用于进行麻醉或镇痛镇静的设备以及操作用于进行麻醉或镇痛镇静的设备的方法
【专利摘要】本发明涉及用于进行麻醉或镇痛镇静的装置，包括用于向患者(1)静脉内给予可调节剂量的至少一种麻醉剂的剂量装置(5)，用于测量所述患者(1)呼出的气体中所述至少一种麻醉剂的浓度的测量装置(2)，用于测量所述至少一种麻醉剂对患者(1)效果的装置(4)，优选以麻醉或镇痛镇静深度的形式，以及数据处理装置(7)，所述数据处理装置(7)通过界面与剂量装置(5)、测量装置(2)和用于测量效果的装置(4)通信以在测量效果，并基于测得的所述至少一种麻醉剂的剂量、浓度和效果参数值，建立对所述患者(1)个性化的药理学模型，并使用建立的所述药理学模型计算所述至少一种麻醉剂对所述患者(1)优化的个体剂量。
【专利说明】用于进行麻醉或镇痛镇静的设备以及操作用于进行麻醉或镇痛镇静的设备的方法
[0001]本发明涉及用于进行麻醉或镇痛镇静的设备，以及操作用于进行麻醉或镇痛镇静(analgo-sedat1n)的设备的方法。
[0002]在通常的麻醉或昏迷状态下，某些身体功能被关闭，用以耐受身体上或身体中的诊断或手术干预。通常，适当麻醉的目的在于获得催眠、镇痛和肌肉放松的混合效果，从而确保患者在干预期间处于无意识的状态并不会察觉到干预，且在手术过程中他还对疼痛刺激不敏感。
[0003]在镇静镇痛的情况下，希望有阶梯式的麻醉深度，其提供了催眠和镇痛效果的组合，且没有肌肉松弛剂的效果。
[0004]为实现上述目的，麻醉师通常给予对大脑、脊髓、自主神经系统和/或神经肌肉连接处具有不同效果的麻醉药物组合。通常，例如，将用于无意识、镇静或安神(tranquiIizat1n)的镇静剂/镇静药与用于疼痛抑制的止痛剂联用。麻醉剂组中通常使用的药物是丙泊酚(活性成分:2，6-二异丙基苯酚)，而阿片类药物(如瑞芬太尼、芬太尼或吗啡)通常用作止痛剂。
[0005]对于麻醉师而言，不仅合适药物的实际选择是一个主要困难，而且这些药物的合适剂量也是困难的。在本文中，尽可能地避免剂量过量是至关重要的，因为剂量过量会导致具有潜在严重后果的不希望发生的副作用。此外，剂量过量会不必要地增加患者的总体负担并过度延长麻醉。另一方面，剂量不可过低，因为例如这会导致不充分深的麻醉，使得患者在经历干预时处于清醒状态，这会导致出现严重的精神创伤。对于诊断或侵入性手术的整个期间，必需保证合适的剂量。
[0006]确定合适剂量的问题是困难的，因为对于作用位点处给予的麻醉剂的浓度，麻醉师只能获得有限的信息。多年来在气体麻醉剂的情况下，已经知道如何测量患者呼气结束时——潮气末(end-tidal)的浓度。该测量提供了相对可靠的麻醉效果指标，其是强制性的并被麻醉师用来计量麻醉剂的供应。然而，在(非挥发性的)经静脉内给予的麻醉剂的情况下，并没有测量浓度的方法。
[0007]例如，可使用计算机辅助注射泵(祀控输注(Target Controlled Infus1n, TCI)来测量丙泊酚的剂量，其基于药代动力学数据输注药物。可基于患者的人口统计数据(如身高、体重、年龄、性别)单独计算患者血液中丙泊酚和给予的剂量之间的关系。正如目前在临床实践中发现的那样，在健康患者的情况下，储存在TCI注射泵中的药理学模型具有约20%的准确性。在具有器官功能缺陷的患者中，差异甚至更大。其他限值存在于例如肥胖患者和儿童中。因此，并基于这些模型，麻醉剂控制必然是不精确的。
[0008]因此，本发明的目的是设计和开发用于进行麻醉或镇痛镇静的设备，以及操作用于进行麻醉或镇痛镇静的设备的方法，从而实现可能的准确性提高的麻醉剂控制。
[0009]根据本发明，上述目标通过专利权利要求1的特征来实现。在这种情况下，用于进行麻醉或镇痛镇静的装置包括用于向患者经静脉内给予可调节剂量的至少一种麻醉剂的计量装置，用于测量所述患者呼出的气体中所述至少一种麻醉剂浓度的测量装置，测量所述患者中所述至少一种麻醉剂效果的装置(优选以麻醉或镇痛镇静深度的形式)，以及数据处理装置，所述数据处理装置通过界面与所述计量装置、所述测量装置和测量效果的装置通信，基于测得的参数值(所述至少一种麻醉剂的剂量、浓度和效果)生成所述患者个性化的药理学模型，从而基于该个性化药理学模型计算对于所述患者而言所述至少一种麻醉剂的优化定制剂量。
