专利名称：注射器成像系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及医学装置并且具体涉及注射器成像系统。
背景技术：
注射器注入泵通常用于提供经一次性注射器注射的药物的精确剂量，以用于医学 治疗。因为可以以连续的速率沿注射器针筒向下精确地推动注射器的柱塞而准确地输送溶 液，所以它们对于要求高准确度的小剂量溶液的长时间注射是特别有效的。为了实现准确的流动速率并且确定注射器的可用及剩余的体积，期望知道注射器 的内直径。在很多注射器注入泵中，需要用户干预来提供此信息至泵。例如，在一些系统中， 注射器的外直径是通过线性电位计测量的，并且系统为用户出示已知具有该外直径的预定 注射器的清单。然后，用户必须选择或者至少确定所提供的注射器类型。因为每个注射器 的参数必须被预编程到泵系统中，所以仅有限数目的注射器与这种系统兼容。相似地，期望知道在注射器的柱塞头达到注射器针筒的底部之前注射器柱塞头需 要移动的剩余距离。用于确定注射器的剩余柱塞头行程的一些方法基于用户选择的具体注 射器的硬高度(hard-height)使用线性电位计来感测注射器柱塞头的位置。这些方法具有 一定误差，该误差来自不正确选择的注射器或注射器的变化(例如，由于不可接受的较大 制造公差)。其他方法可测量压下柱塞头所需要的作用力大小，并且当该作用力超过预定阈 值时确定注射器将要变空。然而，如果流速较低，则这种系统在确定注射器将要变空之前将 导致较长时间的不输送。
发明内容
本文描述的实施例通过提供一种注射器成像系统解决了前述问题，该注射器成像 系统可以自动检测注射器的内直径以及柱塞头与注射器针筒底部之间的距离。基于这些信 息，该注射器成像系统可计算注射器的剩余体积。相应地，利用这种成像系统的注射器注入 泵不限于预定清单里的兼容注射器，还可利用与该泵系统在物理上兼容的任何注射器。此 外，通过消除对通过操作者的输入来确定所提供的注射器类型的需求，可以大大提到系统 的安全性和准确性。某些实施例提供了 一种用于注射器注入泵的注射器成像系统。该系统包括成像装 置和处理器，该成像装置被配置为拍摄注射器注入泵中的注射器的一个或多于一个图像。 该处理器被配置为基于由成像装置拍摄的一个或多于一个图像来确定注射器的内直径以 及注射器柱塞头与底部之间的距离，并且基于所确定的内直径和距离来计算注射器的剩余 体积。某些实施例提供了 一种用于注射器注入泵的注射器成像系统。该系统包括成像装 置和处理器，该成像装置被配置为拍摄注射器的图像。该处理器被配置为在拍摄的图像中 通过边缘检测算法检测该注射器的第一内壁和该注射器的第二内壁，并且测量该第一内壁 和该第二内壁之间的距离以确定该注射器的内直径。
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某些实施例提供一种注射器注入泵，该注射器注入泵包括具有配置为接收注射 器的托架的壳体；配置为致动注射器柱塞头的注射器驱动器；配置为拍摄该注射器的一个 或多于一个图像的成像系统；以及处理器。该处理器被配置为基于由该成像系统拍摄的一 个或多于一个图像确定该注射器的内直径和该注射器的柱塞头与底部之间的距离，并且基 于所确定的内直径和距离计算注射器的剩余体积。应该理解前述概要和以下详细描述是示例性和说明性的并且旨在为要求保护的 实施例提供进一步解释。
所包括的附图用来提供对本发明的进一步理解，其被并入说明书中并且构成该说 明书的一部分，其阐述了本发明的实施例并且与本说明书一起来解释本发明的原理。在这 些附图中图1是图示说明根据某些实施例的注射器成像系统的结构图；图2是图示说明根据某些实施例的注射器成像系统的结构图；图3是图示说明根据某些实施例的注射器注入泵的结构图；图4是图示说明根据某些实施例用于确定注射器的剩余体积的方法的流程图；以 及图5是图示说明在其上可实施某些实施例的计算机系统的结构图。
