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McSleepy 在手術室

    The Challenge:

　　將全身麻醉的控制過程自動化，并在手術中監控病人，讓麻醉醫師可以在手術時照顧多位病人。

　　The Solution:

　　使用 NI LabVIEW 圖形化程序軟件開發閉環控制系統，以自動監控病人的知覺深度、疼痛程度還有肌肉松弛度，以計算并施打適當的麻醉藥劑量。

　　"醫生在進行手術時通常會使用麻醉藥物，以阻斷病人的疼痛或憂慮等所有知覺。根據手術的種類而定，病人會接受局部、脊椎或全身性的麻醉。"

　　醫生在進行手術時通常會使用麻醉藥物，以阻斷病人的疼痛或憂慮等所有知覺。根據手術的種類而定，病人會接受局部、脊椎或全身性的麻醉。使用局部或脊椎麻醉時，只有手術部位會被麻醉，病人還是會保持部分的知覺，而全身麻醉則會讓病人失去意識，在手術時進入癱瘓狀態。

　　全身麻醉的藥物會產生 3 種反應：催眠狀態，可以使病人無意識并沈睡；痛覺缺失，可以阻斷疼痛的知覺；放松，以避免多余的肌肉運動。醫生開始手術之前，麻醉醫師會選擇適當的藥劑，以達到上述 3 種反應。在手術過程中，麻醉醫師必須管理施打的藥劑量，這會占據他們 20% 以上的時間。

　　McSleepy 帶領 LabVIEW 進入手術室

　　為了減少麻醉醫師花在施打麻醉藥劑上的時間，使其能有更多時間關注手術的其他層面，我們這個由 McGill 大學的麻醉醫師與生物醫療工程師所組成的小組，發展了 1 套自動麻醉系統的原型。這套系統之所以叫做「McSleepy」是因為熱門的電視影集《實習醫生》中有 2 位醫生名叫 McDreamy 及 McSteamy，本系統的目的是要協助麻醉醫生，而非取代他們。此外，McSleepy不是設計來超越麻醉醫師的能力，但是若需要的話是能做到的。

　　McSleepy 是 1 套閉環控制系統，用來監控病人手術時的知覺深度、疼痛程度與肌肉運動，并根據已知的數據，透過靜脈注射適當的藥量。麻醉醫師使用 McSleep 時要先打點滴，然后運用傳感器量測病人的肌肉運動，之后輸入病人的數據，包括年齡、身高、體重與性別；進行的手術種類；麻醉醫師對病人的藥量是否有任何特殊要求。

　　系統開始施打藥物之后，便會透過 1 種數學表達式，以每分鐘為單位監控并控制藥量，這種表達式是我們使用 LabVIEW 圖形程序軟件開發出來的。病人的數據會顯示在 1 個圖形使用接口上，這也是我們使用 LabVIEW 開發的，這樣一來麻醉醫師就可以看到病人對于 McSleepy 施打的麻醉劑有何反應。使用 LabVIEW 開發圖形使用接口，我們整合了熟悉的圖形元素，例如長得像里程計與溫度計的調節器，以及透過畢斯腦波指數用色碼來追蹤病人的知覺程度。我們也使用自創的「痛覺缺失分數表」 (Analgoscore) 來追蹤病人的疼痛程度。

　　設計 McSleepy 成為安全聰明的系統

　　為了避免 McSleepy 故障時會給病人太多或太少的藥物，我們在閉回路控制系統中建造了多重安全機制。首先，麻醉醫師可以手動取消系統的任何運作。例如，如果有個傳感器不再傳輸信號給計算機時，機器就會自動進入基本的手動模式。機器在手術期間每隔 15 分鐘便會計算病人接收的平均藥量。如果系統產生問題時，它可以施打平均藥量，讓病人保持沈睡無痛的狀態，直到問題排除或是麻醉醫師接手為止。

　　此外，如果麻醉醫師用半自動模式操作系統，以手動輸入藥量時，當輸入發生問題時，譬如不小心把某種藥量輸入得太高。那么機器會發出警告說藥量太高。

　　McSleepy 的另 1 項特點是我們使用人工智能來設計程序。這臺機器可以學習醫生的偏好及各種手術的時間長度等事情。只要 1 位醫生在同樣的手術中使用 McSleepy 達 20 次，它就能認得模式。同時，每次手術結束后，McSleepy都會儲存趨勢數據。一般來說，因為這臺機器是結合了人工智能與人力輸入的閉回路控制系統，所以其實會比只有 1 位麻醉醫師施打麻藥還來得安全。

　　使用 LabVIEW 開發閉回路控制系統的好處

　　當工程師與科學家希望以最快的速度將新創意運用于臨床試驗上，他們需要使用便利的程序語言，用最少的時間獲得最大的功效，而 LabVIEW 是最能滿足這項目的的工具，因為用這種圖形化的環境進行程序設計，會比使用其他困難的語言 (C+ 或 Java) 來得容易。

　　再者，使用LabVIEW 開發圖形使用接口還能解決大多數閉回路控制系統的共通問題，那就是缺乏用戶接口，用戶無法看到現況的進展。McSleepy不是神秘的黑盒子，其與人的互動性對于麻醉醫師來說很重要，這也是為何他們喜歡這套系統的緣故。醫師可以輕松監控藥量，需要時可隨時改變。事實上，在 2009 年 1 月召開的麻醉技術協會 (Society for Technology in Anesthesia) 年度會議中，麻醉醫師會員頒發了技術創新卓越獎 (Excellence in Technology Innovation Award) 給 McSleepy 的設計團隊。

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

　　McSleepy 的未來發展

　　我們受到 2009 年 NI 「醫療儀器機械贊助計劃」 (Medical Device Grant Program) 的贊助，升級到 LabVIEW 8.6 平臺，讓我們能將 McSleepy 的接口放到 PDA 上。如此一來，麻醉醫師便能以遠距方式控制、監控并記錄病人的情況。這是很重要的一點，因為許多國家缺乏麻醉醫師這樣的專科醫生，而且未來麻醉醫師可能會需要同時照顧好幾位病人。

　　我們目前擁有功能齊全的 McSleepy 原型，這是由現成的硬件與利用 LabVIEW 開發的專利表達式組合而成。我們打算使用現有的原型，找出適當的方法在 5 年內上市。本計劃包含獲取資金以進行更多研究，以改良并商業化這套系統，并尋求加拿大衛生部與美國食品藥物管理局的審核。