MXPA05000951A - Sensor de desplazamiento optico para dispositivos de infusion. - Google Patents

Abstract

Un sensor optimo para un dispositivo de suministro que tiene un piston (30) que desplaza una sustancia, tal como un fluido de un deposito (34); el sensor optico tiene una fuente de luz (42) y una disposicion detectora (44) para formar imagenes que codifican caracteristicas dispuestas a Lo Largo de un vastago impulsor (38) acoplado al piston; en virtud de la configuracion de las caracteristicas de codificacion, se puede determinar unicamente una posicion absoluta del vastago impulsor en relacion con la posicion de referencia; se puede determinar con precision el volumen de fluido que queda en el deposito, el regimen de suministro de fluido y la carga apropiada del deposito adicionalmente, la codificacion puede servir para identificar unicamente una version del deposito que se puede suministrar en varias versiones correspondientes, por ejemplo, a diferentes concentraciones de agente terapeutico a administrar.

Description

SENSOR DE DESPLAZAMIENTO OPTICO PARA DISPOSITIVOS DE INFUSION CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a sensores ópticos para monitorear la fuente yio la cantidad de una sustancia, como un agente medicinal, suministrado por un dispositivo de suministro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los dispositivos, como las bombas o las plumas manuales, que se utilizan para suministrar sustancias, como fármacos o insulina, desde un depósito local al cuerpo de un paciente, están propensos a tener problemas que pueden impedir el régimen de suministro deseado de la sustancia. Estos problemas pueden incluir el taponamiento, el aforamiento mecánico o la mala identificación de la sustancia administrada. Debido a esto es preferible que la fuente de la sustancia suministrada sea absolutamente identificada por el dispositivo de suministro, que se verifique la carga apropiada del depósito de la sustancia, que el volumen instantáneo de la sustancia en el depósito pueda ser identificado, y que se puedan monitorear de manera precisa tanto el régimen de suministro como el volumen preciso del líquido restante. El uso anterior de un monitor óptico para aplicaciones similares, como la que se describe en la patente de E.U.A. No. 4,498,843 de Schneider, et al., se ha limitado a la medición del régimen de suministro. Además es preferible que las funciones antes mencionadas sean proporcionadas de una manera precisa y efectiva en costos.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION De acuerdo con las modalidades preferidas de la invención, se proporciona un sensor de desplazamiento para un dispositivo surtidor del tipo que tiene un pistón de translación. El sensor tiene un vástago impulsor acoplado al pistón, y el vástago impulsor tiene un patrón codificado de características de codificación. Una fuente de luz ilumina el patrón codificado y una disposición detectora detecta la luz proveniente de patrón codificado iluminado y genera una señal detectora, de tal manera que, en base a la señal detectada, un procesador determina un desplazamiento del vástago impulsor con relación a una posición de referencia confiable. También se puede determinar el régimen de suministro de una sustancia suministrada por el dispositivo. Adicionalmente, el patrón codificado puede servir para identificar un tipo de depósito caracterizado, por ejemplo, por una concentración distinta de un agente terapéutico que será suministrado por el dispositivo de suministro.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra los constituyentes fundamentales de una bomba médica de fluidos de la técnica anterior; La figura 2 es una representación esquemática de un codificador lineal óptico para el suministro de un agente líquido de acuerdo con modalidades preferidas de la presente invención; La figura 3 es una vista en perspectiva de una bomba médica de fluidos que incluye un codificador lineal óptico de acuerdo con una modalidad de la presente invención; y La figura 4 es una vista despiezada de una modalidad de un codificador lineal óptico de acuerdo con la invención, aplicado a una bomba médica de fluidos.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES ESPECIFICAS Los componentes principales de una bomba para suministrar un agente terapéutico al cuerpo de un paciente, se describen con referencia a la figura 1. Un depósito de medicación 11 , normalmente con forma cilindrica, es retenido dentro de un alojamiento 16 y contiene un agente líquido que será suministrado a un paciente por medio de un tubo de suministro 18 y una aguja hipodérmica (no aparece). El agente líquido que está contenido dentro del depósito es impulsado hacia afuera del depósito a un régimen determinado, por un movimiento lineal de un pistón 30 a lo largo de una dirección 8 que es coaxial con el eje del depósito. El pistón es impulsado por un vástago impulsor 12, el cual es impulsado a su vez a una velocidad prescrita por un motor (no visible) que está acoplado a un impulsor atornillador 14 por medio de un impulsor de reducción de engrane. Deberá entenderse que la presente invención se puede aplicar ventajosamente en dispositivos de suministro diferentes a las bombas, como a plumas de insulina, así como para el suministro de varios fluidos o de otras sustancias que pueden ser agentes de medicación u otras sustancias. La descripción de una bomba, y en términos del suministro de un agente terapéutico a un paciente, se hace sin ninguna limitación y únicamente a manera de ejemplo. Las modalidades de la presente invención también se pueden aplicar ventajosamente, por ejemplo, para el suministro de agentes de purificación en un suministro de agua. El fluido que será suministrado normalmente es un líquido, pero el suministro de otras sustancias también se encuentra dentro del alcance de la presente invención, que se describe en la presente y que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones adjuntas. La velocidad a la cual funciona el motor de la bomba para impulsar el pistón para suministrar el agente líquido a un régimen prescrito, es gobernada por un procesador basándose en la sección transversal del depósito (es decir, el volumen del agente expulsado por movimiento lineal unitario del pistón) y la concentración del agente dentro del fluido contenido en el depósito.

