引導(dǎo)的氣管插管系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣管插管領(lǐng)域，特別是使用外部照明以輔助氣管內(nèi)導(dǎo)管在受試者的氣管中的定位。
【背景技術(shù)】
[0002]氣管插管是眾所周知的，并且在患者肺部的正常通氣可能受到損害時(shí)被廣泛使用。未能迅速地對呼吸暫?；颊哌M(jìn)行人工通氣會導(dǎo)致嚴(yán)重的腦損傷或死亡。在患者插管期間，使用也稱為氣管內(nèi)導(dǎo)管的撓性管。將所述導(dǎo)管的遠(yuǎn)端置于患者的氣管內(nèi)。所述導(dǎo)管的近端可以附接至復(fù)蘇氣囊或任何其它設(shè)備上，以支持呼吸過程。在患者插管期間，存在氣管內(nèi)導(dǎo)管偶然被誤插到食管中的風(fēng)險(xiǎn)。如果不迅速檢測出來，這種情況本身就可以導(dǎo)致死亡和殘疾。在進(jìn)行氣管插管時(shí)，一種常用的方法是使用通常為光纖內(nèi)窺鏡形式的成像裝置或者使用由在遠(yuǎn)端具有攝像機(jī)的剛性體組成的裝置。這兩類裝置均提供患者的聲帶和聲門的圖像，由此方便氣管插管。然而，在使用內(nèi)部照明的內(nèi)窺鏡圖像時(shí)，使用者經(jīng)常難以識別準(zhǔn)確的氣管位置以確保進(jìn)行正確地插管，特別是在外傷病例中，其中可能存在血液和分泌物并且其中速度可能是至關(guān)重要的。許多現(xiàn)有技術(shù)出版物建議使用從外部施加到患者的頸部聲帶區(qū)域的照明，以便優(yōu)先照明的氣管變得顯著可見，并且由此更容易地使使用者對準(zhǔn)插管位置，或者使得氣管內(nèi)導(dǎo)管用的自動導(dǎo)引裝置更加準(zhǔn)確。
[0003]在D.Gravenstein 等人的名稱為 “Transtracheal Energy Applicat1n andSensing System for Intubat1n:Method and Apparatus”的美國專利號6，161，537 中，描述了此種系統(tǒng)。為了調(diào)節(jié)外部照明向患者喉部的聲門區(qū)中的傳輸差異，通過連接到檢測信號處理系統(tǒng)并且受該檢測信號處理系統(tǒng)驅(qū)動的電子反饋電路來控制外部光源，以提供自動增益特性。因此，這涉及使用氣管識別用的可控水平的照明光源、同步控制電路以及從用戶信號處理和查看模塊至外部施加的氣管識別照明的反饋鏈路。
[0004]在C.Cui的名稱為“System and Method for Intubat1n”的美國專利申請公開號US 2011/0178369中，描述了一種自動氣管內(nèi)導(dǎo)管插管系統(tǒng)和方法，其使用配置在患者身上的外部氣管識別源，該源可以是光源。然而，此參考文獻(xiàn)中完全沒有提及關(guān)于控制外部氣管識別源的強(qiáng)度級別的任何規(guī)定，而這對于實(shí)現(xiàn)正確插入到氣管的有效的和肯定的視頻標(biāo)識很可能是必要的。
[0005]因此，需要一種氣管內(nèi)導(dǎo)管安置和監(jiān)控系統(tǒng)，其使用方便且成本低，并且克服了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和方法的至少一些缺點(diǎn)。
[0006]在本說明書的這一章節(jié)以及其它章節(jié)中提及的每一個(gè)出版物的公開內(nèi)容皆通過引用以其整體并入本文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開描述了用于簡單而準(zhǔn)確地觀察、引導(dǎo)和執(zhí)行氣管插管的新的示例性系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用自供電、獨(dú)立的外部照明源，該光源提供固定輸出水平的調(diào)制照明，該光源緊鄰喉區(qū)外部而從外部被施加到受試者的頸部區(qū)域。