使用LabVIEW软件为自动化麻醉系统开发闭环控制方法

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

Industry:
Biotechnology, Research, Medical, Education

Products:
LabVIEW

The Challenge:
将全身麻醉的控制过程自动化，并在手术中监控病人，让麻醉医师可以在手术时照顾多位病人。

The Solution:
使用 NI LabVIEW 图形化程序软件开发闭环控制系统，以自动监控病人的知觉深度、疼痛程度还有肌肉松弛度，以计算并施打适当的麻醉药剂量。

医生在进行手术时通常会使用麻醉药物，以阻断病人的疼痛或忧虑等所有知觉。根据手术的种类而定，病人会接受局部、脊椎或全身性的麻醉。使用局部或脊椎麻醉时，只有手术部位会被麻醉，病人还是会保持部分的知觉，而全身麻醉则会让病人失去意识，在手术时进入瘫痪状态。

全身麻醉的药物会产生 3 种反应：催眠状态，可以使病人无意识并沈睡；痛觉缺失，可以阻断疼痛的知觉；放松，以避免多余的肌肉运动。医生开始手术之前，麻醉医师会选择适当的药剂，以达到上述 3 种反应。在手术过程中，麻醉医师必须管理施打的药剂量，这会占据他们 20% 以上的时间。

McSleepy 带领 LabVIEW 进入手术室

为了减少麻醉医师花在施打麻醉药剂上的时间，使其能有更多时间关注手术的其他层面，我们这个由 McGill 大学的麻醉医师与生物医疗工程师所组成的小组，发展了 1 套自动麻醉系统的原型。这套系统之所以叫做「McSleepy」是因为热门的电视影集《实习医生》中有 2 位医生名叫 McDreamy 及 McSteamy，本系统的目的是要协助麻醉医生，而非取代他们。此外，McSleepy不是设计来超越麻醉医师的能力，但是若需要的话是能做到的。

McSleepy 是 1 套闭环控制系统，用来监控病人手术时的知觉深度、疼痛程度与肌肉运动，并根据已知的数据，透过静脉注射适当的药量。麻醉医师使用 McSleep 时要先打点滴，然后运用传感器量测病人的肌肉运动，之后输入病人的数据，包括年龄、身高、体重与性别；进行的手术种类；麻醉医师对病人的药量是否有任何特殊要求。

系统开始施打药物之后，便会透过 1 种数学表达式，以每分钟为单位监控并控制药量，这种表达式是我们使用 LabVIEW 图形程序软件开发出来的。病人的数据会显示在 1 个图形使用接口上，这也是我们使用 LabVIEW 开发的，这样一来麻醉医师就可以看到病人对于 McSleepy 施打的麻醉剂有何反应。使用 LabVIEW 开发图形使用接口，我们整合了熟悉的图形元素，例如长得像里程计与温度计的调节器，以及透过毕斯脑波指数用色码来追踪病人的知觉程度。我们也使用自创的「痛觉缺失分数表」 (Analgoscore) 来追踪病人的疼痛程度。