CN113648484B - 一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法 - Google Patents

一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法，该装置包括人机交互模块、监护数据采集模块、ADC采集模块、微处理器、药物靶控输注泵以及供电电源。该装置通过监护数据采集模块获取待麻醉患者的各项生命体征信息，配合微处理器，可以实现输注速度和药物浓度的动态控制，整个装置集成度更高，体积更加小巧，便携性更优，且给药精度大大提高。该方法通过使用上述装置，可以更加精准的进行靶控输注控制，提高了靶控输注过程的给药精度，更加安全、可靠。

Description

一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法
技术领域
本发明涉及智能医疗设备技术领域，更具体的说是涉及一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法。
背景技术
目前，临床使用的静脉麻醉给药(即镇静和镇痛)模式主要有两种：一种是麻醉医生分次反复静脉给药；另一种是靶控输注给药模式。靶控输注是以药代-药效动力学为基础，通过计算机控制药物微量注射泵，以血浆或效应室药物浓度为调控目标来控制或维持适当的麻醉深度以满足临床麻醉的一种静脉给药方法。由于靶控输注技术可以迅速而平稳地达到目标浓度、维持适当麻醉深度和血液动力学平稳、预测病人麻醉苏醒时间,已在临床麻醉中广泛使用。
但是，现有的靶控输注装置体积较大，一般会在医院内部或联合医疗车上使用，装置笨重、不便捷，经常会耽误治疗最佳时期；同时，目前的麻醉药物用量大多根据医生经验直接获取，给药精度低，安全性难以保证。
因此，如何提供一种体积更小、更加精准的靶控输注静脉麻醉装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法，有效解决了现有的靶控输注装置体积大、不便携带、给药精度低等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明公开了一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，该装置包括：
人机交互模块，所述人机交互模块用于供用户输入信息，并显示麻醉状态；
监护数据采集模块，所述监护数据采集模块用于采集待麻醉患者的体征数据；
ADC采集模块，所述ADC采集模块与所述监护数据采集模块电连接，所述ADC采集模块用于对所述监护数据采集模块采集到的体征数据进行模数转换；
微处理器，所述微处理器分别与所述人机交互模块和所述ADC采集模块电连接，所述微处理器用于接收用户输入的信息以及模数转换后的体征数据，对接收到的数据进行分析处理，生成药物靶控输注控制指令；
药物靶控输注泵，所述药物靶控输注泵与所述微处理器连接，所述药物靶控输注泵用于接收所述药物靶控输注控制指令，并执行相应的药物输注动作；以及
供电电源，所述供电电源与所述微处理器电连接，所述供电电源用于为所述微处理器供电。
进一步地，上述便携式靶控输注静脉麻醉装置还包括报警模块，所述报警模块与所述微处理器连接，所述微处理器还用于将接收到的体征数据与对应的预警阈值进行比对分析，在分析到其中一项或多项体征数据异常时，生成预警信号，所述报警模块用于接收所述预警信号，并发出预警提示。
报警模块的设置，可以在待麻醉患者的体征数据出现异常时，及时发出报警提示，提醒医护人员及时对患者进行救护，提高了麻醉过程的安全性。
进一步地，所述药物靶控输注泵包括镇痛药泵、镇静药泵、肌松药泵以及血管活性药泵，所述镇痛药泵、所述镇静药泵、所述肌松药泵以及所述血管活性药泵均与所述微处理器连接。
本发明中药物靶控输注泵设计为四通道形式，可以分别进行镇痛药、镇静药、肌松药物以及血管活性药物的输注，输注效率大大提高。
进一步地，所述微处理器选用STM32单片机。STM32单片机具有高性能、低成本、低功耗等特点，药物靶控输注控制精度更高，且装置的集成度大大提高，装置体积大大缩小，更加方便携带。
进一步地，所述微处理器包括：
