CN110603066B

CN110603066B - 注射设备的尖端确定器

Info

Publication number: CN110603066B
Application number: CN201880029773.9A
Authority: CN
Inventors: A·塔沃; M·J·海耶斯; Q·勒马斯内; F·珍妮洛特
Original assignee: Ares Trading SA
Current assignee: Ares Trading SA
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2038-05-03
Also published as: EP3618906A1; KR20200003410A; JP7032439B2; JP2020518387A; US11559634B2; CA3061648A1; US20200054842A1; KR20230113834A; IL270332B2; IL270332A; EP3398637A1; AU2018262696A1; CN110603066A; WO2018202806A1; AU2018262696B2; IL270332B

Abstract

一种系统，该系统通过沿着路径(108)移动针，将来自两个源的光照射到路径的各个部分上，以及分析被针反射的从各个光源接收到的信号来确定皮下注射针(104)的尖端(106)的位置。

Description

注射设备的尖端确定器

领域

本公开涉及一种用于确定针的尖端的位置的系统，并且特别地但不限于，涉及一种用于确定诸如自动注射器之类的医疗设备内的皮下注射针的尖端的位置的光学检测器系统。

背景

对于某些医疗状况的治疗可能需要频繁的药剂给药。通常使用具有皮下注射针的针筒完成的经皮注射是进行药剂给药的常见方法。自动化的手持式注射设备(自动注射器)允许用户将诸如针筒之类的药剂容器放置在自动注射器内部，并在自动注射器的致动之际将预定剂量的药剂注射到他们的体内。不同类型的注射(例如静脉内、肌肉内和皮下注射)需要不同的针刺深度。

发明内容

本发明的各方面和特征在所附权利要求中阐述。

附图简述

现在将参考附图说明本公开的示例，其中：

图1示出了注射系统的示意图；

图2示出了在针平面处的光分布图；

图3示出了当针沿着轨迹前进时由信号生成器生成的信号的曲线图；

图4示出了信号处理链；

图5示出了由光源和信号生成器生成的信号的示意表示；

图6示出了信号处理流程图；

图7示出了针对信号生成器的电路设计的示例；

图8示出了另一注射系统的示意图；

图9示出了另一注射系统的示意图；

图10示出了另一注射系统的示意视图；以及

图11示出了又一示意性注射系统。

在整个说明书和附图中，相同的附图标记指代相同的部件。

详细描述

图1示出了自动注射器100，以供检测自动注射器100的针104的尖端106的位置。自动注射器100具有壳体102，壳体102可以被打开以便插入要么具有针104要么接合了可移动针104的针筒或其他药剂容器(诸如药筒)103。针104是皮下注射针，其尖端106适合于刺穿患者的皮肤。自动注射器100可被用来将预定剂量的药剂注射到患者体内。一旦药剂已被给药并且针104从患者抽出，用户便可以打开壳体102并移除药剂容器103。此外，当需要再次注射时，用户可以打开壳体102，插入另一药剂容器，并重复该过程。自动注射器壳体102包含致动器112，该致动器可以是线性致动器并且可操作以使针104沿着针路径108移动。将针被放入自动注射器时，针的长轴位于针路径上。壳体102还包括孔110，针104可通过该孔突出超过壳体102以便对患者进行注射。致动器112的操作致使针104在A-B方向上移动，例如以便致使针104在B方向上朝孔110移动并最终突出超过它，或者替代地致使针104在相反方向上(在A方向上)移动，并在壳体102内后退回缩。

自动注射器100还具有第一发光二极管(LED)114、第二LED 116和光电二极管检测器118。LED和光电二极管检测器118被定位在印刷电路板(PCB)122上，并且被电耦合至处理器120。处理器120在根据下面描述的方法用于确定针尖106的位置时可以被称为位置确定器。致动器112也被电耦合到处理器120/位置确定器。致动器120基于移动的致动器组件的位置生成信号，并将该信号发送到处理器120。

致动器112被布置成使针104沿着轨迹或路径108移动。在延伸阶段，致动器112沿着路径108朝向且穿过孔110驱动针104，直到针104的至少一部分(包括针尖106)在外部突出超过孔110。在该阶段期间，致动器112沿路径108以基本恒定的速度推进针104。例如，致动器112可以以6.6、10或20mms^-1驱动针104。一旦针尖106突出超过壳体102的内部，其便可被用来刺穿患者的皮肤。致动器112可以继续使针104沿着路径108前进，直到达到所需的注射深度为止。致动器112还被布置成按压针筒或药筒的柱塞，以便经由针104将药剂给药到患者体内。