具体实施例方式在以下细节说明书中，阐述多个特定细节以提供对所公开和要求保护的实施例的 全面理解。然而，对本领域普通技术人员显而易见的是可不通过这些特定细节中的一些细 节来实施这些实施例。在其他示例中，公知结构和技术未详细显示，以避免与本发明不必要 的混淆。根据某些实施例，一种注射器成像系统在经由注射器注入泵的药物投放中提供了 多个好处。例如，通过注入泵中的自动注射器识别，可向与该装置物理兼容的任何注射器提 供准确的流速。此外，从注射器识别过程中去除用户干预可降低错误识别的可能性和药品 剂量中的合成误差。最后，通过准确跟踪注射器中的药品剩余体积，也降低了注入泵试图继 续从耗尽的注射器中分配药物的可能性。图1是图示说明根据某些实施例的注射器成像系统100的结构图。注射器成像系 统100包括用于拍摄注射器150的图像的成像装置101。拍摄的图像被提供至处理器105， 该处理器估计所述图像以确定注射器150的内直SDi和柱塞151的柱塞头152与注射器 150的针筒153的底部154之间的距离L。在此使用的术语“柱塞头”可指代提供在注射器 柱塞底部的垫片或可替代地指代柱塞的底部表面(例如未提供垫片的地方)。在某些实施例中，成像装置101可被安装在马达驱动支架102上，该马达驱动支架 在被导螺杆104驱动时沿导轨103在平行于注射器150的路径中支承成像装置101。这便 于通过成像装置101在不同位置拍摄注射器150的多个图像。在此方面，可操作地联接至 处理器105的马达106可被用于经由一个或多于一个齿轮(例如齿轮108和109)旋转导 螺杆104。
为了确定注射器150的针筒153的内部直径Di,处理器105可使用边缘检测算法。 当所拍摄的注射器150的图像被提供给处理器105时，基于所拍摄的图像沿水平方向的照 度中检测到的急剧变化，所述处理器在预定水平方向上估计图像以定位针筒153的内表面 (例如圆形针筒的相反侧)或“壁”。本领域技术人员容易理解的是，边缘检测算法可计算 这种强度变化的导数，并且基于预定阈值确定强度的变化率是否代表针筒153的内壁。根据一个方面，对于拍摄在其中注射器150的内表面可检测的图像的成像系统 101来说，注射器150的针筒153对于成像装置101能够读取的波长应该是透明或至少半透 明的。例如，对于可见光透明的注射器能够通过商用货架产品(“C0TS”)的电荷耦合元件 (“(XD”)或互补金属氧化物半导体(“CMOS”)照相机模块被容易地成像。对于其他波长 透明或半透明的其他注射器也可以用于适当的成像装置(例如，紫外、红外等)。对于本领 域技术人员显而易见的是，成像装置101可被配置为以电磁光谱中的任何波长来拍摄注射 器150的图像，并且本发明的范围不限于前述示例性实施例。为了确定柱塞头152与针筒153的底部154之间的距离L，根据某些实施例可使 用多种不同的方法。例如，如果注射器150足够小或者如果成像装置101能够拍摄足够大 的视场，那么可以与以上所述相似的方式由处理器105使用边缘检测算法处理单个拍摄图 像，以确定柱塞头152和底部154的位置。然而对于较大的注射器，可能优选的是沿注射器 150的长度移动成像装置101 (经由马达驱动支架102)，从而沿该路径拍摄多个图像。在该 方法中，随着马达驱动支架102沿导轨103移动，成像注射器150，提供由线性电位计110确 定的关于马达驱动支架102的位置的信息至处理器105。相应地，拍摄的柱塞头152的图像 可与导轨103上的第一线性位置相关，同时拍摄的底部154的图像可与导轨103上的第二 线性位置相关，从而处理器105可以基于马达驱动支架移动的距离(由线性电位计110确 定)来确定柱塞头152和底部154之间的距离L。虽然参考用于确定马达驱动支架102相对于注射器150的线性位置的线性电位计 描述了前述示例性实施例，但是本发明的范围并不限于这种设置。相反，用于感测线性位移 的多种装置之一可被用来提供关于成像装置101的位置的信息至处理器105。