一体化智能麻醉机器人的制作方法

本实用新型涉及医用器械，尤其是涉及一种体积小、移动方便,能模仿麻醉医生对于术中突发情况做出判断与处理的一体化智能麻醉机器人。

背景技术：

在全身麻醉过程中，要做到安全合理的麻醉，麻醉深度监测与调控很重要。麻醉深度应该包括镇静、镇痛、肌松等三个方面，因此，镇静、镇痛和肌松三部分的监测应该是围麻醉期麻醉深度监测的主要内容,最近几年在麻醉深度的监测方面取得了很大进步，脑电双频指数反馈调控下靶控制输注用于全麻手术，通过BIS监测指导术中控制不同的麻醉深度；通过肌松监测仪了解应用肌松药后机体神经肌肉传递功能的阻滞程度和恢复状况，从而降低术后因肌松作用残留而引起的各种严重并发症的发生率、提高肌松药临床应用的安全性和合理性；通过心率变异性分析(HRV)来判断伤害性刺激对自主神经系统(ANS)的影响，从而预测机体对伤害性刺激的反应,该系统产生的参数定义为镇痛一伤害性刺激指数.由于临床环境的复杂性和患者个体的差异性，即使是临床技能高超和经验丰富的麻醉医生也难免发生给药过多而导致心血管或神经损伤等事件，或是药物不足而发生术中知晓，这是由于麻醉机与监护仪数据兼容性差，很多操作仍然停留在人工控制阶段，麻醉医师通过观察病人在手术过程中的麻醉深度，然后结合自己的临床经验调整麻醉药物的泵注浓度，这种方式也就是我们经常提到的开环TCI系统，目前由于 BIS、TOF、ANI监测均独立配置，医疗资源并没有很好的整合到一起实现信息自动反馈与互通，由于各种监护连接线错综交杂，手术室空间浪费大，整体使用成本高，目前国内大多数医院采用的这种模式限制了智能化麻醉机器人在临床中的拓展与研发，繁杂的围术期管理也导致麻醉医生的工作压力日益增大，麻醉医师发生猝死的惨剧屡见报道，因此从目前实际出发，设计一款具有高度智能化、自动化程度高的麻醉控制系统及闭环反馈监护系统具有重要的理论与实际意义。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺点，本实用新型目的在于提供一种体积小、移动方便，能模仿麻醉医生精准管理病人，特别是对于术中麻醉突发情况做出判断处理的一体化智能麻醉机器人。

本实用新型通过以下技术措施实现的，一种一体化智能麻醉机器人，包括机体和连接在机体上的机械臂；所述机体包括中央分析处理模块，受控于中央分析处理模块的输出控制模块、显示输出管理模块、安全报警模块及应急模块，还包括将数据发送给中央分析处理模块的信息输入及收集模块；所述机体上设置有一显示屏，所述显示屏上由显示输出管理模块控制其同步显示一个或多个监控画面。

作为一种优选方式，所述信息输入及收集模块包括一般信息的输入装置和术中信息收集装置。

作为一种优选方式，所述一般信息的输入装置包括用于输入基本信息的输入装置和设置在机体或机械臂上的红外线脸谱识别装置，所述基本信息包括年龄、性别、身高、体重，所述输入装置为键盘输入装置或读取患者手腕带上条形码的条形码读取器。

作为一种优选方式，述术中信息收集装置包括呼吸信息收集装置及麻醉深度监测信息收集装置。

作为一种优选方式，所述呼吸信息收集装置及麻醉深度监测信息收集装置与中央分析处理模块通过无线模块连接。

作为一种优选方式，所述呼吸信息收集装置包括气体流量传感器、呼吸回路压力传感器和氧气浓度传感器。

作为一种优选方式，所述输出控制单元控制麻醉机上进气驱动电磁阀和排气电磁阀的工作频率，用于实现麻醉机的呼吸动作；所述输出控制单元控制置于麻醉机侧边的TCI靶控泵，用于实现麻醉深度的有效调控。

