Modelado y control del proceso anestésico mediante infusión de propofol y realimentación del índice biespectral

Abstract

El objetivo de esta tesis es desarrollar estrategias de control avanzadas y novedosas que permitan el control automático del proceso anestésico en quirófano con fiabilidad y eficiencia, en intervenciones que hagan uso de fármacos intravenosos (propofol) y que requieran sedación total. Como primera fase de esta tesis se establece el desarrollo de una plataforma de simulación del proceso anestésico basado en la infusión de propofol y monitorización del BIS, que nos permita ensayar diferentes estrategias de control y ajustar los parámetros de los controladores. A continuación, se desarrolla una aplicación software para la monitorización y control en tiempo real del sistema en lazo cerrado, implementando los controladores desarrollados en simulación. Finalmente, la tesis tiene como objetivo validar en quirófano la bondad de los sistemas de control desarrollados, y poner a disposición de los anestesistas una herramienta de trabajo que les permita desarrollar el proceso anestésico con mayor fiabilidad, precisión y comodidad, al tiempo que minimiza el impacto en el paciente. El empleo de estos controladores en lazo cerrado nos va a aportar ventajas significativas, como la posibilidad de prevenir sobredosis y la reducción del costo del proceso anestésico (optimiza la administración de la droga y disminuye el tiempo de recuperación posterior a la operación). Adicionalmente, al disponer de una herramienta como esta para el desarrollo del proceso anestésico, el anestesista podrá concentrarse en otros aspectos importantes para la seguridad del paciente. Esta tesis se realiza en colaboración con el servicio de anestesia del Hospital Universitario de Canarias (HUC), donde se ha implementado y validado la plataforma desarrollada para la monitorización y control de la anestesia en pacientes. Por tanto, de forma detallada los objetivos son: 1. Desarrollar un sistema de infusión automático controlado por objetivo para administrar anestésicos intravenosos mediante controladores en lazo cerrado. La droga utilizada será propofol. 2. Creación de una herramienta informática que permita monitorizar las variables que intervienen en el proceso y que además gestione la actuación sobre la bomba perfusora encargada de la administración de anestésico. La aplicación debe ser de fácil uso para el anestesista. Desde ella se ajustarán el modo de funcionamiento deseado (lazo abierto, lazo cerrado, tipo de controlador, etc.) así como los parámetros que definen cada uno de estos modos. La aplicación debe presentar de forma visual la evolución de las variables que intervienen en el proceso y además debe permitir registrar en fichero la evolución de las mismas. 3. Validación del modelo fisiológico no lineal con datos reales obtenidos de pacientes. Ajuste de los parámetros del modelo. 4. Estudio de la validez de aproximaciones lineales al modelo del paciente. Estas aproximaciones lineales estarán basadas en modelos paramétricos tipo ARMAX. 5. Diseñar algoritmos eficientes para llevar a cabo el control de índice BIS. Se pretende dotar a los algoritmos de cierta capacidad de autoajuste para adaptar los parámetros del proceso de infusión a cada paciente. Entre los controladores que se ensayarán se utilizarán inicialmente controladores basados en señales y posteriormente se evaluará la incorporación de controladores basados en modelos (control predictivo). 6. Diseño de un sistema de gestión de fallos en el sistema. Este sistema debe ser capaz de detectar anomalías en el funcionamiento de cualquiera de los dispositivos que intervienen en el sistema y activar una rutina de tratamiento de las mismas. 7. Implementación de un sistema de tolerancia a artefactos en la señales de BIS. Este sistema debe ser capaz de detectar y diagnosticar medidas erróneas debidas a eventuales artefactos durante el proceso. Además la rutina de tratamiento adecuada debe ser activada.