CN107249430B - 物质跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了这样的系统，其可以检测、跟踪和分析沿部分输液管存在于主要物质中的次要物质的气泡。例如，系统可以检测沿部分输液管中的主要物质内的气泡的存在，其中，包括为气泡分配数字签名。此外，系统可以跟踪气泡的运动，以确保气泡仅在流过部分输液管时被记录一次。此外，系统可以分析气泡，例如确定气泡的移动方向、移动速度、体积和尺寸。

Description

物质跟踪系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年4月2日提交的标题为“Matter Tracking System(物质跟踪系统)”，美国专利申请序列号14/677,789的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本文所述主题涉及这样的系统，其用于检测、跟踪和分析可以以气泡的形式位于输液管中所容纳的主要物质中的次要物质。

背景技术

向患者输送液体的静脉(IV)系统通常采用管内空气(air-in-line，AIL)传感器，这种传感器可以检测流过输液管的空气。由于AIL传感器会在可能将危险数量的空气传送给患者时提醒护理人员，所以AIL传感器是输液系统的重要组成部分。然而，传统的AIL传感器受到了一些限制；具体来说，传统的AIL传感器无法检测正在被感测的空气气泡是否就是之前所感测的同一个空气气泡，而且它们通常不适合感测空气以外的物体。例如，气泡可能被困在输液管中，并在输液管中移荡。传统的AIL传感器可能能够检测被困的气泡，但是传统的AIL传感器无法识别被困的气泡，并且将不止一次地计算被困的空气气泡。这可能导致涉及流过输液管的空气量的错误计算。此外，传统的AIL传感器不适用于检测非空气的次要物质，因此，它不太可能提醒护理人员位于主要物质中的非空气的次要物质。

发明内容

本发明主题的方面可以包括用于跟踪可以以气泡的形式存在于输液管内的次要物质的系统。在一个方面，所述系统可以包括：光源，其邻近输液管放置，以将光直射部分输液管；图像拍摄装置，其邻近输液管放置，并配置为拍摄所述部分输液管的第一图像；所述系统可以进一步包括处理系统，其配置为处理所述第一图像，以用于检测主要物质中的次要物质，其中，所述次要物质以气泡的形式存在。

在某些变体中，在任何可行的组合中可以选择性地包括以下一个或更多个特征。在一些实施方案中，所述处理系统可以配置为创建气泡的数字签名，所述数字签名识别用来跟踪和分析所述气泡的气泡轮廓。此外，所述处理系统可以进一步配置为识别所述气泡在所述第一图像中的第一位置。所述图像拍摄装置可以配置为拍摄所述部分输液管的第二图像，所述处理系统可以配置为分析所述第二图像，并识别所述气泡在所述第二图像中的第二位置。所述处理系统可以进一步配置为计算所述第一位置和所述第二位置之间的距离，并确定所述距离是否在预定范围内，其中，所述预定范围取决于输液管中的液体流速。此外，所述图像拍摄装置可以是一个或更多个数码摄像机、红外摄像机和摄影机。此外，所述光可以包括红外光，所述图像拍摄装置相对于所述输液管，与所述光源呈一定角度放置。

在所述系统的一些实施方案中，所述图像拍摄装置可以与所述光源成直线放置，所述系统可以进一步包括背景，其放置于所述输液管的相对于所述图像拍摄装置和所述光源的对面侧。所述处理系统可以进一步配置为确定所述光穿过所述主要物质和所述次要物质中的至少一种时的折射。所述图像拍摄装置的帧率可以是基于所述液体流速的。所述处理系统可以进一步配置为确定所述气泡的属性，其中，所述属性包括移动速度、移动方向、体积、尺寸，以及组成所述气泡的物质类型中的一个或更多个。

在另一方面，所述系统的方法可以包括利用图像拍摄装置来拍摄容纳主要物质的部分输液管的第一图像；确定所述输液管是否容纳次要物质，其中，所述次要物质以气泡的形式存在。此外，所述方法可以包括利用处理系统识别所述气泡在所述第一图像中的第一位置；利用所述图像拍摄装置来拍摄所述部分输液管的第二图像。此外，所述方法可以包括利用处理系统识别所述气泡在所述第二图像中的第二位置。

