４の相関ブロックの一実施形態を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本明細書全体にわたって、同じ参照番号は対応する要素を特定するのに使用される。
【００４０】
図１は、被験者上の専用の脈管アクセス３（「血管アクセス」としても知られている）に挿入されるアクセス装置２’、２’’を用いて、体外流体回路１に接続された被験者を示している。体外流体回路１（以下、「ＥＣ回路」と称する）は、被験者の心血管系との間で血液を伝達するように構成される。一例では、ＥＣ回路１は、透析機などの血液処理用の装置の一部である。図示される例では、血液ポンプ４が、アクセス装置２’を介して脈管アクセス３から血液を引き出し、血液処理ユニット５、例えば透析装置を通して血液を給送し、アクセス装置２’’を介して脈管アクセス３に戻す。したがって、両方のアクセス装置２’、２’’が脈管アクセス３に接続されていると、ＥＣ回路１は、脈管アクセス３で始まりそこで終わる血液経路を画成する。ＥＣ回路１は、血液ポンプ４の下流に位置する血液経路の一部である「静脈側」と、ポンプ４の上流に位置する血液経路の一部である「動脈側」とを備えるものとして理解されてもよい。
【００４１】
圧力センサ６ａおよび６ｂは、ＥＣ回路１内の圧力波を検出するように配置される。本明細書で使用するとき、「圧力波」は、材料もしくは物質を通って移動または伝搬する外乱の形態の力学的な波である。以下の例における文脈では、圧力波は、一般的には約３〜２０ｍ／ｓの範囲内の速度で、被検体の心血管系内およびＥＣ回路１の血液経路内の血液中を伝搬する。センサ６ａ、６ｂは、血液と直接または間接的に流体接触（hydraulic contact）しており、各圧力波の圧力パルスを形成する圧力データを生成する。したがって、「圧力パルス」は、時間依存性の測定信号（「圧力信号」）Ｐ内の信号の大きさにおける局所的な増加または減少（実施に応じて決まる）を定義する、一連のデータサンプルである。
【００４２】
図２（ａ）は、センサ６ｂから獲得した時間分解圧力信号Ｐの一例を示し、図２（ｂ）は、それに対応するスペクトル密度、即ち周波数の関数としての信号エネルギーを示す。スペクトル密度は、圧力信号Ｐが、血液ポンプ４の設計によって生じる、かつその設計によって与えられる周波数成分を含むことを明らかにしている。図から分かるように、周波数成分は、一連の高調波周波数０．５ｆ０、ｆ０、１．５ｆ０、２ｆ０などである。図示される例では、血液ポンプ４は、図３（ａ）に示されるタイプの回転式ぜん動ポンプであり、周波数成分は、ロータ１２の回転およびローラ１３ａ、１３ｂと管部分との係合によって支配される。卓越周波数ｆ０はポンプ周波数、即ちポンプの往復行程の周波数であり、ポンプの往復行程はそれぞれ、ローラ１３ａ、１３ｂの一方と管部分との係合によって発生する。図３（ｂ）は、ロータ１２が一回転する間にポンプ４から排他的に発する圧力信号の圧力脈動（「ポンプパルス」ｄ）を示す。したがって、図３（ｂ）のポンプパルスｄは、一回転する間にローラ１３ａ、１３ｂが管部分を係合することによって発生する圧力波を表す。図２（ａ）〜２（ｂ）に戻ると、圧力信号Ｐはまた、患者の心臓の拍動から発する圧力脈動（「心臓パルス」）を含む。この例では、心臓パルスはポンプパルスよりもはるかに弱く、ポンプパルスが卓越している圧力信号Ｐにおいて検出するのは困難である。一般に、圧力信号Ｐは、反射神経、随意筋の収縮、非随意筋の収縮、心臓、呼吸器系、血圧調節に関する自律系、体温調節に関する自律系を含む、周期的または非周期的な、任意の生理学的パルス発生器ＰＨ（図１）からの圧力パルス（「生理学的パルス」）を含んでもよい。
【００４３】
図示される例では、上述の生理学的パルス発生器の１つまたは複数から発する生理学的パルスを保持したまま、ポンプパルスを排除するかまたは少なくとも著しく抑制する目的で、圧力信号Ｐを獲得し処理するため、フィルタ処理装置７が伝送線によってセンサ６ｂに接続される。装置７はまた、基準センサ８によって発生してポンプ４の現在の動作周波数を示す、基準信号ＲＥＦを受信するように接続される。一例では、基準センサ８は、ポンプ４の動力伝達において要素（例えば、ロータ１２）の回転速度を測定する、ポンプ４（図示されるようなもの）と関連付けられる回転速度計である。かかる回転速度計は、例えばロータの各回転の間の単一の瞬間または複数の瞬間における、ロータの各回転の間の回転速度を表す任意の数の読取り値を提供するように構成されてもよい。別の例では、基準信号ＲＥＦは、例えば、ポンプ４の血液流量もしくはポンプ周波数に対する設定値を示す、またはポンプ４を駆動するモータに供給される電流／電力を示す、ポンプ４の制御信号である。別の例では、基準信号ＲＥＦは、ポンプ４から発する圧力波を検出するように配置される、ＥＣ回路１の別の圧力センサ（たとえば、センサ６ａ）によって発生する圧力信号である。さらに別の例では、フィルタ処理される圧力信号Ｐが基準信号ＲＥＦとして使用される。これらのタイプの基準信号のうち任意の１つからポンプ４の現在の動作周波数を判断する、当業者には良く知られている多くの技術がある。
【００４４】