該照明源可以被構(gòu)建為從外部施加到患者的喉部區(qū)域的敷貼（patch)的形式，并且因?yàn)槠浜唵蔚牡统杀局圃?，所以可以是在儀器每次工作時(shí)使用的一次性部件。這種照明可以通過成像系統(tǒng)來檢查，該成像系統(tǒng)接收來自氣管內(nèi)放置裝置的輸入，該成像系統(tǒng)可以在其遠(yuǎn)端具有檢測器陣列或者可以將成像視圖通過光學(xué)纖維傳送至設(shè)置于電子傳感和控制單元中的檢測器陣列。外部產(chǎn)生的照明經(jīng)調(diào)制，最方便地通過振幅調(diào)制，對受試者的喉嚨內(nèi)檢測到的照明進(jìn)行信號處理，從而能夠調(diào)節(jié)感知的或表觀的成像水平，并且有效辨別透進(jìn)氣管的外部照明和由氣管內(nèi)導(dǎo)管提供的內(nèi)部照明，并且控制透進(jìn)氣管的外部照明，如由傳感與控制系統(tǒng)感知的那樣。通過使用所感知的調(diào)制照明的相位調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)所述辨別和水平控制，而根本不需要向外部照明源的任何輸入，所述外部照明源本身提供了恒定的預(yù)定調(diào)制的照明輸出水平。
[0008]這種系統(tǒng)使得用戶能夠調(diào)節(jié)在所生成的內(nèi)窺鏡圖像中觀察到的表觀氣管照明的水平，術(shù)語“表觀”被用來強(qiáng)調(diào)從氣管發(fā)射出的實(shí)際氣管照明是恒定的（前提條件是外部照明源沒有移動，并且患者未移動），并且所感知到的不同照明水平是在接收到的圖像數(shù)據(jù)上進(jìn)行信號處理來實(shí)現(xiàn)的。這種系統(tǒng)使用具有預(yù)先確定的照明亮度和對比度特性的圖像或圖像數(shù)據(jù)，還使得控制系統(tǒng)能夠使用這種感知的氣管圖像數(shù)據(jù)以有效地進(jìn)行自動照明水平控制，以及自動或半自動地朝向氣管入口來操控氣管內(nèi)導(dǎo)管。
[0009]這種系統(tǒng)使得從外部源接收的光的表觀成像強(qiáng)度被維持在優(yōu)化的水平，用于氣管檢測。如果所述水平太弱，可能不能確實(shí)地檢測氣管，而如果太強(qiáng)，可能同時(shí)從氣管與食管采集到照明或者光可能從周圍組織反射或散射，由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)識別錯(cuò)誤。另外，隨著氣管內(nèi)導(dǎo)管遠(yuǎn)端朝向聲帶向喉嚨下方行進(jìn)，其位置會改變或甚至進(jìn)入氣管，該遠(yuǎn)端到光源的距離發(fā)生顯著變化，并且所檢測到的外部照明的水平也發(fā)生變化。
[0010]在本發(fā)明所描述的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對這些變化的控制，而不需要調(diào)整光源本身強(qiáng)度的任何反饋機(jī)制，所述光源可以是未電連接或未無線電連接至傳感和顯示控制系統(tǒng)的獨(dú)立元件。圖像強(qiáng)度控制完全是通過傳感和顯示單元中的信號處理來進(jìn)行的，在呈現(xiàn)給用戶之前或在用于任何諸如插管管引導(dǎo)之前，提高或降低圖像的調(diào)制光分量以便其表觀強(qiáng)度保持最佳。
[0011]有利地，由外部源發(fā)射的調(diào)制照明應(yīng)當(dāng)處于能夠很容易地通過咽喉組織傳輸?shù)牟ㄩL下，由此其穿透時(shí)沒有不適當(dāng)衰減，并且通過常用的光電傳感器諸如基于硅的CCD或CMOS陣列檢測時(shí)，其還具有良好的檢測靈敏度。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本公開中使用的術(shù)語“光”或“照明”不局限于可見區(qū)，而應(yīng)理解為包括能夠以這種方式被所述系統(tǒng)使用的任何波長區(qū)。此外，調(diào)制頻率應(yīng)當(dāng)與可容易獲得且標(biāo)準(zhǔn)的視頻成像設(shè)備的幀頻相匹配，由此保持系統(tǒng)簡單且成本低。
