本专利申请要求于2015年9月29日提交的标题为“bloodcomponentseparationdevicewithimagingsystem”、代理人案号为1611/c35并且指定garystacey和jamessullivan作为发明人的优先权申请62/234,188，其公开内容通过引用被整体结合于此。
本专利申请还要求于2016年3月3日提交的标题为“systemandmethodforimagingarotatingobject”、代理人案号为1611/c54并且指定garystacey和jamessullivan作为发明人的美国临时专利申请号62/302,996的优先权，该申请的公开内容通过引用被整体结合于此。
本发明涉及成像系统，并且更特别地涉及用于对旋转物体成像的成像系统。
背景技术
当成像物体时，将目标物体保持在焦点中以便获得清晰的图像并且如果需要，从图像中提取最佳可能数据是重要的。通过仔细定位用于拍摄图像的光学传感器和透镜以及用于照亮物体的光源，可以获得清晰的图像和良好的图像数据。在许多现有技术系统中，如果成像装置从一个角度观看物体，则图像的极值/边缘可能失真和/或失焦，这会导致差的图像质量和差的图像数据。因此，在现有技术系统中，对图像/光学传感器的定位存在约束。这又会导致对整个系统大小的限制。
如果待成像的物体正在旋转，则会出现更多的复杂性。例如，在血液处理和单采血(apheresis)领域，现有技术成像系统的使用可能是有问题的。单采血是其中可以从暂时从受试者抽取的全血中分离和收集个别血液组分的过程。通常，全血通过插入到受试者手臂静脉中的针头抽取并进入到细胞分离器中，诸如离心罐。一旦全血被分离成各种组分，这些组分中的一种或多种组分就可以从离心罐中移出。剩余的组分可以连同可选的补偿液返回到受试者，以补偿被移除组分的容积。继续抽取和返回的处理，直到收集到期望组分的量，此时处理停止。单采血系统的主要特征是处理过的但不想要的组分被返回到供体。分离出的血液组分可以包括例如高密度组分(诸如红血细胞)、中等密度组分(诸如血小板或白血细胞)以及低密度组分(诸如血浆)。
在单采血过程期间，操作员或技术人员监视过程以便确保(一个或多个)过程没有问题。例如，除了监视系统内的流量、容积和压力之外，操作员/技术人员还可以依靠视觉、声音和触摸来确认全血正在正确地分离，并且系统正在正确地操作。但是，如果试图获得旋转细胞分离器/离心罐的图像，那么传统的成像系统是有问题的。类似的问题也出现在单采血过程之外的区域中(例如，当对其它旋转物体成像时)。
技术实现要素：
根据本发明的一个实施例，用于血液处理装置的成像系统包括成像单元、光源和同步器。成像单元可以被配置为拍摄血液组分分离装置的至少一部分的一系列图像，该血液组分分离装置又可以被配置为绕轴线旋转并将全血分离成多种血液组分。光源可以被引导到血液组分分离装置，并且可以被配置为生成在旋转期间照亮血液组分分离装置的光脉冲。这又允许成像单元能够拍摄血液组分分离装置的一系列图像。同步器(例如，位于分离装置的轴上的角度编码器)可以被配置为监视血液组分分离装置的旋转位置。
成像系统还可以包括与成像单元、(一个或多个)光源和同步器通信的控制器。控制器可以被配置为基于血液组分分离装置的旋转位置来控制成像单元和/或(一个或多个)光源的操作。通过控制成像单元和/或(一个或多个)光源的操作，该系列图像中的每个图像可以在血液组分分离装置的相同旋转位置处进行拍摄。该系列图像可以显示在视觉显示器上、可以没有抖动、并且可以包括多种血液组分中的至少两种之间的界面的视觉表示。控制器还可以被配置为至少部分地基于多种血液组分中的至少两种之间的界面的位置来控制血液处理装置的操作。
在一些实施例中，成像单元可以是固态成像器和/或包括cmos传感器。附加地或替代地，成像单元可以包括透镜和图像传感器。透镜和/或图像传感器可以相对于被成像的血液组分分离装置的一部分以一定角度定向。透镜可以限定透镜平面，并且图像传感器可以限定图像平面。透镜平面可以不平行于图像平面。在其它实施例中，可以根据scheimpflug原理来定向和定位透镜、图像传感器和血液组分分离装置正被成像的部分。
成像单元可以被配置为读取包含在血液组分分离装置中的信息。例如，信息可以是制造商信息、型号、部件号、制造日期、过期信息、有效日期信息和/或检验信息。光源可以包括具有各种颜色的多个发光二极管，并且所生成的光脉冲的颜色可以至少部分地基于待处理的全血的特性或者多种血液组分中的至少一种的特性。
在还有的实施例中，成像系统可以包括被配置为在旋转期间拾取血液组分分离装置的声音并生成代表声音的音频输出的麦克风(例如，mems麦克风)。控制器可以与麦克风电连通并且可以被配置为接收音频输出和基于音频输出来控制血液处理装置的操作。附加地或替代地，控制器可以分析在一段时间内的音频输出，并且确定性能趋势。
此外，成像系统的一些实施例可以包括配置为在旋转期间测量血液组分分离装置的振动并生成表示振动的振动输出的振动传感器(例如，多轴加速度计)。控制器可以与振动传感器电连通并且可以被配置为接收振动输出并且基于振动输出来控制血液处理装置的操作。附加地或替代地，控制器可以分析在一段时间内的振动输出，并且确定性能趋势。
根据还有的实施例，血液处理系统可以包括血液组分分离装置、成像系统、同步器和控制器。血液组分分离装置可以被配置为绕轴线旋转并将全血分离成多种血液组分。成像系统可以包括(1)被配置为拍摄血液组分分离装置的至少一部分的一系列图像的成像单元，以及(2)引导到血液组分分离装置并且被配置为生成在旋转期间照亮(例如，频闪地)血液组分分离装置的至少一部分(例如，以允许成像单元拍摄一系列图像)的光。同步器可以被配置为监视血液组分分离装置的旋转位置。控制器可以与成像单元、(一个或多个)光源和同步器通信。而且，控制器可以被配置为基于血液组分分离装置的旋转位置来控制成像单元和/或(一个或多个)光源的操作，使得该系列图像中的每个图像在血液组分分离装置的相同旋转位置处进行拍摄。