De acuerdo con las modalidades preferidas de la presente invención, se utiliza un codificador lineal óptico para determinar tanto la posición absoluta como la velocidad de movimiento del vástago impulsor. Adicionalmente, como el depósito y el pistón se pueden proveer al usuario como una unidad integral, se puede codificar una información adicional en el vástago impulsor, como se describe con más detalle a continuación. Es particularmente preferible que se proporcionen cuatro funcionalidades por un sensor utilizado junto con el suministro de fluido: a. monitorear la precisión en el suministro; b. identificar una característica de caracterización del depósito (como su contenido); c. determinar el volumen del fluido que permanece en el depósito; y d. verificar la carga apropiada del depósito. Es particularmente ventajoso, de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, si un solo sensor puede proporcionar todas las funcionalidades antes mencionadas. Si la identificación del depósito está asociada, como en las modalidades preferidas de la presente invención, con la concentración de un fármaco en el fluido que será suministrado por el dispositivo de infusión, entonces una dosis programada se puede convertir en una distancia lineal. Sin embargo, en modalidades preferidas en las que se emplea una codificación de tipo transmisión, cualquier codificación análoga de tipo reflexión está dentro del alcance de la invención. Haciendo referencia a la figura 2, el pistón 30 es impulsado a lo largo del eje 32 con el fin de impulsar el contenido líquido del depósito 34 hacia afuera del orificio 36. El pistón 30 es impulsado por el vástago impulsor 38, el cual avanza a medida que gira el tomillo de guía 40. En las modalidades preferidas de codificación de tipo transmisión, se dispone una fuente de luz 42 y un detector 44, en lados opuestos del vástago impulsor 38. Como se utiliza en la presente, el término "detector" puede referirse, según lo demande el contexto, a una disposición detectara. El detector o la disposición detectara también se puede referir en la presente, a un "sensor de imagen" o una "disposición de imágenes". El término "ensamble detector" puede referirse a un detector o a una disposición detectara junto con los componentes electrónicos asociados de preamplificación y acondicionamiento de señal. El vástago impulsor 38 está codificado, en ciertas modalidades, por características 46 que pueden ser reconocidas por el detector 44. De acuerdo con una modalidad de la invención, las características de codificación 46 son ranuras ortogonales al eje de recorrido 32 del pistón, que están hechas en el vástago impulsor 38. En modalidades alternativas se pueden emplear agujeros redondos (o con otras formas), o ranuras paralelas al eje 32, cuñas, u otras características de transmisión de luz, todas ellas provistas únicamente con propósitos de ejemplificación y sin limitación. Las ranuras 46 u otras características ópticamente transmisibles se pueden transmitir por completo de manera óptica o, alternativamente, pueden modular la característica detectable de luz (designada por las líneas intermitentes 48) transmitida entre la fuente de luz 42 y el detector 44. Así, las características transmisivas 46 pueden emplear filtros (de una densidad neutral o de otra manera), para modular la intensidad y/o las características espectrales de la luz transmitida, o pueden emplear polarizadores o placas de retardo, para modular la polarización o la fase de la luz transmitida. Todas estas técnicas para codificar la luz transmitida están dentro del alcance de la presente invención, como se describe en la presente y como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones adjuntas. De acuerdo con las modalidades preferidas de la presente invención, el detector 44 abarca ventajosamente sólo una porción de la región del vástago impulsor, como se describe con mayor detalle a continuación, sin embargo cualquier tamaño relativo del detector 44 y del vástago impulsor 38 están dentro del alcance de la presente invención. La trayectoria de luz desde la fuente de luz 42 hasta el detector 44 puede ser una transmisión directa a través del vástago impulsor 38 como se muestra. Alternativamente, la codificación 46 se puede detectar por reflejo mediante el desplazamiento adecuado del detector 44 en el mismo lado del vástago impulsor 38 como la fuente de luz 42. La fuente de luz 42 puede ser una disposición de diodos emisores de luz (LED) en cuyo caso se puede emplear el difusor 50. También se pueden emplear otras fuentes para la difusión de la luz, como fuentes de luz electroluminiscentes. El difusor 50 puede incluir múltiples etapas de difusión, como se puede ver. La iluminación también puede estar provista por una luz no difusa. La iluminación se puede transmitir a través de codificación 46 directamente sobre el detector 44, como se muestra, o, en otras