專利名稱：在線監測異丙酚麻醉藥的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種新的快速、靈敏、高效、可靠的異丙酚麻醉藥檢測技術，尤其涉及一種手術中在線監測異丙酚(Propofol)麻醉藥的系統及方法。
背景技術：
異丙酹(propofol)于1977年在英國首次進入臨床試驗，目前在超過50個國家中得到認可，并被廣泛應用于臨床上的麻醉誘導、維持和鎮靜。在國內隨著舒適化醫療的開展，麻醉鎮靜過程的安全和舒適性越來越受到重視。異丙酚由于其麻醉起效快、誘導平穩、持續時間短，蘇醒快而完全，沒有咳嗽、呃逆等特點，越來越多的用于全憑靜脈麻醉，在中國其年用量每年快速遞增。然而臨床中使用該鎮靜藥物的安全范圍較小，不論鎮靜過深或過淺都會對患者造成相應的生理或精神的傷害，所以在麻醉鎮靜過程中監測鎮靜深度非常重要。目前由于靜脈血藥濃度的不可實時監測，全憑靜脈麻醉鎮靜深度也很難直觀的確定。
發明內容
本發明的目的在于針對目前異丙酚麻醉藥血藥濃度實時監測的缺乏，提供一種在線監測異丙酚麻醉藥濃度的系統及方法，本發明可以在線快速檢測術中病人的呼出氣異丙酚濃度，為動態比較呼出氣異丙酚濃度和血液異丙酚濃度，以及今后通過呼出氣監測異丙酚麻醉藥血藥濃度和麻醉鎮靜深度提供了 一種新的方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種在線監測異丙酚麻醉藥的系統，它包括載氣發生器、干燥過濾瓶、數控質量/流量計、微型熱解析裝置、加熱六通閥、力口熱抽氣進樣針和氣泵。載氣發生器的出口接干燥過濾瓶的入口，干燥過濾瓶的出口接數控質量/流量計的入口 ；加熱六通閥的六個端口分別接聲表面波檢測單元、質量/流量計的出口，微型熱解析裝置的兩端，加熱抽氣進樣針的出氣口和氣泵。進一步地，所述聲表面波檢測單元可以為聲表面波傳感器陣列，也可以由快速毛細管分離柱和不涂膜聲表面波傳感器相連組成。所述加熱六通閥由金屬六通閥和加熱模塊固定連接組成。所述載氣發生器是由空氣氮氣發生器和壓力調節閥相連組成，壓力調節閥的出口接干燥過濾瓶的入口。所述微型熱解析裝置可以為長10-20厘米，內徑2-3毫米，壁厚O. 5-1毫米的薄壁金屬管，其內填加100-200毫克Tenax-TA吸附劑所構成，其在常溫下吸附，脫附采用閃蒸方式，即通過直流或交流電加熱薄壁金屬管，使其在10毫秒內上升到200攝氏度。所述快速毛細管分離柱是由2米長的石英毛細管柱DB-5外套壁厚1-1. 5毫米薄壁金屬毛細管柱和絕緣薄膜構成。所述聲表面波傳感器陣列是由4個以128度切型的鈮酸鋰壓電材料為基地的，中心工作頻率在500MHz的聲表面波氣體傳感器分別涂上不同有機薄膜所構成，有機薄膜選自三乙醇胺薄膜、Pd薄膜、W03薄膜和酞氰薄膜。一種應用上述系統的在線監測術中病人呼出氣中異丙酚麻醉藥的方法，該方法包括以下步驟