在回缩阶段期间，致动器112可以使针104沿着路径108在与延伸阶段期间所使用的方向相反的方向上移动，以便从患者体内抽出针104并将其回缩到壳体102内部。

LED 114、116在PCB 122的表面上彼此毗邻地定位。第一LED 114被布置成在针路径108的第一部分115上发光。在图1中使用虚线示出了来自第一LED 114的光。第二LED 116被布置成在针路径108的第二部分117上发光。在图1中使用点状虚线示出了来自第二LED116的光。对于已被安装在自动注射器100中的针104，路径108一般大体上沿着针104的长轴延伸，但是其他路径可以被采用。从完全回缩的位置开始，当针104在延伸阶段沿路径108在A方向上移动时，针尖106遇到路径108的第一部分115，接着是路径108的第二部分117，并接着是孔110。在图1中，针尖106已前进通过路径108的第一部分115和第二部分117，但尚未到达孔110。

自动注射器100还包括信号生成器130，该信号生成器包括光电二极管检测器118。光电二极管检测器118被定位在PCB 122的表面上。光电二极管检测器118可以是宽接受角检测器。光电二极管检测器118可以接收和检测既被第一LED 114发射又被针104反射的光。光电二极管检测器118还可以接收和检测既被第二LED 116发射又被针104反射的光。光电二极管检测器118可以被布置在PCB 122上的第一LED 114和第二LED 116附近以便接收由针104反射的光，所反射的光与其同针104的入射角成大致180°。这种布置可以减少由光电二极管检测器118接收的环境光的量。

使用透镜124对来自每个LED的光进行阻挡和引导。透镜124是被安装在PCB 122上的定制双锥形或棱镜部件。透镜124被定位在第一LED 114和第二LED 116上，从而允许创建包括源自每个LED的光平面的狭窄的光平面。这两个光平面在跨针行进的方向稍微分开的空间位置处具有强度最大值。透镜124允许由第一LED 114和第二LED 116发出的光被成形和准直。

图2示出了实验上获得的来自针路径108处的每个LED的光强度分布的曲线图。y轴示出了由定位在沿针路径108的各个点处的检测器接收到的归一化光强度。这样的检测器通常不是自动注射器100的一部分，而是放置在沿针路径108的各个点处，以便绘制来自路径108处的每个光束的光强度分布。x轴示出了沿检测器的路径108的位置，以mm为单位且原点在零mm处，其代表了在由第一LED 114发出的第一光束和由第二LED 116发出的第二光束之间的沿路径108的位置。

左侧的迹线202表示由第一LED 114发出且由光检测器在沿针路径108的某些位置处检测到的光强度。右侧的迹线204表示由第二LED 116发出且由光检测器在沿针路径108的某些位置处检测到的光强度。如本领域技术人员将领会的，来自第一LED 114和第二LED116的相应光束在空间上是分开的。

左侧202的迹线与路径108的第一部分相关联，其由第一LED 114照明。右侧204的迹线与路径108的第二部分相关联，其由第二LED 116照明。第一部分和第二部分可以在路径108上交叠，并且也可以包含路径108的不同区域。

来自第一LED 114的光的强度分布在路径的第一点206上可处于最大值。来自第二LED 116的光的强度分布在路径的第二点208上可处于最大值。路径上的第一点204位于沿着路径的与该路径上的第二点208不同的位置处。由第一LED 114和第二LED 116发出的光的照明分布分别以路径的第一点206和第二点208为中心。

现在将参考图1至图3就操作方面来描述该系统。

图3是示出当针104沿着路径108移动时由信号生成器130生成的第一信号302和第二信号304的幅度的曲线图。x轴示出针尖106在路径108上的位置。

当针104被完全地回缩时，来自第一或第二光源的可忽略不计的光量入射在针104、针尖106或光电二极管检测器118上。随着致动器112将针104从完全回缩的位置沿着路径108在B方向上移动，针104前进到路径108的第一部分115中，并进入由第一LED 114发出的光中。随着针104沿着路径108进一步前进，来自第一LED 114的光入射在针104的更多部分上，并因此由第一LED发出的更多的光被针104反射。光电二极管检测器118以及信号生成器130接收该反射光的至少一部分，并生成第一信号302。第一信号302代表由信号生成器130接收的光的量，该光既被第一LED 114发射又被针104反射。随着针104的更多表面前进到路径108的第一部分115中，即随着来自第一LED 114的更多光入射在针104的反射表面和针尖106上，第一信号302的幅度增加。

