本發(fā)明涉及流體傳送裝置，具體涉及一種用于確定流體容器內(nèi)的柱塞的位置的感測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

用于向患者傳送流體藥物的各種已知類型的裝置采用具有可移動柱塞的藥物填充容器，此類容器包括料筒和注射器。這些類型的裝置包括但不限于諸如胰島素泵的輸注泵和諸如注射筆的藥物注射器。藥物料筒包括可移動柱塞，該可移動柱塞將藥物在柱塞前方密封料筒的筒體內(nèi)。料筒柱塞在通過料筒可安裝在其中的傳送裝置的驅(qū)動機構(gòu)行進時將藥物從料筒壓送通過料筒的出口以傳送到用戶。

知道柱塞在容器內(nèi)的軸向位置允許用戶可潛在地獲得各類信息。例如，柱塞的絕對位置可允許確定容器中剩余的藥物的數(shù)量。此外，柱塞的軸向位置的變化可允許確定從容器分配的劑量。

過去已研發(fā)了各種系統(tǒng)以采用某種方式確定容器內(nèi)的柱塞的位置。一個這種類型的系統(tǒng)使用光學(xué)特性。美國專利No.6113578公開了容許注射器中的光學(xué)劑量測量的多種設(shè)計。雖然潛在地有用，但這些設(shè)計并非沒有缺點。例如，這些設(shè)計由于它們需要大量工作構(gòu)件而相對復(fù)雜。該復(fù)雜性會引起更大的與制造相關(guān)的成本。再者，該復(fù)雜性可能增加潛在失效模式的數(shù)量，并且需要比結(jié)合在希望保持小、緊湊和便攜的裝置中時期望多的空間。

因此，希望提供一種柱塞感測系統(tǒng)，或采用這種感測系統(tǒng)的裝置，其能克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它缺點中的一個或多個缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在其一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于確定流體容器內(nèi)的柱塞的位置的感測系統(tǒng)，該流體容器包括由透光材料制成的筒體，該筒體在前出口端與后端之間沿軸向延伸，柱塞具有與筒體的壁的內(nèi)表面不透流體地接合以將流體在柱塞前方密封在筒體中的至少一個周面區(qū)域，并且柱塞可在筒體內(nèi)沿軸向朝前出口端前移以通過前出口端分配來自流體容器的流體。感測系統(tǒng)包括光源、光探測器和控制器。光源構(gòu)造成向筒體壁中發(fā)射光以使得筒體壁用作用以引導(dǎo)光在其中沿軸向行進的波導(dǎo)。光探測器定位成探測由光源發(fā)射、行進通過用作波導(dǎo)的筒體壁并且然后從至少一個周面區(qū)域反射的反射光。控制器與光探測器通信以基于來自光探測器的所探測出的反射光的數(shù)據(jù)來確定所述至少一個周面區(qū)域在流體容器內(nèi)的軸向位置。

在其另一種形式中，本發(fā)明提供了一種藥物輸送裝置，其包括：殼體，該殼體包括容器保持器；被保持在容器保持器內(nèi)的藥物容器，該藥物容器包括筒體和柱塞，筒體由透光材料制成并且在前出口端與后端之間沿軸向延伸，該柱塞具有與筒體的壁的內(nèi)表面不透流體地接合以將藥物在柱塞前方密封在筒體內(nèi)的至少一個周面區(qū)域；在殼體內(nèi)的前移機構(gòu)，該前移機構(gòu)可操作成使柱塞在筒體內(nèi)前移以通過前出口端分配來自藥物容器的藥物；光源，該光源安裝在殼體內(nèi)以向筒體壁內(nèi)發(fā)射光，使得筒體壁用作用以引導(dǎo)光在其中沿軸向行進的波導(dǎo)；光探測器，該光探測器安裝在容器保持器內(nèi)以探測由光源發(fā)射、經(jīng)用作波導(dǎo)的筒體壁行進并且然后從至少一個周面區(qū)域反射的反射光；和安裝在殼體內(nèi)的控制器，該控制器與光探測器通信以基于來自光探測器的所探測出的反射光的數(shù)據(jù)來確定所述至少一個周面區(qū)域在藥物容器內(nèi)的軸向位置。

本發(fā)明的一個優(yōu)點在于可提供簡單以便具有相對低的制造成本的用于感測容器內(nèi)的柱塞的系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于可提供一種允許確定容器內(nèi)的柱塞位置和移動的用于感測容器內(nèi)的柱塞的系統(tǒng)。

本發(fā)明的再另一個優(yōu)點在于可提供允許確定柱塞的壓縮的用于感測柱塞的系統(tǒng)。

本發(fā)明的再另一個優(yōu)點在于可提供用于感測容器內(nèi)的柱塞的系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要有限的空間以便允許該系統(tǒng)結(jié)合在其中的輸送裝置保持緊湊并且容易操縱。

附圖說明

通過參照以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的描述，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點和目的以及實現(xiàn)它們的方式將變得更加明顯，并且本發(fā)明本身將更好理解，在附圖中：

