1、靶控吸入靶控吸入(TCI)麻醉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法进行吸入麻醉
2、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)=Tdde(t)dtP
3、ID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)表示偏差实验材料控制算法示意图 自适应控制 y 基准用药量
4、-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机病病 人人 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
5、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；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
6、动 度、补偿、响应时间；3).处理软件；4).检验水准。结 果一般资料242 233BWI(kg/m2)1635 1656身 高(cm)6310 639体 重(kg)5210 5013年 龄(y)8/8 7/5性别比(m/w)15 13例 数(人)对照组 实验组 表1 两组病人基本情况比较表()Xs应用BIS控制的BIS变量tim e 1 4:0 0:0 0 1 5:0 0:0 0 1 6:0 0:0 0 1 7:0 0:0 0 1 8:0 0:0 0 1 9:0 0:0 0BIS3 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0手控BIS变量 对照组第11例病人BIS全程趋势图
7、tim e 0 9:0 0:0 0 1 0:0 0:0 0 1 1:0 0:0 0BIS4 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0结果BIS控制指标 表 2 BIS控制性能指标 *P=0.01 MDPE 2.01 4.16 (1090)%-6.6610.28 -7.4017.79 MDAPE 5.48 8.62(1090)%0.8914.06 1.5220.88 摆动度 4.26*10.00*补偿值 4.52 2.26 项目 实验组 对照组结果血液动力学 上图为实验组，下图为对照组t i me02040608060708090100110120130SBPDBPHRt i me0
8、204060805060708090100110120130SBPDBPHR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 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t i me(mi n)020406080100120140呼气 末 安 氟醚 浓度(%).81.01.21.41.61.82.02.2t i me(mi n)020
9、406080100120140呼气 末 安 氟醚 浓度(%).81.01.21.41.61.82.0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，
10、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).
11、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
12、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t i me0204060805060708090100110120130SBPDBPHR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
13、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。
