ITBO20060840A1 - METHOD AND MACHINE TO MANIPULATE TOXIC SUBSTANCES - Google Patents
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Description
D E S C R I Z IO N E DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention
di HEALTH ROBOTICS S.R.L., by HEALTH ROBOTICS S.R.L.,
di nazionalità italiana, of Italian nationality,
con sede: VIA ALTMANN, 9/A with registered office: VIA ALTMANN, 9 / A
39100 BOLZANO (BZ) 39100 BOLZANO (BZ)
Inventori: BALDASSARI Daniele Inventors: BALDASSARI Daniele
GABBARRINI Alterino GABBARRINI Alterino
GIRIBONA Paolo GIRIBONA Paolo
RAINER Werner RAINER Werner
ω^Ζ ο ο La presente invenzione è relativa ad un metodo e 2 ?2 ad una macchina per manipolare sostanze tossiche. ω ^ Ζ ο ο The present invention relates to a method and 2? 2 to a machine for handling toxic substances.
In particolare, la presente invenzione trova In particular, the present invention finds
≤ 8 vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione in una macchina per la manipolazione automatica di sostanze tossiche utilizzata per la preparazione automatica di ≤ 8 advantageous, but not exclusive application in a machine for the automatic handling of toxic substances used for the automatic preparation of
farmaci citostatici, cui la descrizione che segue cytostatic drugs, described in the following description
farà esplicito riferimento senza per questo perdere will make explicit reference without losing it
in generalità. in general.
Esistono in commercio macchine per la manipolazione automatica di sostanze tossiche comprendenti un magazzino per contenitori, quali There are machines on the market for the automatic handling of toxic substances including a warehouse for containers, such as
sacche, flaconi e similari, provvisti, ciascuno, di un'imboccatura chiusa da un rispettivo tappo di bags, bottles and the like, each provided with an opening closed by a respective
materiale perforabile e contenenti sostanze pierceable material and containing substances
necessarie alla preparazione dei farmaci; una necessary for the preparation of drugs; a
stazione di dosaggio, nella quale è presente almeno dosing station, in which there is at least
una sede atta a trattenere una relativa siringa di a seat adapted to hold a relative syringe of
tipo commerciale; ed un robot antropomorfo provvisto commercial type; and a provided anthropomorphic robot
di una testa di presa per prelevare un contenitore of a gripping head to pick up a container
dal magazzino, trasferirlo alla stazione di dosaggio from the warehouse, transfer it to the dosing station
in corrispondenza di una siringa, ed avvicinarlo at a syringe, and bring it closer
all'ago della siringa in modo tale che l'ago, to the syringe needle so that the needle,
perforando il tappo, penetri nel contenitore per piercing the cap, penetrate the container for
poter iniettare o prelevare una sostanza nel o, Z o o ° rispettivamente, dal contenitore. Inoltre, in queste be able to inject or withdraw a substance into or, Z or or ° respectively, from the container. Furthermore, in these
macchine è previsto un sensore ottico del tipo a machines, an optical sensor of the type a is provided
fotocellula per facilitare l'allineamento assiale photocell to facilitate axial alignment
dell'imboccatura con l'ago della siringa. of the mouthpiece with the syringe needle.
L'inconveniente principale di tali macchine è The main drawback of such machines is
una notevole difficoltà nell'allineare contenitori a considerable difficulty in aligning containers
aventi un'imboccatura di dimensioni ridotte a causa having a mouth of reduced dimensions due to
della scarsa precisione con cui il sensore rileva la the poor accuracy with which the sensor detects the
posizione della punta dell'ago. Molto spesso, needle tip position. Very often,
infatti, una porzione terminale dell'ago può essere in fact, a terminal portion of the needle can be
ricurva a causa di difetti di produzione o di danni bent due to manufacturing defects or damage
provocati dalle operazioni di immagazzinamento e/o di caused by the operations of storage and / or
trasporto ed una dimensione ridotta dell'imboccatura transport and a reduced size of the mouthpiece
rende spesso impossibile il corretto allineamento e, quindi, l'inserimento dell'ago nel contenitore. often makes correct alignment and, therefore, insertion of the needle into the container impossible.
Scopo della presente invenzione è di fornire un The object of the present invention is to provide a
metodo ed una macchina per manipolare automaticamente method and a machine to manipulate automatically
sostanze tossiche al fine di preparare farmaci toxic substances in order to prepare drugs
citostatici, ed un prodotto informatico implementante cytostatics, and an implementing IT product
tale metodo, i quali siano esenti dagli inconvenienti this method, which are free from the drawbacks
sopra descritti e, nello stesso tempo, siano di described above and, at the same time, are of
facile ed economica realizzazione. easy and cheap realization.