圖1是本發(fā)明的感測系統(tǒng)以及有利地與這種系統(tǒng)聯(lián)用的容器的示意圖；

圖2是在部分截面?zhèn)纫晥D中示出的以操作構(gòu)型設(shè)置在藥物料筒周圍的圖1的感測系統(tǒng)的選擇性構(gòu)件的概略圖；

圖3是圖2的構(gòu)件和料筒的概略圖，其中示出了光路；

圖4是與圖2相似但示出采用濾光元件的本發(fā)明的替代感測系統(tǒng)的概略圖；

圖5是配備有本發(fā)明的感測系統(tǒng)的注射筆的透視圖，該筆被示出裝載有藥物料筒；

圖6是圖5的選擇性構(gòu)件的分解透視圖；

圖7是適于不同地構(gòu)成的料筒的本發(fā)明的替代感測系統(tǒng)的選擇性構(gòu)件的在概念上與圖2相似的概略圖；

圖8是適于另一不同地構(gòu)成的料筒的本發(fā)明的再另一替代感測系統(tǒng)的選擇性構(gòu)件的在概念上與圖2相似的概略圖；

圖9是本發(fā)明的再另一替代感測系統(tǒng)的選擇性構(gòu)件的在概念上與圖2相似的概略圖；

圖10是本發(fā)明的再另一替代感測系統(tǒng)的選擇性構(gòu)件的在概念上與圖2相似的概略圖；以及

圖11是通過相對于未設(shè)置諸如凸起的表面變化的筒體成規(guī)定角度引導(dǎo)其光的向筒體壁——光被引導(dǎo)到其中——中發(fā)射光的光源的視圖。

在全部若干視圖中對應(yīng)的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的部件。雖然附圖表示本發(fā)明的實施例，但附圖不一定按比例繪制，并且在一些附圖中某些特征可能被夸大或省略以更好地圖示和說明本發(fā)明。

具體實施方式

在圖1中，示意性地示出了供總體上以25表示的容器使用的總體上以20表示的本發(fā)明的感測系統(tǒng)的第一實施例。感測系統(tǒng)20包括光源30、光探測器35和控制器40。光源30定位成通過如虛線42所示向容器壁中提供光而與容器25可操作地交互。光探測器35定位成通過探測如虛線44所示從容器反射的光而與容器25可操作地交互?？刂破?0控制感測系統(tǒng)20的操作并且可以是系統(tǒng)20可安裝在其中的裝置的總控制系統(tǒng)的一部分。控制器40使用從光探測器35接收的數(shù)據(jù)來確定與容器有關(guān)的信息，諸如可用于計算容器內(nèi)的流體的容器內(nèi)的柱塞的位置，或用于確定容器的輸出的柱塞位置的變化，或柱塞壓縮。圖1中作為控制器40示出的框也可看作用于需要外部電源來操作的感測系統(tǒng)20的元件的電源。

控制器40被示出在46與光源30并且在48與光探測器35可操作地連接。連接46和48允許控制器40使光源30和光探測器35僅在柱塞位置確定時工作，由此在能量由外源提供而不是如下所述由環(huán)境光提供時保存這種能量?？刹捎枚喾N合適的方式中的一種或多種方式提供任何必要的電力，諸如通過固定或可充電電池，或外部電源，或超級電容器，或諸如太陽能、電感、強制/自由對流氣流、無線電頻率、振動或動能的能量回收系統(tǒng)，或熱電。連接48也表示光探測器35的輸出用以到達控制器40用于處理的數(shù)據(jù)線。

參照圖2，光源30和光探測器35被抽象地示出并且處于沿感測系統(tǒng)20有益地適用的一種形式的流體容器25的操作位置。感測系統(tǒng)20基于光學(xué)特性并且構(gòu)造成使用容器25的壁作為波導(dǎo)以便允許容器柱塞的一個或多個部分的位置確定。容器25在圖2中被示出為可用于例如藥物注射筆中的標(biāo)準(zhǔn)藥物填充料筒。由于感測系統(tǒng)20可適于探測其它不同地構(gòu)成的容器中、例如具有從柱塞延伸并且突伸超出注射器筒體的可驅(qū)動桿的常規(guī)注射器中的柱塞，所以圖2所示的容器和文中對其的說明應(yīng)認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。

光源30提供沿軸向被引導(dǎo)到容器壁中以便引起料筒柱塞的與料筒筒體密封地接觸的部分的照明的可見光。在替代實施例中，代替可見光，光波長可改為在紅外至紫外波長范圍內(nèi)，感測系統(tǒng)的其余部分和料筒的材料被選擇成與其適合即可。

合適的光源30可以是與筒體壁對齊并且僅在容器筒體的外周的一小段處將其光導(dǎo)入容器壁內(nèi)的單個燈。合適的光源30可以替代地由多個燈而不是僅一個燈提供。移動通過用作波導(dǎo)的料筒壁的來自光源30的光對于該光的要通過光探測器35測量的從密封柱塞部分反射的部分而言足夠強。通過光源30引導(dǎo)的光的強度也大于入射在筒體的直接在光探測器35與柱塞52之間的任何部分或沿料筒筒體50的任意點上的任何以其它方式存在的光的強度。

