ES2643812T3 - Sistema de formación de imágenes óptico con múltiple detección óptica de canal de formación de imágenes - Google Patents

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ES2643812T3 ES14716492.5T ES14716492T ES2643812T3 ES 2643812 T3 ES2643812 T3 ES 2643812T3 ES 14716492 T ES14716492 T ES 14716492T ES 2643812 T3 ES2643812 T3 ES 2643812T3
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Description

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DESCRIPCION
Sistema de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes Campo tecnico
La presente divulgacion se refiere en general a una bomba de infusion con multiplexacion cromatica, en particular, la bomba usa unicas o multiples fuentes de luz, una unica lente, espejos y combinadores de haz para posibilitar el uso de un unico sensor de imagen de color para proporcionar distintas imagenes para multiples distintas porciones de la bomba.
Antecedentes
Los sensores de imagen monocromo son generalmente menos costosos que los sensores de imagen a color. Sin embargo, para multiples imagenes recibidas simultaneamente, los sensores monocromo no pueden usarse para separar las respectivas imagenes, por ejemplo, para generar, visualizar u operar en las respectivas imagenes, usando procesamiento de senal convencional. Por ejemplo, cuando un pixel en el sensor monocromo recibe luz, el sensor no puede determinar a cual de las respectivas imagenes pertenece la luz.
El documento US 2008/051732 describe dispositivos de deteccion de gota para monitorizar flujo de fluido intravenoso y mas particularmente a sensores opticos para tales dispositivos de deteccion de gota para detectar de manera fiable gotas que pasan a traves de una camara de goteo de un conjunto de infusion IV.
El documento US 2012/095433 se refiere en general a una bomba con formacion de imagenes optica para calcular el tamano de gota y caudal y para su uso en operaciones de control de bomba y alarma.
El documento US 2009/097029 se refiere al uso de un sensor de deteccion optico que detecta la presencia o ausencia de un producto en un medio de suministro de fluido.
El documento US 2009/262351 se refiere a un sensor de deteccion optico que detecta la presencia o ausencia de un producto en un medio de suministro de fluido. Por ejemplo, en un sistema de dispensacion de fluido en el que se suministran uno o mas productos, uno o mas de tales sensores podnan utilizarse para detectar la presencia o ausencia de producto dentro del medio de suministro de fluido.
El documento WO 2006/077578 describe un sistema optico para medir caudales bajos de fluido que pasan un punto de medicion en forma de gotas discretas.
El documento EP 0 569 728 se refiere a procedimientos de y/o aparatos para controlar el suministro de un lfquido y que se han ideado particularmente para controlar el suministro de agua para su uso en aparatos de humidificacion.
Sumario
De acuerdo con los aspectos ilustrados en el presente documento, se proporciona un sistema de formacion de imagenes optico para su uso con un tubo de infusion que tiene una camara de goteo que incluye una primera porcion con un tubo de goteo, una segunda porcion con un puerto de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, incluyendo el sistema de formacion de imagenes optico: al menos una fuente de luz para emitir al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz; un sistema optico que incluye una unica lente para recibir y transmitir al menos dos del primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion, el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion o el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion. El sistema optico incluye un unico sensor de imagen para recibir los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica y generar y transmitir datos que caracterizan los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica. El sistema de formacion de imagenes incluye un elemento de memoria para almacenar instrucciones ejecutables por ordenador; y al menos un procesador configurado para ejecutar las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos dos de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
De acuerdo con los aspectos ilustrados en el presente documento, se proporciona un sistema de formacion de imagenes optico para su uso con un tubo de infusion que tiene una camara de goteo que incluye una primera porcion con un tubo de goteo, una segunda porcion con un puerto de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, incluyendo el sistema de formacion de imagenes optico: una unica fuente de luz para emitir al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz; y un sistema optico que incluye una unica lente para recibir y transmitir al menos dos de: el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; y el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion; y un unico sensor de imagen de color para: recibir los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica; y generar y transmitir datos que caracterizan los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica. El sistema de formacion de imagenes incluye un elemento de memoria para almacenar instrucciones ejecutables por ordenador, y al menos un procesador configurado para ejecutar las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos dos
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De acuerdo con los aspectos ilustrados en el presente documento, se proporciona un sistema de formacion de imagenes optico para su uso con un tubo de infusion que tiene una camara de goteo que incluye una primera porcion con un tubo de goteo, una segunda porcion con un puerto de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones. El sistema de formacion de imagenes optico incluye: al menos una de una primera fuente de luz para emitir unicamente un primer espectro de luz, una segunda fuente de luz para emitir unicamente un segundo espectro de luz, o la tercera fuente de luz para emitir unicamente un tercer espectro de luz; y un sistema optico que incluye una unica lente para recibir y transmitir al menos uno de: el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; y el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion. El sistema optico incluye un unico sensor de imagen de color para recibir el al menos uno del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica y generar y transmitir datos que caracterizan el al menos uno del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica. El sistema de formacion de imagenes incluye un elemento de memoria para almacenar instrucciones ejecutables por ordenador, y al menos un procesador configurado para ejecutar las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos una de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente. El primer, segundo y tercer espectros de luz son libres de solapar longitudes de onda entre sf.
De acuerdo con los aspectos ilustrados en el presente documento, se proporciona un procedimiento de formacion de imagenes de un tubo de infusion que tiene una camara de goteo que incluye una primera porcion con un tubo de goteo, una segunda porcion con un puerto de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, que incluye: almacenar, en un elemento de memoria, instrucciones ejecutables por ordenador; emitir al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde al menos una fuente de luz; recibir y transmitir, usando una unica lente al menos dos de: el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; o el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion; recibir, usando un unico sensor de imagen, los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica; generar y transmitir, usando los unicos datos de sensor de imagen que caracterizan los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica; y ejecutar, usando el al menos un procesador, las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos dos de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
De acuerdo con los aspectos ilustrados en el presente documento, se proporciona un procedimiento de formacion de imagenes de un tubo de infusion que tiene una camara de goteo que incluye una primera porcion con un tubo de goteo, una segunda porcion con un puerto de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, que incluye: almacenar instrucciones ejecutables por ordenador en un elemento de memoria; emitir, usando una unica fuente de luz, al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz: recibir y transmitir, usando una unica lente al menos dos de: el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; o el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion; recibir, usando un unico sensor de imagen de color, los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica; generar y transmitir, usando un unico sensor de imagen de color, datos que caracterizan los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica; y ejecutar, usando al menos un procesador, las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos dos de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
De acuerdo con los aspectos ilustrados en el presente documento, se proporciona un procedimiento de formacion de imagenes de un tubo de infusion que tiene una camara de goteo que incluye una primera porcion con un tubo de goteo, una segunda porcion con un puerto de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, que incluye: almacenar instrucciones ejecutables por ordenador en un elemento de memoria; y emitir al menos uno de un primer espectro de luz unicamente usando una primera fuente de luz, un segundo espectro de luz unicamente usando una segunda fuente de luz; o un tercer espectro de luz unicamente usando una tercera fuente de luz. El procedimiento incluye: recibir y transmitir, usando una unica lente al menos uno de: el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; o el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion; recibir, usando un unico sensor de imagen de color, el al menos uno del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica; generar y transmitir, usando el unico sensor de imagen de color, datos que caracterizan el al menos uno del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica; y ejecutar, usando al menos un procesador, las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos una de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente. El primer, segundo y tercer espectros de luz son libres de solapar longitudes de onda entre sf.
Breve descripcion de los dibujos
La naturaleza y modo de operacion de la presente invencion se describira ahora mas completamente en la siguiente descripcion detallada de la invencion tomada con las figuras de los dibujos adjuntos, en las que:
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La Figura 1 es una representacion esquematica de definiciones para una bomba de infusion;
La Figura 2 es una representacion de bloques esquematica de una bomba de infusion con un sistema de formacion de imagenes optico;
Las Figuras 3A a 3F ilustran realizaciones de ejemplo del sistema de iluminacion mostrado en la Figura 2;
Las Figuras 4A a 4C son representaciones esquematicas de realizaciones para un sistema optico;
Las Figuras 5A a 5C ilustran definiciones de procesamiento de formacion de imagenes;
La Figura 6 ilustra una imagen de una gota que incluye un cfrculo incluido al menos parcialmente dentro de un lfmite externo de la gota;
La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra la operacion de una bomba con un sistema de formacion de imagenes optico;
Las Figuras 8A y 8B son detalles esquematicos para una bomba que implementa una operacion para determinar un vector de gravedad;
Las Figuras 9A y 9B son detalles esquematicos de una bomba que usa inyeccion de luz;
Las Figuras 10A y 10B son detalles esquematicos de una bomba con una disposicion deteccion de menisco;
La Figura 11 es una representacion de bloques esquematica de dos bombas de infusion con respectivos sistemas de formacion de imagenes opticos en una configuracion primaria y secundaria;
La Figura 12 es un diagrama de bloques de nivel superior que ilustra la operacion de una bomba con un sistema de formacion de imagenes optico;
La Figura 13 es un diagrama de bloques que ilustra el procesamiento de senal y control de realimentacion de ejemplo para una bomba con un sistema de formacion de imagenes optico;
La Figura 14 es un diagrama de bloques que ilustra filtracion digital de ejemplo en una bomba con un sistema de formacion de imagenes optico;
La Figura 15 es una representacion esquematica de filtracion espacial de ejemplo en una bomba con un sistema de formacion de imagenes optico;
La Figura 16 es una representacion esquematica de un sistema de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes y una unica fuente de luz;
La Figura 17 es una representacion esquematica de un sistema de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes y una unica fuente de luz;
La Figura 18 es una representacion esquematica de un sistema de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes y una unica fuente de luz;
La Figura 19 es una representacion esquematica de un sistema de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes y multiples fuentes de luz; y,
La Figura 20 es una representacion esquematica de un sistema de formacion de imagenes optico con formacion de imagenes optica de dos canales y una unica fuente de luz.
Descripcion detallada
Al principio, debena apreciarse que los numeros de los dibujos similares en diferentes vistas de dibujo identifican elementos estructurales, o funcionalmente similares, identicos de la invencion. Aunque la presente invencion se describe con respecto a lo que actualmente se considera que son los aspectos preferidos, se ha de entender que la invencion segun se reivindica no esta limitada a los aspectos desvelados.
Adicionalmente, se entiende que esta invencion no esta limitada a la metodologfa particular, materiales y modificaciones descritas y como tal, por supuesto pueden variar. Se entiende tambien que la terminologfa usada en el presente documento es para el fin de describir aspectos particulares unicamente, y no se pretende para limitar el alcance de la presente invencion, que esta limitado unicamente por las reivindicaciones adjuntas.
A menos que se defina de otra manera, todos los terminos tecnicos y cientfficos usados en el presente documento tienen el mismo significado que el comunmente entendido para un experto en la materia al que pertenece esta invencion. Aunque algun procedimiento, dispositivo o materiales similares o equivalentes a aquellos descritos en el presente documento puedan usarse en la practica o ensayarse de la invencion, los procedimientos, dispositivos y materiales preferidos se describen ahora.