本明細書には図示しないが、装置７は代わりに、センサ６ａからの圧力信号中の、またはＥＣ回路１内の１つを超える圧力センサからの圧力信号中の、ポンプパルスを抑制するように接続されてもよいことを理解されたい。
【００４５】
実施に応じて、装置７は、圧力信号を獲得し処理するために、デジタル構成要素もしくはアナログ構成要素、またはそれらの組み合わせを使用してもよい。装置７は、本発明の異なる実施形態にしたがって圧力信号を獲得し処理するための適切なハードウェアを備えた、コンピュータまたは類似のデータ処理装置であってもよい。本発明の実施形態は、例えば、装置７の電子メモリ９ｂと併せて、プロセッサ９ａによって実行されるコンピュータ可読媒体上に供給されるソフトウェア命令によって実現されてもよい。コンピュータ可読媒体は、有形の製品（例えば、磁気媒体、光ディスク、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリなど）、または伝搬信号であってもよい。
【００４６】
装置７は、ポンプ４の高調波周波数が（おおよそ）既知である場合、直接的な相関動作によってポンプパルスの周波数内容を直接推定することが可能であるという洞察に基づいて設計される。
【００４７】
図４に示される一実施形態では、装置７は、基準信号ＲＥＦを獲得するための入力ブロック４０と、圧力信号Ｐを獲得するための入力ブロック４１とを備える。入力ブロック４０、４１は、装置７の入出力インターフェースの異なる信号ポートによって実現されてもよい。入力ブロック４０、４１はまた、例えば、ＡＤ変換、信号増幅、オフセットの除去、高周波ノイズの除去、および供給電圧外乱の除去のため、信号ＲＥＦおよびＰを前処理するように構成されてもよい。基準信号ＲＥＦは、高調波検出器４２に供給され、そこで基準信号を処理して、ポンプ４によって発生する現在の高調波周波数が特定される。当業者であれば、特定されているのが利用可能な高調波周波数のうちのどれであるかを判断することができる限り、識別すべきすべての高調波周波数に対して基準信号ＲＥＦ中の１つの高調波周波数を特定すれば十分なことがあると理解している。現在の高調波周波数に関する情報ＨＩは、入力ブロック４１を介して受信した圧力信号Ｐと、情報ＨＩによって与えられる異なる高調波周波数における一連の高調波との間の個々の相関値
【数１】
2015523150.tif 000003
【００４８】
を計算するように構成される、相関器４３に供給される。各高調波は所与の高調波周波数における正弦曲線である。結果として得られる相関値
【数２】
2015523150.tif 000004
【００４９】
および情報ＨＩは、相関値を係数として使用して、高調波の一次結合を圧力信号Ｐから減算するように構成される、減算ブロック４４に供給される。一次結合は、圧力信号Ｐ中のポンプパルスｄ（図３（ｂ）を参照）の現在の推定値
【数３】
2015523150.tif 000005
【００５０】
を形成するものとして理解されてもよく、したがって、減算ブロック４４は、ポンプパルスが排除／抑制されたフィルタ処理済み信号ｅを生成する。フィルタ処理済み信号ｅは、次に、やはり上述の入出力インターフェースの一部であってもよい、出力ブロック４５によって出力される。
【００５１】
フィルタ処理済み信号ｅは、例えば背景技術の項に記載したように、任意のタイプの監視目的のため、装置７または別個の装置によってさらに処理されてもよいことが理解される。かかる監視目的は、例えば、アクセス装置２’、２’’のＶＮＤまたは適切な配置に関して、ＥＣ回路１と患者との間における接続の完全性を監視すること、心臓もしくは呼吸器系など、患者の体内の生理学的発生器ＰＨの挙動を監視／分析することを含む。
【００５２】
一実施形態では、相関器４３は、圧力信号Ｐ中の個々の時間窓に対して相関値を生成するように構成される。各時間窓について、相関器４３は、時間窓内の圧力信号ＰにおけるＮ個の圧力値の時間系列を表す圧力ベクトル
【数４】
2015523150.tif 000006
【００５３】
を得る。
【数５】
2015523150.tif 000007
【００５４】
また、Ｎ個の信号値をそれぞれ備えたＬ個の異なる高調波ベクトル
【数６】
2015523150.tif 000008
【００５５】
を得る。
【数７】
2015523150.tif 000009
【００５６】
各高調波ベクトル
【数８】
2015523150.tif 000010
【００５７】
は上述の高調波の１つに相当し、その信号値は、（ＨＩによって与えられる）現在の高調波周波数のうち１つにおける正弦曲線を定義する。具体的には、より詳細に後述する理由のため、現在の高調波周波数それぞれにおいて１つの正弦波および１つの余弦波を含む高調波ベクトル
【数９】
2015523150.tif 000011
【００５８】
が得られる。
【００５９】
減算ブロック４４による後続の処理を容易にする一実施形態では、次の性質を有する高調波ベクトル
【数１０】
2015523150.tif 000012
【００６０】
がさらに得られる。
【数１１】
2015523150.tif 000013
【００６１】
この式は、各高調波ベクトル
【数１２】
2015523150.tif 000014
