麻醉靶控輸注的控制策略及算法研究.pdf

1、衡量麻醉品質(zhì)最為關(guān)鍵的參數(shù)是麻醉深度，它包括監(jiān)測(cè)鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛和肌肉松弛三個(gè)方面的復(fù)雜信息，而高品質(zhì)麻醉的目標(biāo)就是在麻醉過(guò)程中有效和適當(dāng)?shù)乜刂剖中g(shù)對(duì)象的麻醉深度，靶控輸注(以下簡(jiǎn)稱TCI)是以藥代動(dòng)力學(xué)和藥效動(dòng)力學(xué)原理為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸注曲線來(lái)控制目標(biāo)或靶位(血漿或效應(yīng)室)的藥物濃度，以滿足臨床麻醉的一種靜脈給藥方法。 從二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)的靜脈自動(dòng)給藥系統(tǒng)TCI問(wèn)世，使靜脈麻醉得到極大的改善和發(fā)展。目前TCI研究所用的模

2、型是傳統(tǒng)的房室模型，其藥代參數(shù)只是對(duì)群體的平均估計(jì)，與特定個(gè)體的實(shí)際的藥代參數(shù)之間存在很大的差異。生理模型可以真實(shí)地反映藥物在人體中的生理學(xué)過(guò)程，可以更精確地描述特定個(gè)體的實(shí)際的藥代參數(shù)。論文在建立麻醉對(duì)象的生理模型基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)以及參數(shù)的靈敏度進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)一步借助經(jīng)典以及現(xiàn)代控制理論對(duì)麻醉控制進(jìn)行策略研究。構(gòu)建了一套麻醉閉環(huán)控制的平臺(tái)，提出了一種采用先進(jìn)的閉環(huán)控制算法，求解基于對(duì)象生理模型的TCI曲線的方法，并將計(jì)算所得的給藥曲

3、線應(yīng)用于臨床。 圍繞麻醉靶控輸注的控制策略及算法研究，本論文重點(diǎn)進(jìn)行了三方面的研究： 一、閉環(huán)自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下的臨床麻醉給藥方法的研究 以異丙酚對(duì)象生理模型為基礎(chǔ)，以聽(tīng)覺(jué)誘發(fā)電位指數(shù)(以下簡(jiǎn)稱AEPI)為反饋?zhàn)兞?，用閉環(huán)控制算法求解注射給藥曲線，解決了復(fù)雜生理模型高階微分方程解析求解的困難。經(jīng)臨床驗(yàn)證，研究求得的給藥曲線比傳統(tǒng)三室模型解析法得到的給藥曲線能滿足更為精確的靶控需求。完整的生理模型可以反映個(gè)體的不同

4、生理特性，因此研究基于復(fù)雜生理模型的注射給藥曲線求解方法對(duì)個(gè)性化用藥的研究具有重要意義。 二、麻醉靶控輸注的迭代自學(xué)習(xí)控制算法研究 針對(duì)麻醉控制對(duì)象的個(gè)體差異性，論文設(shè)計(jì)出P型迭代自學(xué)習(xí)控制器(P-ILC)與PID控制器相結(jié)合的復(fù)合控制器，利用系統(tǒng)先前的控制經(jīng)驗(yàn)和輸出誤差來(lái)修正當(dāng)前的控制信息，其控制參數(shù)不依賴于被控對(duì)象的生理參數(shù)，具有廣泛的適用性和較好的魯棒性。該研究解決了傳統(tǒng)控制算法的參數(shù)整定與麻醉對(duì)象的生理參數(shù)的差異

5、性之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了用一種控制算法及參數(shù)滿足所有麻醉對(duì)象的TCI控制要求。 實(shí)驗(yàn)表明，迭代自學(xué)習(xí)提高了響應(yīng)速度，減小了穩(wěn)態(tài)誤差，收斂速度較快，使經(jīng)典PID控制失調(diào)的現(xiàn)象得到良好改善。 三、構(gòu)建了一套麻醉TCI的研究系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于臨床通過(guò)論文研究工作，將理論研究成果應(yīng)用于麻醉實(shí)踐，構(gòu)建了一套符合臨床規(guī)范的麻醉TCI研究系統(tǒng)，由硬件設(shè)備體系和自主研發(fā)的軟件界面及麻醉過(guò)程中給藥曲線算法組成。硬件體系由臨床的麻醉監(jiān)護(hù)儀器(包

6、括無(wú)創(chuàng)血壓監(jiān)護(hù)儀，多功能氣體監(jiān)護(hù)儀和AEPI監(jiān)護(hù)儀等)，閉環(huán)控制計(jì)算機(jī)以及微量注射泵等組成。通過(guò)系統(tǒng)控制軟件在線可編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了麻醉過(guò)程的步驟化可變參數(shù)控制，滿足麻醉實(shí)驗(yàn)方案的多種模式需求。 該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于臨床實(shí)驗(yàn)，20例結(jié)果表明：達(dá)到穩(wěn)態(tài)的平均時(shí)間為200秒左右，AEPI響應(yīng)速度較快，AEPI穩(wěn)態(tài)值可以較好地維持在目標(biāo)數(shù)值20附近。實(shí)際測(cè)量的AEPI曲線與仿真曲線基本吻合，取得了較好的臨床效果。 以上研究未見(jiàn)相