新型麻醉辅助及镇痛系统的研制

沈华强 戚仕涛 朱兴喜*

传统的镇痛及麻醉技术通常建立在药物的基础之上，不仅使用不方便，而且还要忍受药物带来的不良反应，甚至造成抗药性，降低麻醉效力，有些麻醉药物会使人体对其产生强烈的依赖性。药物麻醉与镇痛虽然目前仍是主流，但无论是其麻醉效力还是安全性已越来越不能够满足医疗安全的需求。我国传统的针灸麻醉、西方的催眠麻醉以及局部冰冻麻醉等非药物麻醉方式均未得到过临床使用的认可。由于这些麻醉方式使用太过复杂，很难推广，其效力并未达到取代药物麻醉的高度。麻醉辅助及镇痛系统的研制成功地解决了上述问题。

1 麻醉辅助及镇痛系统研制目的

药物麻醉的优势和效果显而易见，且效力持久。而麻醉辅助及镇痛系统的研制是使其成为药物麻醉的一种辅助或补充，达到以下目的：①麻醉效果显著，能够用于轻度和中度疼痛的抑制；②术前能作为药物麻醉的一种补充，减少麻醉药物的用量；③能够取代部分镇痛药，降低患者的痛苦；④使用方便，易于推广。

2 麻醉辅助及镇痛系统原理

从20世纪70年代开始，肾上腺素能受体激动剂在临床上被用来治疗高血压和药物及乙醇的戒断症状。这类药物能够产生抗焦虑、镇静、抗交感及镇痛等多种作用，因此可用于手术期间以满足麻醉的不同需要[1]。目前，在西方国家将可乐定、右美托咪啶和替扎尼定3种肾上腺素能受体激动剂应用于临床术中麻醉，多年的使用充分肯定了肾上腺素的疼痛抑制的效果[2-3]。

肾上腺素制剂是人体肾上腺能够自发产生的。如果人置身于危险之中，或者受到外来视觉及其他刺激则会降低对疼痛的敏感度[4]。如当人从高处坠落时，处于自救会分泌大量的肾上腺素，即使因落地而受伤严重，只要处于清醒状态也可能感觉不到疼痛。因为肾上腺素的分泌而起到了麻醉作用，其降低了神经的敏感度[5]。而这些刺激大部分通过视觉来感知，如果利用先进的计算机虚拟技术现实在手术台上的患者面前重建类似坐过山车或坐飞机掠地飞行的惊险画面，并以动态三维的形式真实呈现在患者面前，将极大刺激患者的肾上腺素分泌，以达到通过肾上腺素镇痛的目的[6-7]。

充分利用人体自发产生的肾上腺素来抑制疼痛，其作用应该优于外来肾上腺素，且风险更小。在此基础之上研制麻醉辅助及镇痛系统，通过电脑模拟三维环境，并将这一环境通过先进的显示系统显示出来，让人感觉置身其中，真实而又刺激的三维环境激发人体内产生大量的肾上腺素，从而起到麻醉辅助及镇痛的作用[8]。

3 麻醉辅助及镇痛系统设计

麻醉辅助及镇痛系统主要由硬件和软件组成，由于整套系统依赖于高度真实的数字三维模拟影像，使患者置身于高度真实的三维环境之中。因此，需要先进的三维显示系统、高速运行的计算机系统以及用于三维模拟的软件系统。其中最为关键的就是三维显示系统，其显示效果直接关系到整套系统的使用效果[9]。

3.1 头戴式三维眼镜显示

近年来，三维显示技术已经开始从实验室进入民用及医疗领域，达芬奇机器人的显示系统使用的是一套优秀的三维显示器。目前，三维显示技术已相当成熟，由于头戴式三维眼镜可以轻松产生三维的画面，有很好的效果，且患者在任何姿势下都可以使用，方便简捷。因此，采用头戴式三维眼镜显示系统(如图1所示)。

图1 三维眼镜显示器外形

(1)三维显示原理：通过人的两眼之间大约有6 cm的距离，能感知到眼前的世界是三维的，因此在观看除了正前方的物体外，两只眼睛必然有角度的不同，这个差别在大脑中就能自动形成上下、左右、前后、远近的区别，从而产生立体视觉。如果能制作出同一场景、影像的不同侧面(仅有微小的视差)让双眼各看一边，那么在大脑中就能自动形成立体影像的场景。同样，摆放两台摄像机拍摄的一组图像，通过一种显示器，将两个摄像机拍摄的影像根据时间轴分别显示到人的两个眼镜前，则能够在人的大脑中重现三维影像[10]。

(2)三维眼镜的结构：根据人眼三维视觉原理，对三维眼镜设计如图2所示。

图2 三维眼镜结构原理简图

在三维眼镜的中间放置一块高分辨率的液晶显示模块，液晶的左侧半块用来显示左眼的图像内容，右侧半块显示右眼所看到的图像，通过一块全反射棱镜分割，且棱镜负责将图像分别反射到两个眼球所对应的独立光学系统，经数组透镜对图像的调整继而反射到人的两个眼球之中形成三维视觉。

3.2 计算机图形工作站

计算机图形工作站既是一套硬件系统，也是软件系统的载体，是用来将形成的三维信号传送至三维眼镜显示器，因此其形成的信号质量直接关系到眼镜显示器的显示效果，其性能直接关系到整个系统的运行。

表1 临床试验对比表

图形工作站要输出高质量的三维图像必须具备很好的运算性能，因此必须是一台高性能的普通计算机，决定其性能的是CPU、内存、主板以及显示卡。CPU采用酷睿系列，而显卡采用英伟达的专业级显卡，以保证三维画面产生的连续与真实性。

(1)软件平台：选用软件平台应能够充分发挥出所采用的硬件系统的性能，输出高质量的三维图像。操作系统采用效率更高、功能更强的Windows 7操作系统，三维图像输出采用高效率的英伟达三维驱动程序，充分发挥出显卡的性能，在三维头戴式眼镜上显示逼真的三维环境。

(2)刺激视频：经过多次试验，各种虚拟现实环境中虚拟掠地飞行对人体刺激最为激烈，但对于不同的个体承受能力，虚拟高速驾驶赛车的环境相对刺激平缓，能够起到一定作用。

4 临床试验

麻醉辅助及镇痛系统最大的作用、最能直观反映效能的用途是镇痛。在胃癌中期患者的临床试验中，该患者癌痛明显，且不能忍受，睡眠受干扰，要求服用镇痛药物。试验以24 h为一次，6 d交替进行3次对比。第一日服用药物镇痛，药物采用强痛定60 mg，第二日采用麻醉辅助镇痛系统10 min/次，对比疼痛干扰程度、对止痛的依赖程度。

试验表明，麻醉辅助镇痛系统具有镇痛的有效性，其镇痛效果的持续时间与药物镇痛有一定差距，且基本无不良反应，因此可以通过多次使用来延长止痛效果。如果与止痛药搭配使用可使药物的使用量明显减少，不良反应减轻，同时延缓人体抗药性产生的时间。癌症患者试用是一个极端的环境，60 min的镇痛时间对于癌症患者来说的确太短，但其意义不侧重于长期的止痛，而更倾向于辅助麻醉。对于一台简单的介入手术、内窥镜手术等，其作用极为明显。

5 结语

随着研究的深入，麻醉辅助镇痛系统具有相当的发展潜力，尤其是三维视频的更新，进一步提高眼镜显示器的显示效果，加入其他辅助刺激，如穴位电刺激、声音刺激等则可进一步加强效果。随着医学科学技术的发展，非药物麻醉或镇痛将作为药物麻醉的补充在某些方面取代药物麻醉。

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