本發(fā)明涉及醫(yī)用麻醉控制領(lǐng)域，具體涉及一種閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

閉環(huán)控制(closed-loopcontrolsystem)是由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對輸出量進(jìn)行測量，并將測量的結(jié)果反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行相減得到偏差，再由偏差產(chǎn)生直接控制作用去消除偏差，整個系統(tǒng)形成一個閉環(huán)。閉環(huán)麻醉控制系統(tǒng)是一種自動控制技術(shù)，先給患者輸入一定量的麻醉藥后，通過計算機分析患者的各種生理指標(biāo)和藥效信息，從而計算出給藥劑量和速率，并反饋給自動給藥系統(tǒng)，達(dá)到理想的用藥目的，盡可能減少用藥誤差。

近二十多年閉環(huán)麻醉控制系統(tǒng)在理論研究、產(chǎn)品研發(fā)以及臨床應(yīng)用方面已取得了較多進(jìn)展。1982年出現(xiàn)了靶控輸注技術(shù)。1986年發(fā)展出腦電圖反饋控制的麻醉技術(shù)，即“閉環(huán)tiva”。1982年出現(xiàn)了catia系統(tǒng)(電腦輔助滴定的靜脈麻醉)，1985年出現(xiàn)了caci系統(tǒng)(電腦輔助的連續(xù)輸注麻醉)和tiac系統(tǒng)(電腦控制的經(jīng)靜脈滴定麻醉)，1992年則產(chǎn)生的靶控輸注系統(tǒng)(tci)，是指以藥代動力學(xué)和藥效動力學(xué)為基礎(chǔ)，按不同要求選擇血藥靶濃度，通過調(diào)整靶濃度來控制麻醉的深淺，從而滿足臨床麻醉需求的一種靜脈給藥輸注系統(tǒng)。但是tci沒有解決藥代和藥效個體差異問題。閉環(huán)麻醉控制系統(tǒng)是對tci的自然延伸，借助計算機技術(shù)和可靠藥理學(xué)作用測定，通過tci和術(shù)中生理學(xué)與藥理學(xué)監(jiān)測，系統(tǒng)自動達(dá)到和維持預(yù)設(shè)的靶目標(biāo)，從而幫助麻醉醫(yī)師給予最佳藥量，防止給藥過量或不足。閉環(huán)控制靜脈麻醉的優(yōu)勢在于能夠維持靶目標(biāo)的穩(wěn)定性，解決藥代藥效的個體差異，減少麻醉藥用量，從而維持血流動力學(xué)穩(wěn)定，預(yù)防術(shù)中知曉，利于麻醉恢復(fù)，最終減輕麻醉醫(yī)生工作負(fù)荷。

申請?zhí)枮?01020152817.8的實用新型公開了一種閉環(huán)肌松注射裝置，包括有肌松監(jiān)測單元、注射泵單元和微處理器；通過肌松監(jiān)測壓電感應(yīng)器獲取病人肌電反饋動作，運算獲得肌松監(jiān)測數(shù)據(jù)tof值作為反饋數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，微處理器結(jié)合內(nèi)置的肌松劑給藥方法，控制步進(jìn)電機推動注射器以設(shè)置速度給藥。申請?zhí)枮?01210591264.x的發(fā)明公開了一種閉環(huán)的智能麻醉控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控屏幕、生命體征采集端、工作站端和麻醉藥劑注射裝置；生命體征采集端采集病人的生命體征傳感信息，并將獲得的傳感信息傳輸至工作站端；工作站端對生命體征采集端傳送過來的傳感信息進(jìn)行處理，得出病人所需的麻醉藥物種類、注射藥劑量和注射速度，并通過麻醉藥注射裝置對病人進(jìn)行麻醉藥注射；監(jiān)控屏幕顯示病人的麻醉狀態(tài)。申請?zhí)枮?01310122118.7的發(fā)明公開了一種基于bis反饋的麻醉靶控輸注泵控制器，包括控制模塊、bis設(shè)定模塊、無刷電機、功率放大器、腦電電極、模糊pid求解單元，根據(jù)每個病人不同的體質(zhì)設(shè)置相適應(yīng)的bis值基準(zhǔn)，并通過bis反饋環(huán)對麻醉藥給藥量進(jìn)行實時調(diào)整。申請?zhí)枮?01310693705.1發(fā)明公開了一種麻醉深度監(jiān)測裝置，包括腦電信號采集電極、傅里葉變換模塊，皮層活動性計算模塊，皮層下活動性計算模塊，平衡麻醉深度計算模塊，該發(fā)明綜合評價被麻醉者皮層和皮層下腦電波的活動性，提高了麻醉深度監(jiān)測的準(zhǔn)確性。申請?zhí)枮?01510194123.8的發(fā)明公開了一種智能麻醉系統(tǒng)，包括智能控制端、生命體征檢測端、麻醉藥劑注射端、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測端、電子醫(yī)療信息端、呼吸機、監(jiān)控顯示屏，擬達(dá)到定量給藥，能實時反饋病人身體狀況的目的。

