專利名稱：在nmr重量檢查系統(tǒng)中觸發(fā)nmr測量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用核磁共振(NMR)技術在容器于生產線上移動時對該容器中的材料進行重量檢查。尤其涉及用于確定何時觸發(fā)NMR測量來對特定容器中的材料進行重量檢查的方法。
背景技術：
在許多科學領域的嘗試中，NMR技術在測量、檢測和成像中的使用已成為理想方法待。NMR的非入侵性、非破壞性特性方便了在包括但不局限于，化妝品、香水、化工、生物標本和食品的許多應用中的工業(yè)儀器、分析和控制任務的應用。作為一個例子，重量檢查被制藥工業(yè)用于裝填期間監(jiān)測和調整密封玻璃小瓶中藥物的量。按每秒數(shù)次稱量的速率在瓶中稱量幾十克時，藥物重量可小至幾分之一克，并要求以百分之幾或更好的精度、以每秒數(shù)次稱重的速率在幾十克重的小瓶中稱量。
就好像在下文中完整地寫出一樣地通過引用結合于本文的國際專利申請第WO 99/67606號(“606申請”)描述了使用NMR技術對生產線上的樣品進行重量檢查的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括磁鐵，用于在詢問區(qū)域上產生靜磁場以在位于詢問區(qū)域中的樣品中產生凈磁化強度；RF線圈，用于根據(jù)NMR原理在詢問區(qū)域上施加交變磁場以使樣品激勵。
如NMR領域眾所周知和“606申請”中指出的，磁共振的成功應用要求在施加任何進一步的激勵場之前允許測試樣品基本上達到最大凈磁化強度。不能使磁化強度在開始時就充分發(fā)展將導致小于最大值的樣品回應信號，并且得到不準確和不精確的稱量重量。因此，將測試樣品的位置與進一步磁場激勵的觸發(fā)仔細關聯(lián)是勢在必行的。
在“060申請”中，當已裝填的小瓶處于重量檢查臺中要求的位置處時，發(fā)生觸發(fā)。這又可以通過檢測已裝填的小瓶通過光學位置傳感器時的這一時間以及載有已裝填的小瓶的傳送帶的速度來確定。換言之，單獨計算作為時間和速度的積的變量的已裝填的小瓶的位置。這不能保證已裝填的小瓶在觸發(fā)時刻的位置會產生最大的樣品回應信號。
期望提供對生產線上的樣品進行NMR重量檢查的系統(tǒng)中觸發(fā)進一步場激勵，使測試樣品所處位置能返回最大樣品回應信號的方法。
發(fā)明概述提供一種用于確定生產線上的樣品質量的磁共振方法，其中每個樣品具有凈磁化強度性能(net magnetization capability)，該方法包括以下步驟在詢問區(qū)域中以第一方向施加第一磁場，用于在位于詢問區(qū)域的樣品內創(chuàng)建凈磁化強度；在詢問區(qū)域中以第二方向施加一交變磁場，用于暫時改變位于詢問區(qū)域的樣品的凈磁化強度；監(jiān)測樣品隨凈磁化強度返回其原始態(tài)而發(fā)射的能量，并產生一具有與所發(fā)射的能量成比例的特性的輸出信號；所述施加交變磁場的步驟包括當樣品處于詢問區(qū)域中位置是具有最大輸出信號特性的位置時觸發(fā)施加交變磁場的步驟；將所述輸出信號特性與從已知質量的至少一個類似樣品得到的類似數(shù)據(jù)進行比較；以及確定該樣品的質量。
還提供一種對用于確定生產線上的樣品質量的磁共振方法進行校正的方法，其中每個樣品具有凈磁化強度性能，生產線具有有第一磁場和交變磁場的磁共振詢問區(qū)域，該方法包括以下步驟當樣品在生產線的生產操作之前移動通過交變磁場的區(qū)域時，對在多個位置中的每一位置上的樣品執(zhí)行核磁共振測量；以及當樣品位于詢問區(qū)域中的位置是與進行核磁共振測量的樣品所發(fā)射的能量成比例的輸出信號特性為其最大值的位置時，確定樣品位置。


圖1是具有示例性NMR重量檢查臺的一部分生產線的立體圖，該NMR重量檢查臺用于檢查通過稱重臺的各容器具有所要求量的產品。