随着致动器112继续在B方向上推进针104，针104进入路径108的第二部分117中，并进入由第二LED 116发出的光中。随着针104沿着路径108进一步前进，来自第二LED 116的光入射在针104的更多部分上，并因此由第二LED发出的更多的光被针104反射。信号生成器130接收该反射光的至少一部分，并生成第二信号304。第二信号304代表由信号生成器130接收的光的量，该光既被第二LED 116发射又被针104反射。随着针104的更多表面前进到路径108的第二部分117中，即随着来自第二LED 116的更多光入射在针104的反射表面和针尖106上，第二信号304的幅度增加。

如从图3可以领会的，第一信号302的幅度随着针104沿着路径108延伸而增加。第一信号302的幅度随着针104沿路径108在B方向上前进的增加与路径108的第一部分115的被针104占据的比例中的增加相关联。随着针104占据第一部分的比例渐增直到路径108的第一部分115的大约一半被针104占据，第一信号302的幅度迅速地增加。随着第一部分的一半以上被针104占据，第一信号302的幅度更加缓慢地增加。随着针104占据路径108的第一部分115的大部分或全部，第一信号302的幅度停止增加。

类似地，第二信号304的幅度随着针104沿路径108进一步延伸而增加。路径108的第二部分117由第二LED 116照明，并且第二信号304的幅度随着针104沿着路径108朝向孔前进的增加与第二部分117的被针104占据的部分中的增加相关联。随着针104占据第二部分的比例渐增直到路径108的第二部分117的大约一半被针104占据，第二信号304的幅度迅速地增加。随着第二部分117的一半以上被针104占据，第二信号304的幅度更加缓慢地增加。随着针104占据路径108的第二部分117的大部分或全部，第二信号304的幅度停止增加。

除了描绘第一信号302和第二信号304之外，图3所示的曲线图还描绘了随着针104沿路径108移动时第一信号和第二信号304的微分比(differentiated ratio)306。微分比306也可被称为微分比率计量信号。通过对第一信号302和第二信号304的比率进行微分来计算微分比306。当第一信号304与第二信号304之间的幅度中的差异处于最大值时，第一信号302与第二信号304的比率的微分达到峰值308。

当微分比306处于最大值308时的针104的位置310由第一LED 114发射到路径108上的光和第二LED 116发射到路径108上的光的空间间隔来确定。当微分比306处于最大值时的针的位置310位于路径的点206和208之间。在一些示例中，当微分比306处于最大值308时的针的位置310可以是针尖106沿着路径108已前进得足够远以反射第一LED 114所发出的光但尚未沿路径108前进得足够远以反射第二LED 116所发出的光的点。

与微分比306的最大值308相关联的针的位置310可以是沿着路径108的预定位置。例如，点310可以在路径的第一部分115与路径108的第二部分117之间的一半，和/或路径上的第一点206与路径108上的第二点208之间的一半。预定位置可因而通过透镜124以及第一和第二LED 114、116的设计和放置来被预先确定。制造容差可以通过校准来得到补偿。

第一信号302和第二信号304以及微分比率计量信号306因变于x，即针104在针路径108上的位置。相应地，这些信号也因变于致动器112的延伸量。致动器的延伸量可以与致动器112的移动组件的位置相关联。因此，针尖沿着路径的位置也因变于致动器的延伸。致动器可具有若干明确定义的位置，诸如致动器内的丝杠的位置或旋转度。致动器基于致动组件的延伸量生成信号，并将该信号发送给处理器。在一些示例中，系统在微分比例计量信号处于最大值时记下致动器信号。该系统由此通过参考致动器所生成的信号(该信号代表致动器的延伸)来允许针尖的位置在继针尖位置的初始确定之后的任何时间点被确定。

因此，可以在针104沿着路径108移动并穿过由第一LED 114和第二LED 116发出的光时通过找到微分比例计量信号306的峰值308来定位针尖106。当微分比306计量信号的峰值308被定位时，处理器120可操作以记录致动器112的延伸。致动器118的延伸因而在微分比率计量信号306处于最大值308时被记下。当微分比例计量信号306处于最大值308时的致动器118的延伸可以与针尖106处于预定位置310相对应。当知晓微分比例计量信号处于最大值时致动器112的延伸，则在已知任何后续时间处致动器112延伸的情况下，处理器120可以计算针104在该后续时间处的位置。

对针104的尖端106的位置的确定允许任何后续注射的深度得到计算。位置310和孔110之间的固定距离也可以作为注射深度的计算的考虑因素。

比率计量测量是有益的，因为其对针大小的变化不敏感，且因此对信号幅度不敏感。在信号采集期间，可以使用以下公式比较两条曲线的比率：

R(x)＝S₁(x)/S₂(x)

