专利名称：气管插管系统和方法一些医疗程序是必要的生命挽救程序，但也是侵入式的且具有潜在危险。插管术， 特别是气管插管术，通常是在诸如施加全身麻醉、昏迷等各种医疗状态下执行的。气管插管术涉及经由声带将气管导管(ETT)放置或插入到病人的气管中以保护病人的呼吸道并提供允许气体流通的机制。气管导管的延迟和/或误放置，如将气管导管误放置到食管中，可能造成永久的神经损伤或者死亡。气管导管的错位也会危及呼吸道保护或造成通气不足。 因此，当医疗状态出现时快速地对病人进行插管并正确定位气管导管是绝对必要的。已有各种技术用于辅助将气管导管放置到气管中。在气管插管喉镜术中，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。喉镜通常包括具有各种形状和长度并由刚性材料制成的喉镜片。在直接喉镜中，光源耦合到引导喉镜片以辅助观察声门。在视频喉镜中，视频摄像机以及光源定位在引导喉镜片上以提供视频图像来引导气管导管的插入。当用气管插管喉镜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。插管术可能由于各种原因而不成功。直接喉镜的插管术的失败可能由于声门或声带的可视化差和识别不良而发生，这种情况称为“看不见而不能插管”。作为声带的间接视频图像的结果，视频喉镜的插管术的失败可能由于可视化不良或气管导管插入角度不佳而发生。这种称为“能看见但不能插管”的情况是常见的。此外，目前所有的插管术都由两只手执行(即一只手握持引导喉镜片，另一只手插入气管导管)，在插入气管导管期间可能由于视觉与手的协调不良而不能正确地插入气管导管。此外，存在不能用直接喉镜或视频喉镜进行声带的可视化和正确识别的临床条件，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。
发明人在此认识到，可以通过一种通过呼吸道模式识别来识别气管开口的气管插管系统解决上述问题。在一个方面，气管插管系统包括插入到病人的上呼吸道以引导气管导管插入到病人的气管中的可移动的导航导管探芯，位于导航导管探芯上的至少一个气管识别装置用以在导航导管探芯在上呼吸道中移动时检测呼吸道数据；及包括数据处理器的导航装置，该数据处理器配置为分析呼吸道数据以确定指示导航导管探芯相对于气管开口的位置的呼吸道模式，并生成导航元素以指导导航导管探芯移动到气管开口。在一个实施例中，呼吸道模式是拓扑模式。在另一实施例中，呼吸道模式是气体交换模式。在又一实施例中，呼吸道模式是声音模式。可以通过模式匹配(Pattern Matching)或模式识别(Pattern Recognition)来确定指示导航导管探芯相对于气管开口的位置的呼吸道模式。在一个实施例中，导航装置还包括用于以至少两个自由度移动导航导管探芯的驱动机构，其中一个自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度上下移动，另一个自由度是导航导管探芯的主体前后移动，配置为通过气管插管系统的用户驱动该驱动机构的执行器；及用于显示导航元素的显示装置，其中导航导管探芯的移动是用户基于该导航元素向期望的方向驱动该执行器造成的。在另一实施例中，导航装置还包括用于以至少两个自由度移动导航导管探芯的驱动机构，其中一个自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度上下移动，另一个自由度是导航导管探芯的主体前后移动，配置为通过气管插管系统的用户驱动该驱动机构的执行器；及用于显示导航元素的显示装置，其中导航导管探芯的移动是用户基于该导航元素向期望的方向驱动该执行器造成的，该气管插管系统还包括将气管导管和导航导管探芯与驱动机构耦合的第一螺线管。在另一实施例中，导航装置还包括以至少两个自由度移动导航导管探芯的驱动机构，其中导航元素生成有向移动，以允许驱动机构自动移动导航导管探芯。在另一实施例中，气管识别装置是图像捕捉装置，呼吸道模式是基于拓扑特征确定的拓扑模式，其中该图像捕捉装置包括用于捕捉热图像数据的热像仪或红外线摄像机， 其中拓扑特征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，该气管插管系统还包括位于导航导管探芯上的气体交换检测器，用于在病人的呼吸周期期间检测动态气体交换数据。在另一实施例中，气管插管系统还包括喉镜片，其中导航导管探芯位于喉镜片中并可沿该喉镜片移动，该喉镜片配置长度为具有当喉镜片放置到病人的嘴中时使喉镜片的远端与气管开口相邻的长度，宽度为容纳导航导管探芯和气管导管并适应导航导管探芯沿喉镜片的移动和通过导航导管探芯插入气管导管的宽度，及形状为有助于向前上方移动病人的舌头的形状，其中该喉镜片的远端可做为多个运动自由度的支点。在另一实施例中，气管插管系统还包括喉镜片，其中导航导管探芯位于喉镜片中并可沿该喉镜片移动，该喉镜片配置长度为具有当喉镜片放置到病人的嘴中时使喉镜片的远端与气管开口相邻的长度，宽度为容纳导航导管探芯和气管导管并适应导航导管探芯沿喉镜片的移动和适应通过导航导管探芯插入气管导管的宽度，及形状为有助于向前上方移动病人的舌头的形状，其中该喉镜片的远端是多个运动自由度的支点，其中该喉镜片可释放地连接到气管插管系统且该喉镜片包括用于在气管导管被插入到气管中之后使该喉镜片与气管导管耦合的锁定机构。在另一实施例中，气管插管系统还包括喉镜片，其中导航导管探芯位于喉镜片中并可沿该喉镜片移动，该喉镜片配置长度为具有当喉镜片放置到病人的嘴中时使喉镜片的远端与气管开口相邻的长度，宽度为容纳导航导管探芯和气管导管并适应导航导管探芯沿喉镜片的移动和通过导航导管探芯插入气管导管的宽度，及形状为有助于向前上方移动病人的舌头的形状，其中该喉镜片的远端是多个运动自由度的支点，其中导航导管探芯装载有用于一次插管术的一个气管导管/气管导管片段或装载有多个气管导管/气管导管片段，其中每个气管导管片段用于一次插管术。在另一实施例中，气管插管系统还包括喉镜片，其中导航导管探芯位于喉镜片中5并可沿该喉镜片移动，该喉镜片配置为具有当喉镜片放置到病人的嘴中时使喉镜片的远端与气管开口相邻的长度，其中沿着喉镜片的长度悬挂导航导管探芯，且气管导管从喉镜片的远端预先装载到导航导管探芯中并能够沿着导航导管探芯朝向气管开口移动。