(I)全憑靜脈麻醉的病人的氣管插管通過呼吸導管連接到呼吸機上后進行被動呼吸；過濾器分別安置在呼吸機的呼氣閥和吸氣閥上，呼氣閥通過過濾器直接和呼吸導管相連，吸氣閥通過過濾器和加濕加溫器后和呼吸導管相連。在線監測異丙酚麻醉藥的系統的加熱抽氣進樣針插入呼吸導管的呼氣端后和手術病人的呼吸通路相連。(2)開始監測時，加熱六通閥切換為采氣模式；氣泵開始工作，把呼吸導管中的呼出氣體抽取到微型熱解析裝置中進行吸附，經過10至20秒的采樣后，氣泵停止工作，加熱六通閥切換到進樣模式，載氣發生器產生的氮氣載氣把微型熱解析裝置經過閃蒸后脫附的樣品氣體吹入聲表面波檢測單元的傳感器陣列或毛細管分離柱中，在傳感器陣列或不涂膜聲表面波傳感器中檢測到麻醉藥濃度信號。本發明的有益效果，本發明采用以128度切型的鈮酸鋰壓電材料為基地的，中心工作頻率在500MHz的聲表面波氣體傳感器結合毛細管快速分離技術以及有機薄膜涂敷技術構成的異丙酚檢測模塊，可以快速有效的檢測痕量異丙酚氣體，達到最小檢測限O. 3ppb，檢測線性范圍Ippb-1OOOppb的指標。結合系統自動化設計，可有效實現對術中病人在線異丙酚麻醉藥呼出氣的監測，和血液中異丙酚麻醉藥的檢測，并用于推斷呼出氣異丙酚濃度和血藥濃度的實時定量關系。由于使用采樣和檢測分離的方法，避免了麻醉病人呼出氣中的飽和水蒸氣對檢測的干擾。該系統體積小(20cm*20cm*40cm)、重量輕(10kg)、監測間隔短(最短可設置為20秒檢測一次)、全自動工作、靈敏度高、可靠性好。以上優點和功能可以滿足在線監測異丙酚麻醉藥的呼出氣濃度，可用于不同病人異丙酚氣血相關性研究，并可通過臨床研究的統計數據，開發出對不同類型病人的精確麻醉控制，為臨床麻醉醫生提供便捷、無創、高效的麻醉用藥方案和設備支持，為廣大手術病人提供有效的麻醉監護以減少麻醉副作用。
圖1是本發明在線監測異丙酚麻醉藥的系統的結構原理 圖2是本發明在線監測異丙酚麻醉藥的系統的另一結構原理 圖3是加熱六通閥的結構示意 圖4是一次檢測循環中系統對異丙酚的響應圖譜；
圖5是定性、定量標定時的系統響應圖譜；
圖6是系統對異丙酚氣體濃度(呼氣濃度范圍內)的標定曲線；
圖7是系統應用于全憑靜脈麻醉病人在線呼出氣監測的示意 圖8是系統在線監測手術中麻醉病人呼出氣中隨時間變化的異丙酚濃度變化 圖中，載氣發生器1、干燥過濾瓶2、數控質量/流量計3、微型熱解析裝置4、加熱六通閥5、聲表面波傳感器陣列6、加熱抽氣進樣針7、氣泵8、快速毛細管分離柱9、不涂膜聲表面波傳感器10、空氣氮氣發生器11、壓力調節閥12、金屬六通閥13、加熱模塊14、氣管插管15、呼吸機16、過濾器17、呼氣閥18、吸氣閥19、呼吸導管20、加濕加溫器21、異丙酚麻醉藥監測系統22。
具體實施例方式下面詳細介紹所使用的在線監測異丙酚麻醉藥的系統監測異丙酚呼出氣的基本原理。
在手術麻醉過程中，異丙酚鎮靜藥通過經脈注射的方式進入人體的血液循環系統。當含有異丙酚的血液流經肺部時，在氣體交換過程中，由于異丙酚氣體分壓梯度的存在，異丙酚分子會從血液中擴散到肺泡中，并由呼出過程從氣管中排出體外。排出體外的異丙酚分子以氣體形態存在呼出氣導管中。所述異丙酚監測系統，通過氣泵的工作，把存于氣管導管中的異丙酚氣體吸入微型熱解析裝置中在常溫下進行預濃縮。在檢測過程中，異丙酚氣體分子被加熱后從解析裝置中脫離出來，并且被送到聲表面波傳感器檢測單元中進行分析。由于涂敷在傳感器上的有機膜會選擇性的吸附異丙酚分子，并導致膜結構以及膜質量的改變；在聲表面波傳感器上的毛細管起著和有機敏感薄膜一樣的作用，即用于對異丙酚在時域上的選擇。