BR112015022761B1

BR112015022761B1 - Sistema de imageamento óptico com múltiplos sensores de canais de imageamento ópticos e método de imageamento de um tubo de infusão

Info

Publication number: BR112015022761B1
Application number: BR112015022761-9A
Authority: BR
Inventors: James F. Munro
Original assignee: Baxter Healthcare S.A.; Baxter International Inc
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2022-03-03
Also published as: AU2014243951A1; ES2643812T3; CN105377325A; MX364226B; BR112015022761A2; SG10201702201WA; EP2968755A1; JP6371829B2; EP3360589A1; AU2014243951B2; KR20150132352A; MX2015013060A; EP3360589B1; MX2019004485A; AR096288A1; KR102240754B1; BR112015022761A8; CL2015002569A1; ES2770028T3; ZA201507047B

Abstract

SISTEMA DE IMAGEAMENTO ÓPTICO COM MÚLTIPLOS SENSOR ES DE CANAIS DE IMAGEAMENTO ÓPTICOS. Trata-se de um sistema de imageamento óptico para uso com um tubo de infusão que inclui: pelo menos uma fonte de luz para emitir pelo menos dois de primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz; um sistema óptico que inclui uma lente única para receber e transmitir pelo menos duas dentre primeira luz de espectro transmitidas através de uma primeira porção da câmara, a segunda luz de espectro transmitida através de uma segunda porção da câmara , ou a terceira luz de espectro transmitida através de uma terceira porção da câmara. O sistema inclui um sensor que recebe os pelo menos dois dos espectros a partir da lente e gera e transmite dados que caracterizam os pelo menos dois dos espectros. O sistema inclui um elemento de memória que armazena instruções legíveis por computador e um processador para executar as instruções para gerar, com o uso dos dados, pelo menos duas dentre a primeira, segunda ou a terceira imagens da primeira, segunda e terceira porções, respectivamente.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente revelação refere-se, em geral, a uma bomba de infusão com multiplexação cromática, em particular, a bomba usa uma única ou múltiplas fontes de luz, uma única lente, espelhos e combinadores de feixe para permitir o uso de um único sensor de imagem de cor para fornecer imagens distintas para múltiplas funções distintas da bomba.

ANTECEDENTES

[0002] Sensores de imagem monocromática são, em geral, menos custosos do que sensores de imagem de cor. No entanto, para múltiplas imagens simultaneamente recebidas, os sensores monocromáticos não podem ser usados para separar as respectivas imagens, por exemplo, para gerar, exibir ou operar mediante as respectivas imagens, com o uso de processamento de sinal convencional. Por exemplo, quando um pixel no sensor monocromático recebe luz, o sensor não pode determinar qual das respectivas imagens a luz pertence.

SUMÁRIO

[0003] De acordo com os aspectos ilustrados no presente documento, é fornecido um sistema de imageamento óptico para uso com um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento, uma segunda porção com uma porta de saída, e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, sendo que o sistema de imageamento óptico inclui: pelo menos uma fonte de luz para emitir pelo menos dois dentre primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz; um sistema óptico que inclui uma lente única para receber e transmitir pelo menos dois dentre primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção, o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção ou o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção. O sistema óptico inclui um único sensor de imagem para receber os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz da lente única e gerar e transmitir dados que caracterizam os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz recebidos da lente única. O sistema de imageamento inclui um elemento de memória para armazenar instruções executáveis por computador; e pelo menos um processador configurado para executar as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos duas dentre a primeira, segunda ou terceira imagens da primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

[0004] De acordo com os aspectos ilustrados no presente documento, é fornecido um sistema de imageamento óptico para uso com um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento, uma segunda porção com uma porta de saída, e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, sendo que o sistema de imageamento óptico inclui: uma única fonte de luz para emitir pelo menos dois dentre primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz; e um sistema óptico que inclui uma lente única para receber e transmitir pelo menos dois dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; e o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção; e um único sensor de imagem de cor para: receber os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz da lente única; e gerar e transmitir dados que caracterizam os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz recebidos da lente única. O sistema de imageamento inclui um elemento de memória para armazenar instruções executáveis por computador, e pelo menos um processador configurado para executar as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos duas dentre a primeira, segunda ou terceira imagens da primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

[0005] De acordo com os aspectos ilustrados no presente documento, é fornecido um sistema de imageamento óptico para uso com um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento, uma segunda porção com uma porta de saída e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções. O sistema de imageamento óptico inclui: pelo menos um dentre uma primeira fonte de luz para emitir um primeiro espectro de luz somente, uma segunda fonte de luz para emitir um segundo espectro de luz somente ou terceira fonte de luz para emitir um terceiro espectro de luz somente; e um sistema óptico que inclui uma lente única para receber e transmitir pelo menos um dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; e o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção. O sistema óptico inclui um único sensor de imagem de cor para receber o pelo menos um dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz da lente única e gerar e transmitir dados que caracterizam o pelo menos um dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz recebidos da lente única. O sistema de imageamento inclui um elemento de memória para armazenar instruções executáveis por computador, e pelo menos um processador configurado para executar as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos uma dentre a primeira, segunda ou terceira imagens da primeira segunda ou terceira porções, respectivamente. O primeiro, segundo e terceiro espectros de luz são livres de comprimentos de onda de sobreposição entre os mesmos.

[0006] De acordo com os aspectos ilustrados no presente documento, é fornecido um método de imageamento de um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento, uma segunda porção com uma porta de saída, e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, que inclui: armazenar, em um elemento de memória, instruções executáveis por computador; emitir pelo menos dois dentre primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz de pelo menos uma fonte de luz; receber e transmitir, com o uso de uma lente única pelo menos dois dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; ou o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção; receber, com o uso de um único sensor de imagem, os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz da lente única; gerar e transmitir, com o uso do único sensor de imagem dados que caracterizam os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz recebidos da lente única; e executar, com o uso do pelo menos um processador, as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos duas dentre a primeira, segunda ou terceira imagens da primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

[0007] De acordo com os aspectos ilustrados no presente documento, é fornecido um método de imageamento de um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento, uma segunda porção com uma porta de saída, e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, que inclui: armazenar instruções executáveis por computador em um elemento de memória; emitir, com o uso de uma única fonte de luz, pelo menos dois dentre primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz: receber e transmitir, com o uso de uma lente única pelo menos dois dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; ou o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção; receber, com o uso de um único sensor de imagem de cor, os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz da lente única; gerar e transmitir, com o uso de um único sensor de imagem de cor, dados que caracterizam os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz recebidos da lente única; e executar, com o uso de pelo menos um processador, as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos duas dentre a primeira, segunda ou terceira imagens da primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

[0008] De acordo com os aspectos ilustrados no presente documento, é fornecido um método de imageamento de um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento, uma segunda porção com uma porta de saída, e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, que inclui: armazenar instruções executáveis por computador em um elemento de memória; e emitir pelo menos um dentre um primeiro espectro de luz que usa só uma primeira fonte de luz, um segundo espectro de luz que usa só uma segunda fonte de luz; ou um terceiro espectro de luz que usa só uma terceira fonte de luz. O método inclui: receber e transmitir, com o uso de uma lente única pelo menos um dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; ou o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção; receber, com o uso de um único sensor de imagem de cor, o pelo menos um dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz da lente única; gerar e transmitir, com o uso do único sensor de imagem de cor, dados que caracterizam o pelo menos um dentre o primeiro, segundo ou terceiro espectros de luz recebidos da lente única; e executar, com o uso de pelo menos um processador, as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos uma dentre a primeira, segunda ou terceira imagens da primeira segunda ou terceira porções, respectivamente. O primeiro, segundo e terceiro espectros de luz são livres de comprimentos de onda de sobreposição entre os mesmos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A natureza e o modo de operação da presente invenção serão agora mais completamente descritos na descrição detalhada a seguir da invenção tomada com as Figuras de desenho anexas, nas quais:

[0010] A Figura 1 é uma representação esquemática de definições para uma bomba de infusão;

[0011] A Figura 2 é uma representação em blocos esquemática de uma bomba de infusão com um sistema de imageamento óptico;

[0012] As Figuras 3A a 3F ilustram modalidades exemplificativas do sistema de iluminação mostrado na Figura 2;

[0013] As Figuras 4A a 4C são representações esquemáticas de modalidades para um sistema óptico;

[0014] As Figuras 5A a 5C ilustram definições de processamento de imageamento;

[0015] A Figura 6 ilustra uma imagem de uma gota que inclui um círculo pelo menos parcialmente incluído dentro de um limite externo da gota

[0016] A Figura 7 é um fluxograma que ilustra a operação de uma bomba com um sistema de imageamento óptico;

[0017] As Figuras 8A e 8B são detalhes esquemáticos para uma bomba que implanta uma operação para determinar um vetor de gravidade;

[0018] As Figuras 9A e 9B são detalhes esquemáticos de uma bomba com o uso de injeção de luz;

[0019] As Figuras 10A e 10B são detalhes esquemáticos de uma bomba com uma disposição de detecção de menisco;

[0020] A Figura 11 é uma representação em blocos esquemática de duas bombas de infusão com o respectivo sistema de imageamento óptico em uma configuração primária e secundária;

[0021] A Figura 12 é um diagrama de blocos de nível de topo que ilustra a operação de uma bomba com um sistema de imageamento óptico;

[0022] A Figura 13 é um diagrama de blocos que ilustra o controle de processamento de retorno de sinal exemplificador para uma bomba com um sistema de imageamento óptico;

[0023] A Figura 14 é um diagrama de blocos que ilustra a filtragem digital exemplificadora em uma bomba com um sistema de imageamento óptico;

[0024] A Figura 15 é uma representação esquemática de filtragem espacial exemplificadora em uma bomba com um sistema de imageamento óptico;

[0025] A Figura 16 é uma representação esquemática de um sistema de imageamento óptico com captação óptica com múltiplos canais de imageamento e uma única fonte de luz;

[0026] A Figura 17 é uma representação esquemática de um sistema de imageamento óptico com captação óptica com múltiplos canais de imageamento e uma única fonte de luz;

[0027] A Figura 18 é uma representação esquemática de um sistema de imageamento óptico com captação óptica com múltiplos canais de imageamento e uma única fonte de luz;

[0028] A Figura 19 é uma representação esquemática de um sistema de imageamento óptico com captação óptica com múltiplos canais de imageamento e múltiplas fontes de luz; e,

[0029] A Figura 20 é uma representação esquemática de um sistema de imageamento óptico com imageamento óptico com dois canais e uma única fonte de luz.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0030] A princípio, deve-se verificar que números de desenhos similares nas vistas de desenhos diferentes identificam elementos estruturais idênticos ou de funcionalidade similar da invenção. Embora a presente invenção seja descrita em relação ao que é presentemente considerado como os aspectos preferenciais, deve- se entender que a invenção conforme reivindicada não é limitada aos aspectos revelados.

