醫(yī)生在進(jìn)行手術(shù)時(shí)通常會(huì)使用麻醉藥物,，以阻斷病人的疼痛或憂慮等所有知覺(jué),。根據(jù)手術(shù)的種類而定,，病人會(huì)接受局部,、脊椎或全身性的麻醉。使用局部或脊椎麻醉時(shí),，只有手術(shù)部位會(huì)被麻醉,，病人還是會(huì)保持部分的知覺(jué)，而全身麻醉則會(huì)讓病人失去意識(shí),，在手術(shù)時(shí)進(jìn)入癱瘓狀態(tài),。

全身麻醉的藥物會(huì)產(chǎn)生 3 種反應(yīng)：催眠狀態(tài)，可以使病人無(wú)意識(shí)并沈睡,；痛覺(jué)缺失,，可以阻斷疼痛的知覺(jué)；放松，以避免多余的肌肉運(yùn)動(dòng),。醫(yī)生開始手術(shù)之前,，麻醉醫(yī)師會(huì)選擇適當(dāng)?shù)乃巹赃_(dá)到上述 3 種反應(yīng),。在手術(shù)過(guò)程中,，麻醉醫(yī)師必須管理施打的藥劑量，這會(huì)占據(jù)他們 20% 以上的時(shí)間,。

McSleepy 帶領(lǐng) LabVIEW 進(jìn)入手術(shù)室

為了減少麻醉醫(yī)師花在施打麻醉藥劑上的時(shí)間,，使其能有更多時(shí)間關(guān)注手術(shù)的其他層面，我們這個(gè)由 McGill 大學(xué)的麻醉醫(yī)師與生物醫(yī)療工程師所組成的小組,，發(fā)展了 1 套自動(dòng)麻醉系統(tǒng)的原型,。這套系統(tǒng)之所以叫做「McSleepy」是因?yàn)闊衢T的電視影集《實(shí)習(xí)醫(yī)生》中有 2 位醫(yī)生名叫 McDreamy 及 McSteamy，本系統(tǒng)的目的是要協(xié)助麻醉醫(yī)生,，而非取代他們,。此外，McSleepy不是設(shè)計(jì)來(lái)超越麻醉醫(yī)師的能力,，但是若需要的話是能做到的,。

McSleepy 是 1 套閉環(huán)控制系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)控病人手術(shù)時(shí)的知覺(jué)深度,、疼痛程度與肌肉運(yùn)動(dòng),，并根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，透過(guò)靜脈注射適當(dāng)?shù)乃幜?。麻醉醫(yī)師使用 McSleep 時(shí)要先打點(diǎn)滴，然后運(yùn)用傳感器量測(cè)病人的肌肉運(yùn)動(dòng),，之后輸入病人的數(shù)據(jù),，包括年齡、身高,、體重與性別,；進(jìn)行的手術(shù)種類；麻醉醫(yī)師對(duì)病人的藥量是否有任何特殊要求,。

系統(tǒng)開始施打藥物之后,，便會(huì)透過(guò) 1 種數(shù)學(xué)表達(dá)式，以每分鐘為單位監(jiān)控并控制藥量,，這種表達(dá)式是我們使用 LabVIEW 圖形程序軟件開發(fā)出來(lái)的,。病人的數(shù)據(jù)會(huì)顯示在 1 個(gè)圖形使用接口上，這也是我們使用 LabVIEW 開發(fā)的,，這樣一來(lái)麻醉醫(yī)師就可以看到病人對(duì)于 McSleepy 施打的麻醉劑有何反應(yīng),。使用 LabVIEW 開發(fā)圖形使用接口，我們整合了熟悉的圖形元素,，例如長(zhǎng)得像里程計(jì)與溫度計(jì)的調(diào)節(jié)器,，以及透過(guò)畢斯腦波指數(shù)用色碼來(lái)追蹤病人的知覺(jué)程度,。我們也使用自創(chuàng)的「痛覺(jué)缺失分?jǐn)?shù)表」 (Analgoscore) 來(lái)追蹤病人的疼痛程度。

設(shè)計(jì) McSleepy 成為安全聰明的系統(tǒng)

為了避免 McSleepy 故障時(shí)會(huì)給病人太多或太少的藥物,，我們?cè)陂]回路控制系統(tǒng)中建造了多重安全機(jī)制,。首先，麻醉醫(yī)師可以手動(dòng)取消系統(tǒng)的任何運(yùn)作,。例如,，如果有個(gè)傳感器不再傳輸信號(hào)給計(jì)算機(jī)時(shí)，機(jī)器就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入基本的手動(dòng)模式,。機(jī)器在手術(shù)期間每隔 15 分鐘便會(huì)計(jì)算病人接收的平均藥量,。如果系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題時(shí)，它可以施打平均藥量,，讓病人保持沈睡無(wú)痛的狀態(tài),，直到問(wèn)題排除或是麻醉醫(yī)師接手為止。