根据附加的实施例，一种对血液处理系统执行质量检查的方法包括：将血液组分分离装置安装到血液处理系统中；使血液组分分离装置绕轴线旋转；以及当血液组分分离装置旋转时监视血液组分分离装置的旋转位置。该方法还可以施以脉冲光源以照亮血液组分分离装置的至少一部分，并且在血液组分分离装置旋转时拍摄血液组分分离装置的第一图像和第二图像。该方法可以在血液组分分离装置的第一旋转位置处以及当血液组分分离装置被光源照亮时拍摄第一图像。该方法可以在第二旋转位置处并且当血液组分分离装置被光源照亮时拍摄第二图像。该方法然后可以分析第一图像和第二图像以确定血液组分分离装置是否被正确对准。
在一些实施例中，分析第一图像和第二图像可以包括将第一图像中的血液组分分离装置的径向和/或垂直位置与第二图像中的血液组分分离装置的径向和/或垂直位置进行比较。如果血液组分分离装置没有正确对准，那么该方法可以停止血液组分分离装置的旋转和/或(在血液处理系统的显示器上)指示血液组分分离装置没有正确对准。
根据还有的实施例，用于可旋转物体的成像系统包括成像单元、光源、同步器和控制器。成像单元可以被配置为拍摄可旋转物体的一部分的一系列图像，并且可旋转物体可以绕轴线旋转。光源可以被引导到可旋转物体并且可以被配置为生成在旋转期间照亮可旋转物体的一部分的光脉冲。照亮允许成像单元拍摄可旋转物体的一系列图像。同步器可以在可旋转物体旋转时监视可旋转物体的旋转位置。控制器可以与成像单元、光源和同步器通信，并且可以基于可旋转物体的旋转位置来控制成像单元和/或光源的操作，使得该系列图像中的每个图像在可旋转物体的相同旋转位置处进行拍摄。
光源可以是单色光源和/或宽带光源。如果光源是宽带光源，则成像系统还可以包括选择性地将预定波长的光与宽带光源分离的单色器(monochromator)。光源可以包括微透镜漫射器，其被配置为漫射由光源生成的光。成像单元可以从可旋转物体的旋转轴偏移。
在一些实施例中，成像单元可以包括透镜和图像传感器。透镜和/或图像传感器可以相对于可旋转物体的部分(例如，正在被成像的部分)以一定角度定向。透镜可以限定透镜平面并且图像传感器可以限定图像平面。透镜平面可以不平行于图像平面。可以根据scheimpflug原理来定向和定位透镜(例如，广角透镜)、图像传感器和可旋转物体的至少一部分。附加地或替代地，透镜可以是跨旋转物体的顶表面扫描的扫描变焦透镜。在这样的实施例中，当扫描变焦透镜扫描时，图像传感器可以捕获可旋转物体的顶表面的多个图像，并且控制器可以将顶表面的多个图像缝合在一起以获得可旋转物体的顶表面的图像。
在附加的实施例中，成像系统可以包括位于可旋转物体的顶表面上方的反射镜。反射镜可以生成可旋转物体的至少一部分的反射。成像单元可以聚焦在反射镜上，使得可旋转物体的一系列图像包括一系列反射图像。反射镜可以是mems反射镜。控制器可以与mems反射镜通信并且可以调节mems反射镜以使得mems反射镜跨可旋转物体的至少一部分扫描。
在一些实施例中，可旋转物体可以是血液处理装置，其包括被配置为保持一个或多个血液存储容器的一个或多个腔室。在这样的实施例中，成像单元可以拍摄一个或多个血液存储容器的一系列图像，并且控制器可以确定一个或多个血液存储容器内的血液分离水平。附加地或替代地，可旋转物体可以被配置为保持一个或多个流体样本，并且成像单元可以拍摄一个或多个流体样本的一系列图像。例如，流体样本可以是试剂，并且控制器可以确定凝集水平。
在其它实施例中，可旋转物体可以包括位于可旋转物体的表面上的多个部件。在这样的实施例中，成像单元可以拍摄多个部件中的每个部件的图像。而且，控制器可以基于图像确定多个部件中的每个部件的一个或多个测量结果。附加地或替代地，控制器可以基于一个或多个测量结果来确定多个部件之间的一致性(uniformity)水平。
成像系统可以包括(1)外壳，在该外壳内部具有腔室，以及(2)被配置为选择性地闭合外壳的盖子。可旋转物体可以在旋转期间位于腔室内。盖子可以包括窗户和/或支撑结构。支撑结构可以从盖子向着可旋转物体向下延伸以在物体旋转时支撑可旋转物体。该系统还可以包括(1)被配置为支撑腔室的转台，(2)被配置为旋转转台和可旋转物体的电动机，(3)可操作地耦合电动机和转台的驱动轴，和/或(4)位于腔室下方并固定到腔室的底板。底板可以具有开口并且驱动轴可以延伸穿过开口。
根据还有的实施例，一种对旋转物体进行成像的方法包括(1)绕轴线旋转物体，(2)在物体旋转时监视物体的旋转位置，(3)施以脉冲光源以照亮旋转物体的至少一部分，(4)当旋转物体旋转时拍摄旋转物体的第一图像和第二图像，以及(5)分析第一图像和第二图像以确定旋转物体的至少一个特性。第一图像可以在旋转物体的第一旋转位置处并且当旋转物体的一部分被光源照亮时拍摄。第二图像可以在第二旋转位置处并且当旋转物体被光源照亮时拍摄。光源可以是单色光源和/或宽带光源。光源可以包括选择性地将预定波长的光与光源(例如，与宽带光源)分离的单色器。
第一图像和第二图像可以经由从旋转物体的旋转轴线偏离的成像单元拍摄。成像单元可以包括透镜和图像传感器。透镜和/或图像传感器可以相对于旋转物体的至少一部分以一定角度定向。而且，透镜可以限定透镜平面并且图像传感器可以限定图像平面。透镜平面可以不平行于图像平面。可以根据scheimpflug原理来定向和定位透镜、图像传感器和旋转物体的至少一部分。
