本發(fā)明公開了一種實時準(zhǔn)確監(jiān)測平衡麻醉狀態(tài)下，病人呼出氣中麻醉藥物濃度的技術(shù)，尤其涉及一種在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷濃度的簡易系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

理想的麻醉既要保證患者在手術(shù)中的安全性，也要注重病人術(shù)后的舒適度和恢復(fù)。然而，臨床并沒有某一種麻醉劑能夠同時滿足以上需求，因此，醫(yī)學(xué)界提出了“平衡麻醉”的概念，綜合使用麻醉藥物以達到較好的麻醉效果。

目前，在手術(shù)過程中最普遍使用的“平衡麻醉”是異丙酚和七氟烷的混合。在混合使用異丙酚和七氟烷對病人進行麻醉維持的過程中，精確控制麻醉劑的使用量對于手術(shù)的順利進行以及患者的安全具有十分重要的意義?；诖耍景l(fā)明設(shè)計了在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷濃度的簡易裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種供臨床使用的在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷的簡易裝置及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷濃度的簡易裝置，包括：吸附管、虛擬傳感器陣列、檢測模塊、真空泵和控制器；所述吸附管內(nèi)填充tenax-ta，中間留有氣流通道，吸附管兩端與電壓源相連，入口與呼氣管相連；所述虛擬傳感器陣列包括石英片和貼覆在石英片下表面的恒溫模塊，所述石英片上刻凹槽通路，石英片上表面覆蓋密閉板；所述凹槽通路表面應(yīng)用膜技術(shù)，鍍上一層分離揮發(fā)性有機物的膜，凹槽通路入口處連接吸附管的出口，凹槽通路出口處連接檢測模塊；所述檢測模塊包含噴頭、噴頭套子和saw檢測平臺；所述噴頭的頂部為圓錐體，中間部分為圓柱體，底部為支架板，中軸線上設(shè)有貫穿整個噴頭的氣流通道；所述噴頭的圓柱體部分的底部開有兩個凹槽，分別放置加熱棒和pt100；所述噴頭套子的上端為支架板，下端為圓環(huán)柱，圓環(huán)柱內(nèi)圓的直徑與噴頭的頂部圓錐體的底面直徑大小相等，圓環(huán)柱的底部與saw檢測平臺相連；所述圓環(huán)柱內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，側(cè)方開口抽氣口，抽氣口與真空泵相連；所述saw檢測平臺包括saw傳感器聲(表面波傳感器)、溫度控制模塊和pt100；所述噴頭的支架板和噴頭套子的支架板固定連接，噴頭的頂部圓錐體插入噴頭套子的圓環(huán)柱內(nèi)，正對saw傳感器；所述控制器控制吸附管的溫度、虛擬傳感器陣列的溫度、檢測模塊的溫度以及數(shù)據(jù)的接收。

一種利用上述裝置在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷濃度的方法，該方法包括以下步驟：

(1)麻醉病人進入被動呼吸時，將吸附管的一端連接在病人呼氣管上；監(jiān)測開始時，控制器設(shè)定好虛擬傳感器陣列和檢測模塊的溫度；

(2)裝置達到預(yù)設(shè)溫度時，真空泵開始工作，吸附管在常溫下吸附物質(zhì)，保持一定時間的吸附；吸附結(jié)束后，采用直流穩(wěn)壓源在吸附管兩端施加電壓，使其在極短時間內(nèi)將吸附管加熱至較高溫度以快速脫附物質(zhì)；吸附管在閃蒸結(jié)束后恢復(fù)常溫的吸附狀態(tài)，如此循環(huán)，直至手術(shù)結(jié)束；

(3)解脫附后的氣體組分進入虛擬傳感器陣列中分離，分離后的組分流入檢測模塊，檢測模塊的saw傳感器對不同物質(zhì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)；saw傳感器通過與標(biāo)準(zhǔn)振蕩器頻率進行相同時間內(nèi)計數(shù)值對比計算出saw的混頻信號，通過混頻信號得到異丙酚和七氟烷的濃度。