此外,，如果麻醉醫(yī)師用半自動(dòng)模式操作系統(tǒng),，以手動(dòng)輸入藥量時(shí)，當(dāng)輸入發(fā)生問(wèn)題時(shí),，譬如不小心把某種藥量輸入得太高,。那么機(jī)器會(huì)發(fā)出警告說(shuō)藥量太高。

McSleepy 的另 1 項(xiàng)特點(diǎn)是我們使用人工智能來(lái)設(shè)計(jì)程序,。這臺(tái)機(jī)器可以學(xué)習(xí)醫(yī)生的偏好及各種手術(shù)的時(shí)間長(zhǎng)度等事情,。只要 1 位醫(yī)生在同樣的手術(shù)中使用 McSleepy 達(dá) 20 次，它就能認(rèn)得模式,。同時(shí),，每次手術(shù)結(jié)束后，McSleepy都會(huì)儲(chǔ)存趨勢(shì)數(shù)據(jù),。一般來(lái)說(shuō),，因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)器是結(jié)合了人工智能與人力輸入的閉回路控制系統(tǒng)，所以其實(shí)會(huì)比只有 1 位麻醉醫(yī)師施打麻藥還來(lái)得安全,。

使用 LabVIEW 開發(fā)閉回路控制系統(tǒng)的好處

當(dāng)工程師與科學(xué)家希望以最快的速度將新創(chuàng)意運(yùn)用于臨床試驗(yàn)上,，他們需要使用便利的程序語(yǔ)言，用最少的時(shí)間獲得最大的功效,，而 LabVIEW 是最能滿足這項(xiàng)目的的工具,，因?yàn)橛眠@種圖形化的環(huán)境進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，會(huì)比使用其他困難的語(yǔ)言 (C+ 或 Java) 來(lái)得容易,。

再者,，使用LabVIEW 開發(fā)圖形使用接口還能解決大多數(shù)閉回路控制系統(tǒng)的共通問(wèn)題，那就是缺乏用戶接口，用戶無(wú)法看到現(xiàn)況的進(jìn)展,。McSleepy不是神秘的黑盒子,，其與人的互動(dòng)性對(duì)于麻醉醫(yī)師來(lái)說(shuō)很重要，這也是為何他們喜歡這套系統(tǒng)的緣故,。醫(yī)師可以輕松監(jiān)控藥量,，需要時(shí)可隨時(shí)改變。事實(shí)上,，在 2009 年 1 月召開的麻醉技術(shù)協(xié)會(huì) (Society for Technology in Anesthesia) 年度會(huì)議中,，麻醉醫(yī)師會(huì)員頒發(fā)了技術(shù)創(chuàng)新卓越獎(jiǎng) (Excellence in Technology Innovation Award) 給 McSleepy 的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。

我們一開始就使用 LabVIEW 的原因是希望創(chuàng)造出美觀又好用的畫面,。其用戶接口是如此的單純,，所以手術(shù)室里的麻醉醫(yī)師與外科醫(yī)師都能看懂 McSleepy 上的數(shù)據(jù)。整體而言,，LabVIEW 的好處就是使用便利,，而且能創(chuàng)造絕佳的圖形化接口。

McSleepy 的未來(lái)發(fā)展

我們受到 2009 年 NI 「醫(yī)療儀器機(jī)械贊助計(jì)劃」 (Medical Device Grant Program) 的贊助,，升級(jí)到 LabVIEW 8.6 平臺(tái),，讓我們能將 McSleepy 的接口放到 PDA 上。如此一來(lái),，麻醉醫(yī)師便能以遠(yuǎn)距方式控制,、監(jiān)控并記錄病人的情況。這是很重要的一點(diǎn),，因?yàn)樵S多國(guó)家缺乏麻醉醫(yī)師這樣的?？漆t(yī)生，而且未來(lái)麻醉醫(yī)師可能會(huì)需要同時(shí)照顧好幾位病人,。

我們目前擁有功能齊全的 McSleepy 原型,，這是由現(xiàn)成的硬件與利用 LabVIEW 開發(fā)的專利表達(dá)式組合而成。我們打算使用現(xiàn)有的原型,，找出適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ?5 年內(nèi)上市。本計(jì)劃包含獲取資金以進(jìn)行更多研究,，以改良并商業(yè)化這套系統(tǒng),，并尋求加拿大衛(wèi)生部與美國(guó)食品藥物管理局的審核。