提供窄光束的發(fā)光二極管(LED)優(yōu)選作為光源30。也可使用激光或其它光源，諸如熒光燈或白熾燈。光束可以是白色或彩色光，諸如紅色、藍(lán)色或綠色，它可由光探測器35識別或探測即可。一種合適的LED可作為HLMP-Q106從Avago Technologies購得?？稍O(shè)置專用透鏡或一組透鏡以將來自光源的光束聚焦到筒體厚度中。

光探測器35是用于在沿探測器長度的不同點登記從料筒25反射的光的感測元件。特別地，光探測器35定位成在反射到料筒外部的光束已在波導(dǎo)內(nèi)行進之后感測反射到料筒外部的光束，所述波導(dǎo)在通過光源30產(chǎn)生之后由料筒壁提供。已發(fā)現(xiàn)這種反射與柱塞的與料筒壁的內(nèi)表面流體密封接合的一個或多個部分的對應(yīng)性最高。光探測器35被示出定位成相對于料筒25的軸線與光源30徑向?qū)R，盡管未直接在其徑向外側(cè)。不需要這種對齊，因為光探測器在與光源成角度地隔開時光探測器可能是有效的。光探測器35將登記的反射光轉(zhuǎn)換為經(jīng)由線路48傳輸?shù)娇刂破?0的電信號。

在一個實施例中，光探測器35可以是互補金屬氧化物半導(dǎo)體元件(CMOS)的直線陣列，其大小確定為至少沿料筒長度的希望探測料筒柱塞密封部的位置的部分軸向地延伸。光探測器35可沿筒體主體部60的全部軸向長度延伸。其它類型的光探測器可替代地用于探測反射光，諸如線性電荷耦合器件陣列(CCD)、光電二極管陣列、光敏電阻陣列、位置感應(yīng)二極管，并且可使用更多二維圖像傳感器。

在另一實施例中，代替直接探測器，CMOS探測器可采用非線性布置布設(shè)在料筒主體周圍，諸如采用如圖8所示的螺旋圖案。這種螺旋圖案可用于適應(yīng)空間制約。此外，螺旋圖案可允許更大的探測分辨率，因為隨著料筒的軸向長度越長，陣列可包括越多的探測器元件。

料筒25被示出為標(biāo)準(zhǔn)3毫米藥物料筒，包括筒體50和可沿筒體的軸向長度的一部分移動的密封柱塞52。筒體50呈在前端55與后端57之間沿軸向延伸的圓筒形式一體地形成。對前和后的談及涉及在藥劑分配期間認(rèn)為柱塞52在料筒筒體內(nèi)向前移動的方向命名公約。筒狀筒體50限定出內(nèi)部中空部72。筒體50包括主體部60和階梯式降低的頸部區(qū)段62，在該頸部區(qū)段的前端有隔壁支承套環(huán)64。

筒體主體部60由軸向地延伸的圓筒狀壁61形成，該壁61具有內(nèi)表面70，柱塞52的密封面與內(nèi)表面70接合并以不透流體的方式沿其滑動。內(nèi)部中空部72的在柱塞52前方的部分充填有用于分配的藥物74。當(dāng)柱塞52在筒體內(nèi)沿前軸向或在圖2中向左前移時，藥物通過在筒體50的前端55經(jīng)過筒體50的由中空部72的開口前端形成的出口而從容器25分配。

對于所示的用于與針聯(lián)用的料筒25而言，筒體出口由通過鋸齒形密封件82固定的隔壁80罩住。當(dāng)柱塞52被向前驅(qū)動時，以84抽象地示出的雙端針刺穿隔壁80以提供藥物74可用以從筒體出口經(jīng)過隔壁80的通道。針84通常與能可移除地安裝在例如料筒25安裝在其中以使用的注射筆上的注射針組件相關(guān)。

筒體50由在筒體壁內(nèi)傳輸通過光源30施加的光的材料制成。透光或半透光的玻璃或聚合物是合適的筒體材料。筒體50被示出為在其外周周圍具有均勻的結(jié)構(gòu)。這引起感測系統(tǒng)20可針對料筒25相對于軸向的任何角取向工作，從而實現(xiàn)感測系統(tǒng)20相對不復(fù)雜的料筒安置。感測系統(tǒng)20可供不是這樣均勻地構(gòu)成的料筒使用，這種料筒的與光源30和光探測器35對齊的部分構(gòu)造成允許如以下更充分地描述的光傳輸/透光性。

在圖2的截面圖中未示出的柱塞52被設(shè)計成具有與筒體內(nèi)表面70不透流體接合以密封來自筒體后端57的藥物74的至少一個外周面區(qū)域。在所示的實施例中，柱塞52由單片彈性或彈性體材料如溴丁基橡膠形成。柱塞52包括本體90，該本體90具有各自都橫向于柱塞本體90的長度沿其延伸的軸向取向的前端92和后端94。前端92和后端94各者的面是平坦的，但有一系列突出的凸塊96，其有助于防止多個柱塞在制造過程中粘在一起。前端92的端面與料筒25的藥物內(nèi)含物74直接接觸。