【００６２】
のエネルギーが１に等しく、異なる高調波ベクトル
【数１３】
2015523150.tif 000015
【００６３】
は（時間窓内で）相関されないことを意味する。かかる高調波ベクトル
【数１４】
2015523150.tif 000016
【００６４】
の相関値
【数１５】
2015523150.tif 000017
【００６５】
は、次式にしたがって、高調波ベクトル
【数１６】
2015523150.tif 000018
【００６６】
と圧力ベクトル
【数１７】
2015523150.tif 000019
【００６７】
との間で効率的なベクトル乗算（即ち、内積として）を処理することによって計算されてもよい。
【数１８】
2015523150.tif 000020
【００６８】
したがって、各相関値
【数１９】
2015523150.tif 000021
【００６９】
は、圧力ベクトル
【数２０】
2015523150.tif 000022
【００７０】
中の個々の圧力値に高調波ベクトル
【数２１】
2015523150.tif 000023
【００７１】
中の個々の信号値を乗算することによって形成される、積値の時系列の合計によって与えられる。次に、減算ブロック４４は、ポンプパルスの現在の推定値
【数２２】
2015523150.tif 000024
【００７２】
を圧力ベクトル
【数２３】
2015523150.tif 000025
【００７３】
から減算することにより、つまり、
【数２４】
2015523150.tif 000026
【００７４】
により、相関値
【数２５】
2015523150.tif 000027
【００７５】
を使用して、フィルタ処理済みの信号ベクトル
【数２６】
2015523150.tif 000028
【００７６】
を生成してもよい。
【数２７】
2015523150.tif 000029
【００７７】
ここで、現在の推定値
【数２８】
2015523150.tif 000030
【００７８】
は、相関値
【数２９】
2015523150.tif 000031
【００７９】
を係数として使用して、高調波ベクトル
【数３０】
2015523150.tif 000032
【００８０】
の一次結合として生成される。
【数３１】
2015523150.tif 000033
【００８１】
この実施形態では、相関値
【数３２】
2015523150.tif 000034
【００８２】
は同じ時間窓に関して生成され、減算に適用される。それにより、高調波ベクトル
【数３３】
2015523150.tif 000035
【００８３】
の結果として得られる一次結合は、ポンプパルスを十分に模倣し、適切なフィルタリングをもたらす傾向がある。しかし、相関器４３が１つの時間窓内で相関値
【数３４】
2015523150.tif 000036
【００８４】
を計算し、減算ブロック４４が、圧力信号Ｐの１つまたは複数の後続の時間窓内における減算に、これらの相関値
【数３５】
2015523150.tif 000037
【００８５】
を適用するように実現することが想起される。
【００８６】
相関器４３は、１とは異なるエネルギーを有する高調波ベクトル
【数３６】
2015523150.tif 000038
【００８７】
を使用するように実現されてもよいことに留意されたい。しかし、かかる実施形態は、式（２）および／または式（４）の修正を要し、場合によっては装置７に対する計算負荷を増加させることがある。
【００８８】
上述したように、高調波ベクトル
【数３７】
2015523150.tif 000039
【００８９】
は、各高調波周波数において正弦波および余弦波の両方を含むようにして得られる。一例として、図５（ａ）は、周波数ｆ０における正弦波
【数３８】
2015523150.tif 000040
【００９０】
に関する相関値
【数３９】
2015523150.tif 000041
【００９１】
の計算を示し、図５（ｂ）は、周波数ｆ０における余弦波
【数４０】
2015523150.tif 000042
【００９２】
に関する相関値
【数４１】
2015523150.tif 000043
【００９３】
の計算を示す。正弦波および余弦波の両方を使用することで、ポンプの現在の位相に正確に一致するような高調波ベクトル
【数４２】
2015523150.tif 000044
【００９４】
の一次結合が自動的にもたらされる。この技術的利点は、例えば図５に関して、正弦波および余弦波の一次結合が、修正された振幅および位相の正弦波と等価であると見なすことによって理解されてもよい。
【数４３】
2015523150.tif 000045
【００９５】
代替実施形態では、相関値は、各高調波周波数における正弦波および余弦波のうち１つに対してのみ計算されるが、これには、減算ブロック４４および／または相関器４３が、各高調波周波数に対して適切な位相角を計算、推定、または別の方法で得ることを要する。例えば、減算ブロック４４および／または相関器４３は、各高調波周波数における正弦波（もしくは場合によっては余弦波）と圧力ベクトル
【数４４】
2015523150.tif 000046
【００９６】