在所述方法的一些变体中，可以选择性地包括一个或更多个以下内容。例如，所述方法可以进一步包括计算所述第一位置和所述第二位置之间的距离。此外，所述方法可以包括将所计算的距离与预定范围进行比较，其中，所述预定范围取决于所述输液管内液体的流速。此外，所述方法可以包括基于所计算距离与所述预定范围的比较，来调整所述图像拍摄装置的帧率。此外，所述方法可以包括在所述第一图像和所述第二图像中的至少一幅中分析所述气泡，以确定所述气泡的属性，其中，所述属性包括移动速度、移动方向、体积、尺寸，以及组成所述气泡的物质类型中的一个或更多个。所述方法可以进一步包括利用来自光源的光照射部分输液管。

在以下附图和说明书中将阐明本文所述主题的一个或更多个变体的详细信息。根据说明书、附图以及权利要求，本文中所述主题的其他特征和优点将更易理解。

附图说明

附图被纳入并构成本说明书的一部分，其与说明书一起显示了本文中所公开的主题的某些方面，有助于解释涉及公开的实施方案的一些原理。附图中，

图1显示了气泡跟踪系统的实施方案，其包括邻近输液管放置的图像拍摄装置和光源。

图2显示了气泡跟踪系统的另一个实施方案，其包括与光源呈直线放置的图像拍摄装置。

图3显示了气泡跟踪系统的处理系统的实施方案，其中，处理系统配置为处理由图像拍摄装置所拍摄的图像，以用于检测、跟踪和分析至少一种输液管中所容纳的物质。

图4A显示了次要物质的气泡位于部分输液管内的第一位置的示例。

图4B显示了图4A的气泡位于部分输液管内的第二位置的示例。

图5显示了由图像拍摄装置所拍摄的第一图像和第二图像，第一图像和第二图像通过处理系统来分析，以至少检测、跟踪和分析在输液管内的次要物质的气泡。

图6显示了这样的过程流程图，其显示了具有一个或更多个与本发明主题的实施方案相一致特征的方法的各个方面。

实际上，相似的附图标记表示相似的结构、特征或元素。

具体实施方式

本发明的主题是致力于可以检测、跟踪和分析沿部分输液管的存在于主要物质(例如：盐溶液)中的次要物质(例如：空气)的系统。例如，系统可以检测和识别主要物质中气泡的存在，也可以包括为气泡分配数字签名。此外，系统可以跟踪气泡的运动，以确保气泡在其流过输液管的过程中只被记录一次。此外，系统可以分析气泡，例如确定其移动方向、移动速度、体积、尺寸等。系统还可以检测主要液体和次要液体之间的密度差，使得系统可以确定次要注射已完成和主要注射何时开始。通过实施用于检测、跟踪和分析次要物质的改进的系统、方法和装置，系统可以提高测量流过输液管的次要物质数量的精度，下面将对其进行更详细的描述。

例如，系统可以提供改进的方法来检测、跟踪和分析流过输液管的确定部分并向患者移动的次要物质，例如空气(即：空气气泡)的数量。这可以使向患者输送主要液体(例如：盐溶液)的装置或系统，高效且有效地记录流过输液管并被认为是输送给患者的空气的数量。记录患者流过IV输液管所接受的空气量以确保患者没有出现空气栓塞的风险是很重要的，空气栓塞可能会导致医疗并发症(例如：心脏病、中风等)。