作为一种优选方式，所述机械臂前端设置有红外线脸谱识别装置。

作为一种优选方式，所述机械臂中间部分内活动嵌置有一副臂。

作为一种优选方式，所述机械臂上设置有两个摄像头与两个红外线探测仪，分别位于机械臂的中段和机械臂的手指前端。

本实用新型的机体内设置有信息输入及收集模块、中央分析处理模块、输出控制模块、显示输出管理模块和安全报警及应急模块，在机体侧面设置有机械臂，机械臂在机体上设置有显示屏。从而能实时在显示屏上显示监测到麻醉机呼吸回路的压力、病人的呼吸频率、氧气含量、潮气量等参数，及时反馈给麻醉医师正确的信息；通过收集各项参数(包括机械臂收集的临床场景)进行综合判断控制麻醉的实时状态，并提示下一步的处理方案，以实现麻醉的最优化管理和自动控制，并模仿麻醉医生对于术中突发情况做出判断并处理。本实用新型设计为类似于一个具备移动功能的“集装箱”，体积小、移动方便，对于手术室外的麻醉及无法脱管的转诊病人的安全保障方面也可起到独特的作用。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的主视图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。

一种一体化智能麻醉机器人，参考图1和图2，包括机体2和连接在机体2 上的机械臂3；所述机体2包括中央分析处理模块，受控于中央分析处理模块的输出控制模块、显示输出管理模块、安全报警模块及应急模块，还包括将数据发送给中央分析处理模块的信息输入及收集模块；所述机体2上设置有一显示屏1，所述显示屏1上由显示输出管理模块控制其同步显示一个或多个监控画面。

本智能麻醉机器人设计为一个整体的闭环输注系统，注射泵5是麻醉药物与麻醉深度调控的桥梁，本产品将目前大多数医院麻醉机外围的设备如脑电双频指数(BIS)、四个成串刺激(TOF)、伤害性刺激平衡指数(ANI)、心电图(EKG)等整合到一起，内置于麻醉机器人系统内，并通过有线或无线方式连接，以麻醉深度监测(BIS、TOF、ANI)为轴心，将病人的基础数据信息及术中生命体征变化的数据信息整合到一起，共同输入麻醉机的中心控制系统通过电脑分析，类似于人的大脑一样，将最终的输出信息传递给执行单位：TCI泵及麻醉机控制系统，由此而形成一套集麻醉深度监测、自动分析、反馈调控的麻醉闭环控制软件。本机器人在智能化、集成化、高效化等方面均有所改进，主控硬件系统包括5个部分：信息输入及收集模块、中央分析处理模块、输出控制模块、显示输出管理模块、安全报警及应急模块。

1.信息输入及收集模块

1)一般信息的输入包括患者的基本信息如年龄、性别、身高、体重，患者的基本信息的输入只需要麻醉医师输入住院号或者手腕带上的条形码即可以自动生成，信息核对的第二个保险锁是麻醉机侧边的机械臂，可在机械臂的前端安装有红外线脸谱识别及智能语音系统，病房在办理住院手续时即可录入病人相关脸谱信息，机械臂的智能语音系统在脸谱核对无误后将给出关怀性的安慰语句：“您好，请不要紧张！”“祝您早日康复！”，这样麻醉医师在手术前只需要对基本信息及手术方式再次核实即可，麻醉机相关显示模块界面将会自动核实信息，并提示建议麻醉选择方案、用药方案。(诱导、维持初始剂量)，当然，对于头面部外伤手术，术前已实施备皮或包扎引流的病人，脸谱识别系统可能还存在一定的局限性。