閉環(huán)麻醉控制系統(tǒng)發(fā)展難點是尋找對麻醉深度監(jiān)測的方法。目前已有以雙頻指數(shù)(bispectrum，bis)和患者狀態(tài)指數(shù)(psi)為代表的數(shù)種基于腦電(electroencephalogram，eeg)的麻醉深度監(jiān)測，以及熵指數(shù)監(jiān)測、聽覺誘發(fā)電位監(jiān)測和narcotrend麻醉意識深度監(jiān)測得到臨床應(yīng)用。

bis主要反映大腦皮質(zhì)的興奮或抑制狀態(tài)，bis值的大小與鎮(zhèn)靜、意識、記憶高度相關(guān)。bis能很好地監(jiān)測麻醉深度中的鎮(zhèn)靜成分，但對鎮(zhèn)痛成分監(jiān)測不敏感。研究表明bis與吸入麻醉藥的鎮(zhèn)靜深度相關(guān)性較靜脈麻醉藥更好?；颊郀顟B(tài)指數(shù)(psi)通過收集4道腦電圖的信息，實時診斷腦電波形，并提供量化的值，psi與bis讀數(shù)的意義如表1所示。目前psi是臨床上較新的鎮(zhèn)靜深度監(jiān)測方法，根據(jù)異氟烷、地氟烷、七氟烷、丙泊酚、氧化亞氮/鎮(zhèn)痛藥麻醉下的psi監(jiān)測顯示，psi是有效的監(jiān)測麻醉深度的方法。在臨床監(jiān)測中psi較bis更穩(wěn)定。

表1psi與bis讀數(shù)的意義

麻醉意識深度監(jiān)測儀narcotrend將麻醉/鎮(zhèn)靜下的腦電圖進(jìn)行自動分析并分級，從而顯示麻醉/鎮(zhèn)靜深度，適宜的麻醉深度d～e階段相當(dāng)于全麻中bis值40～64。聽覺誘發(fā)電位(aep)：給予聲音刺激，在頭皮上所記錄到由聽覺神經(jīng)通路所產(chǎn)生的電位。aep指數(shù)能反映皮層興奮或抑制狀態(tài)，可用于監(jiān)測麻醉的鎮(zhèn)靜成分；能反映皮層下的腦電活動，因而可以在一定程度上監(jiān)測傷害性刺激引起的疼痛和體動等的變化。

熵指數(shù)監(jiān)測是基于熵算法獲得和處理原始腦電圖和額肌肌電圖信號的理論，分別測定反應(yīng)熵(re)和狀態(tài)熵(se)，前者自前額肌電圖與腦電圖分析而得，后者主要來自腦電圖，反映復(fù)蘇階段前額骨肌興奮程度及大腦皮層的受抑程度。re、se兩者均維持在高水平值表示患者已經(jīng)清醒，兩者維持低水平值且血流動力學(xué)參數(shù)穩(wěn)定，提示患者處于合適的麻醉水平；re升高，se維持在相對低水平，提示患者可能有集體活動或患者可能感覺到疼痛，re升高，se維持在相對高水平，提示患者可能在蘇醒。