透镜可以是被配置为跨旋转物体的顶表面扫描的扫描变焦透镜。该方法还可以拍摄旋转物体的顶表面的多个图像并将顶表面的多个图像缝合在一起以获得旋转物体的顶表面的图像。附加地或替代地，透镜可以是广角透镜。
在一些实施例中，拍摄第一图像和第二图像可以包括拍摄由位于旋转物体的顶表面上方的反射镜生成的第一反射图像和第二反射图像。反射镜可以是mems反射镜，并且该方法还可以包括调节mems反射镜以使得mems反射镜在旋转物体的一部分上扫描。
旋转物体可以是血液处理装置并且可以包括被配置为保持一个或多个血液存储容器的一个或多个腔室。在这样的实施例中，该方法可以包括拍摄一个或多个血液存储容器的图像，并且旋转体的至少一个特性可以包括血液存储容器内的血液分离水平。替代地，旋转物体可以被配置为保持一个或多个流体样本，并且第一图像和第二图像可以是一个或多个流体样本的图像。例如，流体样本可以是试剂，并且至少一个特性可以是每个流体样本内的凝集水平。
旋转物体还可以包括位于旋转物体的表面上的多个部件，并且拍摄第一图像和第二图像可以包括拍摄多个部件中的每个部件的图像。在这样的实施例中，该方法可以分析多个部件的图像，并且至少一个特性可以是(例如，基于多个部件中的每个部件的图像的)多个部件的一个或多个测量结果。附加地或替代地，至少一个特性可以包括基于一个或多个测量结果的多个部件之间的一致性水平。
附图说明
参考以下具体实施方式并结合附图，将更容易理解本发明的上述特征，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的单采血系统的示意图。
图2示意性地示出了根据本发明的实施例的用于与图1的单采血系统一起使用的血液组分分离装置的侧视图。
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的用于图1中所示的单采血系统的成像系统。
图4示意性地示出了根据本发明的实施例的成像系统相对于血液组分分离装置的示例性布局。
图5示意性地示出了根据本发明的附加实施例的根据scheimpflug原理的透镜和成像单元的布局。
图6a-6c示意性地示出了根据本发明的附加实施例的用于图1所示的单采血的成像系统的替代实施例的各种视图。
图7a和图7b示意性地示出了根据本发明的一些实施例的集成到单采血系统中的图6a-6c的替代成像系统。
图8a和图8b示意性地示出了根据本发明的附加实施例的替代成像系统的透视图和侧视图。
图9示意性地示出了根据本发明的一些实施例的图8a和8b所示的成像系统的分解图。
图10示意性地示出了根据本发明的一些实施例的放置在图8a和8b所示的成像系统中的物体。
图11示意性地示出了根据本发明还有的实施例的具有待成像物体的图8a和图8b所示的成像系统的剖视图。
图12示意性地示出了根据本发明还有的实施例的具有待成像物体并且外壳被移除的图8a和图8b所示的成像系统。
图13示意性地示出了根据本发明的一些实施例的在图8a和图8b所示的成像系统内使用的成像单元的前视图。
图14示意性地示出了根据本发明的一些实施例的在图8a和图8b所示的成像系统内使用的成像单元的侧视图。
图15示意性地示出了根据本发明还有的实施例的还有的替代成像系统的透视图。
图16示意性地示出了根据本发明还有的实施例的附加替代成像系统的透视图。
图17示意性地示出了根据本发明还有的实施例的又一替代成像系统的透视图。
图18a和图18b示意性地示出了根据本发明还有的实施例的还有的替代成像系统的侧视图和截面图。
具体实施方式
本发明的说明性实施例提供了一种用于执行血液单采血过程的系统和血液组分分离装置。此外，本发明的各种实施例对血液处理装置的一部分成像以监视全血的分离以及分离装置内分离的血液组分之间的界面的位置。
如图1和图2所示，并且如以上所提到的，根据本发明的实施例，单采血系统10使用抽取泵p1通过静脉接入装置24从受试者抽取全血。静脉接入装置24可以是能够接入受试者静脉的任何数量的装置，包括但不限于静脉切开针。当系统10从受试者抽取全血时，血液通过抽取/返回管线28并进入血液组分分离装置11，诸如latham型离心机。血液组分分离装置11将全血分离成其组成组分(例如，红血细胞、白血细胞、血浆和血小板)。虽然以上提到了latham型离心机，但是可以使用其它类型的分离室和装置，诸如但不限于集成吹塑离心罐，如在美国专利no.4,983,156和4,943,273中所描述的，这些专利通过引用被结合于此。
当系统10从受试者抽取全血时，系统10可以将抗凝血剂引入到抽取的全血中以防止血液在管线内或血液组分分离装置11内凝结。为此目的，系统10可以包括在一端处流体连接到抗凝血剂源16(例如，抗凝血剂袋)，以及在另一端处流体连接到静脉接入装置24(或者经由y形连接器30的抽取/返回管线28)的抗凝血剂管线32。抗凝血剂管线32穿过其的抗凝血剂泵p3可以控制抗凝血剂管线32内的抗凝血剂的流动和引入到全血中的抗凝剂的量。虽然可以在任何点处将抗凝血剂添加到全血中，但是优选地尽可能地靠近静脉接入装置24引入抗凝血剂。
抗凝血剂管线32还可以包括细菌过滤器f2，其防止抗凝血剂源16、抗凝血剂或抗凝血剂管线32中的任何细菌进入系统10和/或受试者。此外，抗凝血剂管线32可以包括空气检测器d3，该空气检测器d3检测抗凝血剂内空气的存在。系统10管线中的任何一个管线内的气泡的存在对于系统10的操作都可能是有问题的，并且如果气泡进入血流，那么也可能对受试者是有害的。因此，空气检测器d3可以连接到在检测到气泡的情况下使抗凝血剂管线32内的流动停止(例如，通过停止抗凝血剂泵p3或关闭抗凝血剂管线32上的阀)的互锁，从而防止气泡进入受试者。
