CN1374137A - 一种气管导管位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测气管导管位置的方法和一种与之相关的气管导管。所说的气管导管的管壁上嵌有小磁铁。由霍尔传感器探头,运算放大器,A/D转换器及微处理器构成的气管导管位置检测装置用以检测小磁铁产生的磁场。通过检测磁场强度的变化可以对小磁铁,进而对气管导管作出定位。根据气管导管上的小磁铁的数量及位置的不同,可以用来判断气管导管是***在气管中还是在食管中,***深度及有否移位。

Description

一种气管导管位置检测方法

本发明涉及一种医疗检测方法，特别涉及一种对气管导管的位置进行检测的方法。本发明还涉及一种用于该方法的气管导管。

在医学上，气管导管是人工呼吸时连接病人气管和呼吸机的一根通气管道，它一端***病人气管中，另一端与呼吸机相连。现有的气管导管一般由管壁，管腔及气囊三部分组成。把气管导管***气管是进行人工呼吸的第一步，插管好坏影响到病人的生命安全。与之相关，目前临床上存在三个问题：一是如何判断气管导管是插在气管内还是进入到了食管中，二是如何判断导管***深度，三是如何判断气管导管在气管内的移位。对于第一个问题，目前临床上判断的方法主要有：中日友好医院学报1997年11月总第40期第317页上介绍的呼气末CO2检测法，《国外医学》麻醉与复苏分册1996年7月第5期第307页上介绍的化学试纸变色法，美国Anesthesiolopy杂志2000年总第92期第1293-1299页介绍的声波反射法，美国Anesthesiology杂志1998年总第88期第898-902页介绍的气囊充气法。呼气末CO2检测法存在操作不方便，成本高的不足；化学试纸变色法易受环境温度及湿度的影响；声波反射法实用性较差；气囊充气法准确性不高。对于第二和第三个问题，目前尚没有见到解决方法。

本发明的目的是通过对气管导管在气管中的位置进行检测，解决如何判断气管导管是插在气管内还是进入到了食管中，如何判断气管导管***的深度，如何判断导管在气管内的移位等问题，以提高气管导管插管的安全性。

为达到上述目的，本发明首先对目前普遍使用的气管导管进行了改进，在其前端管壁上嵌入小磁铁，用以产生磁场。其次用霍尔传感器探头，运算放大器，模/数转换器(ADC)，微处理器构成了气管导管位置检测装置，用以对小磁铁产生的磁场进行检测。

根据电磁理论，磁场强度以与距离的平方成正比的速率衰减，因此，随着探头与磁场源的距离的增加，磁场源产生的磁场强度会急剧减弱，如果测出磁场强度的变化量即可测出两者空间距离的变化量。霍尔传感器是一种能把磁场强度转变成电压的敏感器件，通过测量霍尔传感器输出的电压大小可以知道相应的磁场强度大小。这样，就可以根据测量霍尔传感器输出的电压大小来知道霍尔传感器与磁场源之间的空间距离。当磁场源是所说的气管导管上的小磁铁，霍尔传感器固定在颈部气管上方正对声门的皮肤上时，通过霍尔传感器输出的电压变化可以知道小磁铁与声门之间的空间距离的变化，从而对小磁铁及气管导管作出定位。测定方法的构思如下：

插管时，小磁铁随着气管导管的运动而接近霍尔传感器探头，霍尔传感器探头探测到的磁场强度将逐渐增强或减小，是增强或是减小与磁铁与霍尔传感器探头放置的相对极性有关。当小磁铁通过霍尔传感器探头正下方时，探测到的磁场强度达到最大或最小。如果这个最大或最小值与没有小磁铁存在时的磁场强度相比，两者的差大于某个预设的阈值则可以认为气管导管插在气管内，如果小于该阈值则认为插在了食管内。进一步，如果在气管导管壁上等于需要***的深度的地方嵌入一颗小磁铁，那么只要检测出此小磁铁已通过了声门，则可判断***深度已足够。要想检测气管导管在气管内有否移位，可以在气管上方移动霍尔传感器探头，找出磁场强度最大或最小的地方，则该点下面即是小磁铁所在处。如果在此处固定霍尔传感器探头，以后检测到的磁场强度发生变化超过一定阈值时发出移位报警。

