一种血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质与流程

1.本发明专利涉及电子镇痛泵控制技术领域，尤其是一种血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.在手术之后，为了缓解病人的痛苦，临床一般都会通过镇痛泵静脉输注镇痛药物来达到镇痛的目的。目前，术后镇痛的静脉输注方式主要有两种:一、采用机械式镇痛泵，通过设定一个持续量缓慢地达到血药浓度后维持麻醉效果的方式来进行从始至终的镇痛；二、采用电子镇痛泵或者注射泵进行镇痛，通过设定首次量和持续量的方式来达到镇痛的效果，首次量泵入到血液以后，可以快速达到药物血药浓度，然后通过设定的持续量来进行镇痛效果的维持，直至输液结束。
3.在现有的术后镇痛领域，麻醉药剂的药物配比中主要是以舒芬太尼为主来达到镇痛效果，同时药剂的输注方式是静脉持续泵注，如果想要药物在体内达到良好的镇痛效果，主要是控制药物在体内的血药浓度值，只要靶浓度控制舒芬太尼在体内的血药浓度是一个稳定的、线性的状态，就能够达到良好的镇痛效果。
4.在持续性镇痛的过程中，患者可根据个体化疼痛耐受程度向镇痛泵发出指令，镇痛泵内置的输注智能决策规则进行三条规则判断：1.判断是否改变靶浓度；2.确定靶浓度数值变更量；3.判断预计浓度将自动降低到起始点，系统会按照输注智能决策规则确定的血浆靶浓度，由嵌入的舒芬太尼三室药代动力学模型将根据药物的代谢量，预测出维持血浆靶浓度在不同时间点所需要的药物剂量，根据患者的个性化需求，以达到稳定、线性给药的效果，直至输液结束。
5.现有技术中，通过为电子镇痛泵设定相应的参量，传输到嵌入式中控系统中进行处理，控制电机带动传动结构将药液泵出，目前主要是通过设置首次量和持续量的方式来达到持续镇痛的效果，即：在首次量泵入到血液以后，可以快速达到药物血药浓度，然后通过设定的持续量来维持镇痛的效果，直至输液结束。然而，在整个输注周期中，镇痛药持续量是保持不变的，但是随着人体生理指标的不断恢复，人的疼痛感也在不断减轻，对比输注初期的药物血药浓度，后期的血药浓度较高，这就使得镇痛过程不平稳，镇痛强度不易控制；而且，镇痛药过量也容易造成呼吸循环抑制。
6.综上所述，现有血浆靶浓度控制方法因为不能随人体疼痛感而及时控制药量注入而存在镇痛过程不平稳、镇痛强度不易控制且输注镇痛药物过量易造成呼吸循环抑制等缺陷。基于此，如何实现血浆靶浓度的智能控制是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的问题，本发明的目的是要提供一种血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质。
8.为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种血浆靶浓度控制方法，包括如下步骤：获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度；根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量；根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制；其中，所述用户需求是指增加/减少血浆靶浓度。
9.优选地，在本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法中，所述根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量的步骤包括：根据所述用户的体重，计算所述用户的体重对应体内中央室的体积；获取单次电子镇痛泵挤压液量，并根据所述单次电子镇痛泵挤压液量及待输入的镇痛药物浓度，得出单次泵出的镇痛药物的药量；根据所述用户的体重对应体内中央室的体积、单次泵出的镇痛药物的药量及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量。
10.优选地，在本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法中，所述根据所述用户的体重，计算所述用户的体重对应体内中央室的体积的步骤包括：v=0.164*体重（kg）*1000；其中，v为用户的体重对应体内中央室的体积。
11.优选地，在本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法中，所述根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率的步骤包括：将每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量与所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量进行比较，计算该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量；根据所述该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率。
12.优选地，在本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法中，在所述将每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量与所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量进行比较的步骤之前，还包括：获取每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量。
13.优选地，在本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法中，所述对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制的步骤包括：改变血浆靶浓度、血浆靶浓度数值变更量以及所述预设血浆靶浓度将自动降低的起始点。
14.本发明实施例还提供了一种血浆靶浓度控制系统，包括：获取模块，用于获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度；第一计算模块，用于根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动
力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量；第二计算模块，用于根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；控制模块，用于根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制；其中，所述用户需求是指增加/减少血浆靶浓度。
15.优选地，在本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制系统中，所述第二计算模块包括：依次连接的比较计算单元和给药频率计算单元；所述比较计算单元，用于将每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量与所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量进行比较，计算该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量；所述给药频率计算单元，用于根据所述该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率。
16.本发明实施例还提供了一种血浆靶浓度控制设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法。
17.本发明实施例还提供了 一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如如本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法。
