一种用于辅助引导的气道内导管定位方法和系统与流程

本技术涉及医疗器械使用辅助领域，尤其涉及一种用于辅助引导的气道内导管定位方法和系统。

背景技术：

1、在急诊临床处理中，对困难气道的插管操作有着高风险、高并发症的特点，而首次插管失败容易导致患者缺氧、脑损伤甚至死亡。为此，有必要优化困难气道插管流程，对困难气道插管过程进行引导和辅助，提高气道插管的效率和成功率。

2、目前临床气道插管通常采用可视喉镜，通过可视化辅助判断，其高度依赖操作者的主观判断，在分泌物多、解剖变异等紧急困难情况下，主观判断难以判断导管所在位置，容易出现误插食管、反复试探等错误操作，无法满足辅助引导的实际需求。而随着人工智能发展，人工智能辅助插管技术也随之发展，现有人工智能的插管辅助基于视觉图像识别，容易受视野遮挡、光照不足、黏膜出血等复杂临床环境的干扰，无法进一步确认导管所在位置，导致判断准确性受限，依然无法满足辅助引导的实际需求。因此，如何准确定位导管所在位置，以准确辅助和引导困难气道插管，仍是现有技术亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种用于辅助引导的气道内导管定位方法和系统，以解决现有插管过程中无法准确定位导管位置的技术问题。

2、根据本技术实施方式的第一方面，提供一种用于辅助引导的气道内导管定位方法，应用于气管内导管辅助引导系统，所述气管内导管辅助引导系统包括可视喉镜、气管导管和气体传感器，所述可视喉镜与所述气体传感器存在电连接，所述气体传感器安装于所述气管导管的入进方向的最前端；所述方法包括：

3、获取目标气道内部用于表征二氧化碳浓度的第一时序信号和所述目标气道的气道图像；其中，所述第一时序信号通过所述气体传感器采集得到；所述气道图像通过所述可视喉镜采集得到；

4、对所述气道图像进行解剖结构识别，得到所述目标气道的解剖结构图像；

5、对所述第一时序信号进行时序特征处理，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜，并将所述视觉掩膜叠加到所述解剖结构图像上，生成融合显示图像；

6、基于所述融合显示图像，结合所述可视喉镜，输出对应于所述气管导管与所述目标气道的位置关系的所述气管导管的定位信息。

7、本技术基于包括可视喉镜、气管导管和气体传感器的气管内导管辅助引导系统，先通过气体传感器采集目标气道内部用于表征二氧化碳浓度的第一时序信号，通过可视喉镜采集目标气道的气道图像，然后对气道图像进行解剖结构识别得到目标气道的解剖结构图像，再对第一时序信号进行时序特征处理，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜并叠加到解剖结构图像上得到融合显示图像，最后基于融合显示图像，结合可视喉镜，输出与气管导管和目标气道的位置关系对应的气管导管的定位信息；通过安装于气管导管的入进方向的最前端的气体传感器，能够更准确地获取目标气道内的二氧化碳浓度，进而得到的视觉掩膜能更准确地表征二氧化碳浓度变化，并通过二氧化碳浓度变化更准确地表征气管导管与目标气道的位置关系，从而准确定位气管导管的所在位置；通过可视喉镜采集目标气道的气道图像并进行解剖结构识别得到解剖结构图像，进而作为视觉掩膜的叠加图像，相比于现有仅通过可视喉镜可视化或视觉图像识别，对气道图像进行解剖结构识别并结合二氧化碳浓度相关的视觉掩膜进行导管定位，能够降低对操作者的主观判断的依赖，同时能够避免视野遮挡等困难视觉环境下的干扰，从而提高对气管导管所在位置的定位准确度。

8、在本技术的某些实施方式中，所述对所述气道图像进行解剖结构识别，得到所述目标气道的解剖结构图像，具体包括：

9、基于预训练的卷积神经网络，对所述气道图像进行解剖结构识别，得到所述目标气道的解剖结构图像。

10、本技术通过预训练的卷积神经网络对气道图像进行解剖结构识别，能够准确提取气道图像对应的目标气道的视觉特征，进而根据得到的解剖结构图像结合视觉掩膜进行导管定位时，能够降低对操作者的主观判断的依赖，同时能够避免视野遮挡等困难视觉环境下的干扰，从而提高对气管导管所在位置的定位准确度。

11、在本技术的某些实施方式中，所述对所述第一时序信号进行时序特征处理，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜，具体包括：

12、基于预训练的时序神经网络，对所述第一时序信号进行时序特征处理，得到所述气管导管位于所述目标气道内部的二氧化碳浓度变化特征，并根据所述二氧化碳浓度变化特征，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜。

13、本技术通过预训练的时序神经网络对第一时序信号进行时序特征处理，能够对气管导管在目标气道内部位置变化相关的二氧化碳浓度变化特征进行充分挖掘，从而生成的视觉掩膜能够准确表征二氧化碳浓度变化，从而结合解剖结构图像进行导管定位时，能够降低对操作者的主观判断的依赖，同时能够避免视野遮挡等困难视觉环境下的干扰，从而提高对气管导管所在位置的定位准确度。