在另一实施例中，气管插管系统还包括喉镜片，其中导航导管探芯位于喉镜片中并可沿该喉镜片移动，该喉镜片配置为具有当喉镜片放置到病人的嘴中时使喉镜片的远端与气管开口相邻的长度，其中沿着喉镜片的长度悬挂导航导管探芯，且气管导管从喉镜片的远端预先装载到导航导管探芯中并能够沿着导航导管探芯朝向气管开口移动，该气管插管系统还包括位于导航导管探芯上的精确光引导器(precision lightguide)，用于生成指向导航导管探芯的移动方向的光线以使气管导管跟随该光线移动到气管中。在另一实施例中，气管插管系统还包括喉镜片，其中导航导管探芯位于喉镜片中并可沿该喉镜片移动，该喉镜片配置长度为具有当喉镜片放置到病人的嘴中时使喉镜片的远端与气管开口相邻的长度，宽度为接收导航导管探芯和气管导管并适应导航导管探芯沿喉镜片的移动和通过导航导管探芯插入气管导管的宽度，及形状为有助于向前上方移动病人的舌头的形状，其中该喉镜片的远端是多个运动自由度的支点，其中导航导管探芯装载有用于一次插管术的一个气管导管/气管导管片段或装载有多个气管导管/气管导管片段，其中每个气管导管片段用于一次插管术，其中导航导管探芯可从气管插管系统脱离并由密封件密封以与导航装置中的驱动机构和电气部件隔离，以允许对导航导管探芯消毒。模式匹配和模式识别可以允许识别在一些临床条件下人眼不能观察到或人眼不能通过直接视频图像正确识别的拓扑特征。此外，该气管插管系统可以识别一个或多个拓扑特征并选择可识别的拓扑特征以确定指示气管开口的拓扑模式。基于对选择的拓扑特征的分析的气管识别允许在其中一些拓扑特征由于会厌、声带等的畸形或创伤而不可识别的一些临床条件下进行气管识别。以此方式，气管插管系统允许准确并快速地识别气管并在各种临床条件下增加插管术的成功率。指示气管开口的气体交换模式使得能够对病人进行插管而不依赖于声门或声带的可视化。基于大量数据的模式匹配或模式识别增加了气管识别的准确度。此外，与基于人类判断的气管识别相比，人工智能(计算机化的)数据分析可以缩短用于气管识别的时间。本发明的气管插管系统识别气管开口以使导航导管探芯可以指向气管的入口。以此方式，可以识别并与食管开口区分气管位置以确保导航导管探芯正确插入到气管中。根据另一方面，气管插管系统包括具有远端的喉镜片，该远端在喉镜片插入到病人的上呼吸道中时与气管开口相邻；导航导管探芯，其位于喉镜片中并可沿该喉镜片移动并有助于气管导管插入到病人的气管中；位于导航导管探芯上的至少一个气管识别装置， 用于当导航导管探芯在上呼吸道中移动时检测呼吸道数据；及包括数据处理器的导航装置，该数据处理器配置为分析呼吸道数据以确定指示导航导管探芯相对于气管开口的位置的呼吸道模式，并生成导航元素以指导导航导管探芯移动到并进入气管开口，用于显示导航元素的显示装置，以至少两个自由度移动导航导管探芯的驱动机构，及配置为通过气管插管系统的用户驱动该驱动机构的执行器。在一个实施例中，气管识别装置是用于捕捉图像数据的图像捕捉装置和用于检测气体交换数据的气体交换检测器中的一个，呼吸道特征是拓扑特征和气体交换特征中的一个，且呼吸道模式是拓扑模式和气体交换模式中的一个。在一个实施例中，气管识别装置是用于捕捉图像数据的图像捕捉装置和用于检测气体交换数据的气体交换检测器中的一个，呼吸道特征是拓扑特征和气体交换特征中的一个，且呼吸道模式是拓扑模式和气体交换模式中的一个，驱动机构以三个自由度移动导航导管探芯的，该导航导管探芯包括尖端部和主体，其中导航导管探芯的第一运动自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度上下移动，导航导管探芯的第二运动自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度左右移动，导航导管探芯的第三运动自由度是导航导管探芯的主体前后移动。在一个实施例中，气管识别装置是用于捕捉图像数据的图像捕捉装置和用于检测气体交换数据的气体交换检测器中的一个，呼吸道特征是拓扑特征和气体交换特征中的一个，且呼吸道模式是拓扑模式和气体交换模式中的一个，该导航导管探芯包括尖端部和主体，其中导航导管探芯的第一运动自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度上下移动，导航导管探芯的第二运动自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度左右移动，导航导管探芯的第三运动自由度是导航导管探芯的主体前后移动， 第三自由度由导螺杆机构、滚子机构或伸缩机构造成，且第一自由度由第一马达造成，第二自由度由第二马达造成。在一个实施例中，气管识别装置是用于捕捉图像数据的图像捕捉装置和用于检测气体交换数据的气体交换检测器中的一个，呼吸道特征是拓扑特征和气体交换特征中的一个，且呼吸道模式是拓扑模式和气体交换模式中的一个，该导航导管探芯包括尖端部和主体，其中导航导管探芯的第一运动自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度上下移动，导航导管探芯的第二运动自由度是导航导管探芯的尖端部相对于导航导管探芯的长度左右移动，导航导管探芯的第三运动自由度是导航导管探芯的主体前后移动， 第三自由度由导螺杆机构、滚子机构或伸缩机构造成，且第一自由度由第一马达造成，第二自由度由第二马达造成，该气管插管系统还包括位于导航导管探芯上的精确光引导器，用于生成指向导航导管探芯的移动方向的光线以使气管导管跟随该光线移动到气管中。由于导航导管探芯以多个自由度进行移动，可以响应于导航指引 (navigationguidance)容易地调节导航导管探芯的移动以允许快速搜索到气管。喉镜片配置可以辅助导航导管探芯在多个自由度上的移动。此外，由于气管插管系统配置为允许气管导管沿着导航导管探芯移动，气管导管严格遵循与导航导管探芯相同的路径以到达气管，或气管导管与导航导管探芯共轴。因此，气管插管系统可以解决气管导管插入角度异常的问题。此外，可以减少或消除与使气管导管插入与双手协调相关的错误。根据本发明的气管导管与导航导管探芯的共轴对齐可以手动地执行，或通过马达驱动机构半自动地或自动地执行。以此方式，可以容易地执行插管术。