La Figura 1 es una representacion esquematica de definiciones para una bomba de infusion.
La Figura 2 es una representacion de bloques esquematica de la bomba 100 de infusion con sistema 102 de formacion de imagenes optico. La bomba 100 incluye el microprocesador 104 programado especialmente, la camara 106 de goteo para conexion al tubo 108 de salida, y el tubo 110 de goteo para conectar la camara de goteo a una fuente de fluido 112, por ejemplo, una bolsa IV. El tubo de goteo incluye el extremo 114 dispuesto en la camara de goteo. El sistema de formacion de imagenes incluye el sistema 118 de iluminacion y el sistema 120 optico. El sistema 118 incluye el elemento 122 de iluminacion para transmitir luz a traves de la pared 123 de la camara de goteo en o alrededor de la gota 124 del fluido suspendido desde el extremo del tubo de goteo, por ejemplo, se ilumina uno o ambos de la gota y extremo 114. El sistema 118 tambien controla las propiedades de iluminacion de la luz transmitida a la gota. El sistema 120 recibe, por ejemplo, usando el sensor 126 optico, luz transmitida a traves de la gota, o a traves de o alrededor del extremo 114 y transmite, al microprocesador, datos 129 con respecto a la luz recibida. La bomba 100 tambien incluye el mecanismo 127 de bombeo. En una realizacion, el mecanismo incluye los restrictores superior e inferior y usa accionadores peristalticos, tales como rodillos, para desplazar fluido a traves del
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tubo 108.
Las Figuras 3A a 3F ilustran realizaciones de ejemplo del sistema 118 en la Figura 2. Como se muestra en la Figura 3A, los rayos 128 de luz desde un sistema de iluminacion colimado son paralelos. Como se muestra en la Figura 3B, los rayos 130 de luz desde un sistema de iluminacion difuso se emiten en un patron con forma de cono desde cada punto de emision de luz en un plano de iluminacion. Como se muestra en la Figura 3C, los rayos 132 de luz desde la fuente 122 de iluminacion pasan a traves de la lente 134 telecentrica y se forman en grupos de rayos 136. Los rayos en los grupos 136 son paralelos muy cercanos. Los grupos de rayos proporcionan definicion aguda de bordes de imagen y minimizan la distorsion de profundidad. Como se muestra en la Figura 3D, un elemento de iluminacion estructurado conforma la iluminacion, por ejemplo, los rayos 138, para controlar la luz lateral o indeseada y para acentuar los bordes de un objeto que se esta iluminando. Un elemento de iluminacion estructurado puede incluir la barrera 139, dispuesta entre una fuente de iluminacion y un objeto que se esta iluminando, por ejemplo, la gota 124, para conformar la iluminacion, por ejemplo, bloqueando o alternado la luz que emana desde la fuente.
La Figura 3E ilustra el uso de interferencia laser para proyectar patrones de rayas que miden la gota 124. La fuente 122 de iluminacion incluye las fuentes 187 de luz laser. Las fuentes 187 proyectan patrones de luz que consisten en muchas rayas a la vez, o de ribetes arbitrarios. Esta tecnica posibilita la adquisicion de una multitud de muestras con respecto a una imagen de gota 124, de manera simultanea. Como se observa desde diferentes puntos de vista, el patron proyectado aparece geometricamente distorsionado debido a la forma de la superficie del objeto. En una realizacion, se usan patrones de rayas paralelas; sin embargo, debena entenderse que pueden usarse otros patrones. El desplazamiento de las rayas permite una recuperacion exacta de las coordenadas tridimensionales (3D) de detalles sobre la superficie de un objeto, la superficie de la gota 124. La interferencia laser funciona con dos partes delanteras 189 planares anchas desde los haces 191 laser. La interferencia de las partes delanteras da como resultado patrones 193 regulares, de lmea equidistante o interferencia. Pueden obtenerse diferentes tamanos de patron cambiando el angulo entre los haces. El procedimiento permite la generacion exacta y facil de patrones muy precisos con profundidad de campo ilimitada. La Figura 3E es una vista superior de la bomba 100 y las fuentes 187 se muestran dispuestas radialmente alrededor del eje 195 para el tubo 110 de gota. Sin embargo, debena entenderse que son posibles otras configuraciones de las fuentes 187 con respecto a la bomba, por ejemplo, paralelas al eje 195.
La Figura 3F ilustra el uso de la lente 196 de proyeccion en el sistema 118. En la Figura 3F, la fuente de iluminacion del sistema 118 transmite la luz 197 a traves de la lente 196. La superficie 198 de la lente se modifica como es conocido en la tecnica, por ejemplo, grabada o a traves de deposicion de cromo u otros materiales, para producir un patron en la superficie. La luz 197 que pasa a traves de la lente proyecta una imagen del patron en y alrededor de la gota 124. En una realizacion, el patron 199 proyectado es en forma de una barra de intervalo constante y onda cuadrada espacial, tal como la regla de Ronchi o rejilla de Ronchi.
La fuente de iluminacion para un elemento de iluminacion estructurado puede ser colimada, difusa o telecentrica. La iluminacion estructurada puede controlar la luz lateral o indeseada y acentuar los bordes de la imagen. En una realizacion, el sistema de iluminacion incluye un elemento de iluminacion telecentrico. En una realizacion, el sistema de iluminacion incluye un elemento de iluminacion estructurado.
Volviendo a la Figura 2, el microprocesador 104 incluye el segmento 140 de procesamiento de datos y el segmento 142 de adquisicion y control de datos. La bomba tambien incluye el panel 144 de control, por ejemplo, cualquier interfaz de usuario grafica conocida en la tecnica. La salida desde el sistema optico, por ejemplo, los datos 129 desde el sensor 126, se introducen en el segmento 142. El panel 144 u otra entrada de operador, se usa para introducir un caudal deseado a traves de la camara de goteo, asf como otros datos necesarios tales como el tipo de farmaco e informacion de tratamiento. El microprocesador 104 puede ser cualquier microprocesador conocido en la tecnica.
La bomba 100 usa deteccion optica de gotas colgantes, es decir gotas que cuelgan desde o se suspenden desde el extremo 114, para medir flujo de fluido a traves de la camara de goteo al tubo de salida y para proporcionar entrada a un procedimiento de control de bomba de bucle cerrado controlado por el microprocesador. El fluido desde la fuente 112 fluye a traves del tubo de goteo hasta el extremo 114 del tubo de goteo. El fluido forma la gota 124 en el extremo 114 y cuando las condiciones en el tubo de goteo, analizadas mas adelante, son adecuadas, la gota cae desde el extremo 114 en el fluido 146 en la camara de goteo. En general, una gota colgante aumenta en volumen en proporcion a la secrecion de fluido 146 desde la camara de goteo a traves del tubo 108. Es decir, un aumento en el volumen de la gota colgante durante un marco de tiempo es igual al volumen de fluido que pasa desde la camara de goteo al tubo 108 en el periodo de tiempo. La relacion anterior esta basada en las siguientes suposiciones: el fluido desde la fuente no es comprimible; la fuente 112, el tubo de goteo, la camara de goteo, el tubo 108 y un paciente al que esta conectado el tubo 108 estan encerrados a atmosfera exterior. Cada medicion del volumen de gota se procesa para proporcionar una medicion de volumen (o masa) de fluido. Sucesivas mediciones de volumen de gota sobre intervalos de tiempo conocidos se usan por el microprocesador para calcular el caudal de fluido a traves del sistema.
Por lo tanto, en una realizacion, la operacion del mecanismo 127 de bombeo se controla por el microprocesador usando el punto de ajuste deseado para el flujo a traves de la camara de goteo y los datos con respecto a un caudal
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medido de fluido a traves de la camara de goteo. Por ejemplo, el microprocesador ejecuta un bucle de realimentacion que compara el caudal deseado con el caudal medido, y ajusta el mecanismo de bombeo para corregir cualquier desviacion entre caudales deseados y medidos.
Las Figuras 4A a 4C son representaciones esquematicas de realizaciones para el sistema 120 optico. Las realizaciones mostradas en las Figuras 4A a 4C forman imagenes conjugadas, reales, por ejemplo, de la gota 124 en una matriz de plano focal formada por el sensor 126. Las Figuras 4A y 4B usan optica refractiva, tal como unica lente 148 o combinaciones 150 de lentes, respectivamente. La Figura 4C muestra optica refractiva, tal como la combinacion 150 de lentes, y optica reflectiva, tal como el espejo 152 plegable. La lente 148, la combinacion 150 y el espejo 152 pueden ser cualquier lente, combinacion de lentes, o espejo conocidos en la tecnica. La combinacion 150 puede incluir diferentes lentes en las Figuras 4B y 4C.
Volviendo a la Figura 2, en una realizacion, el sensor optico 126 es una matriz de plano focal formada por cualquier medio conocido en la tecnica, que incluye, pero sin limitacion un dispositivo de carga acoplada (CCD), un detector CMOS, una matriz de formacion de imagenes hubrida tal como InGaAs unida a un circuito integrado de lectura CMOS. El sistema 120 incluye optica, tal como la lente 148, enfocada en la localizacion de la gota 124. Debena entenderse que puede usarse otra optica en el sistema 120. En una realizacion, la camara 106 esta sustancialmente despejada de manera optica y el sistema 118 dirige la luz a traves de las paredes de la camara al sistema optico, por ejemplo, al sensor 126. La luz puede proporcionar iluminacion trasera o lateral de la gota. En una realizacion, el sistema 102 esta configurado de manera que la gota 124 y la matriz de plano focal son conjugados opticos y la matriz de plano focal registra una imagen real de la gota. El sistema de formacion de imagenes captura imagenes de gota a una tasa suficiente para observar el crecimiento y desprendimiento de una unica gota.
En una realizacion, la bomba 100 satisface dos metricas clave con respecto a la gota 124 de formacion de imagenes. En primer lugar, la velocidad de fotograma (imagenes por segundo) es suficiente para capturar una secuencia de imagenes a medida que la gota crece en tamano y se desprende. En segundo lugar, el tiempo de exposicion (la cantidad de tiempo que se recoge la luz en el sensor para cada imagen espedfica) es lo suficientemente corto para congelar el movimiento de la gota. La bomba 100 genera imagenes con definicion de borde despejado, suficiente ampliacion (en terminos de numero de pfxeles a traves de la gota), y un numero mmimo de artefactos tal como deslumbramiento.
En una realizacion, el sistema 102 de formacion de imagenes y el microprocesador producen una imagen precisa de la gota que se analiza mas adelante como se describe a continuacion para determinar el volumen de la gota. Puesto que la gota de fluido tiene una densidad uniforme, y cualquier burbuja (oclusiones) o arrastre son lo suficientemente pequenos para que sean despreciables, en una realizacion, unicamente se mide la superficie exterior de la gota para calcular el volumen de la gota. La medicion anterior se consigue realizando formacion de imagenes de la gota con suficiente resolucion espacial para medir de manera precisa la superficie de lfmite. Una integral numerica sobre este lfmite entonces proporciona el volumen de la gotita.
