专利名称：在nmr重量检查系统中触发nmr测量的方法
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。尤其涉及用于确定何时触发NMR测量来对特定容器中的材料进行重量检查的方法。
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成为理想方法待。NMR的非入侵性、非破坏性特性方便了在包括但不局限于，化妆品、香水、化工、生物标本和食品的许多应用中的工业仪器、分析和控制任务的应用。作为一个例子，重量检查被制药工业用于装填期间监测和调整密封玻璃小瓶中药物的量。按每秒数次称量的速率在瓶中称量几十克时，药物重量可小至几分之一克，并要求以百分之几或更好的精度、以每秒数次称重的速率在几十克重的小瓶中称量。
就好像在下文中完整地写出一样地通过引用结合于本文的国际专利申请第WO 99/67606号(“606申请”)描述了使用NMR技术对生产线上的样品进行重量检查的系统。该系统包括磁铁，用于在询问区域上产生静磁场以在位于询问区域中的样品中产生净磁化强度；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领域众所周知和“606申请”中指出的，磁共振的成功应用要求在施加任何进一步的激励场之前允许测试样品基本上达到最大净磁化强度。不能使磁化强度在开始时就充分发展将导致小于最大值的样品回应信号，并且得到不准确和不精确的称量重量。因此，将测试样品的位置与进一步磁场激励的触发仔细关联是势在必行的。
在“060申请”中，当已装填的小瓶处于重量检查台中要求的位置处时，发生触发。这又可以通过检测已装填的小瓶通过光学位置传感器时的这一时间以及载有已装填的小瓶的传送带的速度来确定。换言之，单独计算作为时间和速度的积的变量的已装填的小瓶的位置。这不能保证已装填的小瓶在触发时刻的位置会产生最大的样品回应信号。
期望提供对生产线上的样品进行NMR重量检查的系统中触发进一步场激励，使测试样品所处位置能返回最大样品回应信号的方法。
发明概述提供一种用于确定生产线上的样品质量的磁共振方法，其中每个样品具有净磁化强度性能(net magnetization capability)，该方法包括以下步骤在询问区域中以第一方向施加第一磁场，用于在位于询问区域的样品内创建净磁化强度；在询问区域中以第二方向施加一交变磁场，用于暂时改变位于询问区域的样品的净磁化强度；监测样品随净磁化强度返回其原始态而发射的能量，并产生一具有与所发射的能量成比例的特性的输出信号；所述施加交变磁场的步骤包括当样品处于询问区域中位置是具有最大输出信号特性的位置时触发施加交变磁场的步骤；将所述输出信号特性与从已知质量的至少一个类似样品得到的类似数据进行比较；以及确定该样品的质量。
还提供一种对用于确定生产线上的样品质量的磁共振方法进行校正的方法，其中每个样品具有净磁化强度性能，生产线具有有第一磁场和交变磁场的磁共振询问区域，该方法包括以下步骤当样品在生产线的生产操作之前移动通过交变磁场的区域时，对在多个位置中的每一位置上的样品执行核磁共振测量；以及当样品位于询问区域中的位置是与进行核磁共振测量的样品所发射的能量成比例的输出信号特性为其最大值的位置时，确定样品位置。
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NMR重量检查台用于检查通过称重台的各容器具有所要求量的产品。
图2是图1所示的具有示例性NMR重量检查台的一部分生产线的顶视图。图2具体示出静磁场磁铁的磁极、用于在询问区域施加交变磁场的RF线圈、询问区域之前的小瓶位置检测设备以及用于移动多个样品通过询问区域的传送带。在传送带上标出了多个样品位置Ps。
