與相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年4月2日提交的標題為“mattertrackingsystem(物質跟蹤系統)”，美國專利申請序列號14/677,789的優先權，該申請的全部內容通過引用結合于此。

本文所述主題涉及這樣的系統，其用于檢測、跟蹤和分析可以以氣泡的形式位于輸液管中所容納的主要物質中的次要物質。

背景技術：

向患者輸送液體的靜脈(iv)系統通常采用管內空氣(air-in-line，ail)傳感器，這種傳感器可以檢測流過輸液管的空氣。由于ail傳感器會在可能將危險數量的空氣傳送給患者時提醒護理人員，所以ail傳感器是輸液系統的重要組成部分。然而，傳統的ail傳感器受到了一些限制；具體來說，傳統的ail傳感器無法檢測正在被感測的空氣氣泡是否就是之前所感測的同一個空氣氣泡，而且它們通常不適合感測空氣以外的物體。例如，氣泡可能被困在輸液管中，并在輸液管中移蕩。傳統的ail傳感器可能能夠檢測被困的氣泡，但是傳統的ail傳感器無法識別被困的氣泡，并且將不止一次地計算被困的空氣氣泡。這可能導致涉及流過輸液管的空氣量的錯誤計算。此外，傳統的ail傳感器不適用于檢測非空氣的次要物質，因此，它不太可能提醒護理人員位于主要物質中的非空氣的次要物質。

技術實現要素：

本發明主題的方面可以包括用于跟蹤可以以氣泡的形式存在于輸液管內的次要物質的系統。在一個方面，所述系統可以包括：光源，其鄰近輸液管放置，以將光直射部分輸液管；圖像拍攝裝置，其鄰近輸液管放置，并配置為拍攝所述部分輸液管的第一圖像；所述系統可以進一步包括處理系統，其配置為處理所述第一圖像，以用于檢測主要物質中的次要物質，其中，所述次要物質以氣泡的形式存在。

在某些變體中，在任何可行的組合中可以選擇性地包括以下一個或更多個特征。在一些實施方案中，所述處理系統可以配置為創建氣泡的數字簽名，所述數字簽名識別用來跟蹤和分析所述氣泡的氣泡輪廓。此外，所述處理系統可以進一步配置為識別所述氣泡在所述第一圖像中的第一位置。所述圖像拍攝裝置可以配置為拍攝所述部分輸液管的第二圖像，所述處理系統可以配置為分析所述第二圖像，并識別所述氣泡在所述第二圖像中的第二位置。所述處理系統可以進一步配置為計算所述第一位置和所述第二位置之間的距離，并確定所述距離是否在預定范圍內，其中，所述預定范圍取決于輸液管中的液體流速。此外，所述圖像拍攝裝置可以是一個或更多個數碼攝像機、紅外攝像機和攝影機。此外，所述光可以包括紅外光，所述圖像拍攝裝置相對于所述輸液管，與所述光源呈一定角度放置。

在所述系統的一些實施方案中，所述圖像拍攝裝置可以與所述光源成直線放置，所述系統可以進一步包括背景，其放置于所述輸液管的相對于所述圖像拍攝裝置和所述光源的對面側。所述處理系統可以進一步配置為確定所述光穿過所述主要物質和所述次要物質中的至少一種時的折射。所述圖像拍攝裝置的幀率可以是基于所述液體流速的。所述處理系統可以進一步配置為確定所述氣泡的屬性，其中，所述屬性包括移動速度、移動方向、體積、尺寸，以及組成所述氣泡的物質類型中的一個或更多個。

在另一方面，所述系統的方法可以包括利用圖像拍攝裝置來拍攝容納主要物質的部分輸液管的第一圖像；確定所述輸液管是否容納次要物質，其中，所述次要物質以氣泡的形式存在。此外，所述方法可以包括利用處理系統識別所述氣泡在所述第一圖像中的第一位置；利用所述圖像拍攝裝置來拍攝所述部分輸液管的第二圖像。此外，所述方法可以包括利用處理系統識別所述氣泡在所述第二圖像中的第二位置。