在一些传统的AIL传感器中，可能很难准确地记录有多少气泡或多少空气被输送到患者体内。例如，气泡可能被困在输液管中并在输液管中移荡，这可能导致，例如，AIL传感器对单一的气泡记录不止一次。此外，一些现有的AIL传感器无法检测到次要物质的小体积气泡。例如，一些现有的AIL传感器不能检测到小于30微升的体积。因此，这些AIL传感器可以造成关于流过输液管的空气量的虚警，虚警可能中断治疗，并使患者的治疗不必要地延长和变得复杂，或者AIL传感器可能造成对流过输液管的空气量的错误测量，从而可能危及患者。相反，本文所描述的系统提供了用于跟踪沿输液管的单个气泡的系统和方法，以确保每个气泡只被记录一次。此外，可以通过系统来进行对每个气泡的测量，使得系统可以确定在每个气泡中次要物质(例如：空气)的数量，以及高效且有效地计算出流过输液管的次要物质的总量。此信息可以用于计算向患者输送的次要物质的准确数量，并向护理人员和患者提供准确的信息，例如对已经或将要输送给患者的次要物质的数量的警告。

将在下面更详细地讨论，系统可以识别和计算涉及次要物质的任意数量的特性，例如移动方向、体积、速度、气泡的合并，气泡的分裂等。此外，系统可以同时跟踪一个或更多个气泡并且可以检测两种以上的物质(即，不仅是主要物质和次要物质)。因此，尽管本文所讨论的示例可能只涉及单一的气泡或主要物质和/或次要物质，但系统并不局限于此类示例。

系统的一些实施方案可以包括图像拍摄装置和光源，图像拍摄装置和光源都邻近输液管放置。输液管可以容纳液体(即：主要物质和次要物质)，在光源照射部分输液管的协助下，图像拍摄装置可以拍摄所述液体。处理系统可以处理由图像拍摄装置所拍摄的图像，以确定主要物质或次要物质(可以以气泡的形式存在)的存在。此外，拍摄的图像可以由处理系统来处理，以跟踪单个气泡，以及确定关于每个气泡的属性(例如：移动方向，移动速度，移荡，体积，尺寸等)。图像拍摄装置可以以这样的速率来拍摄多帧流过输液管的气泡，其使得从一帧到下一帧，气泡不会移动超过其直径。通过这种方式，系统能够从一帧到下一帧来跟踪气泡，并且能够可靠且一致地确定气泡的方向、速度和一般运动。

图1显示了系统100的实施方案，其包括邻近输液管106放置的图像拍摄装置102和光源104。例如，输液管106可以与向患者输送主要物质107(例如：水)的输液系统或装置的一部分进行液体交换。系统100可以配置为高效且有效地检测、跟踪和分析一个或更多个存在于主要物质107中的次要物质109(例如：空气)，次要物质109可以以气泡111的形式移动。这有助于确保不会向患者输送危险体积的次要物质109。尽管这里描述的示例和实施方案都是涉及主要物质107和次要物质109的，但可以用系统100检测、跟踪和分析任何数量的物质。此外，尽管在示例中描述了使用系统100进行检测、跟踪和分析的是气泡，但是系统100可以检测任意数量的任何形状或形态的物质(例如：杂质)。

光源104可以提供一种或更多种类型的光，例如红外线，其可以照射放置图像拍摄装置102来拍摄的输液管106的一部分。此外，来自光源104的光可以协助图像拍摄装置102拍摄关于主要物质107和次要物质109的属性，例如使图像拍摄装置102可以拍摄主要物质107和/或次要物质109的反射和/或折射属性。这可以协助与系统100相关联的处理系统108来处理由图像拍摄装置102所拍摄的图像，以检测、跟踪和分析输液管106中的气泡111。

光源104可以是任意一种光源，例如红外光源。此外，可以使用一个以上的光源104来照射沿输液管106的各种角度和/或位置。从光源104中发出的光可以由处理系统108和/或图像拍摄装置102来进行分析。例如，当光穿过主要物质107或次要物质109时发生的光的折射，可以协助系统100检测主要物质107或次要物质109的存在，以及识别次要物质109的气泡511的位置。此外，处理系统108可以利用此信息来协助创建气泡111的数字签名。

图像拍摄装置102可以包括数码摄像机、红外摄像机或摄影机。此外，图像拍摄装置102可以放置于相对于输液管106或光源104的不同位置。如图1所示，图像拍摄装置102可以放置于相对于输液管106，与光源104呈一定角度(例如90度角)的位置。此外，系统100的一些实施方案可以包括一个以上的图像拍摄装置102，例如用于拍摄沿输液管106的不同角度和/或位置。

