美国麻醉专家Miller教授曾预言当2025年到来时，所有的输血均为人工合成，医院将不再有内科，手术室内不再有麻醉医师，所有的麻醉均由计算机控制的监测反馈系统进行遥控……上述的预言到底是“白日梦”，还是发展的趋势？未来，正因为它的不可知性而令人期待。我们都期待未来，期待科技发展为生活工作带来的变革。幸运的是，Miller教授预言所提及的计算机控制系统已在麻醉领域渐露锋芒。
靶控输注系统（target-control-infusion，TCI）成为临床实践中利用计算机技术服务于现代麻醉的经典。TCI由“计算机辅助全凭静脉麻醉（computer-assisted-total-intravenous-anesthesia，-CATIA）”、“计算机控制静脉麻醉药滴注（titration-of-intravenous-agents-by-computer，TIAC）”、“计算机辅助连续输注（computer-assisted-continuous-infusion，-CACI）”和“计算机控-制输注泵（computer-controlled-infusion-pump，CCIP）”逐渐发展和演变而来。微型计算机的发展促进了TCI技术迅速应用于临床。
TCI是以经典的药代动力学和药效动力学为理论为基础，利用现代计算机对药物在体内过程、效应过程进行模拟，并寻找到最为合理的用药方案，继而控制药物注射泵，实现血药浓度或效应部位浓度稳定于预期值的一种静脉给药方法。目前，对丙泊酚和瑞芬太尼已有较深入的研究，人群的药物代谢动力学已被编入TCI系统，这使全凭静脉麻醉（TIVA）更安全、简便、可控。
一、TCI系统的技术优点
（一）TCI系统的组成
1.硬件
包括输注泵、控制输注泵转运的微机以及当微机发生错误时关闭系统的安全机制。
（1）一个键盘：用于输入患者基本信息和预期靶值的用户界面。
（2）一个显示器：用户显示靶浓度、计算的血药浓度、输注速率、给药量、作用部位浓度（脑部效应的估计浓度）及达到一个较低靶浓度所需时间。
（3）输注泵和控制单元（软件和微处理器）的联络系统。
2.软件
包括药动学模型以及与药物输注有关的特殊参数。
（1）人群药代参数资料。
（2）所选择药物的药代模式：某种药物有效的药代动力学模型和特异性参数。
（3）微机程序（包括控制输注速率的运算法则）和模拟（来自药代模式）转换至输注控制系统。
（4）选择药代模式和模拟以决定TCI系统进行工作。
目前可以见到另一种整合式TCI系统，它有几个优点：结构紧凑、使用方便、是目前唯一得到有关管理机构批准的系统。商业化的输注系统包括Graseby-3500、ALARISIVAC-TIVA-TCI以及Vial-MédicalMaster-TCI。
（二）TCI技术的分类
TCI是运用计算机监测和控制给药速度的输注系统，可广泛应用于围麻醉手术期以施行麻醉、ICU镇静/镇痛以及其他各种药物的恒速输注。根据作用部位可将TCI分为以血浆浓度为目标的TCI和以效应室浓度为目标的TCI两种。从生物工程学的角度来看TCI可分为两大类，即开放回路式和闭合回路式。
1.开环（开放回路）TCI系统
特点：无反馈装置，由麻醉医师根据临床需要设定目标（如麻醉深度、镇痛程度等），以及药物药效学指标，来决定给药剂量和给药方式，麻醉维持中根据情况进行调节。
应用开环TCI系统给病人输入一定剂量麻醉药及镇痛药后，需将用药前后的血压、心率、脑电图、心电图、呼吸量、肌肉松弛程度等数据输入计算机，由计算机分析判断处理，并输出相应信号提供医师做进一步调整用药的剂量和速度。
2.闭环（闭合回路）TCI系统
特点：通过一定反馈信号自动调节的给药。其基本组成包括：①镇静、镇痛或肌松监测系统；②测量药物效应的控制参数；③参数的设定点（由麻醉医生设置）；④输注泵；⑤控制输注泵工作的微机。
闭环TCI系统是一种自动控制技术，具有反馈信号控制性能，这是与开放回路式系统的根本区别，其优点是医师可制定预置剂量和控制系统（proportion-integral-derivative，PID）等参数，如开关控制、自适应控制、比例积分导数控制等。在开始输注预置量后，反复检测和比较输入参数和计算机输出信号，以随时对用药速度进行调整。闭环TCI系统通过输注泵用药，经过信息反馈，最后由医师及时进行调控用药，有此可减少误差。
由于同时监测镇静、镇痛和肌松、应激反应的设备缺乏，监测麻醉深度的指标还不完善，闭环系统用于麻醉给药控制仍受限制。