[0010]在程序方面，上述目标通过专利权利要求15的特征来实现。下文中，操作用于进行麻醉的装置的方法包括步骤:
[0011]向患者静脉内给予可调节剂量的至少一种麻醉剂；
[0012]测量所述患者呼出的气体中所述至少一种麻醉剂的浓度；
[0013]测量所述至少一种麻醉剂对所述患者的效果(优选以麻醉深度的形式)；
[0014]基于代表所述至少一种麻醉剂剂量、浓度和效果的参数或者各自测得的值，建立所述患者的定制药理学模型，以及
[0015]基于所述个性化药理学模型确定对于所述患者而言所述至少一种麻醉剂的优化剂量。
[0016]根据本发明，人们首先认识到，基于药理学模型中获得的实时或准实时数据，进行麻醉或镇痛镇静的准确性的提高是能够实现并整合的。根据本发明，通过数据处理装置，测量患者的呼出气体中麻醉剂浓度的测量装置、测量所给予麻醉剂效果(麻醉或镇痛镇静深度)的装置以及用于静脉内给予麻醉剂的计量装置互相连成网络。测量的浓度值与关于针对单个患者定制的个性化药理学模型效果的信息一起传输。优选地，所述药理学模型代表完整的ρκ/ro模型，其同时考虑了药代动力学和药效学两方面。在对患者进行干预期间，患者特异的麻醉或镇痛镇静控制可与这类针对各患者单独定制的药理学模型的计算平行地产生效果。
[0017]对于特定实施方式的内容中和可能的所述麻醉剂的确切剂量，分配系统包括计算机控制的注射泵。这使得麻醉师能够在手术期间按需确定简单和精确的麻醉剂补充。所述注射泵的特征是其在手术期间将所给予剂量的相应麻醉剂连续递送至患者并通过相应界面将数据传输至所述数据处理装置。
[0018]在一个优选实施方式中，所述测量装置在测量所述至少一种麻醉剂浓度的过程中连续工作，从而所得不连续的呼吸气流被转换为连续的采样气流，同时将后者供应至所述测量装置的传感器系统。作为呼出气体的连续检测和相应浓度测量的替代方式，也可以短的测量间隔进行测量，所述测量间隔小于60秒，理想情况下小于30秒且优选在15-25秒的范围内，从而患者约每3-5次呼吸即可提供一次包括在PK/H)模型中的当前浓度值。为获得上述短测量间隔，所述测量装置优选采用具有上游气相色谱分离柱(优选多毛细管柱)的离子迁移率谱仪的形式。所述分离柱/多毛细管柱使得呼吸气体中存在的单个组分进行初级分离，从而所述单个组分在不同时间出现在离子迁移率谱仪的漂移管中和/或具有不同的漂移时间/迁移率。因此，能够独立地测量数个不同麻醉剂的浓度，且基本上彼此间平行。
[0019]定义的呼出气体样品的排出(以其相应体积计以及以相应的呼吸相计)对于患者呼出气体的浓度测量的有效性至关重要。因此，优选地，所述离子迁移率谱仪与体积流量传感器(流量传感器)和/或与CO2传感器偶联。如此，能够根据限定的CO2含量(通过其限定具体的呼吸相(例如呼出、潮气末等)并提供至传感器系统)来提供均匀的呼吸气体体积。通过测量这类剂量回路的体积，优选在Iml至50ml之间，可测量浓度。
[0020]在一个优选实施方式中，用于测量所述至少一种麻醉剂对所述患者效果的装置包括用于导出EEG的装置，在下文中称作EEG模块。
[0021]在一个优选实施方式中，除剂量、浓度和效果参数值外，所述患者的人口统计数据也被整合至个性化ρκ/ro模型中以获得更广泛的个性化。所述患者的人口统计数据(尤其是年龄、体重、身高、性别和BMI (身体质量指数))可使用所述数据处理装置的相应输入装置手动输入或从患者数据库中直接读取到所述数据处理装置中。
[0022]根据所述患者呼出气体中测量的浓度值建立的个性化患者特异性PK/ro模型的所述至少一种麻醉剂是例如镇静剂，特别是丙泊酚。此外或或者，所述至少一种麻醉剂可包括止痛剂，尤其是阿片类药物。基于测得的浓度值和其与PK/ro模型的整合，可生成例如丙泊酚和阿片类药物之间的相互作用模型。在大多数操作干预中，除丙泊酚外，催眠的阿片类药物也被用作止痛剂，此时特别有利。通过使用这类相互作用模型，应考虑的事实是，多数止痛剂(尤其是最常用的阿片类药物)除含有止痛效果的组分外还含有催眠效果的组分。此时应注意，对于相互作用模型的产生，用于测量镇静剂和阿片类药物浓度值的时间间隔并不必需是相同的，而是实际上彼此不同。
