肾移植围术期血流动力学闭环智能麻醉机器人及控制方法

本发明涉及智能医疗设备，具体涉及肾移植围术期血流动力学闭环智能麻醉机器人及控制方法。

背景技术：

1、肾移植目前是终末期肾病患者恢复肾功能的主要手术方式之一。受者长期处于尿毒症状态，多伴有容量异常、电解质紊乱、贫血及心血管功能受损，其围术期病理生理基础与一般择期手术患者存在显著差异。麻醉诱导、移植肾血管吻合、移植肾血流开放及再灌注等关键阶段，低血压与血流动力学波动尤为常见。

2、移植肾对灌注压的改变高度敏感。术中持续的低血压可加重移植肾缺血再灌注损伤，进而显著提高术后移植肾功能延迟恢复（delayed graft function，dgf）的发生率；反之，过量补液或血压偏高又会加重心肺负担，并可能诱发肺水肿、心功能不全等并发症。麻醉医师因此需要在血管活性药物用量、容量负荷及移植肾灌注三者之间不断权衡，对临床经验和反应速度均有较高要求。

3、现有麻醉管理方案存在以下不足：

4、1. 基本依赖人工判断与手动调节，难以对监护数据进行高频、连续的多参数综合分析；

5、2. 目标灌注压通常采用经验性固定阈值（例如平均动脉压不低于65 mmhg），未能体现肾移植受者个体化基础血压及不同手术阶段对灌注压的差异化需求，难以精准维持；

6、3. 血管活性药物用量与容量负荷的协同调节缺乏定量化、可重复的控制策略，二者之间在临床实际中可能因互不感知而产生对抗，例如在容量反应性阳性的低血压情境下若仅靠加大血管活性药物剂量而忽视补液，反而会加重移植肾灌注不足；

7、4. 针对肾移植这一特殊器官手术场景，市面上尚无成熟的、具有多重安全冗余与自适应控制能力的设备级闭环控制方案。

8、本发明正是为了克服上述不足而提出。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：克服现有肾移植围术期麻醉管理对人工经验依赖过大、目标灌注压维持不精准、血管活性药物与容量调节难以协同等技术缺陷，提供肾移植围术期血流动力学闭环智能麻醉机器人及控制方法，通过对监测数据的高频采集、模型化风险评分以及具有多重安全冗余的设备级闭环控制，辅助维持移植肾灌注压稳定、缩短术中低血压持续时间。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

3、本发明第一方面提供肾移植围术期血流动力学闭环智能麻醉机器人，包括数据采集接口、肾移植围术期风险预测模块、目标灌注压确定及血管活性药物闭环调控模块、容量管理决策模块、输注泵控制接口和床旁控制终端。

4、数据采集接口分别与生命体征监测设备、麻醉机、输注泵、尿量监测装置和医院信息系统通信连接，按差分化采样策略持续读取肾移植受者的围术期监测数据以及输注泵运行数据；所述差分化采样策略对快变参数采用第一采样周期上限

ts1，对中速变参数采用第二采样周期上限

ts2，对慢变参数采用第三采样周期上限

ts3，且

ts1 ≤

ts2 ≤

ts3。围术期监测数据至少涵盖平均动脉压、心率、脉搏血氧饱和度、中心静脉压、每搏量变异度、累计尿量、累计输液量、累计出血量、血钾值、术前基础平均动脉压以及当前肾移植手术阶段标识。

5、肾移植围术期风险预测模块以术前静态资料和术中动态数据为输入，经数据预处理单元在预设回溯窗口（典型时长20至40分钟，本发明取30分钟）内提取统计特征后送入风险预测模型，输出移植肾低灌注风险评分

