CN108187206A - 一种双腔支气管导管及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双腔支气管导管，包括：双腔支气管套管，其包括两个并排的左支气管套管和右支气管套管；左支气管导管，其可滑动地套设在所述左支气管套管内；右支气管导管，其可滑动地套设在所述右支气管套管内；气囊，套设在所述双腔支气管套管的外部；多个凹槽，沿轴向设置在所述左支气管导管和右支气管导管外壁；滑块，设置在所述双腔支气管套管管壁，可与所述凹槽相匹配固定所述左支气管导管与右支气管导管的相对位置；松紧圈，套设在所述滑块对应的所述双腔支气管套管外。本发明提供了一种通气侧可选择，且其导管长度可以调节的双腔支气管导管。本发明还提供了一种双腔支气管导管的控制方法，能够根据不同人体内情况调控支气管导管。

Description

一种双腔支气管导管及控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种双腔支气管导管及控制方法。

背景技术

肺隔离术是胸外科手术麻醉中常用的呼吸管理技术，具体是应用双腔支气管导管将左、右侧肺的支气管气道隔离，实现选择性单肺通气。目的是在提供有效通气的同时，对健侧肺进行气道保护，防止患侧肺的血液、分泌物及癌变组织等进入健侧引起感染、扩散和呼吸道阻塞等不良并发症。另外，单肺通气能够使术侧肺萎陷，从而创造良好的术野，利于查找病变范围及减轻非切除部分肺的损伤。目前，随着胸腔镜技术、支气管肺灌洗术及胸主。

一般认为用双腔支气管导管行肺隔离术时，导管的支气管头端应置入非术侧肺内，以更好的进行肺保护且不影响手术操作，即右侧胸腔手术选择左侧双腔管，左侧胸腔手术选择右侧双腔管最为理想，特别是在术侧支气管狭窄、断裂或肺移植等手术时。其缺点是使用前需要选择合适的类型，若选用有误手术中更换十分麻烦。而需要双肺手术，如：双肺肺移植、双肺肿块切除等，更加难以解决，只能拔出原有已经置入患者气道的导管，更换为相反类型的导管。这些操作不但延误的手术时间，给麻醉医师带来繁琐，还给病人带来换管风险，增加插管并发症。

因此，设计出一种能选择左侧通气或右侧无需拔出气管导管就能转变双腔支气管导管，且其导管长度可以调节的气道管理工具，在临床上具有重要意义。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种通气侧可选择，且其导管长度可以调节的双腔支气管导管。

本发明的另一目的是提供一种双腔支气管导管的使用方法，使其能够在不同的人体环境内更加高效地工作。

本发明提供的技术方案为：一种双腔支气管导管，包括：

双腔支气管套管，其包括两个并排的左支气管套管和右支气管套管；

左支气管导管，其可滑动地套设在所述左支气管套管内；

右支气管导管，其可滑动地套设在所述右支气管套管内；

气囊，套设在所述双腔支气管套管的外部；

多个方型凹槽，沿轴向设置在所述左支气管导管和右支气管导管外壁；

方型滑块，设置在所述双腔支气管套管管壁，位于所述气囊上方，可与所述凹槽相匹配固定所述左支气管导管与右支气管导管的相对位置；

松紧圈，套设在所述滑块对应的所述双腔支气管套管外；

左气囊，套设在所述左支气管导管的下端；

右气囊，套设在所述右支气管导管的下端。

优选的是，还包括：

左气囊充气管，紧贴所述左支气管套管内壁设置，下端连接所述左气囊；

左气囊充气口，连接所述左气囊充气管的另一末端。

优选的是，还包括：

右气囊充气管，紧贴所述右支气管套管内壁设置，下端连接所述左气囊；

右气囊充气口，连接所述右气囊充气管的另一末端。

优选的是，所述左支气管导管和右支气管导管均为弹性材料，不受力时左单腔支气管导管的头端6cm长度部位向左侧偏移，不受力时右支气管导管的头端6cm长度部位向右侧偏移；左支气管导管和右支气管导管头端对齐互相嵌置时形成的双腔管头端为直线型。