端部92和94之間的本體90除三個徑向地突出的密封肋98之外具有大體圓筒形的外周。各密封肋98圍繞本體90的全部外周延伸并且橫向于軸向取向。每個肋98都在其徑向外側(cè)包括弧形密封表面。在三個肋的弧形密封表面之中，前肋密封表面為100a，后肋密封表面為100c，并且中間肋密封表面為100b。如常規(guī)的那樣，肋98大小確定和成形為使得密封表面100a-c以可滑動地不透流體的密封接合方式壓靠在筒體表面70上。本體90的軸向地位于肋98之間的部分不與筒體表面70接觸。

密封肋98被示出為三個并且沿本體長度成軸向地間隔開的關(guān)系，從而得到提供與筒體表面70不透流體接合的三個軸向地間隔開的外周面區(qū)域100a-c的用于柱塞的三個不同密封環(huán)。肋98和得到的表面如表面100a-c的數(shù)量可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)柱塞的總體設(shè)計來選擇以提供合適的密封特性。此外，密封環(huán)的安置位置越靠近柱塞的前面，柱塞的前面與藥物接觸的實際位置的探測越好。結(jié)果，可提供不同數(shù)量的這些肋和密封表面，諸如兩個，或少至一個，或多于三個，并且感測系統(tǒng)20可有益地適用于各種這樣的柱塞設(shè)計。

光源30典型地定位成在料筒后端57處在軸向上盡可能地靠近筒體壁61的后邊緣65，并且其產(chǎn)生的光通過邊緣65定向在軸向上。來自光源30的所產(chǎn)生的光的中心在筒體壁邊緣65的徑向厚度的中間。在替代實施例中，光源可定位成從后邊緣65被移除，但仍構(gòu)造成向后邊緣65提供它的光。例如，諸如當(dāng)將光源定位成更靠近軸向位置與容器間隔開的電源或控制源并且結(jié)果充分遠(yuǎn)離后邊緣時，該光源可將它的光導(dǎo)入光纖、光管或波導(dǎo)中，所述光纖、光管或波導(dǎo)又將其傳輸?shù)墓庖龑?dǎo)到筒體壁后邊緣65。這種居間的光纖、光管或波導(dǎo)以及光源可以替代地設(shè)置在料筒的保持器內(nèi)。

光探測器35優(yōu)選定位成在徑向上盡可能靠近筒體壁61的外周。在其中同樣的部件使用角分符號表示的圖4所示的替代實施例中，并且盡管光探測器35’仍以其它方式定位成盡可能靠近筒體壁61’，在光探測器35’與筒體壁61’之間介設(shè)有濾光元件36。

濾光元件36具有微型百葉窗箔以限制通過其中的光的路徑，使得從柱塞52’反射的較寬光束通過刪除非垂直光路、特別是相對于料筒25’的徑向而沿單一方向被引導(dǎo)到直路徑中。該濾光用于為光探測器35’提高對比度。替代方案可以是將從柱塞反射的傳播光轉(zhuǎn)換為朝光探測器取向的更異形和聚焦的光束的任何類型的透鏡或透鏡的陣列。例如，可使用準(zhǔn)直透鏡。

根據(jù)另外參考圖3所示的光路對感測系統(tǒng)20可工作的一種方式的描述，將進一步理解感測系統(tǒng)20的結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要與柱塞52的一個或多個密封部100a-c的料筒筒體部60內(nèi)的軸向位置有關(guān)的細(xì)節(jié)時，感測系統(tǒng)20啟動。光源30將以105表示的窄光束沿軸向發(fā)射到筒體壁61中，該光由于軸向地延伸的筒體壁61用作波導(dǎo)而沿以108表示的軸向大體在壁61內(nèi)部行進。在筒體壁61中軸向地移動的光將以如以110a、110b和110c所示的照射柱塞52的密封部100a-c的方式反射。這些光束110a-c以及被徑向向外反射的軸向地經(jīng)過筒體壁61內(nèi)的來自光源30的其它光由光探測器35沿探測器長度或路徑感測。反射光110a-c具有比沿筒體長度在其它地方向外反射的來自光源30的任何光的強度高的強度，該強度由于反射光離光源30的距離而傾向于從110c至110b至110a降低。光探測器35產(chǎn)生與在沿其長度的各個點感測出的光強度水平對應(yīng)的電信號，這些電信號經(jīng)由連接48被發(fā)送到控制器40。

控制器40然后將這樣從光探測器35接收的反射光數(shù)據(jù)處理合成與柱塞位置或狀態(tài)有關(guān)的信息，該信息可被存儲在控制器40內(nèi)，諸如為了進一步使用，和/或被傳輸。信息可被傳輸?shù)嚼缬脩艨梢姷呐c料筒使用相關(guān)的顯示器，或跟蹤使用信息的計算機網(wǎng)絡(luò)。這種與控制器40相關(guān)的傳輸裝置在圖1中未示出，但是常規(guī)的并且可屬于有線或無線類型。

控制器40被編程成考慮沿探測器長度的感測光數(shù)據(jù)中的峰值來確定密封部100a-c的位置。例如，控制器40可首先分別針對期望的柱塞位置操作感測系統(tǒng)多次，諸如十次，從而得到十個在沿探測器長度的每個像素或感測點的感測光數(shù)據(jù)的值。對于各像素而言，然后將十個值平均，并且沿與它們對應(yīng)的探測器長度標(biāo)示平均像素值。得到的標(biāo)示包括三次明顯的向上振蕩，每次振蕩都與不同密封部100a-c對應(yīng)。

