[摘要] 目的 本文以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)4種藥物多輸入多輸出的模糊邏輯智能系統(tǒng)的監(jiān)控血壓及心排量的原理及方法。方法 在模糊決策制定模塊的基礎(chǔ)上現(xiàn)用模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊和治療評(píng)估模塊組成系統(tǒng)。結(jié)果 對(duì)4種藥物6種癥狀的狗實(shí)驗(yàn)證實(shí)此系統(tǒng)實(shí)際成效。結(jié)論 應(yīng)用4種藥物MIMO模糊邏輯系統(tǒng)是利用狗實(shí)驗(yàn)成功的方法，將會(huì)對(duì)臨床應(yīng)用引入創(chuàng)新性。
[關(guān)鍵詞] 模糊邏輯；模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊；模糊治療評(píng)估模塊
Multi drugs MIMO fuzzy logic intellectual system monitors blood pressure and cardiac output
XI Beili.Shanghai Xuhui District Central Hospital,Shanghai 200031,China
[Abstract] Objective This paper demonstrates a dog experiment with 4 drugs multiinputmultioutput (MIMO) fuzzy,logic intellectual system (FLIS) for monitors of blood pressures and cardiac output by their principles and methods.Methods Based upon the fuzzy decisionmaking module (FCMM) to utilize the fuzzy homodynamic control module (FNCM) and the therapeutic assessment module (TAM) for complete system. Results For 4 drugs and 6 cases dog experiment verification leads to systems practical achievements.Conclusion This 4 drugs MIMO FLIS has shown successful dog experiments and it shows innovation of future clinic implementations.
[Key words] fuzzy logic;fuzzy homodynamic;control module (FHCM);fuzzy therapeutic;assessment module
回顧多種藥物的多輸入多輸出滴注的發(fā)展歷史，可幫助我們更全面了解問(wèn)題。從前有經(jīng)典理論與方法，如貝葉統(tǒng)計(jì)法(Bayesion Static)、模型分類法、概率近似法、決策樹(shù)法等。但是美國(guó)加州貝克萊大學(xué)教授、模糊集理論的創(chuàng)始人L.A.Zaden首次將模糊邏輯用于醫(yī)學(xué)科學(xué)的MUCIN系統(tǒng)成功以后，再加啟發(fā)規(guī)則及不確定性概念的應(yīng)用，直到2006年4月Zaden又指明智能系統(tǒng)與知識(shí)工程學(xué)中問(wèn)題-回答機(jī)(Q-A)的發(fā)展方向。啟發(fā)人們除了應(yīng)用模糊決策制定于心血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性的臨床診斷外，對(duì)基于疾病因果的深知識(shí)和基于依靠藥物與癥狀之間隱含關(guān)系的淺知識(shí)，都能轉(zhuǎn)變?yōu)殡r形的證明準(zhǔn)則的。例如臨床上多種藥物的MIMO滴注是能監(jiān)控的，不會(huì)有矛盾干擾的，譬如用麻醉劑、輸血、病人臥位改變、有關(guān)藥物的靈敏度差異、體循環(huán)的高度非線性特點(diǎn)等都有干擾，現(xiàn)都已用比例、積分、微分調(diào)節(jié)器(PID controller)來(lái)正確處理成功。譬如兩種藥物的單輸入單輸出(SISO)滴注早已應(yīng)用于臨床，后來(lái)加配系統(tǒng)隨機(jī)適應(yīng)控制法、數(shù)學(xué)模型參考法、基于規(guī)則的專家系統(tǒng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。隨后研發(fā)多種藥物MIMO滴注，都從動(dòng)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)，到1992年C.Yu和R.I.Roy用4種藥物來(lái)滴注以監(jiān)控MAP和CO，并且都從心血流動(dòng)力學(xué)和生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)研究開(kāi)始的，然后理論密切聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用于臨床方面成功的?？傊?，模糊智能系統(tǒng)包含三大部分：模糊決策制定模塊輸出癥狀到模糊血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM)和治療評(píng)估模塊(TAM)，是有內(nèi)在密切聯(lián)系的。前者已發(fā)表論文，今特闡明FHCM及TAM于本文。