根据另一方面，插管装置包括具有喉镜片主体和远端的喉镜片，其中远端在喉镜片插入到病人的嘴中时相邻于病人的气管开口 ；导航导管探芯，其具有相邻于该远端的尖端和从导航导管探芯的安装部朝向喉镜片延伸的气管导管装载部分，其中导航导管探芯固定在安装部并沿着喉镜片的长度悬挂以在插管术之前将气管导管预装载到气管导管装载部分中；及位于导航导管探芯尖端的气管识别装置，其用于检测呼吸道数据并生成可由用户查看以识别气管开口的呼吸道模式。在一个实施例中，气管识别装置是图像捕捉装置，呼吸道模式是拓扑模式，其中基于气管开口的拓扑特征识别气管开口，且该拓扑特征包括声道的倒V形状、声带的颜色、声带褶振动、声带与会厌、声门和杓状软骨的空间关系中的一个。在一个实施例中，气管识别装置是图像捕捉装置，呼吸道模式是拓扑模式，其中基于气管开口的拓扑特征识别气管开口，且该拓扑特征包括声道的倒V形状、声带的颜色、声带褶振动、声带与会厌、声门和杓状软骨的空间关系中的一个，该插管装置还包括用于生成呼吸道模式的热图像的热像仪或红外线摄像机，且拓扑特征包括在呼吸周期中的热图像改变，其中图像捕捉装置是视频摄像机，且基于可在由视频摄像机生成的呼吸道模式，和/或由热像仪或红外线摄像机生成的呼吸道模式或颜色变化查看的拓扑特征识别气管开口。在另一实施例中，导航导管探芯基本上悬挂在固定的位置，且安装部位于喉镜片上或插管装置的另一部件上。在另一实施例中，气管识别装置是光源、气体交换检测器、声音检测器和光检测器中的一个。在另一实施例中，插管装置还包括用于引导将气管导管插入到气管开口中的精确光引导器且气管导管装载部具有折叠配置。应理解，提供上述发明内容以用简化的形式介绍将在中进一步描述的选择的概念。上述发明内容不意图标识出请求保护的主题的关键或核心的特征，所请求保护的主题的范围仅由本发明的权利要求限定。此外，请求保护的主题不限于克服上文或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
图1示出用于对病人进行插管的插管装置的示意图。图2示出气管开口、食管开口及其周围的示意图。图3示出根据本发明的气管插管系统的示例实施例。图4是根据本发明的一个实施例的气管插管系统的示例导航导管探芯的分解正视或剖视图。图5A和5B示出示意性地表示指示气管开口、食管开口及其周围的拓扑模式的热图像。图6A和6B示出说明指示气管的示例气体交换模式的呼吸周期期间的气体交换模式。图7示出根据本发明的插管术的示例导航指引。图8示出根据本发明的气管插管系统的喉镜片和导航导管探芯的示例实施例。图9示出根据本发明的气管插管系统的导航导管探芯的另一示例实施例。图IOA和IOB是根据本发明的另一实施例的气管插管系统的剖面图。图11示出用于根据本发明的另一实施例的气管插管系统的一个运动自由度的示例驱动机构。图12A、12B和12C示出在根据本发明的另一实施例的气管插管系统的气管插管室中使用的密封件的示例实施例。图13是根据本发明的气管插管系统的示意图。
图14是示出用于使用根据本发明的一个实施例的气管插管系统对病人进行插管的示例方法的流程图。图15是根据本发明的另一实施例的示例插管装置的正视图。图16是根据本发明的另一实施例的示例插管装置的透视图。图17示出根据本发明的另一实施例的喉镜片总成的剖视图。

9式，其中该声音模式是可识别的。图1示出用于对病人进行插管的插管装置10的示意图。插管装置10包括喉镜片 12和配置为提供会厌和声带的视图的喉镜14。喉镜片12适配用于通过病人的上呼吸道， 即通过病人的嘴20和声带22插入病人的气管M。图1还示出在喉镜片放置期间的可能的路径。如图1所示，会厌观和声门30位于声带22前方。食管32在气管M下方。气管 24位于食管32前面。气管M和食管32这两个腔彼此相邻。因此，喉镜片12可能被插入到气管M中或食管32中。将气管导管定位到食管中会导致插管术失败，并且会危及呼吸道保护或造成通气不足。图1示出喉镜片12插入到嘴中且喉镜片尖端/端部沿着线A定位在气管开口前方。当确定喉镜片12位于气管M的开口处时，将气管导管(未示出)推入气管M。一旦气管导管处在气管中，就从气管M中移除喉镜片12且插管术完成。气管导管根据医疗过程的需要在气管M中保持一段时间。图2示出气管开口、食管开口及其周围的视图。气管是开放的管状软骨结构，并以声带作为其开口，而食管32是在未进行吞咽时折叠起来的肌肉和结缔组织结构。气管开口或声带的形状在尺寸上及与会厌观、声门30和杓状软骨34的解剖关系上明显不同于食管开口的形状。因此，结构特征构成辨别气管开口与食管开口的拓扑特征/外型特征。此外，气管开口处的声带22具有特定的特征。如图2所示，声带22由横跨喉头伸展并以倒V形开放的双内褶黏膜组成。不同于其周围的结构，声带22是白色的，这构成了另一个可识别的特征。另外，虽然声带或褶在不用时通常保持静止，声带褶在发声期间振动且因此产生附加的可识别特征。此外，声带是分隔上呼吸道和下呼吸道的最窄的部分，具有区分声带与上呼吸道的其他结构和食管开口的特性或特定的气流模式。声带开口尺寸的变化和声带的运动产生附加的可识别特征。此外，附加的拓扑特征包括但不限于会厌、杓状软骨、声带、气管开口及食管开口的空间关系、相对位置、相对颜色。一个或多个上述拓扑特征形成拓扑模式/外型模式。可以从图像捕捉装置捕捉的图像数据中识别指示气管开口的拓扑模式。换言之，一个或多个拓扑特征可以用作用于通过任何适合的数据分析技术进行气管识别的生物度量。除了指示气管开口的拓扑模式，呼吸道的气体交换模式可以用于下文详述的气管识别。此外，声音模式也可以用于下文详述的气管识别。图3示出根据本发明的气管插管系统40的示例实施例。气管插管系统40通常包括引导喉镜片或喉镜片42和导航装置44。导航导管探芯46位于喉镜片42中。在一些实施例中，导航导管探芯46可以配置为沿着喉镜片的长度定位在喉镜片42的中心并电子地和机械地与导航装置44连接。气管插管室48可以包括在导航装置外壳50中从而可以在其中预装载气管导管52。在所示实施例中，以气管导管52的纵轴基本上与导航导管探芯 46的纵轴同心的方式定位气管导管52。以此方式气管导管52可以在导航导管探芯46上滑动并按照与导航导管探芯46相同的移动路径推入。或者，气管导管52的纵轴可以不与导航导管探芯46的纵轴重叠。在将气管导管52推入喉镜片42时，气管导管52与导航导管探芯46并排定位。在气管导管插入期间，气管导管的移动可以由导航导管探芯或喉镜片主体引导。
