基于多参数指标的围术期麻醉深度监测系统的制作方法

1.本发明涉及监测系统技术领域，具体涉及基于多参数指标的围术期麻醉深度监测系统。


背景技术：

2.在当下临床实践中，由于临床麻醉状态大都是多种药物综合效应的结果，包括意识消失、遗忘、镇痛、肌松、抑制躯体运动、抑制心血管和内分泌系统对于手术刺激的反应，因此有效地进行麻醉监测至关重要，麻醉深度评估是麻醉领域中最具主观性，也最具争议的一个话题，镇静可以加强镇痛，镇痛也可以加强镇静，两者都会加强肌松作用，反之，肌松在一定程度上也会影响镇静和镇痛的效果，临床上可以根据患者术中的血压、心率、呼吸幅度和节律、肌肉松弛程度等表现进行综合分析和判断，理想的麻醉深度应该是保证患者术中无痛觉和无意识活动，血流动力学稳定，术后苏醒完善且无术中知晓，但是由于麻醉深度的判断受到太多因素的影响，因此，通过多种手段有效的判断麻醉深度在临床工作中十分重要。
3.申请号202110559528.2的中国专利公开了一种麻醉深度监测系统，包括微处理器、脑电信号采集模块、脑电信号处理模块、数据存储模块、电源管理模块、外接电源模块、内置电池模块、网络接口、usb接口、lcd显示模块和触摸屏模块，本发明涉及软件识别算法、信号处理和滤波技术领域。该麻醉深度监测系统，可实现通过高质量采集脑电信号，在信号传输过程中进行抗干扰处理，并通过基于脑电信号特征的滤波器进行滤波，降低外界干扰对系统的影响，满足脑电信号的高质量需求，从而给微处理系统提供稳定、高质量的脑电信号数据、以及更高的采集精度，减小对于系统计算引起的偏差，可实现通过利用共模电感抑制共模噪声的特点在差分采集电路中加入共模电感，然而，现有的监测系统主要是基于采集脑电和肌电参数生成麻醉深度指数，采集数据参数量少，在面对一些脑部受损或肌无力的患者时，仅通过采集脑电和肌电参数会导致对麻醉深度的检测不准确。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供基于多参数指标的围术期麻醉深度监测系统，以解决背景技术中不足。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于多参数指标的围术期麻醉深度监测系统，包括多参数采集模块、处理模块、对比模块以及存储模块；
6.多参数采集模块采集患者的多项特征数据，特征数据传输至处理模块处理后，传输至对比模块，对比模块对比未麻醉特征数据与麻醉特征数据，计算当前麻醉深度，最后通过存储模块存储经处理模块处理后的特征数据。
7.优选的，所述多项特征数据包括脑电特征数据、脑血氧特征数据以及瞳孔特征数据。
8.优选的，所述多参数采集模块采集患者清醒状态下的未麻醉特征数据作为第一次
特征数据，多参数采集模块采集患者麻醉状态下的麻醉特征数据作为第二次特征数据。
9.优选的，所述多参数采集模块包括脑电采集单元、脑血氧采集单元以及瞳孔图像采集单元，所述脑电采集单元用于采集患者脑电信号，脑血氧采集单元用于采集患者脑血氧数据，瞳孔图像采集单元用于采集患者的瞳孔图像数据。
10.优选的，所述脑电采集单元输入差分信号，经过一级放大处理，再经过二级放大和一个200hz的低通滤波，最后经过三级放大和一个50hz工频陷波滤波，计算公式为：
[0011][0012]
式中，wg代表滤波器截止频率，c1代表滤波电容1，c2代表滤波电容2，r1代表滤波电阻1，r2代表滤波电阻2。
[0013]
优选的，所述脑血氧采集单元用于采集接受全身麻醉的病人的清醒状态和麻醉状态的前额叶脑血氧信号。
[0014]
优选的，所述脑血氧采集单元包括以下采集步骤：
[0015]
采集患者脑血氧数据；
[0016]
对脑血氧信号进行滤波；
[0017]
利用灵敏度与特异性绘制各信号的roc曲线，得到各信号的auc值，确定目标信号；
[0018]
通过比较尤登指数确定样本熵监测阈值。
[0019]
优选的，所述瞳孔图像采集单元包括超声监测装置，超声监测装置包括头戴式安装件和两个微型超声探头，两个微型超声探头对称布置在头戴式安装件两侧，一个微型超声探头的位置对应一只眼睛，微型超声探头贴合面部并通过超声波获取瞳孔超声图像。
