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1、靶控吸入(TCI) 麻醉,山东大学齐鲁医院 (原山东医科大学附属医院) 类维富,开展吸入TCI麻醉的必要性,在众多麻醉药中只有吸入麻醉具有良好的镇静、镇痛和一定的肌松作用。因此研究吸入麻醉药的合理应用是非常有必要的。,传统吸入麻醉的缺点,1、由于每个病人所用氧流量不同，吸入麻醉药浓度很难准确。 2、应用醚诱导，麻醉诱导时间长（需分钟）。 3、由于麻醉药浓度不易控制，麻醉深度易出现波动，虽在大量设备监护下能控制，但对病人影响较大。 4、贵重的麻醉药利用率只有1/5-10。 5、一个挥发罐需要万元，一台麻醉机最少需要个增加了大量医院设资成本。,设计基础,利用计算机技术，将吸入麻醉药经注射泵注入回路
2、法进行吸入麻醉的控制。首先根据手术的刺激强度，病人的潮气量、体重、和能达到充分麻醉程度的值，设定自控制法，并由计算机控制的微量泵注入到麻醉机的回路管道中，（根据吸入浓度和呼出浓度差由计算软件计算出靶部位的浓度、血压），并将值及靶部位浓度等信息反馈到计算机，由计算机控制微量泵的注入吸入管路的速度。,影响临床设计的因素,血压：血容量、影响循环动力学的药物、 基础血压、氯胺酮等 吸入浓度和呼气浓度差： 模拟运算欠准确、与肺泡面积、弥散度,吸入麻醉药模型,吸入麻醉药模型,控制算法,经典PID控制算法 比例控制：m(t) =Kpe(t) 积分控制：m(t) =1/Tit0e(t)dt 微分控制：m(t)
3、 =Tdde(t)dt PID控制算法： m(t)=Kpe(t)Td de(t)dt,闭环靶控麻醉的优点,闭环靶控麻醉为吸入麻醉方式的改进提供发展的方向。这是因为麻醉医生在麻醉过程中发挥着PID的作用，而闭环靶控麻醉有许多优点； 麻醉深度调节迅速，易于维持血液动力学稳定；用药量的个体化，根据刺激强度调节深度； 注射泵替代挥发罐，使用广泛，节约经费； 设计合理的模型成为麻醉医生的研究工具。,自适应控制,自适应控制的应用使吸入麻醉闭环控制系统能根据病人近期BIS相对于目标值的变化趋势主动调节基准用药量。 自适应控制的算法是： y(t)=Ke(t) 其中y(t)表示基准用药量，e(t)表示偏差,实验
4、材料控制算法示意图,自适应控制 y 基准用药量 -病人BIS目标BIS值 m PID控制,实验材料闭环控制系统的连接,安装有控制软件，BIS、BP、EKG监测程序的PC机,病 人,TCI注射泵,麻醉机呼吸环路吸气侧,麻醉气体监测仪,负责实测BIS与目标值的比较，确定TCI泵的注药速度,取样管与 “Y” 管连接,串口线,输注管,脑电连线,闭环控制系统连接,病人资料,选择28例ASA腹腔手术病人进入本次实验，其中男15例，女13例，年龄2965岁。 排除严重酗酒，心、肺、神经和肾脏病变患者，服用影响BIS值药物，肥胖患者和妊娠病人。 病种包括：直肠癌、结肠癌、胃癌、胆囊炎、胆管内结石、肝癌、胰腺及
5、壶腹部肿瘤等。 病人随机进入实验组和对照组，其中实验组13例，对照组15例。,麻醉前准备,核对和记录病人资料； 监测设备的连接； TCI注射泵的调节； 控制软件的设置和调节； 麻醉机的检查与调节； 注射器的连接与安装。,方法与步骤麻醉实施与处理,自主呼吸低流量诱导8ml/Kg； 静脉注芬太尼和司考林，完成插管； 纯氧机械通气； 肌松维持； 血液动力学变化的处理； 麻醉停止； 数据存盘。,方法与步骤术后随访,随访四问题 1、入睡前记得的最后一件事情是什么？ 2、醒来后想起的第一件事情是什么？ 3、在术中做梦了吗？若回答 “是”，问是什么？ 4、若再次手术你还愿意接受同样的麻醉吗？,数据处理方法；
6、,1).血液动力学指标； 2).系统性能指标： PE（执行误差）、 MDPE（执行误差中位数）、 MDAPE（执行误差绝对值中位数）、 摆动 度、 补偿、响应时间； 3).处理软件； 4).检验水准。,结 果 一般资料,表1 两组病人基本情况比较表( ),应用BIS控制的BIS变量,手控BIS变量,对照组第11例病人BIS全程趋势图,结果BIS控制指标,表 2 BIS控制性能指标 *P=0.01,结果血液动力学,上图为实验组，下图为对照组,结果血液动力学,反馈控制组第12例病人部分血液动力学实时记录图。HR曲线的几个 峰值为电刀干扰信号。14：15完成插管，15：00手术开始，血压较切皮前明