[0031] Ademais, deve-se entender que esta invenção não é limitada à metodologia, materiais e modificações particulares descritas e à medida que tais podem, evidentemente, variar. Entende-se também que a terminologia usada aqui tem o propósito de apenas descrever modalidades particulares, e não pretende limitar o escopo da presente invenção, que é limitado apenas pelas reivindicações anexas.

[0032] A menos que seja definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado conforme comumente entendido por um indivíduo de habilidade comum na técnica a quem esta invenção pertence. Embora quaisquer métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles aqui descritos possam ser usados na prática ou no teste da presente invenção, os métodos e materiais preferenciais são agora descritos.

[0033] A Figura 1 é uma representação esquemática de definições para uma bomba de infusão.

[0034] A Figura 2 é uma representação em blocos esquemática de bomba de infusão 100 com sistema de imageamento óptico 102. A bomba 100 inclui microprocessador especialmente programado 104, câmara de gotejamento 106 para a conexão ao tubo de saída 108 e tubo de gotejamento 110 para conectar a câmara de gotejamento a uma fonte de fluido 112, por exemplo, uma bolsa IV. O tubo de gotejamento inclui a extremidade 114 disposta dentro da câmara de gotejamento. O sistema de imageamento inclui o sistema de iluminação 118 e sistema óptico 120. O sistema 118 inclui elemento de iluminação 122 para transmitir luz através da parede 123 da câmara de gotejamento à gota 124 ou em torno da mesma do fluido suspenso da extremidade do tubo de gotejamento, por exemplo, um ou tanto o gotejamento quanto a extremidade 114 são iluminados. O sistema 118 também controla as propriedades de iluminação da luz transmitida à gota. O sistema 120 recebe, por exemplo, com o uso do sensor óptico 126, luz transmitida através da gota ou através da extremidade 114 ou em torno da mesma e transmite ao microprocessador, dados 129 relacionados à luz recebida. A bomba 100 também inclui mecanismo de bombeamento 127. Em uma modalidade, o mecanismo inclui restritores de fluxo de topo e fundo e usa atuadores peristálticos, tais como cilindros, para deslocar fluido através do tubo 108.

[0035] As Figuras 3A a 3F ilustram modalidades exemplificativas do sistema 118 na Figura 2. Conforme mostrado na Figura 3A, raios de luz 128 de um sistema de iluminação colimado são paralelos. Conforme mostrado na Figura 3B, raios de luz 130 de um sistema de iluminação difuso são emitidos em um padrão em formato de cone de cada ponto emissor de luz em um plano de iluminação. Conforme mostrado na Figura 3C, raios de luz 132 da fonte de iluminação 122 atravessam lentes telecêntricas 134 e são formadas em agrupamentos de raio 136. Os raios em agrupamentos 136 são paralelos muito próximos. Os agrupamentos de raio fornecem definição acentuada de bordas de imagem e minimizam a distorção de profundidade conforme mostrado na Figura 3D, um elemento de iluminação estruturado forma a iluminação, por exemplo, raios 138, a fim de controlar a luz indesejada ou abandonada e para acentuar as bordas de um objeto a ser iluminado. Um elemento de iluminação estruturado pode incluir a barreira 139, disposta entre uma fonte de iluminação e um objeto a ser iluminado, por exemplo, gota 124, para formar a iluminação, por exemplo, bloqueando-se ou alterando-se a luz que emana da fonte.

[0036] A Figura 3E ilustra o uso de interferência de laser para projetar gota de medição de padrões de listra 124. A fonte de iluminação 122 inclui fontes de luz laser 187. As fontes 187 projetam padrões de luz que consistem em muitas listras de uma vez ou de margens arbitrárias. Essa técnica permite a aquisição de uma multitude de amostras relacionadas a uma imagem da gota 124, simultaneamente. Conforme observado a partir de diferentes pontos de vista, o padrão projetado aparece geometricamente distorcido devido ao formato de superfície do objeto. Em uma modalidade, padrões de tiras paralelas são usadas; no entanto, deve-se entender que outros padrões podem ser usados. O deslocamento das tiras permite uma recuperação exata das três coordenadas dimensionais (3D) de detalhes em uma superfície do projeto, por exemplo, a superfície da gota 124. A interferência de laser trabalha com duas frontarias planas amplas 189 de feixes de laser 191. A interferência das frontarias resulta em linha equidistante regular ou padrões de interferência 193. Diferentes tamanhos-padrão podem ser obtidos alterando-se o ângulo entre os feixes. O método permite a geração exata e fácil de padrões muito finos com profundidade ilimitada de campo. A Figura 3E é uma vista de topo da bomba 100 e das fontes 187 são mostradas dispostas radialmente em torno do eixo geométrico 195 para o tubo de gota 110. No entanto, deve-se entender que outras configurações de fontes 187 em relação à bomba são possíveis, por exemplo, paralelas ao eixo geométrico 195.

[0037] A Figura 3F ilustra o uso de lente de projeção 196 no sistema 118. Na Figura 3F, a fonte de iluminação de sistema 118 transmite luz 197 através da lente 196. A superfície 198 da lente é modificada conforme conhecido na técnica, por exemplo, gravada ou através da deposição de croma ou outros materiais, para produzir um padrão na superfície. A luz 197 que atravessa a lente projeta uma imagem do padrão na gota 124 e em torno da mesma. Em uma modalidade, o padrão projetado 199 está na forma de uma barra de intervalo constante e onda quadrada de espaço, tal como um regulamento de Ronchi ou grade de Ronchi.

[0038] A fonte de iluminação para um elemento de iluminação estruturado pode ser colimada, difusa ou telecêntrica. A iluminação estruturada pode controlar a luz indesejada ou abandonada e acentuar as bordas de imagem. Em uma modalidade, o sistema de iluminação inclui um elemento de iluminação telecêntrica. Em uma modalidade, o sistema de iluminação inclui um elemento de iluminação estruturado.

[0039] Retornando à Figura 2, o microprocessador 104 inclui segmento de processamento de dados 140 e aquisição de dados e segmento de controle 142. A bomba também inclui painel de controle 144, por exemplo, qualquer interface gráfica de usuário conhecida na técnica. Fora do sistema óptico, por exemplo, os dados 129 do sensor 126, são inseridos no segmento 142. O painel 144 ou outra entrada de operador é usado para inserir uma taxa de fluxo desejada através da câmara de gotejamento, assim como outros dados necessários tal como tipo de fármaco e informações de tratamento. O microprocessador 104 pode ser qualquer microprocessador conhecido na técnica.

[0040] A bomba 100 usa captação óptica de gotas pendentes, que são gotas penduradas ou suspensas da extremidade 114, para medir o fluxo de fluido através da câmara de gotejamento ao tubo de saída e para fornecer entrada a um processo de controle de bomba de ciclo fechado controlado pelo microprocessador. O fluido da fonte 112 flui através de tubo de gotejamento à extremidade 114 do tubo de gotejamento. O fluido forma a gota 124 na extremidade 114 e quando as condições no tubo de gotejamento, discutidas abaixo, são adequadas, a gota cai da extremidade 114 no fluido 146 na câmara de gotejamento. Em geral, uma gota pendente aumenta em volume em proporção ao fluxo externo de fluido 146 da câmara de gotejamento através do tubo 108. Ou seja, um aumento no volume da gota pendente durante um quadro de tempo é igual ao volume de fluido que passa da câmara de gotejamento ao tubo 108 no período de tempo. A relação precedente é baseada nas seguintes considerações: o fluido da fonte não é compressível; a fonte 112, o tubo de gotejamento, a câmara de gotejamento, tubo 108, e um paciente ao qual o tubo 108 é conectado são fechados para a atmosfera externa. Cada medição do volume de gota é processada para fornecer uma medição de volume de fluido (ou massa). Medições sucessivas do volume de gota em intervalos conhecidos de tempo são usadas pelo microprocessador para calcular a taxa de fluxo de fluido através do sistema.

[0041] Desse modo, em uma modalidade, a operação do mecanismo de bombeamento 127 é controlada pelo microprocessador com o uso do ponto definido desejado para o fluxo através da câmara de gotejamento e dados relacionados a uma taxa de fluxo de fluido medida através da câmara de gotejamento. Por exemplo, o microprocessador executa um ciclo de retorno que compara a taxa de fluxo desejada com a taxa de fluxo medida, e ajusta o mecanismo de bombeamento para corrigir quaisquer desvios entre taxas de fluxo desejada e medida.

[0042] As Figuras 4A a 4C são representações esquemática de modalidades para o sistema óptico 120. As modalidades mostradas nas Figuras 4A a 4C formam imagens conjugadas reais, por exemplo, da gota 124 em um arranjo de plano focal formado pelo sensor 126. As Figuras 4A e 4B usam óptica refrativa, tal como lente única 148 ou combinações 150 de lentes, respectivamente. A Figura 4C mostra óptica refrativa, tal como a combinação 150 de lentes, e óptica reflexiva, tal como o espelho dobrado 152. A lente 148, a combinação 150, e o espelho 152 podem ser qualquer lente, combinação de lentes ou espelho conhecidos na técnica. A combinação 150 pode incluir diferentes lentes nas Figuras 4B e 4C.

[0043] Retornando à Figura 2, em uma modalidade, o sensor óptico 126 é um arranjo de plano focal formado por qualquer meio conhecido na técnica, incluindo, porém, sem limitação, um dispositivo acoplado de mudança (CCD), um detector de CMOS ou um arranjo de imageamento híbrido tal como InGaAs ligado a um circuito integrado de leitura de CMOS. O sistema 120 inclui óptica, tal como a lente 148, focada no local da gota 124. Deve-se entender que outra óptica pode ser usada no sistema 120. Em uma modalidade, a câmara 106 é limpa de modo substancial e óptico e o sistema 118 direciona a luz através das paredes da câmara ao sistema óptico, por exemplo, o sensor 126. A luz pode fornecer retroiluminação ou iluminação lateral da gota. Em uma modalidade, o sistema 102 é configurado de modo que a gota 124 e o arranjo de plano focal sejam conjugados ópticos e o arranjo de plano focal registre uma imagem real da gota. O sistema de imageamento captura imagens da gota em uma taxa suficiente para observar o crescimento e soltura de uma única gota.

[0044] Em uma modalidade, a bomba 100 satisfaz duas métricas principais em relação à gota de imageamento 124. Primeiro, a taxa de quadro (imagens por segundo) é suficiente para capturar uma sequência de imagens à medida que a gota cresce em tamanho e se solta. Segundo, o tempo de exposição (a quantidade de tempo que a luz é coletada no sensor para cada imagem específica) é curto o suficiente para congelar o movimento da gota. A bomba 100 gera imagens com definição de borda limpa, ampliação suficiente (em termos de número de pixels através da gota), e um número mínimo de artefatos tal como brilho.