优选的是，还包括：

多个通气侧孔，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的端头。

优选的是，还包括：

药管，设置在所述双腔支气管套管的上部。

优选的是，还包括：

两根输药软管，其上端连接所述药管下端，下端连通所述左支气管导管和左支气管导管。

优选的是，还包括：

微型摄像头，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的下端口，用于检测所述左支气管导管和右支气管导管进入体内深度和距离肺部内壁的距离；

电机，连接控制所述左支气管导管和左支气管导管，伸缩和旋转所述左支气管导管和右支气管导管；

压力传感器，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的下端口，检测所述左支气管导管和右支气管导管的下端口与体内接触的压力；

温湿度传感器，安装在所述双枪支气管套管下端，检测所处体内环境的温湿度；

控制器，连接所述摄像头、电机、压力传感器和温湿度传感器，控制所述电机的工作状态。

一种双腔支气管导管的控制方法，其特征在于，基于BP神经网络对支气管导管的伸长长度和旋转角度的调整，包括如下步骤：

步骤一、按照采样周期，通过传感器和摄像头采集胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T；

步骤二、依次将胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T；其中，x₁为呼吸道长度系数，x₂为压力系数，x₃为深度系数，x₄为体内湿度系数，x₅为温度系数；

步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,Λ,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤四、得到输出层向量z＝{z₁,z₂}；其中z₁为支气管导管伸长长度的调节系数，z₂为支气管导管旋转角度的调节系数，使

L^a _i+1＝z₁ ⁱL^a _max，

θ_i+1＝z₂ ⁱθ_max，

其中，z₁ ⁱ、z₂ ⁱ分别为第i个采样周期输出层向量参数，L^a _max、θ_max分别为设定的试轮的最大位移量、检测电路的最大电压；以及

在所述步骤二中，胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T进行规格化公式化公式为：

其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数L、P、H、h、T,j＝1,2,3,4,5；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

优选的是，在所述步骤一中，初始运行状态下，支气管导管伸长长度、旋转角度满足经验值：

L^a ₀＝0.87L^a _max

θ₀＝0.88θ_max

其中，L^a ₀、θ₀分别为设定的支气管导管的初始伸长长度、初始旋转角度，L^a _max、θ_max分别为设定的支气管导管最大伸长长度、最大旋转角度。

本发明所述的有益效果：1)可用于右肺或左肺手术或双侧肺分别手术，手术中无需拔出并更换气管导管类型，结构简单，成本低，安全可靠。；2)增加给药装置，将药物输送到双腔导管的两个腔室内，并且可以通过控制阀对药物流量进行控制，药管上的过滤装置可以防止未完全溶解药渣进入气管造成不良反应，时减少呼吸道的分泌物，减少肺部的感染率；3)多个通气侧孔，来保证患者肺部的有效通气量，即使单个侧孔未能正对支气管开口也能使肺泡正常通气、防止缺氧的发生，从而降低导管错位率；4)提供了一种基于BP神经网络的控制方法，使其能够在不同的人体环境内更加高效地工作。

附图说明

图1为本发明的双腔支气管导管的整体结构示意图。

图2为本发明的双腔支气管导管的工作时的结构示意图。

图3为本发明的双腔支气管导管的支气管导管剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明的双腔支气管导管结构包括：双腔支气管套管1，其包括两个并排的左支气管导管110和右支气管导管120。左支气管导管110和右支气管导管120的上端分别设有左侧接口111和右侧接口121。左支气管套管110内可上下滑动地套设有左支气管导管2，右支气管套管120内可上下滑动地套设有右支气管导管3。气囊5套设在双腔支气管套管1的外壁下部。气囊5连接充气管510，充气管510紧贴双腔支气管套管1内壁设置，充气管510的另一端设置有充气口520。

如图3所示，在左支气管导管2和右支气管导管3壁上沿着导管的方向设置有多个方型凹槽210，而双腔支气管套管1在气囊5的上方对应凹槽210处设有方型的孔，且在孔里设置有大小和孔及凹槽210匹配的滑块130，该滑块130可以相对滑动，当其滑动与凹槽210匹配时，内部的右支气管导管2和左支气管导管3的相对位置可以固定。滑块130的外部对应双腔支气管套管1外套设有松紧环140，在滑块130滑入到凹槽210后，可以通过调节松紧环140的松紧来固定住滑块130，从而固定内部左支气管导管110和右支气管导管120的位置。在左支气管导管110和右支气管导管120管壁内部还可设置电机5，其输出轴连接控制左支气管导管2和右支气管导管3的上下移动。