在所述方法的一些變體中，可以選擇性地包括一個或更多個以下內容。例如，所述方法可以進一步包括計算所述第一位置和所述第二位置之間的距離。此外，所述方法可以包括將所計算的距離與預定范圍進行比較，其中，所述預定范圍取決于所述輸液管內液體的流速。此外，所述方法可以包括基于所計算距離與所述預定范圍的比較，來調整所述圖像拍攝裝置的幀率。此外，所述方法可以包括在所述第一圖像和所述第二圖像中的至少一幅中分析所述氣泡，以確定所述氣泡的屬性，其中，所述屬性包括移動速度、移動方向、體積、尺寸，以及組成所述氣泡的物質類型中的一個或更多個。所述方法可以進一步包括利用來自光源的光照射部分輸液管。

在以下附圖和說明書中將闡明本文所述主題的一個或更多個變體的詳細信息。根據說明書、附圖以及權利要求，本文中所述主題的其他特征和優點將更易理解。

附圖說明

附圖被納入并構成本說明書的一部分，其與說明書一起顯示了本文中所公開的主題的某些方面，有助于解釋涉及公開的實施方案的一些原理。附圖中，

圖1顯示了氣泡跟蹤系統的實施方案，其包括鄰近輸液管放置的圖像拍攝裝置和光源。

圖2顯示了氣泡跟蹤系統的另一個實施方案，其包括與光源呈直線放置的圖像拍攝裝置。

圖3顯示了氣泡跟蹤系統的處理系統的實施方案，其中，處理系統配置為處理由圖像拍攝裝置所拍攝的圖像，以用于檢測、跟蹤和分析至少一種輸液管中所容納的物質。

圖4a顯示了次要物質的氣泡位于部分輸液管內的第一位置的示例。

圖4b顯示了圖4a的氣泡位于部分輸液管內的第二位置的示例。

圖5顯示了由圖像拍攝裝置所拍攝的第一圖像和第二圖像，第一圖像和第二圖像通過處理系統來分析，以至少檢測、跟蹤和分析在輸液管內的次要物質的氣泡。

圖6顯示了這樣的過程流程圖，其顯示了具有一個或更多個與本發明主題的實施方案相一致特征的方法的各個方面。

實際上，相似的附圖標記表示相似的結構、特征或元素。

具體實施方式

本發明的主題是致力于可以檢測、跟蹤和分析沿部分輸液管的存在于主要物質(例如：鹽溶液)中的次要物質(例如：空氣)的系統。例如，系統可以檢測和識別主要物質中氣泡的存在，也可以包括為氣泡分配數字簽名。此外，系統可以跟蹤氣泡的運動，以確保氣泡在其流過輸液管的過程中只被記錄一次。此外，系統可以分析氣泡，例如確定其移動方向、移動速度、體積、尺寸等。系統還可以檢測主要液體和次要液體之間的密度差，使得系統可以確定次要注射已完成和主要注射何時開始。通過實施用于檢測、跟蹤和分析次要物質的改進的系統、方法和裝置，系統可以提高測量流過輸液管的次要物質數量的精度，下面將對其進行更詳細的描述。

例如，系統可以提供改進的方法來檢測、跟蹤和分析流過輸液管的確定部分并向患者移動的次要物質，例如空氣(即：空氣氣泡)的數量。這可以使向患者輸送主要液體(例如：鹽溶液)的裝置或系統，高效且有效地記錄流過輸液管并被認為是輸送給患者的空氣的數量。記錄患者流過iv輸液管所接受的空氣量以確保患者沒有出現空氣栓塞的風險是很重要的，空氣栓塞可能會導致醫療并發癥(例如：心臟病、中風等)。

在一些傳統的ail傳感器中，可能很難準確地記錄有多少氣泡或多少空氣被輸送到患者體內。例如，氣泡可能被困在輸液管中并在輸液管中移蕩，這可能導致，例如，ail傳感器對單一的氣泡記錄不止一次。此外，一些現有的ail傳感器無法檢測到次要物質的小體積氣泡。例如，一些現有的ail傳感器不能檢測到小于30微升的體積。因此，這些ail傳感器可以造成關于流過輸液管的空氣量的虛警，虛警可能中斷治療，并使患者的治療不必要地延長和變得復雜，或者ail傳感器可能造成對流過輸液管的空氣量的錯誤測量，從而可能危及患者。相反，本文所描述的系統提供了用于跟蹤沿輸液管的單個氣泡的系統和方法，以確保每個氣泡只被記錄一次。此外，可以通過系統來進行對每個氣泡的測量，使得系統可以確定在每個氣泡中次要物質(例如：空氣)的數量，以及高效且有效地計算出流過輸液管的次要物質的總量。此信息可以用于計算向患者輸送的次要物質的準確數量，并向護理人員和患者提供準確的信息，例如對已經或將要輸送給患者的次要物質的數量的警告。