[0045] Em uma modalidade, o sistema de imageamento 102 e o microprocessador produzem uma imagem precisa da gota que é então analisada conforme descrito abaixo para determinar o volume o da gota. Visto que a gota de fluído tem uma densidade uniforme, e quaisquer bolhas (oclusões) ou arrastamentos são suficientemente pequenos para serem negligenciáveis, em uma modalidade, somente a superfície externa da gota é medida para calcular o volume da gota. A medição precedente é concluída por imageamento da gota com resolução espacial suficiente para medir precisamente a superfície de limite. Um integral numérico sobre essa superfície então fornece o volume em gotas.

[0046] As Figuras 5A a 5C ilustram definições de processamento de imageamento. Em uma modalidade, um quadro de referência/alinhamento e uma escala de imagem (pixels por mm) são estabelecidas localizando-se o ponto final 114 do orifício de tubo de gotejamento, conforme mostrado na Figura 5A. O ponto final tem um tamanho conhecido e, portanto, fornece calibração em escala. O ponto final também representa a superfície de topo da gota, que é usada nos cálculos de volume descritos abaixo. Em uma modalidade, o ápice 154 da gota (um ponto mais afastado do fixo/referência) é identificado e usado na determinação do volume da gota. Por exemplo, o sistema óptico, por exemplo, sensor 126, recebe a luz transmitida ao tubo de gotejamento ou através do mesmo e que transmite, ao microprocessador, dados relacionados à luz recebida. Em uma modalidade, o microprocessador é para determinar, com o uso dos dados, uma superfície do ponto final 114 e usar a superfície de ponto final 114 como um ponto de referência para determinar um volume, formato ou local da gota, conforme adicionalmente descrito abaixo.

[0047] Em uma modalidade, conforme adicionalmente descrito abaixo, a direção de gravidade (vetor de gravidade 156) em relação à gota 124 é determinada. Um ponto de referência, por exemplo, a superfície do ponto final 114, e o vetor de gravidade são usados para estabelecer um quadro de referência para o processamento de imagem.

[0048] Em uma modalidade, o volume da gota 124 é calculado com o uso do microprocessador para receber dados 129 e gerar uma imagem da gota dos dados. O microprocessador localiza uma borda externa da gota na imagem para definir a superfície 157 da gota. O microprocessador integra uma área encerrada pela superfície e calcula um volume de revolução para a gota em relação ao eixo geométrico 159 para a gota que cruza a extremidade do tubo de gotejamento, assumindo a simetria da gota em relação ao eixo geométrico.

[0049] O cálculo acima do volume de gotejamento 124 pode ser calculado com o uso de pelo menos duas abordagens amplas. A primeira abordagem, denominada volume restrito por superfície e mostrado na Figura 5B, usa o local externo da imagem de gota para calcular o volume total. Cada fileira horizontal 158 de dados de pixel da imagem tem associada aos mesmos uma superfície externa esquerda e direita. A área entre esses limites é tratada como as duas projeções dimensionais de um volume de disco circular (o volume simétrico de rotação da área). A imagem de gota é integrada do ponto final 114 ao ápice somando-se o volume de cada fileira. O volume restrito por superfície obtém a resolução máxima para cada fileira de dados.

[0050] A segunda abordagem é denominada Volume Restrito por Ajuste e é mostrada na Figura 5C. Ou seja, o volume da gota 124 é determinado ajustando-se uma função paramétrica à imagem de superfície da gota e que integra a função paramétrica, novamente, assumindo simetria rotacional. Há vários possíveis algoritmos de ajuste, conforme discutido abaixo, mas o resultado de qualquer ajuste é um conjunto de parâmetros à função assumida que representa a superfície inteira 157. O Volume Restrito por Ajuste suaviza o detalhe de fileira.

[0051] Em uma modalidade, o microprocessador cria uma pluralidade de imagens temporariamente sucessivas da gota a partir dos dados 129 e calcula um respectivo volume para a gota em cada imagem sucessiva ou calcula respectivos períodos de tempo entre a soltura de sucessivas gotas a partir da extremidade do tubo de gotejamento. Por imagens temporariamente sucessivas, é representada uma série de imagens obtidas durante um período de tempo em ordem cronológica. O microprocessador calcula uma taxa de aumento para o volume da gota com o uso dos respectivos volumes ou dos respectivos períodos de tempo. Conforme observado acima, o fluxo para fora do tubo de gotejamento é substancialmente igual ao aumento no volume da gota; portanto, os períodos de tempo entre gotas que se soltam da extremidade do tubo de gotejamento podem ser correlacionados aos aumentos de volume das sucessivas gotas. Por exemplo, em uma modalidade, o microprocessador calcula um respectivo volume para a gota em cada imagem sucessiva, por exemplo, com o uso de operações descritas abaixo e acima; calcula mudanças nos respectivos volumes; e calcula uma taxa de fluxo de fluido ao tubo de saída com base nas mudanças nos respectivos volumes. Em uma modalidade, o microprocessador controla o mecanismo 127 para corresponder à taxa de fluxo calculado com uma taxa de fluxo desejada, por exemplo, armazenada no microprocessador.

[0052] Em uma modalidade, o microprocessador é para gerar um alarme de fluxo livre ou um alarme de condição fora de ligação quando a taxa de aumento para o volume das gotas excede um valor predeterminado, por exemplo, armazenado no microprocessador. Em uma modalidade, o microprocessador é para operar o mecanismo 127 para desativar o fluxo ao tubo de saída quando o alarme de fluxo livre ou o alarme de condição fora de ligação é gerado. Em uma modalidade o microprocessador gera um alarme de oclusão a jusante quando a taxa de aumento do volume da gota for menor do que um valor predeterminado. Em uma modalidade, o microprocessador determina que uma gota está ausente da extremidade do tubo de gotejamento por um período de tempo especificado e gera um alarme de bolsa vazia ou um alarme de ar em linha.

[0053] Em uma modalidade, a bomba inclui o processador 163 usado para operar o mecanismo 127 para desativar o fluxo ao tubo de saída quando o alarme de fluxo livre ou o alarme de condição fora de ligação é gerado. Ou seja, como um fator de segurança e redundância, um segundo microprocessador é usado na bomba.

[0054] A gota é inicialmente pendurada de um ponto fixo na câmara de gotejamento, por exemplo, a extremidade 114. Em uma modalidade, o microprocessador é para identificar quando a gota se solta do ponto fixo na câmara de gotejamento como um meio de determinação de quando a gota alcançou o volume máximo. O microprocessador cria a identificação precedente criando-se uma pluralidade de imagens temporariamente sucessivas da gota e analisando-se essas imagens. Por imagens temporariamente sucessivas, é representada uma série de imagens obtidas durante um período de tempo em ordem cronológica.

[0055] Em uma modalidade, o microprocessador identifica, em cada imagem sucessiva, um respectivo ponto na superfície, por exemplo, o ápice 154, e determina uma distância de cada respectivo ponto da extremidade 114. O microprocessador então identifica duas imagens sucessivas da gota nas quais a distância, observada acima, na segunda imagem na sucessão é menor do que a distância na primeira imagem na sucessão. Essa diminuição da distância indica que a gota se soltou do ponto fixo no intervalo entre a primeira e segunda imagens, que indica também que a gota alcançou um tamanho máximo na primeira imagem. O microprocessador calcula o volume da gota com o uso da primeira imagem.

[0056] A Figura 6 ilustra imagem 160 da gota 124 incluindo o círculo 162 pelo menos parcialmente incluído dentro do limite externo 164 da gota. A Figura 6 ilustra um exemplo específico da abordagem de Volume Restrito por Ajuste. Em uma modalidade, o microprocessador identifica respectivos círculos 162 dentro de cada imagem temporariamente sucessiva. Os círculos são parcialmente definidos por respectivos limites externos 164 das imagens temporariamente sucessivas. O microprocessador identifica um respectivo local, em relação ao ponto fixo na câmara de gotejamento, para cada respectivo círculo e calcula um volume da gota dos dados e com o uso dos respectivos círculos.

[0057] Em uma modalidade, a identificação do respectivo local para o dito cada respectivo círculo inclui identificar a imagem correspondente ao maior tamanho da gota, por exemplo, a última imagem antes da gota se soltou do ponto final do tubo de gotejamento. Por exemplo, o microprocessador identifica um respectivo ponto em cada respectivo círculo em uma distância mais afastada do ponto fixo na câmara de gotejamento, por exemplo, o ponto final 114. O microprocessador então determina qual dos respectivos pontos é o mais afastado do ponto fixo e identifica uma imagem que inclui o respectivo ponto mais afastado do ponto fixo. Ou seja, o microprocessador identifica a maior gota identificando-se a gota que tem o maior círculo. Em uma modalidade, a maior gota é identificada determinando-se uma primeira imagem na qual a distância do ápice do ponto fixo diminui em relação à distância do ápice do ponto fixo para uma segunda imagem imediatamente precedente à primeira imagem. Essa diminuição indica que a gota se soltou do ponto fixo no intervalo entre a primeira e segunda imagens, o que indica também que a gota alcançou um tamanho máximo na primeira imagem. O microprocessador calcula o volume da gota com o uso da imagem incluindo o respectivo ponto mais afastado do ponto fixo.

[0058] Em uma modalidade, o microprocessador identifica os respectivos limites externos para cada das imagens temporais de modo que cada limite externo inclua uma respectiva borda da gota mais afastada do ponto fixo na câmara de gotejamento e o respectivo círculo inclui a respectiva borda. Ou seja, o microprocessador alinha os círculos descritos acima com as bordas reais das gotas de modo que os pontos dos círculos mais afastados do ponto fixo, por exemplo, as extremidades 114, são parte da borda da gota. Em uma modalidade, o microprocessador identifica respectivos arcos circulares correspondentes às respectivas bordas e incluindo os respectivos arcos circulares nos respectivos círculos.

[0059] Em uma modalidade, identificar a imagem correspondente ao maior tamanho da gota, por exemplo, a última imagem antes que a gota se solte do ponto final do tubo de gotejamento, inclui usar os pontos centrais dos círculos. Por exemplo, o microprocessador calcula os respectivos pontos centrais 166 para os círculos e calcula as posições dos pontos centrais em relação ao ponto fixo, por exemplo, ponto final 114. O microprocessador então determina qual dos pontos centrais é o mais afastado do ponto fixo e identifica uma imagem que inclui o ponto central mais afastado do ponto fixo. Ou seja, o microprocessador identifica a maior gota identificando-se a gota que tem o maior círculo. O microprocessador calcula o volume da gota com o uso da imagem incluindo o ponto central mais afastado do ponto fixo.

[0060] A Figura 7 é um fluxograma que ilustra a operação da bomba 100 com um sistema de imageamento óptico. A Figura 7 ilustra um algoritmo exemplificador utilizável pela bomba 100. Deve-se entender que outros algoritmos são utilizáveis pela bomba. A imagem da gota 124 é filtrada e colocada no limiar para criar uma imagem binária. As operações podem incluir filtragem de mediano (para remover o brilho isolado), correção de uniformidade de fundo e imagem (para remover fontes de ruído devido ao ruído escuro, ruído de leitura, não uniformidade de pixel, e não uniformidade de iluminação), e definição de borda (com o uso de técnicas tais como convolução ou máscara de alisamento). As imagens resultantes são colocadas no limiar para render imagens binárias. Uma imagem binária consiste em valores que são tanto negras como brancas, sem valores em escala de cinza intermediários. As imagens são também processadas (em paralelo com as operações acima) para encontrar o local de referência, por exemplo, ponto final 114, com o uso de técnicas tais como detecção de recursos, compatibilidade padrão ou técnicas de transformação tais como a transformada Radon. O ponto final local é usado para formar uma máscara de imagem. Uma máscara isola uma região de uma imagem para processamento adicional. O uso de uma máscara aumenta a velocidade computacional, assim como elimina informações de artefato de serem adicionalmente processadas.