18.从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质，包括：获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度；根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量；根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制；其中，所述用户需求是指增加/减少血浆靶浓度。
19.本发明的血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质，结合用户的体重能够智能化设定待输入的镇痛药物的维持量，进而自动提高或者降低血浆靶浓度，直至输注结束；而且，在整个输注周期中，所述待输入的镇痛药物的持续量可以随着用户需求，例如增加或者减少血浆靶浓度而不断变化，达到了镇痛过程的平稳、镇痛强度容易控制以及镇痛过程的智能控制的技术效果。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.附图1为本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制方法流程图；附图2为本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制系统的结构示意图；
附图3为本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制系统的第二计算单元的结构示意图；附图4为三室药代动力学模型；附图5为应用本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制方法进行血浆靶浓度控制的电子镇痛泵的工作原理图；附图6为应用本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制方法进行血浆靶浓度控制的电子镇痛泵的输注决策规则流程图；附图7为本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制设备的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明提供一种血浆靶浓度控制方法，如附图1所示，包括如下步骤：步骤s100：获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度；在本步骤中，所述待输入的镇痛药物可以是舒芬太尼。
24.步骤s200：根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量；步骤s300：根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；步骤s400：根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制；其中，所述用户需求是指增加/减少血浆靶浓度。
25.本发明实施例所提供的血浆靶浓度控制方法，结合用户的体重能够智能化设定待输入的镇痛药物的维持量，进而自动提高或者降低血浆靶浓度，直至输注结束；而且，在整个输注周期中，所述待输入的镇痛药物的持续量可以随着用户需求，例如增加或者减少血浆靶浓度而不断变化，达到了镇痛过程的平稳、镇痛强度容易控制以及镇痛过程的智能控制的技术效果。
26.在其中一个实施例中，本发明的血浆靶浓度控制方法，所述根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量的步骤s200可以包括：根据所述用户的体重，计算所述用户的体重对应体内中央室的体积；获取单次电子镇痛泵挤压液量，并根据所述单次电子镇痛泵挤压液量及待输入的镇痛药物浓度，得出单次泵出的镇痛药物的药量；根据所述用户的体重对应体内中央室的体积、单次泵出的镇痛药物的药量及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量。
27.在其中一个实施例中，本发明的血浆靶浓度控制方法，所述根据所述用户的体重，计算所述用户的体重对应体内中央室的体积的步骤还可以包括：
v=0.164*体重（kg）*1000；其中，v为用户的体重对应体内中央室的体积。
28.在其中一个实施例中，本发明的血浆靶浓度控制方法，所述根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率的步骤还可以包括：将每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量与所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量进行比较，计算该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量；根据所述该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率。
29.在其中一个实施例中，本发明的血浆靶浓度控制方法，在所述将每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量与所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量进行比较的步骤之前，还可以包括：获取每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量。
30.在其中一个实施例中，本发明的血浆靶浓度控制方法，所述对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制的步骤，还可以包括：改变血浆靶浓度、血浆靶浓度数值变更量以及所述预设血浆靶浓度将自动降低的起始点。
31.本发明实施例提供的血浆靶浓度控制方法，通过获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制。通过上述技术方案，本发明的血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质，能够实现镇痛过程的平稳、镇痛强度容易控制以及镇痛过程的智能控制的技术效果。
32.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种血浆靶浓度控制系统，由于该血浆靶浓度控制系统解决问题的原理与前述一种血浆靶浓度控制方法相似，因此该血浆靶浓度控制系统的实施可以参见血浆靶浓度控制方法的实施，重复之处不再赘述。
33.在具体实施时，本发明实施例提供的血浆靶浓度控制系统，如附图2所示，具体包括：获取模块100，用于获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度；第一计算模块200，用于根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量；第二计算模块300，用于根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；控制模块400，用于根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制；其中，所述用户需求是指增加/减少血浆靶浓度。
34.在其中一个实施例中，本发明的血浆靶浓度控制系统，如附图3所示，所述第二计算模块300可以包括：依次连接的比较计算单元310和给药频率计算单元320；
所述比较计算单元310，用于将每一个时间周期内电子镇痛泵输出的镇痛药物剂量与所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量进行比较，计算该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量；所述给药频率计算单元320，用于根据所述该时间周期内维持预设血浆靶浓度应需的镇痛药物剂量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率。
35.下面结合图4、图5和图6，以镇痛药物舒芬太尼为例，说明本发明的血浆靶浓度控制方法及系统所采用的脉冲挤压输注血浆靶浓度控制算法，其中，附图4为三室药代动力学模型；附图5为应用本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制方法进行血浆靶浓度控制的电子镇痛泵的工作原理图；附图6为应用本发明的其中一个实施例的血浆靶浓度控制方法进行血浆靶浓度控制的电子镇痛泵的输注决策规则流程图。首先，针对算法模型中的参数进行名词解释：kout=k12 k13 k10
