CN105431190B - 引导的气管插管*** - Google Patents

Abstract

一种导引气管插管***，其使用的自主调制光源以恒定水平输出调制照明并且从外部施用至受试者的喉部区域。光学成像***接收来自受试者喉咙内的视频流，包括来自受试者气管的调制照明。显示控制***对图像的调制内容进行信号处理并且输出这些图像的帧，其中可以在不需要对来自调制光源的照明输出作出任何改变的情况下，控制来自气管的照明的强度水平。光源与***的其余部分无连接并且仅需含有电池、供电电路和光源。因此，其成本低并且可以被制成一次性的，诸如呈施用至受试者的颈部的粘合敷贴的形式。

Description

引导的气管插管***

技术领域

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

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。

在D.Gravenstein等人的名称为“Transtracheal Energy Application andSensing System for Intubation:Method and Apparatus”的美国专利号6,161,537中，描述了此种***。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***并且受该检测信号处理***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。

在C.Cui的名称为“System and Method for Intubation”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***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***到气管的有效的和肯定的视频标识很可能是必要的。

因此，需要一种气管内导管安置和监控***，其使用方便且成本低，并且克服了现有技术***和方法的至少一些缺点。

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

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***。该***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***来检查，该成像***接收来自气管内放置装置的输入，该成像***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***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。

这种***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***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***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。

这种***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。

在本发明所描述的***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***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。

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***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***简单且成本低。

此外，虽然本公开中概括地描述了所述***，在视频图像显示***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***期间提供用于自动导引气管插管的数据。

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***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。

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***，其包括：

(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，

(ii)光学传感***，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

(iii)控制***，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。

在此种***中，所述独立的光源未通过有线或无线连接至所述控制***。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***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。

在上述***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***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。

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。

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：

(i)至少一个电池，

(ii)至少一个发光体，和

(iii)电子线路，其用于向所述至少一个发光体供电以便其发出调制照明，

其中，所述敷贴适于将所述调制照明透进受试者的气管中，由此与处于所述受试者喉咙中的气管内放置装置相关联的光学传感***能够检测穿透所述气管的那部分调制照明。

在此种实施方式中，所述敷贴不需要通过有线或无线与所述光学传感***功能连接。此外，所述调制照明可以基本恒定的功率水平发出。所述敷贴可以最方便地是一次性的。

还进一步提供了其它实施方式，其描述了一种在受试者上实施导引气管插管的方法，包括：

(i)使用提供基本恒定水平的调制照明输出的自主光源，从外部照亮受试者颈部的喉部区域，

(ii)将气管内放置装置***到所述受试者的喉咙中，

(ii)光学传导从***到所述受试者的喉咙中的气管内放置装置接收的光学图像数据流，所述光学图像数据包括与已经穿透所述受试者的气管的调制照明的水平相关的数据，和

(iii)对所接收的图像数据流的调制内容进行信号处理以生成图像输出数据，该图像输出数据能够调整来自气管的表观感测的或感知的照明水平。

在此种方法中，在无需任何通过有线或无线连接至所述自主光源的情况下，可以调整从气管感测的照明水平。另外，所述信号处理可以利用所述光学图像数据的相位操纵，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***的用户可以调整来自气管的表观感测的或感知的照明水平。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。

根据进一步示例性的方法，任何上述方法均可以使用自主调制光源来实施，所述自主调制光源包括至少一个电池、至少一个发光体和用于给所述至少一个发光体供电的电路。在此种情况下，所述至少一个发光体可以是发光二极管。在任何这些方法中，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。

在又进一步的实施方式中，可以通过使用粘合元件或条带将所述自主调制光源贴合至受试者的颈部。此外，所述自主调制光源可以在单次使用后丢弃。

在任何上述***和方法中，需要以高达调制照明输出频率的至少两倍的频率获得采样图像数据。另外，所述调制照明输出可以是方波或正弦调制。最后，在任何上述实施方式中，所述图像数据流可以方便地是图像视频流。