其中x表示针104沿路径108的位置，并且S1(x)和S2(x)分别对应于第一信号302和第二信号306，而R(x)则是S1(x)和S2(x)的比率。R的斜率，即微分比306，由下式给出：

时分复用(TDM)可被用来对第一信号302和第二信号304进行编码，以便能够在它们之间进行辨别－例如，在无法对由LED 114、116生成的光在光学上进行微分的情形中。

当然，应当领会，也可以首先对S1(x)和S2(x)中的每一者进行微分，并接着取经微分的信号的比率。这种办法还将导致类似于图3所示的306和308的信号和曲线。如果致动器112以恒定或基本恒定的速度移动，则应当领会，还可以相对于时间而不是x进行微分。

图4示出了可被用来执行时分复用过程的信号处理链。该办法基于跨阻抗放大器技术以及检测侧的LED调制和后续解调。信号处理链400包括信号生成器130。现在将描述信号处理链400的操作。

LED驱动器402被布置成向第一和第二LED 114、116中的每一者供电。调制器404被布置成调制由LED驱动器402提供给每个LED 114、116的功率。LED驱动器402和调制器404被布置成分别打开和关闭第一和第二LED 114、116中的每一者，以便生成光脉冲。

由第一LED 114发出的光的脉冲经由透镜124被传输并由针104反射到信号生成器130。信号生成器130包括光电二极管检测器118、放大器410、被布置成处理第一未经处理的信号的第一解调器412以及被布置成处理第二未经处理的信号的第二解调器414。低通滤波器416被布置成从第一解调器412接收第一经解调的信号，并且第二低通滤波器418被布置成从第二解调器414接收第二经解调的信号。第一低通滤波器416和第二低通滤波器418两者被布置成将各自的经解调的、经滤波的信号传递至模数转换器420。模数转换器420接着将由信号生成器生成的数字信号传递给处理器。

调制过程是有益的，因为其有助于减少信号中由环境光导致的噪声。环境光可能例如通过壳体102中的小间隙或通过孔110进入自动注入器100的壳体102，并且可能入射在光电二极管检测器118上。通过调制由第一和第二LED 114、116发出的光，并且解调由信号生成器接收的未经处理的信号，由信号生成器130接收的未经处理的信号中的任何噪声可以被移除。

图5示出了下列各项的示意表示：由第一LED 114生成的光501、502、503的脉冲，由第二LED 116生成的光524、525、526的脉冲，以及由信号生成器130生成的未经处理的信号531-536。图5的顶行510示出了其中第一LED 114被驱动打开和关闭三次以给出三个光脉冲501、502、503的示例。如果针104占据的位置使得这三个脉冲可以被针104反射，则这三个脉冲由光电二极管检测器118检测到。图5的底行530示出了当检测到由第一LED 114发出的三个光脉冲531、532、533时由光电二极管检测器118生成的未经处理的信号。图5的中间行520示出了在不同的时间用第二LED 116重复类似的过程，其中三个光脉冲524、525、526被生成，而底行530则示出了当检测到由第二LED 114发出的三个光脉冲524、525、526时由光电二极管检测器118生成的未经处理的信号534、535、536。

由光电二极管检测器118生成的未经处理的信号被传递到放大器410，并接着传递到一对解调器412、414以分别对第一和第二未经处理的信号进行单独解调，以便生成相应的第一和第二信号202、204。第一和第二未经处理的信号在被传输到模数信号转换器420之前各自被传递通过相应的低通滤波器416、418。

将领会的是，上面描述的时分复用(TDM)方法是可以如何使用时分复用以基于由第一LED 114和第二LED 116发出的相应光来生成两个独立信号的示例，并且可以等同地采用其他合适的TDM技术。

图6示出了信号处理工作流的示例。初始地，由光电二极管检测器118检测到的光经历时分复用过程以生成与第一LED 114发出的光相关联的第一未经处理的信号602以及与第二LED 116发出的光相关联的第二未经处理的信号622。低通滤波器604、624被应用于相应的未经处理的信号602、604中的每一者，以移除任何高频噪声分量。高通滤波器606、626被接着应用于经低通滤波的信号。如已知的，可以使用简单的高通滤波器来获得微分器的功能，并因此可以使用高通滤波器来对相应的经低通滤波的信号进行微分。信号阈值608、628被应用于每个经高通滤波的信号，以移除低幅度处的任何显著的噪声分量，并且在630处，所得到的信号的比率被取得。最后，在640处，经微分的比率计量信号被输出。