例如，可使用 旋转译码器并结合马达106或齿轮108和109来基于导螺杆103的已知齿距来确定马达驱 动支架102的位置。其他相似的装置对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且为简便 起见，在此不再描述。进一步以举例方式，图2图示说明了根据某些实施例的注射器成像系统200，其中 刻度窗210被用于确定成像装置201相对于注射器250的位置。与图1所示系统类似，注 射器成像系统200包括用于拍摄注射器250图像的成像装置201。所拍摄的图像被提供给 处理器205，该处理器估计这些图像以确定注射器150的内部直径Di和注射器250的柱塞 头与底部之间的距离L。成像装置201被安装在马达驱动支架202上，该马达驱动支架在被 导螺杆204驱动沿导轨203以平行于注射器250的路径支承成像装置201。在此方面，可操 作地联接至处理器的马达206用于经由齿轮208和209旋转导螺杆204。不是利用线性电位计，而是利用旋转译码器或其他相似装置来机械地确定马达驱 动支架202的位置，然而，注射器成像系统200包括刻度窗210，成像装置201通过该刻度 窗来观察注射器250。刻度窗210包括多个刻度211，这些宽度在由成像装置201拍摄的图 像中是可见的。刻度210可以例如是蚀刻在窗210中或窗210表面上的标记。处理器205被配置为检测所拍摄图像中的刻度211，并且由此确定马达驱动支架202和成像装置201的 垂直位置。利用该信息，处理器205可确定注射器250的柱塞头252和针筒253的底部254 之间的距离L。根据某些实施例，为了便于注射器例如注射器250的成像，可相对于成像装置201 与注射器250相反地提供光源260。光源260可提供对于注射器250来说是透明或至少半 透明(例如，非不透明)的波长的照明，并且其中成像装置201能够拍摄图像。根据某些方面，注射器不必是简单的圆柱状，以便注射器成像系统计算其剩余体 积。例如，注射器250具有圆形截面的针筒，但柱塞头和底部具有部分锥形形状。通过计算 柱塞头252和针筒253的底部254之间的距离，处理器205可以通过公式V= π DiXL计 算注射器250的剩余体积V，因为从针筒253底部“消失”的体积(与圆柱状针筒相比)由 柱塞头252周围的额外溶液体积占据(溶液在针筒253中呈现为高于柱塞头252的底部表 面)°虽然参考了在其中单个成像装置被安装在马达驱动支架上以对注射器的各个部 分成像的设置描述了前述示例性实施例，但是本发明的范围不限于这种设置。相反，任何数 目的成像装置可被用于拍摄注射器的图像。例如，在没有马达驱动支架的情况下，可利用二 维成像阵列来拍摄注射器的一个或多于一个图像，处理器可根据这些图像确定注射器的内 直径和剩余柱塞行程。可替代地，可利用几个二维和/或线性阵列的组合，平行于注射器的 针筒取向的一个阵列用来确定其剩余柱塞行程，垂直于该针筒取向的另一阵列用来确定其 内直径。转向图3，其图示说明了根据某些实施例的注射器注入泵300的结构图。注射器注 入泵300包括壳体320，在壳体320上安装托架321。该托架被配置为接收注射器350，并且 通过其凸缘355保持注射器350。注射器注入泵300进一步包括注射器驱动器322，注射器 驱动器322被配置为响应于来自处理器305的命令致动注射器350的柱塞351。注射器注入泵300进一步包括配置为拍摄注射器350的一个或多于一个图像的成 像装置301。拍摄的图像被提供至处理器305，处理器305估计这些图像以确定注射器350 的内直径和剩余柱塞行程。成像装置301被安装在马达驱动支架302上，该马达驱动支架 在被导螺杆304驱动时沿导轨303在平行于注射器350的路径中支承成像装置301。这便 于通过成像装置301在不同位置拍摄注射器350的多个图像。例如，当注射器例如注射器 350第一次被加载到注射器注入泵300时，马达驱动支架302沿导轨303平行于注射器350 移动，同时支承成像装置301并且允许成像装置301在注射器350的长度上拍摄几个图像。 