附图说明

从结合附图的以下详细描述能够更全面的了解和理解本发明，其中：

图1示意性地示出了在患者上实施的常规气管内手术；

图2为利用外部施加照明源的气管插管用的现有技术传感***的示意图；

图3示意性地示出了图2中示出的现有技术插管***的***架构；

图4A示意性地阐明了本公开的新型插管照明***，而图4B为在图4A的***中使用的示例性一次性照明敷贴的示意图；

图5示意性地示出了图4A的插管***的***架构；

图6A至图6G示出了使用图4的***，为观察内窥镜插管的方法和为控制所显示的图像强度，相敏检测技术在接收的调制脉冲序列上的应用；和

图7A至图7E示出了图6A至图6G的替代方法，其方式是可以使得外部强度是显示***中示出的主要或甚至是唯一的分量。

具体实施方式

现在参照图1，其示意性地示出了在患者10上实施的常规气管内手术。气管11在食管12的前面的位置示出，并且气管插管13已经成功地经过喉头盖14并且经过位于气管11和食管12接合处的声带15而被***到气管中。从图1中可以清楚地看到成功通过气管和食管接合处的问题。在常用的手术中，操作人员利用从内部沿着插管组件传送的照明，通过内窥镜观察所述插管的远侧尖端的前进，操作插管使其进入气管中的正确位置。

现在参照图2，其为如上提及的Gravenstein等人的美国专利号5,560,351中描述的气管插管用现有技术传感***的示意图。在这种***中，作为一种方便的光源的能量源21将照明沿着光导22传送至患者喉咙的外部区域23，并且穿过患者咽喉组织的光照在气管上的强度远远高于照在食管上的强度。内窥镜插管24提供接合区的图像，该图像在显示处理和转向***25中显示。由于气管中照明增加，显示信号处理软件能够确定气管的入口位置，并且能够选择性的将插管导入到气管中。

然而，在所有此种气管成像***中，均存在患者喉咙区域内部感测到的照明可能变化很大的问题，原因在于患者的任何横断面群体会具有不同的颈部尺寸和皮肤颜色。这些会从小、薄的婴儿颈部变化至例如超重的成年患者的厚颈部，其中婴儿的颈部具有很小的光吸收能力并由此会具有非常高的气道内强度水平，而在所述厚颈部中，穿透至喉部区域并因此至图像传感器的照明会大幅降低。用于婴儿的照明装置及功率水平对于大身材的成人患者几乎没用。为了克服这一问题，US 5,560,351中描述的***具有光强度自动增益特征，其中，在由内窥镜插管传感器的电子电路检测到的光水平与由光源单元施加至患者喉咙外侧的光水平之间建立了反馈回路。如US 5,560,351中所指出的，为了影响光源功率，电子电路25和光源单元21必须电子连接，如图2中电子通信电缆连接26所示。

此种***中进一步需要照明水平的受控调整，因为所感测到的照明随着插管向患者喉咙下方移动而变化。为了将感测的来自位于外部源的照明维持在合理水平，并且还为了有效地将感测到的外部源照明与由插管内窥镜的照明***从内部提供的任何照明区别开来，随着内窥镜向喉咙下方移动，应当改变所述外部发出的照明，以补偿穿过颈部软骨和组织到内窥镜的观察透镜的光传输变化。

现在参照图3，其示意性地示出了图2所示类型的现有技术插管***的***架构。如箭头31所示，外加光源30将其照明穿过患者的组织传递至气管/食管分叉点的区域。气管插管的内窥镜检测器32将患者喉咙的内部成像，并且将这些图像(该图像可以呈视频流的形式)传送至电子显示与处理***33，该电子显示与处理***33可以包括显示和信号处理硬件和软件，以将此种视频流输出至显示单元34以供用户35观看。另外，这种电子单元可以包括用户界面36，通过该用户界面36，用户可以通过将命令37输回电子***以控制显示功能。在处理所接收的图像强度以及来自用户界面的任何用户输入之后，电子***33经编程将反馈信号38发送至光源30，从而控制施加至患者喉咙的外部照明水平。该***是如此复杂，以至于需要使用电连接的其自身专用的传感和照明单元，以便它们能够一起正常运行。

现在参照图4A，其示意性地示出了本公开的新型插管照明***的一个示例性的实施方式。与上述现有技术所示出的***相比，本发明***的不同之处在于，照明是由电池供电的独立光源单元40提供的，其最方便的形式是敷贴，该敷贴粘性地贴附至与气管/食管分叉点相对的患者外部喉咙区域，使得由该敷贴发出的照明44被向内引导至患者的气道。所述照明敷贴可以通过粘合剂粘垫、或通过条带或通过可以将所述光源保持在患者喉咙位置的任何其它方法保持定位。所述敷贴可以被简单地构造，在其最简单的实施方式中，仅仅含有电池、诸如一个或多个LED的照明源、和为所述LED提供电流的电力供应。因为这种简单且低成本的结构，所述敷贴可以被制造成一次性的，由此使得它的使用变得极其简单。所述敷贴可以被施敷至患者的喉咙，并且一旦完成插管，就可以将其移除并丢弃。对于此种一次性照明敷贴，可以使用仅能够为一次插管手术的持续时间提供光源电力的低容量电池，或者为了安全性考虑而使用稍高的低容量电池。所述照明敷贴适于发出恒定水平的平均光输出，并且因此能够完全不受其它电子控制单元的任何输入信号的控制。由光源40发射的照明44的波长可以方便地处于从可见到近红外的范围内，该范围能够良好地传输通过患者的颈部组织并且硅光电检测器阵列(无论是CCD还是CMOS)对该范围具有良好的灵敏度。这种Si相机阵列是优选的，因为它们成本低且可广泛获得。用于实施本公开的***的最典型VIS-NIR波长范围约在0.4～1.4μm，但是也能够使用处于该范围之外的波长。