とを相互相関させることによって、個々の位相角を得るように構成されてもよく、この場合、位相角は最大相関における正弦波の相対的変位によって与えられ、振幅は最大相関によって与えられる。このようにして位相角を決定する実施形態は、式（２）による正弦波および余弦波を圧力ベクトルに相関させる実施形態よりも、著しく多数の相関動作を伴うことが理解される。
【００９７】
上述したように、高調波ベクトル
【数４５】
2015523150.tif 000047
【００９８】
は最適な動作に対しては相関されないはずである。これは基本的に、各高調波ベクトル
【数４６】
2015523150.tif 000048
【００９９】
が周期の総数を含むべきであることを意味する。計算効率に関して、すべての相関値
【数４７】
2015523150.tif 000049
【０１００】
が同じ圧力ベクトル
【数４８】
2015523150.tif 000050
【０１０１】
に関して、即ち圧力信号Ｐの同じ時間窓内で、計算されるのが望ましいことがある。これはひいては、時間窓が、図２（ｂ）および以下の例では０．５ｆ０である、最小高調波周波数の周期の総数に一致するべきであることを意味する。当業者であれば、時間窓の長さの増加（期間数の増加）に伴って、相関値の精度が改善されることを理解する。しかし、時間窓が増加されるにつれて、フィルタ処理済みの信号ベクトル
【数４９】
2015523150.tif 000051
【０１０２】
を生成するのに要する計算負荷および時間が増加する。時間窓を最小高調波周波数の単一の周期に一致させることは可能であるが、精度と時間遅延との間の好ましいトレードオフは、時間窓が、最小高調波周波数の２〜１０の範囲の周期数に、好ましくは２〜６周期に一致するときに実現されてもよい。一例として、図６は、０．５ｆ０の２周期に一致する時間窓内での周波数０．５ｆ０、ｆ０、１．５ｆ０、および２ｆ０における、正弦波および余弦波に対する相関値の計算
【数５０】
2015523150.tif 000052
【０１０３】
を示す。図７は、それに対応する、時間窓が０．５ｆ０の４周期に一致するときの計算を示す。図６〜７はまた、個々の時間窓内の推定または予測される時間ポンププロファイル
【数５１】
2015523150.tif 000053
【０１０４】
を形成するため、相関値を使用して高調波ベクトルが結合されてもよいことを示す。
【０１０５】
図８に例示される一実施形態では、連続する時間窓は圧力信号Ｐ中で重複しないように選択される。各時間窓はフィルタ処理済みの信号ベクトル
【数５２】
2015523150.tif 000054
【０１０６】
をもたらすので、フィルタ処理済み信号ｅは、フィルタ処理済みの信号ベクトル
【数５３】
2015523150.tif 000055
【０１０７】
の結果として得られる時間系列によって形成される。この実施形態は装置７に対する計算負荷を低下させる。
【０１０８】
図９に例示される別の実施形態では、連続する時間窓は圧力信号Ｐ中で重複するように選択される。図８のように、各時間窓はフィルタ処理済みの信号ベクトル
【数５４】
2015523150.tif 000056
【０１０９】
をもたらすが、フィルタ処理済み信号ｅは、フィルタ処理済みの信号ベクトル
【数５５】
2015523150.tif 000057
【０１１０】
の重複部分を結合することによって、例えば重複部分内の要素ごとの平均を計算することによって発生する。重複部分を結合することによって、増加する計算負荷が費やされるものの、フィルタ処理済み信号ｅの質が改善される。
【０１１１】
図５〜９から理解されるように、各高調波ベクトル
【数５６】
2015523150.tif 000058
【０１１２】
の信号値ｖｋ１、ｖｋ２などが、時間窓内において、圧力ベクトル
【数５７】
2015523150.tif 000059
【０１１３】
の圧力値ｐ１、ｐ２などと同じ位置を有することが望ましい。計算効率化のため、高調波ベクトル
【数５８】
2015523150.tif 000060
【０１１４】
が名目上の一連の高調波周波数に関して事前定義され、テンプレートとしてコンピュータメモリ（図１の９ｂを参照）に格納されるのが望ましいことがある。それにより、高調波ベクトル
【数５９】
2015523150.tif 000061
【０１１５】
は、各時間窓内の所与の位置において固定の信号値を有し、これらの位置は、すべての事前定義された高調波ベクトル
【数６０】
2015523150.tif 000062
【０１１６】