本发明所说的气管导管位置检测方法，利用磁场强度与空间距离成正比衰减的特性，可以通过检测磁场的变化来定位小磁铁，由于小磁铁可以被嵌在气管导管的一定位置上，从而知道了小磁铁的位置也即知道了气管导管的位置，经临床试验，可以达到预期效果。

下面将结合附图对最佳实施例进行详细说明。

图1是本发明的气管导管最佳实施例的结构示意图。

图2是本发明的气管导管位置检测装置最佳实施例的电路图。

图3是本发明的最佳实施例的***框图。

图4-8是本发明的气管导管位置检测装置中的微处理器的程序流程图。

图1中的气管导管由管腔(1)，管壁(6)，和气囊(3)组成，与目前普遍使用的气管导管的区别在于管壁上嵌有小磁铁(2)和(4)，它们可以用高性能磁性材料制成，例如铷铁硼磁铁。小磁铁的大小根据导管的直径和管壁厚度来决定，在保证磁场强度足够的情况下越小越好。本例中的小磁铁高为1.5mm，直径为3.0mm。小磁铁在导管上的数量和位置分布由检测要求决定。例如，磁铁(4)位于气囊(3)和头端(5)之间的导管前壁上，可以检测气管导管头端(5)是否已进入声门，从而可以及早判断气管导管是插在气管内还是插在食管内；磁铁(2)位于气囊后的导管前壁上，可以检测气管导管***的深度和监测气管导管在气管中移位。

图2中霍尔传感器(41)和(42)采用UGN3503A，当电源电压是5.0V，没有外磁场存在时输出电压是2.5V左右，当磁场强度在0-900G(高斯)范围内变化时，由于UGN3505A的灵敏度是1.3mV/G，因此UGN3503A输出电压将在2.5V的基础上以1.3mV/G的比例增加或减小。为提高灵敏度，降低温漂等干扰，图中用两片UGN3503A极性相反叠在一起组成图3中的霍尔传感器探头(40)，输出电压用电桥(51)以差动形式进入三运算仪用放大器AD620(53)中，经放大500倍后送入微处理器(61)内置的模/数转换器ADC(62)中，此时1G的磁场变化可以产生0.65V的电压变化，即进入ADC(62)的电压为1.85V或3.15V。微处理器内的程序对送入的电压模拟量进行测量后转换成标称磁场强度的数字量，并通过显示程序在液晶(70)上显示出来。

图3-8用以说明整个检测过程：

声门(2)是气管(9)的起始处，声门(2)在颈部体表有明显的标志，即甲状软骨(6)，用手可以摸到。测量时把霍尔传感器探头(40)固定在甲状软骨(6)处，气管导管位置检测装置(7)中的微处理器(60)在上电后先进行10次检测，此时没有小磁铁作用，测出的是空气中磁场强度，取此10个测量值的平均值作为参考值。插管开始时气管导管(1)的前端逐渐接近声门(2)，受小磁铁(5)的作用，霍尔传感器探头(40)检测到的磁场强度逐渐增加。在甲状软骨(6)处，皮肤表面到气管内壁一般不超过1.0cm，当小磁铁(5)通过声门(2)时，霍尔传感器探头(40)检测到的磁场强度与参考值相比有明显变化，经测定可达0.8V以上。预先设定一阈值，例如0.5V，将此磁场强度变化值与阈值相比较，如果变化超过阈值蜂鸣器报警，则判断小磁铁(5)已进入声门(2)。此后如果继续***导管，再一次听到报警时可以判断小磁铁(4)也已进入声门(2)。临床上一般认为气管导管上的气囊(3)进入声门后插管深度已足够，而小磁铁(4)位于气囊(3)后，据此可控制***深度。

当气管导管***食管(11)时，由于成人气管的直径一般为1.5-2.0cm，食管位于气管后面，加上气管与食管之间的软组织(12)，此时霍尔传感器探头(40)检测到的磁场强度将远小于气管导管插在气管内时检测到的磁场强度，与参考值相比，两者的差，经测定变化值小于0.1V，小于阈值而不出现报警。同样继续***时，当小磁铁(4)通过声门时也不会出现报警，从而可以判断导管已***食管中。图5是该过程的程序流程图。

