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CN116099091A - 具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法 - Google Patents

具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法 Download PDF

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CN116099091A
CN116099091A CN202310107440.6A CN202310107440A CN116099091A CN 116099091 A CN116099091 A CN 116099091A CN 202310107440 A CN202310107440 A CN 202310107440A CN 116099091 A CN116099091 A CN 116099091A
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CN
China
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sound
microphone
time
main
airway
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Application number
CN202310107440.6A
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刁玉刚
叶涛
王凯
傅国强
王轶湛
赵柏杨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Lanjia Medical Technology Co ltd
General Hospital of Shenyang Military Region
Original Assignee
Shanghai Lanjia Medical Technology Co ltd
General Hospital of Shenyang Military Region
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Publication date
Application filed by Shanghai Lanjia Medical Technology Co ltd, General Hospital of Shenyang Military Region filed Critical Shanghai Lanjia Medical Technology Co ltd
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Publication of CN116099091A publication Critical patent/CN116099091A/zh
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Abstract

本发明涉及一种具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法，其中，可视气管导管包括设有主体管道的导管组件、包括镜头的拍摄模块、用于朝向所述主体管道内发出声响并接收回音的声音监测模块、显示模块及分别与所述拍摄模块、声音监测模块及所述显示模块相连接的主控模块，所述监测方法通过捕捉气道内的实时影像，并获取实时声学气道监测数据，综合两种检测方式为气道的实时监测提供依据。采用本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法，具备性能完善、检测效果准确、有效辅助人工气道的建立的特点。

Description

具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法。
背景技术
现有技术中时常采用人工气道来辅助治疗。实施时一般通过使用气管导管经口或鼻置入气管中或直接行气管切开而形成的气体通道，以帮助患者进行有效通气及肺部疾病的治疗。
但人工气道的建立也会影响气道正常的生理调节功能，如治疗护理不及时会导致并发症的发生，甚至危及生命，故科学有效的人工气道管理显得至关重要。临床中常见的插管问题包括导管未进入正确气管、意外拔管、痰液堵塞等情况。如何保障插管时能够正常地插入正确的气道，并确保插管过程中导管位置的正确性及管道的通畅是至关重要的问题。
故现急需一种能够有效对插管状态进行实时监测，并及时反馈插管过程中存在的异常情况的装置。
发明内容
本发明的目的是克服了至少一个上述现有技术的缺点，提供了一种使用方便、能实时对气道进行监测，并及时反馈插管过程中异常情况的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法。
为了实现上述目的，本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法具有如下构成：
该具备声学监测功能的可视气管导管，其主要特征是，包括：
导管组件，包括主体管道；
拍摄模块，包括镜头，所述镜头设于所述主体管道的侧壁上，且所述镜头位于所述主体管道的前端；
声音监测模块，设于所述主体管道的后端，所述声音监测模块用于朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音；
显示模块；
主控模块，分别与所述拍摄模块、声音监测模块及所述显示模块相连接。
该具备声学监测功能的可视气管导管，其中，所述主控模块用于接收所述回音，并将接收到的所述回音与预存于所述主控模块内的回音阈值进行比较，以判断所述可视气管导管的插管情况。
该具备声学监测功能的可视气管导管，其中，所述声音监测模块包括发声单元和收音单元，所述发声单元和所述收音单元均与所述主控模块相连接，所述发声单元设于所述主体管道的后端，所述收音单元设于所述主体管道的内侧壁上，且所述收音单元与所述发声单元相邻，并且所述收音单元位于所述发声单元中朝向所述镜头的一侧。
该具备声学监测功能的可视气管导管，其中，所述发声单元包括扬声器，所述扬声器与所述主体管道同轴设置，且所述扬声器的发声方向朝向所述主体管道内，所述扬声器与所述主控模块相连接。
该具备声学监测功能的可视气管导管，其中，所述收音单元包括第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和所述第二麦克风沿所述主体管道的轴线方向、并列地设置于所述主体管道的内侧壁上，且所述第一麦克风位于所述发声单元和所述第二麦克风之间，所述第一麦克风和所述第二麦克风分别与所述主控模块相连接。
该具备声学监测功能的可视气管导管，其中，所述导管组件还包括侧管道，所述侧管道设于所述主体管道的侧壁上，且所述侧管道位于所述主体管道的后端，并且所述侧管道与所述主体管道连通。
该气道监测方法，其主要特征是，应用于具备声学监测功能的可视气管导管，所述方法包括：