Las Figuras 5A a 5C ilustran definiciones de procesamiento de formacion de imagenes. En una realizacion, se establece un fotograma de referencia/alineacion y una escala de imagen (pfxeles por mm) localizando el punto 114 de extremo del orificio del tubo de goteo, como se muestra en la Figura 5a. El punto de extremo tiene un tamano conocido y por lo tanto proporciona calibracion de escala. El punto de extremo tambien representa el lfmite superior de la gota, que se usa en calculos de volumen descritos a continuacion. En una realizacion, se identifica el vertice 154 de la gota (un punto mas alejado desde el punto fijado/de referencia) y se usa en la determinacion del volumen de la gota. Por ejemplo, el sistema optico, por ejemplo, el sensor 126, recibe la luz transmitida en o a traves del tubo de goteo y transmite, al microprocesador, datos con respecto a la luz recibida. En una realizacion, el microprocesador es para determinar, usando los datos, un lfmite de punto 114 de extremo y usar el lfmite de punto 114 de extremo como un punto de referencia para determinar un volumen, forma o localizacion de la gota, como se describira adicionalmente mas adelante.
En una realizacion, como se describira adicionalmente mas adelante, se determina la direccion de gravedad (vector 156 de gravedad) con respecto una gota 124. Un punto de referencia, por ejemplo, el lfmite del punto 114 de extremo, y el vector de gravedad se usan para establecer un fotograma de referencia para el procesamiento de imagen.
En una realizacion, el volumen de la gota 124 se calcula usando el microprocesador para recibir datos 129 y generar una imagen de la gota a partir de los datos. El microprocesador localiza un borde exterior de la gota en la imagen para definir el lfmite 157 de la gota. El microprocesador integra un area encerrada por el lfmite y calcula un volumen de revolucion para la gota con respecto al eje 159 para la gota que intersecta el extremo del tubo de goteo, suponiendo simetna de la gota con respecto al eje.
El calculo anterior del volumen de gota 124 puede calcularse usando al menos dos amplios enfoques. El primer enfoque, denominado Volumen De Lfmite Restringido y mostrado en la Figura 5B, usa la localizacion exterior de la imagen de la gota para calcular el volumen total. Cada fila 158 horizontal de datos de pixel desde la imagen tiene asociado con ella un lfmite izquierdo y derecho exterior. El area entre estos lfmites se trata como la proyeccion bidimensional de un volumen de disco circular (el volumen simetrico de rotacion del area). La imagen de la gota esta
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integrada desde el punto 114 de extremo al vertice sumando el volumen de cada fila. El Volumen De Lfmite Restringido obtiene resolucion maxima para cada fila de datos.
El segundo enfoque se denomina Volumen de Ajuste Restringido y se muestra en la Figura 5C. Es decir, el volumen de gota 124 se determina ajustando una funcion parametrica a la imagen de lfmite de la gota e integrando la funcion parametrica, de nuevo, suponiendo simetna rotacional. Existe un numero de posibles algoritmos de ajuste, como se analizara a continuacion, pero el resultado de cualquier ajuste es un conjunto de parametros para la funcion supuesta que representa el lfmite total 157. El Volumen de Ajuste Restringido suaviza el detalle de la fila.
En una realizacion, el microprocesador crea una pluralidad de imagenes temporalmente sucesivas de la gota a partir de los datos 129 y calcula un respectivo volumen para la gota en cada imagen sucesiva o calcula respectivos periodos de tiempo entre desprendimiento de gotas sucesivas desde el extremo del tubo de goteo. Por imagenes temporalmente sucesivas, queremos decir una serie de imagenes tomadas a lo largo de un periodo de tiempo en orden cronologico. El microprocesador calcula una velocidad de aumento para el volumen de la gota usando los respectivos volumenes o los respectivos periodos de tiempo. Como se ha indicado anteriormente, el flujo fuera del tubo de goteo es sustancialmente igual al aumento en el volumen de la gota; por lo tanto, los periodos de tiempo entre gotas que se despenden desde el extremo del tubo de goteo pueden correlacionarse a los aumentos de volumen de las gotas sucesivas. Por ejemplo, en una realizacion, el microprocesador calcula un respectivo volumen para la gota en cada imagen sucesiva, por ejemplo, usando las operaciones anterior y posteriormente descritas; calcula cambios en los respectivos volumenes; y calcula un caudal de fluido al tubo de salida basandose en los cambios en los respectivos volumenes. En una realizacion, el microprocesador controla el mecanismo 127 para adaptar el caudal calculado con un caudal deseado, por ejemplo, almacenado en el microprocesador.
En una realizacion, el microprocesador es para generar una alarma de flujo libre o una alarma de condicion fuera de lfmites cuando la velocidad de aumento para el volumen de las gotas supera un valor predeterminado, por ejemplo, almacenado en el microprocesador. En una realizacion, el microprocesador es para operar el mecanismo 127 para cortar el flujo al tubo de salida cuando se genera la alarma de flujo libre o la alarma de condicion fuera de lfmites. En una realizacion el microprocesador genera una alarma de oclusion aguas abajo cuando la velocidad de aumento del volumen de la gota es menor que un valor predeterminado. En una realizacion, el microprocesador determina que una gota esta ausente del extremo del tubo de goteo durante un periodo de tiempo especificado y genera una alarma de bolsa vada o una alarma de afre en lmea.
En una realizacion, la bomba incluye el procesador 163 usado para operar el mecanismo 127 para cortar el flujo al tubo de salida cuando se genera la alarma de flujo libre o la alarma de condicion fuera de lfmite. Es decir, como un factor de seguridad y redundancia, se usa un segundo microprocesador en la bomba.
La gota esta colgando inicialmente desde un punto fijado en la camara de goteo, por ejemplo, el extremo 114. En una realizacion, el microprocesador es para identificar cuando se separa la gota del punto fijado en la camara de goteo como un medio de determinacion de cuando ha alcanzado la gota el volumen maximo. El microprocesador realiza la identificacion anterior creando una pluralidad de imagenes temporalmente sucesivas de la gota y analizando estas imagenes. Por imagenes temporalmente sucesivas, queremos decir una serie de imagenes tomadas a lo largo de un periodo de tiempo en orden cronologico.
En una realizacion, el microprocesador identifica, en cada imagen sucesiva, un punto respectivo en el lfmite, por ejemplo, el vertice 154, y determina una distancia de cada punto respectivo desde el extremo 114. El microprocesador a continuacion identifica dos imagenes sucesivas de la gota en las que la distancia, anteriormente indicada, en la segunda imagen en la serie es menor que la distancia en la primera imagen en la serie. Esta reduccion de la distancia indica que la gota se desprende del punto fijado en el intervalo entre la primera y segunda imagenes, que indica adicionalmente que la gota alcanza un tamano maximo en la primera imagen. El microprocesador calcula el volumen de la gota usando la primera imagen.
La Figura 6 ilustra la imagen 160 de la gota 124 que incluye el drculo 162 al menos parcialmente incluido dentro de un lfmite 164 exterior de la gota. La Figura 6 ilustra un ejemplo espedfico del enfoque de Volumen de Ajuste Restringido. En una realizacion, el microprocesador identifica los respectivos drculos 162 dentro de cada imagen temporalmente sucesiva. Los drculos se definen parcialmente por unos respectivos lfmites 164 externos de las imagenes temporalmente sucesivas. El microprocesador identifica una respectiva localizacion, con respecto al punto fijado en la camara de goteo, para cada respectivo drculo y calcula un volumen de la gota a partir de los datos y usando los respectivos drculos.
En una realizacion, identificar la respectiva localizacion para cada dicho respectivo drculo incluye identificar la imagen que corresponde al tamano mas grande de la gota, por ejemplo, la ultima imagen antes de que la gota se desprende del punto de extremo del tubo de goteo. Por ejemplo, el microprocesador identifica un respectivo punto en cada respectivo drculo a una distancia mas alejada del punto fijado en la camara de goteo, por ejemplo, el punto 114 de extremo. El microprocesador a continuacion determina cual de los respectivos puntos esta mas alejado del punto fijado e identifica una imagen que incluye el respectivo punto mas alejado del punto fijado. Es decir, el microprocesador identifica la gota mas grande identificando la gota que tiene el drculo mas grande. En una realizacion, la gota mas grande se identifica determinando una primera imagen en la que la distancia del vertice del
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punto fijado se reduce con respecto a la distancia del vertice del punto fijado para una segunda imagen inmediatamente precedente a la primera imagen. Esta reduccion indica que la gota se desprendio del punto fijado en el intervalo entre la primera y segunda imagenes, que indica adicionalmente que la gota alcanza un tamano maximo en la primera imagen. El microprocesador calcula el volumen de la gota usando la imagen que incluye el respectivo punto mas alejado del punto fijado.
En una realizacion, el microprocesador identifica los respectivos lfmites externos para cada una de las imagenes temporales de manera que cada lfmite externo incluye un respectivo borde de la gota mas alejado del punto fijado en la camara de goteo y el respectivo cfrculo incluye el respectivo borde. Es decir, el microprocesador alinea los drculos descritos anteriormente con los bordes reales de las gotas de manera que los puntos de los drculos mas alejados del punto fijado, por ejemplo, el extremo 114, son parte del borde de la gota. En una realizacion, el microprocesador identifica respectivos arcos circulares que corresponden a los respectivos bordes y que incluye los respectivos arcos circulares en los respectivos drculos.
En una realizacion, identificar la imagen que corresponde al tamano mas grande de la gota, por ejemplo, la ultima imagen antes de que la gota se desprenda del punto de extremo del tubo de goteo, incluye usar los puntos centrales de los drculos. Por ejemplo, el microprocesador calcula los respectivos puntos 166 centrales para los drculos y calcula las posiciones de los puntos centrales con respecto al punto fijado, por ejemplo, punto 1l4 de extremo. El microprocesador a continuacion determina cuales de los puntos centrales esta mas alejados del punto fijado e identifica una imagen que incluye el punto central mas alejado del punto fijado. Es decir, el microprocesador identifica la gota mas grande identificando la gota que tiene el cfrculo mas grande. El microprocesador calcula el volumen de la gota usando la imagen que incluye el punto central mas alejado del punto fijado.
La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra la operacion de la bomba 100 con un sistema de formacion de imagenes optico. La Figura 7 ilustra un algoritmo de ejemplo usable por la bomba 100. Debena entenderse que son usables otros algoritmos por la bomba. La imagen de la gota 124 se filtra y limita para crear una imagen binaria. Las operaciones de filtro pueden incluir filtracion de mediana (para eliminar el deslumbramiento aislado), correccion de uniformidad de fondo y de imagen (para eliminar fuentes de ruido debido al ruido oscuro, ruido de lectura, no uniformidad de pixel y no uniformidad de iluminacion), y definicion de borde (usando tecnicas tales como enmascaramiento de convolucion o desenfoque). Las imagenes resultantes se limitan para producir imagenes binarias. Una imagen binaria consiste en valores que son o negros o blancos, sin valores de escala de grises intermedios. Las imagenes se procesan tambien (en paralelo con las operaciones anteriores) para encontrar la localizacion de referencia, por ejemplo, el punto 114 de extremo, usando tecnicas tales como deteccion de caractenstica, coincidencia de patron, o tecnicas de transformada tales como la transformada de Radon. La localizacion de punto de extremo se usa para formar una mascara de imagen. Una mascara afsla una region de una imagen para procesamiento adicional. El uso de una mascara aumenta la velocidad computacional, asf como elimina que se procese adicionalmente la informacion de artefactos.