In accordo con la presente invenzione vengono In accordance with the present invention they are
forniti un metodo ed una macchina per manipolare provided a method and a machine to manipulate
sostanze tossiche, ed un prodotto informatico Ul_ implementante tale metodo, secondo quanto rivendicato gl (n S dalle rivendicazioni allegate. 1 ® ø .1 La presente invenzione verrà ora descritta con toxic substances, and a computer product Ul_ implementing this method, according to what is claimed by (n S from the attached claims. 1 ® ø .1 The present invention will now be described with
riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un reference to the accompanying drawings, which illustrate one
esempio di attuazione non limitativo, in cui: non-limiting example of implementation, in which:
- la figura 1 illustra in modo schematico una Figure 1 schematically illustrates a
macchina per manipolare sostanze tossiche; machine for handling toxic substances;
- la figura 2 illustra una parte della macchina - figure 2 illustrates a part of the machine
della figura 1 realizzata secondo la presente of Figure 1 made according to the present
invenzione; invention;
- la figura 3 illustra una siringa rappresentata Figure 3 illustrates a syringe shown
in un sistema di riferimento cartesiano ed in un in a Cartesian reference system and in a
altro sistema di riferimento non cartesiano; another non-Cartesian reference system;
- la figura 4 illustra un diagramma di flusso di Figure 4 illustrates a flow diagram of
un metodo per manipolare sostanze tossiche in accordo con la presente invenzione,- e a method for handling toxic substances in accordance with the present invention, - e
- le figure da 5 a 7 illustrano schematicamente - Figures 5 to 7 illustrate schematically
alcuni passi del diagramma di flusso della figura 4. some steps of the flow chart of Figure 4.
Nella figura 1, con 1 è genericamente indicato, In Figure 1, 1 is generically indicated,
nel suo complesso, una macchina per manipolare sostanze tossiche comprendente un magazzino 2 (illustrato schematicamente con un parallelepipedo) as a whole, a machine for handling toxic substances comprising a magazine 2 (schematically illustrated with a parallelepiped)
per contenitori 3, quali sacche, flaconi e similari for containers 3, such as bags, bottles and the like
per sostanze tossiche, e non, necessarie alla preparazione dei farmaci, provvisti, ciascuno, di tu _ for toxic and non-toxic substances necessary for the preparation of drugs, each provided with
Z O Z O
un' imboccatura 4 presentante un asse 4a e chiusa da o un rispettivo tappo 5 di materiale perforabile; una _gZΦa mouth 4 having an axis 4a and closed by or a respective plug 5 of pierceable material; a _gZΦ
stazione di dosaggio 6, nella quale è disposto un CD 2 dosing station 6, in which a CD 2 is arranged
Z -g < o gruppo di dosaggio 7 provvisto di tre sedi 8 atte a trattenere altrettante siringhe 9 di tipo commerciale Z -g <or dosing unit 7 provided with three seats 8 suitable for holding as many syringes 9 of a commercial type
di vario formato, ossia del tipo comprendente un of various format, i.e. of the type comprising a
corpo 10 di forma cilindrica, un ago 11 innestato ad un'estremità del corpo 10, ed uno stantuffo 12 che body 10 of cylindrical shape, a needle 11 engaged at one end of the body 10, and a plunger 12 which
scorre assialmente all'interno del corpo 10; ed un it slides axially inside the body 10; and a
robot 13 antropomorfo, il quale è provvisto di una robot 13 anthropomorphic, which is provided with a
testa 14 di presa comprendente un organo a pinza 15 gripping head 14 comprising a gripper member 15
atto ad afferrare i contenitori 3, e di un braccio 16 adapted to grasp the containers 3, and an arm 16
snodato a sei gradi di libertà atto a supportare la articulated with six degrees of freedom designed to support the
testa 14 per poter trasferire un contenitore 3 dal magazzino 2 alla stazione di dosaggio 6 in head 14 to be able to transfer a container 3 from the magazine 2 to the dosing station 6 in
corrispondenza di una siringa 9, ed avvicinare il correspondence to a syringe 9, and bring the
contenitore 3 stesso all'ago 11 di tale siringa 9 in container 3 itself to the needle 11 of this syringe 9 in
modo tale che l'ago 11, perforando il tappo 5, so that the needle 11, piercing the cap 5,
penetri nel contenitore 3. penetrate into the container 3.