圖2是圖1所示的具有示例性NMR重量檢查臺的一部分生產線的頂視圖。圖2具體示出靜磁場磁鐵的磁極、用于在詢問區(qū)域施加交變磁場的RF線圈、詢問區(qū)域之前的小瓶位置檢測設備以及用于移動多個樣品通過詢問區(qū)域的傳送帶。在傳送帶上標出了多個樣品位置Ps。
圖3是根據(jù)本發(fā)明示教的一種示例方法的上層流程圖，該方法用于當測試樣品處于能返回最大樣品回應信號的位置時對觸發(fā)用于生產線上樣品的NMR重量檢查系統(tǒng)中的進一步場激勵進行校正。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明的一種方法在圖3中用標號10概括性地表示。為便于充分理解這種方法，首先回顧示例性的NMR重量檢查系統(tǒng)的某些結構和與其相關的生產線是有益的。
圖1示出用藥物樣品裝填玻璃小瓶1的生產線的一部分。包括有“在線”提供的示例性稱重臺3，用于無接觸稱量經過的各裝填的小瓶；將藥物量不夠產品規(guī)格的小瓶從生產線上移除的廢品臺5。通過傳送帶7把瓶1從裝填(和任選進行密封)臺(未示出)傳送到稱重臺3，所示傳送帶7如箭頭30所示，通過旋轉傳送輪11的轉動作在z方向上移動。
稱重臺3采用NMR技術來確定各個小瓶1中的藥物樣品的質量。如本領域普通技術人員應理解的，玻璃瓶作為容器是有益的，因為它們不提供可能干擾測量過程的任何信號。在本實施方式中，稱重臺3包括永久磁鐵13、射頻(RF)線圈15以及具有處理器19的計算機控制系統(tǒng)17。磁鐵13在稱為詢問區(qū)域25的一個區(qū)域在跨越傳送帶7的x方向產生均勻的直流(DC)或靜磁場。詢問區(qū)域25在傳送帶7的長度上延伸，范圍是永久磁鐵13均勻地施加靜磁場的長度。瓶1中的樣品包含各自都有因核子旋轉導致的磁矩的核子，例如，1H核子(質子)。因為樣品質子具有磁矩，所以當處于一定磁場的影響時樣品能夠獲得凈磁化強度(netmagnetisation)。當樣品在詢問區(qū)域25中時，所施加的靜磁場在樣品內產生凈磁化強度。
在大多數(shù)NMR系統(tǒng)中，靜磁場強度是能使樣品的拉莫爾(Larmor)頻率在電磁頻譜的射頻范圍內。在樣品上施加樣品的拉莫爾頻率的并垂直于靜磁場取向的交變電流(AC)磁場，會使樣品的凈磁化強度繞AC磁場軸旋轉，偏離開靜磁場方向。在本實施方式中，通過在RF線圈15上施加相應的AC電流而產生這種磁場。改變傳送到RF線圈15的能量的量可以改變凈磁化強度的旋轉角度。
在本示例性實施方式中，導致90°旋轉的激勵場被用來激勵樣品。在將90°脈沖施加于樣品后，樣品處于高能量、非平衡狀態(tài)，從該狀態(tài)它會馳豫返回其初始平衡狀態(tài)。在樣品馳豫時，發(fā)射拉莫爾頻率的電磁能量，其磁分量在RF線圈15中感生電流形式的樣品回應信號。
RF線圈15監(jiān)測樣品的凈磁化強度返回其初始狀態(tài)時樣品發(fā)射的能量，并產生一個具有與所發(fā)射的能量成比例的特性的輸出信號。在本例子中，感生電流的一個特性即峰值幅度隨樣品中的磁矩數(shù)變化，因此隨樣品中的分子數(shù)變化。將所接收到的信號隨后傳送到計算機控制系統(tǒng)17，該系統(tǒng)對從未知樣品接收到的信號的峰值幅度與從具有已知質量(或重量)的校正樣品接收到的信號的峰值幅度進行比較，以確定所測試樣品的質量(或重量)。重量檢查臺3能夠產生和接收在激勵樣品中的不同NMR響應元件時所需的不同拉莫爾頻率的信號。如果計算機控制系統(tǒng)17可以存儲不同的各個樣品的校正數(shù)據(jù)，則重量檢查臺就能利用來自不同NMR響應元件的NMR信號的特性來確定各個樣品的質量。