目前關(guān)于閉環(huán)麻醉控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用主要集中在靜脈注射給藥方面，對于吸入麻醉則研究較少。吸入麻醉是指麻醉藥經(jīng)過呼吸道吸入，產(chǎn)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制，使病人暫時意識喪失而致不感到周身疼痛的麻醉方法。其麻醉深淺與藥物在腦組織中的分壓有關(guān)，當(dāng)麻醉藥從體內(nèi)排出或在體內(nèi)代謝后，病人逐漸恢復(fù)清醒，且不留任何后遺癥。吸入麻醉藥具有良好的鎮(zhèn)痛和麻醉作用，在體內(nèi)代謝、分解少，大部分以原形從肺排出體外，因此吸入麻醉容易控制，比較安全和有效。臨床上常使用的吸入麻醉藥有：麻醉乙醚、恩氟烷、氟烷、甲氧氟烷、七氟烷、地氟烷。以七氟烷為代表的吸入麻醉藥具有如下優(yōu)勢：1、對呼吸抑制輕，能在保留自主呼吸的情況下完成體表和四肢的手術(shù)，如前列腺電切術(shù)、子宮錐形切除術(shù)等，且能夠防術(shù)中知曉；2、患者體內(nèi)或呼氣末麻醉藥物濃度可以實時監(jiān)測，而體內(nèi)或呼出氣體中的麻醉藥物濃度與患者的麻醉深度有良好的相關(guān)性，這樣就可以通過監(jiān)測體內(nèi)或呼氣末的麻醉藥物濃度來判斷患者麻醉深度，從而合理調(diào)整給藥劑量和給藥速率。最低有效肺泡濃度(mac)指在一個大氣壓下，使50％的人(或動物)在受到傷害性刺激時不發(fā)生體動的肺泡氣中吸入麻醉藥的濃度。mac在臨床麻醉深度監(jiān)測中的意義是依靠監(jiān)測呼氣末吸入麻醉藥的濃度實現(xiàn)的，無論在肺泡內(nèi)吸入麻醉藥濃度逐漸升高、飽和還是逐漸價低的過程中，呼出氣體麻醉藥濃度均可較好地反應(yīng)肺泡吸入麻醉藥的濃度，監(jiān)測呼出氣吸入麻醉藥物濃度，并結(jié)合不同呼出氣吸入麻醉藥的mac，可以間接反映麻醉深度，與麻醉深度相關(guān)的mac濃度見表2，常用吸入麻醉藥的mac值如表3所示。吸入麻醉藥的計量-反應(yīng)曲線可以彌補mac不能反映刺激強度的缺陷。所以研究閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)及開發(fā)相應(yīng)的設(shè)備具有非常廣闊的前景。

表2常用評估麻醉深度(滿足不同刺激強度要求)的mac值

表3常用吸入麻醉藥的mac值(30-60歲)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)，其特征在于，包括通氣裝置、氣體回收裝置、呼吸回路、輸氣管道，麻醉藥汽化裝置、麻醉深度監(jiān)測裝置、麻醉藥自動輸送裝置、中央控制裝置、通信線路、藥物輸送管道和吸入麻醉藥，所述中央控制裝置通過通信線路與麻醉深度監(jiān)測裝置和麻醉藥自動輸送裝置連接，通氣裝置、麻醉藥汽化裝置和氣體回收裝置通過輸氣管道與呼吸回路連接，麻醉藥自動輸送裝置通過藥物輸送管道與麻醉藥汽化裝置連接。

麻醉前設(shè)置通氣裝置，使其按一定的流速和氣壓向呼吸回路中提供氧氣或新鮮空氣。向中央控制裝置輸入麻醉深度的目標(biāo)值，以及患者的基本生理參數(shù)，如身高、體重、血壓、呼吸模式、呼吸頻率和潮氣量等，由中央控制裝置計算出給藥方案，給藥方案包括吸入麻醉藥的種類、劑量、給藥速率等。中央控制裝置將給藥方案信號經(jīng)過通信線路傳遞給麻醉藥自動輸送裝置，由麻醉藥自動輸送裝置向麻醉藥汽化裝置輸送吸入麻醉藥，吸入麻醉藥在麻醉藥汽化裝置內(nèi)汽化后，通過呼吸回路輸送給患者進(jìn)行麻醉。患者呼出的氣體通過呼吸回路進(jìn)入氣體回收裝置。

麻醉深度監(jiān)測裝置實時采集和處理患者的生命體征信息，如腦電波、熵指數(shù)或聽覺誘發(fā)電位，將處理后的生命體征信息經(jīng)過通信線路反饋到中央控制裝置。中央控制裝置根據(jù)患者的實時生命體征信息判斷麻醉深度，不斷調(diào)整給藥方案，并控制麻醉藥自動輸送裝置進(jìn)行自動給藥；或者麻醉深度監(jiān)測裝置通過輸氣管道與呼吸回路連接，實時采集呼氣中麻醉藥濃度信息，將該信息經(jīng)過通信線路反饋到中央控制裝置，中央控制裝置根據(jù)患者實時的呼出氣體中麻醉藥濃度信息判斷麻醉深度，不斷調(diào)整給藥方案，并控制麻醉藥自動輸送裝置進(jìn)行自動給藥。這樣就形成了閉環(huán)的吸入麻醉自動給藥。