导航装置44可以包括用于识别气管和指导气管导管52的插入的机构。可以用气管识别装置或通过分析由气管识别装置检测到的数据来识别气管。气管识别装置可以位于导航导管探芯的尖端部以检测可以用于识别气管的各种数据，如下文详述。在一些实施例中，导航装置44可以包括数据处理器，该数据处理器配置为接收由气管识别装置检测到的数据、分析检测到的数据的模式并生成导航元素以指导导航导管探芯的移动。导航元素可以是由气管插管系统的软件或硬件生成的导航指引显示。或者，导航元素可以是由软件、硬件或控制器生成的有向移动，以允许导航导管探芯的半自动或自动移动。导航元素指示当导航导管探芯在呼吸道中移动时导航导管探芯是否在气管开口中或在气管中。当导航元素指示导航导管探芯在气管开口中时，气管导管52可以跟随导航导管探芯的路径在呼吸道中移动。一旦气管导管52插入到气管中，就收回导航导管探芯且插管术完成。附加地，或替代地，气管插管系统可以包括显示导航元素的显示装置M。例如，当导航导管探芯在呼吸道中移动，显示装置M可以显示导航器以指导导航导管探芯的移动， 如“未找到气管”或“已找到气管”。可以基于导航元素调节导航导管探芯的移动。此外，显示装置M可以将检测到的实时数据或呼吸道模式作为导航元素提供。在所示实施例中，显示装置M是单独的部件并相邻于喉镜片42定位。应理解，显示装置M可以定位在适合于气管插管系统的操作的任何位置。显示装置M可以通过有线连接或无线连接连接到导航装置44。在一些实施例中，显示装置讨可以是相对于导航装置44远程定位的显示屏。或者，显示装置M可以集成到导航装置外壳50中。气管插管系统40还可以包括用于驱动或移动导航导管探芯46的驱动机构。该驱动机构可以使导航导管探芯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。在一些实施例中，执行器56可以由用户用于半自动地操作气管插管系统。例如，执行器56可以是基于显示装置M提供的导航元素由用户控制以用于在任何期望的方向上移动导航导管探芯46的操纵杆。气管插管系统40还可以包括自动地驱动导航导管探芯的控制器。该控制器可以配置为接收由气管识别装置检测到的数据、分析检测到的数据的一个或多个模式、生成导航元素，及基于导航元素通过驱动机构调节导航导管探芯的移动。在一些实施例中，执行器 56可以配置为开始导航导管探芯的自动插入，导航装置44并配置为在如必要的情况下可替代(override)自动插管程序。附加地或替代地，气管插管系统40可以包括用于在如下文详述的插管术期间耦合导航导管探芯46和/或气管导管52的锁定/释放装置58，诸如螺线管。此外，气管插管系统40可以包括提供气管插管系统的电子和/或机械部件所需电力的电源60。在一些实施例中，可以从外部电源，诸如AC插座，或两种电源的组合提供电力。或者，电源60可以包括在电源60的电池舱中的一个或多个电池。图4是根据本发明的一个实施例的气管插管系统的示例导航导管探芯46的分解正视或剖视图。图4示出位于导航导管探芯的尖端部分的示例气管识别装置。气管识别装置用于使用任何适合的机构识别或定位气管或气管开口。气管识别装置还可以称为气管开口识别装置。如下文详述，气管识别装置包括但不限于光源、图像捕捉装置、气体交换检测器、声音检测器，及光检测器。应理解，可以在气管插管系统中单独使用一个气管识别装置以用于气管识别，或可以在气管插管系统中使用两个或多个气管识别装置的组合以用于气管识别。导航导管探芯46可以包括光源62中的一个或多个。光源62可以包括发光二极管(LED)或光纤。光源62在导航导管探芯的前方提供照明以允许气管插管系统的用户查看气管开口及其周围，或为位于导航导管探芯上的图像捕捉装置64提供照明。在一些实施例中，光源62操作用于指示气管开口。例如，用户可以在光源62提供的光照射下通过声门或声带的直接视图识别气管开口。在一些实施例中，一个或多个图像捕捉装置6 和64b或图像传感器可以位于导航导管探芯46上。图像捕捉装置可以是连续地捕捉图像的视频摄像机或捕捉静态图像的静态摄像机。在另一示例中，图像捕捉装置可以是用于捕捉热图像的热像仪或红外线摄像机。基于所捕捉的对象的温度差异生成热图像。应理解，气管插管系统可以包括一种或多种类型的摄像机。此外，气管插管系统可以包括相同类型且定位在导航导管探芯46上的不同位置的两个或多个摄像机。例如，两个或三个视频摄像机可以生成二维或三维图像。三维图像可以识别不能由二维图像识别的拓扑特征。在一些实施例中，位于喉镜片上的气管识别装置可以包括一个或多个气体交换检测器66a、66b、66c和66d以在呼吸周期期间检测动态气体交换数据。气体交换数据可以包括温度、空气流率、正压力或负压力、二氧化碳(CO2)、氧(O2)、或氮的浓度。在一个示例中， 气体交换检测器可以是温度传感器、空气流量传感器、压力传感器、CO2传感器、氧传感器、 氮传感器，或湿度传感器。应理解，可以在气管插管系统中使用一种类型的气体交换检测器，或可以在气管插管系统中使用两个或多个不同类型的气体交换检测器。此外，应理解， 气体交换检测器可以是任何适合的传感器，该传感器可对于浓度改变以适当的响应时间定性地或定量地检测变量，如CO2、氧和氮、流率或压力。此外，一个气体交换检测器可以结合一个图像捕捉装置使用。在一个实施例中，CO2传感器可以在气管由图像数据识别之后用于确认气管位置。应理解，气管识别装置可以包括可区分气管与食管的任何装置。在一个示例中，气管识别装置可以是声音检测器或声辐射自导装置(sound homing device) 0声辐射自导装置可以包括多个麦克风在导航导管探芯上的设置以记录来自不同位置的声音以检测声带位置。当检测到处在预定分贝水平的声音时可识别出气管。在另一示例中，气管识别装置可以是声音检测器，用于检测由发声生成的在气管中的声音，或专门的发声或声音，诸如“啊” 或“欧”。声音特征可以包括声音的分贝水平。声音模式或声音识别可以通过现有技术中已知的任何技术确定。另外，在一些实施例中，气管识别装置可以是可检测通过吸入、消化或注射引入到病人的气体交换中的化合物或示踪剂(tracer)的一个或多个检测器。