专利名称：Nmr重量检查系统中准确确定样品温度的方法
技术领域：
本发明涉及使用核磁共振(NMR)技术在容器于生产线上移动时对该容器中的材料进行重量检查，尤其涉及在NMR重量检查测量时准确确定容器中材料温度的方法。
背景技术：
在许多科学领域的尝试中，NMR技术在测量、检测、和成像中的使用已变得值得期待。NMR的无侵入、无破坏特性方便了应用于各种应用中的工业仪器使用、分析、以及任务控制，这些应用包括但不限于化妆品、香水、工业化学制品、生物样品、以及食品。作为示例，重量检查被制药工业用于在填充过程中监控和调整密封玻璃瓶中药的量。药的重量可以小到克的几分之一，并需要在几十克重的小瓶中，以百分之几或更好的精度、以每秒若干次测重的速率称量。
如以下全面阐述的，通过引用结合于此的国际专利申请No.WO 99/67606描述了使用NMR技术的用于生产线上样品的重量检查系统。该系统包括磁体，用于在询问区域上创建静磁场以在置于该询问区域中的样品内产生净磁化强度；以及RF线圈，用于根据NMR原理在询问区域上施加交变磁场以使样品激励。
如NMR领域中众所周知的，在由交变磁场脉冲激励样品之后，该样品发射在RF线圈中感生的称为自由感应衰减(“FID”)的信号，从中可获知许多类似样品质量(或重量)的信息。样品的温度对样品的分子活性及其FID有重要影响。例如，样品温度的变化会改变分子的运动速率，也改变偶极子-偶极子相互作用的有效长度，即质子弛豫，它对核磁共振相互作用和FID发射很重要。此外，如果在样品的磁共振测量时样品的激励在样品中产生了不完全磁化，则温度对磁化过程本身的影响大大加强了样品中温度变化的影响。于是，如果要准确且精确地确定样品质量或重量(以下称为“样品重量”)，则必须精确测量或确定样品磁共振测量时刻样品的温度。
直接测量看起来最有利于得到磁共振测量时刻的样品的温度。然而，如上所述，磁共振测量的原理要求在测量时将样品放置在询问区域和RF线圈的交变磁场区域内。这样的几何结构、以及对磁场均匀性的基本要求使得放置一个或多个温度传感器装置来在样品的磁共振测量时准确测量样品的温度变得非常不可行。
还有另一种可选方案在询问区域之前或之后，在移动的生产线上的某个点测量样品温度，并使用该信息得到所需的在其磁共振测量时样品的温度。在现有技术中，样品温度是在样品填充位置测量，并且假设样品温度在温度测量时刻和磁共振测量时刻之间保持恒定。因为样品温度在该时间间隔内的确会变化，所以这样的NMR样品重量确定就不太准确了。
需要提供一种用于在NMR重量检查系统中更准确地确定对样品进行磁共振测量时生产线上样品温度的方法。
发明内容
提供了一种用于在磁共振重量检查系统中确定磁共振检测时生产线上容器中样品的温度的方法，包括以下步骤确定容器中样品的时间-温度校正系数；在除磁共振检测外的其它时间测量复合样品和容器的温度；将校正系数应用于在除磁共振检测外的其它时间的复合样品和容器的温度。
图1是具有示例性NMR重量检查的一部分生产线的立体图，该重量检查台用于检查经过重量检查台的各个容器具有期望量的产品。
图2是根据本发明示教的用于准确确定NMR重量检查测量时容器中产品温度的一种示例性方法的上层流程图。
图3是用于确定容器中样品的时间-温度校正系数的步骤的中层流程图；图4是将校正系数应用于在除NMR重量检测测量外的其它时间测得的样品和容器的温度的步骤的中层流程图。
具体实施例方式
根据本发明的一种方法在图2中用标号10概括性地表示。该方法用于容器在生产线上(也称为“产品填充线”)连续移动时对容器内容的进行重量检查的非接触NMR重量检查系统20。需要这种重量检查的一个示例性应用是药品封装。为便于最佳地理解该方法，首先查看示例性NMR重量检查系统及其相关生产线的结构是有益的。
用于药品封装的示例性NMR重量检查系统图1示出了用药物样品填充玻璃小瓶22的生产线的一部分。示例性重量检查台24被设置成“直接插入式”，以便无接触地称量经过的各个填充小瓶，并且还设置将药物量不够产品规格的小瓶从生产线上移除的筛选台26。小瓶22通过传送装置从填充(以及可任选的密封)台25传送到重量检查台24(如图2中示出)，该传送装置具有通过旋转传送轮32的转动而沿由箭头30标注的z方向移动的传送带28。