La macchina 1 è, inoltre, dotata di un'unità di The machine 1 is also equipped with a unit of
controllo 17 per controllare l'azionamento del robot control 17 to control the operation of the robot
13, del gruppo di dosaggio 7 e di organi di 13, of the dosage group 7 and of organs of
movimentazione (non illustrati) del magazzino 2. Il warehouse handling (not shown) 2. Il
gruppo di dosaggio 7 ed il robot 13 sono alloggiati dosing unit 7 and robot 13 are housed
in un vano sterile (non illustrato) comunicante con in a sterile compartment (not shown) communicating with
O OR
il magazzino 2 per evitare che germi o microrganismi o contaminino i farmaci durante la loro preparazione. <Λ £ 7 _ * ai Il gruppo di dosaggio 7 comprende una ο i ζ a piattaforma 18 rotante attorno ad un asse I8a < 3⁄4 orizzontale, sulla quale piattaforma 18 sono montate warehouse 2 to prevent germs or microorganisms from contaminating the drugs during their preparation. <Λ £ 7 _ * ai The dosing unit 7 comprises a ο i ζ with platform 18 rotating around a horizontal axis I8a <3⁄4, on which platform 18 is mounted
le tre sedi 8 per siringhe. Ciascuna sede 8 comprende the three seats 8 for syringes. Each seat 8 comprises
un elemento di presa 19 solidale con la piattaforma a gripping element 19 integral with the platform
18 per trattenere il corpo 10 della siringa 9 con un 18 to hold the body 10 of the syringe 9 with a
asse longitudinale 9a della siringa 9 sostanzialmente longitudinal axis 9a of the syringe 9 substantially
verticale, ed un elemento di azionamento 20 per vertical, and an actuation member 20 for
estrarre lo stantuffo 12 in modo da aspirare una extract the plunger 12 so as to aspirate one
quantità di sostanza all'interno della siringa 9 o amount of substance in the syringe 9 o
per premere lo stantuffo 12 in modo da iniettare una to push plunger 12 to inject one
sostanza fuori dalla siringa 9. Gli elementi di azionamento 20 sono collegati rigidamente tra loro da substance out of the syringe 9. The drive elements 20 are rigidly connected to each other by
una barra 21 atta a muoversi verticalmente lungo una a bar 21 adapted to move vertically along a
guida 22 rettilinea ricavata sulla piattaforma 18. La straight guide 22 obtained on platform 18. La
rotazione della piattaforma 18 permette di cambiare rotation of the platform 18 allows you to change
l'orientamento delle siringhe 9 tra una posizione di the orientation of the syringes 9 between a position of
prelievo della sostanza, in cui la punta dell'ago il withdrawal of the substance, in which the tip of the needle the
è rivolta verso l'alto, ed una posizione di iniezione is facing up, and an injection position
della sostanza, in cui la punta dell'ago 11 è rivolta of the substance, in which the tip of the needle 11 faces
verso il basso e che è illustrata nella figura 1. down and which is shown in Figure 1.
La macchina comprende, inoltre, una telecamera The machine also includes a camera
23 analogica bianco e nero a fuoco fisso, la quale è 23 analogue black and white fixed focus, which is
z O provvista di un'uscita video-composita non illustrata z O equipped with a composite video output not illustrated
ed è montata in modo fisso sulla testa 14; ed un and is fixedly mounted on the head 14; and a
£ φ elaboratore 24, per esempio del tipo ad architettura CD o Z 3⁄4 PC, collegato con un sistema informatico ospedaliero < s 25 per scambiare dati relativi alla preparazione dei £ φ computer 24, for example of the CD or Z 3⁄4 PC architecture type, connected to a hospital computer system <s 25 to exchange data relating to the preparation of
farmaci, con la telecamera 23 per acquisire le drugs, with the camera 23 to acquire the
immagini da essa rilevate, e con l'unità di controllo images detected by it, and with the control unit
17 per comandare gli organi della macchina 1 sopra 17 to control the components of the machine 1 above
descritti . described.
Con riferimento alla figura 2, l'organo a pinza With reference to Figure 2, the gripper member
15 della testa 14 comprende due ganasce 26 mobili 15 of the head 14 comprises two movable jaws 26
lungo un asse di scorrimento 26a con movimento di along a sliding axis 26a with movement of
avvicinamento ed allontanamento reciproco per mutual approach and distancing for
afferrare e, rispettivamente, rilasciare il contenitore 3. La telecamera 23 è montata sulla testa 14 con un proprio asse ottico 23a perpendicolare ad grasp and, respectively, release the container 3. The camera 23 is mounted on the head 14 with its own optical axis 23a perpendicular to
un piano su cui giace l'asse di scorrimento 26a. a plane on which the sliding axis 26a lies.
L'elaboratore 24 comprende una scheda di acquisizione di immagini 27, la quale è del tipo noto The computer 24 comprises an image acquisition card 27, which is of the known type
come "framegrabber" e presenta un ingresso videocomposito (non illustrato) collegato con l'uscita as a "framegrabber" and has a composite video input (not shown) connected to the output
video -composita della telecamera 23; un'unità di interfaccia 28, per esempio un visualizzatore a video composition of the camera 23; an interface unit 28, for example a display a
schermo sensibile ("touch screen"), per permettere ad sensitive screen ("touch screen"), to allow
un operatore di interagire con la macchina 1; un'unità di elaborazione 29, la quale è atta ad elaborare i dati relativi ai farmaci e le immagini an operator interacting with the machine 1; a processing unit 29, which is adapted to process the data relating to the drugs and the images
- < acquisite al fine di determinare i comandi da inviare - <acquired in order to determine the commands to send
e>o all'unità di controllo 17; ed un'unità di 5I1-comunicazione 30 collegata con l'unità di controllo and> or to the control unit 17; and a 5I1-communication unit 30 connected to the control unit
17 e con il sistema informatico ospedaliero 25. 17 and with the hospital IT system 25.
L'unità di elaborazione 29 è caricata con un programma di controllo progettato per implementare, Processing unit 29 is loaded with a control program designed to implement,
quando eseguito sull'unità di elaborazione 29 stessa, when performed on the processing unit 29 itself,
il metodo per manipolare sostanze tossiche secondo la presente invenzione. the method for handling toxic substances according to the present invention.
