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BIOMEDICALE
tecnica
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Novembre/Dicembre 2017
Automazione e Strumentazione
Nella medicina moderna l’uso di sistemi di automazione è sempre più presente. Lo sviluppo di un
sistema di anello chiuso per il controllo dell’anestesia può introdurre benefici significativi per i pazienti
e per la pratica clinica. In questo articolo viene proposto un controllo automatico basato su eventi per
la regolazione automatica dei farmaci Propofol e Remifentanil tipicamente utilizzati come ipnotico e
analgesico nell’anestesia generale endovenosa.
Luca Merigo
Manuel Beschi
Fabrizio Padula
Nicola Latronico
Massimiliano Paltenghi
Antonio Visioli
Controllo a eventi della
somministrazione di Propofol
e Remifentanil
durante anestesia clinica
Il fine dell’anestesia endovenosa è quello di
indurre temporaneamente la soppressione
dello stato di coscienza (ipnosi) e l’abolizio-
ne del dolore (analgesia) mediante l’infusione
di farmaci specifici per via endovenosa. Il
Bi-
spectral Index Scale
(BIS), basato sull’ana-
lisi semplificata dell’
elettroencefalogramma
(EEG), fornisce il livello anestetico del pa-
ziente attraverso un parametro adimensionale
normalizzato tra 0 (EEG isoelettrico) e 100
(paziente clinicamente sveglio). L’automatiz-
zazione di questo processo sfruttando il BIS
come feedback può introdurre significativi
vantaggi, sia per la salute del paziente, miglio-
rando il mantenimento di un piano ottimale
di anestesia grazie al controllo continuo dei
parametri del paziente e alla minor sommini-
strazione di farmaco, che per l’anestesista, con
la riduzione del carico di lavoro. Il controllo-
re deve quindi fornire una veloce risposta al
set-point (livello di BIS desiderato) per la fase
infusiva iniziale,
addormentando
il paziente senza
incorrere in peri-
colose sotto-elon-
gazioni del livello
anestetico, e un’a-
deguata risposta
ai disturbi esterni
dovuti all’inter-
vento chirurgico
durante la fase di
mantenimento. In
questo articolo viene proposta una
soluzione
di controllo PID
basata su eventi con taratu-
ra robusta realizzata mediante ottimizzazio-
ne con algoritmi genetici
[1]
. La tecnica ad
eventi permette di imitare il comportamento
dell’anestesista che varia l’infusione dei far-
maci solo in corrispondenza di determinate
situazioni. L’introduzione di un nuovo gene-
ratore d’eventi con capacità filtranti consente
di compensare l’effetto del rumore sul segnale
di BIS. L’efficacia dello schema di controllo
proposto è verificata dai risultati simulati su
un insieme standard di modelli di pazienti.
Modello del paziente
Il modello del paziente descrive la relazione
tra l’infusione del farmaco e il suo effetto sul
BIS
[2]
. Nel caso dell’anestesia viene descritto
il legame tra l’infusione del farmaco ipnotico
propofol e di quello analgesico remifentanil
e il livello di BIS ottenuto mediante modelli
GLI AUTORI
L. Merigo, Dipartimento di Ingegne-
ria dell’Informazione, University of
Brescia, Brescia, Italy;
M. Beschi, Istituto di Tecnologie
Industriali e Automazione, National
Research Council Milan, Italy;
F. Padula, Department of Mathe-
matics and Statistics, Curtin Univer-
sity, Perth, Australia;
N. Latronico, Department of Medical
and Surgical Specialties, Radiological
Sciences and Public Health, Univer-
sity of Brescia, Italy;
M. Paltenghi, ASST Spedali Civili di
Brescia, Brescia, Italy;
A. Visioli, Dipartimento di Ingegneria
Meccanica e Industriale; University
of Brescia, Brescia, Italy;
UN’APPLICAZIONE DI CONTROLLO PID IN MEDICINA
Figura 1 - Modello del paziente