A Transformer-Based Prediction Method for Depth of Anesthesia During Target-Controlled Infusion of Propofol and Remifentanil

瑞芬太尼 异丙酚 脑电双频指数 平滑的 深度学习 残余物 人工智能 麻醉剂 计算机科学 麻醉 机器学习 医学 算法 计算机视觉
作者
Yongkang He,Siyuan Peng,Mingjin Chen,Zhijing Yang,Yuanhui Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31: 3363-3374 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tnsre.2023.3305363
摘要

Accurately predicting anesthetic effects is essential for target-controlled infusion systems. The traditional (PK-PD) models for Bispectral index (BIS) prediction require manual selection of model parameters, which can be challenging in clinical settings. Recently proposed deep learning methods can only capture general trends and may not predict abrupt changes in BIS. To address these issues, we propose a transformer-based method for predicting the depth of anesthesia (DOA) using drug infusions of propofol and remifentanil. Our method employs long short-term memory (LSTM) and gate residual network (GRN) networks to improve the efficiency of feature fusion and applies an attention mechanism to discover the interactions between the drugs. We also use label distribution smoothing and reweighting losses to address data imbalance. Experimental results show that our proposed method outperforms traditional PK-PD models and previous deep learning methods, effectively predicting anesthetic depth under sudden and deep anesthesia conditions.
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