modalidades de la invención, se puede emplear una trayectoria de luz reflexiva o un patrón de transferencia de iluminación por medio de fibras ópticas u otros tubos de luz. También se puede proporcionar una óptica de intervención, como un lente, una placa microcanal, etc., dentro de la trayectoria óptica, que está dentro de alcance de la presente invención. Se muestra un alojamiento 60 para contener los componentes del surtidor de sustancia de la figura 2, en una vista en perspectiva en la figura 3. El impulsor del motor 62 está oculto a la vista, pero se muestra como un componente en rayas intermitentes. El depósito 34 con un vástago impulsor 38 en extensión del mismo, se muestra antes de ser insertado en el alojamiento. La vista despiezada de la figura 4 muestra el módulo impulsor 70, conteniendo el motor impulsor 62 y el tanque de depósito 72, el módulo de la fuente de luz 42, el difusor 50, el detector 44. El detector 44 puede comprender múltiples elementos que constituyen al detector, y se puede realizar como un sensor de imágenes lineal CMOS por ejemplo, o una disposición de dispositivo acoplado a carga (CCD) como otro ejemplo. Se pueden emplear ventajosamente muchos formatos. Dentro del alcance de la presente invención, los elementos del detector se pueden disponer en forma lineal o bidimensional, y dichas disposiciones se pueden realizar, di así lo requieren las consideraciones del diseño, tanto por una aplicación lineal como por una aplicación lateral de las disposiciones del detector. La imagen formada en el detector 44 es analizada, dirigiendo la señal de salida del detector 44, por medio de un convertidor de análogo a digital 54, hacia el procesador 56, de acuerdo con varios algoritmos que se describirán más adelante. El tamaño y el número de pixeles se optimizan con respecto a la resolución y a los recursos demandados por el procesador 56. Al emplear un patrón de codificación que no repita, se puede determinar ventajosamente de manera absoluta el posicionamiento del vástago impulsor móvil con respecto al ensamble óptico fijo (tomado para comprender la óptica de iluminación y de detección). Alternativamente, se puede repetir el patrón de ranura u otro patrón de codificación una o más veces, permitiendo así que la translación sea codificada sobre distancias de grandes recorridos. En las modalidades en donde el patrón de codificación define una posición actual no única del vástago impulsor, el vástago impulsor 38 puede ser impulsado a una posición de referencia 52 como un tope límite, para establecer una referencia a partir de la cual se cuenten las repeticiones y para establecer una posición presente absoluta del vástago impulsor con relación a la posición de referencia. En las modalidades preferidas de la invención, el detector 44 se realiza como una disposición lineal de 512 pixeles, con una resolución de pixel de aproximadamente 16 µ??. El detector 44se ubica a lo largo y en paralelo a la línea del recorrido del vástago impulsor 38, empezando sustancialmente al final del tornillo guía 40. Particularmente cuando no se emplea una óptica de enfocamiento, es preferible que el detector 44 se ubique en una proximidad cercana al vástago impulsor 38. En una modalidad preferida de la invención, la separación de las ranuras 46 del vástago impulsor se elige de tal manera que cualesquiera dos espacios adyacentes formen una secuencia única. Adicionalmente, la suma de las longitudes de cualesquiera de dos espacios es siempre mayor que la diferencia que hay entre cualesquiera dos ranuras adyacentes, de este modo, en el caso de que una ranura se bloque en forma no intencional, la anomalía puede ser detectada y no será confundida con otra posición absoluta. Adicionalmente, es posible que ya sea tres o más ranuras sean visibles para el sensor de imágenes en cualquier momento, o que el extremo del vástago y por lo menos una ranura sean visibles para el sensor de imágenes en cualquier momento. Las tres versiones de separación de ranuras, que en el cuadro 1 se proporcionan en centímetros, cumplen con el criterio preferido que se describió en el párrafo anterior. Se puede codificar la separación de cualesquiera dos espacios adyacentes para definir de manera única una versión del depósito, con el fin de que se puedan proporcionar y distinguir diferentes concentraciones del agente medicinal. Las características de la versión del depósito que se pueden identificar de esta manera incluyen, sin limitación, el diámetro interior del depósito, y la composición (por ejemplo, plástico o vidrio) de la pared del depósito. Adicionalmente, la distancia que hay entre el extremo del vástago impulsor y la última ranura puede identificar de manera única una versión de depósito, de manera que, en caso de que no haya más de una ranura en el campo de visión del sensor de imágenes, la versión de depósito puede ser identificada de manera única.