14、在本技术的某些实施方式中，所述基于所述融合显示图像，结合所述可视喉镜，输出对应于所述气管导管与所述目标气道的位置关系的所述气管导管的定位信息，具体包括：

15、基于预训练的定位神经网络，对所述融合显示图像进行识别，得到所述气管导管的位置引导信息；

16、基于所述融合显示图像，结合所述视觉掩膜，确定所述气管导管与所述目标气道的位置关系信息；

17、通过所述可视喉镜，结合所述定位引导信息和所述位置关系信息而确定的所述气管导管与所述目标气道的位置关系，输出与所述位置关系对应的所述气管导管的定位信息。

18、本技术先通过预训练的定位神经网络识别融合显示图像，得到气管导管的位置引导信息，能够充分识别融合显示图像中解剖结构与视觉掩膜的空间关联，进而通过融合显示图像和视觉掩膜，确定气管导管与目标气道的位置关系信息，能够基于视觉掩膜所表征的二氧化碳浓度变化，客观校验识别气管导管与目标气道的位置关系，进而通过可视喉镜，结合定位引导信息和位置关系信息而确定的气管导管与目标气道的位置关系，能够通过定位引导信息和位置关系信息的相互补充和交叉验证，得到准确的位置关系，降低误定位风险，降低对操作者的主观判断的依赖，避免视野遮挡等困难视觉环境下的干扰，从而提高对气管导管所在位置的定位准确度。

19、在本技术的某些实施方式中，所述气管内导管辅助引导系统还包括声光提示模块；所述获取目标气道内部用于表征二氧化碳浓度的第一时序信号和所述目标气道的气道图像之前，还包括：

20、通过所述气体传感器，采集得到所述气管导管所在的当前通道内用于表征二氧化碳浓度的第二时序信号；

21、根据所述第二时序信号，结合预设的二氧化碳浓度阈值，确定所述当前通道与所述目标气道的关系和所述气管导管的位置状态，并通过所述声光提示模块输出对应的声光提示信息。

22、本技术在获取第一时序信号和气道图像之前，先通过气体传感器采集气管导管所在的当前通道内用于表征二氧化碳浓度的第二时序信号，进而结合预设的二氧化碳浓度阈值，确定当前通道与目标气道的关系，以及气管导管的位置状态，能够在气管导管入进的早期阶段快速且客观地识别气管导管是否误入非目标通道，从而对气管导管所在位置进行准确定位，进而通过声光提示模块输出对应的声光提示信息，能够进一步避免气管导管的无效入进，提高对气管导管所在位置的定位准确度的同时避免气管导管无效入进导致的风险。

23、在本技术的某些实施方式中，所述根据所述第二时序信号，结合预设的二氧化碳浓度阈值，确定所述当前通道与所述目标气道的关系和所述气管导管的位置状态，并通过所述声光提示模块输出对应的声光提示信息，具体包括：

24、若所述第二时序信号对应的二氧化碳浓度低于预设的二氧化碳第一浓度阈值，则确定所述当前通道与所述目标气道不同且所述气管导管的位置异常，通过所述声光提示模块，输出对应的警告声光提示；

25、若所述第二时序信号对应的二氧化碳浓度不低于所述二氧化碳第一浓度阈值，且低于预设的二氧化碳第二浓度阈值，则确定所述当前通道与所述目标气道相同且所述气管导管的位置异常，通过所述声光提示模块，输出对应的异常声光提示；

26、若所述第二时序信号对应的二氧化碳浓度不低于所述二氧化碳第二浓度阈值，则确定所述当前通道与所述目标气道相同且所述气管导管的位置正常，通过所述声光提示模块输出对应的正常声光提示，并将所述第二时序信号作为所述第一时序信号。

27、本技术通过第二时序信号对应的二氧化碳浓度与二氧化碳第一浓度阈值、二氧化碳第二浓度阈值的客观比较，进一步确定当前通道与目标气道的关系，以及气管导管的位置状态，能够通过二氧化碳浓度的分级判断机制，客观划分气管导管的不同状态，在气管导管入进的早期阶段快速且客观地识别气管导管是否误入非目标通道，从而对气管导管所在位置进行准确定位进而通过声光提示模块输出对应的声光提示信息，能够进一步避免气管导管的无效入进，并提供差异化指引，提高对气管导管所在位置的定位准确度的同时，避免气管导管无效入进导致的风险。

28、根据本技术实施方式的第二方面，提供一种用于辅助引导的气道内导管定位系统，应用于气管内导管辅助引导系统，所述气管内导管辅助引导系统包括可视喉镜、气管导管和气体传感器，所述可视喉镜与所述气体传感器存在电连接，所述气体传感器安装于所述气管导管的入进方向的最前端；所述气管内导管定位系统包括数据获取模块、第一处理模块、第二处理模块和导管定位模块；