に対して好ましくは同じである。ポンプ周波数は時間に伴って変化することがあるので、入力ブロック４１（図４）は、事前定義された高調波ベクトルにおける信号値と時間的に位置合わせされた圧力値を生成するように構成されてもよい。本明細書では「同期サンプリング」と称される、かかる一実施形態では、入力ブロック４１は、ポンプの回転運動と同期して、即ち、ポンプ４のローラ１３ａ、１３ｂ（図３（ａ））が描く円に沿った同じ個々の位置で、圧力値をサンプリングするように構成される。同期サンプリングは、入力ブロック４０によって獲得される基準信号ＲＥＦに基づいて制御されてもよい。本明細書では「同期再サンプリング」と称される別の実施形態では、入力ブロック４１は、ポンプの回転と同期せずに（または不十分な同期で）圧力値をサンプリングし、次に、サンプリングした圧力値の間の補間を使用して各時間窓内の個々の所与のタイミング（位置）における圧力値を生成する再サンプリングを、サンプリングした圧力値に対して施すことによって、時間スケールを調節するように構成される。同期再サンプリングもまた、基準信号ＲＥＦに基づいて制御されてもよい。さらに別の実施形態では、入力ブロック４１は、圧力ベクトルの圧力値と高調波ベクトルの信号値とが常に（即ち、すべてのポンプ周波数に関して）近似的に一致するような高いサンプル速度で、圧力信号Ｐをサンプリングするように構成されてもよい。それにより、圧力ベクトルは、時間窓内の各位置に対してサンプリングされた圧力値の中のベストマッチを選択することによって形成されてもよい。
【０１１７】
代替例では、装置７は、高調波ベクトルの信号値が個々のポンプ周波数におけるサンプリングされた圧力値と位置合わせされるようにして、複数のポンプ周波数に対して個々の一連の高調波ベクトルを格納するように構成される。別の代替例では、高調波ベクトルは、高調波ベクトルの信号値がサンプリングされた圧力値と位置合わせされるようにして、現在の高調波周波数における正弦波および／または余弦波を生成する標準的な三角関数を操作することによって、（プロセッサ９ａによって）急いで計算される。
【０１１８】
一般に、エイリアシング効果を防ぐため、入力ブロック４１は、サンプリング周波数の半分よりも高い周波数を含まないように、サンプリングの前に圧力信号に低域フィルタを適用するように構成されるのが好ましいことがある。
【０１１９】
さらなる実施形態では、入力ブロック４１は、圧力信号中で隔離される生理学的パルスと関連付けられる限定された周波数範囲を選択的に送信するように、低域フィルタ、帯域フィルタ、高域フィルタ、またはそれらの任意の組み合わせを適用するように構成されてもよい。これにより、相関器４３および減算ブロック４４に供給される信号中に存在する周波数の範囲が制限され、結果として計算負荷が低減される。例えば、相関器４３は、限定された周波数範囲内にある高調波周波数に関してのみ、相関値を計算すればよい。また、相関値および高調波ベクトルの数が低減されるので、減算ブロック４４における計算負荷が同様に低減される。限定された周波数範囲は、例えば、生理学的パルスが心臓から発する場合は約０．５〜３Ｈｚ、生理学的パルスが呼吸器系から発する場合は約０．１５〜０．４Ｈｚ、生理学的パルスが血圧調節に関する自律系から発する場合は約０．０４〜０．１４Ｈｚ、生理学的パルスが温度調節に関する自律系から発する場合は約０．００１〜０．１Ｈｚに設定されてもよい。
【０１２０】
図１０は、図４の装置７によって行われるフィルタ処理プロセスの詳細な一例を示す。方法は、ステップＳ１〜Ｓ８の繰り返すシーケンスで動作する。ステップＳ１で、ポンプ４の現在の周波数が基準信号に基づいて特定される。ステップＳ２で、圧力信号中の時間窓から信号セグメントが得られ、その圧力値が一連の事前定義された高調波ベクトル
【数６１】
2015523150.tif 000063
【０１２１】
の信号値と時間的に位置合わせされるようにして、圧力ベクトル
【数６２】
2015523150.tif 000064
【０１２２】
が形成される。ステップＳ３で、一連の事前定義された高調波ベクトル
【数６３】
2015523150.tif 000065
【０１２３】
が電子メモリ９ｂから読み出される。一連の事前定義された高調波ベクトル
【数６４】
2015523150.tif 000066
【０１２４】
は、複数の事前定義された名目上の高調波周波数それぞれにおける正弦波および余弦波を含む。ステップＳ２にしたがって圧力ベクトル
【数６５】
2015523150.tif 000067
【０１２５】
を時間的に位置合わせすることによって、一連の事前定義された高調波ベクトル
【数６６】
2015523150.tif 000068
【０１２６】
はポンプ４の現在の周波数に効率的に適合される。上述したように、ステップＳ３は、代わりに、プロセッサ９ａによって生成される高調波ベクトル
【数６７】
2015523150.tif 000069
【０１２７】
を伴ってもよい。ステップＳ４で、式（２）にしたがって、圧力ベクトル
【数６８】
2015523150.tif 000070
【０１２８】
と事前定義された高調波ベクトル
【数６９】
2015523150.tif 000071
【０１２９】
それぞれとの間の相関値
【数７０】
2015523150.tif 000072
【０１３０】
が計算される。ステップＳ５で、式（４）にしたがって、高調波ベクトル
【数７１】
2015523150.tif 000073
【０１３１】
が相関値
【数７２】
2015523150.tif 000074
【０１３２】
によって一次結合されて、推定ポンププロファイル
【数７３】
2015523150.tif 000075
【０１３３】
が形成される。ステップＳ６で、式（３）にしたがって、推定ポンププロファイル
【数７４】
2015523150.tif 000076