圖2是圖1所示的示例性NMR重量檢查臺3的頂視圖。圖2具體示出靜磁場磁鐵13的極、具有兩個垂直安裝的RF線圈21和23的RF線圈組件29，用于在詢問區(qū)域25中施加交變磁場、詢問區(qū)域25之前或開始處的瓶位置檢測器27(如具有光束52的光學位置傳感器50)以及用于移動多個小瓶1通過詢問區(qū)域25的傳送帶7。以數(shù)字1到23標出在傳送帶7上的多個小瓶的位置Ps。
瓶位置檢測器27可以是本領域的技術人員已知的多種位置傳感器中的任何一種，用于準確地和精確地檢測所要求的樣品包裝物到達在重量檢查臺3之前的傳送帶7上的已知物理位置的時間。例如，圖2示出光學位置傳感器50，該傳感器具有的光束52在小瓶1移動到位置P6時被該瓶的前沿阻擋，并且該傳感器安裝在詢問區(qū)域25之前。圖1示出位于詢問區(qū)域25開始處的光學位置傳感器50和光束?；诮洕蚱渌?，這種位置是較佳的，雖然所選擇的已知物理位置可以是最大樣品回應信號的位置之前的任何位置。不考慮它的位置，光學位置傳感器50還可以在光束52被重建時探測出瓶1的后沿業(yè)已通過。這種信息可用于通過更準確確定瓶1的中心以及減少傳感器對于瓶1的直徑的偏差來改進測量。
為說明目的而非限制，將描述圖1和2中示出的NMR重量檢查系統(tǒng)的一般操作。首先，初始化重量檢查系統(tǒng)，包括安裝適合待測樣品的RF探針29。一旦開始生產，傳送帶7連續(xù)地傳送而移動其樣品質量(或重量)需要確定的小瓶1。當每一個小瓶到達位置P6時，它的前沿阻斷光束52，使光學位置傳感器50產生準確地建立瓶1位置的信號，并傳送給計算機控制系統(tǒng)17。然后，在小瓶1前往詢問區(qū)域25中小瓶1中的樣品在其處將返回最大樣品回應信號的位置PM時，計算機控制系統(tǒng)17追蹤傳送帶7的移動。當小瓶1處于位置PM時，RF探針29的短暫通電立即被觸發(fā)，在詢問區(qū)域25施加交變磁場，使瓶1中樣品的凈磁化強度被暫時改變。RF探針29監(jiān)測在樣品的凈磁化強度返回到其初始平衡狀態(tài)時由小瓶1中樣品發(fā)射的能量，并產生一個具有與所發(fā)射的能量成比例的特性的輸出信號，比如電流幅度。計算機控制系統(tǒng)17接收RF探針的輸出信號。處理器19將該電流幅度或其它輸出信號特性與從已知質量的至少一個類似樣品得到的類似數(shù)據(jù)進行比較，并從比較結果確定樣品的質量。
當選擇的輸出信號特性達到它的最大值時，出現(xiàn)最大樣品回應信號。該特性達到其最大值時小瓶的物理位置可通過在生產線的生產操作之前對處理器19進行校正來找到，例如在圖3所示流程圖中所示的預生產校正法。
首先并且在開始生產之前，在步驟61中，無接觸重量檢查臺3按照其常規(guī)方式初始化，包括安裝適合于特定容器的RF探針29，其中的容器是要裝填其質量或重量待確定的樣品的。在本例子中，容器繼續(xù)使用前文所述的玻璃小瓶1。
接下來，在步驟63中，把已裝填的小瓶1放置在預選的校正開始位置P0處。這可以通過包括步驟65等的數(shù)個步驟來完成，在步驟65中，將瓶1隨機地放置在傳送帶7上，其位置位于瓶位置檢測器27之前的任意位置，例如，P1。計算機控制17在步驟67中操作傳送帶7，使小瓶1以預定的增量前進，并在步驟69中，檢查來自瓶位置檢測器27的關于瓶1是否已到達其已知位置的信號。如果沒有，則再次遞進瓶1的位置。
如果瓶1已到達瓶位置檢測器27，在步驟71中，計算機控制17再次操作傳送帶7，使瓶1向著預選校正開始位置進一步遞進預定數(shù)量的步長。預選校正開始位置可以是在詢問區(qū)域25中向前移動但仍剛好在RF探針29施加的交變磁場的區(qū)域之外的任意位置，例如圖2所示的P9。一旦小瓶1到達預選開始位置，計算機控制17就停止瓶1的移動。