图3是根据本发明示教的一种示例方法的上层流程图，该方法用于当测试样品处于能返回最大样品回应信号的位置时对触发用于生产线上样品的NMR重量检查系统中的进一步场激励进行校正。
发明详述根据本发明的一种方法在图3中用标号10概括性地表示。为便于充分理解这种方法，首先回顾示例性的NMR重量检查系统的某些结构和与其相关的生产线是有益的。
图1示出用药物样品装填玻璃小瓶1的生产线的一部分。包括有“在线”提供的示例性称重台3，用于无接触称量经过的各装填的小瓶；将药物量不够产品规格的小瓶从生产线上移除的废品台5。通过传送带7把瓶1从装填(和任选进行密封)台(未示出)传送到称重台3，所示传送带7如箭头30所示，通过旋转传送轮11的转动作在z方向上移动。
称重台3采用NMR技术来确定各个小瓶1中的药物样品的质量。如本领域普通技术人员应理解的，玻璃瓶作为容器是有益的，因为它们不提供可能干扰测量过程的任何信号。在本实施方式中，称重台3包括永久磁铁13、射频(RF)线圈15以及具有处理器19的计算机控制系统17。磁铁13在称为询问区域25的一个区域在跨越传送带7的x方向产生均匀的直流(DC)或静磁场。询问区域25在传送带7的长度上延伸，范围是永久磁铁13均匀地施加静磁场的长度。瓶1中的样品包含各自都有因核子旋转导致的磁矩的核子，例如，1H核子(质子)。因为样品质子具有磁矩，所以当处于一定磁场的影响时样品能够获得净磁化强度(netmagnetisation)。当样品在询问区域25中时，所施加的静磁场在样品内产生净磁化强度。
在大多数NMR系统中，静磁场强度是能使样品的拉莫尔(Larmor)频率在电磁频谱的射频范围内。在样品上施加样品的拉莫尔频率的并垂直于静磁场取向的交变电流(AC)磁场，会使样品的净磁化强度绕AC磁场轴旋转，偏离开静磁场方向。在本实施方式中，通过在RF线圈15上施加相应的AC电流而产生这种磁场。改变传送到RF线圈15的能量的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°旋转的激励场被用来激励样品。在将90°脉冲施加于样品后，样品处于高能量、非平衡状态，从该状态它会驰豫返回其初始平衡状态。在样品驰豫时，发射拉莫尔频率的电磁能量，其磁分量在RF线圈15中感生电流形式的样品回应信号。
RF线圈15监测样品的净磁化强度返回其初始状态时样品发射的能量，并产生一个具有与所发射的能量成比例的特性的输出信号。在本例子中，感生电流的一个特性即峰值幅度随样品中的磁矩数变化，因此随样品中的分子数变化。将所接收到的信号随后传送到计算机控制系统17，该系统对从未知样品接收到的信号的峰值幅度与从具有已知质量(或重量)的校正样品接收到的信号的峰值幅度进行比较，以确定所测试样品的质量(或重量)。重量检查台3能够产生和接收在激励样品中的不同NMR响应元件时所需的不同拉莫尔频率的信号。如果计算机控制系统17可以存储不同的各个样品的校正数据，则重量检查台就能利用来自不同NMR响应元件的NMR信号的特性来确定各个样品的质量。
图2是图1所示的示例性NMR重量检查台3的顶视图。图2具体示出静磁场磁铁13的极、具有两个垂直安装的RF线圈21和23的RF线圈组件29，用于在询问区域25中施加交变磁场、询问区域25之前或开始处的瓶位置检测器27(如具有光束52的光学位置传感器50)以及用于移动多个小瓶1通过询问区域25的传送带7。以数字1到23标出在传送带7上的多个小瓶的位置Ps。