填充站25可包括填充针27或其它将样品送入小瓶22的器件、以及以下将进一步说明的温度传感器29。在填充台25可同时填充多个小瓶22。温度传感器29可包括测量玻璃小瓶22的温度、以及样品体内多个位置的样品温度的传感器。
重量检查台24使用NMR技术来确定各个小瓶中药物样品的质量。如本领域普通技术人员应该理解的，玻璃小瓶作为容器是有益的，因为它们不提供任何可能干扰测量过程的信号。在本实施方式中，重量检查台24包括诸如电磁体或永磁体的静磁场源34、RF探测器35、以及具有处理器38的计算机控制系统36。磁体34在称为询问区域40的区域内沿x方向横跨传送带28创建均匀的直流(DC)或静磁场。询问区域40在传送带28的长度方向延伸，在整个传送带28上通过永磁体34均匀地施加静磁场。小瓶22中的样品包括每个都具有原子核自旋导致的磁矩的原子核，例如1H原子核(质子)。因为样品质子具有磁矩，所以当受到某磁场的影响时样品能获得净磁化强度。当样品在询问区域40内时，所施加的静磁场在样品内创建净磁化强度。在询问区域40之前或其起点处的小瓶位置检测装置42(例如具有光束46的光学位置传感器44)检测小瓶何时到达重量检查台24之前传送带28上的已知物理位置。
在大多数NMR系统中，静磁场强度使样品的拉莫尔频率(Larmorfrequency)在电磁频谱的射频范围内。在样品上施加样品拉莫尔频率的并垂直于静磁场取向的交流(AC)磁场，会使样品净磁化强度围绕AC磁场轴旋转且远离静磁场方向。在本实施方式中，该磁场是通过对RF探测器35施加相应的AC电流产生的。改变传送到RF探测器35的能量可以改变净磁化强度的旋转角度。
在本示例性实施方式中，导致90°旋转的激励场被用于激励样品。在将90°脉冲施加于样品后，样品被置于高能量、非平衡状态，从该状态它会弛豫回其初始的平衡状态。在它弛豫时，会辐射拉莫尔频率的电磁能量，其磁场成分感生以RF探测器35中电流形式的称为自由感应衰减(“FID”)的样品回应信号。
RF探测器35在样品的净磁化强度返回其初始状态时监控由样品辐射的能量，并产生具有与辐射能量成比例的特征的输出信号。在本示例中，感生电流的特征即幅度，随样品中的磁矩数量变化，并因此随样品中分子的数量变化。然后将所接收的信号传送到计算机控制系统36，该系统36将从未知样品接收的信号的幅度与从已知重量的标准样品所接收的信号的幅度作比较，来确定正在检测的样品的重量。
为说明目的而非限制，将描述图1中示出的NMR重量检查系统24的一般操作。首先，初始化重量检查系统24，包括安装适合待检测样品的RF探测器35。一旦开始生产，传送带28连续传输其样品重量将要确定的小瓶22。在填充台25填充小瓶22，使用温度传感器29测量小瓶玻璃和样品的温度，并通过计算机控制系统36作记录。当各个小瓶22到达光学位置传感器44所探测的位置时，光学位置传感器44产生确定该小瓶位置的信号并传送到计算机控制系统36。然后在小瓶22进入询问区域40中的位置PM时，计算机控制系统36追踪传送带28的移动，在该位置PM通过磁共振测量小瓶22中的样品。
当小瓶22在位置PM时，RF探测器35的短暂通电立即被触发，在询问区域40中施加交变磁场使小瓶22中样品的净磁化强度被暂时改变。RF探测器35监控在样品的净磁化强度返回其初始平衡状态时由小瓶中的样品辐射的能量，并产生具有与辐射能量成比例的特征的输出信号，例如电流幅度。计算机控制系统36接收该RF探测器35的输出信号。如以下的进一步说明，处理器38在RF探测器的通电终止时确定样品温度。处理器38使用该准确的样品温度，并将电流幅度或其它输出信号特征与从至少一个已知质量的类似样品获得的类似信息作比较，然后从比较的结果确定样品的质量。