图7示出了针对信号生成器130的电路设计的示意图。信号生成器130可以被布置成根据上面描述的方法来处理光信号。该图示出了一电路，该电路依赖于跨阻抗放大器继以解调器750和低通滤波器760。低通滤波器760可以具有等于输入信号的带宽的最高界限的截止频率。该电路可以包括光电二极管118、电阻器、放大器、开关网络(解调器)750、三阶低通滤波器760、差分放大器、电容器、数字输入，以及模数信号转换器420。

本文中所描述的办法使得对针尖位置的检测能够达到高程度的准确度，以使得使用自动注射器进行的注射可被赋予准确的深度。

用于药剂的自动注射器的每个部件以及实际上药剂容器本身是使用例如注塑成型技术被制造成特定规格和特定容差的。将具有容差的多个部件(诸如针筒柱塞和多个致动器)放在一起会导致不可避免的“容差堆栈”。自动注射器通常还允许用户移出并插入药剂容器(诸如针筒)，这意味着该容器可能被错误地插入到壳体中。容差堆栈以及针筒在自动注射器中的可变放置和取向可能导致在任何一个时刻与针尖位置相关联的相对大的误差。这会在注入深度的任何计算中创建对应的误差。

本文中所公开的系统可被用来确定针尖的准确位置，这减轻了与“容差堆栈”相关联的误差并进而允许计算出更准确的注射深度。

存在与本发明的系统相关联的其他优点，例如将光电二极管检测器定位成与第一LED和/或第二LED毗邻或至少靠近第一LED和/或第二LED意味着光电二极管检测器被定位成检测已由针反射过大致180°的信号。这减少了对从光入口进入自动注射器的环境光的检测。

应当领会，虽然已经描述了包括光电二极管检测器的信号生成器，但是可以使用任何其他合适的光电检测器、光检测器或光传感器，例如电荷耦合器件(CCD)、光电电阻器、光电晶体管、或半导体检测器。

还应当领会，虽然已经描述了包括LED的系统，但是可以采用除LED之外的任何其他合适的光源，诸如激光器。

在一些示例中，孔可包括可移动以遮挡和解锁孔的快门(shutter)。快门可以由处理器操作。该快门可操作以刚好在针延伸穿过孔之前解锁孔，并且当针在壳体内后退回缩时再次遮挡孔。来自系统的信息(例如有关针尖位置)可以馈送到快门何时应当打开的计算中。遮挡孔减少可能入射在信号生成器上的环境光的量，并因此可以减少与定位针尖位置相关联的误差，其还可以帮助保持自动注射器的内部清洁。作为另一种可能性，孔可以机械地耦合到药剂容器和/或针，以使得针沿着针路径朝向孔的前进致使快门打开，并且针从孔后续缩回致使快门关闭。

在另一示例中，第一LED和第二LED可以由单个LED或另一单个光源代替，并且滤光器可被用来创建两个“有效”光源。例如，单个LED可以照射在两个滤镜上，这两个滤光器可控制以在不透明状态和透明状态之间改变。利用入射在两个滤光器上的来自单个光源的光，可以驱动滤光器以便(例如根据图5)生成光脉冲，以模拟两个光源。

在另一示例中，第一LED和第二LED可以发出具有不同频率的光。然后可以通过频率特定的光电检测器使用频分复用将第一信号和第二信号分离到相应的通道中。

转到图8，在另一示例中，取代使针路径108的第一部分115被来自第一LED 114的沿路径108在第一点206处具有强度最大值的光照明以及使针路径108的第二部分117被来自第二LED 116的沿路径108在第二点208处具有强度最大值的光照明，可以采用光学组件(诸如透镜824)以便生成两个窄光束或光平面。替代地，可以用相应的激光器代替LED。在这种示例中，由来自第一LED 114的光照明的路径108的第一部分815不与由第二LED 116照明的路径的第二部分817交叠。来自第一和第二光束两者的照射在路径108上的合成光是共面且经准直的。在该示例中，检测针位置的方法在功能性上等同于上面描述的方法，并且该系统能够检测针尖106何时基本上位于路径108的第一部分815和第二部分817之间的一半。

转到图9，在另一示例中，信号生成器920可以包括第一光电二极管检测器921和第二光电二极管检测器922，二者均被定位成接收由第一LED 114和第二LED 116发出的相应光。如本领域技术人员将领会的那样，该办法可以简化上面详述的信号处理步骤。