En una realizacion, las imagenes enmascaradas convertidas a binario se procesan a continuacion fila a fila para hallar los lfmites derecho e izquierdo extremos. Este ajuste de lfmite restringido es una estimacion de la forma de borde de la gota. En una realizacion, las imagenes se procesan tambien usando un algoritmo de ajuste restringido. Un algoritmo de este tipo aplica restricciones basandose en suposiciones acerca de la forma de la gota segun se ha analizado anteriormente y mas adelante. Las restricciones se usan en un esquema de optimizacion de mmimos cuadrados no lineal para minimizar el error entre la funcion o funciones de restriccion parametrizada y el conjunto de imagenes de borde convertidas a binario.
Las dos aproximaciones de borde diferentes se proporcionan a un algoritmo de Estimador de Borde que compara las imagenes de ajuste restringido a imagenes de lfmite restringido. En la ejemplificacion mas sencilla, las imagenes se comparan fila a fila. Las imagenes de lfmite restringido se considera que son el resultado “correcto” a menos que se desvfen de las imagenes de ajuste restringido en mas de un cierto parametro (este parametro se ajusta durante la calibracion). Si la desviacion es demasiado grande, el valor de la imagen de ajuste restringido se usa para sustituir el de la imagen de lfmite restringido para esa fila. Lo anterior se pretende para ilustrar el concepto detras del estimador. En uso real, se usan algoritmos mas sofisticados para optimizar simultaneamente la diferencia entre las dos estimaciones iniciales. Un ejemplo de un algoritmo de este tipo es el filtro de Kalman, aunque pueden utilizarse tambien otros algoritmos familiares para los expertos en la materia.
La salida del Estimador de Borde proporciona tambien la localizacion del vertice de la gota, que se usa, por ejemplo, para calcular el vector de gravedad dependiente del tiempo. Esta operacion requiere acceso a estimaciones anteriores del valor de vertice (para calcular el cambio), y por lo tanto se almacena un numero de valores anteriores en una memoria intermedia. Se requiere el vector de gravedad para algunas de las funciones de ajuste parametrico que se usan en los algoritmos de estimacion de borde de ajuste restringido. Por lo tanto, el vector de gravedad se usa en un bucle de realimentacion para los algoritmos de ajuste de borde.
Las Figuras 8A y 8B son detalles esquematicos para la bomba 100 que implementa una operacion para determinar el vector 156 de gravedad. En una realizacion, el sistema 118 ilumina el punto 114 de extremo y la gota 124 y el sistema optico, por ejemplo, el sensor 126, recibe luz que emana desde el punto de extremo y luz que emana desde la gota y transmite datos 129 con respecto a la luz recibida. El microprocesador genera, usando los datos,
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respectivas imagenes de la gota y el extremo del tubo de goteo y localiza un vertice de la gota, siendo el vertice una porcion de la gota a una distancia mas alejada desde el extremo del tubo de goteo. El microprocesador determina, usando la localizacion del vertice, una orientacion de la gota con respecto al extremo del tubo de goteo y calcula, usando la orientacion de la gota con respecto al extremo del tubo de goteo, una orientacion de la camara de goteo. En una realizacion, el microprocesador compara la orientacion de la camara de goteo a un punto de ajuste, por ejemplo, una cierta orientacion con respecto al nivel almacenado en el microprocesador, y genera una alarma de condicion fuera de lfmite cuando la orientacion equivale al punto de ajuste o vana del punto de ajuste en una cantidad predeterminada. Por ejemplo, si la camara de goteo esta demasiado lejos del nivel, la operacion de nivel 100 puede comprometerse y se genera la alarma.
Por ejemplo, en la Figura 8A la lmea 168 para la orientacion real de la gota y el eje 170 para la camara de goteo son co-lineales. Puesto que la gota debe necesariamente alinearse con las fuerzas de gravedad (esta a nivel), la camara de goteo esta en una orientacion a nivel en la Figura 8A. Tambien, la lmea 168 esta alineada con el vector 156 de gravedad. En la Figura 8B, las lmeas 168 y 170 no son co-lineales y la camara de goteo no esta a nivel. Por lo tanto, en una realizacion, el microprocesador genera las lmeas 168 y 170 y compara las respectivas localizaciones u orientacion de las lmeas. Es decir, el microprocesador calcula la orientacion de la camara de goteo con respecto al vector de gravedad. En una realizacion, cuando se usan los datos 129 para generar respectivas imagenes durante un periodo de tiempo (imagenes temporalmente secuenciales), el vector de gravedad se determina midiendo en las imagenes del extremo del tubo de goteo y la gota, la localizacion del vertice de la gota colgante como si creciera con el tiempo y rastreando el cambio direccional dependiente del tiempo de los vertices sobre una serie de estas mediciones. En una realizacion, el lfmite del extremo 114 se calcula como se ha descrito anteriormente y el lfmite se usa como el plano de referencia para calcular la orientacion de la gota y/o la camara de goteo.
En una realizacion, el sistema de iluminacion controla las propiedades de iluminacion de la luz que ilumina el extremo del tubo de goteo y la gota y el microprocesador: identifica respectivos lfmites del extremo del tubo de goteo y la gota desde las respectivas imagenes; ajusta una funcion parametrica a los respectivos lfmites; e integra la funcion parametrica para obtener un volumen de la gota, por ejemplo, como se ha descrito anteriormente.
En una realizacion, la localizacion de punto de extremo, vector de gravedad y estimacion de borde optimo se introducen en una rutina de calculo de volumen que integra la imagen de borde usando la suposicion de “disco circular” analizada anteriormente. La localizacion del extremo del tubo de goteo se usa para determinar el lfmite superior de integracion, mientras que el vector de gravedad se usa para determinar la direccion de la horizontal (a angulos rectos al vector de gravedad). Estos valores de datos de extremo y gravedad se proporcionan junto con el volumen como salida del algoritmo. En una realizacion, el algoritmo tambien pasa los parametros del ajuste de borde, asf como datos estadfsticos tales como variaciones de ajuste. En una realizacion, la informacion anterior se usa en la cadena de procesamiento de senal digital analizada a continuacion.
Puede usarse un numero de procedimientos para ajustar una restriccion a la imagen medida. En una realizacion, un enfoque de “gota colgante”, implica resolver la ecuacion de Laplace-Young (LYE) para tension superficial. Una gota que cuelga de un punto de contacto (el punto de extremo) tiene una forma que se controla por el equilibrio de la tension superficial (relacionada con la viscosidad) y la gravedad. La suposicion es unicamente valida de manera estricta cuando la gota esta en equilibrio; las oscilaciones (debido a la vibracion o fluctuaciones de presion) distorsionaran la forma de la gota de la prediccion de Laplace-Young. Sin embargo, las pequenas oscilaciones no provocaran que el ajuste falle; de hecho, la desviacion de un ajuste es en sf misma un buen indicador de la presencia de tales oscilaciones.
En una realizacion, se usa una Transformada de Hough Circular (CHT) en la imagen para identificar el componente de la imagen que representa la parte inferior curvada de la gota. Aunque no estrictamente un “ajuste”, la CHT proporciona una representacion parametrica de la gota que esta caracterizada por el valor y origen de un cmculo. El algoritmo de CHT es representativo de una restriccion que se determina o aplica en un espacio de transformada matematica de la imagen. Otras transformadas ampliamente usadas, familiares para los expertos en la materia, son las transformadas de Fourier y de ondmula, asf como la transformada de Radon.
Los procedimientos de ajuste parametrico anteriormente descritos aplican fuertes restricciones en la posible localizacion del borde de la gota. Junto con la suposicion de continuidad (un borde de fluido no puede desviarse de sus vecinos sobre distancias suficientemente cortas), y el requisito de que el borde de la gota termine en el orificio de tubo de goteo, los procedimientos se usan para aumentar y corregir la imagen de lfmite restringido, como se ha analizado anteriormente. Otros procedimientos de ajuste funcionan de manera similar a aquellos analizados en el presente documento.
Las Figuras 9A y 9B son detalles esquematicos de la bomba 100 que usa inyeccion de luz. El tubo 110 de goteo, la camara 106 de goteo, el tubo 108, la gota 124, el sistema 120 de formacion de imagenes y el sensor 126 son como se describen para la Figura 2. El sistema 118 de iluminacion incluye la fuente 172 de iluminacion para transmitir, o inyectar, luz 174 en el tubo de goteo. La luz se refleja fuera una pluralidad de porciones de la superficie enfrentada internamente 176 del tubo de goteo y la luz reflejada se transmite a traves del punto 114 de extremo del tubo de goteo en el interior 177 de la gota 124 de manera que el interior se ilumina de manera uniforme. El sistema optico recibe luz 178 transmitida desde el interior de la gota y transmite, al procesador informatico, datos con respecto a la
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luz recibida. Los datos con respecto a la luz recibida pueden operarse despues de usar cualquiera de las operaciones anteriormente indicadas. Por ejemplo, en una realizacion, el sistema de iluminacion es para controlar las propiedades de iluminacion de la luz transmitida a la gota, y el sistema optico es para recibir luz desde la gota. El microprocesador es para: generar una imagen a partir de los datos, incluyendo la imagen un lfmite de la gota; ajustar una funcion parametrica al borde de la gota; e integrar la funcion parametrica para obtener un volumen de la gota.
Por lo tanto, la luz 174 se forma en un haz, que se inyecta en el tubo de goteo transparente para experimentar reflejo interno significativo (es decir, igual o mayor al denominado “angulo cntico”). El diametro cilmdrico del tubo provoca que los reflejos internos diverjan dentro del tubo (rellenando el diametro del tubo), mientras que las imperfecciones en la superficie del tubo introducen dispersion de luz. El resultado es que la gota se ilumina internamente. Bajo estas condiciones la optica de formacion de imagenes en el sistema 120 recibe unicamente luz que se dispersa de la superficie de la gota (no hay trayectoria de rayo directa para que la luz alcance la lente). Ademas de una imagen de borde de alto contraste, este enfoque posibilita el uso de un elemento de iluminacion muy compacto.
La Figura 10A es un detalle esquematico de la bomba 100 con una disposicion deteccion de menisco. El tubo 110 de goteo, la camara 106 de goteo, el tubo 108 y el fluido 146 son como se describen para la Figura 2. El sistema 102 de formacion de imagenes incluye la fuente de luz, por ejemplo, un laser, para transmitir luz 182 a un angulo agudo con respecto al eje 184 longitudinal para la camara de goteo, en la camara de goteo de manera que refleja la luz, en el angulo agudo, fuera de una superficie 186 de fluido agrupado en la camara de goteo. El sistema 102 tambien incluye el sensor 188, o el detector de sensibilidad de posicion, para recibir la luz 182 reflejada y transmitir, al procesador informatico, datos con respecto a la luz recibida. El microprocesador es para calcular una posicion de la superficie 186 usando los datos con respecto a la luz recibida.