一旦期望量的抗凝全血从受试者中被抽取并且被包含在血液组分分离装置11内，血液组分分离装置11就将全血分离成若干血液组分。例如，血液组分分离装置11可以将全血分离成第一、第二、第三和可能的第四血液组分。更具体而言，血液组分分离装置150可以将全血分离成血浆、血小板、红血细胞和可能的白血细胞。
如图2所示，当使用latham离心机时，血液组分分离装置11包括可旋转罐12和通过旋转密封件74流体耦合到罐内部的固定输入和输出端口pt1和pt2。可旋转罐可以包括耦合到旋转密封件74的颈部110和限定分离装置的内部容积(例如，可旋转罐12的内部容积)的主体部分120。罐12(例如，主体部分120)可以具有截头圆锥形状。可旋转罐12还可以包括在颈部110和主体部分120之间延伸并且连接颈部110和主体部分120的肩部130。
此外，一些实施例可以具有核心72，核心72占据与罐12内部同轴的容积并且在核心72的壁和外罐壁70之间提供分离区域。抽取/返回管线28流体连接静脉接入装置24(例如，静脉切开针)和输入端口pt1。在一些实施例中，在全血要被首先汇集(pooled)并然后供应的情况下，静脉接入装置24可以用全血袋(未示出)替换。在这样的实施例中，抽取管线28将全血袋与输入端口pt1流体连接。
如以上所提到的，血液组分分离装置11将全血分离成其组成组分。特别地，当罐12旋转时，离心力将进入罐底部的抗凝全血分离成红血细胞(rbc)、白血细胞(wbc)、血小板和血浆。例如，罐12的转数可以选择在4,000至6,000rpm的范围内，并且通常为4,800rpm。血液根据组分密度被分成不同的部分。较高密度的组分，即，rbc60，被迫使到罐12的外壁70，而较低密度的血浆66位于更靠近核心72。在血浆66和rbc60之间形成血沉棕黄层(buffycoat)61。血沉棕黄层61由血小板64的内层、血小板和wbc的过渡层68以及wbc62的外层组成。血浆66是从分离区域距离出口端口最近的组分，并且是当另外的抗凝全血通过入口端口pt1进入罐12时经由出口端口pt2从罐12移位的第一流体组分。
系统10还可以包括可以被施加到罐12的肩部130的光学传感器21(图1)。当血液组分逐渐且同轴地从罐12的外壁70向核心72前进时，光学传感器21监视血液组分的每一层。光学传感器21可以安装在它可以检测到血沉棕黄层达到特定半径的位置处，并且从受试者/供体抽取全血并将全血引入到罐12中的步骤可以响应于检测而终止。
一旦血液组分分离装置11已将血液分离成各种组分，则组分中的一种或多种可以从血液组分分离装置11中移除。例如，可以通过管线37(图1)或废物袋(未示出)将血浆移除到血浆袋18中。替代地，血浆可以被移除到位于抽取/返回管线28上的血浆储存器(未示出)中，或者白血细胞(wbc)可以经由管线35被移除到一个或多个白血细胞袋22中。系统10的一些实施例可以包括测量收集到的血浆量的重量传感器33。虽然未示出，但是血小板袋20和白血细胞袋22可以包括类似的重量传感器。被移除的血浆以后可以以增加的速率经由管线40和再循环泵p2再次引入到血液组分分离装置11中，以经由管线39提取血小板并将其发送到血小板袋20。该处理被称为冲洗淘洗(surgeelutriation)。
在一些实施例中，系统10还可以包括管线传感器14，其可以确定离开血液组分分离装置的流体的类型(例如，血浆、血小板、红血细胞等)。特别地，管线传感器14由通过离开罐12的血液组分发射光的led和在光穿过组分之后接收光的光电检测器组成。由光电检测器接收到的光的量与穿过管线的流体的密度相关。例如，如果血浆正在离开罐12，则管线传感器14将能够检测到离开罐12的血浆何时变得与血小板混浊(例如，离开罐12的流体正在从血浆变为血小板)。系统10然后可以使用该信息来停止从罐12中移除血液组分或者通过例如闭合阀v2和打开阀v3来重定向流。
一旦系统从血液组分分离装置11中移除期望的组分，系统10就可以将剩余的组分返回到受试者。系统可以使用抽取/返回泵p1将组分经由抽取/返回管线28返回到受试者，抽取/返回管线28如以上所提到的，流体连接血液组分分离装置11和静脉接入装置24。替代地，如果系统11如此配备，那么系统可以经由专用返回管线将组分返回到受试者。像抗凝血剂管线32和抽取/返回管线28一样，专用返回管线也可以具有专用返回泵，其控制返回管线内流体流动的方向、速度和持续时间。在这样的实施例中，返回管线还优选地在返回泵和静脉接入装置24之间的点处流体连接到静脉接入装置24。此外，在这样的实施例中，系统10还将具有专用抽取管线和抽取泵。在一些实施例中，系统10可以包括当系统正在将第一血液组分返回到受试者时停止从受试者抽取全血的互锁。
如图1所示并且如以上简要提到的，系统10可以具有位于整个系统中以控制系统10内的流体流动的多个阀。例如，抽取/返回管线28可以包含阀v1，其允许当打开时流过管线并且当闭合时阻止流动。此外，分别通向白血细胞、血浆和血小板袋的管线35、37和39可以具有至少一个阀v2、v3、v4和v5(例如，管线37在血浆袋18的入口处具有阀v2和在血浆袋18的出口处具有阀v5，并且管线39在血小板袋20的入口处具有阀v3)。此外，到血液组分分离装置11的入口可以具有允许或者阻止流入或流出血液组分分离装置11的阀(未示出)。以上提到的任何阀可以或者是手动的或者是自动的。换句话说，阀可以由用户/技术人员手动操作，或者可以例如在满足特定条件时通过控制器自动操作(例如，当在抽取/返回管线28中检测到空气时闭合阀v1，如以下所讨论的)。
