CN101273887A - 患者手术全麻知晓的定量监测指标设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种患者手术全麻知晓的定量监测指标设备，它包括：脑电信号表面电极、滤波电路、脑电放大电路、脑诱发电位放大器、模数转换器、计算脑40Hz诱发听稳态指数的计算机、声音刺激电路。计算机生成的两导脑诱发电位信号和脑电图信号曲线存入数据缓存器中；声音刺激电路包括：40Hz声音调制电路和声音放大电路；计算机同步于4个声音刺激，每100毫秒获得两导脑诱发和脑电数字信号，清数据缓存器。本发明具有如下的优点和积极效果：40Hz听稳态技术不同于其它听觉诱发电位的主要优点就在于刺激的节律同步于听觉中潜伏期的波峰位置，形成共振的效应，提高了信号的强度和规律性，使诱发电位的提取变得相对容易，加强了诱发电位技术在临床实际应用的可能性。

Description

患者手术全麻知晓的定量监测指标设备

技术领域

本发明涉及一种反映在外科手术全麻过程中，患者在手术刺激状态下，监测术中知晓的指标的医疗设备。

背景技术

利用诱发电位技术，研究大脑镇静程度，是行之有效的一种手段。它是近年来国际上研究脑功能状态的一个热点方法。诱发电位是大脑皮层的电位变化，其中的某些成分表现为人对接受器官所获得的信息的加工处理结果，反映了人的意识状态水平。提取出诱发电位信号，观察它的变化，就可以研究人当前的意识清醒程度，特别是对于麻醉状态下的人的意识水平，诱发电位是一个客观反映镇静程度的好的方法，

麻醉中各种伤害性刺激反应可以通过患者的躯体反应和自主反应来获得，躯体反应可以通过患者体动来反映，自主反应通过交感、副交感神经张力、内分泌的变化来反映。通过患者临床体征如体动反应、呼吸类型、眼球症状及自主反应来判定，将其分级或评分。由于肌松药广泛应用，使得体动反应和呼吸类型失去原有的意义，临床仅通过血压、心率值的变化来估计麻醉镇静深度和术中知晓，但此类指标受到个体差异、用药、疾病、外科操作影响大，准确判断深度几乎不可能。而伤害性刺激能够引起患者的自主意识，反映在大脑深部及脑皮层电位的某些变化，此时，施加声音刺激，可以诱发出皮层电位的同步变化，持续时间在100毫秒内，和人的清醒意识有关。由于这种变化幅度极小，很容易受到各种信号的干扰。监测这些变化对于判定手术中患者的术中知晓(麻醉镇静深度)，从而根据特定手术和特定患者需求，合理调控麻醉深度，是符合现代临床麻醉进展需要的。

诱发电位技术在麻醉监护方面的应用具有重要的地位，可是目前这种技术还没有成为常规的应用手段，国际上开展了多年的临床研究，发现，它的应用存在着若干技术方面的限制，主要是诱发电位信号的提取，信息加工的时间，以及算法模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种患者手术全麻知晓的定量监测指标设备，以解决运用40Hz听稳态诱发电位的方法定量反映外科手术全麻过程中患者术中知晓的定量监测指标的技术问题。

本发明所述的患者手术全麻知晓的定量监测指标设备包括：脑电信号表面电极、初级无源低频滤波电路、具有放大、有源噪音控制滤除、调制、整形的脑电放大电路、具有放大、有源噪音控制滤除、调制、整形的脑诱发电位放大器、两导脑诱发电位信号的模数转换器、计算脑40HZ诱发听稳态指数的计算机、施加于人体的听觉器官产生声音刺激电路；所述计算机的接口分别与两导脑诱发电位信号的模数转换器及对应的脑电放大电路、脑诱发电位放大电路组成的两导信号输入支路连接，所述脑电放大电路、脑诱发电位放大器的输入端通过初级无源低频滤波电路与脑电信号表面电极连接；计算机生成的两导脑诱发电位信号和脑电图信号曲线存入与其连接的数据缓存器中；采集时间窗口设为100毫秒；施加于人体的听觉器官产生声音刺激电路包括：声音由计算机声音波形内存文件形式存储，设定1毫秒的定时器定时，每25毫秒发出一个触发声音刺激命令，调用内存波形文件经声音驱动电路发出，声音持续时间为10个毫秒的计算机声音刺激输出端、包括40HZ声音调制电路和声音放大电路的声音驱动电路；计算机同步于4个声音刺激，每100毫秒获得两导脑诱发和脑电数字信号，施加小波算法、叠加、指数化处理后得到一个0-100的指数E-40，每100毫秒清除一次数据缓存器。