La localizacion en el sensor 188 que recibe la luz 182 depende de la localizacion de la superficie 186. Los niveles 190A y 190B muestran dos posibles niveles para el fluido 146 y, por lo tanto, dos posibles localizaciones para la superficie 186. Como se observa en la Figura 10B, la luz 182A y 182b que se refleja desde los niveles 190A y 190B, respectivamente, impacta diferentes porciones del sensor 188. El microprocesador usa la diferencia entre las localizaciones en el sensor 188 para determinar el nivel de fluido 146, es decir, el menisco, en la camara de goteo. El sensor 188 puede ser cualquier detector sensible posicional conocido en la tecnica, por ejemplo, un sensor segmentado o un sensor lateral. En una realizacion, el microprocesador genera una alarma de bolsa vacfa o una alarma de aire en lmea para un caso en el que la luz transmitida desde la fuente 188 de luz no se recibe por el sistema optico, por ejemplo, la camara de goteo esta vacfa o el nivel 186 es tan bajo que la luz 182 no impacta el fluido 146.
Un detector sensible posicional segmentado incluye multiples areas activas, por ejemplo, cuatro areas activas o cuadrantes, separados por un pequeno hueco o region muerta. Cuando un punto de luz simetrico es igualmente incidente en todo el cuadrante, el dispositivo genera cuatro corrientes iguales, y el punto se dice que esta localizado en el centro electrico del dispositivo. A medida que el punto se traslada a traves del area activa, la corriente emitida para cada segmento puede usarse para calcular la posicion del punto. Un detector sensible posicional lateral incluye un unico elemento activo en el que se usa la resistencia superficial de fotodiodo para determinar la posicion. Se obtiene informacion de posicion precisa independiente del perfil de intensidad de punto de luz, simetna o tamano. La respuesta del dispositivo es uniforme a traves de la apertura del detector, sin espacios muertos.
La Figura 10B es un detalle esquematico de la bomba 100 con una disposicion deteccion de menisco. En una realizacion, el sistema 102 de formacion de imagenes incluye el espejo 192 en el lado opuesto del tubo de goteo para reflejar la luz 182 de vuelta a traves del tubo de goteo y el divisor 194 de haz para dirigir la luz reflejada al sensor 188. Esta configuracion posibilita la colocacion de toda la electronica para los componentes opticos en el mismo lado del tubo.
Lo siguiente proporciona detalle adicional con respecto a la medicion de nivel de menisco. La camara de goteo permanece parcialmente rellenada con fluido en todo momento durante la operacion. El aire atrapado en la camara de goteo esta en equilibrio de presion con el fluido por encima y por debajo del mismo. La diferencia en presion a traves del hueco de aire acciona el fluido fuera de la parte inferior de la camara de goteo y a traves de la entubacion 108 aguas abajo. El fluido entra y deja la camara de tubo de goteo continuamente a medida que la gota crece en volumen, y por lo tanto el nivel de menisco del fluido permanece casi constante. Sin embargo, los cambios en el nivel de menisco pueden tener lugar por varias razones: pueden tener lugar cambios transitorios cuando se desprende una gota y cae en el fluido por debajo; o pueden tener lugar fluctuaciones debido a las oscilaciones de presion en el fluido (debido a vibracion de la bomba, movimiento del conjunto de entubacion o movimiento del paciente). Estos cambios transitorios fluctuaran alrededor de un valor de menisco medio, y por lo tanto no indican cambios en el caudal sobre tiempos largos en comparacion con los tiempos de fluctuacion caractensticos.
Las variaciones que cambian el nivel de menisco medio durante tiempos mas largos pueden tener lugar debido a cambios en el entorno de presion externo (por ejemplo, en un vehnculo o aeronave que viaja), cambios en la contrapresion que surge de problemas medicos con el paciente, o debido a oclusiones u otros funcionamientos incorrectos en el procedimiento de bombeo. Estos cambios de nivel de menisco a largo plazo representan un cambio concomitante en el caudal global, y pueden usarse para proporcionar un perfeccionamiento a las mediciones de flujo anteriormente descritas. Por lo tanto, puede desearse monitorizar el nivel del menisco durante la infusion, y usar la
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informacion derivada en el mismo como un indicador de problemas operacionales con el sistema de infusion, o como un complemento a la medicion optica de flujo primaria.
El procedimiento anteriormente descrito para medir el nivel de fluido 146 usa el reflejo de un haz de luz desde la superficie superior del fluido en la camara de goteo. El eje del haz reflejado se desplaza (desvfa) lateralmente a medida que el nivel de fluido cambia, por ejemplo, como se muestra por la luz 182A y 182B. La cantidad de desvfo depende unicamente del nivel de cambio de fluido, y del angulo incidente del haz. Aunque se muestra una fuente de luz laser en la figura, la tecnica es compatible con cualquier haz de luz. Ademas, aunque el haz se muestra propagandose libremente, el sistema puede incorporar tambien elementos de lente para controlar el haz.
En una realizacion (no mostrada), el sensor 126 (la matriz de plano focal de formacion de imagenes) se usa tanto para formar imagenes de la gota 124 como medir el menisco de fluido 146 mediante divisores de haz y otra optica sencilla. El sensor 126 puede compartirse de al menos dos maneras: una porcion del sensor que no se usa para formacion de imagenes de gota colgante puede registrar simultaneamente el haz desviado; o el sistema 118 de iluminacion para formacion de imagenes de gota colgante y medicion de nivel de menisco puede alternarse en el tiempo, de manera que el sensor registra de manera alterna la imagen de la gota y la imagen del haz desviado. Por ejemplo, la bomba 100 puede combinar los sistemas 102 de formacion de imagenes mostrados en las Figuras 2 y 10A/10B o mostrados en las Figuras 2 y 9A.
Por lo tanto, en una realizacion, el sistema 102 incluye una primera fuente de luz, tal como la fuente 172 de luz para transmitir luz en el tubo de goteo de manera que la luz se refleja fuera de una superficie enfrentada internamente del tubo de goteo, y la luz reflejada se transmite a traves del extremo del tubo de goteo en un interior de una gota del fluido de IV que se descuelga desde el primer extremo del tubo de goteo. El sistema 102 tambien incluye una segunda fuente de luz, tal como la fuente de luz 188, que transmite luz, a un angulo agudo con respecto a un eje longitudinal para la camara de goteo, en la camara de goteo de manera que la luz se refleja, a angulo agudo, fuera de una superficie para fluido de IV dispuesto en la camara de goteo. El sensor 126 optico es para: recibir la luz reflejada transmitida desde el interior de la gota; recibir la luz reflejada desde la segunda fuente de luz; y transmitir, al procesador informatico, datos con respecto a la luz recibida desde la primera y segunda fuentes de luz. El microprocesador es para calcular un volumen de la gota usando los datos con respecto a la luz recibida desde la primera fuente de luz, y calcular una posicion de la superficie usando los datos con respecto a la luz recibida desde la segunda fuente de luz, como se ha descrito anteriormente.
La Figura 11 es una representacion de bloques esquematica de los conjuntos 200A y 200B de bomba con respectivo sistema de formacion de imagenes optico en una configuracion primaria y secundaria. Los conjuntos incluyen los componentes para la bomba 100 anteriormente descritos, con la excepcion del procesador y el panel de control. En general, la descripcion anterior con respecto a la operacion de la bomba 100 es aplicable a la operacion de los conjuntos 200A y 200B. El conjunto 200A esta conectado a la fuente 112A de fluido primario. La bomba 200B esta conectada a la fuente 112B de fluido primario. Las fuentes 112A y 112B estan dispuestas en una configuracion de infusion primaria/secundaria. Por ejemplo, una medicacion primaria en la fuente 112A se administra en coordinacion con una medicacion secundaria en la fuente 112B. Como es conocido en la tecnica, en configuracion primaria/secundaria, la medicacion en la fuente secundaria se infusiona antes de la medicacion en la fuente primaria. Las entubaciones 108A y 108B desde los mecanismos 127A y 127B de bomba, respectivamente, estan conectadas a una entubacion 202 comun.
En una realizacion, un unico procesador y panel de control, por ejemplo, el procesador 104 y el panel 144 se usan para los conjuntos 200A y 200b. El procesador opera el conjunto 200B de acuerdo con protocolos apropiados hasta que se completa el regimen para el fluido en la fuente 112B. A continuacion, el procesador desactiva automaticamente el conjunto 200B segun se requiera y comienza la infusion del fluido en la fuente 112A. En una realizacion (no mostrada), cada conjunto tiene un procesador y panel de control separados o cada conjunto tiene un procesador separado y un panel de control comun.
La Figura 12 es un diagrama de bloques de nivel superior que ilustra la operacion de la bomba 100 con un sistema de formacion de imagenes optico. En una realizacion, la medicion de volumen, y las metricas de ajuste si fueran aplicables, anteriormente descritas, se alimentan en un algoritmo de procesamiento de senal digital que calcula el caudal y proporciona la realimentacion al sistema de control de la bomba. La planta 210 incluye la fuente 112, la camara de goteo, el tubo de goteo y el mecanismo 127 de bomba. El microprocesador emite las Metricas 212 de Volumen y Ajuste, que se filtran por el filtro 214 digital en una porcion del microprocesador para proporcionar el caudal 216 medido. El caudal medido se compara con el caudal deseado, por ejemplo, la entrada en el microprocesador mediante panel 144, que cierra el bucle de realimentacion para la bomba 100.
La Figura 13 es un diagrama de bloques que ilustra el procesamiento de senal y control de realimentacion de ejemplo para la bomba 100 con un sistema de formacion de imagenes optico. El mecanismo 127 incluye el accionador 218 y el motor 220. Los datos de formacion de imagenes del sistema 102 se procesan por el bloque 222 de procesamiento de imagen para generar un Volumen de Gota Medido, y los resultados se introducen en el bloque 224 de filtro. La salida del bloque de filtro es el caudal medido. El caudal medido se compara al caudal deseado por el comparador 226, que proporciona el Caudal de Error (estimacion de error). El Caudal de Error se alimenta en una serie escalonada de algoritmos 228 de control de PID (Proporcional, Integral, Derivativo). Cada bloque de PID opera
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en una escala de tiempo sucesivamente mas rapida. El bloque 228A controla el caudal, el bloque 228B controla la velocidad de motor de la bomba, y el bloque 228C controla la corriente del motor de la bomba. El control de velocidad incorpora la realimentacion desde el codificador 230 de posicion de motor. El control de corriente incorpora la realimentacion desde el sensor de corriente de motor en el motor 220.
La Figura 14 es un diagrama de bloques que ilustra la filtracion digital de ejemplo en la bomba 100 con un sistema de formacion de imagenes optico. El filtro 232 puede ser cualquier filtro conocido en la tecnica, por ejemplo, la clase general de los filtros de FIR/IIR conocidos por los expertos en la materia. Un ejemplo sencillo es un filtro de FIR que implementa un promedio de tiempo a traves de un numero de muestras.