像抗凝血剂管线32一样，抽取/返回管线28也可以包括多个传感器、过滤器和检测器以确保受试者的安全性和优化的系统操作。特别地，如图1所示，抽取/返回管线28可以包括空气检测器d1和d2以检测管线28内的空气的存在(或不存在)。空气检测器d1和d2可以连接到当检测器d1和d2检测到空气时(例如，通过停止抽取/返回泵p1或闭合阀门v1)停止抽取/返回管线28内的流动的互锁。此外，抽取管线28可以包括血液过滤器f1，其移除抽取的血液或返回的组分中可能存在的任何细菌、污染物或微粒。
如以上所提到的，在操作和血液处理期间，监视全血分离成其各个组分(例如，红血细胞、血小板、血浆)是重要的。为此，如图3所示，本发明的一些实施例可以包括成像系统300，该成像系统300拍摄血液组分分离装置11的一部分(例如，罐12的肩部130)的图像和/或视频。成像系统300可以包括成像单元310和光源320，其如下面更详细讨论的，照亮血液组分分离装置11上要被成像的区域。
在一些实施例中，成像单元310可以是宽带单色固态成像器，和/或可以包括瞄准血液组分分离装置11的顶部的一个或多个相机(例如，2-8个相机)。例如，成像单元310可以瞄准分离装置11/罐12的肩部130，使得成像单元310可以拍摄肩部130的图像(或视频)。这又允许成像单元310拍摄分离装置11/罐12内发生的血液分离的图像/视频(例如，成像单元310可以拍摄分离装置11内的各种血液组分的图像/视频以及血液组分中的每种组分之间的界面)。如以下更详细讨论的，成像单元310还可以包括透镜312和图像传感器314(例如，cmos传感器阵列)。
重要的是要注意到，在一些情况下，由于与血液处理/单采血系统10相关联的大小限制，用常规光学器件(例如，常规透镜和常规透镜配置)对分离装置11的大部分(例如，分离装置11/罐12的整个顶部/肩部12)进行成像可能是不切实际的。例如，血液处理系统10的大小限制了从分离装置11/罐12的肩部130到成像单元310的最大可能距离，并且这个距离不能提供足够的景深，这意味着只有非常有限量的分离装置11将被聚焦。因此，在一些实施例中，成像单元310可以根据scheimpflug原理来定向/配置。
例如，如图4和图5所示，成像单元310可以被定向/配置为使得透镜312相对于分离装置11/罐12的肩部130成一定角度，并且图像传感器314是基本上垂直的(参见图4)。通过以这种方式定向透镜312和图像传感器314，透镜平面410和图像平面420(图5)相对于分离装置11的肩部130(例如，受试者平面430)具有类似的朝向。换句话说，如图5所示，透镜平面410可以相对于肩部130/受试者平面430成一定角度，并且图像平面420可以是基本上垂直的。这又允许分离装置的肩部130(例如，受试者平面430)被聚焦，即使它不平行于图像传感器314/图像平面420。这样的配置减少了成像单元310和分离装置11/罐12之间所需的距离。
光源320可以包括施以脉冲以照亮分离装置11的肩部130的一个或多个发光二极管(led)。在一些实施例中，光源320可以包括具有不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色等)以允许成像系统300以多种颜色照亮分离装置11的肩部130的led阵列。附加地或替代地，led可以与图像传感器314集成(例如，led可以与cmos阵列集成)。如下面更详细讨论的，通过具有多种颜色，成像系统300和血液处理系统10还可以分析分离的质量、分离的组分的纯度，并且识别各种供体异常(例如，脂血、红血细胞溢出，等等)。
在许多应用中，当分离装置11旋转时，在精确的位置处拍摄和/或记录图像可能是重要的。为此，本发明的一些实施例(例如，如图3所示)可以具有位于轴340(例如，驱动轴)上的同步器330(例如，角度编码器)，该轴340在电动机350和其中可以安装罐12的卡盘360之间延伸并机械地将它们耦合(例如，以便于罐12的自旋)。附加地或替代地，如果电动机350包括编码器，则一些实施例可以利用电动机350内的编码器(例如，同步器/编码器330可以位于电动机350本身内)。在使用期间，同步器330可以监视分离装置11/罐12的旋转和旋转位置。如下面更详细讨论的，成像系统300可以利用分离装置11的旋转位置来将分离装置11/罐12的成像和照明与罐转动和旋转位置同步。
为了控制成像系统300的操作(例如，结合血液处理系统10)，成像单元310、光源320和同步器330可以与控制器(未示出)电连通，该控制器控制成像系统300的操作。例如，成像单元310、光源320和同步器330可以与用于血液处理系统10的控制器(以上讨论)电连通，或者与专用于成像系统300的独立控制器电连通。成像单元310、光源320和同步器330每个都可以向控制器发送输出，控制器如下面更详细讨论的，可以用于控制成像系统300的操作。
在使用期间，并且当分离装置11/罐12旋转时，同步器330监视分离装置11的旋转位置，并将表示旋转位置的输出发送至控制器。基于从同步器330输出的旋转位置，控制器将控制成像单元310和光源320的操作。例如，控制器可以控制成像单元310的曝光和光源320的脉冲使得光源施以脉冲/频闪并且成像单元310在分离装置11的预定旋转位置处拍摄图像(例如，以生成在罐12的相同旋转位置处拍摄的图像流)。以这种方式，成像系统300可以提供分离装置11的无抖动图像流(例如，分离装置11的肩部130)。图像可以显示在成像系统300和/或血液处理装置10上的可视显示器上，使得它们可以被操作员/技术人员查看。