控制器然后分析這些振蕩。在一個基礎(chǔ)系統(tǒng)中，控制器搜索每次振蕩內(nèi)振幅最高或最大的像素，并且控制器認(rèn)為該像素的沿探測器長度的軸向位置是可應(yīng)用的柱塞密封部的位置。

對該基礎(chǔ)系統(tǒng)的細(xì)化方案也可由控制器使用。在一個細(xì)化方案中，使用多項式曲線擬合或最小二乘方擬合方案，其中使用多項式函數(shù)來粗略估計每次振蕩的峰值區(qū)域。在基礎(chǔ)系統(tǒng)的探測出的最大像素位置周圍限定出一個區(qū)域。在該區(qū)域中計算多項式擬合，從而獲得多項式系數(shù)。然后通過過采樣像素來評價該多項式，并且計算細(xì)化的最大位置并且認(rèn)為它是可應(yīng)用的柱塞密封部的位置。適合于多項式擬合的值是5度多項式(5^th degree polynomial)，在最大位置的每一側(cè)有40個像素的擬合區(qū)域，過采樣為100。

在一個替代細(xì)化方案中，對每次振蕩使用面積中心計算。在基礎(chǔ)系統(tǒng)各探測出的最大像素位置周圍，或可能地在如前面通過多項式曲線擬合細(xì)化方案細(xì)化的最大像素位置周圍，限定了一個區(qū)域。合適的區(qū)域是在這種最大位置的每一側(cè)的40個像素。在該區(qū)域中，利用下式計算最大位置：

認(rèn)為計算出的最大位置值是可應(yīng)用的柱塞密封部的位置。

在一個替代細(xì)化方案中，可將整個柱塞的位置作為傳感器的輸出與存儲在控制器中的預(yù)定波形之間的交叉相關(guān)函數(shù)(cross-correlation function)的最大值的位置計算。

再者，控制器可被編程為隱藏否則可能導(dǎo)致控制器提供不正確的讀數(shù)的與在筒體頸部處的反射相關(guān)的探測器感測數(shù)據(jù)的部分。

可由控制器40確定的信息可以是如基于筒體部60內(nèi)的密封區(qū)域100a的軸向位置在注射期間經(jīng)歷的變化而計算出的在該次注射期間從料筒25壓出的藥物74的量。假設(shè)控制器40已知其它料筒或歷史細(xì)節(jié)，則柱塞的位置也可被用于確定從料筒25輸送的全部藥物或料筒25中剩余的全部藥物。

再者，控制器也可使用通過探測器感測出的在筒體頸部處的反射，該反射否則可能成為如上所述的隱藏數(shù)據(jù)，以確定料筒中剩余的藥物。例如，控制器可使用通過探測器感測出的筒體頸部反射作為基準(zhǔn)點，從而允許控制器通過將柱塞的位置與該基準(zhǔn)點進行比較來確定料筒中剩余中的藥物的量。如果控制器將這樣使用筒體頸部反射，則可設(shè)置在與在料筒筒體中處于底部的柱塞相關(guān)的點對料筒筒體頸部的制造變化以更精確地確定這種基準(zhǔn)點。突出了在該點的反射的這些制造變化可以是筒體壁中的溝槽或缺口，或其上的凸起。

可由控制器40確定的信息同樣或可替代地可以是柱塞52的壓縮量?？刂破?0可被編程為判斷在于密封區(qū)域100a和100c之間感測出的距離小于這些密封區(qū)域之間的這種距離的存儲值的情況下，該存儲值是否是為該距離的通常值或緊在注射之前的值。柱塞壓縮信息可用于確定剩余分配劑量或監(jiān)視柱塞52在使用料筒25的注射已發(fā)生之后何時已返回其注射前狀態(tài)，此時料筒用戶可被告知不存在剩余劑量并且注射完成。

現(xiàn)在參照圖5和6，示出了以總體上表示為130的筆形的藥物注射裝置的一種形式可操作地安裝的與系統(tǒng)20相似的感測系統(tǒng)。該類型的注射裝置是眾所周知的，并且裝置130的描述僅僅是說明性的，因為感測系統(tǒng)可適于在其中希望柱塞探測的以各種方式構(gòu)成和工作的裝置中使用。

藥物注射裝置130通常絕大部分是這種包括支承裝置的內(nèi)部構(gòu)件的殼體的裝置。殼體被顯示為具有保持以141抽象地表示的機械驅(qū)動機構(gòu)的后殼體部135。劑量設(shè)定套環(huán)137在被轉(zhuǎn)動以設(shè)定注射劑量時從圖5所示的位置從殼體部135被擰出，并且用戶在套環(huán)137所帶的按鈕140上施加推進力使按鈕和套環(huán)移動回到它們在圖5中所示的軸向位置，這致使驅(qū)動機構(gòu)141將其輸出部件從殼體部135伸出以使柱塞144在料筒146內(nèi)前移。

感測系統(tǒng)包括帶LED162的套筒160，該套筒牢靠地安裝在后殼體部135的前端內(nèi)。套筒160的中心開口允許驅(qū)動機構(gòu)輸出部件穿過其中。LED162用作感測系統(tǒng)的光源并且與殼體內(nèi)的電源和感測系統(tǒng)控制器電連接，電源和感測系統(tǒng)控制器共同以165抽象地表示。