本發(fā)明的有益效果是：通過真空泵引導(dǎo)氣流流向形成檢測氣路，相比于需要依賴于載氣吹掃的檢測氣路，本發(fā)明裝置耗材減少，裝置體積減小，使用方便。通過對吸附管的交替加熱和冷卻，從而使得呼出氣中的揮發(fā)性有機物在管子中吸附和脫附，相比于需要六通閥切換的檢測氣路，本發(fā)明大大節(jié)約了成本。本發(fā)明彌補了臨床麻醉檢測的匱乏，通過在線監(jiān)測患者的呼出氣體來獲得麻醉過程的異丙酚和七氟烷的濃度。本發(fā)明裝置簡單快捷，依賴于真空泵的工作，使得檢測氣室處于真空狀態(tài)，從而控制氣路氣體分子的流向。本發(fā)明虛擬傳感器陣列用于分離氣體樣品的成分，使呼出氣中的七氟烷和異丙酚在不同時間進入傳感器檢測，使得單個傳感器能檢測多種物質(zhì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷簡易裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是石英片凹槽結(jié)構(gòu)圖；

圖3(a)是檢測模塊的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖3(b)是檢測模塊的分解圖；

圖3(c)是檢測模塊噴頭的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明應(yīng)用于臨床手術(shù)中七氟烷和異丙酚的濃度隨時間變化曲線圖；

圖中：吸附管1、虛擬傳感器陣列2、檢測模塊3、真空泵4、控制器5、凹槽通路21、石英片22、噴頭31、噴頭套子32、saw檢測平臺33、抽氣口34。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作詳細描述，但并不是限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷濃度的簡易裝置，包括：吸附管1、虛擬傳感器陣列2、檢測模塊3、真空泵4和控制器5；所述吸附管1內(nèi)填充tenax-ta，中間留有氣流通道，吸附管1兩端與電壓源相連，入口與呼氣管相連。

如圖2所示，所述虛擬傳感器陣列2包括石英片22和貼覆在石英片22下表面的恒溫模塊，所述石英片22上刻凹槽通路21，石英片22上表面覆蓋密閉板；所述凹槽通路21表面應(yīng)用膜技術(shù)，鍍上一層分離揮發(fā)性有機物的膜，凹槽通路21入口處連接吸附管1的出口，凹槽通路21出口處連接檢測模塊3。

如圖3(a)、3(b)所示，所述檢測模塊3包含噴頭31、噴頭套子32和saw檢測平臺33；所述噴頭31的頂部為圓錐體，中間部分為圓柱體，底部為支架板，中軸線上設(shè)有貫穿整個噴頭的氣流通道；所述噴頭31的圓柱體部分的底部開有兩個凹槽，分別放置加熱棒和pt100，如圖3(c)所示；所述噴頭套子32的上端為支架板，下端為圓環(huán)柱，圓環(huán)柱內(nèi)圓的直徑與噴頭31的頂部圓錐體的底面直徑大小相等，圓環(huán)柱的底部與saw檢測平臺33相連；所述圓環(huán)柱內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，側(cè)方開口抽氣口34，抽氣口34與真空泵4相連；所述saw檢測平臺33包括saw傳感器聲(表面波傳感器)、溫度控制模塊和pt100；所述噴頭31的支架板和噴頭套子32的支架板固定連接，噴頭31的頂部圓錐體插入噴頭套子32的圓環(huán)柱內(nèi)，正對saw傳感器；所述控制器5控制吸附管1的溫度、虛擬傳感器陣列2的溫度、檢測模塊3的溫度以及數(shù)據(jù)的接收。

進一步地，所述吸附管1內(nèi)填充tenax-ta，在常溫下吸附，在閃蒸條件下脫附。本裝置在極短時間內(nèi)將吸附管1加熱至較高溫度以快速脫附物質(zhì)。閃蒸的時間足夠短，能保證吸附管1的物質(zhì)幾乎同時進入虛擬傳感器陣列分離，減小誤差。所述吸附管1在管溫度冷卻為常溫時，吸附管1會吸附患者呼出氣體中的水分和揮發(fā)性有機物，從而減少患者呼出氣中的水分對實驗結(jié)果的影響。本裝置對吸附管1交替加熱和冷卻，可重復(fù)使用。