Per semplicità descrittiva in seguito si farà riferimento ad un esempio di manipolazione consistente in una iniezione di una quantità desiderata di sostanza da una siringa 9 ad un contenitore 3, la quale siringa 9 è già collocata For the sake of simplicity of description, reference will be made hereinafter to an example of manipulation consisting in the injection of a desired quantity of substance from a syringe 9 to a container 3, which syringe 9 is already placed
nella relativa sede 8 con tale sostanza all'interno in its seat 8 with this substance inside
del corpo 10. body 10.
In tale esempio, il metodo prevede di comandare In this example, the method is to command
il braccio 16 del robot 13 per prelevare il contenitore 3 dal magazzino 2 e trasferirlo nella stazione di dosaggio 6 e, sostanzialmente in contemporanea, la piattaforma 18 viene ruotata per the arm 16 of the robot 13 to pick up the container 3 from the magazine 2 and transfer it to the dosing station 6 and, substantially at the same time, the platform 18 is rotated to
portare la siringa 9 nella posizione di iniezione, bring the syringe 9 to the injection position,
ossia con l'ago 11 rivolto verso il basso. A questo that is, with the needle 11 facing downwards. To this
Ili punto, il braccio 16 posiziona il contenitore 3 al di z o sotto dell'ago 11 con l'imboccatura 4 rivolta verso s co l'alto; allinea assialmente l'imboccatura 4 del On this point, the arm 16 positions the container 3 above or below the needle 11 with the mouth 4 facing upwards; axially aligns the mouth 4 of the
O b contenitore 3 con l'ago 11, ossia porta l'asse 4a 7 .y < _s dell'imboccatura 4 sostanzialmente a coincidere con O b container 3 with the needle 11, i.e. it brings the axis 4a 7 y <_s of the mouth 4 substantially to coincide with
un asse dell'ago il; e solleva longitudinalmente il contenitore 3 verso l'ago 11 in modo tale che una a needle axis il; and lifts the container 3 longitudinally towards the needle 11 so that a
parte consistente dell'ago 11, perforando il tappo 5, a substantial part of the needle 11, piercing the cap 5,
penetri nel contenitore 3. Infine, l'elemento di azionamento 20 viene abbassato per premere lo stantuffo 12 dentro il corpo 10 della siringa 9 penetrates into the container 3. Finally, the actuating element 20 is lowered to press the plunger 12 into the body 10 of the syringe 9
quanto basta per iniettare la quantità desiderata di sostanza nel contenitore 3. just enough to inject the desired amount of substance into the container 3.
Secondo la presente invenzione, la fase di allineamento assiale dell'imboccatura 4 del contenitore 3 con l'ago 11 prevede di acquisire due immagini dell'ago 11 da due rispettivi punti di osservazione distinti; di elaborare tali immagini per determinare la posizione della punta dell'ago 11 e l'inclinazione dell'ago 11, ossia l'inclinazione di According to the present invention, the step of axial alignment of the mouth 4 of the container 3 with the needle 11 provides for acquiring two images of the needle 11 from two respective distinct observation points; to process such images to determine the position of the needle tip 11 and the inclination of the needle 11, i.e. the inclination of
un asse dell'ago 11 rispetto all'asse 9a della siringa 9; e di azionare il braccio 16 del robot 13 an axis of the needle 11 with respect to the axis 9a of the syringe 9; and to operate the arm 16 of the robot 13
in modo da correggere la posizione della testa 14, e so as to correct the position of the head 14, e
quindi del contenitore 3, in funzione della posizione therefore of the container 3, as a function of the position
della punta dell'ago 11 e dell'inclinazione dell'ago of the needle tip 11 and the inclination of the needle
11. In particolare, l'elaborazione delle due immagini SS I consiste in sostanza nel determinare, per ciascuna ω ζ£ delle immagini, le coordinate spaziali di due punti 1o ® 11. In particular, the processing of the two images SS I essentially consists in determining, for each ω ζ £ of the images, the spatial coordinates of two points 1o ®
Ζ IΝ Ζ IΝ
<Γ ο lungo l'ago 11 e nel calcolare la posizione della <Γ ο along needle 11 and when calculating the position of the
punta dell'ago 11 e l'inclinazione dell'ago 11 in funzione di tali coordinate sulla base del noto principio di triangolazione ottica. tip of the needle 11 and the inclination of the needle 11 as a function of these coordinates on the basis of the known principle of optical triangulation.