裝置殼體還包括由基部區(qū)段152和頂部區(qū)段154形成的兩部分料筒保持器或前殼體部150。保持器150在其中組裝有料筒146時被固定在后殼體部135上，以相對于驅(qū)動機構(gòu)和LED162將料筒146保持在工作位置。

頂部區(qū)段154被顯示為透明蓋，具有前筒狀部165，成形為配合在料筒146上的彎曲凸緣167從該前筒狀部向后延伸。部分165確定尺寸和成形為料筒146的帶有鋸齒形密封件147的前端插入其中，使得料筒隔壁149可穿過開口166到達。殼體部165在169處具有外螺紋以將未示出的注射針組件的轂旋擰在其上，所述注射針組件在安裝在部分165上時提供穿過料筒隔壁149延伸成與料筒內(nèi)部容積連通以采用常規(guī)方式向裝置130的用戶輸送藥物的注射針。

基部區(qū)段152提供料筒146配合在其中的中空部172。中空部172的基部由用作感測系統(tǒng)的光探測器的軸向地延伸的CMOS陣列175形成。當(dāng)前殼體部150安裝在后殼體部135上時，裝置的未示出的連接器引起CMOS陣列175與以165表示的電源和感測系統(tǒng)控制器電氣連通和數(shù)據(jù)通信。

頂部區(qū)段154和基部區(qū)段152可構(gòu)造成以圖5所示的布置關(guān)系連接在一起，以在與后殼體部135一體地連接之前保持料筒146，諸如將分開的部件卡合在一起或經(jīng)由銷連接在一起的部件的一起樞轉(zhuǎn)?；蛘?，頂部區(qū)段154或基部區(qū)段152可構(gòu)造成是后殼體135的延伸部，另一區(qū)段在料筒安置之后與其連接或與后殼體135連接。例如，帶CMOS陣列175的基部區(qū)段152可在后殼體部135上固定地安裝成自其向前延伸或突出，其中料筒安裝通過將料筒146安置在基部區(qū)段152上并且然后將頂部區(qū)段154在料筒146上方固定在例如后殼體部135上而發(fā)生。這種設(shè)計可有利于提供控制器165與CMOS陣列175之間的連接。

由于用作允許用戶察看料筒的檢查窗的透明蓋的存在，環(huán)境光可能影響CMOS陣列175的測量。為了避免這種情況，可使用自行轉(zhuǎn)動90度的兩個偏振濾光鏡，一個安置在檢查窗上且一個層疊在CMOS陣列的頂部上，諸如連同可設(shè)置在CMOS陣列的頂部上的微百葉窗箔一起。這樣，用戶可看到料筒，所述陣列可探測肋的反射，但外部光不會到達這些陣列。

裝置130還包括被示出設(shè)置在殼體部135側(cè)并與控制器165電連接的電子顯示器180，諸如液晶顯示器。該顯示器可替代地設(shè)置在其它地方，諸如殼體基部區(qū)段152中。由控制器165使用LED162和CMOS陣列175確定的柱塞位置信息可被顯示在裝置的用戶可看到的顯示器180上。例如，顯示器180可顯示在裝置130的最近一次注射使用中輸送了多少單位的數(shù)值指示，或基于料筒146的柱塞是否被壓縮而確定的注射尚未完成或已完成的圖形或字母數(shù)字通知。

參照圖7，示出了適于與本領(lǐng)域中公知的以不同方式構(gòu)成的容器聯(lián)用的本發(fā)明的另一實施例。該感測系統(tǒng)包括與圖2的光探測器相同的光探測器235，和除了其相對于以不同方式構(gòu)成的料筒225的定位以外與光源30相似的光源230。料筒225包括具有筒體壁261的筒體250，和密封柱塞252，這些部件與它們在圖2的實施例中的對應(yīng)部件全都相似。筒體250的不同之處在于它包括與筒體壁261一體地形成的徑向凸起269。凸起269的形式是在筒體壁261的后邊緣265附近從筒體壁261徑向地突出到筒體250的內(nèi)部的周向圓形肋。光源230位于筒體250內(nèi)并且構(gòu)造成相對于軸向地延伸的主料筒壁261沿徑向照射直接入射至凸起269的光。

光源230優(yōu)選諸如通過其靠近凸起269的安置和它發(fā)射的光束的狹窄而構(gòu)造成不從筒體內(nèi)部直接在筒體250的內(nèi)表面的任何部分上投射光束，緊鄰控制器可借助于通過探測器235探測出的光識別為被這樣照射的凸起269的潛在部分除外?？稍O(shè)置專用透鏡或一組透鏡以將來自光源230的光束聚焦到凸起269中。

已確定，當(dāng)光這樣通過光源230引導(dǎo)到凸起269中時，筒體壁261將用作波導(dǎo)將該光軸向地發(fā)送到筒體壁261內(nèi)以便照射柱塞225的密封部以由與參照圖2所述的感測系統(tǒng)一樣的感測系統(tǒng)探測。