采用所述具备声学监测功能的可视气管导管捕捉气道内的实时影像；
采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据；
显示所述实时影像和所述实时声学气道监测数据，为气道的实时监测提供依据。
该气道监测方法，其中，所述具备声学监测功能的可视气管导管包括：
导管组件，包括主体管道；
声音监测模块，包括发声单元、第一麦克风和第二麦克风，所述发声单元设于所述主体管道的后端，并朝向所述主体管道的前端方向发出所述声响，所述第一麦克风和所述第二麦克风沿所述主体管道的轴线方向、并列地设置于所述主体管道的内侧壁上，并位于所述发声单元中朝向所述镜头的一侧，且所述第一麦克风位于所述发声单元和所述第二麦克风之间，所述第一麦克风与所述第二麦克风间隔预设距离；
所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，包括：
所述具备声学监测功能的可视气管导管每间隔第一预设时长执行性一次下述气道监测操作：
所述发声单元朝向所述主体管道的前端方向发出所述声响，以朝向所述主体管道的前端方向传播一个预设频率的单频脉冲信号Pi；
所述第一麦克风和所述第二麦克风分别对声音进行采集，以分别获取对应的第一输出音频脉冲信号和第二输出音频脉冲信号；
若所述第一麦克风接收到所述第一输出音频脉冲信号的时间早于所述第二麦克风接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间时，则判定此时采集到的所述声音为由所述主体管道的后端向所述主体管道的前端方向传播的入射声，其中第一个入射信号即所述单频脉冲信号入射声Pi，记录此时所述第一麦克风获取到所述第一输出音频脉冲信号的时间点，并将该时间点标记为输出时间点t0；
若所述第一麦克风接收到所述第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第二麦克风接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间时，则判定此时采集到的所述声音为由所述主体管道的前端向所述主体管道的后端方向传播的反射声；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，并且该信号为所述第一麦克风接收到所述单频脉冲信号Pi后接收到的首个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，则判定此时采集到的所述反射声为所述入射声传输至所述主体管道的前端后，向所述主体管道的后端方向反射的第一反射波Pr1，并将所述第一麦克风采集到所述第一反射波Pr1的时间点标记为第一时间点t1；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，并且该信号为所述第一麦克风接收到所述第一反射波Pr1后接收到的首个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，则判定此时采集到的所述反射声为所述入射声传输至气管隆突后，向所述主体管道的后端方向反射的第二反射波Pr2，并所述第一麦克风将采集到所述第二反射波Pr2的时间点标记为第二时间点t2；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi同相位的信号，并且接收到该第一输出音频脉冲信号的时间早于所述第一麦克风接收到所述第一反射波Pr1的时间，则判定此时采集到的声音为所述入射声传输至主体管道内异物后，向所述主体管道的后端方向反射的第三反射波Pr10，以此判定所述主体管道内存在异物，并将所述第一麦克风采集到所述第三反射波Pr10的时间点标记为第三时间点t10；
当采集到所述反射声时，若所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi同相位的信号，并且接收到该第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第一麦克风接收到所述第一反射波Pr1的时间，则判定此时采集到的声音为所述入射声传输至气管内异物后，向所述主体管道的后端方向反射的第四反射波Pr20，以此判定所述气管内存在异物，并将所述第一麦克风采集到所述第四反射波Pr20的时间点标记为第四时间点t20。
该气道监测方法，其中，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式1检测出所述主体管道的前端位置的声反射率R1：
Figure BDA0004075601810000041
和/或
通过下式2检测出所述主体管道所处部位的截面积A1：
Figure BDA0004075601810000042
其中，A0为所述主体管道的截面积；或
通过下式3检测出所述主体管道所处部位的截面积A1：
Figure BDA0004075601810000043
将所述主体管道所处部位的截面积A1与预存于系统中的气管截面积阈值进行比较，以确定所述具备声学监测功能的可视气管导管是否正确插入气管。
该气道监测方法，其中，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
检测获得所述主体管道内的实时声速c：
当确定所述具备声学监测功能的可视气管导管正确插入所述气管、并确定所述可视气管导管及所述气管内无异物后，通过下式4检测出所述主体管道的前端至气管隆突的距离Lt：
Figure BDA0004075601810000044
或
当确定所述具备声学监测功能的可视气管导管正确插入所述气管、并确定所述可视气管导管及所述气管内无异物后，通过下式5检测出所述主体管道的前端至气管隆突的距离Lt：
Figure BDA0004075601810000045
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离。
该气道监测方法，其中，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式6监测所述主体管道内的实时气流速度v：
Figure BDA0004075601810000051
其中，Lm为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的间距，ti为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一所述入射声时的时间差，tr为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一反射声时的时间差；
当检测到的所述实时气流速度v为正时，则判定当前气道内处于吸入气体状态，而当检测到的所述实时气流速度v为负时，则判定当前气道内处于呼出气体状态。
该气道监测方法，其中，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式7监测每次执行所述气道监测操作时采集到的所述主体管道中位于所述第一麦克风的截面处的瞬时体积流量Q：
Q＝v×S 式7；
其中，S为所述主体管道中位于所述第一麦克风的截面处的截面面积；