La Figura 15 es una representacion esquematica de filtracion espacial de ejemplo en la bomba 100 con un sistema de formacion de imagenes optico. El objetivo de alta resolucion y definicion de borde para imagenes de la gota 124 se obtiene, por ejemplo, mediante tecnicas de iluminacion, tecnicas opticas, o ambas, como se ha descrito anteriormente. En una realizacion, las tecnicas de filtracion espacial se usan en la optica para el sistema 120. Por ejemplo, la mascara 240 en el plano focal trasero del sistema 102 de formacion de imagenes modifica (mediante la transformada de Fourier optica) la imagen generada por el sistema optico, por ejemplo, el sensor 126. Un filtro de bloque de DC se muestra en la Figura 15. Este filtro bloquea el cono central de la luz transmitida y potencia las imagenes de borde (asociadas con luz dispersada).
En una realizacion, la sensibilidad del sensor 126 se adapta al espectro de iluminacion de la fuente de luz en el sistema 118. En una realizacion, el sensor 126 es un sensor de luz visible de bajo coste (longitud de onda de 4001000 nm) y la fuente 122 genera luz que esta fuera del rango de la percepcion visual humana (es decir, 800-1000 nm). En este caso el operador no se distraera por la fuente de iluminacion de brillo.
Debena entenderse que la bomba 100 puede ser cualquier mecanismo de bomba o aplicacion de bomba conocido en la tecnica y no esta limitado a unicamente aplicaciones de bomba de infusion de IV. En el caso de un sistema de alimentacion por gravedad, el mecanismo de bombeo puede sustituirse por una valvula o restrictor de flujo, y sera aun compatible con las configuraciones y operaciones anteriormente descritas.
La Figura 16 es una representacion esquematica del sistema 300 de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes. En una realizacion de ejemplo, el sistema 300 se usa con el tubo 302 de infusion que incluye la camara 304 de goteo. La camara 304 de goteo incluye la porcion 306 con el tubo 308 de goteo, la porcion 310 que incluye el puerto de salida 312, y la porcion 314 entre las porciones 306 y 310. El tubo 316 de salida puede conectarse al puerto 312 de salida para hacer fluir flujo fuera de la camara 304 de goteo. El tubo 308 de goteo es para conexion a la fuente 317 de fluido, por ejemplo, la bolsa 317 de medicacion. El sistema 300 incluye al menos una fuente 318 de luz para emitir los espectros S1, S2 y S3 de luz, y el sistema 319 optico.
La fuente 318 de luz puede ser cualquier fuente de luz conocida en la tecnica, incluyendo, pero sin limitacion un diodo de emision de luz (LED), una matriz de LED, un diodo laser, una lampara incandescente o una lampara fluorescente.
El sistema optico incluye la unica lente 320 para recibir y transmitir S1T, S2T y S3T. S1T, S2T y S3T incluyen los espectros S1, S2 y S3, transmitidos a traves de las porciones 306, 310, y 314, respectivamente. El sistema 319 optico incluye el unico sensor 322 de imagen para recibir S1T, S2T y S3T desde la unica lente 320. El sensor 322 genera y transmite los datos 324, 326 y 328, que caracterizan S1T, S2T y S3T, respectivamente, recibidos por la lente 320. El sistema 300 incluye el elemento 329 de memoria y al menos un procesador 330 especialmente programado. El elemento 329 de memoria esta configurado para almacenar las instrucciones 331 ejecutables por ordenador. El procesador 330 esta configurado para ejecutar las instrucciones 331 para generar, usando los datos 324, 326 y 328, las imagenes 332, 334 y 336 de las porciones 306, 310 y 314, respectivamente.
Por “caracterizar” queremos decir que los respectivos datos describen, o cuantifican, el espectro de luz, por ejemplo, que proporcionan parametros que posibilitan la generacion de una imagen usando los respectivos datos. Por “emitir luz” queremos decir que el elemento en cuestion genera la luz. Por “transmitido por” queremos decir pasar luz a traves del elemento en cuestion, por ejemplo, luz emitida por la fuente 318 de luz que pasa a traves de las porciones 306, 310 y 314.
En una realizacion de ejemplo, el sensor 322 es un sensor de imagen a color. En una realizacion de ejemplo, la fuente 318 de luz es una unica fuente de luz.
En una realizacion de ejemplo, la porcion 306 incluye la gota 338 colgante desde el tubo 308 de goteo y la imagen 332 incluye una imagen de la gota 338. El procesador 330 esta configurado para ejecutar las instrucciones 331 para determinar un volumen de gota 338 colgante usando la imagen 332. El volumen puede usarse en esquemas de control para regular el flujo de fluido a traves del tubo 302 de infusion.
En una realizacion de ejemplo, la porcion 314 incluye el menisco 342 para fluido en la camara 304 de goteo y la imagen 336 incluye una imagen de menisco 342. El procesador 330 esta configurado para ejecutar las instrucciones 331 para determinar una posicion 342 de menisco usando la imagen 336. La posicion puede usarse en esquemas de control y de alarma para regular el flujo de fluido a traves de tubo 302 de infusion. En una realizacion de ejemplo,
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la burbuja 344 de aire esta presente en la porcion 310 y el procesador 330 esta configurado para ejecutar las instrucciones 331 para determinar un volumen de la burbuja 344 de aire usando la imagen 334. El volumen puede usarse en esquemas de alarma para asegurar la operacion segura del tubo 302 de infusion.
En una realizacion de ejemplo, la fuente 318 de luz emite luz de espectro rojo, azul y verde. En una realizacion de ejemplo, S1T consiste en una de la luz de espectro rojo, azul o verde, S2T consiste en una de la luz de espectro rojo, azul o verde no incluido en S1T, y S3T consiste en uno de los espectros de luz rojo, azul o verde no incluidos en S1T o S2T. Por lo tanto, cada uno de S1T, S2T y S3T consiste en una de luz roja, azul o verde no incluida en el otro de S1T, S2T y S3T. Es decir, cada uno de S1T, S2T y S3T es diferente de los otros. Por “luz de espectro rojo” queremos decir luz que incluye longitudes de onda entre aproximadamente 610 nm y 675 nm, con intensidad de pico a aproximadamente 625 nm. Por “luz de espectro azul” queremos decir luz que incluye longitudes de onda entre aproximadamente 410 nm y 480 nm, con intensidad de pico a aproximadamente 470 nm. Por “luz de espectro verde” queremos decir luz que incluye longitudes de onda entre aproximadamente 500 nm y 575 nm, con intensidad de pico a aproximadamente 525 nm. Por lo tanto, los respectivos espectros para luz roja, azul y verde no tienen longitudes de onda solapantes.
En una realizacion de ejemplo, el sistema 300 incluye el espejo 346 para reflejar unicamente uno de S1T, S2T y S3T. Por ejemplo, el espejo 346A refleja S1T. En una realizacion de ejemplo, el sistema 300 incluye el espejo 346A para reflejar unicamente uno de S1T, S2T o S3T, y el espejo 346B para reflejar unicamente otro de S1T, S2T o S3T, por ejemplo, S3T. En una realizacion de ejemplo, el sistema 300 incluye el combinador 348A de haz para reflejar unicamente dos de S1T, S2T o S3T. Por ejemplo, en la Figura 16, el combinador 348A de haz refleja SlT y S3T y transmite S2T.
Lo siguiente proporciona detalles adicionales con respecto a la Figura 16. Como se describe a continuacion, se usan diversas operaciones de filtracion para generar S1T, S2T y S3T. El espejo 346A recibe los espectros rojo, azul y verde combinados emitidos por la fuente 318 y transmitidos por la porcion 306 de la camara 304 de goteo, pero refleja unicamente el espectro S1T. El espejo 346B recibe los espectros rojo, azul y verde combinados emitidos por la fuente 318 y transmitidos por la porcion 310 del tubo 316 de salida, pero refleja unicamente el espectro S3T. Por lo tanto, el espejo 348A y 348B son de filtracion de color.
En una realizacion de ejemplo, el sensor 322 no es monocromo, es decir, el sensor 322 es un sensor de imagen a color. El combinador 348A de haz transmite unicamente el espectro S2T emitido por la fuente 318 y transmitido por la porcion 314 de la camara 304 de goteo. Espedficamente, el combinador 348A de haz recibe los espectros rojo, azul y verde combinados emitidos por la fuente 318 y transmitidos por la porcion 314 de la camara 304 de goteo, pero unicamente transmite el espectro S2T. El combinador de haz tambien refleja el espectro S1T reflejado por el espejo 346A y el espectro S3T reflejado por el espejo 346B. Observese que las operaciones reflectantes del combinador 348A de haz pueden implementarse usando reflexion de banda ancha, puesto que los espejos 346A y 346B tienen filtrados los espectros S2T y S3T y los espectros S1T y S2T, respectivamente.
La Figura 17 es una representacion esquematica del sistema 400 de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes. El analisis con respecto al sistema 300 es aplicable a la bomba 400 excepto lo siguiente. En una realizacion de ejemplo: el sistema 319 optico incluye un espejo para transmitir a una de las porciones 306, 310 o 314 unicamente uno de S1, S2 o S3; o el sistema 319 optico incluye un espejo para reflejar a una de las porciones 306, 310 o 314, unicamente uno de S1, S2 o S3. Por ejemplo: el espejo 346C transmite S1 a la porcion 306 y refleja S2 y S3; el espejo 346D transmite S3 y refleja S2 a la porcion 314; y el espejo 346E refleja S3 a la porcion 310. En una realizacion de ejemplo, el espejo 346E es un espejo reflectante de banda ancha.
El espejo 346F es para reflejar el espectro S1T transmitido por la porcion 306 de la camara 304 de goteo al combinador 348A de haz. En una realizacion de ejemplo, el espejo 346F es un espejo reflectante de banda ancha. El espejo 346G es para reflejar el espectro S3T transmitido por la porcion 310 de la camara 304 de goteo al combinador 348A de haz. En una realizacion de ejemplo, el espejo 346g es un espejo reflectante de banda ancha. Puesto que la luz que entra en el combinador 348A de haz se ha separado en espectros discretos, por ejemplo, la luz desde el espejo 346G es unicamente el espectro S2T, pueden usarse las operaciones de transmision y reflexion de banda ancha en el combinador 348A de haz.
La Figura 18 es una representacion esquematica del sistema 500 de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes. Los respectivos analisis con respecto a los sistemas 300 y 400 son aplicables al sistema 500 excepto lo siguiente. En una realizacion de ejemplo, el sistema 319 optico sustituye un combinador de haz con espejos 346H y 346I. El espejo 346H transmite S1T reflejado por el espejo 346F y refleja S2T (desde el espejo 346D). El espejo 346I transmite S3T (desde el espejo 346E) y refleja S1T (transmitido por el espejo 346H) y s2t (reflejado por el espejo 346H).
En la Figura 16, la longitud L1 de la fuente 318 de luz debe ser suficiente para abarcar las porciones 306, 310 y 314, puesto que la fuente 318 de luz debe emitir luz directamente a traves de las porciones 306, 310 y 314. Sin embargo, en las Figuras 17 y 18 la longitud L1 de la fuente 318 de luz es considerablemente menor, por ejemplo, igual a unicamente la longitud L2 de la porcion 306. En las Figuras 17 y 18, la fuente 318 de luz es luz de emision
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directamente a traves de la porcion 306; sin embargo, se usan combinaciones de espejos para reflejar luz a las porciones 310 y 314. Por lo tanto, puede usarse un dispositivo mas pequeno y menos costoso para la fuente 318 de luz en las Figuras 17 y 18.
