本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种气管插管引导装置。
背景技术：
视频喉镜是医院常用的一种可视性的气道检查设备，视频喉镜用于气管插管不仅有效解决困难气道插管，而且对一般病人也有很大优势：减少气管插管的技术难度，明显减轻气管插管的应急反应，减少气管插管的损伤。在视频喉镜技术中，使用喉镜获得声门的直接视图，然后在直视或间接视觉之下将气管导管插入气管。当用视频喉镜技术对病人进行插管时，用户通常用一只手将引导喉镜片插入到病人的嘴中，且一旦识别出气管就用另一只手将气管导管插入到气管中。插管术成功的定义是气管导管成功插入到病人的气管中。然而，现有的视频喉镜通常存在以下缺陷：现有的视频喉镜通常都是自带显示器，该种结构形式的视频喉镜不仅增加了喉镜重量，也增大了镜柄的占用空间，如对嘴张开受限、较短或受限的颈部活动或颈部病状、怀孕和肥胖等病人执行插管术时，则喉镜不易置入口腔。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种气管插管引导装置，可以通过图像和气体，自动将气管导管插入气管中。
本发明实施例提供一种气管插管引导装置，包括引导芯、图像采集模块、二氧化碳感应器、驱动模块、控制器以及红外传感器，所述图像采集模块和所述二氧化碳感应器设置于所述引导芯端部，所述图像采集模块、所述二氧化碳感应器和所述驱动模块均与所述控制器电连接；所述图像采集模块用于采集包括声带的倒V形、声带的颜色、声带褶振动、病人呼吸周期期间的热图像改变、声带与会厌、声门和杓状软骨的空间关系的拓扑模式图像，并发送至所述控制器；所述二氧化碳传感器用于检测病人呼吸时产生的二氧化碳，并发送至所述控制器；所述控制器用于依据所述拓扑模式图像和所述二氧化碳传感器检测的二氧化碳变化量，生成位置控制参数，并送至所述驱动模块；所述驱动模块用于驱动所述引导芯在一个自由度或多个自由度上移动，所述引导芯用于引导气管导管移动并插入到病人的气管中；所述红外传感器设置于引导芯上，所述红外传感器用于检测人体喉部外照射到红外光，以确定所述引导芯插入人体气管中，并将检测结果发送至所述控制器；当所述引导芯插入到人体的气管中后，预装载的气管导管沿所述引导芯插入到人体的气管中。
优选的，还包括显示单元用于显示所述图像采集模块采集的图像、所述二氧化碳感应器检测的二氧化碳含量以及显示所述位置控制参数。
优选的，所述显示单元与所述控制器有线连接或无线连接，所述显示单元为液晶显示屏。
优选的，所述引导芯还设置有相对湿度传感器，所述相对湿度传感器的信号输出端通过信号线与所述控制器连接；所述气管导管外壁还设置有贴片式温度传感器，所述贴片式温度传感器的信号输出端通过设置在所述气管导管管壁内的信号线与所述控制器连接。
优选的，所述控制器的输出控制接口连接有温度超限报警器和相对湿度超限报警器。
优选的，所述引导芯和所述气管导管共轴，用户可基于所述位置控制参数在一个或多个运动自由度上自动或手动控制导航并完成气管插管。
优选的，所述装置还包括喉镜片，所述引导芯设置于所述喉镜片中，所述引导芯沿着所述喉镜片的长度定位在所述喉镜片的中心并电子地和机械地与驱动模块连接。
优选的，还包括至少一个红外激光发射器，所述红外激光发射器用于在人体喉部外发射激光，以使所述红外传感器感应。
优选的，所述引导芯包括尖端部、接头部以及主体部，所述图像采集模块、是二氧化碳感应器以及所述红外传感器设置于所述尖端部；所述接头部具有预定长度并用于在多个自由度方向上偏转，所述接头部由挠性材料或刚性材料制成；主体部包括管壁和位于所述管壁内部的多个线缆。
优选的，还包括外壳，所述驱动模块和所述控制器设置于所述外壳，所述引导芯和所述气管导管连接于所述外壳，所述外壳内还设置有电动机。