对每次执行所述气道监测操作时获取的所述瞬时体积流量Q进行记录，以监测气道内的气体流量变换情况。
该气道监测方法，其中，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式8检测获得所述主体管道内的实时声速c：
Figure BDA0004075601810000052
其中，Lm为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的间距，ti为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一所述入射声时的时间差，tr为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一所述反射声时的时间差；
或
当监测到所述主体管道内的实时气流速度v为0时，可通过下式9检测获得所述主体管道内的实时声速c：
Figure BDA0004075601810000053
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离。
该气道监测方法，其中，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式10监测所述主体管道内的实时温度T：
Figure BDA0004075601810000061
其中，z为系统预设的介质常数；
对每次执行所述气道监测操作时获取的所述实时温度T进行记录，以监测气道内的温度变换情况。
该气道监测方法，其中，当判定所述主体管道内存在异物后，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式11检测所述主体管道内异物相对于所述第一麦克风的距离Lt10：
Figure BDA0004075601810000062
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离；和/或
通过下式12检测所述主体管道内异物的最大截面积尺寸A10：
Figure BDA0004075601810000063
其中，A0为所述主体管道的截面积。
该气道监测方法，其中，当判定所述气管内存在异物后，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式13检测所述气管内异物相对于所述主体管道的前端的距离Lt20：
Figure BDA0004075601810000064
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离；和/或
所述第一麦克风采集位于所述第四反射波Pr20后接收到的第一个与所述单频脉冲信号Pi同相位，且由所述主体管道的前端向所述主体管道的后端方向传播的折射波信号Pt30；
通过下式14检测所述气管内异物的最大截面积尺寸A20：
Figure BDA0004075601810000065
其中，A0为所述主体管道的截面积。
本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法的有益效果：
本发明有效结合了声学检测功能和视觉观测功能，更好地实施全方位地监测。通过利用声学进行监测，可有效实时监测导管位置和气道堵塞程度；而利用视觉检测功能，则有效辅助引导导管插管的过程，并供用户在插管时可直观地观测气管中的分泌物情况，两种方案相结合比较好的弥补了各自方案的不足，即可以通过视觉实现局部直观可视，也可以通过声学实现全局实时监测，具备性能完善、检测效果准确、有效辅助人工气道的建立的特点。具体而言，本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法可以实现以下功能：
1、插管过程，可以通过摄像头观测到插管前方的情况，从而对插管进行指示；
2、插管后，实时监测主体管道的前端的具体位置；
3、插管后，实时监测导管中和气管中的分泌物位置、大小及具体现象；
4、插管后，通过可视化实现精准祛除分泌物。
附图说明
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是一实施例中本发明的具备声学监测功能的可视气管导管的剖面图。
图2为声音在第一管径状态下的传播状态示意图。
图3为声音在第二管径状态下的传播状态示意图。
图4为一实施例中可视气管导管在气管内的声学测距原理图。
图5为一实施例中气管导管中存在异物时的声学测距原理图。
图6为一实施例中气管中存在异物时的声学测距原理图。
图7为声学测试呼吸气流示意图。
附图标记
1 导管组件
11 主体管道
111 主体管道的前端
12 侧管道
13 连接管
14 气囊
21 扬声器
22 第一麦克风
23 第二麦克风
31 镜头
32 信号线
33 镜头接口
4 气管
5 气管隆突
61 主体管道内异物
62 气管内异物
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本发明。但本发明不仅限于以下实施的案例。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法通过可视化解决插管过程中无法正常插管问题，并结合声学方案，实时监测插管中主体管道的前端111在气管4中的具体位置，避免导管后期移动导致的无法通气和人体损伤；通过声学方案还可实时监测导管和气道中的分泌物(或异物)大小，并且通过可视化确认分泌物(或异物)的具体位置和形式，更好地指引医护人员去除分泌物(或异物)。
下面结合图1至图7及具体的实施例对本发明进行进一步地描述：
第一实施例：
如图1所示，该实施例提供了一种具备声学监测功能的可视气管导管，包括：
导管组件1，包括主体管道11和侧管道12，所述侧管道12设于所述主体管道11的侧壁上，且所述侧管道12位于所述主体管道11的后端，并且所述侧管道12与所述主体管道11连通；具体实施时，主体管道11和侧管道12均由空心的圆柱状的管体构成，且主体管道11和侧管道12可通过连接管13连接在一起，并可在主体管道的前端111设置气囊14，将主体管道11更好地固定在气管4内；其中，侧管道12可用于与外部呼吸机等装置相连；
拍摄模块，包括镜头31，所述镜头31设于所述主体管道11的侧壁上，且所述镜头31位于所述主体管道的前端111，所述镜头31为一种微型摄像头；
声音监测模块，设于所述主体管道11的后端，所述声音监测模块用于朝向所述主体管道11内发出声响，并接收回音；
显示模块；
主控模块，分别与所述拍摄模块、声音监测模块及所述显示模块相连接。
所述镜头31可通过穿过所述主体管道11的信号线32与镜头接口33相连接，并通过镜头接口33与主控模块相连接。
实施时可将镜头捕捉到的画面及声音监测模块监测到的声音数据通过主控模块传输至显示模块，供用户参考。
该实施例中，所述主控模块用于接收所述回音，并将接收到的所述回音与预存于所述主控模块内的回音阈值进行比较，以判断所述可视气管导管的插管情况。
具体实施时，可通过声音监测模块采集音频信号，并将采集到的音频信号直接输出至显示模块供用户参考，用户根据采集数据自行算出检测结果；也可对采集到的音频信号进行处理识别，将音频数据转换为对应的检测结果数据输出至显示模块供用户参考。