將在下面更詳細地討論，系統可以識別和計算涉及次要物質的任意數量的特性，例如移動方向、體積、速度、氣泡的合并，氣泡的分裂等。此外，系統可以同時跟蹤一個或更多個氣泡并且可以檢測兩種以上的物質(即，不僅是主要物質和次要物質)。因此，盡管本文所討論的示例可能只涉及單一的氣泡或主要物質和/或次要物質，但系統并不局限于此類示例。

系統的一些實施方案可以包括圖像拍攝裝置和光源，圖像拍攝裝置和光源都鄰近輸液管放置。輸液管可以容納液體(即：主要物質和次要物質)，在光源照射部分輸液管的協助下，圖像拍攝裝置可以拍攝所述液體。處理系統可以處理由圖像拍攝裝置所拍攝的圖像，以確定主要物質或次要物質(可以以氣泡的形式存在)的存在。此外，拍攝的圖像可以由處理系統來處理，以跟蹤單個氣泡，以及確定關于每個氣泡的屬性(例如：移動方向，移動速度，移蕩，體積，尺寸等)。圖像拍攝裝置可以以這樣的速率來拍攝多幀流過輸液管的氣泡，其使得從一幀到下一幀，氣泡不會移動超過其直徑。通過這種方式，系統能夠從一幀到下一幀來跟蹤氣泡，并且能夠可靠且一致地確定氣泡的方向、速度和一般運動。

圖1顯示了系統100的實施方案，其包括鄰近輸液管106放置的圖像拍攝裝置102和光源104。例如，輸液管106可以與向患者輸送主要物質107(例如：水)的輸液系統或裝置的一部分進行液體交換。系統100可以配置為高效且有效地檢測、跟蹤和分析一個或更多個存在于主要物質107中的次要物質109(例如：空氣)，次要物質109可以以氣泡111的形式移動。這有助于確保不會向患者輸送危險體積的次要物質109。盡管這里描述的示例和實施方案都是涉及主要物質107和次要物質109的，但可以用系統100檢測、跟蹤和分析任何數量的物質。此外，盡管在示例中描述了使用系統100進行檢測、跟蹤和分析的是氣泡，但是系統100可以檢測任意數量的任何形狀或形態的物質(例如：雜質)。

光源104可以提供一種或更多種類型的光，例如紅外線，其可以照射放置圖像拍攝裝置102來拍攝的輸液管106的一部分。此外，來自光源104的光可以協助圖像拍攝裝置102拍攝關于主要物質107和次要物質109的屬性，例如使圖像拍攝裝置102可以拍攝主要物質107和/或次要物質109的反射和/或折射屬性。這可以協助與系統100相關聯的處理系統108來處理由圖像拍攝裝置102所拍攝的圖像，以檢測、跟蹤和分析輸液管106中的氣泡111。

光源104可以是任意一種光源，例如紅外光源。此外，可以使用一個以上的光源104來照射沿輸液管106的各種角度和/或位置。從光源104中發出的光可以由處理系統108和/或圖像拍攝裝置102來進行分析。例如，當光穿過主要物質107或次要物質109時發生的光的折射，可以協助系統100檢測主要物質107或次要物質109的存在，以及識別次要物質109的氣泡511的位置。此外，處理系統108可以利用此信息來協助創建氣泡111的數字簽名。

圖像拍攝裝置102可以包括數碼攝像機、紅外攝像機或攝影機。此外，圖像拍攝裝置102可以放置于相對于輸液管106或光源104的不同位置。如圖1所示，圖像拍攝裝置102可以放置于相對于輸液管106，與光源104呈一定角度(例如90度角)的位置。此外，系統100的一些實施方案可以包括一個以上的圖像拍攝裝置102，例如用于拍攝沿輸液管106的不同角度和/或位置。