图4B是此种一次性照明敷贴40的一个示例性实施方式的示意图，图中示出了电池41、用于产生照明源用调制驱动电流的电子电路42、和照明源，在这种情况下，照明源显示为发光二极管43的陈列，其发射照明44。虽然为展示其内部结构的目的，图4B的一次性照明敷贴40被示出为平面单元，但应当理解的是，其最方便地是由柔性材料制成，以使其能够适应其所施敷的患者颈部区域的轮廓并且包裹所述轮廓。所述敷贴也可以提供为具有一系列的尺寸和输出功率，以便更容易地匹配不同患者的物理尺寸与生理状况。

然而，不论所使用的敷贴的尺寸适合性如何，为了使得所述***能够处理内部采集的不同气道照明水平，该照明可能由于应用固定强度输出水平的外部照明光源而产生，所述成像模块必须能够处理并且以一定的强度显示患者声门区的内部视图，所述强度能够使得施用插管的医务人员舒适地查看或者容易地被任何自动导引程序使用，该自动导引程序需要可处理的图像以实施该程序。因此，所述成像模块应当具有一个***，通过该***能够控制患者气道的成像帧的光水平。但是，为了不脱离使用一次性低成本照明敷贴的基本构思，所述成像模块应当完全独立于所述敷贴运作并且与所述敷贴没有连接。为了实现这一点，在一个此种强度控制***的示例性实施方式中，所述敷贴被构造成在预定的调制速率下发射调制照明，并且所述检测***适于检测穿透至患者气道的调制照明，以及适于通过相位操作和/或选通所接收的调制信号而调整用于显示和处理的输出图像水平。

现在参照图5，其示意性地示出了本申请的插管***的***架构，该***架构以类似于图3现有技术***图示的方式进行展示。外加光源50是一种电池供电的被动光源，其在使用之后可以方便地丢弃。光输出51经调制，穿过患者的声门区并且由检测器单元52成像，该检测器单元52将视频流传递至电子显示和处理***53。与图3中示出的***相比，本***的不同之处在于，没有从所述电子显示与处理***53到所述外加光源50的反馈或连接。所显示的光强度调整58是通过所述电子显示与处理***53中的自动增益反馈***产生的，或者随着插管的进行，用户55(他/她)在显示器54上观看插管图像时由该用户应用的用户偏好56来产生的。如箭头58所指示的，表观照明水平(如看到的显示的光强度)的调整完全是在处理***53中实现的。因此，在插管程序的过程中，用户能够将由外加照明产生的那部分图像的强度控制到最大清晰度所需的水平，而不需要物理地或无线地与外部电池供电的被动光源进行通信，所述光源完全独立于所述检测单元、控制单元和显示电子单元。

与现有技术***的一个重要差异在于，在本公开的***中，所施加的外部光源50传送预定的且固定的光水平，所述光水平经过调制能够执行所显示的图像的强度操纵，并且所述光水平完全独立并且未连接至所述电子显示与处理***53。这是本发明的特征之一，使得外部光源50能够被制成一种低成本和一次性物品。

所述检测和图像处理***可以通过应用已知的图像处理技术，用于将外部源调制照明所产生的视频帧的那部分图像与来自气管内导管照明***的内部施加照明所产生的视频帧的那部分图像分开。通过这种方式，能够控制这两种照明分量的对比水平，并且特别地，将由气管形成的调制照明维持在能够容易识别气管的水平。除了为用户提供在手动引导插管程序中使用的更简单且更容易控制的图像显示，这种技术也可以使得能够以最少的用户辅助或不需要用户辅助，将气管内导管自动导引至气管中。

