發(fā)布時(shí)間：2014-09-10 15:38

【摘要】 麻醉靶控輸注是在人體藥代動(dòng)力學(xué)與藥效學(xué)的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)目標(biāo)藥物濃度，以達(dá)到控制麻醉深度的目的，其對(duì)保證病人麻醉深度安全有著深遠(yuǎn)的意義。由于麻醉手術(shù)個(gè)體特異性較大，生理模型參數(shù)較難控制，麻醉靶控輸注雖有發(fā)展，但很緩慢。麻醉靶控輸注其重點(diǎn)在于麻醉靶控輸注控制算法的研究，對(duì)于臨床上麻醉深度監(jiān)測(cè)個(gè)體差異大、麻醉自動(dòng)控制方法不夠完善的問(wèn)題，本文綜合臨床麻醉醫(yī)師的麻醉經(jīng)驗(yàn)、模糊控制理論中的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則庫(kù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的自容錯(cuò)、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，智能整定PID各個(gè)參數(shù)，研究了基于BIS指數(shù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的麻醉靶控輸注算法，搭建其系統(tǒng)控制平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)麻醉靶控輸注的智能控制。從麻醉深度監(jiān)測(cè)的藥理學(xué)基礎(chǔ)和電生理學(xué)基礎(chǔ)兩個(gè)方面出發(fā)，討論了麻醉深度的監(jiān)測(cè)以及麻醉深度監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展。在麻醉深度監(jiān)測(cè)的電生理學(xué)基礎(chǔ)這一部分中主要討論了臨床使用較為廣泛的幾種參數(shù)：BIS指數(shù)、Narcotrend指數(shù)、AEP指數(shù)、CSI指數(shù)、熵指數(shù)等；同時(shí)討論了對(duì)應(yīng)指數(shù)的相關(guān)麻醉深度監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展，揭示臨床上常用麻醉深度監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)護(hù)儀器、麻醉靶控輸注控制系統(tǒng)的可靠性及局限性，為本文選擇BIS麻醉深度監(jiān)護(hù)指數(shù)和BIS麻醉深度監(jiān)護(hù)儀提供依據(jù)。研究基于BIS麻醉深度監(jiān)測(cè)指數(shù)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)麻醉靶控輸注的PID控制算法：通過(guò)BIS麻醉深度監(jiān)護(hù)儀采集病人手術(shù)過(guò)程中的BIS監(jiān)測(cè)指數(shù)，利用模糊控制的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則庫(kù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的容錯(cuò)自學(xué)習(xí)及自適應(yīng)能力，智能整定PID各個(gè)參數(shù)，從而達(dá)到控制BIS監(jiān)測(cè)指數(shù)的目的并在matlab中進(jìn)行了控制器的相關(guān)設(shè)計(jì)。仿真曲線中基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的麻醉靶控輸注控制階躍響應(yīng)較快；BIS曲線較為平穩(wěn)，能達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值。以80C52單片機(jī)和PC機(jī)為核心，搭建TCI給藥方式的控制平臺(tái)，主要包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)、硬件平臺(tái)的搭建和軟件程序的開發(fā)，其重點(diǎn)在于系統(tǒng)中硬件部分平臺(tái)的搭建、電路的設(shè)計(jì)，軟件部分單片機(jī)上程序的編寫、pc機(jī)上的界面的開發(fā)、以及指令的傳輸和數(shù)據(jù)的通信。最后進(jìn)行算法仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)麻醉靶控輸注的智能控制。

【關(guān)鍵詞】 靶控輸注； 模糊控制； PID控制； RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 麻醉深度；