[0020]
优选的，所述瞳孔图像采集单元的监测包括以下步骤：
[0021]
为患者佩戴超声监测装置；
[0022]
在患者的眼皮上敷贴遮光贴，遮光贴定位超声监测装置；
[0023]
微型超声探头发射接收超声波，对左、右眼进行监测，获取瞳孔超声图像；
[0024]
微型超声探头获取的瞳孔超声图像传输给超声主机，超声主机对瞳孔超声图像进行处理，并通过显示器显示瞳孔图像、瞳孔直径实时数值、双眼瞳孔直径平均值、变化趋势图数据信息。
[0025]
优选的，所述处理模块包括脑电信号处理单元、脑血氧数据处理单元以及瞳孔图像数据处理单元，脑电信号处理单元用于处理脑电采集单元采集的脑电信号，脑血氧数据处理单元用于处理脑血氧采集单元采集的脑血氧数据，瞳孔图像数据处理单元用于处理瞳孔图像采集单元采集的瞳孔图像数据。
[0026]
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
[0027]
1、本发明通过多参数采集模块采集患者的多项特征数据，特征数据通过处理模块处理后由对比模块对比未麻醉特征数据与麻醉特征数据，从而计算当前麻醉深度，该监测系统通过对患者进行多参数采集，并在麻醉过程中，对比患者术前未麻醉特征数据以及麻醉特征数据后计算麻醉深度，系统对麻醉深度的监测精度高，从而避免麻醉深度过大对患者造成伤害或麻醉深度过小导致患者在围术期间感受到疼痛的问题发生。
[0028]
2、本发明通过高质量采集脑电信号，在信号传输过程中进行抗干扰处理，并通过
基于脑电信号特征的滤波器进行滤波，降低外界干扰对系统的影响，满足脑电信号的高质量需求，从而给微处理系统提供稳定、高质量的脑电信号数据、以及更高的采集精度，减小对于系统计算引起的偏差，可通过利用共模电感抑制共模噪声的特点在差分采集电路中加入共模电感可以很好的抑制高频高能量的传导骚扰。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明的系统模块图。
[0031]
图2为本发明监测系统的构架图。
具体实施方式
[0032]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
[0033]
实施例1
[0034]
请参阅图1所示，本实施例所述基于多参数指标的围术期麻醉深度监测系统，包括多参数采集模块、处理模块、对比模块以及存储模块；
[0035]
其中，
[0036]
多参数采集模块：用于采集患者的脑电特征数据、脑血氧特征数据以及瞳孔特征数据；
[0037]
所述多参数采集模块采集患者清醒状态下的未麻醉特征数据，然后再采集患者麻醉状态下的麻醉特征数据。
[0038]
处理模块：用于处理患者的脑电特征数据、脑血氧特征数据以及瞳孔特征数据。
[0039]
对比模块：用于对比未麻醉特征数据与麻醉特征数据，从而计算当前麻醉深度；
[0040]
存储模块：用于存储经处理模块处理后的特征数据，该监测系统通过对患者进行多参数采集，并在麻醉过程中，对比患者术前未麻醉特征数据以及麻醉特征数据后计算麻醉深度，系统对麻醉深度的监测精度高，从而避免麻醉深度过大对患者造成伤害或麻醉深度过小导致患者在围术期间感受到疼痛的问题发生。
[0041]
实施例2
[0042]
所述多参数采集模块包括脑电采集单元、脑血氧采集单元以及瞳孔图像采集单元，所述脑电采集单元用于采集患者脑电信号，脑血氧采集单元用于采集患者脑血氧数据，瞳孔图像采集单元用于采集患者的瞳孔图像数据。
[0043]
其中，
[0044]
(1)脑电采集单元输入差分信号，经过一级放大处理后，再经过二级放大和一个200hz的低通滤波，再经过三级放大和一个50hz工频陷波滤波，将脑电信号的高频部分滤掉；经过三级放大后，放大倍数为10000倍，按以下公式进行计算：
[0045][0046]
式中，wg代表滤波器截止频率，c1代表滤波电容1，c2代表滤波电容2，r1代表滤波电阻1，r2代表滤波电阻2。
[0047]