進一步地，所述虛擬傳感器陣列2通過石英片22受熱，所需的電流較小，系統(tǒng)更安全，本裝置在實際使用中凹槽通路21的路徑長度約1～2米?？紤]所需要檢測目標(biāo)物質(zhì)的極性，虛擬傳感器陣列2在實際使用中，其凹槽通路21表面鍍上了一層聚二苯基二甲基硅氧烷，用于分離物質(zhì)。

進一步地，所述檢測模塊3的噴頭31和噴頭套子32形成密閉氣室，與真空泵4相連。真空泵4工作時，檢測氣室處于真空狀態(tài)，使得虛擬傳感器分離后的氣體組分進入檢測氣室。

進一步地，樣品分離后的組分流入傳感器室后容易沉積在saw傳感器表面。通過沉積物質(zhì)的質(zhì)量變化引起傳感器振蕩頻率變化來檢測物質(zhì)。傳感器振蕩頻率的變化是通過混頻的方法提取變化量的，因為saw本身的振蕩頻率太高不易進行精確測量，并且頻率變化量不是頻率絕對值本身表征物質(zhì)沉積量。saw傳感器通過與標(biāo)準(zhǔn)振蕩器頻率進行相同時間內(nèi)計數(shù)值對比計算出saw的混頻信號，混頻信號傳送至上位機。

進一步地，所述saw傳感器下方設(shè)置半導(dǎo)體溫控片。所述半導(dǎo)體溫控片利用半導(dǎo)體peltier效應(yīng)，即當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)而成的電偶時，在電偶兩端分別吸收和放出熱量，電流方向變化后，吸收和放出熱量端交換。因此可以通過控制電流方向控制制冷片對saw傳感器氣室進行加熱和降溫。

一種利用上述裝置在線監(jiān)測異丙酚和七氟烷濃度的方法，該方法包括以下步驟：

(1)麻醉病人進入被動呼吸時，將吸附管1的一端連接在病人呼氣管上；監(jiān)測開始時，控制器5設(shè)定好虛擬傳感器陣列2和檢測模塊3的溫度；虛擬傳感器陣列：40℃，saw傳感器：30℃。

(2)裝置達到預(yù)設(shè)溫度時，真空泵4開始工作，吸附管1在常溫下吸附物質(zhì)，保持20s的吸附時間；20s后，給吸附管1兩側(cè)施加5v，額定電流40a的直流穩(wěn)壓電壓，在50ms內(nèi)將吸附管1加熱至250℃以快速脫附物質(zhì)；吸附管1在閃蒸結(jié)束后恢復(fù)常溫的吸附狀態(tài)，如此循環(huán)，直至手術(shù)結(jié)束；

(3)解脫附后的氣體組分進入虛擬傳感器陣列2中分離，分離后的組分流入檢測模塊3，檢測模塊3的saw傳感器對不同物質(zhì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)；saw傳感器通過與標(biāo)準(zhǔn)振蕩器頻率進行相同時間內(nèi)計數(shù)值對比計算出saw的混頻信號，通過混頻信號得到異丙酚和七氟烷的濃度。

實施例：

手術(shù)開始前，給病人注射2mg/kg(患者體重)劑量的異丙酚來麻醉誘導(dǎo)，一段時間后，病人血液中的異丙酚濃度降低，為維持麻醉深度，開始混合使用七氟烷和異丙酚。本裝置以60s為一個周期不斷采集病人呼出氣體中的兩種藥物濃度，如圖4是本發(fā)明應(yīng)用于臨床監(jiān)測手術(shù)中，一個周期內(nèi)七氟烷和異丙酚的濃度隨時間變化曲線圖。從圖中，我們可以明顯看到七氟烷和異丙酚的響應(yīng)曲線，表明本發(fā)明可用于臨床在線監(jiān)測呼出氣中的異丙酚和七氟烷濃度。