使用LabVIEW軟件為自動(dòng)化麻醉系統(tǒng)開發(fā)閉環(huán)控制方法

設(shè)計(jì) McSleepy 成為安全聰明的系統(tǒng)

為了避免 McSleepy 故障時(shí)會(huì)給病人太多或太少的藥物，我們在閉回路控制系統(tǒng)中建造了多重安全機(jī)制。首先，麻醉醫(yī)師可以手動(dòng)取消系統(tǒng)的任何運(yùn)作。例如，如果有個(gè)傳感器不再傳輸信號給計(jì)算機(jī)時(shí)，機(jī)器就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入基本的手動(dòng)模式。機(jī)器在手術(shù)期間每隔 15 分鐘便會(huì)計(jì)算病人接收的平均藥量。如果系統(tǒng)產(chǎn)生問題時(shí)，它可以施打平均藥量，讓病人保持沈睡無痛的狀態(tài)，直到問題排除或是麻醉醫(yī)師接手為止。

此外，如果麻醉醫(yī)師用半自動(dòng)模式操作系統(tǒng)，以手動(dòng)輸入藥量時(shí)，當(dāng)輸入發(fā)生問題時(shí)，譬如不小心把某種藥量輸入得太高。那么機(jī)器會(huì)發(fā)出警告說藥量太高。

McSleepy 的另 1 項(xiàng)特點(diǎn)是我們使用人工智能來設(shè)計(jì)程序。這臺機(jī)器可以學(xué)習(xí)醫(yī)生的偏好及各種手術(shù)的時(shí)間長度等事情。只要 1 位醫(yī)生在同樣的手術(shù)中使用 McSleepy 達(dá) 20 次，它就能認(rèn)得模式。同時(shí)，每次手術(shù)結(jié)束后，McSleepy都會(huì)儲(chǔ)存趨勢數(shù)據(jù)。一般來說，因?yàn)檫@臺機(jī)器是結(jié)合了人工智能與人力輸入的閉回路控制系統(tǒng)，所以其實(shí)會(huì)比只有 1 位麻醉醫(yī)師施打麻藥還來得安全。

使用 LabVIEW 開發(fā)閉回路控制系統(tǒng)的好處

當(dāng)工程師與科學(xué)家希望以最快的速度將新創(chuàng)意運(yùn)用于臨床試驗(yàn)上，他們需要使用便利的程序語言，用最少的時(shí)間獲得最大的功效，而 LabVIEW 是最能滿足這項(xiàng)目的的工具，因?yàn)橛眠@種圖形化的環(huán)境進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，會(huì)比使用其他困難的語言 (C+ 或 Java) 來得容易。

再者，使用LabVIEW 開發(fā)圖形使用接口還能解決大多數(shù)閉回路控制系統(tǒng)的共通問題，那就是缺乏用戶接口，用戶無法看到現(xiàn)況的進(jìn)展。McSleepy不是神秘的黑盒子，其與人的互動(dòng)性對于麻醉醫(yī)師來說很重要，這也是為何他們喜歡這套系統(tǒng)的緣故。醫(yī)師可以輕松監(jiān)控藥量，需要時(shí)可隨時(shí)改變。事實(shí)上，在 2009 年 1 月召開的麻醉技術(shù)協(xié)會(huì) (Society for Technology in Anesthesia) 年度會(huì)議中，麻醉醫(yī)師會(huì)員頒發(fā)了技術(shù)創(chuàng)新卓越獎(jiǎng) (Excellence in Technology Innovation Award) 給 McSleepy 的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。

我們一開始就使用 LabVIEW 的原因是希望創(chuàng)造出美觀又好用的畫面。其用戶接口是如此的單純，所以手術(shù)室里的麻醉醫(yī)師與外科醫(yī)師都能看懂 McSleepy 上的數(shù)據(jù)。整體而言，LabVIEW 的好處就是使用便利，而且能創(chuàng)造絕佳的圖形化接口。

McSleepy 的未來發(fā)展

我們受到 2009 年 NI 「醫(yī)療儀器機(jī)械贊助計(jì)劃」 (Medical Device Grant Program) 的贊助，升級到 LabVIEW 8.6 平臺，讓我們能將 McSleepy 的接口放到 PDA 上。如此一來，麻醉醫(yī)師便能以遠(yuǎn)距方式控制、監(jiān)控并記錄病人的情況。這是很重要的一點(diǎn)，因?yàn)樵S多國家缺乏麻醉醫(yī)師這樣的?？漆t(yī)生，而且未來麻醉醫(yī)師可能會(huì)需要同時(shí)照顧好幾位病人。

我們目前擁有功能齊全的 McSleepy 原型，這是由現(xiàn)成的硬件與利用 LabVIEW 開發(fā)的專利表達(dá)式組合而成。我們打算使用現(xiàn)有的原型，找出適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ?5 年內(nèi)上市。本計(jì)劃包含獲取資金以進(jìn)行更多研究，以改良并商業(yè)化這套系統(tǒng)，并尋求加拿大衛(wèi)生部與美國食品藥物管理局的審核。