例如，化合物可以包括静脉酒精(intravenous alcohol)、氦、吸入麻醉剂(如地氟醚(desflurane)、异氟醚 (isoflurane)、七氟醚(sevoflurane))、氙，或一氧化二氮(N2O)等。对引入的化合物的检测可以指示气管位置。此外，在一些实施例中，气管识别装置可以是可检测连接到病人的信号生成器生成的信号的一个或多个信号传感器。回到图1，信号生成器36可以位于病人的颈部。在一个示例中，信号生成器36可以是光源，其配置为生成任何适合的光，如可见光、紫外线、红外线、激光等。在另一示例中，信号生成器36可以是声音装置，其配置为以任何适合的分贝水平产生并发送声音，如可听声或超声波到气管M。因此，信号检测器可以是能够检测引入的光或声音的光传感器或声音传感器。应理解，信号生成器36如图1所示可以位于病人的颈部38并在气管M上方，或信号生成器36可以位于病人身体内部并相邻于气管M。气管插管系统允许在一些情况下，如无呼吸病人或畸形呼吸道的情况下基于引入的信号进行气管识别。参考图4，附加地或替代地，方向控制线缆68可以耦合到喉镜片42。如下文所述， 在一些实施例中，方向控制线缆68可以用于通过驱动机构调节导航导管探芯46在任何期望方向上的移动以用于半自动或自动插管术。附加地或替代地，精确光引导器70可以位于导航导管探芯46上以指导气管导管的插入。在一个示例中，精确光引导器70可以是生成指向气管导管通道方向的直线光线的激光指示器或其他光指示器。精确光引导器70可以相邻于气管识别装置定位在使得精确光引导器70的光路与气管识别装置的移动路径对齐的方向上。以此方式，当识别出气管时，来自对齐辅助的光线将指向气管开口。因此，当将气管导管推入气管时可以使气管导管跟随光线。如上所述，导航装置44可以包括用于气管识别的一个或多个机构。在一个示例中，导航装置44的数据处理器可以配置为接收由气管识别装置检测得到的数据、分析检测到的数据的模式，并基于该模式生成导航指引。例如，气管识别装置可以是图像捕捉装置且该模式可以是拓扑模式。回到图2，由视频摄像机或静态摄像机捕捉的图像如图2所示可以显示在显示装置52中。当摄像机在呼吸道中移动时，连续地或定期地捕捉图像并分析实时图像数据以得到指示气管开口的拓扑模式。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。模式匹配可以包括检查一个或多个拓扑特征在捕捉的数据中的出现。在一个示例中，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。
模式匹配可以允许识别在一些临床条件下不能由人眼观察到或不能通过直接视频图像由人眼正确地识别的拓扑特征。此外，基于对选择的拓扑特征进行分析的气管识别允许在其中由于会厌、声带等的畸形或创伤难以识别一些拓扑特征的一些临床条件下进行气管识别。此外，模式匹配具有的优点包括可选择预定模式以适配于不同群体的病人。在一些实施例中，可以使用基于模式的类别的模式识别(pattern recognition) 来分析图像数据。模式识别技术可以包括收集数据、从收集的数据中提取特征(如，来自数据中的数量信息或符号信息)和基于提取的特征分类/类别化数据。任何适合的模式识别技术都可以用于模式识别。在一个示例中，模式识别可以通过有监督学习基于先有知识进行。即，分类可以基于称为训练集的已分类的或带有描述的模式的集合。在另一示例中，模式识别可以基于模式的统计规律确定分类，即无监督学习。本发明的数据处理器可以存储具有拓扑特征/及其它特征的已分类模式的一个或多个集合并通过有监督学习执行模式识别。替代地或附加地，本发明的数据处理器可以通过无监督学习基于拓扑特征的统计模型执行模式识别。再次，拓扑特征可以是气管、食管及其周围的拓扑特征中的一个或多个， 且气管识别可以基于对一个或多个拓扑特征的识别。可以基于模式识别生成导航指引。应理解，任何适合的数学模型或算法都可以用于模式识别。在一些实施例中，数据处理器还可以包括一旦通过称为瞄准和锁定的技术找到气管就锁定气管开口。回到图2，图2所示的图像可以由图像捕捉装置捕捉并显示在显示装置上。框72可以出现在图像中且当导航导管探芯在呼吸道中移动时框72跟随气管开口。以此方式，导航导管探芯的移动可以跟随框72调节并补偿操作者或病人的不自主/非控制的移动。在一些实施例中，控制器或数据处理器可以包括用于通过对应于导航导管探芯的位置的图像跟踪导航导管探芯的位置的位置跟踪模块。在一个示例中，位置跟踪模块可以包括具有呼吸道图像和导航导管探芯的位置之间的关系的预定的影像(inage)/图表 (nap)。因此，在插管术期间，可以通过比较捕捉的图像与预定的图表，确定导航导管探芯相对于气管开口的当前位置(如，相对于气管开口在上方、下方、左边或右边)。此外，导航导管探芯的位置和导航导管探芯的实时移动可以和导航元素一起显示在显示装置上。导航元素还可以提供指示气管开口的位置，如相对于导航导管探芯的当前位置在上方、下方、左边或右边的指示。同样，在对相当大的量的实时数据执行模式识别以得出规律或分类，模式识别可以允许识别不能由人眼观察到的拓扑特征。可由模式识别所识别的特征被称为机器可识别特征。此外，与整个图像的可视化的观察相比，一个或多个机器可识别特征的识别允许在其中气管插管术不可能通过直接视图或视频图像进行的临床条件下进行正确的气管识别。应理解，任何适合的数据处理都可以用于分析指示气管开口的拓扑模式。例如，数据处理器可以包括用于基于捕捉的图像数据重新创建图像的图像重建模块或算法。例如， 一旦捕捉的视频图像中不可辨别的拓扑特征由图像重建模块识别，就可以在经处理的图像上增强该特征。或者，捕捉的图像中缺失的拓扑特征可以叠加到经处理的图像上使得能够识别气管开口。可以向用户显示经处理的图像。经处理的图像可以改进气管开口的可视化。 在一个示例中，可以单独地显示经处理的图像并将其用作导航元素。捕捉的图像可以用于识别气管而不需要附加的数据处理。在一些实施例中，气管识别装置可以是用于捕捉热图像的热像仪或红外线摄像机。图5A和5B示出热图像，示意性地示出指示气管开口、食管开口及其周围的拓扑模式。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。