本发明实施例中，脑电波信号经过导联系统采集和传输，进入前置放大器进行放大处理，然后送入低通滤波器中进行滤波，之后送入二级放大器进行第二次放大处理，模拟信号经过二次放大之后，不同频率信号之间的区间扩大。
[0048]
其中，
[0049]
δ波信号的频率为0.5-4hz；
[0050]
θ波信号的频率为4-8hz；
[0051]
α波信号的频率为8-13hz；
[0052]
β波信号的频率为13-30hz；
[0053]
γ波信号的频率＞30hz；
[0054]
该信号强度微弱，不足以进行模数转换，需要将信号送入三级放大器进行放大，最后信号送入微控制器进行模数转换，并且在微控制器内部进行快速傅里叶变换和信号处理系统运算，最终得出镇静/意识指数(ioc1)、镇痛/疼痛指数(ioc2)、爆发抑制比(bs)、肌电指数(emg)、信号质量(sqi)和电极的阻抗值参数，快速傅里叶理论操作系统分析原始脑电信号频谱的四个不同频带能量参数：
[0055]
δ波能量比e
θ
＝ln(e
0.5-4hz
/e
0-47hz
)；
[0056]
θ波能量比e
θ
＝ln(e
4-8hz
/e
0-47hz
)；
[0057]
α波能量比ea＝ln(e
8-13hz
/e
0-47hz
)；
[0058]
β波能量比ea＝ln(e
13-30hz
/e
0-47hz
)；
[0059]
模糊模型接入四个同频带能量参数，初步计算镇痛/疼痛指数(ioc2)，校正输出系统爆发抑制比(bs)，校正模糊模型的输出fuzzy
output
，镇痛/疼痛指数(ioc2)的计算公式如下：
[0060]
镇痛/疼痛指数(ioc2)＝max(0，1-bs/30)
×
fuzzy
output
min(1，bs/30)
×
(41-0.41bs)
[0061]
将截止频率设低，一方面是滤掉高频杂波，另一方面是为了对噪声进行抑制，然后送入单片机ad进行数模转换，ad的范围是0-3.3v，经过单片机定时采样并进行滤波处理后，输入算法模型进行计算。
[0062]
通过高质量采集脑电信号，在信号传输过程中进行抗干扰处理，并通过基于脑电信号特征的滤波器进行滤波，降低外界干扰对系统的影响，满足脑电信号的高质量需求，从而给微处理系统提供稳定、高质量的脑电信号数据、以及更高的采集精度，减小对于系统计算引起的偏差，可通过利用共模电感抑制共模噪声的特点在差分采集电路中加入共模电感可以很好的抑制高频高能量的传导骚扰。
[0063]
(2)脑血氧采集单元用于采集接受全身麻醉的病人的清醒状态和麻醉状态的左右前额叶脑血氧信号。
[0064]
脑血氧采集单元采集步骤如下：
[0065]
采用nirs多参数记录器，近红外信号的采集设备由记录器和两个探头组成，每个探头包含一个光源和近端与远端两个接收器，分别距光源2cm和3cm，分别贴于病人前额距离眉心上方1cm的左侧和右侧，采样频率为10hz，选用波长为735nm和850nm的双波长的近红外光源，分别采集hb与hbo2的浓度变化信号。
[0066]
对得到的脑血氧信号进行滤波，滤波一方面是希望能够去除数据中的高频噪声，另一方面，脑血氧信号属于低频信号，应挑选脑血氧信号中反映脑神经信息的频段，所以，本实施例中选择的滤波频段为0.01-0.4hz频段。
[0067]
利用灵敏度与特异性绘制各信号的roc曲线，然后得到各信号的auc值，确定目标信号。
[0068]
通过比较尤登指数确定样本熵监测阈值，最佳阈值通过比较尤登指数(灵敏度 特异性-1)的大小确定，尤登指数越大，表明正类和负类数据的判断越准确，即说明在该阈值下的区分效果越好。
[0069]
(3)瞳孔图像采集单元包括超声监测装置，超声监测装置包括头戴式安装件和两个微型超声探头，两个微型超声探头对称布置在头戴式安装件两侧，一个微型超声探头的位置对应一只眼睛，微型超声探头贴合面部并通过超声波获取瞳孔超声图像。
[0070]
瞳孔图像采集单元的监测包括以下步骤：
[0071]
为患者戴上超声监测装置，两个微型超声探头位置分别对应左、右眼，调整微型超声探头贴合面部；
[0072]
在患者的眼皮上敷贴遮光贴，遮光贴定位超声监测装置；
[0073]
微型超声探头发射接收超声波，对左、右眼进行监测，获取瞳孔超声图像；