通过拍摄肩部130的一系列图像，成像系统300能够生成描绘分离装置11/罐12的内容的图像流，并且提供关于血液处理过程和分离装置11内的全血的分离质量的信息。例如，图像流可以清楚地显示(允许控制器精确地检测)分离装置11/罐12内空气-血浆界面、血浆-血沉棕黄层界面和血沉棕黄层-红细胞界面的位置。这些界面的位置又提供关于血液处理装置10的效率的有价值的信息以及关于供体的信息。基于界面的位置，操作员/技术人员和/或控制器可以确定分离效率、泵(例如，泵p1、p2和/或p3)的效率以及供体的血细胞比容。此外，根据血沉棕黄层的尺寸和光谱信息，操作者/技术人员和/或控制器可以确定/获得关于供体血小板计数的信息。
重要的是要注意到，基于从一系列图像获得的信息，控制器(例如，用于成像系统300的控制器和/或用于血液处理系统10的控制器)可以控制处理系统10的各种组分的操作。例如，如果界面中的一个或多个不在合适的位置，则控制器可以增加或减少抽取/返回泵p1和/或再循环泵p2的速度，以调节界面位置。附加地或替代地，非常类似于上述光学传感器21，从成像系统300获得的一系列图像可以用于终止以上讨论的抽取步骤和/或全血引入步骤。以这种方式，成像系统300可以与光学传感器21结合使用或代替光学传感器21使用。
如以上所提到的，光源320可以包含具有不同颜色的多个led。在这样的实施例中，成像系统可以使用第一颜色(例如，绿色)开始成像处理。成像系统300(和/或控制器)然后可以分析由成像单元310拍摄的图像和/或分析由led产生的光的吸收。如果成像系统300检测到问题和/或供体异常(例如，血浆成分、脂血，红细胞溢出、血浆变色等)，则系统300(例如，控制器)可以改变光源320生成的光的颜色并用于照亮分离装置11/罐12。例如，系统300/控制器可以将颜色从绿色改变为红色或从绿色改变为蓝色。
虽然上述实施例具有瞄准罐12的肩部130的单个成像单元310，但是一些实施例可以包括多于一个成像单元。例如，如图6a-6c所示，除了第一成像单元310之外，成像系统300可以包括第二成像单元370(例如，第二相机或系列相机)。在这样的实施例中，第二成像单元370可以具有广角透镜并且可以瞄准罐12的主体部分120(例如，在罐12的底部和肩部130之间延伸的部分)。这允许第二成像单元370对第一成像单元310不能看到的罐12的部分进行成像。
像第一成像单元310一样，第二成像单元也可以包括具有一个或多个发光二极管(led)的光源380，该一个或多个发光二极管施以脉冲以照亮罐12(例如，罐的主体部分120)。在一些实施例中，像用于第一成像单元310的光源320一样，光源380可以包括具有变化颜色(例如，红色、绿色、蓝色等)的led阵列，以允许成像系统300用多种颜色照亮分离装置11的主体部分120。替代地，用于第一成像单元310的光源320可以被定位成使得它照亮罐12的肩部130和主体部分120，以允许第一成像单元310和第二成像单元370两者对它们的罐12的相应部分进行成像。
在安装和系统设置期间，罐12可以被放置在卡盘360内，卡盘360将罐12保持就位并旋转以产生分离全血所需的离心力。如图7a/b所示，在一些实施例中，第一成像单元310和第二成像单元370可以被构建到固定壁390中，固定壁390从卡盘360的底部向上延伸并且在安装时基本上容纳罐12。例如，如图6a-c和7a/b所示，壁390的部分392可以具有一个或多个开口394a/b，成像单元310/370可以通过该开口394a/b对罐12的相应部分(例如，肩部130和主体部分120)进行成像。为了保护成像单元310/370，壁部分392可以包括覆盖一个或多个开口394a/b的一片透明塑料或玻璃396(例如，来自
像以上讨论的成像单元310和光源320一样，基于来自同步器330的旋转位置输出，控制器可以控制第二成像单元370和光源380的操作。例如，控制器可以控制成像单元370的曝光和光源380的脉冲，使得光源施以脉冲/频闪并且成像单元380在分离装置11的预定旋转位置处拍摄图像(例如，以生成在罐12的相同旋转位置拍摄的图像流)。
在一些实施例中，控制器(例如，用于成像系统300的控制器或用于血液处理系统的控制器)可以包括复用来自每个成像单元310/370的图像的复用器。例如，复用器可以将从第一成像单元310和第二成像单元370拍摄的图像分开或一起复用(例如，复用器可以创建每个成像单元310/370的图像/图像流或者来自成像单元310/370两者的单个图像/图像流)。然后，从第一成像单元310和第二成像单元370生成的图像/图像流(或图像/图像流的概要)可以被发送到服务/维护系统/人员，其然后可以例如基于分离的质量、界面的位置(例如，空气/血浆界面、血浆/红血细胞界面等)和/或罐12的移动监视图像数据以(例如，实时地)确定血液处理系统是否需要服务。附加地或替代地，可以显示图像/图像流，使得用户可以监视血液处理过程。
相机和/或成像单元的数量可以取决于应用和在血液处理期间使用的罐12而不同。例如，利用图3所示的latham型离心罐的系统和过程可以利用成像单元310/370两者。但是，利用其它类型罐(例如，以上提到的吹塑罐)的系统和过程可以只利用第一成像单元310。
