基于快速气相色谱—声表面波传感器的异丙酚麻醉药实时呼吸监测系统

摘要

目前异丙酚已经成为临床常用的麻醉药物，但对麻醉病人的异丙酚实时监测还需要更加有效的方法。呼吸监测，由于其方便快捷、无创、无副作用的特点，正逐渐成为一种新的有效的临床监测方法。基于此，本文提出了一种基于气相色谱-声表面波传感器(GC-SAW)的临床麻醉病人呼出异丙酚气体的实时现场监测方法，主要从以下几方面进行介绍:
　　1.声表面波传感器(SAW)和系统气路结构的介绍。介绍SAW传感器物质检测的原理，设计了可用于呼吸检测的声表面波传感器，其质量敏感度达到8756Hz/ng。设计了模块化的，为SAW提供良好外部工作环境的气室，最后介绍气相色谱(GC)原理及系统，气体样本抽样、Tenax TA吸附富集、GC分离的气路过程。
　　2.GC-SAW系统电路的设计。使用两块以MSP430为核心的电路板，采用创新的直热式GC毛细管柱加热方法，控温精度达0.1℃，最快加热速度达到10℃/s，升温速度控制0.5℃/s，因而改进系统运行效率和体积，实现了GC-SAW的实时性和便携性。完成传感器气室等模块的精确温度控制，使传感器气室温控精度达到0.02℃，将温度对SAW传感器信号带来的误差降至SAW本身固有误差之下。创新地实现了Tenax TA吸附管的超快速加热，将物质在50ms内脱附，从而降低GC分离误差。完成了SAW传感器振荡、混频和信号检测，实现在50个/s的信号检测采样率下达到0.5Hz的检测精度。此外完成了系统的六通阀、质量流量控制器、降温风扇、气泵等的控制及通讯电路设计。
　　3.系统软件设计。完成了两块下位机电路板程序，实现了所有的电路功能。另外完成了界面友好、使用方便的上位机客户端软件，设计了上下位机的通讯协议，实现了SAW检测信号高效的峰值提取和峰值计算算法，实现了系统的全自动化分析。
　　4.使用快速GC-SAW进行临床麻醉病人异丙酚呼吸气体检测实验。进行了标准异丙酚气体样本和血液样本的标定，达到了很高的线性度。使用系统对28例临床麻醉病人呼出气体检测并和血液顶空响应进行对比，气体和血液监测结果与药物动力学模型平均相关度分别达到0.995和0.992，血液、气体响应的平均线性度达到0.949。此外用6例病人样本的气体检测结果与TCI靶控对比，两者具有较高的相关度。临床实验结果证明呼吸监测可以有效反应麻醉病人体内异丙酚变化情况，快速GC-SAW是一种很有前景的临床呼吸异丙酚监测方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 临床呼吸检测

1．1．1 呼吸检测的意义

1．1．2 呼吸检测常用方法

1．2 通过呼吸监测异丙酚

1．2．1 呼吸检测异丙酚的意义

1．2．2 临床异丙酚麻醉监测现状

1．2．3 呼吸监测异丙酚的国内外研究进展

1．3 本文研究内容

第二章 声表面波传感器(SAW)和气相色谱-声表面波(GC-SAW)系统气路设计

2．1 声表面波传感器(SAW)

2．2 SAW传感器气室设计

2．3 气相色谱-声表面波传感器(GC-SAW)系统原理及气路设计

2．3．1 气相色谱简介

2．3．2 GC-SAW气路系统工作流程

第三章 快速GC-SAW电路系统设计

3．1 快速气相色谱(fast GC)程序升温及其它温度控制模块设计

3．1．1 fastGC程序升温方案

3．1．2 其它温度控制模块

3．1．3 闪蒸模块

3．2 SAW信号检测电路

3．2．1 SAW信号发生电路

3．2．2 SAW混频

3．2．3 SAW信号检测

3．3 其它电路模块

3．4 PCB布板与硬件全图

第四章 快速GC-SAW仪器控制及数据分析软件系统设计

4．1 下位机软件设计

4．1．1 测温电路板控制程序

4．1．2 频率测量电路板控制程序

4．2 PC端软件设计

4．2．1 主界面

4．2．2 数据分析界面

4．2．3 时域趋势线分析界面

4．2．4 GC-SAW系统自动运行流程设定界面

4．2．5 PID参数调节界面

第五章 临床异丙酚监测实验方案设计及结果分析

5．1 fast GC-SAW标定

5．2 对麻醉病人血液和呼吸中异丙酚浓度同时监测

5．2．1 同时检测血液和呼吸异丙酚浓度的意义

5．2．2 血液异丙酚浓度顶空测量标定

5．2．3 同时检测血液和气体异丙酚浓度实验设计

5．2．4 血液顶空检测结果和呼吸异丙酚检测结果对照分析

5．3 呼吸监测与TCI靶控

5．3．1 呼吸检测与TCI靶控同步实验设计

5．3．2 呼吸检测与TCI靶控同步实验结果分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简历及在硕士研究生期间的科研成果