[0074]
微型超声探头获取的瞳孔超声图像传输给超声主机，超声主机对瞳孔超声图像进行处理，并通过显示器显示瞳孔图像、瞳孔直径实时数值、双眼瞳孔直径平均值、变化趋势图等数据信息。
[0075]
所述瞳孔超声图像的传输方式包括蓝牙、无线、有线，可通过多种方式进行数据传输。
[0076]
实施例3
[0077]
所述处理模块包括脑电信号处理单元、脑血氧数据处理单元以及瞳孔图像数据处理单元，脑电信号处理单元用于处理脑电采集单元采集的脑电信号，脑血氧数据处理单元用于处理脑血氧采集单元采集的脑血氧数据，瞳孔图像数据处理单元用于处理瞳孔图像采集单元采集的瞳孔图像数据。
[0078]
其中，
[0079]
(1)脑电信号处理单元：脑电采集单元通过专用脑电传感器将采集的到的脑电信号输入到脑电信号处理单元，脑电信号经过前置放大器进行放大处理，然后送入低通滤波器中进行滤波，之后送入二级放大器进行第二次放大处理，模拟信号经过二次放大之后，不同频率信号之间的区间扩大，由于信号强度微弱，不足以进行模数转换，需要将信号送入三级放大器进行放大，最后信号送入微控制器进行模数转换，并且在微控制器内部进行快速傅里叶变换和信号处理系统运算，最终得出镇静/意识指数(ioc1)、镇痛/疼痛指数(ioc2)、爆发抑制比(bs)、肌电指数(emg)、信号质量(sqi)和电极的阻抗值参数。
[0080]
(2)脑血氧数据处理单元：用于计算脑血氧采集单元采得的脑血氧数据在清醒与
麻醉两种状态下的样本熵，将脑血氧信号确定长度，然后组成为多维度矢量；根据相似容限，确定该维度下及更高一维度下该信号的平均相似函数，然后得到该信号的样本熵。
[0081]
(3)瞳孔图像数据处理单元：包括显示器和超声主机，微型超声探头获取的瞳孔超声图像传输给超声主机，超声主机对瞳孔超声图像进行处理，并通过显示器显示瞳孔图像、瞳孔直径实时数值、双眼瞳孔直径平均值、瞳孔直径变化趋势图等数据信息。
[0082]
实施例4
[0083]
请参阅图2所示，所述系统的软件构架包括ui层、业务层以及bsp层；
[0084]
其中，
[0085]
业务层主要任务是通信协议解析，数据转发、存储，报警系统管理，系统计时器管理等，在这一层，数据流以数据管理器这控制中心，处理数据流的解析，分发，向ui层推送刷新等；
[0086]
ui层主要与用户界面相关，实现通道显示区趋势图、波形的刷新，参数区参数值的显示，模块功能对话框，参数设置菜单。
[0087]
bsp层用于监测设备的网络通信。
[0088]
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
[0089]
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，但也可能表示的是一种“和/或”的关系，具体可参考前后文进行理解。
[0090]
本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0091]
应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0092]
本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
[0093]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0094]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0095]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0096]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0097]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0098]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。。