CUADRO 1 Distancia de ranura a ranura (centímetros) Para crear una imagen, se restablecen todos los pixeles del detector 44. Después la fuente de luz 42 parpadea de tal manera que la luz es emitida durante una duración especifica. Se pueden emplear tiempos de exposición de duración variable, de manera que los tiempos más largos se utilicen cuando las ranuras estén a la vista, mientras que se utilicen los tiempos más cortos cuando el extremo de vástago impulsor este a la vista. Se ha visto que son satisfactorios los tiempos de exposición de 5 ms para las ranuras y de 0.7 ms para el extremo del vástago. La señal proveniente del detector 44 es leída, con los valores para cada pixel almacenados por el procesador 56 en una disposición y son interpretados utilizando uno o más algoritmos.

En la modalidad que aparece en el cuadro 1 , hay una porción pequeña de recorrido cuando están visibles dos ranuras (9 y 10) así como el extremo del vástago. No se puede utilizar el medio normal para identificar la jeringa utilizando dos espacios adyacentes, ya que sólo está disponible una sola separación. No se puede utilizar el medio alternativo para identificar la jeringa utilizando la distancia que hay entre el extremo del vástago y la última ranura, ya que el extremo está demasiado cerca del borde de la visión que será detectada utilizando el algoritmo de ventana deslizante. Es por eso que se utiliza un tercer medio para identificar la jeringa cuando solamente se encuentran visibles dos ranuras y el final de la posición del vástago no puede ser medido pero si está visible. Este método se basa en una separación única de ranura-9-a-ranura-10. De acuerdo con un procedimiento de exposición, la luz se deja encendida. Entonces, el detector lee y reestablece cada pixel en la secuencia a una velocidad de reloj específica. Entonces la disposición es leída dos veces, la primera lectura sirve para reestablecer los pixeles. La segunda lectura de cada pixel ocurre "n" veces del período de reloj ya que ese pixel ha sido reestablecido. En un modo de operación preferido, las medidas de posición del vástago impulsor se hacen una vez por cada paso basal del pistón, durante el suministro de un bolo, y durante el cebado. Entre las mediciones, se puede retirar la energía del sensor de imágenes, ya que la determinación de la posición es absoluta.

De acuerdo con las modalidades de la invención, se pueden emplear varios algoritmos para detectar la posición de los picos de luz transmitidos dentro de la resolución especificada. Un algoritmo de detención de pico emplea una división de ventana deslizante en dos mitades iguales. Se suman los valores de los pixeles en cada mitad, y las sumas substraídas de cada uno. Se calcula la diferencia que hay entre las señales en las dos mitades para todas las posiciones posibles de la ventana deslizante, dando una medida de la pendiente de la curva de intensidad. Cuando ocurre un cero en los extremos locales, ya sean picos o valles, se utiliza el signo del valor de la diferencia cuando se alcanza el punto cero, para distinguir entre estos dos casos. Otros algoritmos de identificación de picos y bordes se encuentran dentro del alcance de la presente invención. Se puede utilizar el movimiento de los picos para rastrear la precisión del movimiento del vástago impulsor y por lo tanto el suministro del agente líquido que está siendo impulsado hacia fuera del depósito. De acuerdo con otras modalidades de la invención, la separación que hay entre las ranuras puede ser resuelta a incrementos más finos que el paso del detector 44, almacenando los valores de pixel A/D e4n una disposición de software con más elementos de energía-de-2 que la disposición del sensor. Por ejemplo, la resolución aumentaría ocho veces si una imagen de 512 pixeles fuera almacenada en una disposición de software de 4096 elementos. Esto se hace almacenando el primer valor de la disposición del sensor en cada uno de los primeros ocho elementos de la disposición de software. El segundo valor de la disposición de sensor se almacena en cada uno de los siguientes ocho elementos de la disposición de software, y así sucesivamente. Alternativamente, al leer cada n pixeles, en donde n es un una energía de 2, y almacenando estos valores en una disposición de software con el mismo número de elementos que la disposición de sensor, puede disminuir el número de veces de lectura de imagen sin afectar de manera adversa la resolución de la medición de ranura a ranura. Habiendo descrito de esta manera las modalidades ilustrativas de la presente invención, serán evidentes algunas de sus ventajas y características opcionales que dicha modalidades se presentan a manera de ejemplo únicamente y no como limitación. Deberá entenderse que las enseñanzas de la presente invención se pueden aplicar al suministro medido de fluidos para otras aplicaciones, como el suministro de sustancias químicas a un suministro de agua potable, por nombrar un solo ejemplo. Los expertos en la técnica podrán visualizar diversas alteraciones y mejoras en estas modalidades, así como modalidades adicionales, sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Todas estas modificaciones están dentro del alcance de la invención reclamada.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un sensor de desplazamiento para un dispositivo de suministro de una sustancia, que tiene un pistón de translación, el sensor comprende: a. un vástago impulsor acoplado al pistón que lleva un patrón codificado de características de codificación; b. una fuente de luz para iluminar el patrón codificado; c. una disposición detectora para detectar la luz proveniente del patrón codificado iluminado y generar una señal detectora; y d. un procesador para determinar un desplazamiento del vástago impulsor con relación a la posición de referencia confiable basándose por lo menos en la señal detectora.

2. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las características de codificación son regiones de transmisión óptica modulada a través del vástago impulsor.

3. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las características de codificación son regiones de reflexión óptica modulada por el vástago impulsor.

4. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las características de codificación son una pluralidad de ranuras de transmisión mejorada a través del vastago impulsor.

5. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque cada ranura es desplazada de cada par de las ranuras vecinas más cercanas por una combinación única de distancias.

6. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque la combinación de cualesquiera dos espacios adyacentes entre las ranuras identifica únicamente una característica del depósito.

7. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la característica identificada del depósito es un desplazamiento relativo a una posición de referencia.

8. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la característica identificada del depósito es el contenido de un depósito al cual pertenece el vástago impulsor.

9. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la característica identificada del depósito incluye por lo menos uno del diámetro y el material de composición de pared.

10. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fuente de luz incluye un difusor óptico para ¡luminar una región del vástago impulsor con intensidad óptica sustancialmente uniforme.

11. - El sensor de desplazamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el patrón codificado de las características de codificación se repite a lo largo del vástago impulsor.

12. - Un aparato de suministro que comprende: a. un depósito que tiene un volumen interior cilindrico para contener una sustancia; b. un vástago impulsor para impulsar un pistón a lo largo de un eje lineal de movimiento dentro del volumen interior del depósito para desplazar y suministrar una cantidad medida de la sustancia; c. un patrón de codificación de características de codificación dispuesto a lo largo del vástago impulsor en una dirección paralela al eje lineal de movimiento del pistón; d. una disposición detectora para detectar la luz proveniente del patrón codificado iluminado y para generar una señal detectora; y e. un procesador para determinar un desplazamiento del vástago impulsor con relación a una posición de referencia confiable basándose por lo menos en la señal detectora.

13. - El aparato de suministro de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque las características de codificación son regiones de transmisión óptica modulada a través del vástago impulsor.

14. - El aparato de suministro de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque las características de codificación son una pluralidad de ranuras de transmisión mejorada a través del vástago impulsor.

15. - El aparato de suministro de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque cada ranura es desplazada del par de ranuras vecinas más cercanas por una combinación única de distancias.

16. - El aparato de suministro de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque tiene más de una versión de depósito, en donde el patrón de codificación es únicamente determinativo de una versión del depósito.

17. - Un método para medir un régimen de suministro de una sustancia por medio de un surtidor que tiene un pistón impulsado a lo largo de un eje de movimiento dentro de un depósito de la sustancia, el método comprende: a. ¡luminar un patrón codificado de características de codificación dispuestas en un vástago impulsor acoplado al pistón; b. detectar la luz proveniente de las características de codificación iluminadas y generar una señal detectora; y c. determinar un desplazamiento del vástago impulsor con relación a una posición de referencia confiable basándose por lo menos en la señal detectora.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque el paso de detectar la luz también incluye adquirir una imagen de las características de codificación iluminadas.

19. - El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque el paso de determinar un desplazamiento también incluye determinar posiciones de picos de transmisión de luz a través de las características de codificación.

20. - El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque también incluye el paso de almacenar cada valor sucesivo de la disposición detectora en cada uno de los grupos sucesivos de n elementos de disposición de software.