如上所述，这些图像由处理器305使用，用来确定注射器350的内直径和剩余柱塞行程。马达306可被用来经由一个或多于一个齿轮旋转导螺杆304，以沿导轨303移动马 达驱动支架302。在可替代实施例中，马达306可不需要齿轮而直接联接至导螺杆304。在 某些实施例中，马达306还可被配置为致动注射器驱动器332。在其他实施例中，单独马达 可被用于致动注射器驱动器322。虽然参考由导螺杆沿注射器的长度移动马达驱动支架描述了前述示例性实施例， 但是本发明的范围不限于这种设置。相反，对本领域技术人员显而易见的是，马达驱动支 架可通过多个装置(包括例如驱动带、驱动链、齿条 轮传动装置(rack-and-pinion gear arrangement)等)中的任一个移动。
为了确定注射器350的内部直径Di和剩余柱塞行程L，处理器305可使用边缘检 测算法。例如，图4是图示说明根据某些实施例确定注射器的剩余体积的方法的流程图。该 方法开始于步骤401，其中由成像装置301拍摄的图像被提供至处理器305。在步骤402中， 处理器305使用边缘检测算法估计预定水平方向上的图像以定位注射器350的内表面(例 如，圆形针筒的相反侧)或“壁”。在步骤403中，处理器305测量在步骤402中定位的壁之 间的距离。根据某些实施例，可使用关于成像装置301的焦距的信息预编程处理器305，从 而拍摄图像的尺度范围已知，以协助确定壁之间的距离。在步骤404中，处理器305使用边 缘检测算法估计预定垂直方向上的图像以定位注射器350的柱塞头和针筒的底部之间的 距离。在步骤405中，处理器305测量在步骤404中定位的柱塞头和底部之间的距离。基 于在步骤403和405中测量的距离，处理器305在步骤406中计算注射器350的剩余体积。虽然参考图3的注射器注入泵说明了前述示例性实施例，但是本发明的范围不限 于这种特别的设置。相反，根据某些实施例，确定注射器的剩余体积的方法适用于任何数目 的不同注射器成像系统，例如在图1和图2中图示说明的注射器成像系统。图5是图示说明在其上可以实施实施例的计算机系统50的结构方块图。计算机系 统500包括总线502或用于传送信息的其他通信机构以及与总线502联接用于处理信息的 处理器504。计算机系统500还包括联接至总线502用于存储由处理器504执行的信息和 指令的存储器/内存506，例如随机存取存储器(“RAM”)或者其他动态存储装置。存储器 /内存506也可被用于存储在由处理器504执行的指令执行期间的暂时变量或其他中间信 息。计算机系统500进一步包括联接至总线502用于存储信息和指令的数据存储装置510， 例如磁盘或光盘。计算机系统500可以经由I/O模块508被联接至显示装置(未示出)，例如用于向 用户显示信息的阴极射线管显示器(“CRT”)或液晶显示器(“LCD”)。例如键盘或鼠标的 输入装置也可经由I/O模块508被联接至计算机系统500，以便传送信息和命令选择至处理 器 504。根据一个实施例，响应于处理器504执行包含在存储器506中的一个或多于一个 序列的一个或多于一个指令，由计算机系统500实施计算注射器的剩余体积。这种指令可 从其他机器可读介质例如数据存储装置510读入到存储器506中。包含在主存储器506中 的指令序列的执行致使处理器504实施在此描述的方法步骤。在多处理装置中的一个或多 于一个处理器还可用来执行包含在存储器506中的指令序列。在可替代实施例中，硬连接 电路可被用于代替软件指令或与软件指令组合来实施各种实施例。因此，实施例不限于硬 件电路和软件的任何具体组合。在此使用的术语“机器可读介质”指代参与提供指令至处理器504以用于执行的 任何介质。这种介质可以表现为很多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输 介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，例如数据存储装置510。