[0023]此外，也有可能所述至少一种麻醉剂包括肌肉松弛剂，从而在个性化患者特异性ρκ/ro模型的建立中考虑患者的呼出气体中测量的浓度值。
[0024]在一个特定实施方式中，所述设备以“开环回路”系统的意义设计。为了该目的，例如，可提供显示装置，其上显示根据患者进行最优化计算所得的麻醉剂剂量以作为建议。随后麻醉师可考虑当前的整体麻醉剂情况确定是否应遵循建议并相应调节剂量。
[0025]或者，所述装置可设计为“闭环回路”系统的形式。在该变体中，麻醉剂的患者特异性优化剂量用于生成基于个性化ρκ/ro模型计算的合适的控制信号，其传输至所述计量装置用于剂量的自动调节。
[0026]在一个优选实施方式中，对所述数据处理装置设置以进行EEG模块所测量的EEG指数值和患者呼出气体中所述至少一种麻醉剂的测量浓度之间的相关性分析。
[0027]存在多种优选设计并进一步发展了本发明的教导的方式。一方面，有专利权利要求I的从属权利要求，而另一方面，有下文中参考附图的本发明优选示例性实施方式的说明。联系参考附图的本发明优选示例性实施方式的讨论，还将总体上解释优选实施方式和教导的进一步发展。附图中，
[0028]图1显示了用于根据本发明进行麻醉的装置的示例性实施方式的示意图，以及
[0029]图2显示了根据本发明的示例性实施方式建立个体患者特异性PK/H)模型的方法的示意图。
[0030]图1显示了用于进行麻醉的本发明装置的优选示例性实施方式的示意图，其可直接转换为进行镇痛镇静。显示了患者I和该装置的主要组分。具体而言，所示装置包括以具有多毛细管柱(MCC)的离子迁移率谱仪(IMS) 3的形式测量患者I的呼出气体中麻醉剂浓度的测量装置2、EEG模块8、用于向患者以TCI注射泵6的形式静脉内给予可调节剂量的治疗剂的计量装置5，以及数据处理装置7。这些模块的功能将在下文中详细描述，其中作为示例，对于所述麻醉剂而言，假设经静脉内给予的药物是丙泊酚，因为丙泊酚是目前最广泛使用的用于一般麻醉和镇静的麻醉剂。然而，以下注释可应用于其他给予的麻醉药物。具体而言，以下实施方式可应用于干预期间平行给予患者的许多不同药物，从而可在这类情况下产生单个药物的相互作用模型，从而例如描述丙泊酚与阿片类药物和/或肌肉松弛剂药物的相互作用。
[0031]IMS 2连续地或以规律间隔测量了患者I呼出的其他中当前的丙泊酚浓度。在时间偏移(temporally offset)测量中，以约30秒的最大时间间隔进行这些测量。这些短的测量间隔确保测量是准实时测量。因此，干预期间可立即在线获取测量值。
[0032]为测量丙泊酚的浓度，除MS 2夕卜，还以CO2传感器或流量传感器的形式提供了呼吸气体传感器(未显示)，并在呼气相中测量了 CO2浓度。呼吸气体传感器用于控制从呼吸气流中排出样品气体。只要所述呼吸气体传感器检测到呼气相中CO2浓度超过了第一预设值，就会开始排出样品气体。一旦CO2浓度低于第二预设值，即终止排出样品气体。如此，始终从同一限定的呼吸相中获得可重复的样品。随后将如此获得的样品加入IMS 2中以测量丙泊酚的精确浓度。
[0033]与丙泊酚的浓度测量平行，通过EEG模块4导出了患者I的EEG。EEG显示在麻醉师的相应EEG监控器上。此外，指数值(例如所谓的BIS值(双频指数监控))传输自EEG监控器并同样显示。这些EEG指数值是无量纲的且通常定义为O至100的水平并表示催眠深度的测量。
[0034]如图1所示,EEG值、测量的丙泊酹浓度以及给予患者I的丙泊酹剂量通过相应界面传输至数据处理装置7。根据本发明，基于这些值为患者I建立个性化药理学模型——PK/ro模型。基于该PK/ro模型，随后可计算出针对各患者I的优化个体丙泊酚剂量。随后，可通过相应的输出或显示装置以建议的形式使麻醉师获得以该方式进行优化的丙泊酚剂量。
[0035]或者，可建立控制回路，从而在这种情况下优化的丙泊酚剂量以相应控制信号的形式立即传输至注射泵6。