当气管导管已***气管后也可以再进行定位，方法如下：在颈部移动霍尔传感器探头(40)，液晶上显示两个值，一个是检测到的该点的磁场强度值，另一个是移动过程中所测的磁场强度中的最大值或最小值，图4所示的程序中，当连续测量值逐渐增大到某个最大值又逐渐变小，或逐渐变小到某个最小值时又逐渐增大，从数学上来说该转折点处是极值，有可能是整个测量值中的最大值或最小值，蜂鸣器在该值处报警，操作者通过比较此时的显示值，可以找到磁场强度为最大或最小的一点，该点下面正对小磁铁，只要量出霍尔传感器探头(40)到甲状软骨(6)的距离即可知道气管导管的***深度。更进一步，在磁场强度为最大或最小点处固定霍尔传感器探头(40)，并通过图2中的按键(92)选择此时的10次测量平均值作为参考值，此后如果气管导管(1)与气管(9)之间有明显移位，则探测到的磁场强度变化超过阈值时会报警，从而可以监测气管导管滑脱。

上面所说的阈值是一个预先设定的值，它与被测者的气管直径，皮肤及皮下组织厚度等因素有关。阈值的大小影响检测灵敏度及判断的准确性。一般根据临床大量测试数据，在开机时设定一个阈值常数，以后如果需要，可以根据被测者的情况通过图2的按键(91)进行调整，图6是微处理器中控制阈值调整的子程序的流程图。

上面所说的参考值的确定有三种方法，一种是采用开机后测定并保持不变的方法，另一种是通过按键(92)以某时刻的10个测量值的平均值作为参考值并保持不变，两者可以用图7所示流程图表示。第三种方法适用于空气中磁场缓慢变化比较明显时的情况，可用图8所示的子程序用自适应的方法来确定参考值，该方法中如果连续的10个测量值之间的最大变化小于某个阈值，则以这10个测量值的平均值作为参考值，因此该方法确定的参考值是一个动态的值。可以通过图2中的按键(93)来选择。

Claims (6)

1一种气管导管，由管壁，管腔和气囊组成，其特征在于，管壁上嵌有小磁铁。

2根据权利要求1所说的气管导管，其特征在于，仅有一颗小磁铁且位于气囊与导管头端之间的导管前壁上，或仅有一颗小磁铁且位于气囊之后的导管前壁上。

3根据权利要求1所说的气管导管，其特征在于，仅有两颗小磁铁，其中一颗小磁铁位于气囊与导管头端之间的导管前壁上，另一颗小磁铁位于气囊之后的导管前壁上。

4一种检测气管导管位置的方法，该方法通过权利要求1，2或3中所说的气管导管和由霍尔传感器探头，运算放大器，模/数转换器，微处理器构成的气管导管位置检测装置来实现，其特征在于微处理器执行如下步骤：

a)如果权利要求1所说的气管导管被***时，通过固定于被测者颈部甲状软骨处皮肤上的霍尔传感器探头，检测到的磁场强度经模/数转换器转换后，与参考值相比，若两者之差大于阈值，蜂鸣器发出报警，表明气管导管插在气管中，若两者之差小于阈值，蜂鸣器不报警，表明气管插到了食管中；如果所说的气管导管上的小磁铁位于气囊后，报警还表示气管导管***深度已足够。

b)当权利要求1中的气管导管已***气管后，在颈部气管上方的皮肤处沿气管纵轴方向移动霍尔传感器探头时，液晶显示出该点的测量值和移动过程中所有测量值中的最大值和最小值，当连续测量值逐渐增大到某个最大值又逐渐变小，或逐渐变小到某个最小值时又逐渐增大，则在该最大值处或最小值处蜂鸣器报警，表明此点下方正对小磁铁。

c)当权利要求1中的气管导管已***气管，霍尔传感器探头已找到小磁铁所在的位置后，在该点对应的皮肤上固定霍尔传感器探头，通过按键，选择此时的测量值作为参考值，此后探测到的磁场强度与参考值之差若大于阈值，蜂鸣器报警，表示气管导管在气管内发生了移位。

5权利要求4中所说的气管导管位置检测装置，其特征在于，微处理器中一个操作程序根据按键的选择控制参考值的确定。

6权利要求4中所说的气管导管位置检测装置，其特征在于，微处理器中一个操作程序根据按键的选择控制阈值的确定。

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