29、所述数据获取模块，用于获取目标气道内部用于表征二氧化碳浓度的第一时序信号和所述目标气道的气道图像；其中，所述第一时序信号通过所述气体传感器采集得到；所述气道图像通过所述可视喉镜采集得到；

30、所述第一处理模块，用于对所述气道图像进行解剖结构识别，得到所述目标气道的解剖结构图像；

31、所述第二处理模块，用于对所述第一时序信号进行时序特征处理，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜，并将所述视觉掩膜叠加到所述解剖结构图像上，生成融合显示图像；

32、所述导管定位模块，用于基于所述融合显示图像，结合所述可视喉镜，输出对应于所述气管导管与所述目标气道的位置关系的所述气管导管的定位信息。

33、在本技术的某些实施方式中，所述第一处理模块包括第一处理单元；所述第一处理单元，用于基于预训练的卷积神经网络，对所述气道图像进行解剖结构识别，得到所述目标气道的解剖结构图像。

34、在本技术的某些实施方式中，所述第二处理模块包括第二处理单元；所述第二处理单元，用于基于预训练的时序神经网络，对所述第一时序信号进行时序特征处理，得到所述气管导管位于所述目标气道内部的二氧化碳浓度变化特征，并根据所述二氧化碳浓度变化特征，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜。

35、在本技术的某些实施方式中，所述导管定位模块包括第一信息确定单元、第二信息确定单元和定位信息输出单元；

36、所述第一信息确定单元，用于基于预训练的定位神经网络，对所述融合显示图像进行识别，得到所述气管导管的位置引导信息；

37、所述第二信息确定单元，用于基于所述融合显示图像，结合所述视觉掩膜，确定所述气管导管与所述目标气道的位置关系信息；

38、所述定位信息输出单元，用于通过所述可视喉镜，结合所述定位引导信息和所述位置关系信息而确定的所述气管导管与所述目标气道的位置关系，输出与所述位置关系对应的所述气管导管的定位信息。

39、在本技术的某些实施方式中，所述气管内导管辅助引导系统还包括声光提示模块；所述获取目标气道内部的二氧化碳浓度时序信号和所述目标气道的气道图像之前，还包括：

40、通过所述气体传感器，采集得到所述气管导管所在的当前通道内用于表征二氧化碳浓度的第二时序信号；

41、根据所述第二时序信号，结合预设的二氧化碳浓度阈值，确定所述当前通道与所述目标气道的关系和所述气管导管的位置状态，并通过所述声光提示模块输出对应的声光提示信息。

42、在本技术的某些实施方式中，所述根据所述第二时序信号，结合预设的二氧化碳浓度阈值，确定所述当前通道与所述目标气道的关系和所述气管导管的位置状态，并通过所述声光提示模块输出对应的声光提示信息，具体包括：

43、若所述第二时序信号对应的二氧化碳浓度低于预设的二氧化碳第一浓度阈值，则确定所述当前通道与所述目标气道不同且所述气管导管的位置异常，通过所述声光提示模块，输出对应的警告声光提示；

44、若所述第二时序信号对应的二氧化碳浓度不低于所述二氧化碳第一浓度阈值，且低于预设的二氧化碳第二浓度阈值，则确定所述当前通道与所述目标气道相同且所述气管导管的位置异常，通过所述声光提示模块，输出对应的异常声光提示；

45、若所述第二时序信号对应的二氧化碳浓度不低于所述二氧化碳第二浓度阈值，则确定所述当前通道与所述目标气道相同且所述气管导管的位置正常，通过所述声光提示模块输出对应的正常声光提示，并将所述第二时序信号作为所述第一时序信号。

46、本技术基于包括可视喉镜、气管导管和气体传感器的气管内导管辅助引导系统，先通过气体传感器采集目标气道内部用于表征二氧化碳浓度的第一时序信号，通过可视喉镜采集目标气道的气道图像，然后对气道图像进行解剖结构识别得到目标气道的解剖结构图像，再对第一时序信号进行时序特征处理，生成用于表征二氧化碳浓度变化的视觉掩膜并叠加到解剖结构图像上得到融合显示图像，最后基于融合显示图像，结合可视喉镜，输出与气管导管和目标气道的位置关系对应的气管导管的定位信息；通过安装于气管导管的入进方向的最前端的气体传感器，能够更准确地获取目标气道内的二氧化碳浓度，进而得到的视觉掩膜能更准确地表征二氧化碳浓度变化，并通过二氧化碳浓度变化更准确地表征气管导管与目标气道的位置关系，从而准确定位气管导管的所在位置；通过可视喉镜采集目标气道的气道图像并进行解剖结构识别得到解剖结构图像，进而作为视觉掩膜的叠加图像，相比于现有仅通过可视喉镜可视化或视觉图像识别，对气道图像进行解剖结构识别并结合二氧化碳浓度相关的视觉掩膜进行导管定位，能够降低对操作者的主观判断的依赖，同时能够避免视野遮挡等困难视觉环境下的干扰，从而提高对气管导管所在位置的定位准确度。