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// 中央室药量的消散速率v1= 0.164 * 体重（kg） * 1000
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// 中央室的体积a1_calculation =v1*靶浓度（ng/ml）
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// 中央室能够存储的药量does= 药物浓度（ng/ml）*pump
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// 单次泵注舒芬太尼的药量sulfentany
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//舒芬太尼药物配比浓度k12= 0.35 / 60
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//中央室向二室的转运速率常数k13= 0.077 / 60
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//中央室向三室的转运速率常数k21= 0.161 / 60
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//二室向中央室的转运速率常数k31= 0.01 / 60
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//三室向中央室的转运速率常数k10 = 0.089 / 60
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//中央室的自然消散速率常数a2
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//二室存在的药量a3
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//三室存在的药量pump
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//镇痛泵单次泵液量公式 a: tut=tut ut；公式 b: ut = a1_calculation * kout
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(a2 * k21 a3 * k31) v1*靶浓度
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a1_calculation 。当系统启动后，执行步骤s1，首先在数据输入模块中输入患者体重，单位为kg，根据算法：v=0.164*体重（kg）*1000得出患者体重对应体内中央室体积；执行步骤s2，根据算法：镇痛泵一次挤压舒芬太尼药量=单次镇痛泵挤压液量*舒芬太尼药物配比浓度得出单词泵出的舒芬太尼的药量；执行步骤s3，麻醉医师根据患者的状态预设定靶浓度，单位为ng/ml；执行步骤s4，数据传输到数据处理模块中的三室药代动力学模型时，根据三室药代动力学模型计算出维持中央室设定浓度药物在体内的分布和消耗的药量后，再将结果传输到血浆靶浓度控制算法模块；执行步骤s5：血浆靶浓度控制算法模块中的定时器和比较器定时进行数据处理，将每一个时间周期内输注泵输出药物剂量与维持靶浓度所需的理论计量作比较，确定该时间周期内维持靶浓度应需的药物剂量；
执行步骤s6：动作输出模块将数据处理模块的结果处理后，得出镇痛泵单次挤压给药的频率；执行步骤s7：当药物进入患者体内产生镇痛效果后，患者可根据个体化疼痛耐受程度向输注决策规则模块发出增加血浆靶浓度的请求，输注智能决策规则模块根据患者的请求进行处理，确定是否改变靶浓度、靶浓度数值变更量、预计浓度将自动降低的起始点；执行步骤s8：输注决策规则模块会将处理后的结果反馈给数据处理模块。
36.如附图4至6所示，当执行步骤s4、s5，可以得到中央室体积、储液袋舒芬太尼药物浓度，执行s8，输注决策规则模块将处理后的血浆浓度输入数据处理模块，根据三室药代动力学模型中的公式ut=al_calculation*kout-(a2*k21 a3*k31) v1*靶浓度-al_calculation,可以得到维持靶浓度中央室所需要的的药量，执行s5在血浆靶浓度控制算法模块中控制算法模块中定时器和比较器开始工作，定时器每隔一个时间周期阶段计算一次，得到中央室所需的药量，中央室的药物需要向二室、三室分布和降解消除，随着时间的发展，中央室的药量会越来越少，每次定时计算后，就用比较器比较减少的药量是否大于镇痛泵单次的泵液量，若是小于，则进行公式：tut=tut ut的运算，将每次定时器计算后的减少的药量进行累加，若是累加药量大于等于镇痛泵单次泵液量，则动作输出模块工作开始，镇痛泵形成一次挤压动作，向人体内进行药物输注，完成输注后，定时器清零，然后重新计算，如此进行下去，循环往复，可以持续维持血浆浓度的靶浓度，以此达到对血浆靶浓度的智能控制，同时实现镇痛过程的平稳、镇痛强度容易控制的技术效果。
37.相应地，本发明实施例还提供了一种血浆靶浓度控制设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法。
38.关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
39.相应地，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如如本发明实施例提供的上述血浆靶浓度控制方法。
40.关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
41.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统、设备、存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
42.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
43.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执
行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（ram）、内存、只读存储器（rom）、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
44.本发明实施例所提供的一种血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质，包括：获取用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度和预设血浆靶浓度；根据所述用户的体重信息、待输入的镇痛药物浓度及三室药代动力学模型，计算维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量；根据所述维持所述预设血浆靶浓度的镇痛药物在体内的分布和消耗的药量，计算所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率；根据所述预设血浆靶浓度和用户需求，调整所述电子镇痛泵单次挤压给药的频率，对所述电子镇痛泵的血浆靶浓度进行智能控制；其中，所述用户需求是指增加/减少血浆靶浓度。
45.本发明的血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质，结合用户的体重能够智能化设定待输入的镇痛药物的维持量，进而自动提高或者降低血浆靶浓度，直至输注结束；而且，在整个输注周期中，所述待输入的镇痛药物的持续量可以随着用户需求，例如增加或者减少血浆靶浓度而不断变化，达到了镇痛过程的平稳、镇痛强度容易控制以及镇痛过程的智能控制的技术效果。
46.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
47.以上对本发明所提供的血浆靶浓度控制方法、系统、设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。