该实施例中，由主体管道11中用于插入人体内的一端构成该主体管道11的前端111，而由主体管道11中置于人体外的一端构成该主体管道11的后端，在其它实施例中可采用与主体管道11内径尺寸一致的连接管13连接主体管道11和侧管道12，此时，由连接管13的一端构成主体管的后端，用于安装声音监测模块。
该实施例中，所述声音监测模块包括发声单元和收音单元，所述发声单元和所述收音单元均与所述主控模块相连接，所述发声单元设于所述主体管道11的后端，所述收音单元设于所述主体管道11的内侧壁上，且所述收音单元与所述发声单元相邻，并且所述收音单元位于所述发声单元中朝向所述镜头的一侧。
该实施例中，所述发声单元包括扬声器21，所述扬声器21与所述主体管道11同轴设置，且所述扬声器21的发声方向朝向所述主体管道11内，所述扬声器21与所述主控模块相连接。
该实施例中，所述收音单元包括第一麦克风22和第二麦克风23，所述第一麦克风22和所述第二麦克风23沿所述主体管道11的轴线方向、并列地设置于所述主体管道11的内侧壁上，且所述第一麦克风22位于所述发声单元和所述第二麦克风23之间，所述第一麦克风22和所述第二麦克风23分别与所述主控模块相连接。
该实施例中，可将第一麦克风22与第二麦克风23的间距设置为25毫米，而将第一麦克风22至主体管道的前端111的间距设置为300毫米，并可选用7.5毫米、8毫米或9毫米的导管构成主体管道11(在其他实施例中，也可根据实际需要对尺寸进行设定)。
如图1所示，该实施例中的扬声器21的安装面垂直于主体管道11的直径方向，如此扬声器21发出声音可沿着主体管道11的轴线方向传播，直接到达麦克风和主体管道11的前端111，有效减少了声音在管道中的反射过程，从而减少冗余反射信号的产生，从而简化后期信号处理和识别过程，避免由于信号的误识别导致的误判等。
上述实施例中的具备声学监测功能的可视气管导管利用拍摄模块和声音监测模块相互配合可有效实现对气道的检测，利用拍摄模块可对气管导管位于气道内的位置进行检测并对导管的插入提供图像引导，同时利用声音监测模块向主体管道发出声响并接收回音，实现将气道内实时反馈的音频与阈值音频进行比较，从而判断拍摄模块拍摄不到的位置是否存在异常。其中阈值音频为气道处于正常情况下应该检测到的音频值。拍摄模块与声音监测模块检测到的数据互为补充更有效地辅助人工气道的建立。
第二实施例：
该实施例中的气道监测方法，应用于具备声学监测功能的可视气管导管，所述具备声学监测功能的可视气管导管包括：
导管组件1，包括主体管道11；
声音监测模块，包括发声单元、第一麦克风22和第二麦克风23，所述发声单元设于所述主体管道11的后端，并朝向所述主体管道的前端111方向发出所述声响，所述第一麦克风22和所述第二麦克风23沿所述主体管道11的轴线方向、并列地设置于所述主体管道11的内侧壁上，并位于所述发声单元中朝向所述镜头的一侧，且所述第一麦克风22位于所述发声单元和所述第二麦克风23之间，所述第一麦克风22与所述第二麦克风23间隔预设距离，所述方法包括：
采用所述具备声学监测功能的可视气管导管捕捉气道内的实时影像；
采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道11内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道11内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，具体包括以下步骤：
所述具备声学监测功能的可视气管导管每间隔第一预设时长执行性一次下述气道监测操作，该实施例中，第一预设时长为10ms，实际应用中也可根据需要设置第一预设时长：
所述发声单元朝向所述主体管道的前端111方向发出所述声响，以朝向所述主体管道的前端111方向传播一个预设频率的单频脉冲信号Pi，该实施例中，可选用频率在500Hz～4000Hz的脉冲构成单频脉冲信号Pi；
所述第一麦克风22和所述第二麦克风23分别对声音进行采集，以分别获取对应的第一输出音频脉冲信号和第二输出音频脉冲信号；
若所述第一麦克风22接收到所述第一输出音频脉冲信号的时间早于所述第二麦克风23接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间时，则判定此时采集到的所述声音为由所述主体管道11的后端向所述主体管道的前端111方向传播的入射声，即所述单频脉冲信号Pi，并记录此时所述第一麦克风22获取到所述第一输出音频脉冲信号的时间点，并将该时间点标记为输出时间点t0；
若所述第一麦克风22接收到所述第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第二麦克风23接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间时，则判定此时采集到的所述声音为由所述主体管道的前端111向所述主体管道11的后端方向传播的反射声；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，并且该信号为所述第一麦克风22接收到所述单频脉冲信号Pi后接收到的首个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，则判定此时采集到的所述反射声为所述入射声传输至所述主体管道的前端111后，向所述主体管道11的后端方向反射的第一反射波Pr1，并将第一麦克风采集到所述第一反射波Pr1的时间点标记为第一时间点t1；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，并且该信号为所述第一麦克风22接收到所述第一反射波Pr1后接收到的首个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，则判定此时采集到的所述反射声为所述入射声传输至气管隆突5后，向所述主体管道11的后端方向反射的第二反射波Pr2，并将所述第一麦克风采集到所述第二反射波Pr2的时间点标记为第二时间点t2；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi同相位的信号，并且接收到该第一输出音频脉冲信号的时间早于所述第一麦克风22接收到所述第一反射波Pr1的时间，则判定此时采集到的声音为所述入射声传输至主体管道内异物61后，向所述主体管道的后端方向反射的第三反射波Pr10，以此判定所述主体管道内存在异物，并将所述第一麦克风采集到所述第三反射波Pr10的时间点标记为第三时间点t10；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第二麦克风23接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间，且所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi同相位的信号，并且接收到该第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第一麦克风22接收到所述第一反射波Pr1的时间，则判定此时采集到的声音为所述入射声传输至气管内异物62后，向所述主体管道的后端方向反射的第四反射波Pr20，以此判定所述气管内存在异物，并将所述第一麦克风采集到所述第四反射波Pr20的时间点标记为第四时间点t20；