易失性介质包括动态 存储器，例如存储器/内存506。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线502 的导线。传输介质还可以表现为声波或光波的形式，例如在射频和红外数据通信中产生的 那些波。机器可读介质的普遍形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、 CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任何带有孔形式的其他物理介质，RAM、 PROM、EPR0M、闪存、任何其他存储芯片或卡带盒、载波或计算机可读取的任何其他介质。
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提供本发明的说明以使得本领域的技术人员能够实践本文说明的不同实施例。虽 然已经参考各个附图和实施例详细说明了本发明，但应该理解这些仅用于说明目的并且不 应被视为限制本发明的范围。存在实施本发明的很多其他方式。本文描述的各种功能和元件可与那些在不偏离 本发明的精神和范围下显示的功能和元件有区别地分开。对这些实施例的各种修改对本领 域技术人员来说是非常明显的，并且在此限定的一般原理可应用于其他实施例。因此，本领 域技术人员可在不偏离本发明的精神和范围下对本发明做出很多改变和修改。除非特别说明，元件的单数形式不是想要指代“一个且仅一个”而是“一个或多于 一个”。阳性代名词(例如，他的)包括阴性和中性代名词(例如，她的和它的)并且反之 亦然。术语“一些”指代一个或多于一个。下划线和/或斜体的标题和副标题仅用于方便 并非限制本发明，并且并未指代与本发明的说明书的理解相联系。与在整个本公开描述的 各种实施例或者随后本领域技术人员已知的元件的所有结构和功能等同物通过参考被清 晰地引用在此并且旨在包含在本发明中。此外，不管本公开是否在以上的说明书中明确地 要求保护，都不意味着无偿贡献给公众。
权利要求
一种用于注射器注入泵的注射器成像系统，所述系统包括成像装置，其被配置为拍摄所述注射器注入泵中的注射器的一个或多于一个图像；以及处理器，其被配置为基于由所述成像装置拍摄的所述一个或多于一个图像确定所述注射器的内直径和所述注射器的柱塞头与底部之间的距离，并且基于所确定的内直径和距离计算所述注射器的剩余体积。
2.如权利要求1所述的注射器成像系统，其进一步包括联接至所述成像装置的马达驱 动支架，其中所述马达驱动支架被配置为沿平行于所述注射器的路径支承所述成像装置。
3.如权利要求2所述的注射器成像系统，其中所述马达驱动支架经由导螺杆、驱动带、 驱动链和一个或多于一个齿轮四者中的一个或多于一个被可操作地联接至马达。
4.如权利要求2所述的注射器成像系统，其中所述马达驱动支架包括位置感测装置， 由此确定所述马达驱动支架相对于所述注射器的线性位置。
5.如权利要求4所述的注射器成像系统，其中所述位置感测装置是线性电位计或者旋 转译码器。
6.如权利要求2所述的注射器成像系统，其进一步包括带有刻度标记的窗，通过所述 窗，所述成像装置拍摄所述注射器的所述一个或多于一个图像，由此确定所述马达驱动支 架相对于所述注射器的线性位置。
7.如权利要求1所述的注射器成像系统，其进一步包括光源，该光源被定位为使得所 述注射器在所述光源和所述成像装置之间。
8.如权利要求7所述的注射器成像系统，其中所述光源发出一定波长的光，在该波长 下所述注射器是至少部分透明的。
9.如权利要求1所述的注射器成像系统，其中所述成像装置选自由CMOS照相机模块、 CCD照相机模块、二维成像阵列和线性成像阵列构成的群组。
10.如权利要求1所述的注射器成像系统，其中所述处理器被配置为通过检测所述注 射器的第一内壁和所述注射器的第二内壁并且测量所述第一内壁与所述第二内壁之间的 距离来确定所述注射器边缘的所述内直径。