在所示实施例中，如温度条T所示，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30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°C的室温)，流出气管的空气可以处在高达32°C的温度。图5A示出呼出期间的示例热图像。由于呼出气体具有较高温度，声门如图所示具有较淡的颜色。图5B示出吸入期间的示例热图像。由于吸入气体具有较低的温度，声带开口或声门30如图所示具有较深的颜色。声门30的颜色在呼吸周期中显示出显著的特征变化。换言之，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而不进行附加的数据分析，诸如模式匹配或模式识别。或者，也可以使用附加的数据分析，诸如模式匹配或模式识别。在一些实施例中，气管识别装置可以是呼吸道传感器且模式可以是气体交换模式。气管开口、声带，或气管处的气体显示出气体交换模式，而在食管开口处缺少气体交换模式。图6A和6B示出呼吸周期期间的气体交换模式，示出指示气管开口或气管的示例气体交换模式。人类呼吸由吸入和呼出或呼气吸气循环或呼吸周期组成。呼吸周期是动态的且通常每分钟发生十二(12)到二十00)次。吸入和呼出造成人类呼吸系统和环境空气之间的气体交换或空气交换。气体交换发生在气管中而在食管中没有气体交换。因此，气体交换模式可以用于识别气管。呼吸周期可以划分为五个阶段。阶段0是具有环境空气的流入的吸入阶段。在阶段I，在呼吸系统中的空气流出时呼出开始于死腔(Dead Space)通气。在阶段II，呼出继续，混合死腔和肺泡气体。在阶段III，空气继续流出但肺泡气体稳定化。在阶段IV，向外的空气流减少且呼出结束。如图6A和6B所示，每个阶段可通过与吸入和呼出的空气相关的气体交换变量，如空气流率、空气压力、(X)2和02、N2或湿度等的改变来表征。一些气体改变变量在环境空气中处在较低水平，但在与肺中的气体交换之后该水平增加。这样的变量包括CO2、温度和湿度。图6A示出CO2、温度和湿度的示例气体交换模式。阶段0是具有环境空气的流入的吸入阶段。当空气流入呼吸道时，CO2浓度处在大气水平，即在空气流中约含0. 04%的C02。类似地，温度和湿度处在环境温度(如的室温) 或环境湿度。在阶段I，空气开始流出但CO2温度和湿度仍处在大气水平。在阶段II在空气开始流出气管时，气体交换变量，如(X)2浓度、温度和湿度发生变化。例如，由于肺中的热交换，呼出的空气具有比吸入的空气高的温度。此外，由于肺中的气体交换，呼出的空气具有比吸入的空气高的蒸气。类似地，CO2浓度在肺中的气体交换之后增加。图6A示出气体交换变量(如CO2浓度、温度和湿度)快速增加。在阶段III，CO2浓度、温度和湿度继续慢速增加。(X)2浓度可以达到5%的CO2的水平、温度可以上升到32°C且湿度可以高至5%的水含量。在阶段IV，CO2浓度、温度和湿度继续增加到呼吸周期的最高水平。
应注意，空气流量或压力可以遵循与图6A所示类似的模式。例如，呼出空气流率和空气压力在呼出阶段增加然后减小。气体交换变量，诸如氧，在环境空气中处在较高水平，但在与气管中的气体交换之后该水平降低。图6B示出呼吸周期期间O2的示例气体交换模式。在阶段0，空气流入呼吸道且A浓度处在大气水平，即在空气流中约含21 %的02。在阶段I，空气开始流出但&浓度仍然处在大气水平。在阶段II，O2浓度快速降低并可以降低至14%的02。在阶段III， O2浓度继续降低。在阶段IV，O2浓度降低到呼吸周期中的最低水平。应注意，气体交换模式不限于上述示例。任何在呼吸周期期间可检测的模式都可以用于识别气管。此外，可以修正吸入空气的特性以使该模式更加可辨别。例如，可以将吸入空气的温度、湿度、氧浓度调节到预定值并通过气管插管系统或面罩提供给病人从而可以在呼吸周期期间获得温度、湿度、氧含量的期望的变化。在一个示例中，如果需要，可以降低吸入空气的温度并可以增加吸入空气的化含量以产生更高的温度和&浓度差异。如上所述，气体交换数据，诸如CO2和&浓度、温度、空气流量或压力可以由适当的气体交换检测器检测到。如图6Α和6Β所示可以用图形格式提供/表示检测到的气体交换数据以显示气体交换模式。气体交换模式的出现可以指示导航导管探芯相邻于气管开口或在气管中。因此，如图6Α和6Β所示的气体交换模式可以用作导航指引。附加地，可以分析检测到的数据以得出指示气管的气体交换模式。气体交换特征可以包括但不限于在预定阈值的(X)2或氧浓度、在预定水平的温度、湿度、流率或压力。气体交换特征还可以包括气体交换数据在从阶段I至阶段Π或从阶段IV到阶段0时的突然改变。气体交换特征还可以包括检测到的气体交换数据在阶段Π、ΙΙΙ或IV期间的持续增加或持续降低。如上文中参考拓扑模式所述，任何适合的数据分析技术都可以用于识别指示气管的气体交换模式。例如，可以通过比较检测到的气体交换数据与预定的气体交换模式、阈值、其他气体交换特征来使用模式匹配。在另一示例中，可以通过基于气体交换特征的模式识别来确定指示气管的气体交换模式。模式识别可以基于如上所述的有监督学习或无监督学习。可以基于气体交换数据分析生成导航指引。作为替代或补充，声音模式可以用于识别气管。在一个示例中，气管插管系统是特定于病人的且可以在插管术之前通过记录病人的声音学习到病人的语音，且该声音可以由气管插管系统使用任何语音识别技术存储并识别。在插管术期间，可以要求病人发出声音， 诸如“啊、衣、喔”。声音检测器，诸如麦克风或声学摄像机可以用于检测该声音。气管插管系统可以匹配检测到的声音与存储的声音模式并生成导航指引。图7示出如显示在根据本发明的一个实施例的气管插管系统的显示装置M上的示例导航元素。导航元素阳可以包括一个或多个用户可查看的导航指引显示，以指导气管插管系统的导航导管探芯的移动。如上所述，基于对检测到的相关于气管的数据的分析和/ 或处理生成导航元素55。在插管术期间，当导航导管探芯在病人的呼吸道中移动时可以在显示装置M中动态地提供导航元素55。在一个示例中，导航元素55可以显示为语句55a， 如当基于检测到的数据识别出气管时的“已找到气管”。类似地，当导航导管探芯不在气管开口的位置或气管中时，导航元素可以显示为“未找到气管”。