[0036]图2图示说明了根据本发明示例性实施方式建立个性化PK/ro模型。代表的示例性实施方式是基于常规的三隔室模型(three-compartment model)。到目前为止,这一类型的模型已被证明是实践中描述和解释体内发生的药代动力学过程的最佳模型。在三隔室模型的情况下，身体被分为一个中央隔室和两个平行的外周隔室(％和％)。中央隔室
从而对应于血液体积以及具有高比例心输出量的器官，尤其是大脑、心脏和肺。外周隔室中的一个(V2)对应于肌肉和其他器官，而另一个外周隔室(V3)描述了脂肪和结缔组织。此外，正在讨论的药物的消除考虑了丙泊酚是否主要经由肝通过。
[0037]常规的三隔室模型(如现有技术中已知且目前用于临床实践)的输入仅为患者的人口统计数据且通常包括年龄、体重、身高、性别和BMI。对于健康患者，这些模型导致约20%的不准确性。因此，给予的麻醉剂的剂量也是不准确的，因为所述剂量也是基于这些模型对残疾患者进行计算的。
[0038]另一方面，根据本发明的示例性实施方式，麻醉期间个体患者特异性PK/ro模型的计算不仅基于患者的人口统计数据，还基于实时或准实时测量的所给予麻醉剂的浓度水平，此外模型计算中还整合了测量的EEG指数值。如此，可进行个性化麻醉或镇痛镇静控制以提供有关当前麻醉或镇痛镇静状态的详细内容并预测其后续发展。
[0039]具体地，中央隔室的大小不仅基于患者的人口统计数据全面地确定，并且通过来自所给予麻醉剂的实际测量浓度的MS单独计算。该结果连同给予的剂量汇总至使用外周隔室V2和V3的交换过程以及消除过程的计算。基于测得的中央隔室的大小以及记录的EEG指数值，对所给予麻醉剂的效果进行建模。在一个扩充的实施方式中，对常规三隔室模型进行扩充以包括额外的隔室，用于计算个体患者特异性ρκ/ro模型。
[0040]根据本发明的一个示例性实施方式，使用了麻醉监控器以确保麻醉师提供麻醉剂以基于优化的个体患者药理学模型建立优化的麻醉或镇痛镇静控制。所述麻醉监控器可为麻醉师提供所有相关信息。因此，例如，麻醉期间测量所给予麻醉剂效果的上述EEG监控系统的网络使患者剂量反应曲线的计算成为可能。通过整合患者的供应量和人口统计数据，随后可进行关于未来过程的预测。此外，可与药理学平均值进行比较。这将允许做出以下声明，即个体患者展现出的所给予麻醉剂(尤其是丙泊酚)的代谢是正常、较快还是较慢的。着眼于麻醉师的麻醉或镇痛镇静控制的最大可能简化，以下值/参数优选显示在麻醉监控器上:
[0041]测量的丙泊酚潮气末浓度
[0042]单独计算的丙泊酚血液浓度
[0043]单独计算的丙泊酚有效浓度
[0044]丙泊酚/EEG指数值的剂量反应曲线
[0045]丙泊酚的代谢速率
[0046]可进行多种相关性分析以基于患者呼出气体中实际测量的浓度进一步优化PK/PD模型并提高其效力。因此，例如，实验室中随后测量的丙泊酚血液浓度和干预期间测量的丙泊酚潮气末浓度之间的关联性分析将提供关于汇总至该模型中的实际存在的丙泊酚血液浓度的更准确的信息。临床终点(例如意识丧失)和测量的丙泊酚潮气末浓度之间的关联性分析，以及EEG指数值和测量的丙泊酚潮气末浓度之间的关联性分析也可有助于进一步改善。
[0047]关于本发明装置的其他优选实施方式并为避免重复，参考说明书的一般部分和所附专利权利要求。
[0048]最后，明确指出本发明装置的上述示例性实施方式仅用于解释所附权利要求的教导，而非限制示例性实施方式。
[0049]标记说明
[0050]I 患者
[0051]2测量装置
[0052]3离子迁移率谱仪
[0053]4测量效果的装置
[0054]5计量装置
[0055]6 TCI 注射泵
[0056]7数据处理装置
[0057]8 EEG 模块
【权利要求】
