CN112309213A - 给药模拟训练系统 - Google Patents

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CN112309213A CN201910697571.8A CN201910697571A CN112309213A CN 112309213 A CN112309213 A CN 112309213A CN 201910697571 A CN201910697571 A CN 201910697571A CN 112309213 A CN112309213 A CN 112309213A
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Abstract

本发明提供了一种给药模拟训练系统，涉及医学设备技术领域，该给药模拟训练系统包括中央处理器、以及分别与中央处理器连接的输入模块、药代药效处理模块和药物参数显示模块。该给药模拟训练系统能够通过药代药效处理模块模拟出药物在人体内作用规律和人体与药物间相互作用过程，并通过药物参数显示模块显示出来，提高了药物教学训练的学习效果，方便了学生更生动地掌握急救常用药物的剂量、用法、作用机理及使用中的注意事项等。

Description

给药模拟训练系统
技术领域
本发明涉及医学设备技术领域，尤其是涉及一种给药模拟训练系统。
背景技术
高端模拟用于航空、航天、军事等领域的培训由来已久，在同样高风险的医学领域，模拟教学作为临床理论与临床实践之间的桥梁也已有了近百年的历史。随着计算机技术的发展和在医学领域里的应用，医学模拟教学由最初使用简单的解剖示教模型、局部功能显示模型或单项治疗技能模拟练习器发展到基于数学建模的高仿真的计算机模型。
目前采用计算机模型方式进行的医学模拟教学，通常仅涉及介入医学、医学护理、应急救援等方面，无法满足药物教学训练方面的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种给药模拟训练系统，以提高药物教学训练的学习效果。
本发明实施例提供了一种给药模拟训练系统，包括中央处理器、以及分别与所述中央处理器连接的输入模块、药代药效处理模块和药物参数显示模块；所述中央处理器用于通过所述输入模块获取病例和给药数据，所述给药数据包括药物名称和药物用量；所述药代药效处理模块用于基于所述病例、所述给药数据以及预先构建的药代动力学模型和药效动力学模型进行药代动力学和药效动力学的数据处理，得到处理结果；所述药物参数显示模块用于显示所述处理结果。
进一步地，所述药代药效处理模块还用于通过以下过程构建所述药代动力学模型：对于每种药物，根据所述药物的药物名称从预先构建的药代药效参数库中获取所述药物的理化性质参数和代谢参数；根据所述药物的理化性质参数和分配系数计算公式，计算得到所述药物在多个组织的分配系数；其中，所述组织包括肾脏和肝脏；根据所述药物的代谢参数、所述药物在各所述组织的分配系数和清除率计算公式，计算得到所述药物在各所述组织中的清除率；验证所述药物在各所述组织中的清除率是否在对应的预设清除率范围内；如果否，调整所述分配系数计算公式和/或所述清除率计算公式；如果是，确定完成所述药物的药代动力学模型的构建。
进一步地，所述药代药效处理模块还用于根据血药浓度与作用部位药物浓度的关系以及药物与受体结合后的响应构建药效动力学模型。
进一步地，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的病例模块，所述病例模块用于供用户增加或选择病例。
进一步地，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的用药指导模块，所述用药指导模块用于提供每种药物的用药指导内容，所述用药指导内容包括适应症、用法用量、药理学、药动学、相互作用、不良反应、注意事项和疗效评价中的一种或多种。
进一步地，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的给药方案的记录与评估模块，所述给药方案的记录与评估模块用于记录给药过程，并根据模拟病人的反应给出用药方案的评估，所述评估包括有效性、安全性和经济性。