第一章 緒論

1.1 課題研究的背景與意義
古往今來(lái)，麻醉這一課題是許多學(xué)者研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著醫(yī)學(xué)的不斷進(jìn)步，麻醉所涉及到的領(lǐng)域還包括麻醉深度監(jiān)測(cè)、麻醉安全、麻醉靶控輸注、麻醉管理等方面的研究。如何定義麻醉深度這一概念，至今為止，沒(méi)有任何一種解釋能完整地闡述麻醉深度的確切含義[1, 2, 3, 4, 5]。大部分學(xué)者認(rèn)為麻醉深度是衡量病人麻醉深淺的一個(gè)量化指標(biāo)，其主要包括鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛和肌肉松弛程度等方面的信息[6]。如何合適而又有效地控制病人的麻醉深度，對(duì)于病人來(lái)說(shuō)是生死攸關(guān)的事情，對(duì)于麻醉師來(lái)說(shuō)也是一件責(zé)任重大的事。麻醉過(guò)深，可能有損患者的神經(jīng)組織引發(fā)癡呆或失憶，甚至危及生命；麻醉過(guò)淺，患者本能體動(dòng)導(dǎo)致手術(shù)困難，出現(xiàn)意外或術(shù)中知曉，給病人帶來(lái)極大的痛苦和精神方面的后遺癥；麻醉不當(dāng)，不僅無(wú)法消除疼痛，還會(huì)帶來(lái)一些并發(fā)癥[7]。因此，要達(dá)到安全合理、精確的麻醉，麻醉深度的監(jiān)測(cè)與調(diào)控是關(guān)鍵。由于大腦機(jī)制和人體生理調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)雜性和差異性，麻醉深度監(jiān)測(cè)的方法和手段雖有發(fā)展但尚不完全[8]。
臨床上，有效并且適當(dāng)?shù)乜刂剖中g(shù)病人的麻醉深度，從而保證手術(shù)的正常進(jìn)行和病人的人身安全至關(guān)重要。由文獻(xiàn)[8]可知：麻醉監(jiān)測(cè)的對(duì)象是復(fù)雜多變、生理參數(shù)各不相同的人體，其不同的病情，不同的手術(shù)，不同的年齡以及體重等都會(huì)在一定程度上影響麻醉手術(shù)過(guò)程中的藥物代謝，從而影響其藥物效果和麻醉深度。其次，麻醉過(guò)程中我們不僅僅要關(guān)注病人的麻醉深度，還要考慮其可能存在的術(shù)后風(fēng)險(xiǎn)和后遺癥，所以，對(duì)于麻醉靶控輸注的控制算法的研究顯得尤為關(guān)鍵。
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1.2 麻醉靶控輸注國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
二十世紀(jì)八十年代，科學(xué)家 Gepts 等人研制了異丙酚 TCI 便攜式系統(tǒng)--"Diprifusor"系統(tǒng)，隨后 Marsh 在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上略作改進(jìn)并與 1996 使其成功面世，這是最早的麻醉靶控輸注商業(yè)化設(shè)備。在此臺(tái)設(shè)備中，麻醉師只需輸入病人的體重、年齡、所需靶濃度、輸注速度等，即可以指定的靶控濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)持續(xù)輸注，維持所需的靶濃度[8]。
計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，對(duì)于麻醉深度的控制不僅僅停留在早期的血壓、心率和病人反映等生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)上，越來(lái)越多的研究開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、PID 控制等學(xué)科的理論和方法來(lái)研究麻醉靶控輸注的控制算法。雖然在這樣的背景下，麻醉靶控輸注有了一定的發(fā)展，但是基于人體這一復(fù)雜的對(duì)象個(gè)體，其對(duì)象生理模型的差異性和復(fù)雜性，在一定程度上需要我們更多的考慮到其算法的適用性和普遍性，更深的了解和認(rèn)識(shí)麻醉對(duì)象的結(jié)構(gòu)和藥物作用性質(zhì)。
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第二章 麻醉深度監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)護(hù)設(shè)備

2.1 引言
本章主要介紹了麻醉靶控輸注的基礎(chǔ)：麻醉深度的監(jiān)測(cè)以及麻醉深度監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展，分別從麻醉深度監(jiān)測(cè)的藥理學(xué)基礎(chǔ)和電生理學(xué)基礎(chǔ)兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。在麻醉深度監(jiān)測(cè)的電生理學(xué)基礎(chǔ)這一部分中主要討論了臨床使用較為廣泛的幾種參數(shù)：BIS 指數(shù)、Narcotrend 指數(shù)、AEP 指數(shù)、CSI 指數(shù)、熵指數(shù)等；同時(shí)討論了對(duì)應(yīng)指數(shù)的相關(guān)麻醉深度監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展，為本文麻醉深度監(jiān)護(hù)指數(shù)和監(jiān)護(hù)儀器的選擇提供依據(jù)。
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2.2 麻醉深度監(jiān)測(cè)的藥理學(xué)基礎(chǔ)
麻醉深度其本義是反應(yīng)病人手術(shù)時(shí)麻醉深淺的一個(gè)度量指標(biāo)，其測(cè)定沒(méi)有完全統(tǒng)一、準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)和界線。在藥理學(xué)上，麻醉深度的監(jiān)測(cè)主要是基于麻醉藥物對(duì)手術(shù)病人的影響深度，主要是通過(guò)兩個(gè)方面表現(xiàn)出來(lái)，即人體對(duì)藥物的代謝和藥物對(duì)人體的作用，其表現(xiàn)的是藥物劑量和藥物效應(yīng)之間的相互關(guān)系[16]。麻醉藥物與麻醉病人機(jī)體的相互作用，是通過(guò)麻醉藥物在機(jī)體的代謝吸收、濃度分布和清除速率等因素來(lái)決定藥物所作用機(jī)體部位處的最終濃度。從生理學(xué)的角度來(lái)看，麻醉深度的測(cè)定不僅包括作用機(jī)體部位的濃度，還包括藥物對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的正面、負(fù)面的生理效應(yīng)，正面生理效應(yīng)包括：鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、無(wú)術(shù)中知曉、無(wú)體動(dòng)、無(wú)手術(shù)后遺癥等，負(fù)面效應(yīng)包括對(duì)人體的有害刺激，術(shù)中知曉、術(shù)后蘇醒困難，記憶減退等后遺癥[16]。
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本文編號(hào)：8781