[0012]此外，雖然本公開中概括地描述了所述系統(tǒng)，在視頻圖像顯示系統(tǒng)方面，這是一種用于視覺上促進(jìn)氣管插管的常用輸出，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開的設(shè)備和方法同樣可以用來提供圖像數(shù)據(jù)輸出，在待生成圖像或圖像部分的自動增益控制中使用，或者用來在插入期間提供用于自動導(dǎo)引氣管插管的數(shù)據(jù)。
[0013]另外，對于不能移動的病人和牢固固定的外部光源，穿透氣管并且然后被檢測為從氣管發(fā)射的調(diào)制照明水平具有有效恒定的水平。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，提及檢測的或感知的或表觀的照明水平或類似語言，其旨在指在圖像數(shù)據(jù)信號處理后，用于增強(qiáng)或修正所檢測到的真實(shí)照明內(nèi)容的控制和顯示系統(tǒng)輸出。無論所述圖像是真實(shí)顯示的圖像形式還是作為在控制任務(wù)中使用的圖像數(shù)據(jù)，本發(fā)明都適用。當(dāng)在權(quán)利要求書中要求保護(hù)本發(fā)明時(shí)，此類術(shù)語也以這種方式進(jìn)行理解。
[0014]因此，根據(jù)本公開中描述的裝置的一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種用于在受試者上進(jìn)行引導(dǎo)氣管插管的系統(tǒng)，其包括：
[0015](i)自主光源，其提供基本恒定水平的調(diào)制的照明輸出，并且其適于從外部被施加到受試者的頸部的喉部的區(qū)域中，
[0016](ii)光學(xué)傳感系統(tǒng)，其接收來自處于所述受試者喉嚨內(nèi)的氣管內(nèi)放置裝置的圖像數(shù)據(jù)流，所述光學(xué)圖像數(shù)據(jù)包括與已經(jīng)穿透所述受試者氣管的調(diào)制照明水平相關(guān)的數(shù)據(jù)，和
[0017](iii)控制系統(tǒng)，其適于對所接收的圖像數(shù)據(jù)流的調(diào)制內(nèi)容進(jìn)行信號處理并且適于生成圖像輸出數(shù)據(jù)，該圖像輸出數(shù)據(jù)使得來自氣管的表觀感測到的照明水平能夠被調(diào)整。
[0018]在此種系統(tǒng)中，所述獨(dú)立的光源未通過有線或無線連接至所述控制系統(tǒng)。此外，所述信號處理可以利用所述光學(xué)圖像數(shù)據(jù)的相位操作，從而辨別已經(jīng)穿透受試者的氣管的調(diào)制照明和由所述氣管內(nèi)放置裝置從內(nèi)部施加到受試者喉部區(qū)域的照明。另外，在導(dǎo)引氣管插管的過程中，所述系統(tǒng)的用戶可以調(diào)整表觀感測的來自氣管的照明水平。替代地或附加地，表觀感測的來自氣管的照明水平可以被自動調(diào)整，以在從所述圖像數(shù)據(jù)生成的圖像中提供預(yù)定水平的對比度。
[0019]在上述系統(tǒng)的進(jìn)一步示例性的實(shí)施方式中，所述自主調(diào)制光源可以包括至少一個(gè)電池、至少一個(gè)發(fā)光體和為該至少一個(gè)發(fā)光體供電的電路。在這個(gè)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)發(fā)光體可以是發(fā)光二極管。在任何前述系統(tǒng)中，所述照明可以具有處于0.4微米至1.4微米范圍內(nèi)的波長。
[0020]在又一個(gè)實(shí)施方式中，所述自主調(diào)制光源可以包括粘合元件或條帶，其用于貼合至受試者頸部的喉部的區(qū)域。所述自主調(diào)制光源也可以適于在單次使用后就被舍棄。
[0021]另一個(gè)示例性的實(shí)施方式涉及一種敷貼，其適于從外部貼合至受試者的頸部，其包括：
[0022]⑴至