引导的气管插管系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气管插管领域，特别是使用外部照明以辅助气管内导管在受试者的气管中的定位。
【背景技术】
[0002]气管插管是众所周知的，并且在患者肺部的正常通气可能受到损害时被广泛使用。未能迅速地对呼吸暂停患者进行人工通气会导致严重的脑损伤或死亡。在患者插管期间，使用也称为气管内导管的挠性管。将所述导管的远端置于患者的气管内。所述导管的近端可以附接至复苏气囊或任何其它设备上，以支持呼吸过程。在患者插管期间，存在气管内导管偶然被误插到食管中的风险。如果不迅速检测出来，这种情况本身就可以导致死亡和残疾。在进行气管插管时，一种常用的方法是使用通常为光纤内窥镜形式的成像装置或者使用由在远端具有摄像机的刚性体组成的装置。这两类装置均提供患者的声带和声门的图像，由此方便气管插管。然而，在使用内部照明的内窥镜图像时，使用者经常难以识别准确的气管位置以确保进行正确地插管，特别是在外伤病例中，其中可能存在血液和分泌物并且其中速度可能是至关重要的。许多现有技术出版物建议使用从外部施加到患者的颈部声带区域的照明，以便优先照明的气管变得显著可见，并且由此更容易地使使用者对准插管位置，或者使得气管内导管用的自动导引装置更加准确。
[0003]在D.Gravenstein 等人的名称为 “Transtracheal Energy Applicat1n andSensing System for Intubat1n:Method and Apparatus”的美国专利号6，161，537 中，描述了此种系统。为了调节外部照明向患者喉部的声门区中的传输差异，通过连接到检测信号处理系统并且受该检测信号处理系统驱动的电子反馈电路来控制外部光源，以提供自动增益特性。因此，这涉及使用气管识别用的可控水平的照明光源、同步控制电路以及从用户信号处理和查看模块至外部施加的气管识别照明的反馈链路。
[0004]在C.Cui的名称为“System and Method for Intubat1n”的美国专利申请公开号US 2011/0178369中，描述了一种自动气管内导管插管系统和方法，其使用配置在患者身上的外部气管识别源，该源可以是光源。然而，此参考文献中完全没有提及关于控制外部气管识别源的强度级别的任何规定，而这对于实现正确插入到气管的有效的和肯定的视频标识很可能是必要的。
[0005]因此，需要一种气管内导管安置和监控系统，其使用方便且成本低，并且克服了现有技术系统和方法的至少一些缺点。
[0006]在本说明书的这一章节以及其它章节中提及的每一个出版物的公开内容皆通过引用以其整体并入本文。
【发明内容】
[0007]本公开描述了用于简单而准确地观察、引导和执行气管插管的新的示例性系统。该系统利用自供电、独立的外部照明源，该光源提供固定输出水平的调制照明，该光源紧邻喉区外部而从外部被施加到受试者的颈部区域。该照明源可以被构建为从外部施加到患者的喉部区域的敷贴（patch)的形式，并且因为其简单的低成本制造，所以可以是在仪器每次工作时使用的一次性部件。这种照明可以通过成像系统来检查，该成像系统接收来自气管内放置装置的输入，该成像系统可以在其远端具有检测器阵列或者可以将成像视图通过光学纤维传送至设置于电子传感和控制单元中的检测器阵列。外部产生的照明经调制，最方便地通过振幅调制，对受试者的喉咙内检测到的照明进行信号处理，从而能够调节感知的或表观的成像水平，并且有效辨别透进气管的外部照明和由气管内导管提供的内部照明，并且控制透进气管的外部照明，如由传感与控制系统感知的那样。通过使用所感知的调制照明的相位调制可以实现所述辨别和水平控制，而根本不需要向外部照明源的任何输入，所述外部照明源本身提供了恒定的预定调制的照明输出水平。
[0008]这种系统使得用户能够调节在所生成的内窥镜图像中观察到的表观气管照明的水平，术语“表观”被用来强调从气管发射出的实际气管照明是恒定的（前提条件是外部照明源没有移动，并且患者未移动），并且所感知到的不同照明水平是在接收到的图像数据上进行信号处理来实现的。这种系统使用具有预先确定的照明亮度和对比度特性的图像或图像数据，还使得控制系统能够使用这种感知的气管图像数据以有效地进行自动照明水平控制，以及自动或半自动地朝向气管入口来操控气管内导管。