聲表面波傳感器通過檢測其表面傳播聲波速度的改變確定是否有異丙酚氣體分子，其頻率的變化和到達其表面的異丙酚分子總質量線性相關。因此我們可以通過檢測傳感器的頻率變化來確定異丙酚的氣體濃度。如圖1、2所示，本發明在線監測異丙酚麻醉藥的系統，包括載氣發生器1、干燥過濾瓶2、數控質量/流量計3、微型熱解析裝置4、加熱六通閥5、加熱抽氣進樣針7和氣泵8。載氣發生器I的出口接干燥過濾瓶2的入口，干燥過濾瓶2的出口接數控質量/流量計3的入口 ；加熱六通閥5的六個端口分別接聲表面波檢測單元、質量/流量計3的出口，微型熱解析裝置4的兩端，加熱抽氣進樣針7的出氣口和氣泵8。聲表面波檢測單元可以為聲表面波傳感器陣列6，也可以由快速毛細管分離柱9和不涂膜聲表面波傳感器10相連組成。如圖3所示，加熱六通閥5由金屬六通閥13和加熱模塊14固定連接組成。載氣發生器I是由空氣氮氣發生器11和壓力調節閥12相連組成，壓力調節閥12的出口接干燥過濾瓶2的入口。微型熱解析裝置4可以為長10-20厘米，內徑2-3毫米，壁厚O. 5-1毫米的薄壁金屬管，其內填加100-200毫克Tenax-TA吸附劑所構成，其在常溫下吸附，脫附采用閃蒸方式，即通過直流或交流電加熱薄壁金屬管，使其在10毫秒內上升到200攝氏度。快速毛細管分離柱9是由2米長的石英毛細管柱DB-5外套壁厚1_1. 5毫米薄壁金屬毛細管柱和絕緣薄膜構成。聲表面波傳感器陣列6是由4個以128度切型的鈮酸鋰壓電材料為基地的，中心工作頻率在500MHz的聲表面波氣體傳感器分別涂上不同有機薄膜所構成，有機薄膜選自三乙醇胺薄膜、Pd薄膜、W03薄膜和酞氰薄膜。加熱抽氣進樣針7是長20厘米的銅制側開口針。應用本發明，呼出異丙酚氣體的檢測限可以達到O. 3ppb。本發明在線監測術中病人呼出氣中異丙酚麻醉藥的方法，該方法包括以下步驟1、如圖7所示，全憑靜脈麻醉的病人的氣管插管15通過呼吸導管20連接到呼吸機16
上后進行被動呼吸；過濾器17分別安置在呼吸機16的呼氣閥18和吸氣閥19上，呼氣閥18通過過濾器17直接和呼吸導管20相連，吸氣閥19通過過濾器17和加濕加溫器21后和呼吸導管20相連。在線監測異丙酚麻醉藥的系統22的加熱抽氣進樣針7插入呼吸導管20的呼氣端后和手術病人的呼吸通路相連。2、開始監測時，加熱六通閥5切換為采氣模式；氣泵8開始工作，把呼吸導管20中的呼出氣體抽取到微型熱解析裝置4中進行吸附，經過10至20秒的采樣后，氣泵8停止工作，加熱六通閥5切換到進樣模式，載氣發生器I產生的氮氣載氣把微型熱解析裝置4經過閃蒸后脫附的樣品氣體吹入聲表面波檢測單元的傳感器陣列6或毛細管分離柱9中。在傳感器陣列6或不涂膜聲表面波傳感器10中檢測到麻醉藥濃度信號。應用本發明的方法，呼出異丙酚氣體的監測含量范圍在Ippb-1OOppb之間。下面結合實施例進一步說明本發明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。實施例1