Con riferimento al disegno della figura 3, con P With reference to the drawing of Figure 3, with P
viene indicato un punto che rappresenta una sezione dell'ago 11 rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano a tre assi X, Y, Z, in cui l'asse Z è perpendicolare al piano del disegno e l'asse 9a della a point is indicated which represents a section of the needle 11 with respect to a Cartesian reference system with three axes X, Y, Z, in which the Z axis is perpendicular to the plane of the drawing and the axis 9a of the
siringa 9 è parallelo all'asse Z. Due punti di osservazione OT e OS sono definiti lungo due rispettive e distinte direzioni di inquadratura FT e FS ortogonali all'asse Z; i punti di osservazione OT syringe 9 is parallel to the Z axis. Two observation points OT and OS are defined along two respective and distinct framing directions FT and FS orthogonal to the Z axis; the OT observation points
e OS essendo definiti sostanzialmente ad una medesima distanza dal punto P nelle rispettive direzioni di inquadratura FT e FS. Allo scopo di acquisire una immagine da ciascuno dei punti di osservazione OT e and OS being defined substantially at the same distance from the point P in the respective directions of framing FT and FS. In order to acquire an image from each of the OT and
OS, il braccio 16 del robot 13 sposta e ruota, OS, the arm 16 of the robot 13 moves and rotates,
attorno all'asse Z, la testa 14 per posizionare la telecamera 23 prima nel punto di osservazione OT con around the Z axis, the head 14 for positioning the camera 23 first at the observation point OT with
l'asse ottico 23a parallelo alla direzione di inquadratura FT e dopo nel punto di osservazione OS the optical axis 23a parallel to the framing direction FT and afterwards at the observation point OS
con l'asse ottico parallelo alla direzione di ≤: z inquadratura FS. C/3 è φ Vale la pena di osservare che la triangolazione ø § with the optical axis parallel to the direction of ≤: z frame FS. C / 3 is φ It is worth noting that the triangulation ø §
5<<;>sa ottica darebbe risultati ottimali se le direzioni di inquadratura FT e FS fossero ortogonali tra loro. 5 <<;> sa optics would give optimal results if the FT and FS framing directions were orthogonal to each other.
Tuttavia, per contenere l'estensione dei movimenti However, to contain the extent of the movements
del braccio 16 del robot 13 in modo tale da ridurre l'ingombro complessivo esterno del vano sterile, le direzioni di inquadratura FT e FS formano tra loro un of the arm 16 of the robot 13 in such a way as to reduce the overall external dimensions of the sterile compartment, the framing directions FT and FS form a
angolo acuto. In particolare, con riferimento sempre acute angle. In particular, with reference always
alla figura 3, le direzioni di inquadratura FT e FS in figure 3, the framing directions FT and FS
formano con l'asse Y due rispettivi angoli a e β e form two respective angles a and β e with the Y axis
sono ortogonali a due rispettivi piani di inquadratura definiti, ciascuno, dall'asse z e da un rispettivo asse t, s ortogonale all'asse Z. Il valore degli angoli a e β è tale che la loro somma (α+β) è inferiore a 90°, ed in particolare inferiore o uguale are orthogonal to two respective framing planes defined, each, by the z axis and by a respective t, s axis orthogonal to the Z axis. The value of the angles a and β is such that their sum (α + β) is less than 90 °, and in particular lower or equal
a 40°. Le coordinate del punto P rispetto agli assi cartesiani X e Y sono indicate con Xp e Yp e quelle rispetto agli assi t ed s sono indicate con tp e sp. at 40 °. The coordinates of the point P with respect to the Cartesian axes X and Y are indicated with Xp and Yp and those with respect to the t and s axes are indicated with tp and sp.
Le coordinate rispetto agli assi t ed s possono, comunque, essere riportate al sistema di riferimento cartesiano mediante le seguente trasformazione trigonometrica : The coordinates with respect to the t and s axes can, however, be reported to the Cartesian reference system by means of the following trigonometric transformation:
Per determinare l'inclinazione dell'ago 11, z :§ To determine the inclination of the needle 11, z: §
< 8 occorre determinare almeno due punti, che indicheremo <8 it is necessary to determine at least two points, which we will indicate
qui di seguito con PI e P2, per i quali passa l'ago hereinafter with PI and P2, through which the needle passes
11. Note le coordinate cartesiane XI, Yl, ZI del 11. Note the Cartesian coordinates XI, Yl, ZI del
punto Pi e le coordinate cartesiane X2 , Y2, Z2 del point Pi and the Cartesian coordinates X2, Y2, Z2 of the
punto P2, l'inclinazione è data dalle seguenti relazioni trigonometriche: point P2, the inclination is given by the following trigonometric relations:
71 - 72<Λ>71 - 72 <Λ>
RX = arctan (3) RX = arctan (3)
Z1 - Z2, Z1 - Z2,
XI- X2 XI- X2
RY = arctan (4) RY = arctan (4)
Z1- Z2 Z1- Z2
in cui RX e RY rappresentano gli angoli che proiezioni, sui piani X-Z e Y-Z, di una porzione di in which RX and RY represent the angles that projections, on the X-Z and Y-Z planes, of a portion of
ago 11 compresa tra i punti PI e P2 formano con gli needle 11 between points P1 and P2 form with the
assi X e, rispettivamente, Y. X and Y axes respectively.
La figura 4 illustra un diagramma di flusso che descrive l'elaborazione delle due immagini acquisite Figure 4 illustrates a flow chart describing the processing of the two acquired images
dai rispettivi punti di osservazione OT e OS al fine from the respective observation points OT and OS in order
di determinare la posizione della punta dell'ago 11 e l'inclinazione dell'ago 11. Le successive figure 5, 6 to determine the position of the tip of the needle 11 and the inclination of the needle 11. The following figures 5, 6
e 7 illustrano in modo schematico alcuni passi di and 7 schematically illustrate some steps of
tale elaborazione. L'elaborazione delle immagini such processing. Image processing
viene implementata in una porzione del detto programma di controllo realizzata in un linguaggio di programmazione noto come LabVIEW<®>e compilata, in ambiente, Microsoft<®>Windows<®>come libreria DLL. it is implemented in a portion of said control program made in a programming language known as LabVIEW <®> and compiled, in the environment, Microsoft <®> Windows <®> as a DLL library.