1 原理與方法
1.1 模糊血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM) 經(jīng)過(guò)模糊決策制定模塊輸出的癥狀會(huì)顯示病人心血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的不穩(wěn)定，必須再用模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM)來(lái)決定每種藥物的劑量及滴注速率，所以它是依據(jù)麻醉師及心臟病醫(yī)師等專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)指引模糊集合的準(zhǔn)則，原理也類似FDMM的模糊集函數(shù)，就在實(shí)數(shù)域[-1,1]之間用7種模糊集：(1)NB負(fù)大；(2)NM負(fù)中；(3)NS負(fù)?。?4)ZE零；(5)PS正??；(6)PM正中；(7)PB正大。方法是將模糊啟發(fā)引擎的輸入量先行模糊化為語(yǔ)言變量，例如MAPerr是MAP的誤差為前面輸入?yún)?shù)的離散導(dǎo)數(shù)；COerr是CO的改變量，依此類推。方法中注意在模糊化過(guò)程中應(yīng)指明模糊范圍的帶狀，譬如MAPerr是一條60 mmHg的帶狀范圍，它有[-40,20]mmHg的血壓范圍；COerr是一條60 ml/(kg·min)的帶狀范圍；MAPerr是一條8 mmHg的帶狀范圍，它有[-6,2]mmHg血壓范圍。同時(shí)規(guī)定誤差改變范圍對(duì)MAP和CO均為[-10,10]，對(duì)MPAP為[-3,-3]，見(jiàn)圖1。圖1 FHCM用4種藥物的7種模糊集癥狀的圖解(略)
改變4種藥物滴注劑量及速率都靠模糊啟發(fā)引擎的模糊化控制輸出的，如圖1所示的7種模糊函數(shù)。模糊化方法即可用圖形塊的求重心方法或用計(jì)算公式計(jì)算。
藥物劑量是經(jīng)過(guò)1988年IEEE生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)國(guó)際會(huì)議集體討論后規(guī)定的。硝基氫酸鈉NTP的劑量范圍是[-7,8]μg/(kg·min)，多巴胺DA劑量為[-0.8,0.5]μg/(kg·min)，硝基甘油NTG劑量為[-8,9]μg/(kg·min)，脫羥腎上腺素PNP劑量為[-6,5]μg/(kg·min)。
經(jīng)過(guò)FHCM輸出的ΔDA、ΔNTG、ΔNTP和ΔPNP到治療評(píng)估模塊(TAM)。因?yàn)槟：龥Q策制定模塊(FDMM)和模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM)都應(yīng)用模糊邏輯來(lái)模仿人的思維過(guò)程，但是治療評(píng)估模塊是代表人的邏輯思維過(guò)程來(lái)分析推理出結(jié)論的，因此它提供各種智能系統(tǒng)的線性任務(wù)的監(jiān)督指令，譬如包括病人安全性監(jiān)督的藥物編程，以利確認(rèn)準(zhǔn)則及例外情況與意外事件的檢查等。
[關(guān)鍵詞] 模糊邏輯；模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊；模糊治療評(píng)估模塊
Multi drugs MIMO fuzzy logic intellectual system monitors blood pressure and cardiac output
XI Beili.Shanghai Xuhui District Central Hospital,Shanghai 200031,China
[Abstract] Objective This paper demonstrates a dog experiment with 4 drugs multiinputmultioutput (MIMO) fuzzy,logic intellectual system (FLIS) for monitors of blood pressures and cardiac output by their principles and methods.Methods Based upon the fuzzy decisionmaking module (FCMM) to utilize the fuzzy homodynamic control module (FNCM) and the therapeutic assessment module (TAM) for complete system. Results For 4 drugs and 6 cases dog experiment verification leads to systems practical achievements.Conclusion This 4 drugs MIMO FLIS has shown successful dog experiments and it shows innovation of future clinic implementations.