进一步地，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的新药编辑模块，所述新药编辑模块用于供用户添加新的药物。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例中，给药模拟训练系统包括中央处理器、以及分别与中央处理器连接的输入模块、药代药效处理模块和药物参数显示模块；中央处理器用于通过输入模块获取病例和给药数据，给药数据包括药物名称和药物用量；药代药效处理模块用于基于病例、给药数据以及预先构建的药代动力学模型和药效动力学模型进行药代动力学和药效动力学的数据处理，得到处理结果；药物参数显示模块用于显示该处理结果。该给药模拟训练系统能够通过药代药效处理模块模拟出药物在人体内作用规律和人体与药物间相互作用过程，并通过药物参数显示模块显示出来，提高了药物教学训练的学习效果，方便了学生更生动地掌握急救常用药物的剂量、用法、作用机理及使用中的注意事项等。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种给药模拟训练系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种构建药代动力学模型的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种给药模拟训练系统的结构示意图。
图标：11-中央处理器；12-输入模块；13-药代药效处理模块；14-药物参数显示模块；15-病例模块；16-用药指导模块；17-给药方案的记录与评估模块；18-新药编辑模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
学习研究药物在人体内作用规律和人体与药物间相互作用过程是临床医学学习的重要课题，为了提高药物教学训练的学习效果，方便学生更生动的掌握急救常用药物的剂量、用法、作用机理及使用中的注意事项等，本发明实施例提出一种给药模拟训练系统。
为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例所公开的一种给药模拟训练系统进行详细介绍。
参见图1所示的一种给药模拟训练系统的结构示意图，该给药模拟训练系统包括中央处理器11、以及分别与中央处理器11连接的输入模块12、药代药效处理模块13和药物参数显示模块14；中央处理器11用于通过输入模块12获取病例和给药数据，给药数据包括药物名称和药物用量；药代药效处理模块13用于基于病例、给药数据以及预先构建的药代动力学模型和药效动力学模型进行药代动力学和药效动力学的数据处理，得到处理结果；药物参数显示模块14用于显示该处理结果。
具体地，上述给药模拟训练系统的工作过程可以为：输入模块12获取到病例和给药数据后。将该病例和给药数据发送至中央处理器11；中央处理器11将接收的病例和给药数据发送至药代药效处理模块13；药代药效处理模块13将处理结果返回给中央处理器11；中央处理器11控制药物参数显示模块14显示该处理结果。
上述处理结果可以包括模拟病人的各项实时生理参数，以及所给药物的血药浓度变化曲线、药效变化曲线、量效曲线等参数。基于此，药物参数显示模块14可以包括两部分，一部分负责实时显示模拟病人的各项生理参数，另一部分显示所给药物的血药浓度变化曲线、药效变化曲线、量效曲线等参数。
上述给药模拟训练系统内存储有常用药物的药代动力学模型和药效动力学模型，其中药代动力学模型用来模拟药物在身体内的分布随时间的变化。给药过程药物进入血液循环系统或者呼吸系统(吸入药物)，由呼吸系统进入的药物会经过肺泡气体交换过程进入血液循环系统，经过血液循环系统扩散至组织，经过组织代谢被清除或者被排除体外。而药效动力学模型是以药物对全身体征(如心率、血压、呼吸等)的影响的预期为替代终端节点，可以但不限于使用S形Emax模型来描述药效预期。
可选地，上述药代药效处理模块13还用于构建药代动力学模型和药效动力学模型。药代动力学模型和药效动力学模型的具体构建过程可以参照相关现有技术。
关于上述药效动力学模型，可以根据药物临床实践资料，为每种药物设定合理的生理参数影响系数，该系数为药物的生理体征影响的最大效应预期。表1示出了各药效参数项的影响系数的允许值，如表1所示，每种药物需要设定对气管扩张、舒张压、收缩压、心率等的影响系数，例如对心率的影响系数的设定范围是-1～1，影响系数小于0表示会降低心率，影响系数大于0表示会提高心率，不同数值代表影响程度。
表1
Figure BSA0000186867020000061
进一步地，上述药代药效处理模块13在构建药效动力学模型时，具体用于根据血药浓度与作用部位药物浓度的关系以及药物与受体结合后的响应来构建药效动力学模型。
可选地，上述输入模块12包括鼠标、键盘和触摸屏中的一种或多种。
