Artigo em revista científica Q1
An analytic method to determine the optimal time for the induction phase of anesthesia
Mohamed A. Zaitri (Zaitri, M. A.); Cristiana J. Silva (Silva, C. J. ); Delfim F. M. Torres (Torres, D. F. M.);
Título Revista
Axioms
Ano (publicação definitiva)
2023
Língua
Inglês
País
Suíça
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Abstract/Resumo
We obtain an analytical solution for the time-optimal control problem in the induction phase of anesthesia. Our solution is shown to align numerically with the results obtained from the conventional shooting method. The induction phase of anesthesia relies on a pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) model proposed by Bailey and Haddad in 2005 to regulate the infusion of propofol. In order to evaluate our approach and compare it with existing results in the literature, we examine a minimum-time problem for anesthetizing a patient. By applying the Pontryagin minimum principle, we introduce the shooting method as a means to solve the problem at hand. Additionally, we conducted numerical simulations using the MATLAB computing environment. We solve the time-optimal control problem using our newly proposed analytical method and discover that the optimal continuous infusion rate of the anesthetic and the minimum required time for transition from the awake state to an anesthetized state exhibit similarity between the two methods. However, the advantage of our new analytic method lies in its independence from unknown initial conditions for the adjoint variables.
Agradecimentos/Acknowledgements
--
Palavras-chave
Pharmacokinetic/pharmacodynamic model,Optimal control theory,Time-optimal control of the induction phase of anesthesia,Shooting method,Analytical method,Numerical simulations
  • Matemáticas - Ciências Naturais
Registos de financiamentos
Referência de financiamento Entidade Financiadora
2022.03091 Fundação para a Ciência e a Tecnologia
UIDP/04106/2020 Fundação para a Ciência e a Tecnologia
UIDB/04106/2020 Fundação para a Ciência e a Tecnologia

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