（三）TCI技术的优点
TCI是以药动学和药效学原理为基础，以血浆或效应室的药物浓度为指标，由计算机控制给药输注速率的变化，达到按临床需要调节麻醉、镇静、镇痛深度的目的。因此，TCI系统与传统的给药技术相比，无论是从给药的方便性还是麻醉的可控性来说都是一种进步，它具有以下优点：
（1）操作简便。
（2）能持续显示所计算的血药浓度。
（3）对中断输注有补偿作用。
（4）避免了对输注速率的复杂计算。
除外上述实践方面的使用方便，还包括以下麻醉深度调控方面的优点：
（5）随意调节：易于根据手术刺激调控所需的麻醉深度，类似于通过标准蒸发器调节吸入麻醉。
（6）基于病人实际或预期的反应，TCI系统能迅速给药达到靶浓度，并按要求自动控制以维持恒定的血药浓度。
（7）从麻醉诱导至维持是一个持续过程，改变了静脉诱导而吸入麻醉维持的传统格局。
（8）诱导期间的应激反应可作为预计麻醉维持期效果的参考，比手控更精确。
（9）保持血浆和效应室药物浓度的平衡。
（10）提供平稳的麻醉，改善了对循环、呼吸指标的影响。
二、靶控输注法的理论和临床
TCI以药代动力学和药效动力学为基础，容许麻醉医生根据不同临床情况，选择所要求的目标或靶位（血浆或效应部位）的药物浓度，并通过调整靶浓度来控制和维持麻醉的深浅，以满足临床麻醉的需求。必须强调，TCI是一种输注静脉麻醉药的方法，并不是完全由微机控制的麻醉，麻醉医师必须根据临床的各种需求来调节靶位药物浓度，并维持麻醉的稳定。
（一）TCI与人工控制输注的区别
1.单次静脉注射
是按体重单次静脉注入某种静脉麻醉药，主要不足：
（1）麻醉时间有限，对手术时间较长者需要重复注药，血药浓度和药效可出现“峰”和“谷”交替的现象。
（2）由于不同药物的血浆与效应部位药物浓度发生平衡的时间不同，可导致药物逾量中毒或药效不足交替的险情。这不仅难以维持麻醉的稳定性，长时间麻醉还很容易引起药物的蓄积而导致麻醉后效应时间延长，如清醒延迟、呼吸抑制等。因此不适用于静脉麻醉药和肌肉松弛药给药。
（3）给药的时机很难掌握，尤其在复合用药时。
2.持续静脉输注
是将静脉麻醉药按一定剂量和速率以微量泵持续静脉输入，既可减少药物峰浓度过高现象，又可使血药浓度很快达到稳态，因此血流动力学比较稳定，用药量比间歇给药者减少，有利于病人快速苏醒和减少围术期副反应，但也存在着不足：
（1）需要4～5倍的分布半衰期时间才能达到稳态浓度，使麻醉诱导时间明显延长。
（2）大多数麻醉药随着输注时间的延长，清除的速率减慢，血药浓度也逐渐升高，易于产生蓄积作用。
（3）其血药浓度不能随外科手术刺激的强度变化而得到随时调整。
（4）不同病人对麻醉药的敏感性各异，其给药速度也无法规范统一变。
3.计算机辅助输注
多数药物只要控制其血药浓度，即可获得预期的稳定药物效应和血药浓度，但在临床实际用药治疗中存在着病人较大的个体差异，用药剂量常随病人的年龄、性别、体重以及病理生理等因素而有所差异。为达到病人个体化治疗和迅速调控预期的血药浓度（CP），计算机辅助输注技术被引进临床。
1983年Schutler首先采用BET方法以计算机辅助给药进行全静脉麻醉，即先注射负荷量（bolus），再根据药物从机体排除的速率（elimination）与药物从中央室向周边室转运的速率（trnsfer），向中央室补充给药。研究发现，与血药峰浓度相比，临床效应有滞后现象，于是引出了效应室的概念。
1985年Alvis根据药物的药代动力学三室模型，以血浆药物浓度为靶浓度设计了以计算机控制的静脉输注系统（CACl）。CACI由将计算机接口与输液泵、监护仪连接而组成，通过输注数学模型以及个体化（条件）公式等编程软件，来达到控制输液泵速（实质是药液体积的指数衰减输注）。CACI由将计算机接口与输液泵、监护仪连接而组成，通过输注数学模型以及个体化（条件）公式等编程软件，来达到控制输液泵速（实质是药液体积的指数衰减输注）。
但是，计算机的输注程序是根据不同药物的药代动力学性质和大样本不同个体（群体）对药物的反应为基础而编制的。而且许多因素可以影响CACI的精确度。如果通过对硬件系统精度的测定、药物药代动力学参数的选择，并结合病人病理生理数据的测定，建立包括血药浓度、生理变化及监测参数等在内的反馈调节系统，则有可能更精明地控制靶位血药浓度。
4.TCI