(在其他实施方式中也可统一选用第二麦克风采集到各个反射波的时间点进行标记，以为后续检测提供依据)；
通过下式1检测出所述主体管道的前端111位置的声反射率R1：
Figure BDA0004075601810000111
和/或
通过下式2检测出所述主体管道所处部位的截面积A1：
Figure BDA0004075601810000121
其中，A0为所述主体管道的截面积；或
通过下式3检测出所述主体管道所处部位的截面积A1：
Figure BDA0004075601810000122
将所述主体管道所处部位的截面积A1与预存于系统中的气管4截面积阈值进行比较，以确定所述具备声学监测功能的可视气管导管是否正确插入气管4；
检测获得所述主体管道内的实时声速c：
当确定所述具备声学监测功能的可视气管导管正确插入所述气管4、并确定所述可视气管导管及所述气管4内无异物后，通过下式4检测出所述主体管道的前端111至气管隆突5的距离Lt：
Figure BDA0004075601810000123
或
当确定所述具备声学监测功能的可视气管导管正确插入所述气管4、并确定所述可视气管导管及所述气管4内无异物后，通过下式5检测出所述主体管道的前端111至气管隆突5的距离Lt：
Figure BDA0004075601810000124
其中，L1为所述第一麦克风22到所述主体管道的前端111的距离；
通过下式6监测所述主体管道内的实时气流速度v：
Figure BDA0004075601810000125
其中，Lm为所述第一麦克风22和所述第二麦克风23之间的间距，ti为检测到的所述第一麦克风22和所述第二麦克风23采集到同一所述入射声时的时间差，tr为检测到的所述第一麦克风22和所述第二麦克风23采集到同一反射声时的时间差；
当检测到的所述实时气流速度v为正时，则判定当前气道内处于吸入气体状态，而当检测到的所述实时气流速度v为负时，则判定当前气道内处于呼出气体状态；
通过下式7监测每次执行所述气道监测操作时采集到的所述主体管道中位于所述第一麦克风22的截面处的瞬时体积流量Q：
Q＝v×S 式7；
其中，S为所述主体管道中位于所述第一麦克风22的截面处的截面面积；
对每次执行所述气道监测操作时获取的所述瞬时体积流量Q进行记录，以监测气道内的气体流量变换情况；
通过下式8检测获得所述主体管道内的实时声速c：
Figure BDA0004075601810000131
其中，Lm为所述第一麦克风22和所述第二麦克风23之间的间距，ti为检测到的所述第一麦克风22和所述第二麦克风23采集到同一所述入射声时的时间差，tr为检测到的所述第一麦克风22和所述第二麦克风23采集到同一所述反射声时的时间差；
或
当监测到所述主体管道内的实时气流速度v为0时(可通过上式6获取实时气流速度v，也可通过在主体管道内设置额外的气流检测元件获取实时气流速度v)，可通过下式9检测获得所述主体管道内的实时声速c：
Figure BDA0004075601810000132
其中，L1为所述第一麦克风22到所述主体管道的前端111的距离；
通过下式10监测所述主体管道内的实时温度T：
Figure BDA0004075601810000133
其中，z为系统预设的介质常数；
对每次执行所述气道监测操作时获取的所述实时温度T进行记录，以监测气道内的温度变换情况；
通过下式11检测所述主体管道内异物61相对于第一麦克风22的距离Lt10：
Figure BDA0004075601810000134
其中，L1为所述第一麦克风22到所述主体管道的前端111的距离；和/或
通过下式12检测所述主体管道内异物61的最大截面积尺寸A10：
Figure BDA0004075601810000135
其中，A0为所述主体管道的截面积；
通过下式13检测所述气管内异物62相对于所述主体管道的前端111的距离Lt20：
Figure BDA0004075601810000136
其中，L1为所述第一麦克风22到所述主体管道的前端111的距离；和/或
第一麦克风22采集位于所述第四反射波Pr20后接收到的第一个与所述单频脉冲信号Pi同相位，且由所述主体管道的前端111向所述主体管道的后端方向传播的折射波信号Pt30；
通过下式14检测所述气管内异物62的最大截面积尺寸A20：
Figure BDA0004075601810000141
其中，A0为所述主体管道的截面积；
显示所述实时影像和所述实时声学气道监测数据，为气道的实时监测提供依据。
下面结合图2至图7对本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法的原理进行进一步地说明：
如图2所示，当声波传播过程中管道截面从大变小时，反射波与入射波相位相同；而如图3所示，当声波传播过程中管道截面从小变大时，反射波与入射波相位相反。图2及图3中的Rp是声压反射率，Pi、Pr和Pt分别是入射波、反射波和折射波，A0和A1分别是声波传播前后两个截面的截面积。
而采用本发明的具备声学监测功能的可视气管导管进行检测时，将可视气管导管插入气管中时，可近似地将主体管道和气管分别看作两根均匀截面的导管，其中，气管的管径比主体管道的管径大，故可将该状态等效地看作图3所示的状态。
在工作中，当将导管插入气管中后，可使用扬声器21发出频率在500～4000Hz的脉冲声音作为入射声波Pi(即单频脉冲信号Pi)时，由于声音波长远大于主体管道的管径，故可近似将主体管道和气管看作两根均匀截面的导管，参考图3所示的结构，由此可以得到声音在主体管道和气管中的传播反射公式可参阅下式15和式16所示：
Figure BDA0004075601810000142
Pi+Pr＝Pt 式16；
而当声波在气管中继续往前传播到气管隆突5时，截面积再一次地会突变较大，此时声波同样发生反射。
图4为一实施例中可视气管导管在气管内的声学测距原理图。图4显示了以实施例中，当主体管道进入正常气管中后，当处于呼吸间隙时，导管内无气流速度，时主要声音信号的一个传播周期。
扬声器21每隔10ms发出一个500Hz～4000Hz的单频脉冲信号Pi，为了便于理解，此处预设该信号为正相位，当该单频脉冲信号Pi依次经过第一麦克风22和第二麦克风23时会被实时抓取下来，此时可以根据第一麦克风22接收到所述第一输出音频脉冲信号和第二麦克风23接收到所述第二输出音频脉冲信号的前后顺序判定该信号是入射声还是反射声，当第一麦克风22接收到所述第一输出音频脉冲信号早于第二麦克风23接收到所述第二输出音频脉冲信号时，则判断该信号是入射声，并且将第一麦克风22接收到该第一输出音频脉冲信号的时间点标记为输出时间点t0；
而当脉冲声音继续往前传播到主体管道的前端111时，传播管道的截面积发生变化，此时会产生一个第一反射波Pr1和透射波Pt1，第一反射波Pr1依次经过第二麦克风23和第一麦克风22时被抓取，该信号为相反相位信号，可根据第一麦克风22和第二麦克风23采集到的信号的时间先后顺序，分析出此信号为从主体管道的前端111处反射的反射声信号，标记此时的时间点为t1(即将采集到所述第一反射波Pr1的时间点标记为第一时间点t1)。透射波Pt1继续传播经过气管隆突5后会产生相应的第二反射波Pr2，该信号同为相反相位信号，标记此刻的时间t2(即将采集到所述第二反射波Pr2的时间点标记为第二时间点t2)。
