Hierarchical Deep Reinforcement Learning-Based Propofol Infusion Assistant Framework in Anesthesia

强化学习 异丙酚 脑电双频指数 瑞芬太尼 人工智能 计算机科学 镇静 生成语法 深度学习 序列(生物学) 对抗制 麻醉 机器学习 医学 化学 生物化学
作者
Won Joon Yun,MyungJae Shin,Aziz Mohaisen,Kangwook Lee,Joongheon Kim
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:35 (2): 2510-2521 被引量:10
标识
DOI:10.1109/tnnls.2022.3190379
摘要

This article aims to provide a hierarchical reinforcement learning (RL)-based solution to the automated drug infusion field. The learning policy is divided into the tasks of: 1) learning trajectory generative model and 2) planning policy model. The proposed deep infusion assistant policy gradient (DIAPG) model draws inspiration from adversarial autoencoders (AAEs) and learns latent representations of hypnotic depth trajectories. Given the trajectories drawn from the generative model, the planning policy infers a dose of propofol for stable sedation of a patient under total intravenous anesthesia (TIVA) using propofol and remifentanil. Through extensive evaluation, the DIAPG model can effectively stabilize bispectral index (BIS) and effect site concentration given a potentially time-varying target sequence. The proposed DIAPG shows an increased performance of 530% and 15% when a human expert and a standard reinforcement algorithm are used to infuse drugs, respectively.

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