图2显示了系统200的另一个实施方案，其可以包括邻近输液管206、与光源204呈直线放置的图像拍摄装置202。此外，系统200可以包括背景210，比如深色(例如：黑色)背景，放置于输液管206的相对于图像拍摄装置202和光源204的对面侧。背景210可以协助去掉背景光，这可以使图像拍摄装置202拍摄更清晰的图像。背景210还使得系统能够利用图像拍摄装置202来滤除不一致性(inconsistencies)，并使得图像拍摄装置202可以校准，以有效地利用多种类型的管线来工作。

图3显示了系统300的实施方案，其中包括处理系统308，处理系统308配置为处理由图像拍摄装置302所拍摄的图像，以用于检测、跟踪和分析在主要物质307中存在的次要物质309的气泡311。例如，处理系统308可以包括控制器312，控制器312用于控制图像拍摄装置302，例如图像拍摄装置302拍摄图像的速率(即，帧率)。帧率可以由控制器312基于输液管306中的液体流速来进行设置或调整。例如，如果输液管306内的流速增加，那么控制器312可以增加帧率。这可以使图像拍摄装置302能够拍摄足够的输液管306的图像，这样次要物质309的每个气泡311都可以被检测、跟踪和分析。在进一步的示例中，如果输液管306内的流速减小，那么控制器312可以降低帧率。可以设置或调整帧率，以确保输液管306内流动的液体(包括任何气泡311)由图像拍摄装置302在至少一幅图像中拍摄，这可以使得处理系统308能够分析流过输液管的每个气泡311。

处理系统308可以进一步包括算法313，算法313可以协助处理由图像拍摄装置302所拍摄的图像。例如，算法313可以协助确定由图像拍摄装置314所拍摄的气泡311的位置。此外，算法313还可以协助创建气泡311的数字签名，这有助于在后续图像中跟踪气泡311。数字签名可以定义气泡的轮廓和/或尺寸，气泡的轮廓和/或尺寸可以基于穿过气泡311的光的折射来确定，气泡311可以通过图像拍摄装置302或处理系统308(例如算法313)来检测。此外，算法313可以协助确定气泡311的大致尺寸和/或体积，这可以被系统300用于跟踪正在或已经向患者输送的次要物质309的数量(即，体积)。尽管通过示例来描述的处理系统是具有单一算法的，但是处理系统可以具有一个以上的算法。

图4A显示了次要物质409的气泡411位于部分输液管406内的第一位置的示例。第一位置可以参照基于由图像拍摄装置102所拍摄的图像的获取窗口或框415。对由图像拍摄装置102所拍摄的每幅图像，框415可以位于沿输液管406相同的位置。相应地，框415可以用来作为定位和跟踪每幅图像中所拍摄的气泡411的参考点。

图4B显示了图4A所示的气泡411在框415中位于第二位置的示例。对每幅图像，处理系统108可以协助定位和识别气泡411在框415内的第一位置和第二位置，以及比较第一位置和第二位置来确定气泡的特性，例如气泡411的移动方向(包括往返或移荡运动)以及气泡411的移动速度。处理系统108还可以为气泡411分配数字签名，以协助跟踪每个气泡411的位置和运动。此外，处理系统108可以使用数字签名来确定关于气泡411的任意数量的特性，例如每个气泡411的尺寸和体积，或者何时气泡分裂或合并。

图5显示了图像拍摄装置102所拍摄的第一图像520和第二图像522的示例，第一图像和第二图像可以通过处理系统108来处理，以至少对输液管内次要物质509的气泡511进行检测、跟踪和分析。第一图像520可以具有与第二图像522相同的框524，以使得框524可以为处理系统108识别气泡511在第一图像520中的第一位置和气泡511在第二图像522中的第二位置来提供参考。然后，处理系统108可以计算出气泡511的第一位置和第二位置之间的距离(d)。这个计算的距离(d)可以与气泡可以移动的预定范围进行比较，预定范围可以基于输液管内液体的流速。