样品温度补偿图2示出了根据本发明示教的用于在NMR重量检查测量时准确确定容器中产品温度的示例性方法的上层流程图。第一步骤50包括确定容器中待测样品的时间-温度校正系数。该确定的中间步骤在图3中示出，并包括在步骤52测量复合样品和小瓶22的温度衰减、在步骤58确定待测特定样品和小瓶22的热交换系数、以及在步骤66计算待测特定样品和小瓶22的时间-温度校正系数的数组。
通过将复合样品和容器的温度改变成与环境温度不同、并在样品和容器恢复到环境温度的过程中测量复合样品和容器随时间流逝的温度，完成在步骤52测量复合样品和小瓶22的温度衰减。步骤52的一个实施方式包括在步骤54加热待测复合样品和小瓶、以及在步骤56在使经加热的复合样品和小瓶降温的过程中测量其温度衰减。本领域技术人员应该理解，不通过将复合样品和小瓶加热到高于环境温度、并使其降温来测量温度衰减，还可以通过将复合样品和小瓶降至环境温度以下并使其升温来获得温度衰减。
在步骤58确定待测的特定样品和小瓶22的热交换系数包括如步骤60中所示将具有环境温度的样品放置在具有非环境温度的小瓶中，以及如步骤62中所示在使样品和小瓶22达到平衡的过程中测量样品温度和小瓶22温度。在步骤64中可计算待检测样品和小瓶22的可由参数α表示的热交换系数，关系式如下α＝(ms*Cs)/((ms*Cs)+(mc*Cc))其中ms是样品的质量，mc是容器的质量，Cs是样品的热容，而Cc是容器的热容。一旦对于待测的特定样品和小瓶22热交换系数为已知，则如步骤66中所示，可将该热交换系数与在步骤52得到的时间-温度衰减相结合以提供时间-温度校正系数数组。
可确定时间-温度校正系数的数组，来使用多个小瓶中的单个小瓶22的温度测量校准在填充台25上同时填充的多个小瓶22的温度变化。该数组可根据以下关系式计算，其中T(nccw)是样品在由非接触重量检查系统进行的磁共振检测的位置和时间的温度；T(ir，g，x)是由温度传感器测量的数组位置x处小瓶22玻璃的温度；T(ndl，x)是来自温度传感器的数组位置x处小瓶22中样品的温度；以及，T(IR)是由非接触温度传感器(诸如红外传感器)在数组位置x处测量的样品温度。首先，样品和小瓶之间的一般热量传导是ms*Cs*dT＝mc*Cc*dT结合两个关系式得到T(nccw)＝α*T(ndl，x)+(1-α)*T(ir，g，x)以及dT＝T(ndl，x)-T(ir，g，x)样品温度随时间指数衰减，如下Tau＝-(时间)/LN[(T(IR)-T(nccw))/T(nld，x)-T(eq)]
重新排列得到根据它可对数组中各个位置计算T(ndl，x)的关系式T(时间＝y)＝α*T(ndl，x)+(1-α)*T(ir，g，x)+[T(ndl，x)-α*T(ndl，x)-(1-α)*T(ir，g，x)]*e(-t/tau)T(时间＝y)＝α*T(ndl，x)+(1-α)*T(ir，g，x)+(1-α)[T(ndl，x)-T(ir，g，x)]*e(-t/tau)T(ndl，x)＝[-T(IR)+(1-α)*T(ir，g，x)*(1-e(-t/tau))]/[-α-(1-α)*e(-t/tau)]可使用各种技术来实现非接触温度测量。例如，基于红外线的高温计可用于测量填充前玻璃小瓶的温度、以及复合样品和小瓶的温度。这些高温计可关联于填充针结构放置以直接面对小瓶内容。此外，温度传感器可关联于阵列中第一和最后填充针放置，以提供连续小瓶填充之间温度梯度的指示。
图4是将校正系数应用于除NMR重量检查测量外的其它时间测量的样品和容器温度的步骤的中层流程图。步骤80包括在步骤82确定样品磁共振检测时刻和测量样品温度时刻之间的时间间隔，即可被称作测量偏移时间；在步骤84选择适当的校正系数；以及在步骤86将所选校正系数与填充后复合样品和小瓶22的温度相乘。
通过本发明的方法还可校正多个复合样品和容器的温度，从而确定多个复合样品和容器的温度梯度，并将该温度梯度应用于多个复合样品和容器的温度。