大多數(shù)吸入麻醉藥沸點在60℃以內(nèi)，常溫下為液態(tài)，麻醉藥汽化裝置采用噴射、超聲、加熱或混合的汽化方式能夠很快將其由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。

所述中央控制裝置包括cpu、存儲設(shè)備、i/o設(shè)備、顯示屏和工作站，其中cpu、存儲設(shè)備、i/o設(shè)備、顯示屏為硬件，工作站為軟件，中央控制裝置可以將手動輸入和從麻醉深度監(jiān)測裝置反饋過來的信息進(jìn)行計算處理，生成操作指令并傳遞給麻醉藥自動輸送裝置。顯示屏可以顯示輸入的基本生理參數(shù)和麻醉深度目標(biāo)值，也可以實時顯示患者的呼吸參數(shù)、生理參數(shù)、麻醉深度信息，還有自動輸送裝置和麻醉藥汽化裝置的運行狀態(tài)信息。

優(yōu)選地所述閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)還包括呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置，所述呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置通過輸氣管道與呼吸回路連接，并通過通信線路與中央控制裝置連接。呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置可以實時采集患者諸如呼氣潮氣量、氣道峰壓、流速及呼吸頻率等呼吸參數(shù)，并傳遞給中央控制裝置。

優(yōu)選地所述中央控制裝置還通過通信線路與通氣裝置、氣體回收裝置和麻醉藥汽化裝置連接，可以向中央控制裝置輸入操作指令，或者由中央控制裝置計算得出操作指令，并傳遞給通氣裝置、氣體回收裝置和麻醉藥汽化裝置，從而控制這些裝置的工作模式。

所述麻醉藥選自麻醉乙醚、恩氟烷、氟烷、甲氧氟烷、七氟烷和地氟烷。吸入麻醉藥的代表藥七氟烷，沸點為58℃，具有良好的鎮(zhèn)痛和肌松作用，不會引起過敏，其突出的優(yōu)點是對呼吸抑制輕，能在保留自主呼吸的情況下產(chǎn)生麻醉作用，其mac在氧及氧化亞氮的混合氣體中為0.66％，在純氧中為1.7％，其血藥濃度與麻醉深度監(jiān)測指標(biāo)有良好的相關(guān)性，麻醉深度可以預(yù)計，適合用于閉環(huán)吸入麻醉。

本發(fā)明的有益效果是：相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠達(dá)到以下效果：1、對吸入麻醉藥實現(xiàn)了智能化、自動化閉環(huán)給藥；2、避免用藥不足或用藥過量，解決了病人對麻醉藥的代謝個體差異以及長時間用藥會引起不良反應(yīng)的問題，增強了麻醉的安全性；3、減輕了麻醉師的工作負(fù)荷，降低了人為失誤。

附圖說明

圖1和圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1和圖2中帶箭頭的單實線為通信線路；帶箭頭的雙實線為輸氣管道；帶箭頭的虛線為藥物輸送管道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

實施例1

如圖1所示的閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)，包括通氣裝置、氣體回收裝置、呼吸回路、輸氣管道，麻醉藥汽化裝置、麻醉深度監(jiān)測裝置、麻醉藥自動輸送裝置、中央控制裝置、通信線路、藥物輸送管道、呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置和吸入麻醉藥七氟烷，中央控制裝置通過通信線路與麻醉深度監(jiān)測裝置和麻醉藥自動輸送裝置連接，通氣裝置、麻醉藥汽化裝置和氣體回收裝置通過輸氣管道與呼吸回路連接，麻醉藥自動輸送裝置通過藥物輸送管道與麻醉藥汽化裝置連接。麻醉深度監(jiān)測裝置設(shè)置有采集與處理腦電雙頻指數(shù)(bis)信息的部件。麻醉藥汽化裝置采用加熱的汽化方式。中央控制裝置包括cpu、存儲設(shè)備、i/o設(shè)備、顯示屏和工作站。顯示屏可以顯示輸入的基本生理參數(shù)、呼吸參數(shù)和麻醉深度目標(biāo)值，也可以實時顯示患者的bis值、麻醉藥自動輸送裝置等的運行狀態(tài)信息和患者麻醉深度的信息。

本發(fā)明的使用流程為：

1)、麻醉前將麻醉深度監(jiān)測裝置連接到患者的腦電信號采集部位，設(shè)置通氣裝置按一定的流速和氣壓向呼吸回路中提供氧氣，通過i/o設(shè)備向中央控制裝置輸入麻醉深度的目標(biāo)值，以及患者的身高、體重、呼吸模式(自主呼吸或機械通氣)、呼吸頻率和潮氣量等基本生理參數(shù)，由中央控制裝置計算出給藥方案，如劑量和速率等。