接收单元，所述接收单元用于接收用户输入的信息以及模数转换后的待麻醉患者的体征数据；
存储单元，所述存储单元用于存储预先建立的危重伤病员救治靶控模型以及待麻醉患者的体征数据；
处理单元，所述处理单元用于通过所述危重伤病员救治靶控模型对所述用户输入的信息以及所述待麻醉患者的体征数据进行分析处理，生成药物靶控输注控制指令；以及
发送单元，所述发送单元用于将所述药物靶控输注控制指令发送至所述药物靶控输注泵。
进一步地，所述药物靶控输注控制指令包括输注速度控制指令和药物浓度控制指令。通过对输注速度和药物浓度的控制，可以保证给药过程更加精确可靠。
进一步地，所述微处理器还包括术前评估单元，所述术前评估单元对所述待麻醉患者的体征数据进行分析处理，获得术前评估结果。术前评估功能可以为患者提供更有针对性、更加精准的麻醉镇静镇痛方案。
进一步地，所述待麻醉患者的体征数据包括心率、心电图、血压、氧饱和度、体温、血流量以及脑电双频指数。
另一方面，本发明还提供了一种靶控输注控制方法，该方法使用上述的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置。该方法通过使用上述装置，可以更加精准的进行靶控输注控制，提高了靶控输注过程的给药精度，更加安全、可靠。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种便携式靶控输注静脉麻醉装置及靶控输注控制方法，通过监护数据采集模块获取待麻醉患者的各项生命体征信息，配合微处理器，可以实现输注速度和药物浓度的动态控制，整个装置集成度更高，体积更加小巧，便携性更优，且给药精度大大提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置的结构架构示意图；
图2为本发明实施例中靶控输注控制方法的实现原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
一方面，参见附图1，本发明实施例公开了一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，该装置包括：
人机交互模块1，人机交互模块1用于供用户输入信息，并显示麻醉状态；
监护数据采集模块2，监护数据采集模块2用于采集待麻醉患者的体征数据，比如心率、心电图、血压、氧饱和度、体温、血流量以及脑电双频指数等；
ADC采集模块3，ADC采集模块3与监护数据采集模块2电连接，ADC采集模块3用于对监护数据采集模块2采集到的体征数据进行模数转换；
微处理器4，微处理器4分别与人机交互模块1和ADC采集模块3电连接，微处理器4用于接收用户输入的信息以及模数转换后的体征数据，对接收到的数据进行分析处理，生成药物靶控输注控制指令；
药物靶控输注泵5，药物靶控输注泵5与微处理器4连接，药物靶控输注泵5用于接收药物靶控输注控制指令，并执行相应的药物输注动作，即向静脉血管a内注射药物；以及
供电电源6，供电电源6与微处理器4电连接，供电电源6用于为微处理器4供电。
本实施例中人机交互模块1用于麻醉医师录入病人信息、控制麻醉深度、显示麻醉状态等，通过人机交互接口实现。
更优地，上述便携式靶控输注静脉麻醉装置还包括报警模块7，报警模块7与微处理器4连接，微处理器4还用于将接收到的体征数据与对应的预警阈值进行比对分析，在分析到其中一项或多项体征数据异常时，生成预警信号，报警模块7用于接收预警信号，并发出预警提示。
本实施例提供的装置可以通过微电脑处理和显示各项数据，设置报警模块7，主要对异常状况进行预警，特别是呼吸、生命体征等各项参数的异常预警，本实施例针对患者特定项目对监护生命体征的报警范围进行配置，能够通过界面闪烁、颜色变换、声音报警等多种方式进行预警。
本实施例中微处理器4选用STM32单片机。微处理器4主要根据外部的上位机发送的命令控制监护数据采集模块2实现麻醉监测指标生理参数的采集，实时预测药物衰减时间，通入其内存储的麻醉靶控输注算法程序实现精确的物靶控输注控制，同时，还具有数值转换、数据通信(比如蓝牙、WiFi、5G)等功能。
具体地，药物靶控输注泵5包括镇痛药泵A、镇静药泵B、肌松药泵C以及血管活性药泵D，镇痛药泵A、镇静药泵B、肌松药泵C以及血管活性药泵D均与微处理器4通过相应的串口连接。
