Blutdruckregelung im Umfeld chirurgischer Interventionen / Blood pressure control in the area of surgical interventions
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Zusammenfassung
Für spezifische chirurgische Interventionen, wie zum Beispiel die Implantation eines Aortenstents, wünschen einige Kardiologen die Absenkung des physiologischen mittleren arteriellen Blutdruckes auf tiefe Bereiche um 40 mm Hg. Dadurch können mögliche intra- sowie postoperative kardiale und cerebrale Komplikationen vermieden werden. Für die Absenkung des Blutdruckes wird von den Anästhesisten oftmals das Medikament Nitroprussidnatrium genutzt. Da die Patienten sehr individuell auf dieses Medikament reagieren, benötigt der Arzt einige Minuten, bis er durch empirische Variation der Applikationsrate den Zielblutdruck erreicht hat. In der Arbeitsgruppe „Anaesthesia Control“ an der Universität Rostock wurde ein adaptives Regelungssystem entwickelt, das selbstständig die Absenkung des mittleren arteriellen Blutdruckes auf den gewünschten Zielwert vornimmt. Um dieses Regelungssystem simulativ testen zu können, wurde das von Guyton et al. entwickelte Kreislaufmodell in MATLAB/Simulink implementiert. In dieser Arbeit wird sowohl das Simulink-Guyton-Modell als auch der Entwurf eines selbsteinstellenden Reglers zur automatischen Medikamentenapplikation behandelt. Der entwickelte Regler zur Blutdruckabsenkung wurde in 25 Versuchen an 7 Hausschweinen experimentell validiert. Das entwickelte Regelungssystem wurde anschließend um eine Komponente zur Blutdruckanhebung erweitert. Mittels Noradrenalin kann der mittlere arterielle Druck nun auf vorgegebene Werte angehoben werden, um z.B. den cerebralen Perfusionsdruck bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma aufrecht zu erhalten. Der Regler wurde in einer Pilotstudie an 10 Schweinen getestet.
Abstract
For specific surgical interventions, such as aortic stent implantation, it might be temporarily necessary to decrease mean arterial pressure to rather low levels (around 40 mm Hg). Such hypotensive pressure levels are necessary to avoid intra- and postoperative intricacies. Traditionally, the drug Nitroprussidnatrium is used for this task. To adjust the correct amount of drug to reach the target pressure as fast as possible and without overshoot, the anaesthetists typically use empirical knowledge and might need several minutes until the target point is reached. In our research group, an adaptive control system was developed for this task which is able to compute and set the transient drug release automatically. For the design and testing of the adaptive control strategy, the well known Guyton model was implemented into the MATLAB/Simulink development environment. This paper describes the implementation and adaption of the Guyton model to hypotensive pressure control and provides some algorithmic details of the adaptive control strategy for automatic drug delivery in deep hypotension. The designed control system was successfully validated in animal trials (25 trials on 7 pigs). Following this, an additional controller component for increase of blood pressure with the help of the drug Noradrenalin was implemented. It is now possible to increase blood pressure to a specific value to save defined cerebral perfusion pressure for patients with craniocerebral injury. In a second pilot trial, this controller extension was tested in 10 pigs.
©2009 by Walter de Gruyter Berlin New York
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