[0061] Em uma modalidade, as imagens binarizadas mascaradas são então processadas fileira a fileira para encontrar os limites extremos esquerdo e direito. Esse ajuste restrito por superfície é uma estimativa do formato de borda de gota. Em uma modalidade, as imagens são também processadas com o uso de um algoritmo restrito por ajuste. Tal algoritmo aplica restrições baseadas em suposições acerca do formato de gota conforme discutido acima e abaixo. As restrições são usadas em um esquema de otimização de quadrados mínimos não lineares para minimizar o erro entre a(s) função(ões) de restrição parametrizada e o conjunto de imagens de borda binarizada.

[0062] As duas diferentes aproximações de borda são fornecidas a um Algoritmo Estimador de Borda que compara as imagens restritas por ajuste às imagens restritas por superfície. Na instanciação mais simples, as imagens são comparadas fileira a fileira. As imagens restritas por superfície são consideradas como o resultado "correto" a menos que as mesmas se desviem das imagens restritas por ajuste em mais do que um determinado parâmetro (esse parâmetro é ajustado durante a calibração). Se o desvio for muito grande, o valor da imagem restrita por ajuste é usado para substituir o da imagem restrita por superfície para essa fileira. O supracitado é destinado a ilustrar o conceito por trás do estimador. No uso real, algoritmos mais sofisticados são usados para otimizar simultaneamente diferença entre as duas estimativas iniciais. Um exemplo de tal um algoritmo é um filtro Kalman, mas outros algoritmos familiares àqueles versados na técnica também podem ser utilizados.

[0063] A emissão do Estimador de Borda também fornece o local do ápice da gota, que é, por exemplo, usado para calcular o vetor de gravidade dependente de tempo. Essa operação exige acesso às estimativas anteriores do volume de ápice (para calcular a mudança) e, portanto, vários valores anteriores são armazenados em um armazenador temporário. O vetor de gravidade é exigido para algumas das funções de ajuste paramétrico que são usadas nos algoritmos de estimativa de borda restrita por ajuste. Portanto, o vetor de gravidade é usado em um ciclo de retorno para os algoritmos de ajuste de borda.

[0064] As Figuras 8A e 8B são detalhes esquemáticos para a bomba 100 que implanta uma operação para determinar o vetor de gravidade 156. Em uma modalidade, sistema 118 ilumina o ponto final 114 e a gota 124 e o sistema óptico, por exemplo, sensor 126, recebe luz que emana do ponto final e luz que emana da gota e transmite dados 129 relacionados à luz recebida. O microprocessador gera, com o uso dos dados, respectivas imagens da gota e da extremidade do tubo de gotejamento e localiza um ápice da gota, sendo que o ápice é uma porção da gota em uma distância mais afastada da extremidade do tubo de gotejamento. O microprocessador determina, com o uso do local do ápice, uma orientação da gota em relação à extremidade do tubo de gotejamento e calcula, com o uso da orientação da gota em relação à extremidade do tubo de gotejamento, uma orientação da câmara de gotejamento. Em uma modalidade, o microprocessador compara a orientação da câmara de gotejamento a um ponto definido, por exemplo, uma determinada orientação em relação ao prumo armazenado no microprocessador, e gera um alarme de condição fora de ligação quando a orientação se iguala ao ponto definido ou varia do ponto definido por uma quantidade especificada. Por exemplo, se a câmara de gotejamento estiver muito distante fora do prumo, a operação da bomba 100 pode ser comprometida e o alarme é gerado.

[0065] Por exemplo, na Figura 8A, a linha 168 para a orientação real da gota e eixo geométrico 170 para a câmara de gotejamento são colineares, visto que a gota precisa necessariamente se alinhar às forças de gravidade (é o prumo), a câmara de gotejamento está em uma orientação de prumo na Figura 8A. Além disso, a linha 168 é alinhada ao vetor de gravidade 156. Na Figura 8B, as linhas 168 e 170 não são colineares e a câmara de gotejamento não é prumo. Desse modo, em uma modalidade, o microprocessador gera linhas 168 e 170 e compara os respectivos locais ou orientação das linhas. Ou seja, o microprocessador calcula a orientação da câmara de gotejamento em relação ao vetor de gravidade. Em uma modalidade, quando dados 129 são usados para gerar respectivas imagens durante um período de tempo (imagens temporariamente sequenciais), o vetor de gravidade é determinado medindo-se nas imagens da extremidade do tubo de gotejamento e na gota, o local do ápice da gota pendente à medida que o mesmo cresce ao longo do tempo e rastreando-se a mudança direcional dependente de tempo do ápice através de uma série de essas medições. Em uma modalidade, a superfície da extremidade 114 é calculada conforme descrito acima e a superfície é usada como plano de referência para calcular a orientação da gota e/ou a câmara de gotejamento.

[0066] Em uma modalidade, o sistema de iluminação controla as propriedades de iluminação da luz que ilumina a extremidade do tubo de gotejamento e a gota e o microprocessador: identifica respectivos limites da extremidade do tubo de gotejamento e a gota das respectivas imagens; ajusta uma função paramétrica a esses respectivos limites; e integrar a função paramétrica para obter um volume da gota, por exemplo, conforme descrito acima.

[0067] Em uma modalidade, o ponto final local, o vetor de gravidade, e a estimativa de borda ideal são inseridas em uma rotina de cálculo de volume que integra a imagem de borda com o uso da suposição de "disco circular" discutida acima. O local da extremidade do tubo de gotejamento é usado para determinar o limite superior da integração, enquanto o vetor de gravidade é usado para determinar a direção da horizontal (em ângulos retos ao vetor de gravidade). Esses valores de dados de extremidade e gravidade são fornecidos junto ao volume conforme emitido do algoritmo. Em uma modalidade, o algoritmo também ultrapassa os parâmetros do ajuste de borda, assim como dados estatísticos tais como variâncias de ajuste. Em uma modalidade, as informações precedentes são usadas na cadeia de processamento de sinal digital discutida abaixo.

[0068] Vários métodos podem ser usados para ajustar uma restrição à imagem medida. Em uma modalidade, uma abordagem de "gota pendente" envolve resolver a equação de Laplace-Young (LYE) para a tensão de superfície. Uma gota pendurada de um ponto de contato (o ponto final) tem um formato que é controlado pelo equilíbrio da tensão de superfície (relacionado à viscosidade) e gravidade. A suposição é somente estritamente válida quando a gota está em equilíbrio; oscilações (devido à vibração ou flutuações de pressão) distorcerão o formato de gota da previsão de Laplace-Young. No entanto, pequenas oscilações não farão com que o ajuste falhe; de fato, o desvio de um ajuste é, por si, um bom indicador da presença de tais oscilações.

[0069] Em uma modalidade, uma Transformada Circular de Hough (CHT) é usada na imagem para identificar o componente da imagem que representa o fundo curvado da gota. Embora não seja estritamente um "ajuste", a CHT fornece uma representação paramétrica da gota que é caracterizada pelo valor e origem do raio de um círculo. O algoritmo de CHT é representativo de uma restrição que é determinada ou aplicada em um espaço de transformada matemática da imagem. Outras transformadas amplamente usadas, familiares a aqueles versados na técnica, são as transformadas de Fourier e pequena onda, assim como a transformada Radon.

[0070] Os procedimentos de ajuste paramétrico descritos acima aplicam fortes restrições no possível local da borda da gota. Junto à suposição de continuidade (uma borda de fluido não pode desviar de suas vizinhas em distâncias suficientemente curtas), e a exigência de que a borda de gota termina no orifício de tubo de gotejamento, os procedimentos são usados para aumentar e corrigir a imagem restrita por superfície, conforme discutido acima. Outros procedimentos de ajuste trabalham de modo similar a aqueles discutidos no presente documento.

[0071] As Figuras 9A e 9B são detalhes esquemáticos da bomba 100 com o uso de injeção de luz. O tubo de gotejamento 110, a câmara de gotejamento 106, o tubo 108, a gota 124, o sistema de imageamento 120 e o sensor 126 são conforme descritos para a Figura 2. O sistema de iluminação 118 inclui a fonte de iluminação 172 para transmitir ou injetar luz 174 ao tubo de gotejamento. A luz reflete uma pluralidade de porções da superfície internamente voltada 176 do tubo de gotejamento e a luz refletida é transmitida através do ponto final 114 do tubo de gotejamento ao interior 177 da gota 124 de modo que o interior seja uniformemente iluminado. O sistema óptico recebe luz 178 transmitido do interior da gota e transmite ao processador de computador, dados relacionados à luz recebida. Os dados relacionados à luz recebida podem ser operados mediante o uso de qualquer uma das operações observadas acima. Por exemplo, em uma modalidade, o sistema de iluminação é para controlar propriedades de iluminação da luz transmitida à gota, e o sistema óptico é para receber luz da gota. O microprocessador é para: gerar uma imagem dos dados, sendo que a imagem inclui uma superfície da gota; ajustar uma função paramétrica à superfície da gota; e integrar a função paramétrica para obter um volume da gota.

[0072] Desse modo, a luz 174 é formada em um feixe, que é injetado no tubo de gotejamento transparente a fim de sofrer reflexão interna significativa (isto é, igual ou maior do que o denominado "ângulo crucial"). O furo cilíndrico do tubo faz com que as reflexões internas divirjam dentro do tubo (preenchendo o furo do tubo), enquanto imperfeições no tubo superfície introduzem dispersão de luz. O resultado é que a gota é iluminada internamente. Sob essas condições, a óptica de imageamento no sistema 120 recebe somente luz que é dispersa da superfície de gota (não há caminho de raio direto para que a luz alcance a lente). Adicionalmente a uma imagem de borda de alto contraste, essa abordagem permite o uso de um elemento de iluminação muito compacto.

[0073] A Figura 10A é um detalhe esquemático da bomba 100 com uma disposição de detecção de menisco. O tubo de gotejamento 110, a câmara de gotejamento 106, tubo 108 e o fluido 146 são conforme descritos para a Figura 2. O sistema de imageamento 102 inclui fonte de luz, por exemplo, um laser, para transmitir luz 182 em um ângulo agudo em relação ao eixo geométrico longitudinal 184 para a câmara de gotejamento, à câmara de gotejamento de modo que a luz reflita, no ângulo agudo, uma superfície 186 de fluido agrupado dentro da câmara de gotejamento. O sistema 102 também inclui sensor ou detector sensitivo de posição, 188 para receber a luz refletida 182 e transmitir, ao processador de computador, dados relacionados à luz recebida. O microprocessador é para calcular uma posição da superfície 186 com o uso dos dados relacionados à luz recebida.