值得注意的是，用于(1)分析由成像单元310捕获的图像、图像数据、界面位置、血沉棕黄层的尺寸等和(2)控制成像系统300和血液处理系统10的算法可以取决于许多因素。例如，算法可以取决于由光源320生成的光的颜色、分离设备内的流体(例如，全血、红血细胞、血浆等)和/或被处理的血液及其各个组分的特性(例如，血细胞比容、血小板计数等)。此外，为了补偿这样的依赖性并且基于以上列出的标准中的一个或多个标准，本发明的一些实施例可以修改/改变用于分析图像/数据的算法(例如，系统300可以使算法适于补偿由光源320生成的光色的变化、罐12中的流体的类型，等等)。
重要的是要注意到，本发明的各种实施例不仅可以在血液处理期间使用，而且还可以在初始设置期间使用以确认正在安装合适的装备并且分离装置11/罐12被合适地安装(例如，罐12在系统10内对准)。例如，当分离装置11/罐12最初安装在血液处理系统10中时，系统10可以缓慢旋转分离装置11以允许成像系统300成像和记录在分离装置上模制和/或打印的信息(例如，制造商信息、型号/部件信息、制造日期、过期信息、有效日期信息、检验信息等)。然后成像系统300可以确认安装的分离装置11/罐12适合于要执行的过程(例如，通过将该信息与数据库和/或先前输入到单采血10中的信息进行比较)。如果成像系统300(或控制器)确定罐12不适合于该过程，则系统300/控制器可以防止该过程继续并且例如通过在显示器上发出通知和/或激活警报来提醒操作员/技术人员。
附加地或替代地，在一些实施例中，成像系统300可以用于确保分离装置11/罐12被正确地安装并且垂直和径向对准。在这样的实施例中，成像系统300可以在罐12的多于一个位置处/旋转位置(例如，在0和180度处)对罐12进行成像，并且分析图像/图像数据以确定罐12是否对准。例如，如果罐12既垂直对准又径向对准，则罐12的位置(例如，上下和左右)在0和180度拍摄的图像中应该保持相同(例如，图像应该不显示罐12移动)。但是，如果成像系统300检测到并且图像显示罐12的位置移动(例如，上下移动或左右移动)，则罐12没有正确地对准并且应该被重新安装和/或更换。在这种情况下，系统300/控制器可以停止罐12并提醒操作员/技术人员。
为了提供关于系统操作的附加反馈，一些实施例可以提供音频和振动监视。特别地，除了成像单元320之外，成像系统300还可以包括(以及控制器可以连接到)拾取和记录通过自旋罐12生成的任何异常和/或有问题噪声的麦克风(例如，基于mem的麦克风)，以及测量罐12的振动量的振动传感器(例如，多轴线振动传感器)。麦克风和振动传感器两者都可以发送输出(例如，音频输出和振动输出)到控制器。与由成像单元310捕获的图像一样，控制器可以例如使用快速傅立叶变换(fft)来分析从麦克风和振动传感器输出的声音和振动，以确定血液处理过程期间的任何异常。如果检测到任何异常，则系统300(或控制器)可以停止单采血过程并且提醒操作员/技术人员。
应该注意的是，通过利用上述成像系统300，本发明的各种实施例能够提供分离装置11的实时视频检查。此外，结合麦克风和振动传感器，成像系统300帮助确定何时可能需要预防性维护。例如，由成像单元310、麦克风和振动传感器提供的组合信息包帮助成像系统300、单采血系统10和/或操作员/技术人员识别系统异常和随时间的变化。此外，关于离心机振动、对准和轴承噪音的信息可以通过电子方式卸载，并在一段时间内进行分析，以提供性能趋势并预测在出现问题之前何时可能需要维护。
虽然上述成像系统300是关于血液组分分离装置进行讨论的，但是成像系统的其它实施例可以用在不同的应用中。为此，图8a和图8b示出了可以用于对任何数量的旋转物体成像的成像系统500。例如，成像系统500可以包括待成像物体530可以放置在其中的外壳510(在下面更详细地讨论)以及可以放置在外壳510和待成像的物体530上的盖子520。为了允许用户监视外壳510的内部和物体530(例如，当物体530旋转时)，盖子520可以包括窗户522。而且，为了便于盖子520的打开和闭合，盖子520可以经由铰链524固定到外壳510。
如图9中最佳示出的，在外壳510的内部内，成像系统500可以包括其中在成像期间可以放置物体530的腔室540。腔室540又可以坐落在在成像期间旋转物体530的电动机组件550上。例如，腔室540可以搁置在固定到电动机552的驱动轴553的转台556上。系统500还可以包括底板554，该底板554固定/附接到外壳510并且具有驱动轴553可以通过其延伸的孔555。因此，当电动机552使驱动轴553旋转时，旋转力将被转移到转台556，从而导致腔室540和物体530旋转。
以类似于上述用于成像单元310的方式，图8a和图8b所示的系统还可以具有用于对物体530成像的成像单元560。像成像单元310一样，成像系统500中的成像单元560可以是安装在旋转轴线外。由此，成像单元560可以安装在腔室540的外部(例如，在腔室540的外壁544和外壳510的内壁512之间)。在这样的实施例中，腔室540可以包括开口542，通过其成像单元560可以照亮并且对物体530进行成像。
如图10所示，当用户想要对物体530成像时，用户可以打开盖子520、将物体530放入到腔室540中并闭合盖子520。一旦物体530位于腔室540内，成像单元560(例如，相机组件580)就将位于物体530的旋转轴线的上方和外部。以这种方式并且如图所示经由成像单元560的光学器件/视野570的轨迹(图11和图12)，成像单元560将能够对物体530的至少一部分(例如，顶部)成像。此外，为了保护成像单元560(例如，相机组件580)，成像单元560可以包括围绕相机组件580的相机外壳566。为了允许相机组件580查看物体530并对物体530成像，相机外壳566可以在外壳566的前壁567中包括窗户564。