如上所述的患者手术全麻知晓的定量监测指标设备，所述声音放大电路将声音的强度控制在大于70DB的范围。

本实用新型具有如下的优点和积极效果：

40HZ听稳态技术不同于其它听觉诱发电位的主要优点就在于刺激的节律同步于听觉中潜伏期的波峰位置，形成共振的效应，提高了信号的强度和规律性，使诱发电位的提取变得相对容易，加强了诱发电位技术在临床实际应用的可能性。

本实用新型手术伤害性指数的监测可以判断麻醉镇静的程度，从而减轻患者的痛苦和不适，消除不良反应，减少并发症，促进术后康复，提高术后生活质量，使你在无知晓、睡眠的状态下渡过围手术期，其不仅仅意味医疗技术的人道精神，而且具有极重要的生理学意义。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图。

图2是本发明对采集到的信号的处理流程框图。

具体实施方式

本发明是一种包含运用40Hz听稳态诱发电位的方法定量反映外科手术全麻过程中患者术中知晓的定量监测指标的模块或设备，它是由CPU计算单元、脑诱发电位放大器、施加于人体的听觉器官产生声音刺激电路(音响控制)、相应探头、显示单元以及相应的模块处理软件和设备系统软件组成的设备。利用放大器模块所监测到的脑诱发电位信号，经过小波变换的计算处理和波形识别算法处理，得到反映外科手术过程中患者实时的意识清醒状态的定量指数：E-40指数。E-40指数是量化为0-100的无量纲，代表人体在全麻手术过程中有无术中知晓的定量监测值，即反映手术过程中患者的镇静程度，定量反映全麻过程中患者知晓的发生。40HZ听稳态是一种获取听觉诱发电位的技术，听觉诱发电位中潜伏期的波峰反映人的意识加工能力，也就是镇静水平。

本发明提供在外科手术过程中，通过对人体大脑施加听觉刺激，采集皮层电位的改变，经计算单独形成一个范围0-100的指数：脑40HZ诱发听稳态指数(E-40)，反映患者的镇静程度和术中知晓。这种技术的方法是利用短声刺激人的听觉系统，每秒钟40次，相当于25毫秒一个声刺激，对应于听觉诱发电位中潜伏期(20至80毫秒)峰的位置，取100毫秒的脑电数据，叠加，可以得到4个稳定的波形，就是40HZ听稳态技术的结果。

具体实现方法包括，利用黑龙江华翔科技开发有限公司的HXD系列脑电监护仪(国内首家脑电双频谱监护仪的生产厂家，于1995年取得医疗设备生产许可证、注册证以及通过国家医疗设备生产的质量控制体系)作为平台，配接发声控制装置，以时域波形识别、子波变换、平滑、归一化等算法为处理手段，得到0-100的指数(无量纲)，反映麻醉中大脑的镇静程度。

其中解决的主要技术问题包括，诱发电位的抗干扰，信号的快速提取，以及指数化算法。听觉诱发电位的信号强度低于一个微伏，在手术室环境下，很容易被各种干扰信号所淹没。对于诱发电位的获取，本发明采用的方法包括了硬件和软件技术两部分，在硬件方面，提高放大器的输入阻抗、放大倍数、电源性能以及采用16位的模数转换部件，采用适当的频带宽度，保证信号可以被采集到机器里。软件方面，利用了子波变换技术，在不同的时间点，以不同的窗口宽度，提取出不同频率特性的有效内容，在大大降低叠加次数的有限次叠加后，获得了40HZ听稳态的有效波形曲线，完成诱发信号的提取。对于指数的处理速度，本发明采用了队列技术和移动叠加方式，既保证了诱发电位对于叠加的完整性要求，又达到了快速反应的临床实际应用需求。在处理指数期间，对于不同人的个体的个体差异，采用了归一化算法，标定清醒时的对照值，在各个时间点计算出相对的变化值，完成表示镇静程度的定量数值。