应该理解，本文中描述的实施方式仅仅是示例性的，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可进行许多改变和更改。各种实施方式可按需选择性地或组合地实施。所有这些更改和改变都旨在包括于所附权利要求书中限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于在磁共振重量检查系统中确定在磁共振检测时生产线上容器中样品的温度的方法，包括以下步骤确定所述容器中所述样品的时间-温度校正系数；在除磁共振检测外的其它时间测量复合样品和容器的温度；以及将所述校正系数应用于在除磁共振检测外的其它时间的所述复合样品和容器的温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定时间-温度校正系数的步骤包括测量所述复合样品和容器的温度衰减的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量所述复合样品和容器温度衰减的步骤包括将所述复合样品和容器的温度改变成与环境温度不同、以及在所述样品和容器恢复到环境温度的过程中测量所述复合样品和容器随时间流逝的温度的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定时间-温度校正系数的步骤还包括当热量在所述样品和所述容器之间传递时测量所述样品的温度和所述容器的温度的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当热量在所述样品和所述容器之间传递时测量所述样品和容器的温度的所述步骤包括将具有环境温度的所述样品放置在具有非环境温度的所述容器中的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定时间-温度校正系数的步骤还包括计算所述样品和所述容器的热交换系数的步骤，所述热交换系数具有关系式(ms*Cs)/((ms*Cs)+(mc*Cc))其中ms是所述样品的质量，mc是所述容器的质量，Cs是所述样品的热容，而Cc是所述容器的热容。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定时间-温度校正系数的步骤还包括计算多个复合样品和容器的温度的时间-校正系数数组的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在除磁共振测量外的其它时间测量所述复合样品和容器温度的所述步骤在接近用所述样品填充所述容器基本完成的时间执行。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品的磁共振检测时刻与测量所述样品和所述容器的温度时刻之间的时间间隔是测量偏移时间，所述方法还包括确定测量偏移时间的步骤，而且所述应用所述校正系数的步骤包括在测量偏移时间选择所述样品和容器的校正系数、并将所选校正系数与在除磁共振测量外的其它测量时间的所述复合样品和容器的温度相乘的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在除磁共振检测外的其它时间测量多个复合样品和容器的温度、并确定所述多个复合样品和容器的温度梯度的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述应用所述校正系数的步骤包括将所述温度梯度应用于所述多个复合样品和容器的温度的步骤。
全文摘要
一种方法(10)允许在磁共振重量检查系统(24)中确定磁共振检测时生产线上容器(22)中样品的温度。方法(10)包括以下步骤确定容器中样品的时间－温度校正系数(50)，在除磁共振检测外的其它时间测量复合样品和容器的温度(70)，以及将校正系数应用于在除磁共振检测外的其它时间的复合样品和容器的温度(80)。
文档编号G01V3/00GK1942745SQ200480042904
公开日2007年4月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年5月3日
发明者A·谢普曼, V·博恩斯, P·C·J·M·亨德里克斯, J·A·W·M·科弗 申请人:波克股份有限公司