[0074] O local no sensor 188 que recebe luz 182 depende do local da superfície 186. Os níveis 190A e 190B mostram dois níveis possíveis para fluido 146 e, portanto, dois possíveis locais para a superfície 186. Conforme observado na Figura 10B, a luz 182A e 182B que se reflete dos níveis 190A e 190B, respectivamente, atingem diferentes porções do sensor 188. O microprocessador usa diferença entre os locais no sensor 188 para determinar o nível de fluido 146, ou seja, o menisco, na câmara de gotejamento. O sensor 188 pode ser qualquer detector sensitivo posicional conhecido na técnica, por exemplo, um sensor segmentado ou um sensor lateral. Em uma modalidade, o microprocessador gera um alarme de bolsa vazia ou um alarme de ar em linha para um caso no qual a luz transmitida da fonte de luz 188 não é recebida pelo sistema óptico, por exemplo, a câmara de gotejamento está vazia ou o nível 186 é tão baixo que a luz 182 não atinja o fluido 146.

[0075] Um detector sensitivo posicional segmentado inclui múltiplas áreas ativas, por exemplo, quatro áreas ativas ou quadrantes, separado por uma lacuna pequena ou região morta. Quando um ponto de luz simétrico é igualmente incidente em todo o quadrante, o dispositivo gera quatro correntes iguais e o ponto é dito como localizado no centro elétrico do dispositivo. À medida que o ponto translada através da área ativa, a corrente emitida para cada segmento pode ser usada para calcular a posição do ponto. Um detector sensitivo posicional lateral inclui um único elemento ativo no qual a resistência de superfície de fotodiodo é usada para determinar a posição. Informações de posição precisas são obtidas independente do perfil de intensidade de ponto de luz, simetria ou tamanho. A resposta do dispositivo é uniforme através da ranhura de detector, sem espaço morto.

[0076] A Figura 10B é um detalhe esquemático da bomba 100 com uma disposição de detecção de menisco. Em uma modalidade, o sistema de imageamento 102 inclui o espelho 192 no lado oposto do tubo de gotejamento para refletir luz 182 de volta através do tubo de gotejamento e divisor de feixe 194 para direcionar a luz refletida ao sensor 188. Essa configuração permite a colocação de todos os eletrônicos para os componentes ópticos no mesmo lado do tubo.

[0077] A seguir, são fornecidos mais detalhes relacionados à medição de nível de menisco. A câmara de gotejamento permanece parcialmente preenchida com fluido a todo o tempo durante a operação. O ar capturado na câmara de gotejamento está em equilíbrio de pressão com o fluido acima e abaixo do mesmo. A diferença de pressão através da lacuna de ar aciona o fluido fora do fundo da câmara de gotejamento e através de tubagem a jusante 108. O fluido entra e sai do tubo de gotejamento câmara continuamente à medida que a gota aumenta de volume e, portanto, o nível de menisco do fluido permanece quase constante. No entanto, mudanças no nível de menisco podem ocorrer por várias razões: mudanças transientes podem ocorrer quando uma gota se solta e cai no fluido abaixo; ou flutuações podem ocorrer devido às oscilações de pressão no fluido (devido à vibração de bomba, movimento do conjunto de tubagem ou movimento do paciente). Essas mudanças transientes flutuarão ao redor de um valor médio de menisco e, portanto, não indicam mudanças de taxa de fluxo a todo o tempo em comparação aos tempos de flutuação característicos.

[0078] Variações que mudam o nível médio de menisco durante tempos maiores podem ocorrer devido às mudanças no ambiente de pressão externo (por exemplo, em um veículo ou aeronave em percurso), mudanças de contrapressão que aparecem de problemas médicos com o paciente ou devido às oclusões ou outros mau-funcionamentos no processo de bombeamento. Essas mudanças de nível de menisco a longo prazo representam uma mudança concomitante na taxa de fluxo geral, e podem ser usadas para fornecer um refinamento às medições de fluxo descrita acima. Portanto, pode ser desejado monitorar o nível do menisco durante a infusão, e usar as informações derivadas no mesmo como um indicador de problemas operacionais com a infusão sistema ou como um adjunto à medição de fluxo óptico primário.

[0079] O método descrito acima para medir o nível de fluido 146 usa a reflexão de um feixe de luz da superfície de topo do fluido na câmara de gotejamento. O eixo geométrico do feixe refletido é deslocado (defletido) lateralmente à medida que o nível de fluido muda, por exemplo, conforme mostrado pela luz 182A e 182B. A quantidade de deflexão depende somente da mudança de nível de fluido, e do ângulo incidente do feixe. Embora uma fonte de luz laser seja mostrada na Figura, a técnica é compatível com qualquer feixe de luz. Além disso, embora o feixe seja mostrado livremente em propagação, o sistema também pode incorporar elementos de lente para controlar o feixe.

[0080] Em uma modalidade (não mostrada), o sensor 126 (o arranjo de plano focal de plano focal) é usado tanto para imagear a gota 124 quanto para medir o menisco de fluido 146 por meio de divisores de feixe e outra óptica simples. O sensor 126 pode ser compartilhado de pelo menos duas maneiras: uma porção do sensor que não é usada para imageamento de gota pendente simultaneamente pode registrar o feixe defletido; ou o sistema de iluminação 118 para imageamento de gota pendente e medição de nível de menisco pode ser alternado em tempo, de modo que o sensor registre alternadamente a imagem de gota e a imagem de feixe defletido. Por exemplo, bomba 100 pode combinar os sistemas de imageamento 102 mostrados nas Figuras 2 e 10A/10B ou mostrado nas Figuras 2 e 9A.

[0081] Desse modo, em uma modalidade, o sistema 102 inclui uma primeira fonte de luz, tal como a fonte de luz 172 para transmitir luz ao tubo de gotejamento de modo que a luz reflita uma superfície internamente voltada do tubo de gotejamento, e a luz refletida seja transmitida através da extremidade do tubo de gotejamento em um interior de uma gota do IV fluido pendurado da primeira extremidade do tubo de gotejamento. O sistema 102 também inclui uma segunda fonte de luz, tal como a fonte de luz 188, que transmite luz, em um ângulo agudo em relação a um eixo geométrico longitudinal para a câmara de gotejamento, à câmara de gotejamento de modo que a luz reflita, no ângulo agudo, fora de uma superfície para o fluido IV disposto dentro da câmara de gotejamento. O sensor óptico 126 é para: receber a luz refletida transmitida do interior da gota; receber a luz refletida da segunda fonte de luz; e transmitir, ao processador de computador, dados relacionados à luz recebida da primeira e segunda fontes de luz. O microprocessador é para calcular um volume da gota com o uso dos dados relacionados à luz recebida da primeira fonte de luz, e calcular uma posição da superfície do uso dos dados relacionados à luz recebida da segunda fonte de luz, conforme descrito acima.

[0082] A Figura 11 é uma representação em blocos esquemática de conjuntos de bomba 200A e 200B com o respectivo sistema de imageamento óptico em uma configuração primária e secundária. Os conjuntos incluem os componentes para bomba 100 descritos acima, com a exceção do processador e do painel de controle. Em geral, a descrição acima relacionada à operação da bomba 100 é aplicável à operação dos conjuntos 200A e 200B. O conjunto 200A é conectado à fonte de fluido primária 112A. A bomba 200B é conectada à fonte de fluido primária 112B. As fontes 112A e 112B são dispostas em uma configuração de infusão primária/secundária. Por exemplo, uma medicação primária na fonte 112A é administrada em coordenação com uma medicação secundária na fonte 112B. Conforme é conhecido na técnica, em uma configuração primária/secundária, a medicação na fonte secundária é infundida antes da medicação na fonte primária. As tubagens 108A e 108B dos mecanismos de bomba 127A e 127B, respectivamente, são conectadas à tubagem comum 202.

[0083] Em uma modalidade, um único processador e o painel de controle, por exemplo, o processador 104 e o painel 144 são usados para os conjuntos 200A e 200B. O processador opera o conjunto 200B de acordo com protocolos apropriados até que o regime para o fluido na fonte 112B seja concluído. Então, o processador automaticamente desativa o conjunto 200B conforme exigido e começa a infusão do fluido na fonte 112A. Em uma modalidade (não mostrada), cada conjunto tem um processador e painel de controle separado ou cada conjunto tem um processador separado e um painel de controle comum.

[0084] A Figura 12 é um diagrama de blocos de nível de topo que ilustra a operação da bomba 100 com um sistema de imageamento óptico. Em uma modalidade, a medição de volume, e métricas de ajuste, se aplicáveis, descritas acima são alimentadas em um algoritmo de processamento de sinal digital que calcula a taxa de fluxo e fornece retorno ao sistema de controle de bomba. A instalação 210 inclui a fonte 112, a câmara de gotejamento, o tubo de gotejamento e a mecanismo de bomba 127. O microprocessador emite o volume e métricas de ajuste 212, que são filtrados por filtro digital 214 em uma porção do microprocessador para fornecer a taxa de fluxo medida 216. A taxa de fluxo medida é comparada à taxa de fluxo desejada, por exemplo, inserida no microprocessador por meio do painel 144, que fecha o ciclo de retorno para a bomba 100.

[0085] A Figura 13 é um diagrama de blocos que ilustra o controle de processamento de retorno de sinal exemplificador para a bomba 100 com um sistema de imageamento óptico. O mecanismo 127 inclui o acionador 218 e motor 220. Os dados de imageamento do sistema 102 são processados por bloco de processamento de imagem 222 para gerar uma Volume de Gota Medida, e o resultados são inseridos ao bloco de filtração 224. A emissão do bloco de filtração é a Taxa de Fluxo Medida. A Taxa de Fluxo Medida é comparada à taxa de fluxo desejada pelo comparador 226, fornecendo a Taxa de Fluxo de Erro (estimativa de erro). O erro taxa de fluxo alimenta em uma série escalonada de PID (Proporcional, Integral, Derivada) algoritmos de controle 228. Cada bloco de PID opera em uma escala de tempo sucessivamente mais rápida. O bloco 228A controla a taxa de fluxo, o bloco 228B controla a velocidade de motor de bomba, e o bloco 228C controla a corrente de motor de bomba. O controle de velocidade incorpora o retorno do codificador de posição de motor 230. O controle de corrente incorpora o retorno de um sensor de corrente de motor no motor 220.

[0086] A Figura 14 é um diagrama de blocos que ilustra a filtragem digital exemplificadora na bomba 100 com um sistema de imageamento óptico. O filtro 232 pode ser qualquer filtro conhecido na técnica, por exemplo, a classe geral de filtros FIR/IIR conhecidos a aqueles versados na técnica. Um exemplo simples é um filtro FIR que implanta uma média de tempo em várias amostras.