在左支气管导管2和右支气管导管3的下端头外部分别套设有左气囊220和右气囊320，左支气管导管2管壁内连通左气囊220设置有左气囊充气管221，并在左气囊充气管221末端设置左气囊充气口222，通过左气囊充气口222和左气囊充气管221给左气囊220充气。右支气管导管3管壁内连通右气囊320设置有右气囊充气管321，并在右气囊充气管321末端设置右气囊充气口322，通过右气囊充气口322和右气囊充气管321给右气囊320充气。

如图2所示，左支气管导管2和右支气管导管3均为弹性材料，不受力时左支气管导管1的头端6cm长度部位向左侧偏移，不受力时右支气管导管3的头端6cm长度部位向右侧偏移。左支气管导管2和右支气管导管3头端对齐互相嵌置时形成的双腔管头端为直线型。在左支气管导管2和右支气管导管3的头端设置自我塑性的功能，目的在于当置入双腔支气管套管1后，6cm长度的塑性头端使左支气管导管2和右支气管导管3便于选择方向，置入对应的左支气管或右支气管内。

左支气管导管2和右支气管导管3的两个导管头端开口均为斜开口，有利于保证通气量，避免缺氧症状的发生，为避免导管进入人体时对气管粘膜造成损伤，可以将头端开口斜面设计为光滑斜面，棱角处作光滑曲面处理；左支气管导管2和右支气管导管3的两个导管头上设置有多个侧孔250，侧孔250可为长方形，在左支气管导管2和右支气管导管3的端头上呈栅栏状分布，所述侧孔250也可为圆形，呈网孔状分布，侧孔250优选为椭圆形，在左支气管导管2和右支气管导管3的端头上并排分布，所述侧孔6在所述腔管上圆周均匀分布。

双腔支气管套管1上部中间设置有药管4，药管4下端通过输药软管410分别于左支气管导管2和右支气管导管3连接，药管4与软管410的连接处设有控制阀420，可以控制进入两个导管内的药物流量，药管410上部设有过滤装置430，可以防止未完全溶解药渣进入气管造成不良反应。

本实施例中，还包括：微型摄像头，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的下端口，用于检测所述左支气管导管和右支气管导管进入体内深度和距离肺部内壁的距离；电机5，连接控制所述左支气管导管和左支气管导管，伸缩和旋转所述左支气管导管和右支气管导管；压力传感器，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的下端口，检测所述左支气管导管和右支气管导管的下端口与体内接触的压力；温湿度传感器，安装在所述双枪支气管套管下端，检测所处体内环境的温湿度；控制器，连接所述摄像头、电机、压力传感器和温湿度传感器，控制所述电机的工作状态。

本发明还提供了一种双腔支气管导管的控制方法，其特征在于，基于BP神经网络对支气管导管的伸长长度和旋转角度的调整，包括如下步骤：

步骤一、建立BP神经网络模型；

本发明采用的BP网络体系结构由三层组成，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示设备工作状态的n个检测信号，这些信号参数由数据预处理模块给出。第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入层向量：x＝(x₁,x₂,Λ,x_n)^T