尽管已经描述了该系统具有布置在PCB 122上的一个透镜以便聚焦从第一LED114和第二LED 116两者发出的光，但是本领域技术人员还将领会到，可以在该系统中使用两个相应的透镜；每个LED一个。

在该系统的一些变体中，传感器可能无法针对针的所有取向等同地工作。例如，在针尖具有斜切表面的情况下，当针尖的斜切表面将光朝向光电二极管检测器反射时会生成异常反射。解决该问题的一种方式是使用两个光源和两个光电二极管检测器，并且将第一光源及其相关联的光电二极管检测器相对于第二光源及其相关联的光电二极管检测器正交地定位。以这种方式，可以通过参考由第二光电二极管检测器接收到的信号来计及由于在第一光电二极管检测器处的特定针取向而引起的异常信号。

在一个示例中，第三LED和第四LED位于自动注射器壳体中。这些LED被定位成在朝着针的路径的方向上但是在与第一LED和第二LED所发射的光的方向不同(例如，与之正交)的方向上发光。第二光电二极管检测器可以被定位成检测既被第三和第四LED之一发射又被针反射的光。在该示例中，第三LED、第四LED和第二光电二极管检测器以与上文关于第一LED、第二LED和第一光电二极管检测器所描述的几乎相同的方式与处理器和致动器一起操作。将第三和第四LED布置成在与第一和第二LED所发射的光正交的方向上发光，减少了各系统之间“串扰(crosstalk)”的光量。在两个独立平面中使用信号意味着针的非斜切表面将始终面向诸检测平面中的至少一者，从而导致在这些平面的至少一者中获取合适的信号。

转到图10，在另一示例中，系统光学器件(诸如第一LED 114、第二LED 116和光电二极管检测器118)相对于针移动。这种移动可以被称为扫描。第一LED 11、第二LED 116和光电二极管检测器118被定位在印刷电路板(PCB)122上，并且被电耦合至处理器120。光学器件致动器112’被布置成使PCB 122在自动注射器100的壳体102内沿由图10上的箭头A-B限定的方向移动。透镜124也可以被耦合到可移动PCB。

在该示例中，取代使针相对于由光源(诸如固定LED)发出的光移动，通过致动器112’使光源(在该情形中为LED)相对于针移动。针本身也可以通过致动器112在A-B方向上移动。因此，系统光学器件和针104的相对移动可以通过致动器112、112’中的一者或两者来实现。致动器112和112’一起操作以形成致动系统。

图10的系统以与上面描述的系统类似的方式操作。当第一LED相对于针106移动时，来自第一LED 114的光可能变得入射在更大比例的针104上。当这发生时，由第一LED发出的更多的光被针104反射。由光电二极管检测器118接收的光量(其既被第一LED 114发射又被针104反射)增加，并且因此由信号生成器130生成的第一信号302的幅度增加。类似地，如果由第二LED116发出的光的较大部分入射在针104上，则由光电二极管检测器118接收的光量(其既由第二LED 114发射又被针104反射)增加。因此，由信号生成器生成的第二信号306的幅度增加。

该系统可以基于第一信号302和第二信号304之间的关系来确定针尖106的位置，如上面所描述。来自致动系统的信号也可以被纳入考虑，以使得针尖在致动系统的所有位置处的位置可以被确定。

应当领会，在该示例中，是针与光源所生成的光的相对移动允许系统检测针尖的位置，并且许多致动器配置是可能的。

转到图11，在另一示例中，致动系统可以跨针扫描来自两个光源(在该情形中，第一LED 114和第二LED 116)的光。致动系统可以通过旋转LED以改变光在针上的入射角和/或通过选择性地改变透镜124的一个或多个属性(诸如透明度、折射率和/或此类属性在透镜内的分布)来实现这一点。如通过图11中的示例所示，扫描过程致使来自第一LED 114的光照射在针路径108的一部分115上。在图11中，路径115的该部分被针104占据。扫描过程还致使来自第二LED 116的光照射在针路径117的第二部分上。在图11中，路径的部分117被针104部分地占据。

致动系统操作以改变第一LED 114和第二LED 116相对于针104发射光的方向。在图11中，通过致动系统的操作，来自第一LED 114的光变得入射在路径的另一部分115’上。路径的部分115’不同于路径的部分115。以这种方式，由第一LED 114照明的针路径的区域被改变。类似地，致动系统操作以改变路径的被第二LED 116照明的部分。在图11中，通过致动系统的操作，来自第二LED 116的光变得入射在路径的另一部分117’上。路径的部分117’不同于路径的部分117。