术中收集信息包括两部分：呼吸方面及麻醉深度监测数据收集。

1)呼吸方面的信息收集主要是气体流量、呼吸回路压力与浓度信息的收集。

①气体流量信息的收集：在麻醉机监测的信号中，气体流量，是最主要的工作参数之一.只有流量的准确测量，才可以得到准确的潮气量、分钟通气量、呼吸波形等。

②呼吸回路压力的采集：呼吸回路压力直接关系到病人的安全，只有压力传感器的精度及其性能达到一定的要求，才可能正确及时的反映呼吸回路压力，麻醉机中央控制器可能根据此值进行相应的调节，在缺氧或断氧的情况下，呼吸回路压力的压力将会发生改变，管路监测数据将会及时准确传送给控制中心以尽快启动应急模块。

③氧气浓度采集：氧气传感器的选择尤为重要，氧气浓度的大小直接关系到病人的安全.它是麻醉机重要的监测参数之一。

2)麻醉深度相关指标的监测数据收集：除术中基础生命体征的监测外 (HR、T、SP0₂、R、BP、PetCO₂等，特殊手术术中监测PWCP、CVP)，麻醉深度相关指标的监测数据收集自然是输入信息的重点，术中通过脑电双频指数反馈调控下靶控输注，通过BIS监测指导术中控制不同的麻醉深度；通过肌松监测仪了解应用肌松药后机体神经肌肉传递功能的阻滞程度和恢复状况，通过心率变异性分析(HRV)判断伤害性刺激对自主神经系统(ANS)的影响，从而预测机体对伤害性刺激的反应。该系统产生的参数定义为镇痛一伤害性刺激指数，这些数据将快速传送给中央处理模块，本麻醉系统也可以吸纳机械臂提供的摄像数据传送给中央控制模块，中央控制模块根据数据综合分析并按照设定值计算出所各数据端口合适的调节值。

2.中央分析处理模块

它相当于本款智能麻醉机器人的“大脑”，主要实现整体的控制及管理功能.它把采集到的信号进行相应的逻辑处理和数模转化，再根据处理后的结果进行控制；使进气阀和排气阀配合动作，通过将实时监测到的血浆浓度或用适当的参数(如BIS、TOF、ANI数值)等指标进行反馈，自动调整输注速度，使药物浓度在设定的范围内波动。实现对病人的呼吸控制和麻醉深度控制。当相关参数超出预设的极限值时.及时的输出报警信号。

中央分析处理模块建立了一个关于麻醉临床路径及专家应急处置系统，该系统把麻醉领域的专家和学者的实际经验都聚合在一起，并且通过数学模型将其理论化和系统化，不但对一些危险事件提示,还与临床路径系统衔接提供临床决策支持功能,体现在术前可根据获得的患者信息、实验室检查信息等,主动帮助医生决策检查项目、采用何种麻醉方法、筛选出合适的麻醉药物、提醒麻醉中的注意事项、甚至在术中可以连直接接到通过搜索引擎查询相关的信息。

中央分析处理模块的另一个数据库是该中心结合机械臂前端的的无线摄录传输部件，或者外置于普通手术无影灯的独立摄录系统将每一个术者的手术过程摄像储存并按病种及手术类型分类，每一种术式达到一定数量后，中央处理系统将会进行数据分析并释放记忆功能，麻醉医师只需将手术医师操作刺激强度较大的关键节点的提前做出标识以提示麻醉机器人，麻醉机器人便可以同时结合心率变异性分析(HRV)判断伤害性刺激对自主神经系统 (ANS)的影响，从而通过TCI泵注调控麻醉深度，为了验证及减少麻醉医生输入信息的干扰，该机器人可以结合病种、手术医生、手术方式、手术过程等信息实施多数据、大样本记忆、分析，优化麻醉深度控制方案。

中央处理控制系统倾向于仿真技术，可以模仿麻醉医生的判断处理过程。摄录系统的另一个功能是在术中将其采集到的手术视频信号传输到麻醉机器人的主控中心，通过系统处理后传输到手术室区域以外的显示器上实现远程同步教学及会诊。