本发明实施例中，上述给药模拟训练系统包括中央处理器、以及分别与中央处理器连接的输入模块、药代药效处理模块和药物参数显示模块；中央处理器用于通过输入模块获取病例和给药数据，给药数据包括药物名称和药物用量；药代药效处理模块用于基于病例、给药数据以及预先构建的药代动力学模型和药效动力学模型进行药代动力学和药效动力学的数据处理，得到处理结果；药物参数显示模块用于显示该处理结果。该给药模拟训练系统能够通过药代药效处理模块模拟出药物在人体内作用规律和人体与药物间相互作用过程，并通过药物参数显示模块显示出来，提高了药物教学训练的学习效果，方便了学生更生动地掌握急救常用药物的剂量、用法、作用机理及使用中的注意事项等。
本发明实施例还提供了一种构建药代动力学模型的方法，该方法中上述给药模拟训练系统内还存储有药代药效参数库，参见图2所示的一种构建药代动力学模型的流程示意图，通过以下过程构建药代动力学模型：
步骤S201，对于每种药物，根据该药物的药物名称从预先构建的药代药效参数库中获取该药物的理化性质参数和代谢参数。
具体地，理化性质参数包括分子量(用于根据药物浓度计算药物摩尔浓度)、脂水分配系数、酸离解常数、离子状态(酸性、碱性或中性)、血浆蛋白结合率(用于计算血浆中有效药物浓度)等，代谢参数包括肾清除率、肝清除率等。
步骤S202，根据上述药物的理化性质参数和分配系数计算公式，计算得到药物在多个组织的分配系数；其中，该组织包括肾脏和肝脏。
计算分配系数是为了计算药物从血管向组织的扩散。
步骤S203，根据上述药物的代谢参数、药物在各组织的分配系数和清除率计算公式，计算得到该药物在各组织中的清除率。
步骤S204，验证上述药物在各组织中的清除率是否在对应的预设清除率范围内。如果是，执行步骤S206；如果否，执行步骤S205。
步骤S205，调整分配系数计算公式和/或清除率计算公式。返回步骤S202。
步骤S206，确定完成该药物的药代动力学模型的构建。
为了便于理解，下面将对药代动力学模型中药物的扩散和清除的计算过程进行详细介绍。
1、计算分配系数
每一种药物在各组织的分配系数，由该药物的理化参数计算得到。下式(1)用来计算弱碱性、中性或酸性位置的分配系数：
Figure BSA0000186867020000081
下式(2)用来计算中等强度碱性和强碱性药物的分配系数：
Figure BSA0000186867020000082
其中，X和Y均与PH值相关，具体见下表2，fu表示离子状态药物的分数，fIW表示细胞内水分数，fEW表示细胞外水分数，fNP表示组织内中性磷脂分数，fLP表示组织内油脂分数，P表示药物的脂水分配系数，pHIW表示细胞内液pH值，pHp表示血浆PH值，PRT/PRB表示所结合蛋白质的组织血浆比，pKa表示酸解离常数，Ka表示吸收速率常数，APT表示溶解度温度系数。
表2
Figure BSA0000186867020000083
2、计算药物扩散
根据上述分配系数计算药物在各组织中的分配，得到药物在各组织中的浓度。药物的扩散可以采用有限灌注模型。
3、计算药物清除过程
药物清除过程模拟药物通过肾脏、肝脏等系统的代谢清除。药代动力学模型中每个药物都可以定义肾脏的清除率、肝脏的清除率和系统的清除率。肾脏与肝脏的代谢清除类似，这里仅以肝脏为例进行说明。
肝脏的清除率用来计算药物在肝脏中的清除：
肝脏内药物的代谢由式(3)计算：
Figure BSA0000186867020000091
其中，ClH表示肝脏的清除率，fu表示离子状态药物的分数，BW表示病人体重，ClI表示肝脏清除率系数，QH表示肝脏血流量。
通过式(4)计算流经肝脏被清除的血液容量：
VClH＝ClH*BW*dt (4)
被清除药物的质量由式(5)计算：
MCl＝VCl*C (5)
其中MCl为被清除的药物的质量，VCl为被清除的血液容量，C为该药物在组织中的浓度。系统清除代表全身药物的清除，包含肝脏和肾脏的清除。除去肝脏和肾脏的代谢清除，剩余部分的药物的清除代表血浆中各种代谢过程对药物的清除。
通过式(6)计算除肝脏和肾脏外剩余需要清除的血液的容量：
VClI＝(Cls*BW*dt)-VClR-VClH (6)
其中VClI除肝脏和肾脏外剩余需要清除的血液的容量，Cls表示系统清除率，BW为病人体重，VClR和VClH分别是肾脏和肝脏清除的血液容量(VClR计算过程与VClH对应)。
本发明实施例还提供了另一种给药模拟训练系统，参见图3所示的另一种给药模拟训练系统的结构示意图，在图1的基础上，给药模拟训练系统还包括与中央处理器11连接的病例模块15，病例模块15用于供用户增加或选择病例。
具体地，病例模块15内存储有病例库，病例库包含临床常见典型病例，病例模块15支持编辑添加病例。优选地，病例库内病例的选择遵循典型性、真实性、趣味性、针对性、可完善性等原则，精选与教学内容密切相关的临床案例。