本实施例中药物靶控输注泵主要用于镇静、镇痛、肌松、血管活性药物的输注，并且具备血浆靶控、效应室靶控、恒速三种输注模式；通过串口通信接收来自微处理器的输注命令并利用计算的输注速率和剂量进行麻醉的输注。
监护数据采集模块2具体通过监护数据接口实现，该接口能够接收麻醉过程中各监测设备采集的数据信号，主要包括伤病员的心率、心电图、血压、氧饱和度、体温、血流动力学数据、BIS等数据信号。微处理器通过对接收到的信号进行综合分析处理，计算出麻醉深度和生命体征指标，并作为药物靶控输注泵的反馈。同时，人机交互模块1也能够实时显示监护数据接口接收到的各项监护数据。
本实施例中ADC采集模块3主要将各项生理指标的模拟量转换成数字量供微处理器读取并显示。
具体地，上述微处理器4包括：
接收单元，接收单元用于接收用户输入的信息以及模数转换后的待麻醉患者的体征数据；
存储单元，存储单元用于存储预先建立的危重伤病员救治靶控模型以及待麻醉患者的体征数据；
处理单元，处理单元用于通过危重伤病员救治靶控模型对用户输入的信息以及待麻醉患者的体征数据进行分析处理，生成包括输注速度控制指令和药物浓度控制指令的药物靶控输注控制指令；以及
发送单元，发送单元用于将药物靶控输注控制指令发送至药物靶控输注泵。
更优地，本实施例中微处理器还包括术前评估单元，术前评估单元对待麻醉患者的体征数据进行分析处理，获得术前评估结果。术前评估功能可以为患者提供更有针对性、更加精准的麻醉镇静镇痛方案。
本实施例公开的便携式靶控输注静脉麻醉装置对工作环境要求如下：
药物靶控输注泵5能够在温度范围为+5℃～+40℃，相对湿度不高于80％，大气压力范围为500hPa～1060hPa，PH值为5～9的酸碱环境稳定工作。药物靶控输注泵5的综合防震频率范围为0.5Hz～20Hz。
该便携式靶控输注静脉麻醉装置由STM32单片机为核心，用户通过指令控制界面向药物靶控输注泵下发控制指令。同时，由各项设备监测到的人体各项生命体征数据，可通过STM32单片机配备的生命体征接口，作为反馈环节传输到STM32单片机中。在STM32单片机中已经嵌入了基于生命体征反馈的智能化闭环靶控模型，可基于设定参数和反馈参数综合计算出各药泵的实时用药剂量和用药速率，并通过STM32单片机将控制指令下发到各药泵的驱动器中，实现基于生命体征反馈的智能化闭环靶控控制。
同时，该便携式靶控输注静脉麻醉装置具备体积小、重量轻、高度集成、紧凑和一体化等优点，后期可以定制箱组，对装置进行防护，本实施例中供电电源6采用可充电电池，电池续航时间大于等于4小时，可携行，也可以固定于交通工具上，快速移动于手术车泵速控制范围为0.1ml/h～1200ml/h，步进范围为100ml/h,丸剂量为1ml～5ml，精度误差控制在±1％以内；同时具备抗震动、抗颠簸、抗倾倒性、防潮和抗腐蚀性。
另一方面，本发明还提供了一种靶控输注控制方法，该方法使用上述的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，该方法通过建立伤病员围手术期生命体征监测系统，采集并分析伤病员的心率、心电图、血压、氧饱和度、体温、脑电双频指数(即BIS)等参数。基于实时反馈的病人生命体征监测信息，建立闭环自适应精准靶控模型，并利用灰色关联度分析法计算最优参数组合，实现输注速度和药物浓度的动态自适应调节，保证给药过程更加精准可靠。
在软件层面，结合附图2对上述靶控输注控制方法的实现流程进行具体说明：
步骤1：收集严重创伤麻醉手术患者的基本信息、围手术期生命体征信息、麻醉用药方案以及靶控输注信息，构建严重创伤麻醉手术患者围手术期临床数据库，并通过深度学习算法，建立严重创伤麻醉手术患者靶控模型；
步骤2：获取常规环境下严重创伤麻醉手术患者的术前动态特征(如生命体征)和静态特征(如患者基本信息)，根据获得的不同模态的数据，基于深度学习神经网络构建时间序列模型，以刻画患者画像。
为了更好地引入不同麻醉药物实体以及组合药物的表征，通过词嵌入法和图卷积网络挖掘不同麻醉药物实体之间的概念关系，并在网络层中加入注意力机制抽取患者画像特征(如用药时间、关键时刻操作节点等)与预测目标之间的核心要素，从而提供更准确的预测结果，以及模型可解释性。