為了保證傳感器不被高濃度的異丙酚污染，定性實驗時先把醫用異丙酚注射液(濃度為10mg/mL)用甲醇稀釋到100ug/mL，取該濃度的溶液ImL到5mL的玻璃瓶中，蓋上蓋子后靜置10分鐘。檢測時把系統的抽氣進樣針置于液面上O. 5cm處，抽氣進樣10秒后使用虛擬傳感器陣列檢測。圖4給出了系統單次檢測異丙酚的圖譜，在載氣氣流為3mL/min，進口溫度設為200攝氏度，六通閥溫度為165攝氏度，檢測器溫度為30攝氏度的條件下，異丙酚的出峰時間為(6. 93秒)，表明本發明的系統可進行異丙酚的快速定性檢測。定量實驗中，將O. 5ul的異丙酚純溶液和ImL甲醇溶液混合均勻后，抽取O.1、O. 2,0. 3,0. 4,0. 5、Iul混合溶液后注入到氣體配氣儀(MF-3B)中，分別獲得2L氣體，收集于tedlar氣袋中，濃度分別為3、6、9、12、15、30ppb，檢測時把系統的加熱抽氣進樣針插入tedlar氣袋，抽氣進樣20秒后使用虛擬傳感器陣列檢測。圖5給出了不同濃度下系統的檢測圖譜，在載氣氣流為3mL/min，進口溫度設為200攝氏度，六通閥溫度為165攝氏度，檢測器溫度為30攝氏度的條件下，異丙酚的出峰時間為(6. 93秒)，峰面積大小和進樣濃度相關，表明本發明的系統可對異丙酚濃度進行定量檢測。為了確定系統在呼出異丙酚濃度范圍內的檢測特性，我們對每個濃度樣本重復5次測量，以便了解系統響應值和異丙酚氣體濃度的線性相關特性以及統計學模型，圖6給出了線性相關擬合模型的統計結果，相關系數達到O. 98，表明本發明的系統可準確檢測異丙酚的濃度。實施例2
病人入室后行無創BP、HR、呼末C02、SP02等常規監測，麻醉誘導前5分鐘用面罩給予患者預吸氧，麻醉誘導開始呼吸麻醉七氟燒3%濃度，芬太尼2ug/kg,羅庫溴胺O. 6mg/kg后氣管插管，予機械通氣(潮氣量8mL/kg，頻率12次/分，吸呼比1: 2，氧濃度50%)，麻醉維持七氟烷4%濃度，瑞芬太尼O. 5ug/kg/min，根據手術要求注射羅庫溴胺。如圖7所示，麻醉誘導后在氣管導管的呼氣端插入本發明的系統的抽氣進樣針頭和溫度監測儀，確保呼吸機帶出的呼出氣體不通過氣體過濾裝置的情況下被本發明的系統捕獲。在采集樣本前測定空白對照樣本以確保分析系統不殘留異丙酚。一次性靜脈推注異丙酚2mg/kg，連續記錄呼出異丙酚濃度和呼出氣體體溫。采集呼出異丙酚濃度(單位以kHz表示)。檢測間隔設置為70秒，采樣40分鐘。如圖8所示，本發明的在線監測異丙酚麻醉藥的系統顯示出了一次性靜脈推注異丙酚后的在線監測結果，其中監測到的呼氣中異丙酚濃度隨時間也顯現出一次性推注模型(Pulse Model)的變化趨勢，表明本發明可用于臨床在線監測呼出氣中的異丙酚濃度。
權利要求
1.一種在線監測異丙酚麻醉藥的系統，其特征在于，它包括載氣發生器(I)、干燥過濾瓶(2)、數控質量/流量計(3)、微型熱解析裝置(4)、加熱六通閥(5)、加熱抽氣進樣針(7)和氣泵(8)等；其中，所述載氣發生器(I)的出口接干燥過濾瓶(2)的入口，干燥過濾瓶(2 )的出口接數控質量/流量計(3 )的入口；加熱六通閥(5 )的六個端口分別接聲表面波檢測單元、質量/流量計(3)的出口，微型熱解析裝置(4)的兩端，加熱抽氣進樣針(7)的出氣口和氣泵(8)。
2.根據權利要求1所述在線監測異丙酚麻醉藥的系統，其特征在于，所述聲表面波檢測單元可以為聲表面波傳感器陣列(6)，也可以由快速毛細管分離柱(9)和不涂膜聲表面波傳感器(10)相連組成。