11.如权利要求10所述的注射器成像系统，其中所述处理器被配置为使用边缘检测算 法检测所述第一内壁和所述第二内壁。
12.一种用于注射器注入泵的注射器成像系统，所述系统包括 成像装置，其被配置为拍摄注射器的图像；以及处理器，其被配置为在所拍摄的图像中检测所述注射器的第一内壁和所述注射器的第二内壁，并且 测量所述第一内壁与所述第二内壁之间的距离以确定所述注射器的内直径。
13.如权利要求12所述的注射器成像系统，其中所述处理器被配置为使用边缘检测算 法检测所述第一内壁和所述第二内壁。
14.如权利要求12所述的注射器成像系统，其中所述处理器进一步被配置为 在所拍摄的图像中使用所述边缘检测算法检测所述注射器的柱塞头和所述注射器的底部，并且测量所述柱塞头与所述底部之间的距离，以确定所述注射器的剩余柱塞行程。
15.如权利要求14所述的注射器成像系统，其中所述处理器被进一步配置为基于所确 定的内直径和所确定的柱塞行程确定所述注射器的剩余体积。
16.一种注射器注入泵，其包括壳体，其具有被配置为接收注射器的托架；注射器驱动器，其被配置为致动所述注射器的柱塞头；成像装置，其被配置为拍摄所述注射器的一个或多于一个图像；以及处理器，其被配置为基于由所述成像系统拍摄的所述一个或多于一个图像确定所述注射器的内直径和所 述注射器的柱塞头与底部之间的距离，并且基于所确定的内直径和距离计算所述注射器的 剩余体积。
17.如权利要求16所述的注射器注入泵，其进一步包括联接至所述成像装置的马达驱动支架，其中所述马达驱动支架被配置为沿平行于所述 注射器的路径支承所述成像装置。
18.如权利要求17所述的注射器注入泵，其进一步包括马达，所述马达被配置为致动 所述注射器驱动器和/或为所述马达驱动支架提供动力。
19.如权利要求17所述的注射器注入泵，其中所述马达驱动支架包括位置感测装置， 由此确定所述马达驱动支架相对于所述注射器的线性位置。
20.如权利要求19所述的注射器注入泵，其中所述位置感测装置是线性电位计或旋转 译码器。
21.如权利要求17所述的注射器注入泵，其进一步包括带有刻度标记的窗，通过所述 窗，所述成像装置拍摄所述注射器的所述一个或多于一个图像，由此确定所述马达驱动支 架相对于所述注射器的线性位置。
22.如权利要求16所述的注射器注入泵，其进一步包括光源，该光源被定位为使得所 述注射器在所述光源和所述成像装置之间。
23.如权利要求16所述的注射器注入泵，其中所述成像装置选自由CMOS照相机模块、 CCD照相机模块、二维成像阵列和线性成像阵列构成的群组。
24.如权利要求16所述的注射器注入泵，其中所述处理器被配置为通过使用边缘检测 算法检测所述注射器的第一内壁和所述注射器的第二内壁并且通过测量所述第一内壁与 所述第二内壁之间的距离来确定所述注射器边缘的所述内直径。
25.如权利要求16所述的注射器注入泵，其中所述处理器被进一步配置为当所述注射 器被首次提供在所述注射器注入泵中时，自动确定所述注射器的剩余体积。
全文摘要
本发明提供了用于注射器注入泵的注射器成像系统。该系统包括成像系统和处理器，该成像系统被配置为拍摄注射器的一个或多于一个图像，该处理器被配置为基于拍摄的所述一个或多于一个图像确定该注射器的内直径和该注射器的柱塞头与底部之间的距离，并且基于所确定的内直径和距离计算该注射器的剩余体积。本发明还提供了注射器注入泵。该泵包括具有配置为接收注射器的托架的壳体、配置为致动注射器柱塞头的注射器驱动器、配置为拍摄该注射器的一个或多于一个图像的成像装置以及处理器。该处理器被配置为基于拍摄的一个或多于一个图像确定该注射器的内直径和该注射器的柱塞头与底部之间的距离，并且基于所确定的内直径和距离计算注射器的剩余体积。
文档编号A61M5/168GK101980732SQ200980111360
公开日2011年2月23日 申请日期2009年1月29日 优先权日2008年1月29日
发明者I·卡迪厄, M·G·莫里斯 申请人:康尔福盛303有限公司