3.显示输出管理模块

显示输入的控制参数值、麻醉机当前的工作状态以及病人的一些生理及术中生命体征变化参数(HR、T、SP0₂、R、BP、PetCO₂)等，特殊手术术中监测PWCP、CVP)。从功能上讲，本系统可以显示的信息包括BIS、TOF、ANI值、气道压力、潮气量，氧浓度、通气量、压力曲线、呼吸曲线、输入的控制参数值等一些数字信号和图形信号，最终体现在整个系统的液晶显示屏的界面上。

4.输出控制模块

1)麻醉机通气功能的控制：主要通过控制电磁阀的工作。以实现麻醉机的呼吸动作。麻醉机通过凋整进气驱动阀和排气阀的工作频率.以及他们之间的工作顺序来实现呼吸频率的设置。

2)麻醉深度输出后的反馈控制，通过TCI系统实现麻醉深度与TCI的有效自动调控。正确的药物模型和药代动力学参数是实现TCI技术的基础，本系统TCI泵外置于麻醉机侧边，TCI泵有USB数据线路端口可以与麻醉机的中央控制系统相连，也可以以无线方式实施信号传输。

5.安全报警及应急模块

安全监测包括：低氧压自动切换装置及各种压力、容量和浓度监测部分和故障报警。监测部分主要有：氧浓度、呼气潮气量、气道压力、分钟通气量、呼气末CO2浓度分析及麻醉气体浓度分析等。用微电脑处理和显示各项数据，并附报警装置系统，特别是呼吸、循环、神经、肌肉监测功能都可实现，极大地提高了麻醉预警评分功能。针对患者特定项目对监护生命体征的报警范围进行配置，能够通过界面闪烁、颜色变换、声音报警等多种方式进行预警。

麻醉机应急启动模块包括应急供氧、显示器应急启动、应急供电、故障分析排除系统。在中央控制系统死机的情形下也配备手动启动装置，每次手术前所有的显示及工作系统会在1-2分钟内完成自检，该麻醉机器人内置电动电控呼吸机无需驱动器，能够在断气情况下，由大气自动补充气体进行通气，同时还特别内置20L小型氧气瓶，在氧气压力不足或者断氧、缺氧的情况下作为应急补充补充供氧，而在麻醉的应急模块上也会实时体现内置气瓶压力、输出氧气压力、剩余供氧时间等参数，以保证病人的安全。

应急供电：麻醉机供电系统具备交流、直流及停电状态下的自动切换系统，此供电系统也可以同时满足内置的麻醉深度监测系统(BIS、TOF、ANI)及监护、TCI系统的应急供电，并在显示屏上体现剩余耗电量及时长以利于麻醉医师合理分配电源。

故障分析排除系统：目前的麻醉机及监护设备一旦发生损坏，只能提示报警，大多数情况下需要麻醉医师或者工程技师到场排除故障，或者直接现场更换麻醉或监护设施，如此费时费力，给手术也带来一定干扰，本系统能在发生故障时及时启动快速自检系统，并在显示屏上提示可能发生的原因，以指导麻醉医师按照提示逐一排除以逐步实现其功能恢复。

本麻醉机器人的两大关键部件是监测系统和反馈输出控制系统，将二者连接进行整合，即可形成闭合环路，该机器人具有完善的纠错系统，通过该系统机械臂能及时辨别的操作失误及各监测模块的误差并及时修正补偿，反馈输出控制系统也具有安全失败处理机制，能准确收集各模块信息，并结合中央分析中心的分析数据做出反馈指令，上述5个模块的所有显示屏端口可以通过无线装置与病人的监测装置连接，这样就避免的术中监测时各种监测线路的错综庞杂，可以有效节省手术室空间，也便于医护人员活动方便，在无线信号或局域网信号不稳定的情况下可以通过传统的有线线路连接，各术间麻醉机及监护仪数据信息与麻醉中央控制室数据信息共享，在输入密码后通过无线蓝牙或WIFI也可以将报警信息及实时数据动态显示在个人手机上，实现手术室一定范围内全方位监控，在麻醉值班室或办公室，科主任也可以随时点阅每一个手术间顾客的实时信息，麻醉手术中自动监测记录并显示生命体征数据及趋势图,实时显示术野图像。能随时切换到其它界面,查看患者资料；便于集中管理，术中可以申请会诊,取得上级医师技术支持,解决术中疑难问题，术后对手术病例监测数据回放,有助于教学及分析及医疗纠纷的解决。