一种这样的常用图像处理技术使用快速傅里叶变换(FFT)算法来提取在调制频率中检测到的原始图像的任何分量，并且由这些分量创造出调制照明的分离图像，然后可以将这种分离图像用作增强特征而重叠在由气管内导管视频显示***检测的常规成像帧上。此种算法需要知道外加照明源的调制频率，但是由于标准视频帧速率较低，一般不超过几十Hz，在这种情况下可以典型地使用0.5Hz至60Hz的调制频率。因此，任何FFT算法的带宽均可以容易地适应此种低频率，并且可以紧密地追踪所述预定的调制频率。另外，所述FFT算法足够快以便在视频流的每帧上能够实时进行信号处理。欧拉视频放大率可以被用作另一种方法，描绘所感测的照明的随时间变化的分量，所述感测的照明由患者喉咙区内部的恒定或缓慢变化的背景照明的外加调制光所产生。

处理图像数据的其它可能方法以识别图像中调制的相位为基础，并且将图像分解为两个分量部分：一个与外部光源同相位，其中来源于外部光源的光将以最大的强度被观察到；而另一个不与外部光源同相位，其中来源于外部光源的光将以最小的强度被观察到或者完全不能被观察到。基于相位操作的另一种方法是，从外部调制光源处于其最小或OFF强度状态时的生成图像中减去外部调制光源处于其最大或ON强度状态时的生成图像。

为了阐明后两种图像处理方法是如何进行的，现分别参照图6A至图6G和图7A至图7E，它们是由内窥镜可视***显示的基于时间的感测照明I随经过时间t变化的图。图6A-图6G和图7A-图7E的图是使用方波脉冲调制进行绘制的，因为其能够更简单地阐述该程序，但应当理解的是，诸如正弦调制等任何形式的调制同样可以被使用。由喉咙敷贴生成的外部照明的调制周期为T，并且将从内部照明检测的照明强度指定为字母i，而将由外部照明生成的照明强度指定为字母e。所述时间图阐明了控制成像强度的两种不同的方式，所述成像强度或者用于展示给用户，或者用于输入到任何其它控制特征诸如自动导引中，从而改变由所述***显示或分析的由所述喉咙敷贴发出的表观照明水平，且不需要至喉咙敷贴的任何物理或无线连接。

首选参照图6A至图6G，其示出了基于相敏检测技术的方法。图6A示出了由图像传感器检测到的内部和外部照明的合并输出。总照明由骑在恒定内部照明i的顶部上的调制外部照明e构成。图6B示出了施加至图6A的检测照明的周期采样门的时间迹线，所述门时间分布具有与外部调制照明相同的频率f＝1/T，并且与该外部调制照明同相位。应当理解的是，这种采样过程可以通过在成像硬件中实现的采样门来进行，或通过由在成像数据上运作的图像处理算法实现的虚拟采样门来进行。另外，虽然根据Nyquist采样理论，为了准确地检测未知的调制光信号，有必要在至少两倍于所述调制频率的频率下对该调制光信号进行采样。但是如果通过对外部照明源的预定特性的了解，而知道所述调制频率，或如果调制频率是未知的，则可通过初步校准步骤(那么这不需要使用Nyquist标准)来了解，那么这个采样要求是不必要的，并且为了解释这个方法，仅考虑用于在所述调制频率下选择采样信号的门控机制。如下文所描述的，在外部调制自由运行并且与显示***不具有电连接时，通过所述方法实现了相位同步。从图6B中示出的采样曲线得到的信号输出示于图6C中，其中示出的信号表示总照明i+e，并且与所述敷贴源的外部调制同相位。

现参照图6D，其显示出了图6B的周期采样门的时间迹线，但是这一次，采样门与外部调制照明处于相反相位。所产生的信号输出示于图6E中，其中可以看到，由于在外部照明的ON期间，采样门为OFF，所以所述外部照明被完全抑制，并且仅显示内部照明i。因此，相对于外部调制照明的相位，通过调整采样门的相位，能够调整由显示***感测到的外部照明的水平。因此，例如，在图6F中，采样门被暂时定位，使得其与外加调制照明的相位差90°，并且结果为完全抑制所述外部照明和完全显示所述外部照明之间的中间状态，如图6G所示。

为了实现这样的相位敏感性检测模式，所述显示***有必要能够同步到外部调制照明的相位，该外部调制照明是在完全独立的单元中生成的，不能通过与所述源的调制驱动器直接电子连接来测量。此种同步可以通过简单地改变所述采样门的相位延迟τ并且同时观察所检测到的视频流图像的总强度来实现。当总强度为最大时，这标志着所述采样门的记时恰好与外部调制处于相同的相位。

