麻醉剂量的精确控制对于保障手术的顺利进行和术中患者的安全尤为重要。局限于临床环境对于仪器设备的体积和分析速率的严苛要求,当前临床中,能够无创、在线、连续、准确的检测麻醉药物在体内浓度的技术仍然匮乏。基于一些新的技术手段所开发的便携式监测设备将有利于围手术期麻醉药物的剂量控制,从而保障患者的安全。另一方面,随着近年来“呼吸活检”（Breath Biopsy）概念的提出,呼出气检测技术在疾病的辅助诊断和药物浓度监测领域的应用价值越来越受到人们的关注。作为一种无创、在线、可连续的检测方法,呼出气检测在麻醉监测领域也具有极高的应用潜力。本论文设计了气相色谱和声表面波传感器联用系统（GC-SAW）,满足临床环境对呼出气检测设备的便携性和在线分析的需求。进一步的,将GC-SAW系统应用于患者的呼出气中麻醉药物浓度分析,实现了对异丙酚和七氟烷的同时、无创、在线、连续的监测。在此基础上,本论文研究了静脉注射式麻醉剂异丙酚的血液和呼出气浓度的分配情况,并评估了患者不同的呼吸方式对异丙酚血气分配系数（RBE）的影响。最后,本论文验证了异丙酚和七氟烷复合使用的“平衡麻醉”中,两种药物的呼出气浓度与麻醉深度的关联性,并初步建立了药物浓度与麻醉深度之间的3D剂量-效应模型。本论文的工作进一步推动了呼出气检测技术在麻醉药物浓度的监测中的应用,为临床无创、在线监测麻醉提供了新的思路和技术手段。本论文的主要创新性研究工作在于:1.搭建了 GC-SAW系统,相比于传统气相色谱,缩减了设备体积,提高了分析速率,可实现临床环境中患者呼出气的无创、在线、连续检测。本论文搭建了气相色谱和声表面波传感器联用的系统,实现了对混合气体成分的定性分析和定量检测。自主设计了电阻直热式毛细管柱升温方案,降低了系统的单次样本分析时间为80s;Tenax?TA吸附管对气体进行预富集,配合自主设计的瑞利型声表面波传感器,系统的检测下限可达到ppb级别;系统采用了模块化装配,整机的体积压缩至20*20*35cm。并自主设计了系统的硬件控制电路和基于Android的上位机软件,方便了仪器的操作和自动化运行。该系统满足了临床环境下呼出气的无创、在线、连续监测对于仪器的分析速率和便携性的需求。2.创新性应用GC-SAW系统在手术条件下,同时监测患者呼出气中麻醉药物七氟烷和异丙酚的浓度。考虑到在“平衡麻醉”中,异丙酚和七氟烷常常被复合使用。本论文创新性的将GC-SAW系统应用于以上两种药物呼出气浓度的同时监测。在七氟烷的标定实验中,GC-SAW系统与气相色谱-质谱（GC-MS）的标定结果的R2值达到0.9925;在临床监测中,系统监测的七氟烷浓度与商用麻醉呼吸机的结果基本一致。同时,手术过程中两种药物呼出气浓度的变化趋势,与临床的药物使用情况相匹配。因此,GC-SAW系统可用于呼出气中异丙酚和七氟烷浓度的同时、无创、在线监测。3.验证了静脉注射式麻醉剂异丙酚的呼出气浓度和血药浓度之间的线性关系,并首次探究了患者的呼吸方式对于异丙酚血气分配系数（RBE）的影响。作为一种静脉注射式麻醉剂,异丙酚的麻醉效果与其血药浓度息息相关。本论文首先验证了异丙酚的呼出气浓度与血药浓度之间的线性关联。通过对46例样本的评估,发现了患者的每分钟通气量（VM）与RBE之间存在显著的负相关。进一步的,提出了修正的血气分配系数（RBEM）,它的值不受到VM的影响,且人群差异性较小。在此基础上,我们建立了基于呼出气的异丙酚的血药浓度预测模型,可通过对患者呼出气的连续监测,评估异丙酚的血药浓度。4.评估了七氟烷和异丙酚复合使用的“平衡麻醉”中,两种药物的呼出气浓度和麻醉深度的关联性。最后,本论文评估了异丙酚和七氟烷的呼出气浓度与麻醉深度之间的关联性。通过脑电双频指数（BIS）表征患者在术中的麻醉深度。在单个患者中,麻醉药物浓度和BIS指数的变化趋势相匹配;在全部15例患者的偏相关分析中,两种药物的浓度和BIS指数均表现出显著的负相关。在此基础上,初步建立了 3D的剂量-效应模型,并通过15例患者的356组监测数据进行模型拟合。模型拟合的决定系数（COD）达到了 0.985,验证了通过药物的呼出气浓度监测患者麻醉深度在技术原理上的可行性。