丙泊酚闭环控制系统的设计及研究

发布时间：2020-06-02 16:35

【摘要】：在医学科学快速发展的今天,麻醉技术也在不断进步,但传统的麻醉给药方式从临床上来讲,仍然缺乏统一的麻醉深度量化指标,极易使患者处于危险的状态。针对这一现状,本文拟将自动控制与临床麻醉进行结合,设计一个能够精确自动给药的麻醉闭环控制系统。考虑到小儿、成人、老人药物代谢模型的差异性,应分别针对不同年龄段的患者进行麻醉闭环控制的设计。限于老年人身体个体性差异明显及其易受其他基础性疾病影响等问题,本文拟主要针对小儿和成年人进行麻醉闭环控制的设计,具体研究工作如下:首先,在进行成人麻醉闭环控制设计之前,需找到一个能够用来描述麻醉药物在患者体内代谢全过程的药代药效动力学模型。目前广泛应用的成人药代药效动力学模型以脑电双频指数为药物效应指标,但却存在分段异常和输出延迟的缺点。而已有的研究结果表明Tsallis排序熵、排序熵具有很好区分病人麻醉不同状态的性能,所以考虑基于Tsallis排序熵、排序熵分别进行成人药代药效动力学模型的建模。其次,本文将神经网络算法、自适应控制与滑模控制进行结合,对建模得到的成人药代药效动力学模型进行控制,并探索了PID控制器在麻醉闭环控制系统中的性能。由于传统的手动调节PID参数难以达到最优的效果,本文采用蚁群优化算法对PID参数进行寻优,并对建模得到的成人药代药效动力学模型进行控制仿真。最后对采用不同控制算法的麻醉闭环控制加入人工扰动来测试系统的抗干扰性能,并对控制结果进行对比与分析,从而找到最好的成人麻醉闭环控制策略。接下来,为了找到更好的小儿麻醉闭环控制状态观测指标,研究了同步快慢比、Tsallis排序熵、排序熵、功率快慢比、β比率、边缘频率与脑电双频指数在小儿麻醉镇静状态监测方面的性能。结果表明Tsallis排序熵监测小儿麻醉状态的性能更好。最后,在对小儿麻醉闭环控制设计之前,首先在成人药代药效动力学模型基础上,基于脑电双频指数和Tsallis排序熵对小儿药代药效动力学模型进行建模,并采用蚁群优化PID算法进行控制,最后通过统计分析对控制结果进行评估。
【图文】：

框图,房室,框图

图 2-1 三房室框图其中，PK 模型用来描述麻醉药物注射速率和血浆药物浓度之间的关系，可以通过一个三阶微分方程组进行描述：1 2310 12 13 1 21 2 31 31 1 12 112 1 21 223 113 1 31 33d ( ) 1( ) ( ) ( ) ( ) ( )dd ( )( ) ( )dd ( )( ) ( )dC t VVk k k C t k C t k C t u tt V V VC t Vk C t k C tt VC t Vk C t k C tt V (2-1)式中，1C 、2C 和3C 分别代表中央房室和周围两个房室的药物浓度，u (t)/(mg/kg/h)为药物输注速率； k(i j)ij 为房室i与房室 j之间的药物传输速率，ijk的大小取决于病人的年龄、体重、身高和性别等参数，其中ijk的计算公式如式(2-2)所示。1 2 3 2 310 12 13 21 311 1 1 2 3, , , ,l l l l lC C C C Ck k k k kV V V V V (2-2)式中， V( i 1,2,3)i为各个房室的体积；计算公式如式(2-3)所示。V 4.27, V 18.9 0.391 ( age 53), V 238

曲线,患者,曲线

通过对脑电数据进行计算得到的TPE值
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R614;TP273

【参考文献】