【０１３４】
が圧力ベクトル
【数７５】
2015523150.tif 000077
【０１３５】
から減算されて、フィルタ処理済みの信号ベクトル
【数７６】
2015523150.tif 000078
【０１３６】
が形成される。ステップＳ７で、連続する時間窓が重複する場合、フィルタ処理済みの信号値は、連続するベクトル
【数７７】
2015523150.tif 000079
【０１３７】
の重複部分を時間的に位置合わせし結合することによって（例えば、平均することによって）形成される。ステップＳ８で、フィルタ処理済みの信号値がフィルタ処理済み信号ｅとして出力される。
【０１３８】
相関値
【数７８】
2015523150.tif 000080
【０１３９】
を生成する代替方法が存在する。図１１に概略的に示される一実施形態では、相関器４３はベクトルの代わりに個々の値に対して動作する。相関器４３は、圧力信号中の（入力ブロック４１から）入ってくる圧力値に（高調波検出器４２によって特定される高調波周波数における）個々の高調波信号
【数７９】
2015523150.tif 000081
【０１４０】
中の個々の信号値を乗算することによって、積値の時間系列を形成する個々の積信号を発生させる、乗算器ブロック５０（１つが図示される）を備える。低域フィルタ５１は、個々の高調波信号
【数８０】
2015523150.tif 000082
【０１４１】
に対する（推定）相関値の個々の時間系列を生成するため、個々の積信号に適用される。任意の既知のタイプの低域フィルタ５１、ならびにかかる低域フィルタの任意の組み合わせが使用されてもよい。一般に、低域フィルタ５１は、圧力信号中の時間窓内における積値の個々の時間系列を合算する。現在好ましい一実施形態では、フィルタ５１は、最小高調波周波数の周期の倍数に等しい長さを有する移動平均フィルタである。それにより、フィルタ５１の出力値は、圧力ベクトル
【数８１】
2015523150.tif 000083
【０１４２】
に関して図４の相関器４３によって生成される相関値と等価である。フィルタ５１のタイプに係わらず、図１１の相関器４３は、圧力信号Ｐ中の時間窓に対して一連の相関値
【数８２】
2015523150.tif 000084
【０１４３】
を供給するように構成されてもよく、これらの相関値
【数８３】
2015523150.tif 000085
【０１４４】
は次に、図４に関して記載したのと同じ形で減算ブロック４４によって使用されてもよい。したがって、減算ブロック４４は、相関ベクトル
【数８４】
2015523150.tif 000086
【０１４５】
を係数として使用して、圧力信号Ｐから得られる圧力ベクトル
【数８５】
2015523150.tif 000087
【０１４６】
から、（高調波検出器４２によって特定される高調波周波数における）高調波ベクトルの一次結合を減算するように設計されてもよい。変形例では、減算ブロック４４は、相関ベクトル
【数８６】
2015523150.tif 000088
【０１４７】
を係数として使用して、乗算ブロック５０によって使用される高調波信号を圧力信号Ｐから減算するように設計されてもよい。
【０１４８】
表現に係わらず、フィルタ処理装置７は、１つもしくは複数の汎用または専用計算機装置上で稼働する専用ソフトウェア（もしくはファームウェア）によって実現されてもよい。この文脈では、かかる計算機装置の「要素」または「手段」は、方法ステップの概念上の等価物を指すことを理解されたい。ただし、要素／手段とハードウェアまたはソフトウェアルーチンの特定の部分との間に、必ずしも一対一の対応があるとは限らない。ハードウェアの１つの部分は、場合によっては異なる手段／要素を備える。例えば、処理装置は、１つの命令を実行するときには１つの要素／手段として役立つが、別の命令を実行するときには別の要素／手段として役立つ。それに加えて、１つの要素／手段は、ある場合においては１つの命令によって、ただし他のある場合においては複数の命令によって実現されてもよい。かかるソフトウェア制御の計算機装置は、１つもしくは複数の処理装置（図１の９ａを参照）、例えば、ＣＰＵ（「中央処理装置」）、ＤＳＰ（「デジタル信号プロセッサ」）、ＡＳＩＣ（「特定用途向け集積回路」）、離散的なアナログおよび／またはデジタル構成要素、あるいはＦＰＧＡ（「フィールドプログラマブルゲートアレイ」）などの他の何らかのプログラマブル論理装置を含んでもよい。装置７はさらに、システムメモリ、およびシステムメモリを含む様々なシステム構成要素（図１の９ｂを参照）を処理装置に連結するシステムバスを含んでもよい。システムバスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、および様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するローカルバスを含む、いくつかのタイプのバス構造のいずれかであってもよい。システムメモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、およびフラッシュメモリなど、揮発性および／または不揮発性メモリの形態のコンピュータ記憶媒体を含んでもよい。