使用LabVIEW軟件為自動(dòng)化麻醉系統開(kāi)發(fā)閉環(huán)控制方法

設計 McSleepy 成為安全聰明的系統

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中建造了多重安全機制。首先，麻醉醫師可以手動(dòng)取消系統的任何運作。例如，如果有個(gè)傳感器不再傳輸信號給計算機時(shí)，機器就會(huì )自動(dòng)進(jìn)入基本的手動(dòng)模式。機器在手術(shù)期間每隔 15 分鐘便會(huì )計算病人接收的平均藥量。如果系統產(chǎn)生問(wèn)題時(shí)，它可以施打平均藥量，讓病人保持沈睡無(wú)痛的狀態(tài)，直到問(wèn)題排除或是麻醉醫師接手為止。

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

McSleepy 的另 1 項特點(diǎn)是我們使用人工智能來(lái)設計程序。這臺機器可以學(xué)習醫生的偏好及各種手術(shù)的時(shí)間長(cháng)度等事情。只要 1 位醫生在同樣的手術(shù)中使用 McSleepy 達 20 次，它就能認得模式。同時(shí)，每次手術(shù)結束后，McSleepy都會(huì )儲存趨勢數據。一般來(lái)說(shuō)，因為這臺機器是結合了人工智能與人力輸入的閉回路控制系統，所以其實(shí)會(huì )比只有 1 位麻醉醫師施打麻藥還來(lái)得安全。

使用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)閉回路控制系統的好處

當工程師與科學(xué)家希望以最快的速度將新創(chuàng )意運用于臨床試驗上，他們需要使用便利的程序語(yǔ)言，用最少的時(shí)間獲得最大的功效，而 LabVIEW 是最能滿(mǎn)足這項目的的工具，因為用這種圖形化的環(huán)境進(jìn)行程序設計，會(huì )比使用其他困難的語(yǔ)言 (C+ 或 Java) 來(lái)得容易。

再者，使用LabVIEW 開(kāi)發(fā)圖形使用接口還能解決大多數閉回路控制系統的共通問(wèn)題，那就是缺乏用戶(hù)接口，用戶(hù)無(wú)法看到現況的進(jìn)展。McSleepy不是神秘的黑盒子，其與人的互動(dòng)性對于麻醉醫師來(lái)說(shuō)很重要，這也是為何他們喜歡這套系統的緣故。醫師可以輕松監控藥量，需要時(shí)可隨時(shí)改變。事實(shí)上，在 2009 年 1 月召開(kāi)的麻醉技術(shù)協(xié)會(huì ) (Society for Technology in Anesthesia) 年度會(huì )議中，麻醉醫師會(huì )員頒發(fā)了技術(shù)創(chuàng )新卓越獎 (Excellence in Technology Innovation Award) 給 McSleepy 的設計團隊。

我們一開(kāi)始就使用 LabVIEW 的原因是希望創(chuàng )造出美觀(guān)又好用的畫(huà)面。其用戶(hù)接口是如此的單純，所以手術(shù)室里的麻醉醫師與外科醫師都能看懂 McSleepy 上的數據。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(lái)發(fā)展

我們受到 2009 年 NI 「醫療儀器機械贊助計劃」 (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(lái)，麻醉醫師便能以遠距方式控制、監控并記錄病人的情況。這是很重要的一點(diǎn)，因為許多國家缺乏麻醉醫師這樣的專(zhuān)科醫生，而且未來(lái)麻醉醫師可能會(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，這是由現成的硬件與利用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利表達式組合而成。我們打算使用現有的原型，找出適當的方法在 5 年內上市。本計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，并尋求加拿大衛生部與美國食品藥物管理局的審核。