本领域技术人员将理解，该示例中的系统以与上面描述的几乎相同的方式操作。当来自第一LED 114的光沿针路径被扫描时，光电二极管检测器将根据针104反射多少光来收集不同的光量。类似地，当来自第二LED 116的光沿针路径被扫描时，光电二极管检测器将根据针104反射多少光来收集不同的光量。由针反射的光量因变于针104所占据的路径的被照明部分的比例。

如在其他示例中一样，随着来自第一LED 114的光沿路径108被扫描并变得入射在更大比例的针104上，由第一LED 114发射的更多的光被针104反射。由光电二极管检测器118接收的光量(其既被第一LED 114发射又被针104反射)增加，并且因此由信号生成器130生成的第一信号302的幅度增加。以与来自第二LED 116的光沿路径被扫描类似的方式生成第二信号。

在所公开的示例中，词语“路径”可以指的是当针被插入自动注射器中时至少部分地被针占据的空间区域。当针被插入自动注射器中时，针尖被定位在路径上。该路径可以从紧邻针尖的空间中的一点延伸，并且可以沿着针的中空中心延伸。

作为另一种可能性，针不沿着路径连续地移动，而是改为前进并停在沿针路径的某些位置处。在该示例中，都因变于x的第一信号和第二信号可以在x的某些离散值处被收集，这些x的离散值与针停止所处的位置相对应。当微分比率信号的最大值被确定时，也可以以在功能性上与上面描述的方式等同的方式确定与微分比率计量信号峰值的位置相对应的致动器的延伸位置。如上面已描述的，该确定允许针尖在后续时间处的位置被确定。

尽管上面的描述已经提到了被用来确定针的位置的第一信号和第二信号之间的微分比率关系，但是应当领会，可以使用各信号之间的其他关系。例如，当针尖被基本上定位在路径的第一部分和第二部分之间的一半时，微分差异曲线将给出一个峰值。可以采用其他关系，诸如第一信号和第二信号之间的简单比率或简单差异。

一旦微分比例计量信号的峰值已被定位，对后续针尖位置的确定便可以按多种方式发生。例如，当针到达微分比率计量信号取最大值所处的位置时，处理器可操作以生成时间戳。给定针在其沿路径前进时的速度，以及针驱动机构/致动器与针尖位置在微分比率计量信号的峰值已被达到的时点的时间之间的同步的知识，针在后续时间处的位置可以由处理器计算。相应地，针尖已被插入患者皮肤的深度可被确定。

如本领域技术人员将领会的，可以用任何合适的控制装置来代替处理器，例如可以采用专用集成电路(ASIC)。

本文公开了一种用于检测针尖的位置的系统，该系统包括第一光源和第二光源。光检测器被布置成接收由针反射的光。光检测器还被布置成当由第一光源发出的反射光被检测到时生成第一信号，以及当由第二光源发出的反射光被检测到时生成第二信号。针尖的位置可以基于第一信号与第二信号之间的关系来被确定。

本文中描述了一种系统，该系统通过沿着路径移动针，将来自两个源的光照射到路径的各个部分上，以及分析被针反射的从各个光源接收到的信号来确定皮下注射针的尖端的位置。

本文中所描述的办法可以体现在计算机可读介质上，该计算机可读介质可以是非瞬态计算机可读介质。该计算机可读介质携带被布置成用于在处理器上执行以使处理器执行本文所描述的任何或所有方法的计算机可读指令。

如本文所使用的术语“计算机可读介质”是指存储用于致使处理器以特定方式操作的数据和/或指令的任何介质。这样的存储介质可以包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘。易失性介质可包括动态存储器。存储介质的示例性形式包括软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有一个或多个孔图案的任何物理介质、RAM、PROM、EPROM、闪存-EPROM、NVRAM，以及任何其他存储器芯片或盒式存储器。

本领域技术人员将认识到，在不脱离所公开的概念的范围的情况下，可以对上面描述的示例进行多种修改、变更和组合，并且这样的修改、变更和组合应被视为在所公开的概念的范围内。