此時，在步驟73中，對處于多個連續(xù)遞增位置的小瓶1執(zhí)行NMR測量，并且將每次的測量結果存儲在計算機控制17中，直到瓶1達到一離開位置，但剛好在RF線圈29施加交變磁場的區(qū)域之外，例如圖2所示的P15。這可以通過多個步驟來完成，包括進行NMR測量的步驟75、存儲瓶位置和該測量結果的步驟77、瓶1遞進移動的步驟79、檢測瓶1的當前位置是否已到達位置P15的步驟81。如果未到達，則對該新位置進行另一次NMR測量，存儲其位置和結果，并進行進一步的遞進。如果已經到達，則停止瓶1的進一步前進。
當瓶1的位置遞進以便繼續(xù)NMR測量時，應該預選移動間隔或步長，以便以可接受的分辨率提供樣品回應信號。例如，在要使用2ml體積的玻璃小瓶的情況，0.05mm的步長尺寸提供了最佳分辨率。
在完成步驟81后，處理器19在步驟83檢查所存儲的每個回應信號，并確定在樣品回應信號為最大值時的瓶1位置PM。確定該位置的一個示例性方法是將所有存儲的數(shù)據(jù)繪成曲線，x軸為位置而y軸為信號幅度。然后，與最大樣品回應信號的可接受范圍關聯(lián)來確定一個位置范圍，并取其中心點為位置PM。本領域的技術人員會理解識別位置PM的其它可接受的方法。
一旦位置PM被知道，將它存儲在計算機控制17中作為偏移量。如前面對NMR重量檢查系統(tǒng)3的一般操作所述，當計算機控制系統(tǒng)17追蹤傳送帶7隨瓶1前進到位置PM的運動時，處理器19檢索該偏移量，并且當樣品位于詢問區(qū)域中輸出信號特性為最大值的位置時，觸發(fā)AC電流至RF探針29。
應該理解，本文中描述的實施方式只是示例性的，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下本領域的技術人員可以進行許多變更和修改。各實施方式可按需選擇性或組合的形式實施。所有這些修改和變更都旨在包含于所附的權利要求書中限定的本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種用于確定生產線上樣品質量的磁共振方法，每個所述樣品具有凈磁化強度性能，該方法包括以下步驟在詢問區(qū)域中以第一方向施加第一磁場，用于在位于所述詢問區(qū)域內的樣品中創(chuàng)建凈磁化強度；在詢問區(qū)域中以第二方向施加一交變磁場，用于暫時改變位于所述詢問區(qū)域內的樣品的所述凈磁化強度；監(jiān)測當所述樣品的凈磁化強度返回其初始狀態(tài)時由樣品發(fā)射的能量，并產生一具有與所發(fā)射能量成比例的特性的輸出信號；所述施加交變磁場的步驟包括當樣品處于所述詢問區(qū)域中的所述輸出信號特性具有最大值的位置時觸發(fā)施加交變磁場的步驟；將所述輸出信號特性與從已知質量的至少一個類似樣品得到的類似數(shù)據(jù)進行比較；以及確定所述樣品的質量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加交變磁場的步驟是由處理器觸發(fā)的，所述觸發(fā)步驟包括在生產線的生產操作之前對處理器進行校正的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述校正處理器的步驟包括以下步驟當樣品移動通過交變磁場的區(qū)域時，對在多個位置中的每一個位置上的樣品進行磁共振測量，及當樣品位于詢問區(qū)域中的所述輸出信號特性具有最大值的位置時，確定樣品位置。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在磁共振測量期間，樣品移動通過交變磁場的區(qū)域從第一側到第二側，且所述校正處理器的步驟還包括將樣品定位在交變磁場區(qū)域第一側之外的預選校正開始位置處的步驟。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述對樣品進行定位的步驟還包括探測樣品到達已知位置的時間并使樣品前進到預選校正開始位置的步驟。