Con riferimento alla figura 4, prima di tutto With reference to Figure 4, first of all
viene acquista, tramite la scheda di acquisizione di immagini 27, l'immagine dell'ago 11 in formato digitale (blocco 100), dopodiché viene definita un'area di interesse 31 dell'iirenagine (figura 5), the image of the needle 11 is acquired in digital format (block 100), through the image acquisition card 27, after which an area of interest 31 of the irenagine is defined (Figure 5),
ONE S<I>MANG<I>N<I>M ossia una porzione rettangolare dell'immagine, N<1>00<1>A<lb I>r<ii>oczones. all'interno della quale porzione verrà cercato l'ago ONE S <I> MANG <I> N <I> M i.e. a rectangular portion of the image, N <1> 00 <1> A <lb I> r <ii> oczones. within which portion the needle will be searched
11 (blocco 101) , ed una soglia di contrasto d'immagine viene regolata ad un valore minimo, oltre 11 (block 101), and an image contrast threshold is adjusted to a minimum value, beyond
il quale è possibile rilevare l'ago (blocco 102). which the needle can be detected (block 102).
L'area di interesse viene esaminata per righe partendo dal basso (z=zi, figura 5) (blocco 103), e The area of interest is examined by lines starting from the bottom (z = zi, figure 5) (block 103), e
su ciascuna riga in esame viene fatta una scansione a scan is made on each line under examination
per cercare un fronte utilizzando una funzione, nota come "IMAQ Edge Tool", fornita con una libreria, nota to search for an edge using a function, known as the "IMAQ Edge Tool", which comes with a library, note
come IMAQ Vision, per il linguaggio LabVIEW {blocco like IMAQ Vision, for the LabVIEW language {block
104). Nel caso in cui venga trovato un fronte (uscita 104). In case an edge is found (exit
SI del blocco 105), allora si valuta se tale fronte SI of block 105), then it is evaluated whether this front
risulta compatibile con la punta dell'ago 11, ossia is compatible with the tip of the needle 11, i.e.
se tale fronte risulta all'interno di un'area di compatibilità 32 (figura 5) definita come una porzione rettangolare determinata dell'area di interesse 31 in cui ci si aspetta di trovare la punta LU Z dell'ago 11 (blocco 106); altrimenti si passa alla if this front is within a compatibility area 32 (Figure 5) defined as a determined rectangular portion of the area of interest 31 in which the LU Z tip of the needle 11 is expected to be found (block 106); otherwise you go to
riga successiva (z=z+l, figura 5) (blocco 107). Nel COg Z e caso in cui venga raggiunto il numero massimo di oZ IN righe (zmax) senza aver trovato alcun fronte (uscita l-<8>SI del blocco 108), allora si produce un messaggio d'errore del tipo "ago non riconoscile" (blocco 109). next line (z = z + l, figure 5) (block 107). In COg Z and if the maximum number of oZ IN lines (zmax) is reached without having found any edge (output l- <8> SI of block 108), then an error message of the type "needle not recognize them "(block 109).
Se il fronte trovato risulta compatibile (uscita If the edge found is compatible (exit
SI del blocco 106), allora dall'immagine vengono estratte le coordinate di tale fronte, il quale corrisponde al primo punto PI cercato e definisce la SI of block 106), then the coordinates of this front are extracted from the image, which corresponds to the first point PI searched and defines the
punta dell'ago il (figura 5) (blocco 110); altrimenti needle tip 11 (figure 5) (block 110); otherwise
si incrementa di una quantità determinata la soglia the threshold is increased by a certain amount
di contrasto (blocco 111) per adattare la ricerca dell'ago 11 alla qualità dell'immagine e si ripete (block 111) to adapt the needle search 11 to the image quality and is repeated
l'esame dell'area di interesse dalla prima riga examining the area of interest from the first line
(blocco 103). Nel caso in cui venga raggiunto il (block 103). In the event that the
valore massimo della soglia di contrasto senza aver maximum value of the contrast threshold without having
trovato un fronte nell'area di compatibilità (uscita found a front in the compatibility area (exit
SI del blocco 112), allora si produce un messaggio SI of block 112), then a message is produced
d'errore del tipo "ago in posizione inattesa" (blocco error of the type "needle in unexpected position" (block
109). 109).
Dopo avere determinato le coordinate del punto After determining the coordinates of the point
PI, che rappresenta la punta dell'ago 11, viene P1, which represents the tip of the needle 11, comes
determinato il secondo punto P2 per il quale passa determined the second point P2 through which it passes
l'ago 11. needle 11.
In particolare, si passa ad una riga che dista In particular, it goes to a line that is away
LU _ dalla riga del punto PI di un numero di righe OFFSET Z o o ° prefissato (figura 6) (blocco 113), la soglia di S z co g contrasto viene regolata ad un valore massimo (blocco Z•r:ec C32 z -g 114), e viene fatta la scansione della riga in esame < 3⁄4 per cercare fronti utilizzando la funzione "IMAQ Edge LU _ from the line of the point PI of a predetermined number of OFFSET Z o o ° lines (figure 6) (block 113), the threshold of S z co g contrast is adjusted to a maximum value (block Z • r: ec C32 z - g 114), and the line under examination is scanned <3⁄4 to search for edges using the "IMAQ Edge
Tool" menzionata in precedenza (blocco 115). Tool "mentioned above (block 115).