2)、中央控制裝置將給藥方案信號經(jīng)過通信線路傳遞給麻醉藥自動輸送裝置，由麻醉藥自動輸送裝置向麻醉藥汽化裝置輸送七氟烷，七氟烷在麻醉藥汽化裝置內(nèi)被加熱汽化后，進(jìn)入呼吸回路輸送給患者進(jìn)行麻醉?；颊吆舫龅臍怏w經(jīng)呼吸回路進(jìn)入氣體回收裝置。

3)、麻醉深度監(jiān)測裝置實時采集和處理患者的bis值，經(jīng)過通信線路反饋到中央控制裝置。中央控制裝置根據(jù)患者的實時bis值不斷調(diào)整給藥方案，并控制麻醉藥自動輸送裝置進(jìn)行自動給藥，形成閉環(huán)的吸入麻醉自動給藥系統(tǒng)。

實施例2

如圖2所示的閉環(huán)吸入麻醉控制系統(tǒng)，包括通氣裝置、氣體回收裝置、呼吸回路、輸氣管道，麻醉藥汽化裝置、麻醉深度監(jiān)測裝置、麻醉藥自動輸送裝置、中央控制裝置、通信線路、藥物輸送管道、呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置和吸入麻醉藥異氟烷，中央控制裝置通過通信線路與麻醉深度監(jiān)測裝置和麻醉藥自動輸送裝置連接，通氣裝置、麻醉藥汽化裝置和氣體回收裝置通過輸氣管道與呼吸回路連接，麻醉藥自動輸送裝置通過藥物輸送管道與麻醉藥汽化裝置連接，呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置通過輸氣管道與呼吸回路連接，并通過通信線路與中央控制裝置連接。麻醉深度監(jiān)測裝置設(shè)置有檢測呼氣中麻醉藥物濃度的部件。中央控制裝置還通過通信線路與通氣裝置、氣體回收裝置和麻醉藥汽化裝置連接。麻醉藥汽化裝置采用超聲的汽化方式。中央控制裝置包括cpu、存儲設(shè)備、i/o設(shè)備、顯示屏和工作站。顯示屏可以顯示輸入的基本生理參數(shù)、呼吸參數(shù)和麻醉深度目標(biāo)值，也可以實時顯示患者的呼氣中麻醉藥物濃度、患者麻醉深度信息，以及麻醉藥自動輸送裝置、通氣裝置、氣體回收裝置和麻醉藥汽化裝置的運行狀態(tài)信息。本發(fā)明的使用流程為：

1)、麻醉前設(shè)置通氣裝置按一定的流速和氣壓向呼吸回路中提供氧氣，通過i/o設(shè)備向中央控制裝置輸入麻醉深度的目標(biāo)值，以及患者的身高、體重、通氣模式、潮氣量、呼吸頻率等基本生理參數(shù)，由中央控制裝置計算出給藥劑量、速率、麻醉藥汽化裝置超聲頻率與強度，以及通氣裝置、氣體回收裝置的工作模式等操作指令信息。

2)、中央控制裝置將給藥方案信號和各設(shè)備的操作指令信息經(jīng)過通信線路分別傳遞給麻醉藥自動輸送裝置、麻醉藥汽化裝置、通氣裝置和氣體回收裝置，由麻醉藥自動輸送裝置向麻醉藥汽化裝置輸送異氟烷，異氟烷在麻醉藥汽化裝置內(nèi)被加熱汽化后，進(jìn)入呼吸回路輸送給患者進(jìn)行麻醉。患者呼出的氣體經(jīng)呼吸回路進(jìn)入氣體回收裝置。

3)、麻醉深度監(jiān)測裝置實時采集患者呼出氣體中的異氟烷濃度，并反饋到中央控制裝置；呼吸參數(shù)監(jiān)測裝置實時采集患者諸如呼氣潮氣量、氣道峰壓、流速及呼吸頻率等呼吸參數(shù)，并傳遞給中央控制裝置。由中央控制裝置綜合患者呼出氣體中的異氟烷濃度和呼吸參數(shù)，據(jù)此不斷調(diào)整給藥方案，并控制麻醉藥自動輸送裝置、通氣裝置、氣體回收裝置和麻醉藥汽化裝置進(jìn)行自動給藥，形成閉環(huán)的吸入麻醉自動給藥系統(tǒng)。