专利名称：核磁共振测重系统中磁场跟踪的方法
技术领域：
本发明涉及使用核磁共振(NMR)技术来在容器于生产线中移动时对容器中的材料测重，尤其涉及使得用于NMR测量的磁场保持基本稳定的方法。
背景技术：
在许多科学领域的尝试中，NMR技术在测量、检测、以及成像中的使用已变得值得期待。NMR的无创伤、无破坏特性便于应用于各种应用中的工业仪器、分析、以及控制任务，这些应用包括但不限于化妆品、香水、工业化学制品、生物标本、以及食品。作为一个示例，重量检查被制药工业用于在填充期间监视并调整密封玻璃瓶中药物的量。药品的重量可能小至1克的几分之一，并需要在每秒若干次称量的速度下在重达几十克的瓶中以百分之几或更好的精度称量。
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技术对生产线上样品的重量检查系统。该系统包括用于在询问区域建立静态磁场以便在位于询问区域内的样品中产生净磁化强度的磁铁，以及用于根据NMR原理将交互磁场施加到询问区域以使样品受激励的RF线圈。
如在NMR领域中所公知的，在通过交互磁场脉冲激励样品之后，该样品发出在RF线圈中感生的称为自由感应衰减(“FID”)的信号，像样品质量(或重量)的许多信息可从该信号中获知。FID与施加到样品上的净磁化强度直接成比例。因此，所施加磁化强度中的任何变化会使FID产生变化，包括其频率与空间定向，并且影响从FID获得的样品重量的测定。当进行单个NMR测量时，NMR光谱仪可手动校准并获得正确的结果。然而，当在一段时间内进行多个NMR测量时，如重量检查的容器在连续工作的生产线上的情况下，磁场因为用来生成这些磁场的磁铁中的温度变化而漂移。因而，在这些应用中必须监视并校正磁场中的变化。用该方法调节NMR磁场确保谐振频率保持在样品的谐振频率，并改进所测定重量的准确度与精度。
需要提供一种用于确保在NMR重量检查系统中使用的磁场特性跟踪与样品共振频率的偏差的方法，该NMR重量检查系统适用于生产线上的样品。
发明内容
提供了用于适用于生产线上样品的磁共振重量检查系统中的方法，该磁谐振测重系统具有一磁场，该方法包括以下步骤从样品的磁共振测量中获得自由感应衰减信号，根据自由感应衰减信号监视磁共振测量的共振频率与预选共振频率的偏差；以及调节磁场以保持预选共振频率。
图1是具有示例性NMR重量检查台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示例性方法的上层流程图，该方法用于在适用于生产线上样品的NMR重量检查系统中进行磁场跟踪。
具体实施例方式
根据本发明的一种方法通过图2中的标号10概括地示出。此方法用于非接触的NMR重量检查系统20中，该NMR测重系统20在容器于生产线上连续移动时，检查容器内容的质量(或重量)。一个需要这种重量检查的示例性应用是药品封装。为了最好地理解该方法，首先查看示例性NMR重量检查系统及其相关联生产线的特定结构是有益的。
用于药品封装的示例性NMR重量检查系统图1示出生产线的一部分，该生产线往玻璃瓶22中填充药物样品。示例性重量检查台24被设置成“直接插入式”，以便于无接触称量各个经过的填充瓶，并且筛选台26从生产线上去除那些药物量不到产品规格的小瓶。小瓶22从填充(与可任选的封装)台(未示出)通过具有传送带28的传送装置输送到重量检查台24，该传送带28经由旋转输送轮32的动作沿由箭头30表示的z方向移动。
重量检查台24使用NMR技术来测定在各个小瓶22中药物样品的质量。如本领域普通技术人员所理解的，用玻璃瓶作为容器是有益的，因为它们不会产生可能干扰测量过程的信号。在该实施例中，重量检查台24包括永久磁铁34、RF探针35(在图1中示意性示出)、以及具有处理器38的计算机控制系统36。磁铁34在称为询问区域40的区域中跨越传送带28产生x方向上的均匀直流电流(DC)或静态磁场。询问区域40沿传动带28的长度延伸，在整个传送带28上由永久磁铁34均匀地施加静态磁场。小瓶22中的样品包含分别具有例如由1H核(质子)旋转所产生的磁矩的核。因为样品质子具有磁矩，所以在特定磁场的影响下，样品可获得净磁化强度。当样品在询问区域40内时，所施加的静态磁场在样品内产生净磁化强度。当瓶子22到达重量检查台24前面的传送带28上的已知物理位置时，在询问区域40前面或在询问区域40开始处(诸如具有光束46的光学位置传感器44)的瓶子位置检测装置42准确并精确地进行检测。
在大多数NMR系统中，静态磁场强度形成为样品的拉莫尔频率在电磁波频谱的无线电频率范围内。在拉莫尔频率向样品施加交流(AC)磁场并使该交流磁场定向为与静态磁场正交，将使样品的净磁化强度偏离静态场的方向而绕着AC磁场的轴线旋转。在该实施例中，该磁场通过向RF探针35施加相应的AC电流来产生。改变传送到RF探针35的能量可改变净磁化强度的旋转角。
在该示例实施例中，引起90°旋转的激励场被用来激励样品。在90°脉冲已被施加到样品上之后，样品保留高能量、非均衡状态，从该状态它将释放回其初始均衡状态。当它释放时，发射拉莫尔频率上的电磁能量，该电磁能量的磁分量以RF探针35中电流的形式感生被称为是自由感应衰减(“FID”)的样品回应信号。
当样品的净磁化强度返回到其初始状态时，RF探针35监视由样品发射的能量并产生具有与所发射能量成比例的特性的输出信号。在本示例中，感生电流的特性即振幅，根据样品中磁矩数量而变化，并因此改变样品中分子的数量。然后接收到的信号被传送到计算机控制系统36，该计算机控制系统36将接收自未知样品的信号的振幅与接收自具有已知质量(或重量)的校准样品的信号的振幅相比，以便测定所测试样品的质量(或重量)。