在另一示例中，导航元素5 可以显示为气管开口、食管及其周围的图像。导航元素5 可以是热图像、视频图像或经处理的图像。用户可以通过上述拓扑特征识别气管，或可以通过观察呼吸周期中的变化，诸如呼吸周期期间声门在热图像中的颜色变化和发声期间声带的运动来识别气管。在又一示例中，导航元素55c可以是气体交换模式。用户可以通过观察气体交换模式确定导航导管探芯是否处在气管中。在又一示例中，导航元素55d 可以包括指示，诸如指示如何移动导航导管探芯的指示。在另一示例中，导航元素55d可以是由气管插管系统的控制所允许的有向移动。在另一示例中，导航元素可以包括具有在图像中连续移动并瞄准气管的目标，如框(未示出)的捕捉的图像。应理解，可以根据气管识别装置和气管插管系统的数据分析在显示装置M中同时提供所示的导航元素的一个或多个示例。图8示出根据本发明的喉镜片42和导航导管探芯46的示例实施例。喉镜片42 可以具有各种形状和尺寸。在所示实施例中，喉镜片42为曲线形并尺寸为具有长度L，该长度使得当喉镜片42放置到病人的嘴中时喉镜片42的远端/端部43相邻于气管开口。此外，喉镜片的宽度可以配置为接收导航导管探芯和气管导管并适配为容纳导航导管探芯沿着喉镜片的移动并通过导航导管探芯插入气管。喉镜片的形状可以适配为有助于将病人的舌头向上前方移动。以此方式，喉镜片42可以用作导轨以有助于导航导管探芯的移动。导航导管探芯46可以从远端43延伸。在延伸的位置，远端43可以用作支点使导航导管探芯的尖端部执行期望的移动。在一些实施例中，喉镜片42可以包括底壁80作为导航导管探芯46前后移动的导轨。另外，喉镜片42可以包括从底壁延伸的侧壁82，以使导航导管探芯46靠住侧壁82移动而不偏离插入方向或离开喉镜片。在其他实施例中，喉镜片42可以包括顶壁86以限定导航导管探芯的上下移动，并避免导航导管探芯被病人咬住。或者，喉镜片42可以包括与侧壁82相对的另一侧壁(未示出)，使得导航导管探芯46沿着其长度封闭。开口 84可以结合到侧壁82中以允许观察导航导管探芯的移动和气管导管的移动。应理解，喉镜片42 可以为直线形配置，或喉镜片42可以具有任何需要的长度。导航导管探芯46可以配置为在多个自由度(Degree of Freedom，D0F)上移动。 例如，导航导管探芯46可以执行称为第一 DOF的“上下移动”，称为第二 DOF的“左右移动”， 和称为第三DOF的“前后移动”。多DOF移动可以通过由用户激活气管插管系统上的执行器以由驱动机构造成。或者，多DOF移动可以通过气管插管系统的控制器自动地由驱动机构造成。或者，用户可以手动地移动导航导管探芯以执行多DOF移动。图9示出根据本发明的导航导管探芯M6的另一个示例实施例。导航导管探芯 246通常包括尖端部分274、接头部分276和导航导管探芯主体278。气管识别装置，诸如图像捕捉装置、气体交换检测器和光源如上参考图4所述可以位于或连接到尖端部274。气管识别装置可以生成相关于尖端部274周围的信息。例如，所连接的图像捕捉装置具有从尖端部274查看的视线并可看到尖端部274前方的视图。在另一示例中，气体交换检测器检测尖端部274周围或相邻处的状况。当尖端部274在气管开口或气管中时，连接的气体交换检测器可以检测气体交换特性或气体交换模式。接头部分276具有预定长度且能够在任何方向上偏转。接头部分276可以由挠性材料或刚性材料，如线圈形式的金属制成。探芯主体278如图所示包括管和位于管部的多个线缆观0。线缆280可以包括光束线(如光纤)和/或摄像机线缆。在一些实施例中，线缆280可以包括可由驱动机构连接驱动以将尖端部274指向所需方向的方向控制线缆。方向控制线缆的连接驱动可以调节尖端部的方向，因此允许导航导管探芯的多DOF移动。应理解，导航导管探芯可以具有各种配置。例如，尖端部、接头部和导航导管探芯主体可以由具有不同刚性的不同材料制成。或者，尖端部、接头部和导航导管探芯主体可以由相同材料制成，并可以沿着导航导管探芯的长度是刚性或挠性的。此外，应理解导航导管探芯可以和喉镜片一起用在根据本发明的气管插管系统中。如本申请中所述，喉镜片可以有助于导航导管探芯的多DOF移动。或者，可以单独使用导航导管探芯而不使用喉镜片来进行气管识别。图IOA和IOB示出根据本发明的另一实施例的气管插管系统100的剖视图，其中示出了喉镜片、气管导管室和驱动机构。如图IOA和IOB所示，气管插管系统100可以包括喉镜片142和位于喉镜片142内部的导航导管探芯146。喉镜片142可以包括具有远端108 的主体102。喉镜片142可以朝向远端或如图所示或沿着其长度形成为曲线形。喉镜片142 可以包括底壁104和侧壁106。底壁104可以配置为具有长度L，该长度使得底壁104的远端108在插管术期间相邻于气管开口或食管开口定位。在一些实施例中，喉镜片142还可以包括顶壁110和侧壁(未示出)。喉镜片142可以配置为具有三个壁并留出一侧开放，以有助于气管导管气囊线(未示出)和气管导管52和/或导航导管探芯146的插入的可视观察。底壁104、顶壁110可以配置为具有用于容纳导航导管探芯和气管导管的插入并对病人带来较少创伤的形状。喉镜片142可以是刚性的并由足够强度的金属或塑料制成。由于其刚性，底壁104 可以用作导轨以有助于导航导管探芯146的第三DOF移动(即前后移动)。在一些实施例中，远端108可以用作导航导管探芯146的第一 DOF移动(例如上下移动)的支点或枢轴点。类似地，侧壁106的远端可以用作导航导管探芯146的第二 DOF移动(例如左右移动) 的支点。在一些实施例中，喉镜片142可以通过任何适合的连接，如螺钉、卡扣配合、夹配合或螺线管可释放地连接到气管插管系统。气管插管系统的用户可以选择适配用于特定病人群体，如成人或儿童的喉镜片。该喉镜片是可再用的。可以从喉镜片142的远端108将气管导管52预装载或装载到气管导管室148中。 在所示实施例中，导航导管探芯146的后部在气管导管室148处位于气管导管内部。导航导管探芯146的前部基本上位于喉镜片142的中心部分。在一些实施例中，导航导管探芯 146沿着部分喉镜片142悬挂。悬挂意味着在导航导管探芯和喉镜片之间有空隙或间隔111 以使气管导管可以插入到喉镜片中并在导航导管探芯上滑动，或在导航导管探芯和喉镜片之间没有物理连接。虽然导航导管探芯是被悬挂的，导航导管探芯可以和喉镜片物理接触以由用户或由驱动机构沿着喉镜片移动或沿着喉镜片的长度移动。导航导管探芯的定位允许气管导管套在导航导管探芯上滑动并沿着导航导管探芯移动。因为在气管导管52和导航导管探芯146的插入方向或纵向轴线上，气管导管52基本上与导航导管探芯146同心地定位，气管导管52的移动路径与导航导管探芯146对齐。以此方式，气管导管52可以跟随导航导管探芯146移动到气管中。换言之，只要能够“看到”或识别出气管，气管插管系统就可以进行插管。