La Figura 19 es una representacion esquematica del sistema 600 de formacion de imagenes optico con multiple deteccion optica de canal de formacion de imagenes. El analisis con respecto al sistema 300 es aplicable al sistema 600 excepto lo siguiente. El sistema 600 incluye tres fuentes de luz: la fuente 318A de luz para emitir unicamente el espectro S1, la fuente 318B de luz para emitir unicamente el espectro S2, y la fuente 318C de luz para emitir unicamente el espectro S3. El sistema 319 optico incluye el espejo 346J para reflejar S1T y el espejo 346K para reflejar S3T. El combinador 348B de haz transmite S2T y refleja S1T y S3T. En una realizacion de ejemplo, uno o ambos de los espejos 346J y 346K son espejos de reflexion de banda ancha. En una realizacion de ejemplo, el combinador 348B de haz tiene transmision de banda ancha y funcionalidad de reflexion.
En respectivas realizaciones de ejemplo para el sistema 300, 400, 500 y 600, se realiza formacion de imagenes de dos canales para unicamente dos porciones 306, 310 o 314 y la formacion de imagenes no se realiza en la porcion 306, 310 o 314 restante.
La Figura 20 es una representacion esquematica del sistema 700 de formacion de imagenes optico con formacion de imagenes optica de dos canales y una unica fuente de luz. En el sistema 700, se implementa multiplexacion cromatica para unicamente dos porciones 306, 310 o 314. El sistema 700 puede usar el sistema 400 como un punto de inicio. Lo siguiente describe las diferencias entre los sistemas 400 y 700 como se muestra. En la Figura 20, la formacion de imagenes optica de dos canales se implementa para las porciones 306 y 314. Los espejos 346E y 346G se eliminan. El espejo 346D ya no se requiere para transmitir S3. El combinador 348A de haz ya no se requiere para reflejar S3T. De otra manera, las operaciones con respecto a las porciones 306 y 314 son las mismas que las descritas para la Figura 17. En una realizacion de ejemplo, la formacion de imagenes de la porcion 310 se implementa anadiendo la lente 702 para recibir la luz S1T/S2T/S3T transmitida a traves de la porcion 310 desde la fuente 318 de luz. La lente 702 transmite S1T/S2T/S3T para el sensor 704 de imagen, que genera los datos 326. El procesador 330 genera la imagen 334 a partir de los datos 326. El sensor 704 de imagen puede ser monocromatico, puesto que la multiplexacion cromatica no se esta implementando para la porcion 310.
Otras combinaciones de la deteccion optica de dos canales son posibles para el sistema 700 como es evidente para un experto en la materia. Por ejemplo, el espejo 346D puede retirarse de manera que se realiza la deteccion optica de dos canales para las porciones 306 y 310 unicamente. Las operaciones como se describe para las porciones 306 y 310 para la Figura 17 son sustancialmente las mismas. La lente 702 recibe S1T/S2T/S3T transmitidos por la porcion 314 y transmite S1T/S2T/S3T para el sensor 704 de imagen, que genera los datos 328. El procesador 330 genera la imagen 336 a partir de los datos 328. El sensor 704 de imagen puede ser monocromatico. Por ejemplo, el espejo 346F puede retirarse de manera que se realiza la deteccion optica de dos canales para las porciones 310 y 314 unicamente. Las operaciones que se describen para las porciones 310 y 314 para la Figura 17 son sustancialmente las mismas. La lente 702 recibe S1T/S2T/S3T transmitidos por la porcion 306 y transmite S1T/S2T/S3T para el sensor 704 de imagen, que genera los datos 324. El procesador 330 genera la imagen 332 a partir de los datos 324. El sensor 704 de imagen puede ser monocromatico. Debena entenderse que son posibles otras configuraciones de componentes en el sistema 400 para implementar la formacion de imagenes optica de dos canales. En una realizacion de ejemplo, la formacion de imagenes de dos canales se realiza para unicamente dos porciones 306, 310 o 314 y la formacion de imagenes no se realiza en la porcion 306, 310 o 314 restante. Es decir, no se emplea una segunda lente y el sensor de imagen para formar la imagen de la porcion 306, 310 o 314 restante.
El sistema 300 puede modificarse para la operacion de dos canales como es evidente para un experto en la materia. Por ejemplo, la operacion de dos canales puede implementarse para las porciones 306 y 314 unicamente eliminando el espejo 346B. Las operaciones que se describen para las porciones 306 y 314 para la Figura 16 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T/S2T/S3T desde la porcion 310 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. El segundo sensor genera datos 326 para generar la imagen 334. Por ejemplo, la operacion de dos canales puede implementarse para las porciones 310 y 314 unicamente eliminando el espejo 346A. Las operaciones que se describen para las porciones 310 y 314 para la Figura 16 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T/S2T/S3T desde la porcion 306 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. El segundo sensor genera datos 324 para generar la imagen 332. Por ejemplo, la operacion de dos canales puede implementarse para las porciones 306 y 310 unicamente. Las operaciones que se describen para las porciones 306 y 310 para la Figura 16 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T/S2T/S3T desde la porcion 314 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. El segundo sensor genera datos 328 para generar la imagen 336. Debena entenderse que son posibles otras configuraciones de componentes en el sistema 300 para implementar la formacion de imagenes optica de dos canales. En una realizacion de ejemplo, la formacion de imagenes de dos canales se realiza para unicamente dos porciones 306, 310 o 314 y la formacion de imagenes no se realiza en la porcion 306, 310 o 314 restante. Es decir, no se emplea una segunda lente y el sensor de imagen para formar la imagen de la porcion 306, 310 o 314 restante.
El sistema 500 puede modificarse para la operacion de dos canales como es evidente para un experto en la materia.
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Por ejemplo, para implementar la operacion de dos canales para las porciones 306 y 314 unicamente, el espejo 346E puede retirarse. Las operaciones que se describen para las porciones 306 y 314 para la Figura 18 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T/S2T/S3T desde la porcion 310 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. El segundo sensor genera datos 326 para generar la imagen 334. Por ejemplo, para implementar la operacion de dos canales para las porciones 310 y 314 unicamente, el espejo 346F puede retirarse. Las operaciones que se describen para las porciones 310 y 314 para la Figura 18 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T/S2T/S3T desde la porcion 306 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. El segundo sensor genera datos 324 para generar la imagen 332. Por ejemplo, para implementar la operacion de dos canales para las porciones 306 y 310 unicamente, los espejos 346D y 346H pueden retirarse. Las operaciones que se describen para las porciones 306 y 310 para la Figura 18 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T/S2T/S3T desde la porcion 314 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. El segundo sensor genera datos 328 para generar la imagen 336. Debena entenderse que son posibles otras configuraciones de componentes en el sistema 500 para implementar la formacion de imagenes opticas de dos canales. En una realizacion de ejemplo, la formacion de imagenes de dos canales se realiza para unicamente dos porciones 306, 310 o 314 y la formacion de imagenes no se realiza en la porcion 306, 310 o 314 restante. Es decir, no se emplea una segunda lente y el sensor de imagen para formar la imagen de la porcion 306, 310 o 314 restante.
El sistema 600 puede modificarse para la operacion de dos canales como es evidente para un experto en la materia. Por ejemplo, para implementar la operacion de dos canales para las porciones 306 y 314 unicamente, el espejo 346K puede retirarse. Las operaciones que se describen para las porciones 306 y 314 para la Figura 19 son sustancialmente las mismas. Se recibe S3T desde la porcion 310 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. La fuente 318C de luz puede ser de banda ancha (emite S1/S2/S3). El segundo sensor genera datos 326 para generar la imagen 334. Por ejemplo, para implementar la operacion de dos canales para las porciones 310 y 314 unicamente, el espejo 346J puede retirarse. Las operaciones que se describen para las porciones 310 y 314 para la Figura 19 son sustancialmente las mismas. Se recibe S1T desde la porcion 306 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. La fuente 318A de luz puede ser de banda ancha (emite S1/S2/S3). El segundo sensor genera datos 324 para generar la imagen 332. Por ejemplo, para implementar la operacion de dos canales para las porciones 306 y 310 unicamente, se recibe S2T desde la porcion 314 por una segunda lente (no mostrada) y se transmite a un segundo sensor de imagen (no mostrado) que puede ser monocromatico. La fuente 318B de luz puede ser de banda ancha (emite S1/S2/S3). El segundo sensor genera datos 328 para generar la imagen 336. Las operaciones que se describen para las porciones 306 y 310 para la Figura 19 son sustancialmente las mismas. Debena entenderse que son posibles otras configuraciones de componentes en el sistema 600 para implementar la formacion de imagenes optica de dos canales. En una realizacion de ejemplo, la formacion de imagenes de dos canales se realiza para unicamente dos porciones 306, 310 o 314 y la formacion de imagenes no se realiza en la porcion restante 306, 310 o 314. Es decir, no se emplea una segunda lente y el sensor de imagen para formar la imagen de la porcion 306, 310 o 314 restante.
Por motivos de brevedad, las porciones del siguiente analisis se refieren al sistema 300 en la Figura 16; sin embargo, debena entenderse que el analisis es aplicable a las Figuras 17 a 19 tambien. Ademas, el siguiente analisis se refiere a realizaciones en las que se implementa deteccion optica de multiples canales para todas las tres porciones 306, 310 y 314. Sin embargo, debena entenderse que el analisis es aplicable a las realizaciones de dos canales analizadas anteriormente. Usar una unica lente, tal como la lente 320, y el sensor de imagen, tal como el sensor 322, en lugar de tres lentes y sensores, reduce el coste y complejidad del sistema 300. Todos los tres espectros S1, S2 y S3, transmitidos por la lente 320 se reciben simultaneamente por el unico sensor de imagen 322. Sin embargo, si el sensor 322 es un sensor monocromo, el procesamiento de senal convencional no puede usarse para generar las imagenes 332, 334 y 346. Por ejemplo, un sensor monocromo no puede distinguir entre el rojo, azul y verde y no puede usar procesamiento de senal convencional para separar los espectros S1T, S2T y S3T para generar las imagenes 332, 334 y 346. Ventajosamente, el sistema 300 usa un sensor de formacion de imagenes a color para el sensor 322, que puede distinguir entre los espectros S1T, S2T, y S3T.
Puesto que se usa un unico respectivo color separado de los espectros rojo, azul y verde para cada uno de los espectros S1T, S2T y S3T, el generador 322 de imagenes puede transmitir los datos 324, 326 y 328 para los unicos respectivos espectros y, por lo tanto, puede generarse una unica imagen respectiva de cada una de las porciones 306, 310 o 314 usando operaciones de procesamiento de senal convencional. Por ejemplo, los espectros S1T, S2T y S3T pueden consistir en luz de espectro rojo, azul y verde, respectivamente. Los pfxeles sensibles al rojo del espectro del cabezal del sensor S1T, los pfxeles sensibles al azul del espectro de cabezal del sensor S2T, y los pfxeles sensibles al verde del espectro del cabezal del sensor S3T.