圖2顯示了系統200的另一個實施方案，其可以包括鄰近輸液管206、與光源204呈直線放置的圖像拍攝裝置202。此外，系統200可以包括背景210，比如深色(例如：黑色)背景，放置于輸液管206的相對于圖像拍攝裝置202和光源204的對面側。背景210可以協助去掉背景光，這可以使圖像拍攝裝置202拍攝更清晰的圖像。背景210還使得系統能夠利用圖像拍攝裝置202來濾除不一致性(inconsistencies)，并使得圖像拍攝裝置202可以校準，以有效地利用多種類型的管線來工作。

圖3顯示了系統300的實施方案，其中包括處理系統308，處理系統308配置為處理由圖像拍攝裝置302所拍攝的圖像，以用于檢測、跟蹤和分析在主要物質307中存在的次要物質309的氣泡311。例如，處理系統308可以包括控制器312，控制器312用于控制圖像拍攝裝置302，例如圖像拍攝裝置302拍攝圖像的速率(即，幀率)。幀率可以由控制器312基于輸液管306中的液體流速來進行設置或調整。例如，如果輸液管306內的流速增加，那么控制器312可以增加幀率。這可以使圖像拍攝裝置302能夠拍攝足夠的輸液管306的圖像，這樣次要物質309的每個氣泡311都可以被檢測、跟蹤和分析。在進一步的示例中，如果輸液管306內的流速減小，那么控制器312可以降低幀率。可以設置或調整幀率，以確保輸液管306內流動的液體(包括任何氣泡311)由圖像拍攝裝置302在至少一幅圖像中拍攝，這可以使得處理系統308能夠分析流過輸液管的每個氣泡311。

處理系統308可以進一步包括算法313，算法313可以協助處理由圖像拍攝裝置302所拍攝的圖像。例如，算法313可以協助確定由圖像拍攝裝置314所拍攝的氣泡311的位置。此外，算法313還可以協助創建氣泡311的數字簽名，這有助于在后續圖像中跟蹤氣泡311。數字簽名可以定義氣泡的輪廓和/或尺寸，氣泡的輪廓和/或尺寸可以基于穿過氣泡311的光的折射來確定，氣泡311可以通過圖像拍攝裝置302或處理系統308(例如算法313)來檢測。此外，算法313可以協助確定氣泡311的大致尺寸和/或體積，這可以被系統300用于跟蹤正在或已經向患者輸送的次要物質309的數量(即，體積)。盡管通過示例來描述的處理系統是具有單一算法的，但是處理系統可以具有一個以上的算法。

圖4a顯示了次要物質409的氣泡411位于部分輸液管406內的第一位置的示例。第一位置可以參照基于由圖像拍攝裝置102所拍攝的圖像的獲取窗口或框415。對由圖像拍攝裝置102所拍攝的每幅圖像，框415可以位于沿輸液管406相同的位置。相應地，框415可以用來作為定位和跟蹤每幅圖像中所拍攝的氣泡411的參考點。

圖4b顯示了圖4a所示的氣泡411在框415中位于第二位置的示例。對每幅圖像，處理系統108可以協助定位和識別氣泡411在框415內的第一位置和第二位置，以及比較第一位置和第二位置來確定氣泡的特性，例如氣泡411的移動方向(包括往返或移蕩運動)以及氣泡411的移動速度。處理系統108還可以為氣泡411分配數字簽名，以協助跟蹤每個氣泡411的位置和運動。此外，處理系統108可以使用數字簽名來確定關于氣泡411的任意數量的特性，例如每個氣泡411的尺寸和體積，或者何時氣泡分裂或合并。

圖5顯示了圖像拍攝裝置102所拍攝的第一圖像520和第二圖像522的示例，第一圖像和第二圖像可以通過處理系統108來處理，以至少對輸液管內次要物質509的氣泡511進行檢測、跟蹤和分析。第一圖像520可以具有與第二圖像522相同的框524，以使得框524可以為處理系統108識別氣泡511在第一圖像520中的第一位置和氣泡511在第二圖像522中的第二位置來提供參考。然后，處理系統108可以計算出氣泡511的第一位置和第二位置之間的距離(d)。這個計算的距離(d)可以與氣泡可以移動的預定范圍進行比較，預定范圍可以基于輸液管內液體的流速。