第一麦克风22和第二麦克风23可直接根据抓取的时间先后顺序，将第一反射波Pr1和第二反射波Pr2经过两个麦克风后继续往前传播后再次发生反射的信号识别为无效信号，并在后期处理时对这些信号进行去除。
根据声学在不同截面管道中传播的原理，传播距离L的计算公式如下式17所示：
L＝c×t 式17；
式17中的c为管道中的声速，而t为声音在管道中传播的时间。由于气道中的气体介质存在着个体差异和随时间、温度等因素变化，所以需要实时确认声速，而由于气道中介质随时间变化相对缓慢，所以可以在一个测试周期中认为该介质近似无变化。
故可可采用上式9检测获得所述主体管道内的实时声速c。进而可采用上式4检测出所述主体管道的前端111至气管隆突5的距离Lt。
而根据平面声波在有限导管中传播原理，可得导管端部处声反射的相关公式如下式18所示：
Figure BDA0004075601810000151
故可采用上式2和式3检测出所述主体管道所处部位的截面积A1。
同时，由于人成年后气管的尺寸范围相对固定，且与食道、支气管和口腔等都有较大差异；故可根据检测出所述主体管道所处部位的截面积A1是否在正常成人的气管截面积范围内(正常成人的气管截面积范围可作为气管截面积阈值预存于系统中)，判断可视气管导管是否正常插入气管中，而非错误插入食道、支气管和口腔等位置。
图5为一实施例中气管导管中存在异物时的声学测距原理图。如图5所示，当主体管道中某处有异物时，单频脉冲信号Pi入射后经过主体管道内的异物后会产生第三反射波Pr10，该第三反射波Pr10为正相位信号，且该第三反射波Pr10相对第一反射波Pr1的时间稍前，同时可根据第三反射波Pr10经过第二麦克风23和第一麦克风22的先后顺序判断该信号为异物反射信号，记录此刻时间为t10(即将采集到所述第三反射波Pr10的时间点标记为第三时间点t10)，故此时可结合上述提到的声波传输原理，通过上式11检测所述主体管道内异物61相对于第一麦克风22的距离Lt10。同时，可结合上式12检测所述主体管道内异物61的最大截面积尺寸A10。
图6为一实施例中气管中存在异物时的声学测距原理图。如图6所述，当气管中某处有异物时，单频脉冲信号Pi入射后经过主体管道前端头同样产生第一反射波Pr1，并且产生对应的折射波Pt1；折射波Pt1继续传播遇到气管内异物62后，就会出现第四反射波Pr20，此处的反射率为R20；而反射波传播至主体管道的前端111后出现新的第五反射波Pr30和对应的折射波Pt30，此处的反射率为R30；与第五反射波Pr30对应的折射波Pt30信号也为正相位信号，且相对第一反射波Pr1的时间延后，被第一麦克风22记录后标记对应的时间为t20(即将采集到所述第四反射波Pr20的时间点标记为第四时间点t20)。因此，可通过上式13检测所述气管内异物62相对于所述主体管道的前端111的距离Lt20。
分析图6中各处的信号的传播特征，可得下式19至式22：
Figure BDA0004075601810000161
Figure BDA0004075601810000162
Pi+Pr1＝Pt1 式21；
Pr20+Pr30＝Pt30 式22；
故可通过上式14检测所述气管内异物62的最大截面积尺寸A20。
图7为声学测试呼吸气流示意图。图7显示了当在呼吸过程中，主体管道内的气流流速为v的状态。其中，扬声器21发出一个单频脉冲信号Pi1。该单频脉冲信号Pi1在静止气流中传播速度为声速c，根据多普勒效应，该信号在导管中以c+v的速度向前传播。然后先后被距离为Lm的第一麦克风22和第二麦克风23接收，具体实施时，可将第一麦克风22和第二麦克风23之间的间距Lm设计为25mm，并记录第一麦克风22和第二麦克风23捕捉到同一音频的时间差ti。随着该音频信号继续往前传播到主体管道的前端111位置时，由于管道直径会发生突变，此时，会产生第一反射波Pr1，反射信号传播速度为c-v(由于声速传播远大于气流速度，入射和反射信号时间差为相对极小的毫秒级别，所以可近似认为该时间段内气流速度一样)。然后反射信号先后被第二麦克风23和第一麦克风22接收，将此时两个麦克风接收到该信号的时间差记录为tr。故可根据上式6监测所述主体管道内的实时气流速度v。
当检测到的所述实时气流速度v为正时，则判定当前气道内处于吸入气体状态，而当检测到的所述实时气流速度v为负时，则判定当前气道内处于呼出气体状态。
由于实时气流速度v与第一麦克风22处截面积的乘积S即为瞬时体积流量Q。故可根据上式7求得主体管道中位于所述第一麦克风22的截面处的瞬时体积流量Q。
而当扬声器21以固定频率发出单频脉冲信号Pi时，就可以获得对应各个时间点的气流速度，从而绘制出体积流量随时间变化的曲线，以监测气道内的气体流量变换情况。
同时，可根据上式8求得主体管道内的实时声速c：
该实施例中还根据声速与温度的关系，通过上式10监测所述主体管道内的实时温度T，其中z为介质常数，一般空气为20.05。由此，同样可绘制出气流实时温度随时间变化的曲线，以监测气道内的温度变换情况。
该实施例中，在主体管道的全段设置镜头，以对插管过程中的影响进行实时观察，在插管过程中通过可视化引导经过声门等器官后进行插管；同时可以引导进行左、右支气管的插管过程。在插管后，可观测到导管头前气管中的情况，比如异物、肿块等，可引导对其去除。
第三实施例：
本发明还提供一种气道监护装置，包括：
至少一个处理器；与至少一个处理器耦合的存储器，存储器存储有可执行指令，其中，可执行指令在被至少一个处理器执行时使得实现本发明第二实施例的方法。
该实施例中，本发明还提供一种气道监护装置，包括：至少一个处理器；与至少一个处理器耦合的存储器。处理器和存储器可以单独设置，也可以集成在一起。
例如，存储器可以包括随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、非易失性存储器或寄存器等。处理器可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等。或者是图像处理器(Graphic Processing Unit,GPU)存储器可以存储可执行指令。处理器可以执行在存储器中存储的可执行指令，从而实现本文描述的各个过程。
可以理解，本实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)、PROM(ProgrammableROM，可编程只读存储器)、EPROM(ErasablePROM，可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(ElectricallyEPROM，电可擦除可编程只读存储器)或闪存。易失性存储器可以是RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如SRAM(StaticRAM，静态随机存取存储器)、DRAM(DynamicRAM，动态随机存取存储器)、SDRAM(SynchronousDRAM，同步动态随机存取存储器)、DDRSDRAM(DoubleDataRate SDRAM，双倍数据速率同步动态随机存取存储器)、ESDRAM(Enhanced SDRAM，增强型同步动态随机存取存储器)、SLDRAM(SynchlinkDRAM，同步连接动态随机存取存储器)和DRRAM(DirectRambusRAM，直接内存总线随机存取存储器)。本文描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在一些实施方式中，存储器存储了如下的元素，升级包、可执行单元或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统和应用程序。