Por lo tanto, los pfxeles sensibles al rojo registran una imagen de la gota 338, los pfxeles sensibles al azul registran una imagen del menisco 342, y los pfxeles sensibles al verde registran una imagen de la porcion 310. Por lo tanto, cada grupo de pfxeles sensible (por ejemplo, los pfxeles sensibles al rojo) permanecen sin respuesta a, en esencia filtrados de, las imagenes de otras imagenes que corresponden a los grupos restantes de pfxeles sensibles (por ejemplo, los pfxeles sensibles a azul y a verde). Por lo tanto, no existe solapamiento de espectros o imagenes incluidos en datos transmitidos al procesador 330 y puede usarse procesamiento de senal convencional para
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generar las imagenes 332, 334 y 346.
El uso de espejos de reflejo/operaciones de reflejo de banda ancha en lugar de reflejo de filtracion de color y transmision pueden reducir el coste de los respectivos sistemas 319 opticos en las Figuras 17 a 19.
En una realizacion de ejemplo (no mostrada), una unica lente, tal como la lente 320, y un unico sensor de imagen monocromo se usan en una disposicion de multiplexacion de tiempo en una bomba de infusion. Por ejemplo, usando la Figura 19 como una referencia, cada una de las fuentes 318A/B/C de luz emite el mismo espectro de luz. La luz emitida se transmite a traves de las porciones de un tubo de infusion, tal como el tubo 302 de infusion, analogo a las porciones 306, 310 y 314 anteriormente descritas. Mediante una disposicion similar a los espejos 346A/346B y el combinador 348A de haz, la luz, transmitida a traves de las porciones analogas, se transmite a la lente unica, que transmite la luz a un procesador, tal como el procesador 330. Como se ha indicado anteriormente, un sensor monocromo no puede distinguir, usando procesamiento de senal convencional, tres imagenes recibidas simultaneamente. Sin embargo, en la realizacion de ejemplo, las tres fuentes de luz se les proporciona energfa secuencialmente de manera que unicamente una fuente de luz se le suministra energfa por fotograma de imagen del sensor de imagen. Por ejemplo, en un primer fotograma, la fuente de luz que emite luz transmitida a traves de la porcion analoga a la porcion 306 se le suministra energfa, en el siguiente fotograma, la fuente de luz que emite luz transmitida a traves de la porcion analoga a la porcion 310 se le suministra energfa, y en el siguiente fotograma la fuente de luz que emite luz transmitida a traves de la porcion analoga a la porcion 314 se le suministra energfa. El procesador recibe unicamente una imagen por fotograma y puede transmitir respectivos datos para cada imagen en cada fotograma al procesador. El procesador a su vez puede generar imagenes separadas para cada una de las porciones analogas de la bomba. El uso de un sensor de imagen monocromo y tres retroiluminaciones que emiten el mismo espectro reduce el coste de la bomba en la realizacion de ejemplo.
El siguiente analisis proporciona detalle adicional con respecto a las Figuras 16 a 19. Debena entenderse que el siguiente analisis es aplicable a las realizaciones de dos canales analizadas anteriormente. En una realizacion de ejemplo, los elementos de lente (no mostrados) pueden anadirse a respectivas trayectorias de imagen (trayectorias atravesadas por la luz desde una fuente de luz a un sensor de imagen) para los sistemas 300 a 600 para compensar trayectorias de imagen desiguales. En una realizacion de ejemplo, un espectro de luz en el rango cercano al infra rojo (por ejemplo, entre 700 nm y 1.000 nm) puede usarse para iluminar las porciones 306, 310 o 314. En una realizacion de ejemplo, la fuente 318 de luz y/o las fuentes 318A/B/C de luz son LED y los LED se pulsan para mejorar la eficacia de operacion o para crear un efecto estroboscopico que elimina el desenfoque de movimiento de artefactos en movimiento. La pulsacion se sincroniza con la velocidad de obturador del sensor 322 de imagen. En una realizacion de ejemplo, la configuracion general de la Figura 18, que no usa un combinador de haz, se modifica usando tres fuentes de luz como se muestra en la Figura 19. La combinacion resultante usa menos espejos que los mostrados en la Figura 18, reduciendo el coste de la realizacion.
Por lo tanto, se observa que los objetos de la invencion se obtienen de manera eficaz, aunque debenan ser facilmente evidentes cambios y modificaciones a la invencion para los expertos en la materia, sin alejarse del alcance de la invencion segun se revindica. Aunque la invencion se describe por referencia a una realizacion preferida espedfica, es evidente que pueden realizarse variaciones sin alejarse del alcance de la invencion segun se revindica.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema (102) de formacion de imagenes optico para su uso con un tubo de infusion que tiene una camara (106) de goteo que incluye una primera porcion con un tubo (110) de goteo, una segunda porcion con un puerto (312) de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, estando el sistema de formacion de imagenes optico caracterizado porque comprende adicionalmente:
    al menos una fuente (122) de luz para emitir al menos dos de un primer, segundo o tercer espectros de luz; un sistema (319) optico que incluye:
    una unica lente (148) para recibir y transmitir al menos dos de:
    el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; o, el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion;
    un unico sensor (322) de imagen para:
    recibir los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica; y,
    generar y transmitir datos que caracterizan los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz
    recibidos desde la lente unica;
    un elemento (329) de memoria para almacenar instrucciones ejecutables por ordenador; y,
    al menos un procesador (330) configurado para ejecutar las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos dos de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda y tercera porciones, respectivamente.
  2. 2. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que:
    la primera porcion incluye una gota colgante (338) desde el tubo (110) de goteo y la primera imagen incluye una imagen de la gota;
    el al menos un procesador (330) especialmente programado esta configurado para determinar un volumen de la gota colgante usando la primera imagen;
    la tercera porcion incluye un menisco (146) para fluido en la camara (106) de goteo y la tercera imagen incluye una imagen del menisco; y,
    el al menos un procesador configurado para ejecutar las instrucciones ejecutables por ordenador para determinar una posicion del menisco usando la tercera imagen.
  3. 3. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que una burbuja (344) de aire esta presente en la segunda porcion y la segunda imagen incluye una imagen de la burbuja de aire, y el al menos un procesador (330) esta configurado para ejecutar las instrucciones ejecutables por ordenador para determinar un volumen de la burbuja de aire usando la segunda imagen.
  4. 4. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que:
    la al menos una fuente de luz emite al menos dos de entre una luz de espectro roja, azul y verde; el primer espectro de luz consiste en una de la luz de espectro roja, azul o verde;
    el segundo espectro de luz consiste en una de la luz de espectro roja, azul o verde no incluidas en el primer espectro; y,
    el tercer espectro de luz consiste en uno de los espectros de luz rojo, azul o verde no incluidos en el primer o segundo espectros de luz.
  5. 5. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que el sistema (319) optico incluye un espejo (192) para reflejar unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
  6. 6. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que el sistema (319) optico incluye:
    un primer espejo (346) para reflejar unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente; y,
    un segundo espejo (346A) para reflejar unicamente otro del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
  7. 7. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que el sistema (319) optico incluye un combinador (348A) de haz para reflejar unicamente dos del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
  8. 8. El sistema (102) de formacion de imagenes optico de la reivindicacion 1, en el que el sistema (319) optico incluye un espejo (346) para:
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    transmitir a una de la primera, segunda o tercera porciones, unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz emitidos por la al menos una fuente (122) de luz; o, reflejar a una de la primera, segunda o tercera porciones, unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz emitidos por la al menos una fuente de luz.
  9. 9. Un procedimiento de formacion de imagenes de un tubo (302) de infusion que tiene una camara (304) de goteo que incluye una primera porcion con un tubo (308) de goteo, una segunda porcion con un puerto (312) de salida y una tercera porcion localizada entre la primera y segunda porciones, caracterizado porque el procedimiento comprende adicionalmente las etapas de:
    almacenar, en un elemento (329) de memoria, instrucciones ejecutables por ordenador;
    emitir al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde al menos una fuente (318) de luz;
    recibir y transmitir, usando una unica lente (320) al menos dos de:
    el primer espectro de luz transmitida a traves de la primera porcion; el segundo espectro de luz transmitida a traves de la segunda porcion; o, el tercer espectro de luz transmitida a traves de la tercera porcion;
    recibir, usando un unico sensor (322) de imagen, los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz desde la lente unica;
    generar y transmitir, usando el unico sensor de imagen, datos que caracterizan los al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz recibidos desde la lente unica; y,
    ejecutar, usando el al menos un procesador (330), las instrucciones ejecutables por ordenador para generar, usando los datos, al menos dos de la primera, segunda o tercera imagenes de la primera, segunda y tercera porciones, respectivamente.
  10. 10. El procedimiento de la reivindicacion 9, en el que:
    la primera porcion incluye una gota colgante (338) desde el tubo (308) de goteo y la primera imagen incluye una imagen de la gota; y,
    la tercera porcion incluye un menisco (342) para fluido en la camara (304) de goteo y la tercera imagen incluye una imagen del menisco; y,
    el procedimiento comprende adicionalmente ejecutar, usando el al menos un procesador (330), las instrucciones ejecutables por ordenador para:
    determinar, usando la primera imagen, un volumen de la gota colgante usando la primera imagen; y, determinar, usando la tercera imagen, una posicion del menisco usando la tercera imagen.
  11. 11. El procedimiento de la reivindicacion 9, en el que una burbuja (344) de aire esta presente en la segunda porcion y la segunda imagen incluye una imagen de la burbuja de aire y comprende adicionalmente ejecutar, usando el al menos un procesador (330), las instrucciones ejecutables por ordenador para determinar, usando la segunda imagen, un volumen de la burbuja de aire.
  12. 12. El procedimiento de la reivindicacion 9, en el que:
    emitir al menos dos del primer, segundo o tercer espectros de luz incluye emitir al menos dos de luz de espectro roja, azul o verde;
    el primer espectro de luz consiste en una de la luz de espectro roja, azul o verde;
    el segundo espectro de luz consiste en una de la luz de espectro roja, azul o verde no incluidas en el primer espectro; y,
    el tercer espectro de luz consiste en uno de los espectros de luz rojo, azul o verde no incluidos en el primer o segundo espectros de luz.
  13. 13. El procedimiento de la reivindicacion 9, que comprende adicionalmente reflejar, usando un espejo (346), unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
  14. 14. El procedimiento de la reivindicacion 9, que comprende adicionalmente:
    reflejar, usando un primer espejo (346), unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente;
    reflejar, usando un segundo espejo (346A), unicamente otro del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente; y reflejar, usando un combinador (348A) de haz, unicamente dos del primer, segundo o tercer espectros de luz transmitidos por la primera, segunda o tercera porciones, respectivamente.
  15. 15. El procedimiento de la reivindicacion 9, que comprende adicionalmente:
    transmitir, usando un espejo (346), a una de la primera, segunda o tercera porciones, unicamente uno del primer, segundo o tercer espectros de luz emitidos por la al menos una fuente de luz; o, reflejar, usando un espejo (346A), a una de la primera, segunda o tercera porciones, unicamente uno del primer, segundo o tercer 5 espectros de luz emitidos por la al menos una fuente de luz.
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