發(fā)布時間：2014-09-10 15:38

【摘要】 麻醉靶控輸注是在人體藥代動力學與藥效學的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)目標藥物濃度，以達到控制麻醉深度的目的，其對保證病人麻醉深度安全有著深遠的意義。由于麻醉手術(shù)個體特異性較大，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在于麻醉靶控輸注控制算法的研究，對于臨床上麻醉深度監(jiān)測個體差異大、麻醉自動控制方法不夠完善的問題，本文綜合臨床麻醉醫(yī)師的麻醉經(jīng)驗、模糊控制理論中的經(jīng)驗規(guī)則庫以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的自容錯、自學習、自適應(yīng)能力，智能整定PID各個參數(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，從而實現(xiàn)麻醉靶控輸注的智能控制。從麻醉深度監(jiān)測的藥理學基礎(chǔ)和電生理學基礎(chǔ)兩個方面出發(fā)，討論了麻醉深度的監(jiān)測以及麻醉深度監(jiān)護儀的發(fā)展。在麻醉深度監(jiān)測的電生理學基礎(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；同時討論了對應(yīng)指數(shù)的相關(guān)麻醉深度監(jiān)護儀的發(fā)展，揭示臨床上常用麻醉深度監(jiān)測方法和監(jiān)護儀器、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)護指數(shù)和BIS麻醉深度監(jiān)護儀提供依據(jù)。研究基于BIS麻醉深度監(jiān)測指數(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BIS麻醉深度監(jiān)護儀采集病人手術(shù)過程中的BIS監(jiān)測指數(shù)，利用模糊控制的經(jīng)驗規(guī)則庫和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的容錯自學習及自適應(yīng)能力，智能整定PID各個參數(shù)，從而達到控制BIS監(jiān)測指數(shù)的目的并在matlab中進行了控制器的相關(guān)設(shè)計。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)，能達到設(shè)定的目標值。以80C52單片機和PC機為核心，搭建TCI給藥方式的控制平臺，主要包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能實現(xiàn)、硬件平臺的搭建和軟件程序的開發(fā)，其重點在于系統(tǒng)中硬件部分平臺的搭建、電路的設(shè)計，軟件部分單片機上程序的編寫、pc機上的界面的開發(fā)、以及指令的傳輸和數(shù)據(jù)的通信。最后進行算法仿真實驗，驗證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實現(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，麻醉這一課題是許多學者研究和關(guān)注的熱點。隨著醫(yī)學的不斷進步，麻醉所涉及到的領(lǐng)域還包括麻醉深度監(jiān)測、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]。大部分學者認為麻醉深度是衡量病人麻醉深淺的一個量化指標，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，對于病人來說是生死攸關(guān)的事情，對于麻醉師來說也是一件責任重大的事。麻醉過深，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；麻醉過淺，患者本能體動導致手術(shù)困難，出現(xiàn)意外或術(shù)中知曉，給病人帶來極大的痛苦和精神方面的后遺癥；麻醉不當，不僅無法消除疼痛，還會帶來一些并發(fā)癥[7]。因此，要達到安全合理、精確的麻醉，麻醉深度的監(jiān)測與調(diào)控是關(guān)鍵。由于大腦機制和人體生理調(diào)節(jié)機制的復雜性和差異性，麻醉深度監(jiān)測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?shù)乜刂剖中g(shù)病人的麻醉深度，從而保證手術(shù)的正常進行和病人的人身安全至關(guān)重要。由文獻[8]可知：麻醉監(jiān)測的對象是復雜多變、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在一定程度上影響麻醉手術(shù)過程中的藥物代謝，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)后風險和后遺癥，所以，對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 麻醉靶控輸注國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
二十世紀八十年代，科學家 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調(diào)節(jié)持續(xù)輸注，維持所需的靶濃度[8]。
計算機的快速發(fā)展，對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)測上，越來越多的研究開始應(yīng)用計算機領(lǐng)域的相關(guān)知識，如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、PID 控制等學科的理論和方法來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雜的對象個體，其對象生理模型的差異性和復雜性，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，更深的了解和認識麻醉對象的結(jié)構(gòu)和藥物作用性質(zhì)。
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第二章 麻醉深度監(jiān)測方法及監(jiān)護設(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)測以及麻醉深度監(jiān)護儀的發(fā)展，分別從麻醉深度監(jiān)測的藥理學基礎(chǔ)和電生理學基礎(chǔ)兩個方面進行闡述。在麻醉深度監(jiān)測的電生理學基礎(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；同時討論了對應(yīng)指數(shù)的相關(guān)麻醉深度監(jiān)護儀的發(fā)展，為本文麻醉深度監(jiān)護指數(shù)和監(jiān)護儀器的選擇提供依據(jù)。
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2.2 麻醉深度監(jiān)測的藥理學基礎(chǔ)
麻醉深度其本義是反應(yīng)病人手術(shù)時麻醉深淺的一個度量指標，其測定沒有完全統(tǒng)一、準確的標準和界線。在藥理學上，麻醉深度的監(jiān)測主要是基于麻醉藥物對手術(shù)病人的影響深度，主要是通過兩個方面表現(xiàn)出來，即人體對藥物的代謝和藥物對人體的作用，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體的相互作用，是通過麻醉藥物在機體的代謝吸收、濃度分布和清除速率等因素來決定藥物所作用機體部位處的最終濃度。從生理學的角度來看，麻醉深度的測定不僅包括作用機體部位的濃度，還包括藥物對機體產(chǎn)生的正面、負面的生理效應(yīng)，正面生理效應(yīng)包括：鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、無術(shù)中知曉、無體動、無手術(shù)后遺癥等，負面效應(yīng)包括對人體的有害刺激，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：8781