图13和图14示意性地示出了可以与上述成像系统一起使用的成像单元560的一个实施例。如图所示并且如以上所讨论的，成像单元560可以包括相机组件580和照亮物体530的光源590。像以上讨论的成像单元310一样，相机组件580可以包括成像传感器582以及一个或多个透镜584/586。为了确保成像单元560具有物体530的清晰视图，透镜584/586可以相对于成像传感器582成角度定向。例如，如图14中的虚线所示，成像传感器582的轴线582a是水平的，而透镜584/586的轴线584a向下成角度。
也像以上讨论的成像单元310一样，为了对物体530的大部分成像，成像单元560(例如，相机组件580、成像传感器582和透镜584/586)可以根据scheimpflug原理来定向/配置。附加地或替代地，相机组件580可以利用跨物体530的一个或多个表面扫描的扫描变焦透镜。在这样的实施例中，成像系统500(例如，成像系统500内的控制器/微控制器)可以将在扫描变焦透镜扫描物体530时所拍摄到的图像缝合在一起以获得物体530(例如，物体530的上表面)的单个清晰图像。
像以上讨论的光源320一样，光源590可以包括当物体530旋转时施以脉冲以照亮物体530的一个或多个发光二极管(led)。例如，光源590可以包括具有不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色等)的led阵列，以允许成像系统500用多种颜色照亮物体。附加地或替代地，光源590可以包括白色/宽带光源。在这样的实施例中，光源590也可以包括单色器，其选择性地将预定波长的光与宽带光源分离以照亮物体530。
重要的是要注意到，为了获得对旋转物体530的均匀照明(例如，被成像区域的均匀照明)，本发明的一些实施例可以利用漫射器来适当地漫射从光源590生成的光。例如，系统500(或成像单元560)可以包括散射漫射器和/或微透镜漫射器，以漫射由光源590生成的光并且在物体530上获得期望的光图案/均匀性。
虽然以上讨论的实施例对旋转物体530的顶部进行成像，但是本发明的其它实施例可以对位于旋转物体上/内的各个组分进行成像。由此，如图15所示，可以将多个组分610放置在旋转物体530的顶表面上，并且成像单元560可以在旋转物体530旋转时拍摄各个组分610中的每个组分的图像。然后由成像单元560获得的图像可以用于确定组分610的一个或多个特性。例如，如果组分610是制造的部件或类似组分，则可以使用图像来确定每个部件/组分的尺寸(例如，以确保它们在制造公差内)和/或确认部件/组分610的均匀性(例如，通过将每个部件/组分610的图像彼此进行比较)。
替代地，本发明的一些实施例可以用于测量血细胞凝集的水平。在这样的实施例中，每个组分可以是包含血液样本和试剂的试管，并且旋转物体530可以充当离心机。例如，试管可以装载在旋转物体530上(例如，如图15所示)，并且旋转物体530旋转以在试管中产生反应。然后，当物体530旋转时，成像单元560可以拍摄每个管的图像。然后，控制器和/或微处理器可以分析图像和图像数据以确定每个试管内的凝集水平。
附加地或替代地，旋转物体530可以包括其中可以放置各种血袋或样本的多个腔室(未示出)(例如，每个腔室一个血袋/样本或每个腔室多个血袋/样本)。在这样的实施例中，物体530的旋转可以用于离心血液/样本，从而使血液分离成其各个组分(例如，红血细胞、血小板、血浆等)。当物体530旋转并且血液开始分离时，成像单元560可以拍摄每个腔室的图像以确定每个腔室和/或血袋中的血液分离水平。
虽然以上讨论的一些实施例利用具有窗户522的盖子520，但是其它实施例可以利用不同的盖子结构。例如，如图16所示，一些实施例可以包括固态盖子620(例如，没有窗户522的盖子)，以防止用户看到外壳510的内部。相反，其它实施例可以根本不包括盖子(例如，外壳510可以打开)(图17)。附加地或替代地，系统500可以利用具有支撑结构632的盖子630，支撑结构632从盖子630向下朝旋转物体530延伸。如图18a和图18b中最佳示出的，支撑结构632可以支撑旋转物体530以防止物体530在物体530自旋/旋转时向侧面移动或上下移动。
重要的是要注意到，虽然上述实施例直接对分离装置11/罐12和/或旋转物体530进行成像(例如，成像单元370/560瞄准分离装置11/罐12和/或旋转物体530)，但是其它实施例可以对分离装置11/罐12和/或旋转物体530的反射进行成像。由此，系统(例如，成像系统300或系统500)可以包括反射镜(未示出)，其朝成像单元310/370/560反射物体(例如，分离装置11/罐12和/或旋转物体530的图像)，并且允许系统间接对物体进行成像。在这样的实施例中，系统300/500可以使用以上讨论的光学器件布置(例如，scheimpflug)，或者系统可以使用更常规的光学器件配置。
用于朝成像单元310/370/560反射图像平面的反射镜可以是标准的固定反射镜或者是具有光束转向能力的反射镜。例如，反射镜可以是mems反射镜，其可以被操纵(例如，通过控制器)以将分离装置11/罐12和/或旋转物体530的反射朝成像单元310/370/560引导。此外，mems反射镜的光束转向能力允许反射镜对物体530的表面进行扫描并增加视野。当反射镜扫描时拍摄的图像然后可以由控制器缝合在一起以获得物体的单个图像。
上述本发明的实施例旨在仅仅是示例性的；对于本领域技术人员来说许多变化和修改将是显而易见的。所有这些变化和修改都旨在如任何所附权利要求限定的本发明的范围内。