専用ソフトウェアは、システムメモリに格納されるか、あるいは、磁気媒体、光学媒体、フラッシュメモリカード、デジタルテープ、半導体ＲＡＭ、半導体ＲＯＭなど、計算機装置に含まれるかまたはそれにアクセス可能である、他の取外し可能／取外し不能な揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体に格納されてもよい。装置７は、シリアルインターフェース、パラレルインターフェース、ＵＳＢインターフェース、ワイヤレスインターフェース、ネットワークアダプタなど、１つまたは複数の通信インターフェース、ならびにＡ／Ｄコンバータなど、１つまたは複数のデータ収集装置を含んでもよい。専用ソフトウェアは、記録媒体または読み出し専用メモリを含む、任意の適切なコンピュータ可読媒体上で装置７に対して提供されてもよい。
【０１４９】
当該分野では良く知られているように、一部（もしくはすべて）の要素／手段が、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または離散的な電子構成要素（抵抗器、コンデンサ、演算増幅器、トランジスタ、フィルタなど）のアセンブリなどの専用ハードウェアによって、全体的にまたは部分的に実現されることも想起される。
【０１５０】
本発明はデジタル信号処理に限定されず、アナログ装置の組み合わせによって全体的に実現できることが強調されるべきである。
【０１５１】
本発明について、最も実用的かつ好ましい実施形態であると現在見なされているものと関連して記載してきたが、本発明は開示の実施形態に限定されるものではなく、それとは逆に、添付の請求項の趣旨および範囲に含まれる様々な修正および等価の配置を包含するものとする。
【０１５２】
例えば、圧力信号Ｐ中の同じ時間窓に関するすべての相関値
【数８７】
2015523150.tif 000089
【０１５３】
を計算する代わりに、例えば図６〜７に示されるように、個々の高調波周波数に関する相関値
【数８８】
2015523150.tif 000090
【０１５４】
が、個々の高調波周波数の所与の倍数と一致する時間窓内の圧力値との相関によって計算されてもよい。それにより、圧力信号Ｐの所与のセグメントに対して、異なる高調波周波数において異なる数の相関値
【数８９】
2015523150.tif 000091
【０１５５】
が得られる。当業者であれば、結果として得られる一連の相関値
【数９０】
2015523150.tif 000092
【０１５６】
を使用して、高調波が推定ポンププロファイルに結合されてもよいことを理解する。
【０１５７】
さらに、時間窓に対してすべての相関値
【数９１】
2015523150.tif 000093
【０１５８】
が決定されている場合にすべての高調波を減算する代わりに、高調波を連続して減算することが想起される。かかる一実現例では、圧力ベクトル
【数９２】
2015523150.tif 000094
【０１５９】
は、所与の高調波周波数における個々の高調波（１つもしくは複数）との相関ごとの間で更新されるので、個々の高調波（１つもしくは複数）は、結果として得られる相関値（１つもしくは複数）
【数９３】
2015523150.tif 000095
【０１６０】
を使用して、圧力ベクトル
【数９４】
2015523150.tif 000096
【０１６１】
から減算される。それにより、圧力ベクトル
【数９５】
2015523150.tif 000097
【０１６２】
の内容は、最後の更新後のフィルタ処理済みの信号ベクトル
【数９６】
2015523150.tif 000098
【０１６３】
を含むまで、相関ごとの間に変化する。
【０１６４】
また、相関値
【数９７】
2015523150.tif 000099
【０１６５】
は、積値の重み付けされていない合計をもたらす上述の内積以外の関数によって推定されてもよいことを理解されたい。例えば、重み付けされた合計を使用することが想起される。
【０１６６】
当業者であれば、図面を参照して与えられるすべての例は、基準信号ＲＥＦが圧力信号Ｐとは異なる信号であると仮定していることを理解する。しかし、上述のように、圧力信号Ｐ自体を基準信号として使用することが可能である。圧力信号Ｐが基準信号として使用される場合、図１０のステップＳ１は、ポンプの現在の周波数が圧力信号Ｐに基づいて特定されるように修正される。さらに、圧力信号を図４の入力ブロック４０、４１の両方に提供することが可能な場合であっても、入力ブロック４０が省略され、装置７が、入力ブロック４１からの圧力信号Ｐを、相関器４３および減算ブロック４４に加えて高調波検出器４２に供給するように設計されることも想到される。したがって、高調波検出器４２は、圧力信号Ｐを処理して、ポンプによって生成される現在の高調波周波数を特定するように構成される。
【０１６７】
さらに、圧力センサは、例えば、抵抗性、容量性、誘導性、磁気、音響、または光感知によって動作し、１つもしくは複数のダイヤフラム、ベローズ、ブルドン管、圧電構成要素、半導体構成要素、歪みゲージ、共振ワイヤ、加速度計などを使用する、任意のタイプのものであってもよい。例えば、圧力センサは、従来の圧力センサ、バイオインピーダンスセンサ、光電脈波（ＰＰＧ）センサなどとして実現されてもよい。