中间层向量：y＝(y₁,y₂,Λ,y_m)^T

输出层向量：z＝(z₁,z₂,Λ,z_p)^T

本发明中，输入层节点数为5，输出层节点数为p＝2。隐藏层节点数m由下式估算得出：

按照采样周期，输入的5个参数为：x₁为呼吸道长度系数，x₂为压力系数，x₃为深度系数，x₄为体内湿度系数，x₅为温度系数；

由于传感器获取的数据属于不同的物理量，其量纲各不相同。因此，在数据输入神经网络之前，需要将数据规格化为0-1之间的数。

具体而言，对于胸腔呼吸道长度L，进行规格化后，得到呼吸道长度系数x₁：

其中，ΔL_min和ΔL_max分别为胸腔呼吸道长度的最小值和最大值。

同样的，对支气管导管与胸腔内壁的压力P，进行规格化后，得到压力系数x₂：

其中，P_min和P_max分别为支气管导管与胸腔内壁的最小压力和最大压力。

对支气管导管头进入深度H，进行规格化后，得到深度系数x₃：

其中，H_min和H_max分别为支气管导管头进入的最小深度和最大深度。

对体内湿度h，进行规格化后，得到体内湿度系数x₄：

其中，h_min和h_max分别为体内的最小湿度和最大湿度。

对体内温度T，进行规格化后，得到体内温度系数x₅：

其中，T_min和T_max分别为体内最小温度和最大温度。

输出信号的2个参数分别表示为：其中z₁为支气管导管伸长长度的调节系数，z₂为支气管导管旋转角度的调节系数；

支气管导管伸长长度的调节系数z₁表示为下一个采样周期中的支气管导管伸长长度与当前采样周期中设定的最大长度之比，即在第i个采样周期中，采集到的支气管导管伸长长度为通过BP神经网络输出第i个采样周期的支气管导管伸长长度系数z₁ ⁱ后，控制第i+1个采样周期中支气管导管伸长长度为使其满足

支气管导管旋转角度系数z₂表示为下一个采样周期中的支气管导管旋转角度与当前采样周期中设定的最大角度之比，即在第i个采样周期中，采集到的支气管导管旋转角度为通过BP神经网络输出第i个采样周期的支气管导管旋转角度系数z₂ ⁱ后，控制第i+1个采样周期中支气管导管旋转角度为使其满足

步骤二：进行BP神经网络的训练。

建立好BP神经网络节点模型后，即可进行BP神经网络的训练。根据产品的经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值w_ij，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值w_jk，隐层节点j的阈值θ_j，输出层节点k的阈值w_ij、w_jk、θ_j、θ_k均为-1到1之间的随机数。

在训练过程中，不断修正w_ij和w_jk的值，直至系统误差小于等于期望误差时，完成神经网络的训练过程。

如表1所示，给定了一组训练样本以及训练过程中各节点的值。

表1训练过程各节点值

步骤三、采集数据运行参数输入神经网络得到调控系数；

训练好的人工神经网络固化在芯片之中，使硬件电路控制器具备预测和智能决策功能，从而形成智能硬件。智能硬件加电启动后，双腔支气管导管的电机开始运行，支气管导管以最大伸长长度开始运行，支气管导管的旋转角度最大值，即支气管导管伸长长度的初始长度为L^a ₀＝0.87L^a _max；支气管导管旋转初始角度θ₀＝0.88θ_max；

同时，测得的胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、体内温度T，通过将上述参数规格化，得到BP神经网络的初始输入向量通过BP神经网络的运算得到初始输出向量

步骤四：支气管导管伸长长度和旋转角度；得到初始输出向量后，即可调节支气管导管伸长长度和旋转角度，使下一个采样周期测得的支气管导管伸长长度和旋转角度分别为：

L^a ₁＝z₁ ⁰L^a _max，

θ₁＝z₂ ⁰θ_max，

通过传感器获取第i个采样周期中的胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T，通过进行规格化得到第i个采样周期的输入向量xⁱ＝(x₁ ⁱ,x₂ ⁱ,x₃ ⁱ,x₄ ⁱ,x₅ ⁱ)，通过BP神经网络的运算得到第i个采样周期的输出向量zⁱ＝(z₁ ⁱ,z₂ ⁱ)，然后控制调节支气管导管伸长长度和旋转角度，使第i+1个采样周期时支气管导管伸长长度和旋转角度分别为：

L^a _i+1＝z₁ ⁱL^a _max，

θ_i+1＝z₂ ⁱθ_max，

通过上述设置，通过传感器实时检测胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T，通过采用BP神经网络算法，对支气管导管伸长长度和旋转角度进行调控，使其达到最佳的工作状态，从而提高工作效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种双腔支气管导管，其特征在于，包括：