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在一些实施例中，喉镜片142可以是一次性的，从而喉镜片142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。喉镜片142可以由一次性材料，如塑料制成。喉镜片142和气管导管52可以配置为用于一次插管术的一次性包装。例如喉镜片142和气管导管52可以包括锁定机构，如夹配合以便一旦气管导管52插入到气管中就将喉镜片142与气管导管52耦合到一起。在该配置中，可以首先将喉镜片42连接到导航装置144或气管导管室148中。然后，可以从喉镜片142的远端108将气管导管52 预装载到气管导管室148中。在一些实施例中，气管导管可以具有多个片段且这些片段中的每个适配用于一次插管术的单次使用。具有多个片段的气管导管可以单独地或在一个集成的管中以折叠的形式预装载到气管导管室148中，其中预定长度的片段可通过任何适合的机构分离(例如通过切割)。在插管术期间，一个气管导管片段与余下的气管导管片段分离且余下的气管导管片段可以保持在气管导管室中以便下次使用。图IOA还示出目标点P和由精确光引导器70，如位于导航导管探芯146上的激光指示器生成的光路M。当定位了气管时，来自激光指示器的光指向由点P表示的气管开口。 可以跟随目标点P和光路M朝气管开口插入气管导管52。因此，即使喉镜片142具有曲线形配置、气管导管只能从不佳的角度插入，或必须从喉镜片42之后较远的位置推气管导管 52，都可以正确地将气管导管52插入到气管中。图IOA示出导航导管探芯146和气管导管52的未锁定位置，图IOB示出导航导管探芯146和气管导管52的锁定位置。在所示实施例中，在气管导管52预装载到气管导管室148中之后，导航导管探芯146由导航导管探芯锁定螺线管114锁定。当导航导管探芯锁定螺线管114受到激励时，导航导管探芯146与驱动机构116耦合以允许导航导管探芯在马达驱动下移动。驱动机构116包括通过驱动齿轮122由马达120驱动的导螺杆118。在所示实施例中，导螺杆118可以造成导航导管探芯146的第三DOF移动，即，导航导管探芯 146的前后移动。第三DOF使得导航导管探芯从当前位置收回以准备在不同方向上移动，然后造成导航导管探芯向前移动。包括引导螺杆的驱动机构可以按预定距离以所需精度移动导航导管探芯。任何适合的驱动机构都可以用于执行第三DOF移动。参考图11，示出示例滚子马达驱动机构400。例如，滚子马达驱动机构400可以用于造成第三DOF移动。滚子马达驱动机构400可以包括由马达410驱动的驱动齿轮420。驱动齿轮420与从动齿轮430接合以造成导航导管探芯146相对于接合点前后移动。在所示实施例中，还可以调节滚子马达驱动机构400以接收气管导管52并造成气管导管52前后移动。与包括导螺杆的驱动机构相比，滚子马达驱动机构400可以允许导航导管探芯或气管导管移动更长距离。在另一示例中，伸缩机构可以用于执行第三DOF移动。回到图IOA和IOB驱动机构116还可以包括用于执行第一 DOF移动的第二马达 123。第二马达123可以通过在预定方向上，即相对于插入方向的上下方向上偏转或铰接导航导管探芯，造成第一 DOF移动。在上文参考图6描述的一个实施例中，导航导管探芯包括有向线缆。可以通过偏转该有向线缆实现导航导管探芯的连接。类似地，驱动机构116可以包括用于执行第二 DOF移动的第三马达125，且第三马达125可以通过在预定方向上，即相对于插入方向的左右方向上偏转导航导管探芯，造成第二 DOF移动。或者，可以使用四个
19马达铰接导航导管探芯的尖端部以使用现有技术中已知的技术执行多DOF移动。应理解，第三DOF移动可以是导航导管探芯平移/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 DOF移动可以是导航导管探芯平移的上下移动， 或可以导航导管探芯旋转的上下移动，且第二 DOF移动可以是导航导管探芯平移的左右移动，或可以是导航导管探芯旋转的左右移动或蛇形移动。多DOF移动操纵导航导管探芯在所需的方向上移动。例如，一旦确定未识别出气管，则第三DOF移动可以造成导航导管探芯以预定距离收回。控制下的收回随后是在调节后的方向上向前移动，从而允许快速操纵导航导管探芯。此外，导航导管探芯可以在收回之后从预定点重新开始搜索气管。以此方式，不需要收回导航导管探芯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。此外，半自动或自动的插管术使得用一只手对病人进行插管成为可能。在一些实施例中，气管导管52可以由气管导管驱动器移动。如图IOA所示，气管导管52预装载在气管导管往复机构(Shuttle)IM中。图IOA示出在气管导管锁定螺线管 126去激励时气管导管52解锁。图IOB示出在气管导管锁定螺线管1 受到激励时气管导管52锁定。在图IOB的锁定位置，气管导管可以如箭头所示在气管导管往复机构124中前后移动。在所示实施例中，气管导管52可以自动地由气管导管往复机构压入到气管中。或者，气管导管52可以手动地插入到气管中。气管导管室148可以由密封件130与导航装置144的主室1 分离以形成隔离的室。图12A示出包括折叠式结构132的密封件130的一个实施例。折叠式结构132允许密封件沿着其长度延伸或收缩以使气管导管室148在气管导管往复机构IM的移动期间保持密封。图12B示出密封件130的另一实施例。较大的弹性体带134如图所示围起各部件， 诸如驱动机构116和电子部件135。图12C示出密封件130的又一实施例。密封件130如图所示包