例如，给定输液管106的一部分内液体的流速的情况下，预定范围可以表示气泡511可以移动的最小距离和最大距离。相应地，如果计算距离(d)超出了预定范围，那么处理系统108就可以确定一个以上的气泡经过了上述部分输液管。但是，如果计算的距离(d)在预定范围内，那么连同其他的标志(例如：气泡的数字签名)一起，处理系统108可以确定正在跟踪同一个的气泡。另外的关于处理系统108的特性也可以协助检测和跟踪每个气泡511，例如分配给每个气泡的数字签名。数字签名可以协助跟踪每个气泡511，并确保每个气泡511只被计算一次。这可以确保即使是在输液管106内移荡和/或被困住的气泡也不会被重复计算，重复计算可能会产生错误的信息(例如：虚警)。包括在两个或多个气泡合并和/或一个或更多个气泡的分裂的期间，数字签名也可以协助跟踪每个气泡511。

在一些实施方案中，可以基于从斯涅尔定律和菲涅耳方程中得出的全内反射(“TIR”)原理来检测和识别关于主要物质或次要物质的属性，包括与气泡相关的属性。例如，TIR原理可以指定通过表面来反射和传播的光的相对数量，并且可以协助描述光的表现，例如当光从光源104发出时的表现，例如当光穿过具有不同的折射率的两个介质(例如，主要物质和次要物质)之间的表面时的表现。可以将TIR原理包括在与处理系统相关的一些处理过程中，例如，包括在确定主要物质或次要物质的属性(例如，物质的类型，物质的轮廓或尺寸等)的算法中。

图6显示了这样的过程流程图600，其显示了与一个或更多个与本发明主题的实施方案相一致的方法的特征。可以理解的是，其他实施方案可能包括或排除某些特征。在602，可以用图像拍摄装置来拍摄部分输液管的第一图像。输液管可以容纳主要物质和次要物质，次要物质以气泡的形式存在。然后，在604，处理系统可以识别气泡在第一图像中的第一位置。在606，图像拍摄装置可以拍摄部分输液管的第二图像。然后，在608，处理系统可以识别气泡在第二图像中的第二位置。

此外，处理系统还可以计算出气泡的第一位置和第二位置之间的距离，并确定计算的距离是否在预定范围内。预定范围可以取决于输液管内的流速。图像拍摄装置的帧率可以基于计算的距离是否在预定范围内来进行调整。此外，该处理系统可以分析第一图像或第二图像中的气泡，以确定一个或更多个气泡的移动速度、气泡的移动方向、气泡的体积、气泡的尺寸以及组成气泡的物质类型。所述方法可以进一步包括利用来自光源的光来照射部分输液管，并将图像拍摄装置放置于相对于光源和输液管的不同位置。

在以上的说明书和权利要求中，可以使用例如“至少一个”或“一个或更多个”的短语，短语之后结合有元素或特征。也可以在两个或多个元素或特征中使用术语“和/或”。除非另有隐含或明确地与其所使用的上下文相抵触，否则这个短语的意思是指任何单独的所列出的元素或特征，或任何列出元素或特征与其它任何列出元素或特征的结合。例如，短语“A和B中的至少一个；”、“A和B中的一个或更多个；”以及“A和/或B”的意思都是“只有A，只有B，或A和B一起”。类似的解释也适用于包括三个或更多项的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一个；”、“A、B和C中的一个或更多个；”以及“A、B和/或C”，都意味着对“只有A，只有B，只有C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，或A和B和C一起。”。以上在权利要求中，使用术语“基于”的意思是“至少在部分上基于”，这样也允许有未列出的特征或元素。

前面的说明书中所阐明的实施方案并不代表所有与本文所述主题一致的实施方案。相反，它们只是与涉及所述主题的方面一致的一些示例。尽管在本文中详细描述了一些变体，但是也可以有其它的修改或添加。具体地，除了本文所述的之外，还可以提供更多的特征和/或变体。例如，上面描述的实施方案可以针对公开的特征的各种组合和子组合，和/或除了本文所述的那些特征之外的一个或更多个特征的组合和子组合。此外，要达到满意的结果，在附图中所显示的逻辑流程和/或在本文中描述的逻辑流程并不要求所显示的具体顺序或连续顺序。以下权利要求的范围可以包括其他实施方式或实施方案。