3.根據權利要求1所述在線監測異丙酚麻醉藥的系統，其特征在于，所述加熱六通閥(5)由金屬六通閥(13)和加熱模塊(14)固定連接組成。
4.根據權利要求1所述在線監測異丙酚麻醉藥的系統，其特征在于，所述載氣發生器(O由空氣氮氣發生器(11)和壓力調節閥(12)相連組成，壓力調節閥(12)的出口接干燥過濾瓶(2)的入口。
5.根據權利要求1所述在線監測異丙酚麻醉藥的系統，其特征在于，所述微型熱解析裝置(4)可以為長10-20厘米，內徑2-3毫米，壁厚O. 5-1毫米的薄壁金屬管，其內填加100-200毫克Tenax-TA吸附劑所構成，其在常溫下吸附，脫附采用閃蒸方式，即通過直流或交流電加熱薄壁金屬管，使其在10毫秒內上升到200攝氏度。
6.根據權利要求1所述在線監測異丙酚麻醉藥的系統，其特征在于，所述聲表面波傳感器陣列(6)是由4個以128度切型的鈮酸鋰壓電材料為基地的，中心工作頻率在500MHz的聲表面波氣體傳感器分別涂上不同有機薄膜所構成，有機薄膜選自三乙醇胺薄膜、Pd薄膜、W03薄膜和酞氰薄膜等。
7.一種應用權利要求1所述系統的在線監測術中病人呼出氣中異丙酚麻醉藥的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟1:全憑靜脈麻醉的病人的氣管插管(15)通過呼吸導管(20)連接到呼吸機(16)上后進行被動呼吸；過濾器(17)分別安置在呼吸機(16)的呼氣閥(18)和吸氣閥(19)上，呼氣閥(18)通過過濾器(17)直接和呼吸導管(20)相連，吸氣閥(19)通過過濾器(17)和加濕加溫器(21)后和呼吸導管(20)相連；在線監測異丙酚麻醉藥的系統(22)的加熱抽氣進樣針(7)插入呼吸導管(20)的呼氣端后和手術病人的呼吸通路相連； 步驟2 :開始監測時，加熱六通閥(5)切換為采氣模式；氣泵(8)開始工作，把呼吸導管(20)中的呼出氣體抽取到微型熱解析裝置(4)中進行吸附，經過10至20秒的采樣后，氣泵(8)停止工作,加熱六通閥(5)切換到進樣模式,載氣發生器(I)產生的氮氣載氣把微型熱解析裝置(4)經過閃蒸后脫附的樣品氣體吹入聲表面波檢測單元的傳感器陣列(6)或毛細管分離柱(9)中；在傳感器陣列(6)或不涂膜聲表面波傳感器(10)中檢測到麻醉藥濃度信號。
全文摘要
本發明公開了一種在線監測異丙酚麻醉藥的系統和方法，系統包括載氣發生器、干燥過濾瓶、數控質量/流量計、微型熱解析裝置、加熱六通閥、加熱抽氣進樣針和氣泵；載氣發生器的出口接干燥過濾瓶的入口，干燥過濾瓶的出口接數控質量/流量計的入口；加熱六通閥的六個端口分別接聲表面波檢測單元、質量/流量計的出口，微型熱解析裝置的兩端，加熱抽氣進樣針的出氣口和氣泵；本發明采用涂敷不同敏感材料的聲表面波氣體傳感器陣列，或由無涂敷敏感材料的聲表面波氣體傳感器結合快速毛細管分離技術構成的敏感部件，結合氣流控制實現對氣態異丙酚的痕量檢測；對異丙酚的檢測靈敏度高、檢測下限低、工作安全穩定。
文檔編號G01N29/024GK103048382SQ201210563078
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者嚴敏, 陳星 , 張馮江, 王平, 王鏑 申請人:浙江大學