[Key words] fuzzy logic;fuzzy homodynamic;control module (FHCM);fuzzy therapeutic;assessment module
回顧多種藥物的多輸入多輸出滴注的發(fā)展歷史，可幫助我們更全面了解問(wèn)題。從前有經(jīng)典理論與方法，如貝葉統(tǒng)計(jì)法(Bayesion Static)、模型分類法、概率近似法、決策樹(shù)法等。但是美國(guó)加州貝克萊大學(xué)教授、模糊集理論的創(chuàng)始人L.A.Zaden首次將模糊邏輯用于醫(yī)學(xué)科學(xué)的MUCIN系統(tǒng)成功以后，再加啟發(fā)規(guī)則及不確定性概念的應(yīng)用，直到2006年4月Zaden又指明智能系統(tǒng)與知識(shí)工程學(xué)中問(wèn)題-回答機(jī)(Q-A)的發(fā)展方向。啟發(fā)人們除了應(yīng)用模糊決策制定于心血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性的臨床診斷外，對(duì)基于疾病因果的深知識(shí)和基于依靠藥物與癥狀之間隱含關(guān)系的淺知識(shí)，都能轉(zhuǎn)變?yōu)殡r形的證明準(zhǔn)則的。例如臨床上多種藥物的MIMO滴注是能監(jiān)控的，不會(huì)有矛盾干擾的，譬如用麻醉劑、輸血、病人臥位改變、有關(guān)藥物的靈敏度差異、體循環(huán)的高度非線性特點(diǎn)等都有干擾，現(xiàn)都已用比例、積分、微分調(diào)節(jié)器(PID controller)來(lái)正確處理成功。譬如兩種藥物的單輸入單輸出(SISO)滴注早已應(yīng)用于臨床，后來(lái)加配系統(tǒng)隨機(jī)適應(yīng)控制法、數(shù)學(xué)模型參考法、基于規(guī)則的專家系統(tǒng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。隨后研發(fā)多種藥物MIMO滴注，都從動(dòng)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)，到1992年C.Yu和R.I.Roy用4種藥物來(lái)滴注以監(jiān)控MAP和CO，并且都從心血流動(dòng)力學(xué)和生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)研究開(kāi)始的，然后理論密切聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用于臨床方面成功的?？傊?，模糊智能系統(tǒng)包含三大部分：模糊決策制定模塊輸出癥狀到模糊血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM)和治療評(píng)估模塊(TAM)，是有內(nèi)在密切聯(lián)系的。前者已發(fā)表論文，今特闡明FHCM及TAM于本文。
1 原理與方法
1.1 模糊血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM) 經(jīng)過(guò)模糊決策制定模塊輸出的癥狀會(huì)顯示病人心血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的不穩(wěn)定，必須再用模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM)來(lái)決定每種藥物的劑量及滴注速率，所以它是依據(jù)麻醉師及心臟病醫(yī)師等專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)指引模糊集合的準(zhǔn)則，原理也類似FDMM的模糊集函數(shù)，就在實(shí)數(shù)域[-1,1]之間用7種模糊集：(1)NB負(fù)大；(2)NM負(fù)中；(3)NS負(fù)?。?4)ZE零；(5)PS正??；(6)PM正中；(7)PB正大。方法是將模糊啟發(fā)引擎的輸入量先行模糊化為語(yǔ)言變量，例如MAPerr是MAP的誤差為前面輸入?yún)?shù)的離散導(dǎo)數(shù)；COerr是CO的改變量，依此類推。方法中注意在模糊化過(guò)程中應(yīng)指明模糊范圍的帶狀，譬如MAPerr是一條60 mmHg的帶狀范圍，它有[-40,20]mmHg的血壓范圍；COerr是一條60 ml/(kg·min)的帶狀范圍；MAPerr是一條8 mmHg的帶狀范圍，它有[-6,2]mmHg血壓范圍。同時(shí)規(guī)定誤差改變范圍對(duì)MAP和CO均為[-10,10]，對(duì)MPAP為[-3,-3]，見(jiàn)圖1。圖1 FHCM用4種藥物的7種模糊集癥狀的圖解(略)
改變4種藥物滴注劑量及速率都靠模糊啟發(fā)引擎的模糊化控制輸出的，如圖1所示的7種模糊函數(shù)。模糊化方法即可用圖形塊的求重心方法或用計(jì)算公式計(jì)算。
藥物劑量是經(jīng)過(guò)1988年IEEE生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)國(guó)際會(huì)議集體討論后規(guī)定的。硝基氫酸鈉NTP的劑量范圍是[-7,8]μg/(kg·min)，多巴胺DA劑量為[-0.8,0.5]μg/(kg·min)，硝基甘油NTG劑量為[-8,9]μg/(kg·min)，脫羥腎上腺素PNP劑量為[-6,5]μg/(kg·min)。
經(jīng)過(guò)FHCM輸出的ΔDA、ΔNTG、ΔNTP和ΔPNP到治療評(píng)估模塊(TAM)。因?yàn)槟：龥Q策制定模塊(FDMM)和模糊心血流動(dòng)力學(xué)控制模塊(FHCM)都應(yīng)用模糊邏輯來(lái)模仿人的思維過(guò)程，但是治療評(píng)估模塊是代表人的邏輯思維過(guò)程來(lái)分析推理出結(jié)論的，因此它提供各種智能系統(tǒng)的線性任務(wù)的監(jiān)督指令，譬如包括病人安全性監(jiān)督的藥物編程，以利確認(rèn)準(zhǔn)則及例外情況與意外事件的檢查等。