[0087] A Figura 15 é uma representação esquemática de filtragem espacial exemplificadora na bomba 100 com um sistema de imageamento óptico. A meta da alta resolução e definição de borda para imagens da gota 124 são obtidas por técnicas de iluminação, técnicas ópticas ou ambas, por exemplo, conforme descrito acima. Em uma modalidade, técnicas de filtragem espacial são usadas na óptica para o sistema 120. Por exemplo, a máscara 240 no plano focal traseiro do sistema de imageamento 102 modifica (por meio de transforma Fourier óptica) a imagem gerada pelo sistema óptico, por exemplo, o sensor 126. Um filtro de bloco DC é mostrado na Figura 15. Esse filtro bloqueia o cone central da luz transmitida e intensifica as imagens de borda (associada à luz dispersa).

[0088] Em uma modalidade, a sensitividade do sensor 126 corresponde à iluminação espectro da fonte de luz no sistema 118. Em uma modalidade, o sensor 126 é um sensor de luz visível de baixo custo (comprimento de onda de 400 a 1.000 nm) e fonte 122 gera a luz que está fora da faixa da percepção visual humana (isto é, 800 a 1000 nm). Nesse caso, o operador não será distraído pela fonte de iluminação brilhante.

[0089] Deve-se entender que a bomba 100 pode ser qualquer mecanismo de bomba ou aplicativo de bomba conhecido na técnica e não é limitada somente às aplicações de bomba de infusão IV. No caso de um sistema alimentado por gravidade, o mecanismo de bombeamento pode ser substituído por uma válvula ou restritor de fluxo, e ainda ser compatível com as configurações e operações descritas acima.

[0090] A Figura 16 é uma representação esquemática do sistema de imageamento óptico 300 com a captação óptica com múltiplos canais de imageamento. Em uma modalidade exemplificativa, o sistema 300 é usado com o tubo de infusão 302 incluindo a câmara de gotejamento 304. A câmara de gotejamento 304 inclui a porção 306 com tubo de gotejamento 308, a porção 310 incluindo a porta de saída 312, e a porção 314 entre as porções 306 e 310. O tubo de saída 316 pode ser conectado à porta de saída 312 para fluir fluido fora da câmara de gotejamento 304. O tubo de gotejamento 308 é para conexão à fonte de fluido 317, por exemplo, bolsa de medicação 317. O sistema 300 inclui pelo menos uma fonte de luz 318 para emitir espectros S1, S2, e S3 de luz e o sistema óptico 319.

[0091] A fonte de luz 318 pode ser qualquer fonte de luz conhecida na técnica, incluindo, porém, sem limitação, um diodo emissor de luz (LED), um arranjo de LEDs, um diodo de laser, uma lâmpada incandescente ou uma lâmpada fluorescente.

[0092] O sistema óptico inclui a lente única 320 para receber e transmitir S1T, S2T e S3T. S1T, S2T, e S3T incluem espectros S1, S2, e S3, transmitidos através de porções 306, 310, e 314, respectivamente. O sistema óptico 319 inclui o único sensor de imagem 322 para receber S1T, S2T, e S3T da lente única 320. O sensor 322 gera e transmite dados 324, 326, e 328, que caracterizam S1T, S2T, e S3T, respectivamente, recebidos pela lente 320. O sistema 300 inclui o elemento de memória 329 e pelo menos um processador especialmente programado 330. O elemento de memória 329 é configurado para armazenar instruções executáveis por computador 331. O processador 330 é configurado para executar instruções 331 para gerar, com o uso de dados 324, 326, e 328, imagens 332, 334, e 336 das porções 306, 310, e 314, respectivamente.

[0093] Por "caracterizar", diz-se que os respectivos dados descrevem ou quantificam o espectro de luz, por exemplo, que fornece parâmetros que permitem a geração de uma imagem com o uso dos respectivos dados. Por "emitir luz" diz-se que o elemento em questão gera a luz. Por "transmitido por" diz-se passar luz através do elemento em questão, por exemplo, a luz emitida pela fonte de luz 318 passa através de porções 306, 310, e 314.

[0094] Em uma modalidade exemplificativa, o sensor 322 é um sensor de imagem de cor. Em uma modalidade exemplificativa, a fonte de luz 318 é uma única fonte de luz.

[0095] Em uma modalidade exemplificativa, porção 306 inclui a gota 338 pendente de tubo de gotejamento 308 e a imagem 332 inclui uma imagem da gota 338. O processador 330 é configurado para executar instruções 331 para determinar um volume da gota pendente 338 com o uso da imagem 332. O volume pode ser usado em esquemas de controle para regular o fluxo de fluido através do tubo de infusão 302.

[0096] Em uma modalidade exemplificativa, a porção 314 inclui menisco 342 para fluido na câmara de gotejamento 304 e a imagem 336 inclui uma imagem de menisco 342. O processador 330 é configurado para executar instruções 331 para determinar uma posição de menisco 342 com o uso da imagem 336. A posição pode ser usada em esquemas de controle e alarme para regular o fluxo de fluido através do tubo de infusão 302. Em uma modalidade exemplificativa, a bolha de ar 344 está presente na porção 310 e o processador 330 é configurado para executar as instruções 331 para determinar um volume de bolha de ar 344 com o uso da imagem 334. O volume pode ser usado em esquemas de alarme para garantir a operação segura do tubo de infusão 302.

[0097] Em uma modalidade exemplificativa, a fonte de luz 318 emite luz de espectro vermelha, azul e verde. Em uma modalidade exemplificativa, S1T consiste em uma dentre as luzes de espectro vermelha, azul ou verde, S2T consiste em uma dentre as luzes de espectro vermelha, azul ou verde não incluídas em S1T, e S3T consiste em um dentre os espectros de luz vermelho, azul ou verde não incluídos em S1T ou S2T. Desse modo, cada um dentre S1T, S2T, e S3T consiste em uma dentre as luzes vermelha, azul ou verde não incluídas na outra de S1T, S2T, e S3T. Ou seja, cada um dentre S1T, S2T, e S3T é diferente dos outros. Por "luz de espectro vermelha" é representada luz que inclui comprimentos de onda entre cerca de 610 nm e 675 nm, com intensidade de pico em cerca de 625 nm. Por "luz de espectro azul" é representada a luz que inclui comprimentos de onda entre cerca de 410 nm e 480 nm, com intensidade de pico em cerca de 470 nm. Por “luz de espectro verde” é representada a luz que inclui comprimentos de onda entre cerca de 500 nm e 575 nm, com intensidade de pico em cerca de 525 nm. Desse modo, os respectivos espectros para luzes vermelha, azul e verde não têm comprimentos de onda de sobreposição.

[0098] Em uma modalidade exemplificativa, o sistema 300 inclui o espelho 346 para refletir um único dentre S1T, S2T, e S3T. Por exemplo, o espelho 346A reflete S1T. Em uma modalidade exemplificativa, o sistema 300 inclui o espelho 346A para refletir um único dentre S1T, S2T ou S3T, e o espelho 346B para refletir outro único dentre S1T, S2T ou S3T, por exemplo, S3T. Em uma modalidade exemplificativa, o sistema 300 inclui o combinador de feixe 348A para refletir dois únicos dentre S1T, S2T ou S3T. Por exemplo, na Figura 16, o combinador de feixe 348A reflete S1T e S3T e transmite S2T.

[0099] A seguir, são fornecidos mais detalhes relacionados à Figura 16. Conforme descrito abaixo, várias operações de filtração são usadas para gerar S1T, S2T, e S3T. O espelho 346A recebe os espectros vermelho, azul e verde combinados emitidos pela fonte 318 e transmitidos pela porção 306 da câmara de gotejamento 304, mas reflete somente o espectro S1T. O espelho 346B recebe os espectros vermelho, azul e verde combinados emitidos pela fonte 318 e transmitidos pela porção 310 do tubo de saída 316, mas reflete somente o espectro S3T. Desse modo, os espelhos 348A e 348B são filtros de cor.

[0100] Em uma modalidade exemplificativa, o sensor 322 não é monocromático, ou seja, o sensor 322 é um sensor de imagem de cor. O combinador de feixe 348A transmite somente o espectro S2T emitido pela fonte 318 e transmitido pela porção 314 da câmara de gotejamento 304. Especificamente, o combinador de feixe 348A recebe os espectros vermelho, azul e verde combinados emitidos pela fonte 318 e transmitidos pela porção 314 da câmara de gotejamento 304, mas transmite somente o espectro S2T. O combinador de feixe também reflete o espectro S1T refletido pelo espelho 346A e o espectro S3T refletido pelo espelho 346B. Observe que as operações de reflexão do combinador de feixe 348A podem ser implantadas com o uso de reflexão de banda ampla, visto que os espelhos 346A e 346B filtraram os espectros S2T e S3T e os espectros S1T e S2T, respectivamente.

[0101] A Figura 17 é uma representação esquemática do sistema de imageamento óptico 400 com a captação óptica com múltiplos canais de imageamento. A discussão relacionada ao sistema 300 é aplicável à bomba 400, exceto pelo seguinte. Em uma modalidade exemplificativa: o sistema óptico 319 inclui um espelho para transmitir a uma das porções 306, 310 ou 314 um único dentre S1, S2 ou S3; ou o sistema óptico 319 inclui um espelho para refletir a uma das porções 306, 310 ou 314, um único dentre S1, S2 ou S3. Por exemplo: o espelho 346C transmite S1 à porção 306 e reflete S2 e S3; o espelho 346D transmite S3 e reflete S2 à porção 314; e o espelho 346E reflete S3 à porção 310. Em uma modalidade exemplificativa, o espelho 346E é um espelho de reflexão de banda ampla.

[0102] O espelho 346F é para refletir o espectro S1T transmitido pela porção 306 da câmara de gotejamento 304 ao combinador de feixe 348A. Em uma modalidade exemplificativa, o espelho 346F é um espelho de reflexão de banda ampla. O espelho 346G é para refletir o espectro S3T transmitido pela porção 310 da câmara de gotejamento 304 ao combinador de feixe 348A. Em uma modalidade exemplificativa, o espelho 346G é um espelho de reflexão de banda ampla. Visto que a luz que entra no combinador de feixe 348A foi separada em espectros distintos, por exemplo, a luz do espelho 346G é somente o espectro S2T, as operações de transmissão de banda ampla e de reflexão podem ser usadas no combinador de feixe 348A.

[0103] A Figura 18 é uma representação esquemática do sistema de imageamento óptico 500 com a captação óptica com múltiplos canais de imageamento. As respectivas discussões relacionadas ao sistema 300 e 400 são aplicáveis ao sistema 500, exceto pelo seguinte. Em uma modalidade exemplificativa, o sistema óptico 319 substitui um combinador de feixe com espelhos 346H e 346I. O espelho 346H transmite S1T refletido pelo espelho 346F e reflete S2T (do espelho 346D). O espelho 346I transmite S3T (do espelho 346E) e reflete S1T (transmitido pelo espelho 346H) e S2T (refletido pelo espelho 346H).