步骤3：根据伤病员生命体征和伤情，通过危重伤病员救治靶控模型完成术前评估，给出个体化、精准化的麻醉镇静镇痛方案。建立伤病员围手术期生命体征监测系统，采集并分析伤病员的心率、心电图、血压、氧饱和度、体温、脑电双频指数(即BIS)等参数。
步骤4：基于实时反馈的病人生命体征监测信息，建立闭环自适应精准靶控模型，并利用灰色关联度分析法计算最优参数组合，实现输注速度和药物浓度的动态自适应调节。
步骤5：设计以STM32单片机为核心的小型化智能静脉麻醉靶控输注装置，该装置具备心电监护、微截流、BIS监护等数据接口，通过多传感融合技术与预先存储至STM32单片机内的救治靶控模型，实现麻醉深度及生命体征的实时监测，通过系统智能化控制指令，实现基于药效药代动力学模型的闭环自适应靶控输注参数的智能化调整。
在本实施例中，参见附图2，图2中上部分示出的由精准药代动力学模型、危重伤病员救治环境下的靶控模型以及闭环自适应靶控模型组建的智能化闭环靶控输注静脉麻醉用药系统存储于微处理器内，微处理器利用上述软件系统生成的靶控输注控制指令以串行通信的方式下发至药物靶控输注泵，进而实现精准给药。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，其特征在于，包括：
人机交互模块，所述人机交互模块用于供用户输入信息向药物靶控输注泵下发控制指令，并显示麻醉状态；
监护数据采集模块，所述监护数据采集模块用于采集待麻醉患者的体征数据；
ADC采集模块，所述ADC采集模块与所述监护数据采集模块电连接，所述ADC采集模块用于对所述监护数据采集模块采集到的体征数据进行模数转换；
微处理器，所述微处理器分别与所述人机交互模块和所述ADC采集模块电连接，所述微处理器用于接收用户输入的信息以及模数转换后的体征数据，对接收到的数据进行分析处理，生成药物靶控输注控制指令；
药物靶控输注泵，所述药物靶控输注泵与所述微处理器连接，所述药物靶控输注泵用于接收所述药物靶控输注控制指令，并执行相应的药物输注动作；以及供电电源，所述供电电源与所述微处理器电连接，所述供电电源用于为所述微处理器供电；
还包括报警模块，所述报警模块与所述微处理器连接，所述微处理器还用于将接收到的体征数据与对应的预警阈值进行比对分析，在分析到其中一项或多项体征数据异常时，生成预警信号，所述报警模块用于接收所述预警信号，并发出预警提示；
所述微处理器选用STM32单片机，所述微处理器包括：
接收单元，所述接收单元用于接收用户输入的信息以及模数转换后的待麻醉患者的体征数据；
存储单元，所述存储单元用于存储预先建立的危重伤病员救治靶控模型以及待麻醉患者的体征数据；
处理单元，所述处理单元用于通过所述危重伤病员救治靶控模型对所述用户输入的信息以及所述待麻醉患者的体征数据进行分析处理，生成药物靶控输注控制指令；所述药物靶控输注控制指令包括输注速度控制指令和药物浓度控制指令；在STM32单片机中嵌入基于生命体征反馈的智能化闭环靶控模型，基于设定参数和反馈参数综合计算出各药泵的实时用药剂量和用药速率；
发送单元，所述发送单元用于将所述药物靶控输注控制指令发送至所述药物靶控输注泵。
2.根据权利要求1所述的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，其特征在于，所述药物靶控输注泵包括镇痛药泵、镇静药泵、肌松药泵以及血管活性药泵，所述镇痛药泵、所述镇静药泵、所述肌松药泵以及所述血管活性药泵均与所述微处理器连接。
3.根据权利要求1所述的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，其特征在于，所述微处理器还包括术前评估单元，所述术前评估单元对所述待麻醉患者的体征数据进行分析处理，获得术前评估结果。
4.根据权利要求1所述的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置，其特征在于，所述待麻醉患者的体征数据包括心率、心电图、血压、氧饱和度、体温、血流量以及脑电双频指数。
5.一种靶控输注控制方法，其特征在于，该方法使用如权利要求1-4任一项所述的一种便携式靶控输注静脉麻醉装置。
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