【０１６８】
本発明のフィルタ処理技術は、すべてのタイプの流体を含有するシステムにおける、特に医療または治療用のシステムにおける圧力センサから得られる圧力信号を処理して、流体を含有するシステム内に位置するかもしくはそれと関連付けられる、周期的パルス発生器から発する周期的干渉（「第１のパルス」）を抑制するかまたは本質的に除去するために適用可能である。この文脈において、「〜と関連付けられる」とは、周期的パルス発生器が必ずしも流体を含有するシステムに含まれなくてもよいが、流体を含有するシステム内で圧力センサへと伝搬する圧力波を発生させることが可能であることを示唆する。結果として得られるフィルタ処理済み信号は、周期的であってもなくてもよい圧力変動（「第２のパルス」）を含有する。本発明のフィルタ処理技術により、圧力信号中の周期的外乱に係わらず、フィルタ処理済み信号を任意の目的で圧力変動を分析するために処理することが可能になる。
【０１６９】
例えば、本発明のフィルタ処理技術は、血液が患者の全身の血液回路から採取されて、患者に戻される前にその血液に対してプロセスが適用される、すべてのタイプのＥＣ回路において適用可能である。かかるＥＣ回路としては、血液透析、血液濾過、血液透析濾過、血漿交換、アフェレーシス、体外膜酸素化、補助血液循環、および体外肝臓補助／透析のための回路が挙げられる。本発明の技術は、輸血用の回路など、他のタイプのＥＣ回路、ならびに人工心肺におけるフィルタ処理にも同様に適用可能である。
【０１７０】
本発明の技術は、静脈内治療用のシステム、輸液ポンプ、自動腹膜透析（ＡＰＤ）システムなどを含む、血液以外の液体を含有するとともに、ヒトまたは動物の被験体の心血管系に接続される流体システムにも適用可能である。かかる液体の例としては、医療溶液、透析液、輸液、水などが挙げられる。
【０１７１】
流体を含有するシステムは、必ずしもヒトまたは動物の被験体に接続されなくてもよいことが強調されるべきである。例えば、流体を含有するシステムは、透析液を供給源から再生装置を通して循環させ、供給源に戻す、透析液の再生システムであってもよい。別の例では、流体を含有するシステムは、供給源からＥＣ回路を介して透析装置まで流体を給送し準備することによって、ＥＣ回路を準備するための配置である。さらなる例では、流体を含有するシステムは、水を供給源から浄化装置を通して給送する、水を浄化するための配置である。
【０１７２】
本発明の技術は、機械的であれ人的であれ、流体を含有するシステム内に配置されるかまたはそれと関連付けられる、任意のタイプの周期的パルス発生器から発する圧力パルスを除去または抑制するために適用可能である。周期的パルス発生器は任意のタイプの給送装置であってもよく、上記に開示したような回転式ぜん動ポンプだけではなく、線形的なぜん動ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ならびに遠心ポンプなど、他のタイプの容積式ポンプである。さらに、周期的パルス発生器は、流体を含有するシステム内に設置されるかまたはそれと関連付けられる、１つもしくは複数のバルブまたは流量制限器であってもよい。バルブおよび流量制限器は、流体の流れを周期的に停止するか、流体の流量を変化させるか、または流体流路を変化させるように動作可能であってもよい。バルブおよび流量制限器はまた、流体を脱ガスするためのシステム、または流体の静圧を変化させるためのシステムに含まれてもよい。別の例では、周期的パルス発生器は、特定のタイプの透析システムで使用されるような釣り合い室である。
【０１７３】
同様に、本発明の技術は、人的であれ機械的であれ、任意のタイプのパルス発生器から発する圧力変動または圧力パルス（「第２のパルス」）を用いて、フィルタ処理済み信号を生成するのに適用可能である。
【０１７４】
本発明の技術は、必ずしもリアルタイムデータで動作しなくてもよいが、過去に記録した圧力信号など、オフラインデータを処理するのに使用することができる。
【図１】
2015523150.tif 000126
【図２（ａ）】
2015523150.tif 000127
【図２（ｂ）】
2015523150.tif 000128
【図３（ａ）】
2015523150.tif 000129
【図３（ｂ）】
2015523150.tif 000130
【図４】
2015523150.tif 000131
【図５（ａ）】
2015523150.tif 000132
【図５（ｂ）】
2015523150.tif 000133
【図６】
2015523150.tif 000134
【図７】
2015523150.tif 000135
【図８】
2015523150.tif 000136
【図９】
2015523150.tif 000137
【図１０】
2015523150.tif 000138
【図１１】
2015523150.tif 000139
【国際調査報告】
2015523150.tif 000140
2015523150.tif 000141
2015523150.tif 000142