Ogni volta che viene trovato un fronte (uscita Whenever an edge is found (exit
SI del blocco 116), si valuta se la distanza tra un SI of block 116), it is evaluated whether the distance between a
primo fronte EF ed un ultimo fronte EL trovati nella first EF front and a last EL front found in
riga in esame è compatibile con le dimensioni row under consideration is compatible with the dimensions
trasversali dell'ago 11, ossia se tale distanza è transversal of the needle 11, i.e. if this distance is
pari, entro una tolleranza determinata, al diametro equal, within a given tolerance, to the diameter
dell'ago 11 (blocco 117). Nel caso in cui non venga of needle 11 (block 117). In case it doesn't come
trovato alcun fronte (uscita NO del blocco 116) no edge found (NO output of block 116)
oppure la distanza tra i fronti EF e EL non è compatibile con le dimensioni dell'ago 11 (uscita NO or the distance between the edges EF and EL is not compatible with the size of the needle 11 (output NO
del blocco 117), allora si riduce la soglia di contrasto di una quantità determinata (blocco 118) e of block 117), then the contrast threshold is reduced by a determined quantity (block 118) e
si ripete la scansione della riga in esame (blocco the scan of the line in question is repeated (block
115). Nel caso in cui venga raggiunto il valore 115). In case the value is reached
minimo della soglia di contrasto senza aver trovato minimum of the contrast threshold without having found
alcun fronte oppure senza che la distanza tra i no front or without that the distance between the
fronti EF e EL sia compatibile con le dimensioni dell'ago 11 (uscita SI del blocco 119), allora si produce un messaggio d'errore del tipo "ago non edges EF and EL is compatible with the size of the needle 11 (output YES of block 119), then an error message of the type "needle not
Ui riconoscibile" (blocco 109). oo Se la distanza tra i fronti EF e EL trovati coJ nella riga in esame è compatibile con le dimensioni Ui recognizable "(block 109). Oo If the distance between the edges EF and EL found coJ in the line under examination is compatible with the dimensions
ϋy 9N dell'ago 11 (uscita SI del blocco 117), allora il <ì punto P2 viene calcolato come punto intermedio tra i ϋy 9N of needle 11 (output YES of block 117), then the point P2 is calculated as an intermediate point between
punti individuati dai fronti EF e EL (figura 7) points identified by the EF and EL fronts (figure 7)
(blocco 120). (block 120).
Vale la pena di notare che le coordinate dei It is worth noting that the coordinates of the
punti PI e P2 fornite dai blocchi 110 e 120 sono espresse in pixel. Dunque, la determinazione del points P1 and P2 provided by blocks 110 and 120 are expressed in pixels. Hence, the determination of the
punto P2 è seguita da un'operazione di trasformazione point P2 is followed by a transformation operation
delle coordinate dei punti PI e P2 da pixel a millimetri (blocco 121) applicando coefficienti di trasformazione ricavati durante una fase di calibratura che verrà descritta in seguito. of the coordinates of the points P1 and P2 from pixels to millimeters (block 121) by applying transformation coefficients obtained during a calibration step which will be described below.
L'algoritmo definito dai blocchi numerati da 100 The algorithm defined by the blocks numbered 100
a 121 viene ripetuto per ciascuna delle due immagini acquisite (blocco 122). In tal modo, dall'immagine acquisita dal punto di osservazione OT si ottengono 121 is repeated for each of the two acquired images (block 122). In this way, from the image acquired from the observation point OT are obtained
le coordinate dei punti Pi e P2 rispetto agli assi t the coordinates of the points Pi and P2 with respect to the t-axes
e Z, e dall'immagine acquisita dal punto di osservazione OS si ottengono le coordinate rispetto and Z, and from the image acquired from the observation point OS we obtain the relative coordinates
agli assi t e Z. Complessivamente, si ottengono le coordinate tl, si, Zi per il punto PI e le coordinate to the t and Z axes. Overall, the coordinates tl, si, Zi are obtained for the point PI and the coordinates
LU _ Z o t2, s2, Z2 per il punto P2. A questo punto, vengono O 2 LU _ Z or t2, s2, Z2 for point P2. At this point, come O 2
22applicate le espressioni (1) e (2) per ricavare le co g —<coordinate cartesiane XI e Yl in funzione delle ϋ § 22 apply expressions (1) and (2) to obtain the co g - <Cartesian coordinates XI and Yl as a function of the ϋ §
z:£ coordinate si e tl e le coordinate cartesiane X2 e Y2 < s in funzione delle coordinate s2 e t2 (blocco 123) e z: £ si and tl coordinates and the Cartesian coordinates X2 and Y2 <s as a function of the coordinates s2 and t2 (block 123) and
vengono applicate le espressioni (3) e (4) per calcolare l'inclinazione dell'ago 11 in funzione expressions (3) and (4) are applied to calculate the inclination of the needle 11 in operation
delle coordinate dei due punti PI e P2 (blocco 124). of the coordinates of the two points P1 and P2 (block 124).