为了进一步优化麻醉机空间布局，呼吸回路的钠石灰及风箱，20L备用氧气瓶、气体挥发罐均内置于麻醉机器人机体内、TCI泵在非工作状态也可回缩于机体侧边，上述各模块均可以拆卸。

该显示屏界面为上述多个监测画面集中分类整合，各显示屏界面具备放大、缩小及隐藏、后台运作等功能，总显示面板具备防水防干扰功能，根据上述功能划分为5个显示工作区，该面板在非工作状态可以实现似于笔记本电脑的折叠功能，麻醉机显示面板的下端设置一滑拉式抽屉样工作平台，便于麻醉医师放置其他物品。麻醉机的非功能区配置有仪器卡槽以便于以后其他功能的拓展与开发。

二、本智能化麻醉机器人的优点

一)以麻醉深度监测(BIS、TOF、ANI)为载体，基于脑电双频指数监测下的闭环控制系统,构建自动一体化智能麻醉机器人的“心脏”。

麻醉深度是对镇静水平、镇痛水平、刺激反应程度等指标的综合反映，而这些指标反映的中枢部位不尽相同，所以麻醉深度监测应该是多指标、多方法综合监测的结果。

闭环输注系统(CLAN)是近15年麻醉静脉药物输注系统中提出的新概念，由传感器、监护仪、控制计算机模块、输出执行仪组成，具有反馈信号控制性能，CLAN试图通过输注泵用药，药效经过各种信息整合反馈，再调控用药量，达到理想的用药目的，尽可能减少用药误差。由于优势明显，对该输注系统的研究逐渐增CLAN的前身是开环输注系统。开环输注系统的调控点是靶血浆或靶效应室浓度，干扰因素很多，血流动力学波动范围较大，易产生麻醉过深状态等，而CLAN的调控点是所期望最佳药物效应和预期的麻醉深度。

二)麻醉基础操作通过机械臂实现：它相当于本款智能麻醉机器人的“手”。机械臂3分布于机体2结构的右侧端，在非工作状态处于收缩状态，机械臂 3类似于“人”的手，具备6个自由度，可以自由活动(完成抓持喉镜、气管导管、吸痰管等操作)，所不同的是其前端的“手臂”段体中央部分内嵌置有一活动性的副臂4，在实施气管插管、拔管、吸痰等基础操作时，副臂 4可以很好的协助机械臂3完成相关操作，完成相关操作后副臂4自动缩回与机械臂3并为一体，为了防止操作时颤抖，机械臂前段的手指具备触觉感知反馈功能及受力反馈系统，能准确控制操作时的力度同时具备一定的灵活性，机械臂3内置有两个摄像与红外线探测仪，分别位于前端的“手”部与中段的“肘部”，前端的“手”部指段的五个手指每一个手指都具有不同的功能：摄像及超声可视化、红外线探测、抓持、三维运动、应急高频喷射给氧等功能，比如在实施全麻时，诱导成功后，根据主控中心的指令该机械臂 3的“食指”指端手”指的前端可以设计为内面凹陷外围可以自由开闭状，具有很高的运动稳定性、能快速适应气道曲度，具有识别避障能力及很强的柔韧性，在实施气管插管术时该“食指”能根据咽喉部不同的解剖曲线规划调整合理的插管前进曲线路径而不伤及咽喉部软组织，在夹持气管导管前，其他手指也可以伸进病人咽喉部通过视频摄录系统了解插管困难度，在该“手”指的夹持及以摄录系统的引导下直接完成气管插管，可以代替可视喉镜的功能并且不需要导管管芯及喉镜引导，(机械臂也可通过抓持喉镜完成气管插管)。在中央控制系统的指导下完成麻醉基础操作成功后，机械臂的“肘部”摄像与红外线探测仪可以协助氧流量及浓度传感器了解导管是否脱落，“手”部指段可以协助托举固定呼吸回路螺纹管，当其高于头部支架时可以摄录监视手术全过程并储存、记忆，同时将数据传输给中央控制单元，以指导麻醉深度的调节。