[0104] Na Figura 16, o comprimento L1 da fonte de luz 318 precisa ser suficiente para expandir as porções 306, 310, e 314, visto que a fonte de luz 318 precisa emitir luz diretamente através das porções 306, 310, e 314. No entanto, nas Figuras 17 e 18, o comprimento L1 da fonte de luz 318 é consideravelmente menor, por exemplo, igual somente ao comprimento L2 da porção 306. Nas Figuras 17 e 18, a fonte de luz 318 emite luz diretamente através da porção 306; no entanto, combinações de espelhos são usadas para refletir luz às porções 310 e 314. Desse modo, um dispositivo menor ou menos caro pode ser usado para a fonte de luz 318 nas Figuras 17 e 18.

[0105] A Figura 19 é uma representação esquemática do sistema de imageamento óptico 600 com captação óptica com múltiplos canais de imageamento. A discussão relacionada ao sistema 300 é aplicável ao sistema 600, exceto pelo seguinte. O sistema 600 inclui três fontes de luz: a fonte de luz 318A para emitir somente o espectro S1, a fonte de luz 318B para emitir somente o espectro S2, e fonte de luz 318C para emitir somente o espectro S3. O sistema óptico 319 inclui o espelho 346J para refletir S1T e o espelho 346K para refletir S3T. O combinador de feixe 348B transmite S2T e reflete S1T e S3T. Em uma modalidade exemplificativa, um ou ambos os espelhos 346J e 346K são espelhos de reflexão de banda ampla. Em uma modalidade exemplificativa, o combinador de feixe 348B tem funcionalidade de transmissão por banda ampla e reflexão.

[0106] Nas respectivas modalidades exemplificativas para o sistema 300, 400, 500, e 600, o imageamento de dois canais é realizado para somente duas das porções 306, 310 ou 314 e o imageamento não é realizado nas porções restantes 306, 310 ou 314.

[0107] A Figura 20 é uma representação esquemática do sistema de imageamento óptico 700 com imageamento óptico com dois canais e uma única fonte de luz. No sistema 700, multiplexação cromática é implantada para somente duas das porções 306, 310 ou 314. O sistema 700 pode usar o sistema 400 como um ponto de partida. A seguir, são descritas diferenças entre os sistemas 400 e 700 conforme mostrado. Na Figura 20, o imageamento óptico com dois canais é implantado para as porções 306 e 314. Os espelhos 346E e 346G são removidos. O espelho 346D não é mais exigido para transmitir S3. O combinador de feixe 348A não é mais exigido para refletir S3T. De outro modo, as operações relacionadas às porções 306 e 314 são as mesmas conforme descrito para a Figura 17. Em uma modalidade exemplificativa, o imageamento da porção 310 é implantado adicionando-se lente 702 para receber a luz S1T/S2T/S3T transmitida através da porção 310 da fonte de luz 318. A lente 702 transmite S1T/S2T/S3T ao sensor de imagem 704, que gera dados 326. O processador 330 gera a imagem 334 dos dados 326. O sensor de imagem 704 pode ser monocromático, visto que a multiplexação cromática não é implantada para a porção 310.

[0108] Outras combinações de captação óptica com dois canais são possíveis para o sistema 700 conforme é evidente a alguém versado na técnica. Por exemplo, o espelho 346D pode ser removido de modo que a captação óptica com dois canais seja realizada para as porções 306 e 310 somente. As operações conforme descrito para as porções 306 e 310 para a Figura 17 são substancialmente as mesmas. A lente 702 recebe S1T/S2T/S3T transmitidas pela porção 314 e transmite S1T/S2T/S3T ao sensor de imagem 704, que gera dados 328. O processador 330 gera imagem 336 dos dados 328. O sensor de imagem 704 pode ser monocromático. Por exemplo, o espelho 346F pode ser removido de modo que a captação óptica com dois canais seja realizada para as porções 310 e 314 somente. As operações conforme descrito para as porções 310 e 314 para a Figura 17 são substancialmente as mesmas. A lente 702 recebe S1T/S2T/S3T transmitida pela porção 306 e transmite S1T/S2T/S3T ao sensor de imagem 704, que gera dados 324. O processador 330 gera a imagem 332 dos dados 324. O sensor de imagem 704 pode ser monocromático. Deve-se entender que outras configurações de componentes no sistema 400 são possíveis para implantar imageamento óptico com dois canais. Em uma modalidade exemplificativa, o imageamento de dois canais é realizado para somente duas das porções 306, 310 ou 314 e o imageamento não é realizado nas porções restantes 306, 310 ou 314. Ou seja, uma segunda lente e sensor de imagem não são empregados à imagem na porção restante 306, 310 ou 314.

[0109] O sistema 300 pode ser modificado para operação com dois canais conforme é evidente a alguém versado na técnica. Por exemplo, a operação com dois canais pode ser implantada para as porções 306 e 314 removendo-se somente o espelho 346B. As operações conforme descrito para as porções 306 e 314 para a Figura 16 são substancialmente as mesmas. S1T/S2T/S3T da porção 310 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. O segundo sensor gera dados 326 para gerar a imagem 334. Por exemplo, a operação com dois canais pode ser implantada para as porções 310 e 314 removendo-se somente o espelho 346A. As operações conforme descrito para as porções 310 e 314 para a Figura 16 são substancialmente as mesmas. S1T/S2T/S3T da porção 306 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. O segundo sensor gera dados 324 para gerar a imagem 332. Por exemplo, a operação com dois canais pode ser implantada para as porções 306 e 310 somente. As operações, conforme descrito para as porções 306 e 310 para a Figura 16, são substancialmente as mesmas. S1T/S2T/S3T da porção 314 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. O segundo sensor gera dados 328 para gerar a imagem 336. Deve- se entender que outras configurações de componentes no sistema 300 são possíveis para implantar imageamento óptico com dois canais. Em uma modalidade exemplificativa, o imageamento de dois canais é realizado para somente duas das porções 306, 310 ou 314 e o imageamento não é realizado nas porções restantes 306, 310 ou 314. Ou seja, uma segunda lente e sensor de imagem não são empregados à imagem na porção restante 306, 310 ou 314.

[0110] O sistema 500 pode ser modificado para operação com dois canais conforme é evidente a alguém versado na técnica. Por exemplo, para implantar a operação com dois canais para as porções 306 e 314 somente, o espelho 346E pode ser removido. As operações, conforme descrito para as porções 306 e 314 para a Figura 18, são substancialmente as mesmas. S1T/S2T/S3T da porção 310 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. O segundo sensor gera dados 326 para gerar a imagem 334. Por exemplo, para implantar a operação com dois canais para as porções 310 e 314 somente, o espelho 346F pode ser removido. As operações, conforme descrito para as porções 310 e 314 para a Figura 18, são substancialmente as mesmas. S1T/S2T/S3T da porção 306 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. O segundo sensor gera dados 324 para gerar a imagem 332. Por exemplo, para implantar a operação com dois canais para as porções 306 e 310 somente, os espelhos 346D e 346H podem ser removidos. As operações, conforme descrito para as porções 306 e 310 para a Figura 18, são substancialmente as mesmas. S1T/S2T/S3T da porção 314 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. O segundo sensor gera dados 328 para gerar a imagem 336. Deve-se entender que outras configurações de componentes no sistema 500 são possíveis para implantar imageamento óptico com dois canais. Em uma modalidade exemplificativa, o imageamento de dois canais é realizado para somente duas das porções 306, 310 ou 314 e o imageamento não é realizado nas porções restantes 306, 310 ou 314. Ou seja, uma segunda lente e sensor de imagem não são empregados à imagem na porção restante 306, 310 ou 314.

[0111] O sistema 600 pode ser modificado para operação com dois canais conforme é evidente a alguém versado na técnica. Por exemplo, para implantar a operação com dois canais para as porções 306 e 314 somente, o espelho 346K pode ser removido. As operações, conforme descrito para as porções 306 e 314 para a Figura 19, são substancialmente as mesmas. S3T da porção 310 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. A fonte de luz 318C pode ser de banda ampla (emitir S1/S2/S3). O segundo sensor gera dados 326 para gerar a imagem 334. Por exemplo, para implantar a operação com dois canais para as porções 310 e 314 somente, o espelho 346J pode ser removido. As operações, conforme descrito para as porções 310 e 314 para a Figura 19, são substancialmente as mesmas. S1T da porção 306 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida a um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. A fonte de luz 318A pode ser de banda ampla (emitir S1/S2/S3). O segundo sensor gera dados 324 para gerar a imagem 332. Por exemplo, para implantar a operação com dois canais para as porções 306 e 310 somente, S2T da porção 314 é recebida por uma segunda lente (não mostrada) e transmitida um segundo sensor de imagem (não mostrado) que pode ser monocromático. A fonte de luz 318B pode ser banda ampla (emitir S1/S2/S3). O segundo sensor gera dados 328 para gerar a imagem 336. As operações, conforme descrito para as porções 306 e 310 para a Figura 19, são substancialmente as mesmas. Deve-se entender que outras configurações de componentes no sistema 600 são possíveis para implantar o imageamento óptico com dois canais. Em uma modalidade exemplificativa, o imageamento de dois canais é realizado para somente duas das porções 306, 310 ou 314 e o imageamento não é realizado nas porções restantes 306, 310 ou 314. Ou seja, uma segunda lente e sensor de imagem não são empregados à imagem na porção restante 306, 310 ou 314.

[0112] Para fins de brevidade, as porções da discussão a seguir são direcionadas ao sistema 300 na Figura 16; no entanto, deve-se entender que a discussão também é aplicável às Figuras 17 a 19. Além disso, a discussão a seguir é direcionada às modalidades nas quais captação óptica de múltiplos canais é implantada para todas as três das porções 306, 310, e 314. No entanto, deve-se entender que a discussão é aplicável às modalidades de dois canais discutidas acima. O uso de uma lente única, tal como a lente 320, e o sensor de imagem, tal como o sensor 322, no lugar de três lentes e sensores, reduz custos e complexidade do sistema 300. Todos os três espectros S1, S2, e S3, transmitidos pela lente 320 são recebidos simultaneamente pelo único sensor de imagem 322. No entanto, se sensor 322 for um sensor monocromático, o processamento de sinal convencional não pode ser usado para gerar imagens 332, 334, e 346. Por exemplo, um sensor monocromático não pode distinguir entre vermelho, azul, e verde e não pode usar processamento de sinal convencional para separar espectros S1T, S2T, e S3T para gerar imagens 332, 334, e 346. Vantajosamente, o sistema 300 usa um sensor de imageamento de cor para o sensor 322, que tem capacidade de distinguir entre espectros S1T, S2T e S3T.

[0113] Visto que uma respectiva cor única, separada dos espectros vermelho, azul e verde é usada para cada um de espectros S1T, S2T, e S3T, o imageador 322 tem capacidade de transmitir dados 324, 326, e 328 para únicos respectivos espectros e, portanto, uma respectiva imagem única de cada uma das porções 306, 310 ou 314 pode ser gerada com o uso de operações convencionais de processamento de sinal. Por exemplo, os espectros S1T, S2T, e S3T podem consistir em luz de espectro vermelha, azul e verde, respectivamente. Os pixels responsivos de vermelho do sensor captam o espectro S1T, os pixels responsivos de azul do sensor captam o espectro S2T, e os pixels responsivos de verde do sensor captam o espectro S3T.