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述對樣品執(zhí)行磁共振測量的步驟包括對樣品執(zhí)行磁共振測量直到樣品定位于交變磁場區(qū)域第二側之外的步驟。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸出信號特性是電流幅度，且所述確定樣品位置的步驟確定樣品位于詢問區(qū)域中的輸出信號電流具有最大值的位置時的時間的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述校正處理器的步驟還包括在樣品位于詢問區(qū)域中的輸出信號電流具有最大值的位置時存儲一用來觸發(fā)施加交變磁場的偏移量的步驟。
9.一種對用于確定生產線上樣品的質量的磁共振方法進行校正的方法，每個所述樣品具有凈磁化強度性能，所述生產線具有第一磁場和交變磁場的磁共振詢問區(qū)域，所述方法包括以下步驟在生產線的生產操作之前當樣品移動通過交變磁場的區(qū)域時對在多個位置中的每一個位置上的樣品執(zhí)行核磁共振測量；以及當樣品位于詢問區(qū)域中的與處于核磁共振測量之下的樣品所發(fā)射的能量成比例的輸出信號特性具有最大值的位置時，確定樣品位置。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，在對樣品執(zhí)行核磁共振測量的步驟期間，樣品移動通過交變磁場的區(qū)域從第一側到第二側，且所述對樣品執(zhí)行核磁共振測量的步驟還包括將樣品定位在交變磁場區(qū)域第一側之外的預選校正開始位置處的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述對樣品進行定位的步驟還包括探測樣品到達一已知位置的時間并使樣品前進到預選校正開始位置的步驟。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述對樣品進行定位的步驟包括對樣品進行磁共振測量，直到樣品定位于交變磁場區(qū)域第二側之外的步驟。
13.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述輸出信號特性是電流幅度，且所述確定樣品位置的步驟包括確定樣品位于詢問區(qū)域中的輸出信號電流具有最大值的位置時的時間的步驟。
14.如權利要求13所述的方法，還包括在樣品位于詢問區(qū)域中的輸出信號電流具有最大值的位置時存儲一用來觸發(fā)施加交變磁場的偏移量的步驟。
全文摘要
提供了確定生產線上瓶中樣品的質量的磁共振方法，每個樣品具有凈磁化強度性能，包括下列步驟在詢問區(qū)域中第一方向上施加第一磁場，在位于詢問區(qū)域中的樣品中創(chuàng)建凈磁化強度，在第二方向上施加交變磁場，以暫時改變位于詢問區(qū)域中的樣品的凈磁化強度，當樣品處于詢問區(qū)域中電流幅度最大值的的一個位置處時觸發(fā)交變磁場，隨著樣品的凈磁化強度返回其初始狀態(tài)而監(jiān)測樣品發(fā)射的能量，產生輸出信號，該輸出信號的電流幅度與所發(fā)射的能量成比例，對電流幅度與從已知質量的至少一個相似樣品得到的類似數(shù)據(jù)進行比較，以及確定該樣品的質量。
文檔編號G01G9/00GK1942785SQ200480042908
公開日2007年4月4日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權日2004年4月30日
發(fā)明者J·M·麥肯德里, R·塞爾維, N·J·科利爾, V·A·斯科特, J·A·W·M·科弗, P·C·J·M·亨德里克斯 申請人:波克股份有限公司