与现有技术相比，本发明实施例提供的气管插管引导装置，通过图像采集模块、二氧化碳感应器来检测呼吸道的图像和二氧化碳，并发送至控制器，控制器生成位置控制参数，并通过驱动模块控制引导芯移动，使引导芯插入气管，气管导管可以沿引导芯插入气管，当气管导管插入气管后，红外传感器可以接收外界喉部处的红外光，红外传感器并发送信号至控制器，控制器将图像、二氧化碳量、位置控制参数、是否插入气管的结果等数据发送至显示器上显示，便于医生观看结果和进行情况。如此，无需医生手动插管，可以满足病人在张嘴受限的情况，另外，此种方式更加智能，可以避免由于医生的操作不到位对病人产生的影响，准确度高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的气管插管引导装置的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的气管插管引导装置的另一视角的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的气管插管引导装置的模块图。
图4为本发明实施例提供的引导芯的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的尖端部的另一视角的结构示意图。
图标：10-气管插管引导装置；20-外壳；30-气管导管；40-喉镜片；110-引导芯；111-尖端部；112-接头部；113-主体部；114-方向控制线缆；120-图像采集模块；130-二氧化碳感应器；140-驱动模块；150-控制器；151-处理器；152-存储器；160-红外传感器；171-相对湿度传感器；172-贴片式温度传感器；173-相对湿度超限报警器；174-温度超限报警器；180-显示单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
人类的呼吸道包括管道系统，即传导呼吸道。呼吸道包括上呼吸道系统或上呼吸道及下呼吸道系统或下呼吸道。上呼吸道和下呼吸道由气管开口分隔。气管开口是由声带或声门开口界定的开口。插管术是引导气管导管通过气管开口(如声带、声门开口)从上呼吸道进入下呼吸道的过程。
请参考图1，是本发明实施例提供的气管插管引导装置10的结构示意图。本发明实施例的气管插管引导装置10可以对病人自动的插入气管导管30，该气管插管引导装置10包括外壳20和引导芯110，引导芯110部分伸出所述外壳20，引导芯110具有多自由度移动的功能，气管导管30可以套在引导芯110上，在引导芯110插入气管后，气管导管30可以跟着引导芯110进入气管导管30。
请参考图2，是本发明实施例提供的气管插管引导装置10的另一视角的结构示意图。
气管插管引导装置10通常包括喉镜片40，引导芯110位于喉镜片40中。外壳20内可以安装驱动模块，在一些实施例中，引导芯110可以配置为沿着喉镜片40的长度定位在喉镜片40的中心并电子地和机械地与驱动模块连接。本实施例中，以气管导管30的纵轴基本上与引导芯110的纵轴同心的方式定位气管导管30。以此方式气管导管30可以在引导芯110上滑动并按照与引导芯110相同的移动路径推入。或者，气管导管30的纵轴可以不与引导芯110的纵轴重叠。在将气管导管30推入喉镜片40时，气管导管30与引导芯110并排定位。在气管导管30插入期间，气管导管30的移动可以由引导芯110或喉镜片40主体引导。喉镜片40可以作为防咬器保持在病人的嘴中以防止病人在医疗过程期间咬住气管导管30。
本实施例中，所述引导芯110可以按照如图所示的第一自由度、第二自由度和第三自由度三个方向移动。驱动模块可以使引导芯110在一个自由度或多个自由度上移动以使导航导管探芯可以在任何期望的方向上移动以定位气管。
请参考图3，是本发明实施例提供的气管插管引导装置10的模块图。所述气管插管引导装置10还包括图像采集模块120、二氧化碳感应器130、驱动模块140以及控制器150，所述图像采集模块120和所述二氧化碳感应器130设置于所述引导芯110端部，所述图像采集模块120、所述二氧化碳感应器130和所述驱动模块140均与所述控制器150电连接。
所述图像采集模块120用于采集包括声带的倒V形、声带的颜色、声带褶振动、病人呼吸周期期间的热图像改变、声带与会厌、声门和杓状软骨的空间关系的拓扑模式图像，并发送至所述控制器150。