[0009]这种系统使得从外部源接收的光的表观成像强度被维持在优化的水平，用于气管检测。如果所述水平太弱，可能不能确实地检测气管，而如果太强，可能同时从气管与食管采集到照明或者光可能从周围组织反射或散射，由此导致结构识别错误。另外，随着气管内导管远端朝向声带向喉咙下方行进，其位置会改变或甚至进入气管，该远端到光源的距离发生显著变化，并且所检测到的外部照明的水平也发生变化。
[0010]在本发明所描述的系统中实现了对这些变化的控制，而不需要调整光源本身强度的任何反馈机制，所述光源可以是未电连接或未无线电连接至传感和显示控制系统的独立元件。图像强度控制完全是通过传感和显示单元中的信号处理来进行的，在呈现给用户之前或在用于任何诸如插管管引导之前，提高或降低图像的调制光分量以便其表观强度保持最佳。
[0011]有利地，由外部源发射的调制照明应当处于能够很容易地通过咽喉组织传输的波长下，由此其穿透时没有不适当衰减，并且通过常用的光电传感器诸如基于硅的CCD或CMOS阵列检测时，其还具有良好的检测灵敏度。因此，应当理解的是，在本公开中使用的术语“光”或“照明”不局限于可见区，而应理解为包括能够以这种方式被所述系统使用的任何波长区。此外，调制频率应当与可容易获得且标准的视频成像设备的帧频相匹配，由此保持系统简单且成本低。
[0012]此外，虽然本公开中概括地描述了所述系统，在视频图像显示系统方面，这是一种用于视觉上促进气管插管的常用输出，应当理解的是，本公开的设备和方法同样可以用来提供图像数据输出，在待生成图像或图像部分的自动增益控制中使用，或者用来在插入期间提供用于自动导引气管插管的数据。
[0013]另外，对于不能移动的病人和牢固固定的外部光源，穿透气管并且然后被检测为从气管发射的调制照明水平具有有效恒定的水平。因此，应当理解的是，提及检测的或感知的或表观的照明水平或类似语言，其旨在指在图像数据信号处理后，用于增强或修正所检测到的真实照明内容的控制和显示系统输出。无论所述图像是真实显示的图像形式还是作为在控制任务中使用的图像数据，本发明都适用。当在权利要求书中要求保护本发明时，此类术语也以这种方式进行理解。
[0014]因此，根据本公开中描述的装置的一个示例性实施方式，提供了一种用于在受试者上进行引导气管插管的系统，其包括：
[0015](i)自主光源，其提供基本恒定水平的调制的照明输出，并且其适于从外部被施加到受试者的颈部的喉部的区域中，
[0016](ii)光学传感系统，其接收来自处于所述受试者喉咙内的气管内放置装置的图像数据流，所述光学图像数据包括与已经穿透所述受试者气管的调制照明水平相关的数据，和
[0017](iii)控制系统，其适于对所接收的图像数据流的调制内容进行信号处理并且适于生成图像输出数据，该图像输出数据使得来自气管的表观感测到的照明水平能够被调整。
[0018]在此种系统中，所述独立的光源未通过有线或无线连接至所述控制系统。此外，所述信号处理可以利用所述光学图像数据的相位操作，从而辨别已经穿透受试者的气管的调制照明和由所述气管内放置装置从内部施加到受试者喉部区域的照明。另外，在导引气管插管的过程中，所述系统的用户可以调整表观感测的来自气管的照明水平。替代地或附加地，表观感测的来自气管的照明水平可以被自动调整，以在从所述图像数据生成的图像中提供预定水平的对比度。
[0019]在上述系统的进一步示例性的实施方式中，所述自主调制光源可以包括至少一个电池、至少一个发光体和为该至少一个发光体供电的电路。在这个实施方式中，所述至少一个发光体可以是发光二极管。在任何前述系统中，所述照明可以具有处于0.4微米至1.4微米范围内的波长。
[0020]在又一个实施方式中，所述自主调制光源可以包括粘合元件或条带，其用于贴合至受试者颈部的喉部的区域。所述自主调制光源也可以适于在单次使用后就被舍弃。
[0021]另一个示例性的实施方式涉及一种敷贴，其适于从外部贴合至受试者的颈部，其包括：
[0022]⑴至