使用LabVIEW軟件為自動(dòng)化麻醉系統(tǒng)開發(fā)閉環(huán)控制方法

Author(s):
Dr. Thomas M.. Hemmerling - Department of Anesthesiology, McGill University

Industry:
Biotechnology, Research, Medical, Education

Products:
LabVIEW

The Challenge:
將全身麻醉的控制過程自動(dòng)化，并在手術(shù)中監(jiān)控病人，讓麻醉醫(yī)師可以在手術(shù)時(shí)照顧多位病人。

The Solution:
使用 NI LabVIEW 圖形化程序軟件開發(fā)閉環(huán)控制系統(tǒng)，以自動(dòng)監(jiān)控病人的知覺深度、疼痛程度還有肌肉松弛度，以計(jì)算并施打適當(dāng)?shù)穆樽硭巹┝俊?

醫(yī)生在進(jìn)行手術(shù)時(shí)通常會(huì)使用麻醉藥物，以阻斷病人的疼痛或憂慮等所有知覺。根據(jù)手術(shù)的種類而定，病人會(huì)接受局部、脊椎或全身性的麻醉。使用局部或脊椎麻醉時(shí)，只有手術(shù)部位會(huì)被麻醉，病人還是會(huì)保持部分的知覺，而全身麻醉則會(huì)讓病人失去意識，在手術(shù)時(shí)進(jìn)入癱瘓狀態(tài)。

全身麻醉的藥物會(huì)產(chǎn)生 3 種反應(yīng)：催眠狀態(tài)，可以使病人無意識并沈睡；痛覺缺失，可以阻斷疼痛的知覺；放松，以避免多余的肌肉運(yùn)動(dòng)。醫(yī)生開始手術(shù)之前，麻醉醫(yī)師會(huì)選擇適當(dāng)?shù)乃巹?，以達(dá)到上述 3 種反應(yīng)。在手術(shù)過程中，麻醉醫(yī)師必須管理施打的藥劑量，這會(huì)占據(jù)他們 20% 以上的時(shí)間。

McSleepy 帶領(lǐng) LabVIEW 進(jìn)入手術(shù)室

為了減少麻醉醫(yī)師花在施打麻醉藥劑上的時(shí)間，使其能有更多時(shí)間關(guān)注手術(shù)的其他層面，我們這個(gè)由 McGill 大學(xué)的麻醉醫(yī)師與生物醫(yī)療工程師所組成的小組，發(fā)展了 1 套自動(dòng)麻醉系統(tǒng)的原型。這套系統(tǒng)之所以叫做「McSleepy」是因?yàn)闊衢T的電視影集《實(shí)習(xí)醫(yī)生》中有 2 位醫(yī)生名叫 McDreamy 及 McSteamy，本系統(tǒng)的目的是要協(xié)助麻醉醫(yī)生，而非取代他們。此外，McSleepy不是設(shè)計(jì)來超越麻醉醫(yī)師的能力，但是若需要的話是能做到的。

McSleepy 是 1 套閉環(huán)控制系統(tǒng)，用來監(jiān)控病人手術(shù)時(shí)的知覺深度、疼痛程度與肌肉運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，透過靜脈注射適當(dāng)?shù)乃幜?。麻醉醫(yī)師使用 McSleep 時(shí)要先打點(diǎn)滴，然后運(yùn)用傳感器量測病人的肌肉運(yùn)動(dòng)，之后輸入病人的數(shù)據(jù)，包括年齡、身高、體重與性別；進(jìn)行的手術(shù)種類；麻醉醫(yī)師對病人的藥量是否有任何特殊要求。

系統(tǒng)開始施打藥物之后，便會(huì)透過 1 種數(shù)學(xué)表達(dá)式，以每分鐘為單位監(jiān)控并控制藥量，這種表達(dá)式是我們使用 LabVIEW 圖形程序軟件開發(fā)出來的。病人的數(shù)據(jù)會(huì)顯示在 1 個(gè)圖形使用接口上，這也是我們使用 LabVIEW 開發(fā)的，這樣一來麻醉醫(yī)師就可以看到病人對于 McSleepy 施打的麻醉劑有何反應(yīng)。使用 LabVIEW 開發(fā)圖形使用接口，我們整合了熟悉的圖形元素，例如長得像里程計(jì)與溫度計(jì)的調(diào)節(jié)器，以及透過畢斯腦波指數(shù)用色碼來追蹤病人的知覺程度。我們也使用自創(chuàng)的「痛覺缺失分?jǐn)?shù)表」 (Analgoscore) 來追蹤病人的疼痛程度。