其中，操作系统，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序，包含各种应用程序，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序中。
在本发明实施例中，处理器通过调用存储器存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序中存储的程序或指令，处理器用于执行第二实施例所提供的方法步骤。
本发明中的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法，通过捕捉气道内的实时影像，并获取实时声学气道监测数据，综合两种检测方式为气道的实时监测提供依据。采用本发明的具备声学监测功能的可视气管导管和监测方法，具备性能完善、检测效果准确、有效辅助人工气道的建立的特点。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (16)

1.一种具备声学监测功能的可视气管导管，其特征在于，包括：
导管组件，包括主体管道；
拍摄模块，包括镜头，所述镜头设于所述主体管道的侧壁上，且所述镜头位于所述主体管道的前端；
声音监测模块，设于所述主体管道的后端，所述声音监测模块用于朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音；
显示模块；
主控模块，分别与所述拍摄模块、声音监测模块及所述显示模块相连接。
2.根据权利要求1所述的具备声学监测功能的可视气管导管，其特征在于，所述主控模块用于接收所述回音，并将接收到的所述回音与预存于所述主控模块内的回音阈值进行比较，以判断所述可视气管导管的插管情况。
3.根据权利要求1所述的具备声学监测功能的可视气管导管，其特征在于，所述声音监测模块包括发声单元和收音单元，所述发声单元和所述收音单元均与所述主控模块相连接，所述发声单元设于所述主体管道的后端，所述收音单元设于所述主体管道的内侧壁上，且所述收音单元与所述发声单元相邻，并且所述收音单元位于所述发声单元中朝向所述镜头的一侧。
4.根据权利要求3所述的具备声学监测功能的可视气管导管，其特征在于，所述发声单元包括扬声器，所述扬声器与所述主体管道同轴设置，且所述扬声器的发声方向朝向所述主体管道内，所述扬声器与所述主控模块相连接。
5.根据权利要求3所述的具备声学监测功能的可视气管导管，其特征在于，所述收音单元包括第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和所述第二麦克风沿所述主体管道的轴线方向、并列地设置于所述主体管道的内侧壁上，且所述第一麦克风位于所述发声单元和所述第二麦克风之间，所述第一麦克风和所述第二麦克风分别与所述主控模块相连接。
6.根据权利要求1所述的具备声学监测功能的可视气管导管，其特征在于，所述导管组件还包括侧管道，所述侧管道设于所述主体管道的侧壁上，且所述侧管道位于所述主体管道的后端，并且所述侧管道与所述主体管道连通。
7.一种气道监测方法，其特征在于，应用于具备声学监测功能的可视气管导管，所述方法包括：
采用所述具备声学监测功能的可视气管导管捕捉气道内的实时影像；
采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据；
显示所述实时影像和所述实时声学气道监测数据，为气道的实时监测提供依据。
8.根据权利要求7所述的气道监测方法，其特征在于，所述具备声学监测功能的可视气管导管包括：
导管组件，包括主体管道；
声音监测模块，包括发声单元、第一麦克风和第二麦克风，所述发声单元设于所述主体管道的后端，并朝向所述主体管道的前端方向发出所述声响，所述第一麦克风和所述第二麦克风沿所述主体管道的轴线方向、并列地设置于所述主体管道的内侧壁上，并位于所述发声单元中朝向所述镜头的一侧，且所述第一麦克风位于所述发声单元和所述第二麦克风之间，所述第一麦克风与所述第二麦克风间隔预设距离；
所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，包括：
所述具备声学监测功能的可视气管导管每间隔第一预设时长执行性一次下述气道监测操作：
所述发声单元朝向所述主体管道的前端方向发出所述声响，以朝向所述主体管道的前端方向传播一个预设频率的单频脉冲信号Pi；
所述第一麦克风和所述第二麦克风分别对声音进行采集，以分别获取对应的第一输出音频脉冲信号和第二输出音频脉冲信号；
若所述第一麦克风接收到所述第一输出音频脉冲信号的时间早于所述第二麦克风接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间时，则判定此时采集到的所述声音为由所述主体管道的后端向所述主体管道的前端方向传播的入射声，即所述单频脉冲信号Pi，并记录此时所述第一麦克风获取到所述第一输出音频脉冲信号的时间点，并将该时间点标记为输出时间点t0；
若所述第一麦克风接收到所述第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第二麦克风接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间时，则判定此时采集到的所述声音为由所述主体管道的前端向所述主体管道的后端方向传播的反射声；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，并且该信号为所述第一麦克风接收到所述单频脉冲信号Pi后接收到的首个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，则判定此时采集到的所述反射声为所述入射声传输至所述主体管道的前端后，向所述主体管道的后端方向反射的第一反射波Pr1，并将所述第一麦克风采集到所述第一反射波Pr1的时间点标记为第一时间点t1；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，并且该信号为所述第一麦克风接收到所述第一反射波Pr1后接收到的首个与所述单频脉冲信号Pi相反相位的信号，则判定此时采集到的所述反射声为所述入射声传输至气管隆突后，向所述主体管道的后端方向反射的第二反射波Pr2，并将所述第一麦克风采集到所述第二反射波Pr2的时间点标记为第二时间点t2；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi同相位的信号，并且接收到该第一输出音频脉冲信号的时间早于所述第一麦克风接收到所述第一反射波Pr1的时间，则判定此时采集到的声音为所述入射声传输至主体管道内异物后，向所述主体管道的后端方向反射的第三反射波Pr10，以此判定所述主体管道内存在异物，并将所述第一麦克风采集到所述第三反射波Pr10的时间点标记为第三时间点t10；