作为说明而非限制目的，将描述如图1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，包括安装适用于要测试样品的RF探针35。一旦生产开始，传送带28就连续传送其样品质量(或重量)将作测定的小瓶22。当各个小瓶22到达由光学位置传感器44检测的位置时，光学位置传感器44向计算机控制系统36产生精确确定该小瓶22位置的信号。然后当小瓶22向询问区域40内的位置PM前进时，计算机控制系统36跟踪传动带28的移动，其中在位置PM小瓶22中的样品将返回最大样品回应信号。
在小瓶22在位置PM的瞬间，RF探针35的瞬时通电被触发，从而在询问区域40施加交互磁场，使得小瓶22中样品的净磁化强度暂时被改变。当样品的净磁化强度返回到其初始均衡状态，RF探针35监视由小瓶22中样品发射的能量，并产生具有与所发射能量成比例的特性的输出信号，诸如电流振幅。计算机控制系统36接收RF探针35的输出信号。处理器38将电流振幅或其它输出信号特性与从至少一已知质量的相似样品处获得的类似数据作比较，并根据比较结果确定样品的质量。
磁场跟踪图2示出根据本发明示教的示例性方法的上层流程图，该方法用于在适用于生产线上样品的NMR重量检查系统中进行磁场跟踪。
本领域技术人员将理解每当执行NRM测量时，大多数的NMR光谱仪数字化并存储FID信号数据。结果，在图2示出的第一步骤50中，来自小瓶22中样品的磁共振测量的相关FID数据由处理器38诸如通过从存储器中进行检索来获得。
接着，在步骤52，处理器38根据FID监视磁共振测量的共振频率与预选或基本共振频率，即测试样品的谐振频率的偏差。步骤52包括从至少两个FID中提取共振频率(步骤54)；以及计算磁共振测量的共振频率与预选共振频率的偏差(步骤56)。可任选地，为了降低来自外部及内部源的噪声的影响，在步骤58中从FID中提取的共振频率数据可通过诸如在测试样品的多个磁共振测量上取平均值来平滑。当然，平滑共振频率值必须在获得此数据之后、以及在计算共振频率偏差之前进行。共振频率的偏差可根据共振频率变化的速率来计算，如本领域普通技术人员所公知。
如上所述，方法10使磁场跟踪共振频率的偏差。因此，该磁场的至少一个特性必须进行调节。该调节装置可将电信号增益倍数引入磁场的调节。在步骤60中，在调节磁场之前，去除任何增益影响。这可通过本领域中公知的任一技术来实现，诸如提取用于以最大和最小磁场强度工作的共振频率、计算“满刻度”共振频率差值、以及向各个磁场调节施加一校正因子，该校正因子是共振频率中的变化与满刻度共振频率差值的比值。
在步骤62执行前述诸如主磁场强度的磁场特性的跟踪调节。本领域技术人员可以理解通过各种方法可实现磁场调整。可能最简单的是通过改变数模转换器的输出信号来调节通常包括在NMR光谱仪中的一个或多个所谓薄片电磁铁，该数模转换器通常被设置成控制由薄片电磁铁产生的磁场强度。改变测试样品的位置相对于磁场的空间定向也可以提供必要的磁场调节。例如，磁极可被移动成相互更靠近或更远离。另外，可移动NMR重量检查系统20的诸如RF线圈35的其它组件的位置。
可以理解本文所描述的实施例仅仅是示例性的，并且本领域技术人员可进行许多改变及更改而不背离本发明的精神与范围。各种实施例可用替代方案、或适当的组合实现。所有这些更改与变化都旨在包括在落于附加权利要求所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于适用于生产线上样品的磁共振重量检查系统的方法，所述磁共振重量检查系统具有磁场，其特征在于，所述方法包括以下步骤从所述样品的磁共振测量中获得自由感应衰减信号；根据所述自由感应衰减信号监视磁共振测量的共振频率与预选共振频率的偏差；以及调节所述磁场以保持所述预选共振频率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监视步骤包括以下步骤从所述自由感应衰减信号中提取共振频率，并计算磁共振测量的共振频率与预选共振频率的偏差。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述提取共振频率的步骤包括以下步骤通过所述样品的多次磁共振测量调节共振频率值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁共振重量检查系统包括用于调节磁场的薄片电磁铁，并且所述调整磁场的步骤包括调节薄片电磁铁的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调节薄片电磁铁的步骤包括以下步骤调节由数模转换器处理的值，从而控制由薄片电磁铁产生的磁场。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁共振重量检查系统包括多个磁铁与其它组件，并且所述调节磁场的步骤包括以下步骤调节所述多个磁铁与其它组件之一的空间定向。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁场通过具有电信号增益的装置来操作，且所述调节磁场的步骤还包括以下步骤在所述调节磁场的步骤之前确定并消除增益。
全文摘要
方法(10)确保用于磁共振重量检查系统(20)的磁场的特性跟踪样品共振频率的偏差，该磁共振重量检查系统(20)适用于生产线上小瓶(22)中的样品。方法(10)包括以下步骤从样品的磁共振测量中获得(50)自由感应衰减信号；根据自由感应衰减信号监视(52)磁共振测量的共振频率与预选共振频率的偏差；以及调节(62)磁场以保持预选共振频率。
文档编号G01R33/389GK1942784SQ200480042907
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4月30日
发明者J·M·麦肯德里, R·塞尔维, J·A·W·M·科弗 申请人:波克股份有限公司