Claims

1.一种用于确定医疗设备中的皮下注射针的尖端的位置的系统，所述系统包括：

致动器，所述致动器被布置成使所述针的尖端在所述医疗设备内沿路径移动；

第一光源，所述第一光源被布置成将光照射到所述路径的第一部分上；

第二光源，所述第二光源被布置成将光照射到所述路径的第二部分上；

信号生成器，所述信号生成器被布置成在所述针沿所述路径移动之后：

基于来自所述第一光源的被所述针反射且在所述信号生成器处被接收的光来生成第一信号，以及

基于来自所述第二光源的已被所述针反射且在所述信号生成器处被接收的光来生成第二信号；以及

位置确定器，所述位置确定器被布置成基于所述第一信号和所述第二信号来确定所述针的尖端的位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置确定器被布置成基于所述第一信号与所述第二信号之间的关系来确定所述针的尖端的位置，所述关系是所述针的尖端在所述路径上的位置的函数。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述位置确定器被布置成基于所述关系达到最大值时在所述路径上所处的位置来确定所述针的尖端的位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述位置确定器被布置成基于与所述关系达到最大值时在所述路径上所处的位置相对应的所述致动器的延伸位置和所述致动器的后续延伸位置来确定所述针的尖端在所述致动器的后续位置处的位置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一和第二光源被布置成使得：

所述路径上的第一点位于所述路径的第一部分内，并且所述路径上的来自所述第一光源的光的强度在所述第一点处达最大值；以及

所述路径上的第二点位于所述路径的第二部分内，并且所述路径上的来自所述第二光源的光的强度在所述第二点处达最大值。

6.一种用于确定医疗设备中的皮下注射针的尖端的位置的系统，该医疗设备被布置成沿着自动注射器系统内的路径移动所述针的尖端，所述用于确定医疗设备中的皮下注射针的尖端的位置的系统包括：

第一光源，所述第一光源被布置成照明所述路径的相应部分；

第二光源，所述第二光源被布置成照明所述路径的相应部分；

致动系统，所述致动系统被布置成当所述针被所述设备保持以使得所述针的尖端位于所述路径上时致使：

来自第一光源的光沿着所述路径扫描，以使得所述路径的被来自所述第一光源的光照明的部分改变；以及

来自第二光源的光沿着所述路径扫描，以使得所述路径的被来自所述第二光源的光照明的部分改变；

信号生成器，所述信号生成器被布置成：

基于来自所述第二光源的被所述针反射且在所述信号生成器处被接收的光来生成第二信号；以及

7.一种包括机器可读指令的非瞬态计算机可读取介质，所述机器可读指令被安排为当由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行用于确定医疗设备中的皮下注射针的尖端的位置的方法，所述医疗设备包括被布置成移动所述针的致动器，所述方法包括：

使用所述致动器使所述针的尖端在所述医疗设备内沿路径移动；

将来自第一光源的光照射到所述路径上的第一部分上；

将来自第二光源的光照射到所述路径上的第二部分上；

在信号生成器处接收光，并且继所述针沿所述路径移动后：

基于来自所述第一光源的被所述针反射且在所述信号生成器处被接收的光来生成第一信号；

基于所述第一和第二信号确定所述针的尖端的位置。

8.根据权利要求7所述的非瞬态计算机可读取介质，其特征在于，所述针的尖端的位置基于所述第一信号与所述第二信号之间的关系来确定，所述关系是所述针的尖端在所述路径上的位置的函数。

9.根据权利要求8所述的非瞬态计算机可读取介质，其特征在于，所述位置通过确定所述关系达到最大值时在所述路径上所处的位置来被确定。

10.根据权利要求9所述的非瞬态计算机可读取介质，其特征在于，其中所述方法进一步包括：当所述针处于所述关系已达到最大值时在所述路径上所处的位置时确定所述致动器的延伸位置；以及基于所述致动器的所确定的延伸位置和后续延伸位置来确定后续针尖位置。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的非瞬态计算机可读取介质，其特征在于，

所述路径上的第一点位于所述路径的第一部分内，并且其中所述路径上的来自所述第一光源的光的强度在所述第一点处达最大值；以及

所述路径上的第二点位于所述路径的第二部分内，并且其中所述路径上的来自所述第二光源的光的强度在所述第二点处达最大值。

12.一种包括机器可读指令的非瞬态计算机可读取介质，所述机器可读指令被安排为当由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行用于确定手持式医疗设备的皮下注射针的尖端的位置的方法，所述手持式医疗设备被布置成沿着自动注射器系统内的路径移动所述针的尖端，所述方法包括：

将来自第一光源的光照射到所述路径的相应部分上；

将来自第二光源的光照射到所述路径的相应部分上；

当所述针被所述设备保持以使得所述针的尖端位于所述路径上时：

沿着所述路径扫描来自所述第一光源的光，以使得所述路径的被来自所述第一光源的光照明的部分改变；以及

沿着所述路径扫描来自第二光源的光，以使得所述路径的被来自所述第二光源的光照明的部分改变；

基于来自所述第一光源的被所述针反射且在信号生成器处被接收的光来生成第一信号；

基于所述第一和第二信号确定所述针的尖端的位置。