參照圖8，示出了適合與以不同方式構(gòu)成的容器聯(lián)用的本發(fā)明的又一實施例。料筒325包括具有筒體壁361的筒體350，和密封柱塞352，這些部件與它們在圖2的實施例中的對應(yīng)部件全都相似。在其后端，筒體壁351與呈正交地取向的凸緣369的形式的徑向向外延伸的凸起一體地形成。凸緣369延伸超出筒體350的外周，但不必是圍繞該筒體的圓周連續(xù)的。凸緣369可用于在充填過程中保持料筒?？纱钥捎墒种缸ノ盏妮^大凸緣，諸如在凸緣是在注射器柱塞的手動推進期間由手指抓握的注射器的一部分的情況下。

光源330將光向內(nèi)引導(dǎo)到凸緣369的徑向外端，從而引起光經(jīng)過凸緣的長度內(nèi)。光源可以是環(huán)繞料筒的環(huán)形光源。探測器335是沿柱塞352可移動通過的筒體的長度延伸的螺旋地構(gòu)成的探測器。盡管被顯示為延伸通過三整圈，但使用的螺旋圖案可涵蓋更多或更少的圈數(shù)，在需要時可僅包括不足一圈。光源330優(yōu)選構(gòu)造成不將任何光束直接投射在筒體350的外表面的任何部分上。如果允許來自光源330的一部分光直接照射在筒體350的外表面上，則它將僅僅是入射光，該入射光不會妥協(xié)探測器335精確地確定由于來自光源330的光相對于主料筒筒體350沿徑向穿過凸緣369并且然后軸向地穿過用作波導(dǎo)的筒體壁361而引起的對柱塞密封部的照射的能力。因此，并且除了來自光源330的光在用作波導(dǎo)的筒體壁361內(nèi)軸向地移動之外，在確定光源330的位置時，光源330的構(gòu)型僅僅引起其光的最低限度或入射部分達到柱塞352移動通過的筒體350的部分。

雖然光探測器35、35’、175、235和335被顯示為僅位于料筒筒體的徑向上，但本發(fā)明的光探測器可定位成通過一部分位于料筒筒體的徑向上并且另一部分位于料筒筒體的軸向上來探測從密封柱塞反射的光。例如，如圖9所示，本發(fā)明的光探測器可包括透光部402和感測部410，其中透光部402設(shè)置在料筒筒體425的徑向外側(cè)并且感測部410設(shè)置在料筒筒體425的軸向后方。感測部410以截面圖示出并且被設(shè)置為呈環(huán)形布置在料筒400的后端附近的CMOS元件等的陣列。感測部410從感測系統(tǒng)的光源440被徑向地遮蔽，該光源440是與料筒筒體425的環(huán)形端部對齊成與感測部410同心但在其徑向內(nèi)側(cè)的發(fā)光二極管的環(huán)形陣列。

透光部402被設(shè)置為從感測部410圍繞料筒筒體425向前延伸的由透光材料制成的套筒。透光部402用作在套筒402的材料內(nèi)沿軸向發(fā)送光以便使徑向地輸入透光部402中的反射光返回感測部410的波導(dǎo)。這種有關(guān)的反射光將是在已首先由光源440發(fā)射并且然后行進通過料筒筒體425之后從柱塞430的密封表面反射的光。筒狀濾光元件420被示出在透光部402與料筒筒體425之間，該濾光元件420選擇或允許僅嚴(yán)格地徑向的光通過。透光部402可位于注射筆的料筒保持器內(nèi)或形成其主要部分。

透光套筒402設(shè)置有用于反射從料筒徑向地導(dǎo)入其中以軸向地移動通過套筒壁到達感測部410的光的特征結(jié)構(gòu)。這些特征結(jié)構(gòu)是以螺旋圖案設(shè)置在套筒402的外表面中的一系列缺口。一個這樣的缺口以404示出，但代表螺旋系列中的其它缺口的設(shè)計。缺口的形狀和角度將基于套筒材料的特性來確定，但被示出為具有成45度角的表面406。從料筒直接反射到缺口404的徑向內(nèi)側(cè)的光將進入套筒402并且撞擊表面406，該表面406傾向于軸向向后直接地部分反射該光以經(jīng)套筒402的壁內(nèi)來到傳感器410。

缺口的螺旋圖案擴展了配合在料筒400的料筒柱塞430在使用期間可位于其中的部分周圍的套筒402的軸向長度。螺旋圖案跨越360度以下，但越接近360度允許越大的分辨率，前提是感測部410內(nèi)的傳感器元件的環(huán)形陣列充分密集，并且在螺旋圖案的起點和終點處的缺口致使光到達感測部410的情況下引起的光干涉是可接受的。

感測元件410在套筒402上的角取向在制造期間是固定的，優(yōu)選地被視為在環(huán)形感測部410的起點處的感測元件與在軸向上最靠近感測部410的缺口角對齊，并且環(huán)形感測部410內(nèi)的特定角向上的連續(xù)感測元件與遠(yuǎn)離感測部410沿軸向的連續(xù)缺口對應(yīng)。這允許控制器將特定像素與沿套筒長度和因此料筒長度的特定位置關(guān)聯(lián)，從而允許確定柱塞430的密封部的位置。