Claims (16)

1.用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其包括：

光源，其邻近输液管放置，以将光直射部分输液管；

图像拍摄装置，其邻近输液管放置，并配置为拍摄所述部分输液管的第一图像和第二图像；

处理系统，其配置为：

处理所述第一图像，以用于检测主要物质中的次要物质，其中，所述次要物质以气泡的形式存在；

创建气泡的数字签名，所述数字签名识别用来跟踪和分析所述气泡的气泡轮廓；

识别所述气泡在所述第一图像中的第一位置；

分析所述第二图像，并识别所述气泡在所述第二图像中的第二位置；

计算所述第一位置和所述第二位置之间的距离，并确定所述距离是否在预定范围内，其中，给定所述部分输液管内液体的流速的情况下，所述预定范围表示气泡能够移动的最小距离和最大距离；

如果所计算的距离超出了所述预定范围，则确定大于一个的气泡经过了所述部分输液管；

如果所计算的距离在所述预定范围内，则连同气泡的数字签名一起，确定正在跟踪同一个气泡。

2.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述图像拍摄装置是数码摄像机。

3.根据权利要求2所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述数码摄像机是红外摄像机。

4.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述图像拍摄装置是摄影机。

5.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述光包括红外光。

6.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述图像拍摄装置相对于所述输液管，与所述光源呈一定角度放置。

7.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述图像拍摄装置与所述光源成直线放置，所述系统进一步包括背景，其放置于所述输液管的相对于所述图像拍摄装置和所述光源的对面侧。

8.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述处理系统进一步配置为确定所述光穿过所述主要物质和所述次要物质中的至少一种时的折射。

9.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述图像拍摄装置的帧率取决于液体的流速。

10.根据权利要求1所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的系统，其中，所述处理系统进一步配置为确定所述气泡的属性，其中，所述属性包括移动速度、移动方向、体积、尺寸，以及组成所述气泡的物质类型中的一个或更多个。

11.用于跟踪药物输液管内的气泡的方法，其包括：

利用图像拍摄装置来拍摄容纳主要物质的部分输液管的第一图像；

确定所述输液管是否容纳次要物质，其中，所述次要物质以气泡的形式存在；

创建气泡的数字签名，所述数字签名识别用来跟踪和分析所述气泡的气泡轮廓；

利用处理系统识别所述气泡在所述第一图像中的第一位置；

利用所述图像拍摄装置来拍摄所述部分输液管的第二图像；

利用处理系统识别所述气泡在所述第二图像中的第二位置；

利用处理系统计算所述第一位置和所述第二位置之间的距离；

利用处理系统将所计算的距离与预定范围进行比较，其中，给定所述部分输液管内液体的流速的情况下，所述预定范围表示气泡能够移动的最小距离和最大距离；

如果所计算的距离超出了所述预定范围，则确定大于一个的气泡经过了所述部分输液管；

如果所计算的距离在所述预定范围内，则连同气泡的数字签名一起，确定正在跟踪同一个气泡。

12.根据权利要求11所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的方法，其进一步包括基于所计算的距离与所述预定范围的比较，来调整所述图像拍摄装置的帧率。

13.根据权利要求11所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的方法，其进一步包括在所述第一图像和所述第二图像中的至少一幅中分析所述气泡，以确定所述气泡的属性，其中，所述属性包括移动速度、移动方向、体积、尺寸，以及组成所述气泡的物质类型中的一个或更多个。

14.根据权利要求11所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的方法，其进一步包括利用来自光源的光来照射部分输液管。

15.根据权利要求14所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的方法，其中，所述图像拍摄装置相对于所述输液管，与所述光源呈一定角度放置。

16.根据权利要求14所述的用于跟踪药物输液管内的气泡的方法，其中，所述图像拍摄装置与所述光源成直线放置，气泡跟踪系统进一步包括背景，其放置于所述输液管的相对于所述图像拍摄装置和所述光源的对面侧。