三)麻醉呼吸环路的消毒、湿度控制等问题的实现。通过内置呼吸环路自动消毒系统实现呼吸环路的消毒；由于该麻醉机的智能化水平高，可以有效减轻麻醉医师工作压力，因此连续工作的机率很高，为消除手术病人气道方面交叉感染的机会，除每台手术及时更换螺纹管外，本麻醉机内置有呼吸环路消毒、温控湿化系统，术后通过气体喷雾消毒15-30分钟达到消毒的目的，该麻醉机器人可以显示呼吸回路的温度及湿度实际值并将其维持在合理区间。

四)自身平移功能通过加装动力系统的万向轮实现：它相当于本款智能麻醉机器人的“腿”，机械臂“手”上的红外线及摄像探头可以协助机器人准确避障。为方便移动，该麻醉机底部加装有直流电电动机，实现四轮驱动，可以在声控或遥控器的指导下自由平移。

总之，本产品可以实现以下功能：

1)根据麻醉深度监测综合分析结论.可以随时调控机械通气的各项参数值，从而达到对麻醉机实时控制。以便于麻醉师根据手术进展情况和病人生理状态进行呼吸调整：

2)采用热阻丝传感系统，可以通过无线方式实时显示监测数据，将麻醉机呼吸回路的压力、病人呼吸频率、氧气含量、潮气量等参数，及时反馈给麻醉医师正确的信息。

3)具有语音输入双向控制功能实现人机对话功能，麻醉科住院总医生可以在总监控平台监控每一个手术间的麻醉病人动态，并可通过视频对手术病人实施远程调控或者远程对讲功能，提高了工作效率和安全性。

4)根据以上所述，该自动化麻醉系统在非工作状态的闭合状态下类似于一个具备移动功能的“集装箱”，由于此移动式麻醉平台体积小，移动方便，对于手术室外的麻醉及无法脱管的转诊病人的安全保障方面也可起到独特的作用。

5)可以实现打印输出标准版本的麻醉记录单。为了防止麻醉记录单记录过程的因其他因素干扰而影响记录结果，打印麻醉单前,可预览和编辑修改,保证了麻醉单的准确性和质量,通过解放医生的双手，便于麻醉医师更集中精力管理病人。

6)本系统通过收集各项参数(包括机械臂收集的临床场景)进行综合判断控制麻醉的实时状态，并提示下一步的处理方案，以实现麻醉的最优化管理和自动控制。

7)副臂的其中一根的手指具备超声探头的引导定位功能，能识别神经及血管、椎体等回声不同的结构，在自由度范围内该麻醉机的机械臂可以实现药品识别、抽药、配药、椎管内及深静脉穿刺、各种神经阻滞等医疗操作及医疗垃圾及生活垃圾的分类、面罩喉镜的归位、协助病人翻身、移位等操作，减少麻醉护士及麻醉医师的工作劳动强度。

8)通过气体浓度、沸点补偿等机制实现挥发罐的智能化调节以及不同气体的兼容共用。为了最终能实现废气无害化排放，该机器人采用工业化气体膜分离原理，并在麻醉废气循环过滤系统的结构设置上采取输出端口粗，再次吸收后气体输入端口相对较细，两者之间通过净化过滤装置相连，净化后的无害化废气由净化器的侧孔排出，通过废气与氧气的初始混合气体经有效过滤，重吸收后再次循环利用，达到既节省用氧量又不污染手术室环境全密闭式吸入的目的。

以上是对本实用新型一体化智能麻醉机器人进行了阐述，用于帮助理解本实用新型，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本实用新型原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。