[0114] Desse modo, os pixels responsivos de vermelho registram uma imagem da gota 338, os pixels responsivos de azul registram uma imagem de menisco 342, e os pixels responsivos de verde registram uma imagem da porção 310. Desse modo, cada grupo de pixels responsivos (por exemplo, os pixels responsivos de vermelho) permanece não responsivo a, em essência, filtração, imagens das outras imagens correspondentes aos grupos remanescentes de pixels responsivos (por exemplo, os pixels responsivos de azul e verde). Desse modo, não há sobreposição de espectros ou imagens incluídas em dados transmitidos ao processador 330 e ao processamento de sinal convencional podem ser usadas para gerar imagens 332, 334, e 346.

[0115] O uso de espelhos de reflexão de banda ampla/operações de reflexão em vez de reflexão e transmissão de filtragem de cor pode reduzir o custo dos respectivos sistemas de óptica 319 nas Figuras 17 a 19.

[0116] Em uma modalidade exemplificativa (não mostrada), uma lente única, tal como a lente 320, e um único sensor monocromático de imagem são usados em uma disposição de multiplexação de tempo em uma bomba de infusão. Por exemplo, com o uso da Figura 19 como referência, cada uma das fontes de luz 318A/B/C emite o mesmo espectro de luz. A luz emitida é transmitida através de porções de um tubo de infusão, tal como tubo de infusão 302, análogo às porções 306, 310, e 314 descritas acima. Por meio de um arranjo similar aos espelhos 346A/346B e combinador de feixe 348A, a luz, transmitida através das porções análogas, é transmitida à lente única, que transmite a luz a um processador, tal como o processador 330. Conforme observado acima, um sensor monocromático não pode distinguir, com o uso de processamento de sinal convencional, três imagens simultaneamente recebidas. No entanto, na modalidade exemplificativa, as três fontes de luz são sequencialmente energizadas de modo que somente uma fonte de luz seja energizada por quadro de imagem do sensor de imagem. Por exemplo, em um primeiro quadro, a fonte de luz que emite luz transmitida através da porção análoga à porção 306 é energizada, no próximo quadro, a fonte de luz que emite luz transmitida através da porção análoga à porção 310 é energizada, e no próximo quadro a fonte de luz que emite luz transmitida através da porção análoga à porção 314 é energizada. O processador recebe somente uma imagem por quadro e tem capacidade de transmitir respectivos dados para cada imagem em cada quadro ao processador. O processador, por sua vez, tem capacidade de gerar imagens separadas para cada uma das porções análogas da bomba. O uso de um sensor monocromático de imagem e três luzes de fundo que emitem o mesmo espectro reduz os custos da bomba na modalidade exemplificativa.

[0117] A discussão a seguir fornece detalhes adicionais relacionados às Figuras 16 a 19. Deve-se entender que a discussão a seguir é aplicável às modalidades de dois canais discutidos acima. Em uma modalidade exemplificativa, elementos de lente (não mostrados) podem ser adicionados aos respectivos caminhos de imagem (caminhos atravessados pela luz a partir d uma fonte de luz a um sensor de imagem) para sistemas 300 a 600 para compensar caminhos de imagem desiguais. Em uma modalidade exemplificativa, um espectro de luz na faixa de infravermelho próxima (por exemplo, entre 700 nm e 1.000 nm) pode ser usado para iluminar as porções 306, 310 ou 314. Em uma modalidade exemplificativa, a fonte de luz 318 e/ou fontes de luz 318A/B/C são LEDs e os LEDs são pulsados para aprimorar a eficiência operacional ou criar um efeito estropo que elimina o desfoque de movimento de artefatos em movimento. A pulsação é sincronizada com a velocidade de obturador do sensor de imagem 322. Em uma modalidade exemplificativa, a configuração geral da Figura 18, que não usa um combinador de feixe, é modificada com o uso de três fontes de luz conforme mostrado na Figura 19. A combinação resultante usa menos espelhos do que o mostrado na Figura 18, reduzindo o custo da modalidade.

[0118] Desse modo, é observado que os objetivos da invenção são obtidos de modo eficiente, embora mudanças e modificações à invenção devam ser prontamente aparentes a aqueles que têm habilidade comum na técnica, sem se afastar do espírito ou escopo da invenção, conforme reivindicado. Embora a invenção seja descrita em referência a uma modalidade preferencial especificada, torna-se claro que variações podem ser feitas sem se afastar do escopo ou espírito da invenção conforme reivindicado.

Claims

1. Sistema de imageamento óptico (102) para uso com um tubo de infusão que tem uma câmara de gotejamento (106) que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento (110), uma segunda porção com uma porta de saída (312), e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma fonte de luz (122) para emitir pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz; um sistema óptico (319) que inclui: uma lente única (148) para receber e transmitir pelo menos dois dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; ou, o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção; um único sensor de imagem (322) para: receber os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz da lente única; e, gerar e transmitir dados que caracterizam os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz recebidos da lente única; um elemento de memória (329) para armazenar instruções executáveis por computador; e, pelo menos um processador (330) configurado para executar as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos dois dentre a primeira, segunda ou a terceira imagens da primeira, segunda, e terceira porções, respectivamente.

2. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o único sensor de imagem (322) consiste em um único sensor de imagem de cor.

3. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (122) consiste em uma única fonte de luz.

4. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (122) inclui uma pluralidade de fontes de luz.

5. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (122) inclui três fontes de luz.

6. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a primeira porção inclui uma gota pendente (338) a partir do tubo de gotejamento (110) e a primeira imagem inclui uma imagem da gota; o pelo menos um processador especialmente programado (330) é configurado para determinar um volume da gota pendente com o uso da primeira imagem; a terceira porção inclui um menisco (146) para fluido na câmara de gotejamento (106) e a terceira imagem inclui uma imagem do menisco; e, o pelo menos um processador configurado para executar as instruções executáveis por computador para determinar uma posição do menisco com o uso da terceira imagem.

7. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma bolha de ar (344) está presente na segunda porção e a segunda imagem inclui uma imagem da bolha de ar.

8. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um processador (330) é configurado para executar as instruções executáveis por computador para determinar um volume da bolha de ar com o uso da segunda imagem.

9. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a pelo menos uma fonte de luz emite pelo menos duas dentre luzes de espectro vermelha, azul e verde; o primeiro espectro de luz consiste em uma das luzes de espectro vermelha, azul ou verde; o segundo espectro de luz consiste em uma dentre as luzes de espectro vermelha, azul ou verde não incluídas no primeiro espectro; e, o terceiro espectro de luz consiste em um dentre os espectros de luz vermelho, azul ou verde não incluídos no primeiro ou no segundo espectros de luz.

10. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico (319) inclui um espelho (192) para refletir somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

11. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico (319) inclui: um primeiro espelho (346) para refletir somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente; e, um segundo espelho (346A) para refletir somente outro dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

12. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico (319) inclui um combinador de feixe (348A) para refletir somente dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

13. Sistema de imageamento óptico (102), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico (319) inclui um espelho (346) para: transmitir a uma dentre a primeira segunda ou terceira porções, somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz emitidos pela pelo menos uma fonte de luz (122); ou, refletir a uma dentre a primeira segunda ou terceira porções, somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz emitidos pela pelo menos uma fonte de luz.

14. Método de imageamento de um tubo de infusão (302) que tem uma câmara de gotejamento (304) que inclui uma primeira porção com um tubo de gotejamento (308), uma segunda porção com uma porta de saída (312), e uma terceira porção localizada entre a primeira e a segunda porções, caracterizado pelo fato de que compreende: armazenar, em um elemento de memória (329), instruções executáveis por computador; emitir pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz a partir de pelo menos uma fonte de luz (318); receber e transmitir, com o uso de uma lente única (320) pelo menos dois dentre: o primeiro espectro de luz transmitido através da primeira porção; o segundo espectro de luz transmitido através da segunda porção; ou o terceiro espectro de luz transmitido através da terceira porção; receber, com o uso de um único sensor de imagem (322), os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz da lente única; gerar e transmitir, com o uso do único sensor de imagem, dados que caracterizam os pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz recebidos da lente única; e, executar, com o uso do pelo menos um processador (330), as instruções executáveis por computador para gerar, com o uso dos dados, pelo menos duas dentre a primeira, segunda ou a terceira imagens da primeira, segunda, e terceira porções, respectivamente.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o único sensor de imagem (322) consiste em um único sensor de imagem de cor.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (318) consiste em uma única fonte de luz.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (318) inclui uma pluralidade de fontes de luz.

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (318) inclui três fontes de luz.

19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: a primeira porção inclui uma gota pendente (338) a partir do tubo de gotejamento (308) e a primeira imagem inclui uma imagem da gota; e, a terceira porção inclui um menisco (342) para fluido na câmara de gotejamento (304) e a terceira imagem inclui uma imagem do menisco; e, o método compreende, adicionalmente, executar, com o uso do pelo menos um processador (330), as instruções executáveis por computador para: determinar, com o uso da primeira imagem, um volume da gota pendente com o uso da primeira imagem; e, determinar, com o uso da terceira imagem, uma posição do menisco com o uso da terceira imagem.

20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que uma bolha de ar (344) está presente na segunda porção e a segunda imagem inclui uma imagem da bolha de ar.

21. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, executar, com o uso do pelo menos um processador (330), as instruções executáveis por computador para determinar, com o uso da segunda imagem, um volume da bolha de ar.

22. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: emitir pelo menos dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz inclui emitir pelo menos dois de luz de espectro vermelha, azul ou verde; o primeiro espectro de luz consiste em uma das luzes de espectro vermelha, azul ou verde; o segundo espectro de luz consiste em uma dentre as luzes de espectro vermelha, azul ou verde não incluídas no primeiro espectro; e, o terceiro espectro de luz consiste em um dentre os espectros de luz vermelho, azul ou verde não incluídos no primeiro ou no segundo espectros de luz.

23. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, refletir, com o uso de um espelho (346), somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira, segunda ou terceira porções, respectivamente.

24. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, refletir, com o uso de um primeiro espelho (346), somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente; e, refletir, com o uso de um segundo espelho (346A), somente outro dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

25. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende refletir, com o uso de um combinador de feixe (348A), somente dois dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz transmitidos pela primeira segunda ou terceira porções, respectivamente.

26. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, transmitir, com o uso de um espelho (346), a uma dentre a primeira segunda ou terceira porções, somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz emitidos pela pelo menos uma fonte de luz; ou, refletir, com o uso de um espelho (346A), a uma dentre a primeira segunda ou terceira porções, somente um dentre o primeiro, segundo ou o terceiro espectros de luz emitidos pela pelo menos uma fonte de luz.