当采集到所述反射声时，若此时采集到的所述第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第二麦克风接收到所述第二输出音频脉冲信号的时间，且所述第一输出音频脉冲信号为一个与所述单频脉冲信号Pi同相位的信号，并且接收到该第一输出音频脉冲信号的时间晚于所述第一麦克风接收到所述第一反射波Pr1的时间，则判定此时采集到的声音为所述入射声传输至气管内异物后，向所述主体管道的后端方向反射的第四反射波Pr20，以此判定所述气管内存在异物，并将所述第一麦克风采集到所述第四反射波Pr20的时间点标记为第四时间点t20。
9.根据权利要求8所述的气道监测方法，其特征在于，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式1检测出所述主体管道的前端位置的声反射率R1：
Figure FDA0004075601790000031
和/或
通过下式2检测出所述主体管道所处部位的截面积A1：
Figure FDA0004075601790000032
其中，A0为所述主体管道的截面积；或
通过下式3检测出所述主体管道所处部位的截面积A1：
Figure FDA0004075601790000033
将所述主体管道所处部位的截面积A1与预存于系统中的气管截面积阈值进行比较，以确定所述具备声学监测功能的可视气管导管是否正确插入气管。
10.根据权利要求8所述的气道监测方法，其特征在于，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
检测获得所述主体管道内的实时声速c：
当确定所述具备声学监测功能的可视气管导管正确插入所述气管、并确定所述可视气管导管及所述气管内无异物后，通过下式4检测出所述主体管道的前端至气管隆突的距离Lt：
Figure FDA0004075601790000041
或
当确定所述具备声学监测功能的可视气管导管正确插入所述气管、并确定所述可视气管导管及所述气管内无异物后，通过下式5检测出所述主体管道的前端至气管隆突的距离Lt：
Figure FDA0004075601790000042
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离。
11.根据权利要求8所述的气道监测方法，其特征在于，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式6监测所述主体管道内的实时气流速度v：
Figure FDA0004075601790000043
其中，Lm为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的间距，ti为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一所述入射声时的时间差，tr为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一反射声时的时间差；
当检测到的所述实时气流速度v为正时，则判定当前气道内处于吸入气体状态，而当检测到的所述实时气流速度v为负时，则判定当前气道内处于呼出气体状态。
12.根据权利要求11所述的气道监测方法，其特征在于，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式7监测每次执行所述气道监测操作时采集到的所述主体管道中位于所述第一麦克风的截面处的瞬时体积流量Q：
Q＝v×S 式7；
其中，S为所述主体管道中位于所述第一麦克风的截面处的截面面积；
对每次执行所述气道监测操作时获取的所述瞬时体积流量Q进行记录，以监测气道内的气体流量变换情况。
13.根据权利要求8所述的气道监测方法，其特征在于，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式8检测获得所述主体管道内的实时声速c：
Figure FDA0004075601790000051
其中，Lm为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的间距，ti为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一所述入射声时的时间差，tr为检测到的所述第一麦克风和所述第二麦克风采集到同一所述反射声时的时间差；
或
当监测到所述主体管道内的实时气流速度v为0时，可通过下式9检测获得所述主体管道内的实时声速c：
Figure FDA0004075601790000052
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离。
14.根据权利要求13所述的气道监测方法，其特征在于，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式10监测所述主体管道内的实时温度T：
Figure FDA0004075601790000053
其中，z为系统预设的介质常数；
对每次执行所述气道监测操作时获取的所述实时温度T进行记录，以监测气道内的温度变换情况。
15.根据权利要求8所述的气道监测方法，其特征在于，当判定所述主体管道内存在异物后，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式11检测所述主体管道内异物相对于所述第一麦克风的距离Lt10：
Figure FDA0004075601790000061
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离；和/或
通过下式12检测所述主体管道内异物的最大截面积尺寸A10：
Figure FDA0004075601790000062
其中，A0为所述主体管道的截面积。
16.根据权利要求8所述的气道监测方法，其特征在于，当判定所述气管内存在异物后，所述采用所述具备声学监测功能的可视气管导管朝向所述主体管道内发出声响，并接收回音，根据朝向所述主体管道内发出的声响及接收到的所述回音，获取实时声学气道监测数据，还包括：
通过下式13检测所述气管内异物相对于所述主体管道的前端的距离Lt20：
Figure FDA0004075601790000063
其中，L1为所述第一麦克风到所述主体管道的前端的距离；和/或
所述第一麦克风采集位于所述第四反射波Pr20后接收到的第一个与所述单频脉冲信号Pi同相位，且由所述主体管道的前端向所述主体管道的后端方向传播的折射波信号Pt30；
通过下式14检测所述气管内异物的最大截面积尺寸A20：
Figure FDA0004075601790000064
其中，A0为所述主体管道的截面积。
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