进一步地，如图3所示，上述给药模拟训练系统还包括与中央处理器11连接的用药指导模块16，用药指导模块16用于提供每种药物的用药指导内容，该用药指导内容包括适应症、用法用量、药理学、药动学、相互作用、不良反应、注意事项和疗效评价中的一种或多种。
进一步地，如图3所示，上述给药模拟训练系统还包括与中央处理器11连接的给药方案的记录与评估模块17，给药方案的记录与评估模块17用于记录给药过程，并根据模拟病人的反应给出用药方案的评估，该评估包括有效性、安全性和经济性三个方面。具体地，有效性可以通过评价模拟病人出现的符合治疗目的的效应；安全性主要通过评价模拟病人出现的与治疗目的不相关的效应以及不希望出现的不良反应；经济性主要是对治疗成本的评价。
进一步地，如图3所示，上述给药模拟训练系统还包括与中央处理器11连接的新药编辑模块18，新药编辑模块18用于供用户添加新的药物。具体地，本发明实施例提供允许用户自主添加新药物的功能，用户添加新的药物需要输入该药物的理化性质参数、代谢参数和药效参数。其中，理化性质参数包括分子量、脂水分配系数、酸离解常数、离子状态(酸性、碱性或中性)、血浆蛋白结合率等，代谢参数包括肾清除率、肝清除率等，理化性质参数和代谢参数主要描述药物的吸收、分布、代谢和排泄。药效参数包括心率调节系数、呼吸率调节系数、收缩压调节系数、舒张压调节系数、瞳孔反应调节系数、肾管渗透性调节系数、半效浓度、神经肌肉阻滞作用系数、潮气量调节系数、镇静作用系数等11个参数，药效参数描述药物对人体重要的生理指标影响和作用。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种给药模拟训练系统，其特征在于，包括中央处理器、以及分别与所述中央处理器连接的输入模块、药代药效处理模块和药物参数显示模块；
所述中央处理器用于通过所述输入模块获取病例和给药数据，所述给药数据包括药物名称和药物用量；所述药代药效处理模块用于基于所述病例、所述给药数据以及预先构建的药代动力学模型和药效动力学模型进行药代动力学和药效动力学的数据处理，得到处理结果；所述药物参数显示模块用于显示所述处理结果。
2.根据权利要求1所述的给药模拟训练系统，其特征在于，所述药代药效处理模块还用于通过以下过程构建所述药代动力学模型：
对于每种药物，根据所述药物的药物名称从预先构建的药代药效参数库中获取所述药物的理化性质参数和代谢参数；
根据所述药物的理化性质参数和分配系数计算公式，计算得到所述药物在多个组织的分配系数；其中，所述组织包括肾脏和肝脏；
根据所述药物的代谢参数、所述药物在各所述组织的分配系数和清除率计算公式，计算得到所述药物在各所述组织中的清除率；
验证所述药物在各所述组织中的清除率是否在对应的预设清除率范围内；
如果否，调整所述分配系数计算公式和/或所述清除率计算公式；
如果是，确定完成所述药物的药代动力学模型的构建。
3.根据权利要求1所述的给药模拟训练系统，其特征在于，所述药代药效处理模块还用于根据血药浓度与作用部位药物浓度的关系以及药物与受体结合后的响应构建药效动力学模型。
4.根据权利要求1所述的给药模拟训练系统，其特征在于，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的病例模块，所述病例模块用于供用户增加或选择病例。
5.根据权利要求1所述的给药模拟训练系统，其特征在于，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的用药指导模块，所述用药指导模块用于提供每种药物的用药指导内容，所述用药指导内容包括适应症、用法用量、药理学、药动学、相互作用、不良反应、注意事项和疗效评价中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的给药模拟训练系统，其特征在于，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的给药方案的记录与评估模块，所述给药方案的记录与评估模块用于记录给药过程，并根据模拟病人的反应给出用药方案的评估，所述评估包括有效性、安全性和经济性。
7.根据权利要求1所述的给药模拟训练系统，其特征在于，所述给药模拟训练系统还包括与所述中央处理器连接的新药编辑模块，所述新药编辑模块用于供用户添加新的药物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113744609A (zh) * 2021-05-18 2021-12-03 温州医科大学 一种以药代动力学为依据的美托洛尔临床精准应用的虚拟仿真实验系统

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