图6A至图6G中示出的相敏检测法的缺点之一是不能除去由内窥镜源从内部生成的照明的影响，但是当然，如果必要，能够降低该照明的水平。因此，现在参照图7A至图7E，它们示出了控制所显示的图像强度的替代方法，其方式是可以使得外部强度是显示***中示出的主要或甚至是唯一分量。这一方法通过使用视频帧操作来进行，包括帧序列的加或减。图7A相当于图6A，并且示出了由图像传感***检测到的内部和外部照明的合并输出。图7B相当于图6C，并且示出了同相位检测的照明的显示输出。图7C相当于图6E，并且示出了反相位检测的照明的显示输出，其仅对应于内部照明i。所述图像视频帧流现有能够通过所述***算法被时间操作，从而实现所需的输出。因此，在图7D中，图7C的内部照明信号已经被位移了180°，以便其目前与图6B中示出的同相位检测的照明处于相同的相位。如果从图7B的信号列中减去图7D的信号列，所产生的输出在图7E中示出为仅代表外部照明的视频列。在从图7B中进行减去之前，通过改变施加至图7D的视频列的相位移，将能够改变在所显示的图像中示出的内部和外部照明的比较百分比。替代地，可以向由图7D表示的内部视频数据流或由图7E表示的外部视频数据流施加衰减，从而实现插管程序的最佳照明组合。如果在显示控制中提供自动增益特征，那么可以自动进行任何这些衰减或相位调整，从而提供闭环照明水平。

使用图5至图7E中描述的插管导引***，使用从作为气管内导管目标的气管所在位置发射的增强调制照明图像，能够容易地实现自动插管***。在此种***中，图像被处理从而分离或提高来源于外部源的调制光，并且将该调制光与不是来源于调制外部源的“背景”噪音分开。所述图像的处理可以通过使用上文所描述的***和算法或通过任何其它方法来进行。此外，可以计算图像中所接收的调制光的强度为最大的区域，从而限定机械或机器人导管的自动导引与运动的优选方向，所述机械或机器人导管将插管运送至气管中。在一个可能的实施方式中，所述导管的尖端被导引以自动地转向由软件计算的最大调制光强度，而尖端或整个导管在患者喉咙中向前或向后的移动可以由用户手动完成。根据进一步的实施方式，所述尖端或所述整个导管向前或向后的运动也可以由***自动的控制，以便气管内的所述管可以自动地定位在气管内。

本领域技术人员能够理解的是，本发明并不受到上文特别的展示和描述的限制。相反，本发明的范围包括上文所描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读了以上描述后能够想到的并且不属于现有技术的、对它们作出的改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于在受试者上执行导引气管插管的***，其包括：

自主光源，其被配置成提供调制照明输出，所述调制照明输出具有预定的最大强度并以预定频率在最大强度状态和最小强度状态之间周期性调制，并且所述自主光源适于从外部被施加到所述受试者颈部的喉部区域；

光学传感***，其被配置成接收来自处于所述受试者的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的气管的所述调制照明输出相关的数据；和

控制***，其被配置成被提供所述预定频率并且适于基于所述预定频率对所述接收的图像数据流进行信号处理，并且被配置成生成修改的图像输出数据流，该图像输出数据流具有所述调制照明输出的被调整的表观感测强度，

其中，所述自主光源不与所述控制***连接并且不从所述控制***接收反馈信号。

2.根据权利要求1所述的***，其中，所述最大强度状态是ON状态，所述最小强度状态是OFF状态。

3.根据权利要求1所述的***，其中，所述信号处理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所述调制照明和由所述气管内放置装置从内部施加到所述受试者的喉部区域的照明。

4.根据权利要求1所述的***，其中，所述调制照明输出的所述表观感测强度被自动地调整，以在由所述图像数据生成的图像中提供预定水平的对比度。

5.根据前述权利要求1所述的***，其中，所述照明具有处于0.4微米至1.4微米范围内的波长。

6.根据权利要求1所述的***，其中，所述调制照明输出是方波或正弦调制。

7.根据权利要求1所述的***，其中，所述采样的图像数据流是图像视频流。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的***，其中，所述调制频率在0.5Hz～60Hz的范围内。

9.一种适于从外部施用到受试者颈部的敷贴，其包括：

至少一个电池；

至少一个发光体；和

电子线路，被配置成向所述至少一个发光体供电以便其发出调制照明，所述调制照明具有预定的最大强度并以预定频率在最大强度状态和最小强度状态之间周期性调制，

其中，所述敷贴适于将所述调制照明至少穿透至所述受试者的气管内，以便与处于受试者喉咙内的气管内放置装置相关联的光学传感***能够检测那部分穿透所述气管的调制照明，其中，所述光学传感***被提供所述预定频率并且不与所述敷贴连接或向所述敷贴提供反馈信号。

10.根据权利要求9所述的敷贴，其中，所述最大强度状态是ON状态，所述最小强度状态是OFF状态。