1.用于进行麻醉或镇痛镇静的设备，包括 计量装置(5)，用于向患者(I)经静脉内给予可调节剂量的至少一种麻醉剂， 测量装置(2)，用于测定所述患者(I)的呼出气体中至少一种麻醉剂的浓度， 用于测定至少一种麻醉剂对所述患者(I)的效果的装置(4)，优选以麻醉或镇痛镇静深度的形式，以及 数据处理装置(7)，所述数据处理装置(7)通过界面与所述计量装置(5)、所述测量装置(2)和用于测定效果的所述装置(4)通信以在测得参数值的基础上建立个性化药理学模型，并基于所述建立的个性化药理学模型计算所述至少一种麻醉剂对于所述患者(I)的优化剂量，所述参数是所述至少一种麻醉剂的剂量、浓度和对于所述患者(I)的效果。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述计量装置(5)包括优选由微处理器控制的注射泵(6)。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于测定所述至少一种麻醉剂浓度的所述测量装置(2)持续工作或以小于30秒，优选15-25秒范围的测量间隔工作。
4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，所述测量装置(2)包括具有多毛细管柱的离子迁移率谱仪(3)。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述离子迁移率谱仪(3)与流量传感器或CO2传感器偶联。
6.如权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，用于测定所述至少一种麻醉剂对所述患者⑴的效果的所述装置⑷包括导入EEG的装置——EEG模块(8)。
7.如权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述患者(I)的人口统计数据可被输入至所述数据处理装置(7)中并包括在所述个性化药理学模型的建立中。
8.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一种麻醉剂包括镇静齐U，具体如丙泊酚。
9.如权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一种止痛剂包括止痛齐U，具体如阿片类药物。
10.如权利要求1-9中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一种麻醉剂包括肌肉松弛剂。
11.如权利要求1-10中任一项所述的设备，其特征在于，所述数据处理装置(7)经设置以计算给予所述患者(I)的麻醉剂和给予所述患者(I)的止痛剂之间的相互作用。
12.如权利要求1-11中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一种麻醉剂的经计算的优化剂量以给予所述患者(I)建议的形式出现在显示装置上。
13.如权利要求1-11中任一项所述的设备，其特征在于，所述数据处理装置(7)生成控制信号并将这些信号传输至所述计量装置(5)用于自动调节对所述患者(I)的所述至少一种麻醉剂的算得优化剂量。
14.如权利要求6-13中任一项所述的设备，其特征在于，所述数据处理装置(7)经设置进行所述EEG模块(8)所测EEG指数值与测得的患者(I)呼出气体中所述至少一种麻醉剂的浓度之间的关联性分析。
15.一种操作用于进行麻醉的设备的方法，所述设备具体如权利要求1-14中的任一项所述，所述方法包括以下步骤: 向患者(I)静脉内给予可调节剂量的至少一种麻醉剂； 测定所述患者(I)呼出的气体中所述至少一种麻醉剂的浓度； 测定所述至少一种麻醉剂对所述患者(I)的效果，优选以麻醉深度的形式； 基于所述至少一种麻醉剂的剂量、浓度和效果的参数或者各自的测得值，建立所述患者(I)的个性化药理学模型，以及 基于所述个性化药理学模型确定对于所述患者(I)而言所述至少一种麻醉剂的个体优化剂量。
【文档编号】A61M21/00GK104302342SQ201380024448
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】S·克罗伊尔, T·沃克, H·布辛格, J-I·鲍姆巴赫 申请人:萨尔大学, 韩国科学技术研究院欧洲研究会有限公司