拓扑模式图像具有拓扑特征，可以分析图像数据以寻找拓扑特征的出现。如上所述，拓扑特征包括声带的构型，诸如静止时的倒“V”形、明显的白色、在发声时振动的声带褶和在呼吸周期期间的动态热图像改变。拓扑特征还包括声带周围的结构，诸如会厌和杓状软骨及食管开口的形状，以及声带相对于其周围结构的空间关系和相对颜色。在一些实施例中，声带的拓扑特征可以单独用于识别声带或气管开口。在其他实施例中，声带的拓扑特征可以用作主识别特征，声带周围的其他拓扑特征及其关系可以用作附加识别特征以确认声带开口识别。
可以使用基于特定的特征识别模式的任何适合的数据处理技术识别指示声带开口的拓扑模式。在一个实施例中，可以使用检查给定模式的成分或特征的出现的模式匹配(pattern matching)来分析图像数据。例如，可以分析图像数据以通过比较预定模式寻找拓扑特征的出现。预定模式可以是对于成人的特定的拓扑模式和对于儿童的特定的拓扑模式。另外，模式匹配可以包括与具有畸形呼吸道的病人的预定模式进行比较。
如果捕捉的图像数据包括与声带和/或会厌的结构特征匹配的特征，则可以确定出现了指示气管开口的拓扑模式。在另一示例中，如果捕捉的图像数据包括与在发声期间的在气管开口中的声带褶振动或运动的特征匹配的特征，则可以确定出现了指示气管开口的拓扑模式。基于对拓扑模式的分析，可以生成导航指引以指导导航导管探芯的移动。应理解，如果任何单个的拓扑特征与预定模式匹配或如果两个或多个拓扑特征与预定模式匹配，则可以生成导航指引。此外，应理解，任何适合的数学模型都可以用于模式匹配。
所述图像采集模块120可以是热像仪或红外线摄像机。气管和食管中的温度特征是不同的。温度变化可以由热像仪捕捉。热图像可以用不同的颜色显示不同的温度区域。例如较淡的阴影表示较高的温度而较深的阴影表示较低的温度。在一个示例中，热图像中示出的倒V形可以用于识别声带，从而识别气管开口。在另一示例中，由于热图像在呼吸周期期间改变，声门或声带开口在呼吸周期期间的温度变化可以用于识别气管开口。例如，流入呼吸道的空气可以处在环境温度(如，24℃的室温)，流出气管的空气可以处在高达32℃的温度。拓扑特征可以包括由于病人的呼吸周期中的温度改变造成的声带和声带开口的热图像颜色变化。
此外，通过人工降低吸入空气的温度，可以进一步放大温度差异的程度。因此，一旦在呼吸周期期间观察到声门有显著的颜色改变，就可以确定指示气管开口的拓扑模式。以此方式，由热像仪捕捉的图像可以用作导航指引。
所述二氧化碳传感器用于检测病人呼吸时产生的二氧化碳，并发送至所述控制器150。所述控制器150用于依据所述拓扑模式图像和所述二氧化碳传感器检测的二氧化碳变化量，生成位置控制参数，并送至所述驱动模块140。
具体的，当空气流入呼吸道时，CO2浓度处在大气水平。而人体呼气时，CO2浓度必然会增高，因此，可以通过对CO2浓度的检测来确定呼吸道。
所述控制器150包括存储器152和处理器151。其中，存储器152可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器152用于存储程序，所述处理器151在接收到执行指令后，执行所述程序。
处理器151可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器151可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
所述驱动模块140用于驱动所述引导芯110在一个自由度或多个自由度上移动，所述引导芯110用于引导气管导管30移动并插入到病人的气管中。
所述驱动模块140可以是滚子马达驱动机构、伸缩机构或利用四个马达铰接导航导管探芯的尖端部111以使用现有技术中已知的技术执行多引导芯110在三个自由度上的移动。
第三自由度移动可以是引导芯110平移/运动的前后移动，或可以是导航导管探芯旋转的前后移动。类似地，第一自由度移动可以是引导芯110平移的上下移动，或可以导航导管探芯旋转的上下移动，且第二自由度移动可以是引导芯110平移的左右移动，或可以是导航导管探芯旋转的左右移动或蛇形移动。