具体工作原理参见图1：

脑电信号通过额部、乳突部位的表面电极引导入滤波电路中，经初级无源低频滤波后，获得满足脑电和脑诱发电位基本频带要求的电信号，进入脑电放大电路、及脑诱发电位放大电路中，经放大、有源噪音控制滤除、调制、整形后，得到随时间变化的时变波形信号，分为两路，分别进入两导模数转换器，以640HZ，16位精度的采样、保持后，使模拟波形信号变化为离散的数字信号送入计算机的RS232接口，被主处理计算机(CPU)读取，得到数字化的两导脑诱发电位信号和脑电图信号曲线。存入数据缓存器中，采集命令同步于短声刺激信号，采集时间窗口设为100毫秒。声音由计算机声音波形内存文件形式存储，设定1毫秒的定时器定时，每25毫秒发出一个触发声音刺激命令，调用内存波形文件经声音驱动电路发出短声，声音持续时间为10个毫秒，施加于人体的听觉器官产生声音刺激，声音的强度控制在大于70DB。同时，计算机同步于4个声音刺激，每100毫秒获得两导脑诱发和脑电数字信号，清数据缓存器。计算机对采集的脑电信号和脑诱发电位信号集成(数学变换)加工，获得叠加的原始诱发电位，以及脑电图数据。对脑电信号施加干扰识别后，确定信号可用时，对脑诱发电位叠加后的波形施加进一步积分处理，得到功率数值，归一化后，得到0-100的40Hz听诱发指数-E40。图1中的人体探头单元包括脑电信号表面电极和发声装置。

子波算法如下：

在脑电Fourier分析后，确定信号有效，无眼动、肌电干扰，开始进入诱发电位处理进程。

采用Mallat多尺度变换及重构算法对诱发电位信号处理，母函数取为平滑函数的一阶导数(样条函数)，构建64个点，尺度从2⁰到2⁶，进行二进小波变换：

(Wf(2^j，x))_j∈z

重构函数选择部分二进变换结果恢复：

$f\left(x\right)=\mathrm{\ΣWf}{(2^j,x)}^{*}{x}_{2^j}\left(x\right)$

其中X2^j(x)是重建小波。

获得的重构函数为消除了部分噪声后的信号波形。采用累积叠加：

f¹(x)＝(f⁰(x)+f(x))/2

叠加次数为600次，队列移位模式，可获得时间分别率为10秒的听稳态诱发电位波形：E(x)

采用积分算法：

e＝(∫E(x)dx)²

可以获得听稳态诱发电位的功率e。

诱发电位的峰值判断采用极大、极小值波形识别算法，获得的时间点作为加权因子a。得到E＝a×e。

指数化后得到：

E-40＝(1-1/esp(E/A))×100

A为量化因子。

计算机对采集到的信号的后处理过程参见图2。

Claims (2)

1、一种患者手术全麻知晓的定量监测指标设备，其特征在于它包括：脑电信号表面电极、初级无源低频滤波电路、具有放大、有源噪音控制滤除、调制、整形的脑电放大电路、具有放大、有源噪音控制滤除、调制、整形的脑诱发电位放大器、两导脑诱发电位信号的模数转换器、计算脑40HZ诱发听稳态指数的计算机、施加于人体的听觉器官产生声音刺激电路；所述计算机的接口分别与两导脑诱发电位信号的模数转换器及对应的脑电放大电路、脑诱发电位放大器电路组成的两导脑诱发电位信号输入支路连接，所述脑电放大电路、脑诱发电位放大器的输入端通过初级无源低频滤波电路与脑电信号表面电极连接；计算机生成的两导脑诱发电位信号和脑电图信号曲线存入与其连接的数据缓存器中；采集时间窗口设为100毫秒；施加于人体的听觉器官产生声音刺激电路包括：声音由计算机声音波形内存文件形式存储，设定1毫秒的定时器定时，每25毫秒发出一个触发声音刺激命令，调用内存声音波形文件经声音驱动电路发出，声音持续时间为10个毫秒的计算机声音刺激输出端、包括40HZ声音调制电路和声音放大电路的声音驱动电路；计算机同步于4个声音刺激，每100毫秒获得两导脑诱发和脑电数字信号，施加小波算法、叠加、指数化处理后得到一个0-100的指数E-40，每100毫秒清除一次数据缓存器。

2、如权利要求1所述的一种患者手术全麻知晓的定量监测指标设备，其特征在于：所述声音放大电路将声音的强度控制在大于70DB的范围。

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