Per quanto riguarda la fase di calibratura menzionata in precedenza, essa viene eseguita prima As for the calibration step mentioned above, it is performed first
di qualsiasi preparazione di farmaci e prevede di acquisire tre ulteriori immagini dell'ago 11 di una of any drug preparation and plans to acquire three additional 11 needle images of one
siringa 9 fissa in una posizione standard, per syringe 9 fixed in a standard position, for
esempio alloggiata in una relativa sede 8 con la example housed in a relative seat 8 with the
punta dell'ago il rivolta verso il basso. Una prima needle tip the pointing down. One first
di tali ulteriori immagini viene registrata dopo avere posizionato, tramite il braccio 16 del robot of such further images is recorded after having positioned, by means of the arm 16 of the robot
13, la telecamera 23 in uno dei punti di osservazione, per esempio nel punto OT, con l'asse 13, the camera 23 in one of the observation points, for example at the point OT, with the axis
ottico 23a parallelo alla relativa direzione di inquadratura FT. Una seconda immagine ed una terza immagine vengono acquisite dopo avere spostato, optical 23a parallel to the relative direction of framing FT. A second image and a third image are acquired after moving,
sempre mediante il braccio 16, la telecamera 23 una again by means of the arm 16, the camera 23 a
prima volta solo lungo l'asse t ed una seconda volta first time only along the t axis and a second time
solo lungo l'asse Z di rispettive quantità note in millimetri, mantenendo sostanzialmente costante la distanza dall'asse 9a. Sfruttando l'algoritmo z e precedentemente descritto, viene calcolato lo only along the Z axis of respective known quantities in millimeters, keeping the distance from the axis 9a substantially constant. Using the algorithm z and previously described, lo is calculated
co | spostamento in pixel dell'ago 11 nella seconda e _ ® co | displacement in pixels of the needle 11 in the second and _ ®
0 .1 nella terza immagine rispetto alla posizione dell'ago ? -s 11 registrata nella prima immagine, e facendo il 1 rapporto tra gli spostamenti in millimetri ed in 0 .1 in the third image with respect to the needle position? -s 11 recorded in the first image, and making the 1 ratio between the displacements in millimeters and in
pixel si ricavano due coefficienti di trasformazione pixels, two transformation coefficients are obtained
da pixel a millimetri. from pixels to millimeters.
Da quanto sopra descritto, risulta ben chiaro From what has been described above, it is clear
che l'allineamento assiale dell'imboccatura 4 del contenitore 3 con l'ago 11 della siringa 9 in accordo that the axial alignment of the mouth 4 of the container 3 with the needle 11 of the syringe 9 in accordance
con la presente invenzione è identicamente applicabile in qualsiasi posizione si trovi la with the present invention it is identically applicable in any position the
siringa 9, per esempio nella posizione di prelievo syringe 9, for example in the withdrawal position
della sostanza, in cui la siringa 9 è orientata con la punta dell'ago 11 verso l'alto. In tale situazione, infatti, il braccio 16 del robot 13 viene comandato per spostare e ruotare la testa 14 in modo of the substance, in which the syringe 9 is oriented with the tip of the needle 11 upwards. In this situation, in fact, the arm 16 of the robot 13 is controlled to move and rotate the head 14 in such a way
da capovolgere il contenitore 3 con l'imboccatura 4 to overturn the container 3 with the mouth 4
rivolta verso il basso e disposta sopra la punta facing down and placed over the tip
dell'ago 11, capovolgendo nello stesso tempo anche la telecamera 23 montata sopra la testa 14. Pertanto, le needle 11, also overturning at the same time the camera 23 mounted above the head 14. Therefore, le
immagini acquisite tramite la telecamera 23 rappresentano l'ago 11 sempre con la punta rivolta m Z a verso la parte bassa dell'immagine. o ° il principale vantaggio della macchina 1 per £ images acquired by the camera 23 show the needle 11 always with the tip pointing m Z a towards the lower part of the image. o ° the main advantage of the machine 1 for £
£ a) manipolare sostanze tossiche sopra descritta è di (D o 3< =3⁄4 ottenere un allineamento assiale tra l'imboccatura 4 £ a) handling toxic substances described above is to (D or 3 <= 3⁄4 obtain an axial alignment between the mouth 4
del contenitore 3 l'ago 11 della siringa 9 di precisione tale da permettere l'inserimento dell'ago of the container 3 the needle 11 of the syringe 9 of such precision as to allow the insertion of the needle
11 anche attraverso imboccature 4 dalle dimensioni estremamente ridotte. Infatti, è possibile ottenere 11 also through mouths 4 with extremely reduced dimensions. Indeed, it is possible to get
un errore di allineamento inferiore a 0,5 millimetri. an alignment error of less than 0.5mm.
Inoltre, un corretto allineamento assiale permette di In addition, proper axial alignment allows for
ottenere il massimo pescaggio dell'ago 11 anche se quest'ultimo è ricurvo. obtain the maximum draft of the needle 11 even if the latter is curved.
Claims (3)
Priority Applications (12)
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