一旦确定未识别出气管，则第三自由度移动可以造成引导芯110以预定距离收回。控制下的收回随后是在调节后的方向上向前移动，从而允许快速操纵引导芯110。此外，引导芯110可以在收回之后从预定点重新开始搜索气管。以此方式，不需要收回引导芯110使其大幅离开相邻于气管或食管的位置并再次开始插入尝试。
所述红外传感器160设置于引导芯110上，所述红外传感器160用于检测人体喉部外照射到红外光，以确定所述引导芯110插入人体气管中，并将检测结果发送至所述控制器150。对应的，可以在人体的喉部通过红外激光发射器发射激光，照射喉部，以使所述红外传感器160感应，当红外传感器160感应到信号后，反馈至控制器150，以验证该引导芯110已经插入气管。
当所述引导芯110插入到人体的气管中后，预装载的气管导管30沿所述引导芯110插入到人体的气管中。
所述驱动模块140依据控制器150生成的位置控制参数控制引导芯110移动，位置控制参数还可以提供指示气管开口的位置，如相对于引导芯110的当前位置在上方、下方、左边或右边的指示。
所述气管插管引导装置10还包括显示单元180、相对湿度传感器171、贴片式温度传感器172，所述显示单元180与所述控制器150有线连接或无线连接，所述显示单元180可以是液晶显示屏等。显示单元180用于显示所述图像采集模块120采集的图像、所述二氧化碳感应器130检测的二氧化碳含量以及显示所述位置控制参数。
相对湿度传感器171和贴片式温度传感器172可以设置于气管导管30，所述相对湿度传感器171的信号输出端通过信号线与所述控制器150连接，所述贴片式温度传感器172的信号输出端通过设置在所述气管导管30管壁内的信号线与所述控制器150连接。对应的，所述控制器150的输出控制接口连接有温度超限报警器174和相对湿度超限报警器173。相对湿度传感器171和贴片式温度传感器172用于检测人体气管的相对湿度和温度，并且将检测值发送至控制器150，当所述相对湿度或温度超过预设值时，所述控制器150控制所述温度超限报警器174或相对湿度超限报警器173报警。
请参考图4，是本发明实施例提供的引导芯110的结构示意图。所述引导芯110包括尖端部111、接头部112以及主体部113，所述图像采集模块120、是二氧化碳感应器130以及所述红外传感器160设置于所述尖端部111。尖端部111、接头部112以及主体部113可以由不同刚性的不同材料制成。
所述接头部112具有预定长度并用于在多个自由度方向上偏转，所述接头部112由挠性材料或刚性材料制成；主体部113包括管壁和位于所述管壁内部的多个线缆，多个线缆包括方向控制线缆114，方向控制线缆114用于控制所述尖端部111的运动方向，多个线缆还可以包括光束线摄像机线缆。
请参考图5，是本发明实施例提供的尖端部111的另一视角的结构示意图。所述尖端部111上设置有图像采集模块120、二氧化碳感应器130，以及还设置有方向控制线缆114。方向控制线缆114可以耦合到喉镜片40。在一些实施例中，方向控制线缆114可以用于通过驱动模块140调节引导芯110在任何期望方向上的移动以用于半自动或自动插管术。
综上所述，本发明实施例提供的气管插管引导装置，通过图像采集模块、二氧化碳感应器来检测呼吸道的图像和二氧化碳，并发送至控制器，控制器生成位置控制参数，并通过驱动模块控制引导芯移动，使引导芯插入气管，气管导管可以沿引导芯插入气管，当气管导管插入气管后，红外传感器可以接收外界喉部处的红外光，红外传感器并发送信号至控制器，控制器将图像、二氧化碳量、位置控制参数、是否插入气管的结果等数据发送至显示器上显示，便于医生观看结果和进行情况。如此，无需医生手动插管，可以满足病人在张嘴受限的情况，另外，此种方式更加智能，可以避免由于医生的操作不到位对病人产生的影响，准确度高。。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。