双腔支气管套管，其包括两个并排的左支气管套管和右支气管套管；

左支气管导管，其可滑动地套设在所述左支气管套管内；

右支气管导管，其可滑动地套设在所述右支气管套管内；

气囊，套设在所述双腔支气管套管的外部；

多个方型凹槽，沿轴向设置在所述左支气管导管和右支气管导管外壁；

方型滑块，设置在所述双腔支气管套管管壁，位于所述气囊上方，可与所述凹槽相匹配固定所述左支气管导管与右支气管导管的相对位置；

松紧圈，套设在所述滑块对应的所述双腔支气管套管外；

左气囊，套设在所述左支气管导管的下端；

右气囊，套设在所述右支气管导管的下端。

2.根据权利要求1所述的双腔支气管导管，其特征在于，还包括：

左气囊充气管，紧贴所述左支气管套管内壁设置，下端连接所述左气囊；

左气囊充气口，连接所述左气囊充气管的另一末端。

3.根据权利要求1所述的双腔支气管导管，其特征在于，还包括：

右气囊充气管，紧贴所述右支气管套管内壁设置，下端连接所述左气囊；

右气囊充气口，连接所述右气囊充气管的另一末端。

4.根据权利要求1所述的双腔支气管导管，其特征在于，

所述左支气管导管和右支气管导管均为弹性材料，不受力时左单腔支气管导管的头端6cm长度部位向左侧偏移，不受力时右支气管导管的头端6cm长度部位向右侧偏移；左支气管导管和右支气管导管头端对齐互相嵌置时形成的双腔管头端为直线型。

5.根据权利要求1所述的双腔支气管导管，其特征在于，还包括：

多个通气侧孔，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的端头。

6.根据权利要求1所述的双腔支气管导管，其特征在于，还包括：

药管，设置在所述双腔支气管套管的上部。

7.根据权利要求6所述的双腔支气管导管，其特征在于，还包括：

两根输药软管，其上端连接所述药管下端，下端连通所述左支气管导管和右支气管导管。

8.根据权利要求1-6任一权利要求所述的双腔支气管导管，其特征在于，还包括：

微型摄像头，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的下端口，用于检测所述左支气管导管和右支气管导管进入体内深度和距离肺部内壁的距离；

电机，连接控制所述左支气管导管和左支气管导管，伸缩和旋转所述左支气管导管和右支气管导管；

压力传感器，设置在所述左支气管导管和右支气管导管的下端口，检测所述左支气管导管和右支气管导管的下端口与体内接触的压力；

温湿度传感器，安装在所述双腔支气管套管下端，检测所处体内环境的温湿度；

控制器，连接所述摄像头、电机、压力传感器和温湿度传感器，控制所述电机的工作状态。

9.一种双腔支气管导管的控制方法，其特征在于，基于BP神经网络对支气管导管的伸长长度和旋转角度的调整，包括如下步骤：

步骤一、按照采样周期，通过传感器和摄像头采集胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T；

步骤二、依次将胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T；其中，x₁为呼吸道长度系数，x₂为压力系数，x₃为深度系数，x₄为体内湿度系数，x₅为温度系数；

步骤三、输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,Λ,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤四、得到输出层向量z＝{z₁,z₂}；其中z₁为支气管导管伸长长度的调节系数，z₂为支气管导管旋转角度的调节系数，使

L^a _i+1＝z₁ ⁱL^a _max，

θ_i+1＝z₂ ⁱθ_max，

其中，z₁ ⁱ、z₂ ⁱ分别为第i个采样周期输出层向量参数，L^a _max、θ_max分别为设定的试轮的最大位移量、检测电路的最大电压；以及

在所述步骤二中，胸腔呼吸道长度L，支气管导管与胸腔内壁的压力P，支气管导管头进入深度H，体内湿度h、温度T进行规格化公式化公式为：

其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数L、P、H、h、T,j＝1,2,3,4,5；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

10.根据权利要求9所述的双腔支气管导管的控制方法，在所述步骤一中，初始运行状态下，支气管导管伸长长度、旋转角度满足经验值：

L^a ₀＝0.87L^a _max

θ₀＝0.88θ_max

其中，L^a ₀、θ₀分别为设定的支气管导管的初始伸长长度、初始旋转角度，L^a _max、θ_max分别为设定的支气管导管最大伸长长度、最大旋转角度。