7、显升高，随后基础维持正常水平。,结果诱导苏醒期情况,表3 诱导苏醒期情况 实验组 对照组 安氟醚平均用量 143 112 诱导期躁动发生率 25% 17% P0.05,结果安氟醚浓度,上图为实验组，下图为对照组,讨 论,吸入麻醉闭环靶控麻醉系统的设计； 系统性能评价； 血液动力学稳定性； 诱导苏醒期情况与麻醉气体浓度的变化； 系统稳定性及抗干扰能力； 目标BIS数值的选择； 进一步研究重点解决的问题。,模型的选择Lerou模型。 1).生理学模型； 2).能满足循环紧闭式麻醉的诱导和维持的需要； 3).液态麻醉药环路注入法验证表明系统性能良好。,闭环靶控吸入麻醉系统的设计,控制算法 1). 经
8、典PID控制：简单易行；但不能真正适应变化迅 速的生物学系统的需要。 2).自适应控制：人体生理复杂性和个体差异存在的 要求；随着麻醉进行，模型变得越来越接近实； 结合PID控制，不断修正Kp、Ki、Kd 等有关 参数，调整输入与输出间的关系。 3). 复合控制：PID控制负责实测BIS值与目标值的 比 较，以差值进行反馈控制，在基准用药量基础上 调整系统输出量；自适应控制负责调节系统基准用 药量，使PID控制的输出信号达到最优。,闭环靶控吸入麻醉系统的设计,液态安氟醚环路注入 1).液态安氟醚环路吸气侧注入能够保证环路内麻醉 气体浓度的稳定； 2).微量注射泵替代挥发罐具有下列优点：能更准确
9、和更精密地控制新鲜气流中麻醉药浓度；便于记录麻醉药用量和连接计算机； 适用范围广。一个微量泵能配合多种麻醉机，完成多种麻醉药物的定量注射；校正方便。 3).需防止安氟液直接进入呼吸道：麻醉过程中始终保持吸入侧螺纹管中段低于病人头部，将一次性细菌过滤器连接在气管导管与“Y”之间,闭环靶控吸入麻醉系统的设计,1、MDPE、MDAPE、摆动度和补偿值可以做为评价闭环控制麻醉系统性能的指标。 2、Lerou等认为群体偏性不应大于10%，因为偏性在10%之内麻醉可安全使用。其次，模型实施误差源于人群生物学的差异和麻醉性能、吸入麻醉的摄取变异范围在(1030)%，故系统性能误差应当小于30%的麻醉系统对于
10、绝大多数试对象是可以接受。 3、本研究所有控制性能指标均满足Lerou的要求，表明该系统能够将BIS值维持在目标BIS值。摆动度小于对照组，表明闭环靶控系统控制性能优于手动控制 。,系统性能评价,血液动力学影响 实验组血液动力学稳定，各时间点SBP、DBP 和HR与术前基础值比较差异无显著性。切皮引起血压、心率明显升高,诱导苏醒期情况与麻醉气体浓度变化,一般认为，闭环靶控麻醉能够加速麻醉诱导、减少麻醉药用量。 但本研究并未表明出上述优点。 原因可能与液态安氟醚不能迅速、完全蒸发有关。诱导期注药速度快，约为18ml/h; 每克安氟醚在25环境下完全气化需要62千卡的热量；聚氯乙烯材料的螺纹管导热
11、性差，无法在短时间提供安氟醚蒸发所需的全部热量。,目标BIS数值的选择,大量文献报道能使病人无术中知晓的BIS为50； 对于某一病人来说意识消失的BIS值可能高于70，而对另一患者来说，可能需要保持BIS值 45才能保证无术中知晓发生。 因此，目标BIS的设定应该做到个体化。,进一步研究需要解决的问题,首先解决液态麻醉药蒸发问题，保证其迅速、完全地气化，缩短诱导时间，减少麻醉药用量。 增强软件稳定性和系统的抗干扰能力； 目标BIS选择的个体化；,小结：吸入闭环靶控系统,能将BIS控制在预定目标范围内，并保持其稳定性； 麻醉过程中能维持病人血液动力学稳定；能保证病人无术中知晓发生； 与传统的手动控制麻醉技术相比较，并不能减少麻醉药用量，也未能缩短诱导； 能够预知苏醒时间； 解决麻醉药物蒸发能否提高系统性能是需要进一步研究的问题。,谢谢,