例如，給定輸液管106的一部分內液體的流速的情況下，預定范圍可以表示氣泡511可以移動的最小距離和最大距離。相應地，如果計算距離(d)超出了預定范圍，那么處理系統108就可以確定一個以上的氣泡經過了上述部分輸液管。但是，如果計算的距離(d)在預定范圍內，那么連同其他的標志(例如：氣泡的數字簽名)一起，處理系統108可以確定正在跟蹤同一個的氣泡。另外的關于處理系統108的特性也可以協助檢測和跟蹤每個氣泡511，例如分配給每個氣泡的數字簽名。數字簽名可以協助跟蹤每個氣泡511，并確保每個氣泡511只被計算一次。這可以確保即使是在輸液管106內移蕩和/或被困住的氣泡也不會被重復計算，重復計算可能會產生錯誤的信息(例如：虛警)。包括在兩個或多個氣泡合并和/或一個或更多個氣泡的分裂的期間，數字簽名也可以協助跟蹤每個氣泡511。

在一些實施方案中，可以基于從斯涅爾定律和菲涅耳方程中得出的全內反射(“tir”)原理來檢測和識別關于主要物質或次要物質的屬性，包括與氣泡相關的屬性。例如，tir原理可以指定通過表面來反射和傳播的光的相對數量，并且可以協助描述光的表現，例如當光從光源104發出時的表現，例如當光穿過具有不同的折射率的兩個介質(例如，主要物質和次要物質)之間的表面時的表現。可以將tir原理包括在與處理系統相關的一些處理過程中，例如，包括在確定主要物質或次要物質的屬性(例如，物質的類型，物質的輪廓或尺寸等)的算法中。

圖6顯示了這樣的過程流程圖600，其顯示了與一個或更多個與本發明主題的實施方案相一致的方法的特征。可以理解的是，其他實施方案可能包括或排除某些特征。在602，可以用圖像拍攝裝置來拍攝部分輸液管的第一圖像。輸液管可以容納主要物質和次要物質，次要物質以氣泡的形式存在。然后，在604，處理系統可以識別氣泡在第一圖像中的第一位置。在606，圖像拍攝裝置可以拍攝部分輸液管的第二圖像。然后，在608，處理系統可以識別氣泡在第二圖像中的第二位置。

此外，處理系統還可以計算出氣泡的第一位置和第二位置之間的距離，并確定計算的距離是否在預定范圍內。預定范圍可以取決于輸液管內的流速。圖像拍攝裝置的幀率可以基于計算的距離是否在預定范圍內來進行調整。此外，該處理系統可以分析第一圖像或第二圖像中的氣泡，以確定一個或更多個氣泡的移動速度、氣泡的移動方向、氣泡的體積、氣泡的尺寸以及組成氣泡的物質類型。所述方法可以進一步包括利用來自光源的光來照射部分輸液管，并將圖像拍攝裝置放置于相對于光源和輸液管的不同位置。

在以上的說明書和權利要求中，可以使用例如“至少一個”或“一個或更多個”的短語，短語之后結合有元素或特征。也可以在兩個或多個元素或特征中使用術語“和/或”。除非另有隱含或明確地與其所使用的上下文相抵觸，否則這個短語的意思是指任何單獨的所列出的元素或特征，或任何列出元素或特征與其它任何列出元素或特征的結合。例如，短語“a和b中的至少一個；”、“a和b中的一個或更多個；”以及“a和/或b”的意思都是“只有a，只有b，或a和b一起”。類似的解釋也適用于包括三個或更多項的列表。例如，短語“a、b和c中的至少一個；”、“a、b和c中的一個或更多個；”以及“a、b和/或c”，都意味著對“只有a，只有b，只有c，a和b一起，a和c一起，b和c一起，或a和b和c一起。”。以上在權利要求中，使用術語“基于”的意思是“至少在部分上基于”，這樣也允許有未列出的特征或元素。

前面的說明書中所闡明的實施方案并不代表所有與本文所述主題一致的實施方案。相反，它們只是與涉及所述主題的方面一致的一些示例。盡管在本文中詳細描述了一些變體，但是也可以有其它的修改或添加。具體地，除了本文所述的之外，還可以提供更多的特征和/或變體。例如，上面描述的實施方案可以針對公開的特征的各種組合和子組合，和/或除了本文所述的那些特征之外的一個或更多個特征的組合和子組合。此外，要達到滿意的結果，在附圖中所顯示的邏輯流程和/或在本文中描述的邏輯流程并不要求所顯示的具體順序或連續順序。以下權利要求的范圍可以包括其他實施方式或實施方案。