套筒402可以是圓筒形套筒并且因此在圖9的截面圖中被顯示為在缺口404的前方軸向地延伸。由于套筒402的在一系列缺口的前方延伸的該部分未用于將光傳輸回到感測部410，所以可省略這種前部。在這種修改設(shè)計中，應(yīng)理解套筒402將看上去是從感測部410向前延伸的部分圓筒形套筒，但該套筒具有螺旋形狀的前緣。再者，代替圓形的內(nèi)周和外周，套筒402可具有多邊形形狀，其中該多邊形的不同表面與感測部410的感測元件的不同表面角對齊。

參照圖10，示出了本發(fā)明的又一實施例。在此實施例中，除鋸齒形密封件的變化和光源的不同定位以外，所有部件都與關(guān)于圖2的實施例示出和描述的部件相同，因此這里相對于圖2的部件使用雙角分符號表示。光源30”定位成將其光經(jīng)設(shè)置在修改的鋸齒形密封件420的周邊中的開口或透明部419引導(dǎo)到套環(huán)64”中。套環(huán)64”用作與筒體壁61”一體地形成的徑向凸起。在使用期間，來自光源30”的光沿徑向通過鋸齒形密封件420的開口419并進入套環(huán)64”，并且光繼續(xù)通過用作波導(dǎo)的頸部區(qū)段62”和壁61”以照射柱塞52”的料筒壁密封部，該照射由探測器35”感測并且如上文以其它方式所述使用。對于正確的操作而言，為了使來自光源30的光進入開口419，設(shè)置了用以使用單個光源30將料筒相對于所示的感測系統(tǒng)取向的系統(tǒng)以對齊這種窗口和光源。

盡管已將本發(fā)明示出和描述為具有優(yōu)選設(shè)計，但本發(fā)明可在本公開的精神和范圍內(nèi)進行修改。例如，雖然系統(tǒng)被示出與具有圓筒形式的容器筒體聯(lián)用，但它可與具有不同形狀的筒狀形式——諸如正方形或長方形或橢圓形——的容器筒體聯(lián)用，和/或與不同形狀的柱塞聯(lián)用。再者，該系統(tǒng)可與具有用于反射光以軸向地移動通過料筒筒體壁的特征結(jié)構(gòu)的以不同方式構(gòu)成的料筒聯(lián)用或適合與其聯(lián)用。雖然以上將凸起描述為適合將光正確地導(dǎo)入筒體壁中以便該壁用作波導(dǎo)，但可替代地使用諸如凹槽或溝槽的特征結(jié)構(gòu)。與凸起或凸緣功能相似，凹槽或溝槽用作到達容器筒體壁以用作用于光軸向地行進至其柱塞的目標(biāo)反射接觸面的波導(dǎo)的裝置。再者，在替代實施例中，這種凸起或凹槽等可安置在料筒的頸部區(qū)段上以允許光諸如經(jīng)由定位成將其光直接照射到這種凸起中的光源引導(dǎo)到其中，以使用筒體壁作為波導(dǎo)來照射料筒柱塞密封部。再者，在另一未示出的實施例中，光源可定位在料筒的頸部區(qū)段附近并且設(shè)置成將其光束沿軸向向后引導(dǎo)到筒體厚度中，該光束在存在或不存在任何凸起或凹槽等的情況下穿過過渡到筒體壁的料筒頸部區(qū)段的插入部，并且在光探測器的徑向內(nèi)側(cè)進入筒體厚度中以使得筒體壁用作波導(dǎo)。在又一實施例中，并且如圖11所示，代替光束如上所述在筒體筒狀壁61的任一端進入筒體壁厚度中或如上所述進入凸起或凹槽等中，光源可構(gòu)造成通過相對于筒體成規(guī)定角度引導(dǎo)其光來向筒體壁中發(fā)射光，包括相對于筒體的頸部區(qū)段成一定角度引導(dǎo)其光。該光應(yīng)當(dāng)定向在探測器元件的平面中，或換言之沿探測器元件的軸線并經(jīng)該軸線延伸到筒體中的平面中。該角度可利用斯內(nèi)爾定律確定以計算最佳角度，藉此大部分光將折射到筒體壁厚度中，以然后將其波導(dǎo)效應(yīng)用于隨后通過CMOS探測器元件探測來自柱塞的反射光。斯內(nèi)爾定律定義為：n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，其中n₁是空氣的折射率，n₂是筒體材料的折射率，θ₁是分配到筒體上的光的角度，并且θ₂是折射到筒體壁厚度中的光的角度。波導(dǎo)全反射角(Critical Waveguide Angle)對于包括筒體材料的不同材料相對于空氣而言是已知的并且可指定為θ_c。參照圖11，通過已知角度θ_c以及空氣和筒體材料的折射率的其它已知值，可以確定指向例如筒體的頸部區(qū)段的光相對于筒體壁的角度θ₁。在大多數(shù)優(yōu)化的實施例中，當(dāng)所有角度都以度為單位時，θ₂必須始終小于90-θ_c。本申請因此旨在涵蓋使用本發(fā)明的一般原理的本發(fā)明的任何變型、用途或調(diào)整。此外，本申請旨在涵蓋此類處于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的公知常識內(nèi)的與本公開內(nèi)容的偏離。