TCI是以血浆或效应室的药物浓度为依据参数，使用微处理器控制输注泵，通过计算机控制给药速度，目的在于临床能够获得比较满意的麻醉、镇静和镇痛深度。TCI计算机所采用的药代动力学数据，是从特定人群中测得的药代动力学数据编制而成的计算机软件，由此来控制输液泵的输注速度，以达到临床所需要的血药浓度和效应室浓度，此即所谓“靶浓度”。
TCI取代了按照mg/（kg·h）来设置输注速率。麻醉医师仅需输入“患者的体重”、“患者的年龄”、“所需血药浓度（靶浓度μg/ml或ng/ml）”。按照靶浓度输注用药后，计算机根据手术刺激强度和病人的反应情况对输注速度进行计算和调节血药浓度或效应室浓度，并显示最适宜的初始量和维持量，并以秒为单位对输液泵速进行随时调整，以尽快达到靶浓度，并保持靶浓度水平恒定，这样可维持一个稳定的、符合临床要求的血浆或效应室浓度。此即为靶控输注的基本原理。临床实践证实，靶控输注用药的效果优于人工控制输注用药，而且TCI系统可以实现使静脉麻醉深浅的调节能像通过标准蒸发器调节吸入麻醉那样简便、可靠。
（二）TCI的理论基础——经典的房室药代动力学理论
1.房室模型的概念
药物经静脉注射进入血液，就会自血管向组织间液扩散，扩散范围的大小（容积）就是房室概念。如果扩散的容积只有1个，称之为一室模型，如果扩散的容积是2个，称之为二室模型，以此类推有三室、多室模型等。
临床常用的静脉麻醉药多为三室药代动力学模型。中央室代表血或血浆，外周室1代表血液充盈多的组织，外周室2代表血液充盈少的组织，作用部位（中枢）为效应室。
2.效应室的概念
效应室是指药物作用的靶部位，如受体、离子通道或酶等，是反映药物临床效果的部位。从药理学来说，效应室如同中央室、周边室一样，是理论上的空间组合，是一抽象名词。在研究静脉注药后血浆药物浓度与其效应之间的关系时发现，有些药物的效应滞后于血药浓度，血药浓度达峰值时，其效应并未达到高峰。因此，引出了效应室的概念，这对研究血药浓度药物效应之间的关系，以及如何计算静脉给药，都是非常重要的。
效应室的药物浓度是无法测定的，通过观测血浆药物浓度与生物效应（效应监测：意识、肌松、脑电双频指数等）的关系，计算出效应室药物浓度的理论值。
3.Keo的概念
为效应室药物消除速率常数，即药物从效应室由转运和代谢等方式消除的速率。因此，Keo是影响药物在效应室和中央室之间平衡的主要因素。Keo越大的药物在血浆和效应室之间发生平衡的速度越快，药物起效越快，反之亦然。
药物由静脉注射后，其临床效应发生的时间主要由效应室药物浓度上升的速率所决定，而麻醉恢复速度主要取决于靶位（脑）药物浓度降低的速度。如果血脑平衡速度快，血浆药物浓度就可反映脑内浓度。因此，Keo对于预测药物在效应部位的作用、起效及恢复时间是非常有用的。
在TCI时，无论是以血药浓度还是以效应室浓度为靶浓度，都必须考虑到特定药物的Keo特性，与Keo大的药物相比，Keo小的药物要在相同时间内达到相同效应室浓度，其初始量就必须高。这样，由于血药浓度过高而引起的副作用也表现出来。可见，有些药物发生效应滞后也是与其Keo相关的。
4.t1/2Keo的概念
t1/2Keo是指血浆和效应部位药物浓度发生平衡达50%所需的时间，理论上t1/2Keo=o.639/Keo。即描述药物自血浆到效应室或自效应室消除50%的时间常数，也是影响药物最大效应滞后于血浆浓度峰值的主要因素。
Keo小、t1/2Keo大的药物在效应室达峰浓度的时间长，表示最大效应出现的时间明显滞后。如果想获得与Keo大、t1/2Keo小的药物的相同效应，其所需药物剂量则大，可因血浆浓度明显增加而增加副作用。因此，在选择TCI的药物时，以Keo大而t1/2Keo小者为宜。目前临床麻醉常用药物中，丙泊酚和瑞芬太尼的药代动力学特性最为适合。
5.持续输注时量相关半衰期（context-sensiti-vehalf-time，t1/2CS）的概念
t1/2CS是指持续静脉输注某种药物一定时间停药后，血浆或效应部位药物浓度降低50%所需要的时间。
t1/2CS可以理解为与输注时间相关的半衰期，反映了持续输注时间与药物消除之间的关系。t1/2CS比消除半衰期更能准确的预计静脉麻醉后的恢复时间。半衰期是指单次静脉注药后，血药浓度降低了50%所需时间，仅反映单次注入的药物通过生物转化和排泄从体内消除的特性，而不能反映药物在机体内三室之间的转运和分布。
研究表明，大多数麻醉药随输注时间的延长，其t1/2CS也逐渐延长。不同药物的t1/2CS也是不同的。因此，t1/2CS对于TIVA的药物选择和预测麻醉恢复时间是非常重要的。