rlow与血流动力学不稳定风险评分

runs，二者均归一化至区间[0, 1]。

6、目标灌注压确定及血管活性药物闭环调控模块结合受者基础血压

mapbase、当前肾移植手术阶段以及

rlow、

runs，按下式给出个体化目标平均动脉压：

7、

maptarget =

mapbase ×

k （1）

8、式（1）中，

maptarget为个体化目标平均动脉压；

mapbase为肾移植受者术前基础平均动脉压；

k为修正系数，其取值受由当前肾移植手术阶段确定的阶段下限

kmin和阶段上限

kmax约束，且

kmax被进一步配置为

runs的单调不增函数；

k的整体取值范围限定为[0.8, 1.2]。再以当前平均动脉压

mapcurrent与

maptarget之间的偏差

e、

e的离散积分值及变化率δ

e为输入，由比例-积分-微分控制器（以下简称pid控制器）生成下一控制周期的去甲肾上腺素原始推荐输注速率

u。

9、原始推荐输注速率

u经输注速率限幅单元施加多重安全约束后输出经限幅速率

u′：所述多重安全约束包括最大输注速率上限

rmax、最小输注速率下限

rmin、单次最大调节幅度上限δ

rmax、单位时间最大累计调节幅度上限

hmax，以及当

mapcurrent超过

maptarget时对推荐输注速率施加单调不增约束。经限幅速率

u′由输注泵控制接口下发至血管活性药物输注泵。给药完成后，新的平均动脉压由数据采集接口再次取回并经平均动脉压反馈单元送回偏差计算单元，使该模块在下一控制周期重新进行偏差计算与速率调整，由此构成针对输注泵的设备级闭环。控制周期

tc被配置为当前肾移植手术阶段的函数：在麻醉诱导阶段及移植肾血流开放阶段取较短控制周期（5秒至30秒），在麻醉维持阶段取较长控制周期（30秒至5分钟）。

10、与上述闭环并行运行的是容量管理决策模块。该模块综合受者血压、中心静脉压、累计尿量、累计输液量、累计出血量、血钾值、每搏量变异度（svv）或脉压变异度（ppv）以及移植肾血流开放阶段，分别在血流开放前与开放后给出针对性的补液管理建议。容量管理决策模块还与目标灌注压确定及血管活性药物闭环调控模块通过共享变量实现双闭环协同，在容量反应性阳性且当前血压偏低时输出补液优先标识，使pid控制器在该标识有效期间不再上调推荐输注速率，从而避免血管活性药物剂量与容量补充之间的对抗。

11、本发明第二方面提供应用于上述机器人的肾移植围术期血流动力学闭环智能麻醉控制方法，包括以下步骤：s1按差分化采样策略获取围术期监测数据及输注泵运行数据；s2输入风险预测模型得到

rlow与

runs；s3根据手术阶段及风险评分确定个体化目标平均动脉压

maptarget；s4由pid控制及多重限幅生成经限幅的推荐输注速率

u′并下发；s5将新的平均动脉压作为反馈输入，回到s3至s4，构成闭环；s6并行给出补液管理建议，必要时输出补液优先标识使s4暂停上调速率。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、1. 针对肾移植这一特殊器官手术场景，构建专用的风险预测与闭环控制路径，能够更好地匹配终末期肾病及肾移植受者的特殊病理生理背景，避免直接套用一般择期手术麻醉管理策略所带来的偏差。

14、2. 采用基于受者术前基础平均动脉压的动态目标灌注压设定方法，依据手术阶段及实时风险评分动态调整修正系数

k，并使阶段上限

kmax随血流动力学不稳定风险评分

runs单调不增，从而在风险升高时自动收紧目标值，实现移植肾灌注压的个体化、风险自适应精准管理；相较于固定阈值的经验性策略，能够更有效地辅助维持移植肾灌注稳定，缩短术中低血压持续时间。

15、3. 采用具有多重安全限幅的pid闭环控制策略，并配合限幅持续异常信号、报警闭锁与人工复位确认机制，将麻醉医师从高频、重复的人工调节中解放出来，同时通过单次调节幅度、最大输注速率及多重报警阈值等约束保证用药安全，避免药物剂量异常或闭环误恢复。

16、4. 容量管理与血管活性药物闭环并行运行并通过补液优先标识进行协同，按移植肾血流开放阶段切换补液策略：开放前侧重限制性补液与电解质安全，开放后侧重维持移植肾灌注。补液优先标识机制使两条闭环路径在容量反应性阳性时不会互相对抗，从而降低低血容量及容量过负荷所致并发症的发生概率。

17、5. 本系统的硬件接口与现有肾移植手术中常用的麻醉机、监护仪、输注泵及医院信息系统兼容，并提供报警与人工接管单元，便于在临床中部署实施，临床安全性可控；最终的诊断结论与治疗决策始终由麻醉医师作出，本系统仅作为辅助决策与控制工具。