瓶位置检测器27可以是本领域的技术人员已知的多种位置传感器中的任何一种，用于准确地和精确地检测所要求的样品包装物到达在重量检查台3之前的传送带7上的已知物理位置的时间。例如，图2示出光学位置传感器50，该传感器具有的光束52在小瓶1移动到位置P6时被该瓶的前沿阻挡，并且该传感器安装在询问区域25之前。图1示出位于询问区域25开始处的光学位置传感器50和光束。基于经济或其它原因，这种位置是较佳的，虽然所选择的已知物理位置可以是最大样品回应信号的位置之前的任何位置。不考虑它的位置，光学位置传感器50还可以在光束52被重建时探测出瓶1的后沿业已通过。这种信息可用于通过更准确确定瓶1的中心以及减少传感器对于瓶1的直径的偏差来改进测量。
为说明目的而非限制，将描述图1和2中示出的NMR重量检查系统的一般操作。首先，初始化重量检查系统，包括安装适合待测样品的RF探针29。一旦开始生产，传送带7连续地传送而移动其样品质量(或重量)需要确定的小瓶1。当每一个小瓶到达位置P6时，它的前沿阻断光束52，使光学位置传感器50产生准确地建立瓶1位置的信号，并传送给计算机控制系统17。然后，在小瓶1前往询问区域25中小瓶1中的样品在其处将返回最大样品回应信号的位置PM时，计算机控制系统17追踪传送带7的移动。当小瓶1处于位置PM时，RF探针29的短暂通电立即被触发，在询问区域25施加交变磁场，使瓶1中样品的净磁化强度被暂时改变。RF探针29监测在样品的净磁化强度返回到其初始平衡状态时由小瓶1中样品发射的能量，并产生一个具有与所发射的能量成比例的特性的输出信号，比如电流幅度。计算机控制系统17接收RF探针的输出信号。处理器19将该电流幅度或其它输出信号特性与从已知质量的至少一个类似样品得到的类似数据进行比较，并从比较结果确定样品的质量。
当选择的输出信号特性达到它的最大值时，出现最大样品回应信号。该特性达到其最大值时小瓶的物理位置可通过在生产线的生产操作之前对处理器19进行校正来找到，例如在图3所示流程图中所示的预生产校正法。
首先并且在开始生产之前，在步骤61中，无接触重量检查台3按照其常规方式初始化，包括安装适合于特定容器的RF探针29，其中的容器是要装填其质量或重量待确定的样品的。在本例子中，容器继续使用前文所述的玻璃小瓶1。
接下来，在步骤63中，把已装填的小瓶1放置在预选的校正开始位置P0处。这可以通过包括步骤65等的数个步骤来完成，在步骤65中，将瓶1随机地放置在传送带7上，其位置位于瓶位置检测器27之前的任意位置，例如，P1。计算机控制17在步骤67中操作传送带7，使小瓶1以预定的增量前进，并在步骤69中，检查来自瓶位置检测器27的关于瓶1是否已到达其已知位置的信号。如果没有，则再次递进瓶1的位置。
如果瓶1已到达瓶位置检测器27，在步骤71中，计算机控制17再次操作传送带7，使瓶1向着预选校正开始位置进一步递进预定数量的步长。预选校正开始位置可以是在询问区域25中向前移动但仍刚好在RF探针29施加的交变磁场的区域之外的任意位置，例如图2所示的P9。一旦小瓶1到达预选开始位置，计算机控制17就停止瓶1的移动。
此时，在步骤73中，对处于多个连续递增位置的小瓶1执行NMR测量，并且将每次的测量结果存储在计算机控制17中，直到瓶1达到一离开位置，但刚好在RF线圈29施加交变磁场的区域之外，例如图2所示的P15。这可以通过多个步骤来完成，包括进行NMR测量的步骤75、存储瓶位置和该测量结果的步骤77、瓶1递进移动的步骤79、检测瓶1的当前位置是否已到达位置P15的步骤81。如果未到达，则对该新位置进行另一次NMR测量，存储其位置和结果，并进行进一步的递进。如果已经到达，则停止瓶1的进一步前进。
当瓶1的位置递进以便继续NMR测量时，应该预选移动间隔或步长，以便以可接受的分辨率提供样品回应信号。例如，在要使用2ml体积的玻璃小瓶的情况，0.05mm的步长尺寸提供了最佳分辨率。
在完成步骤81后，处理器19在步骤83检查所存储的每个回应信号，并确定在样品回应信号为最大值时的瓶1位置PM。确定该位置的一个示例性方法是将所有存储的数据绘成曲线，x轴为位置而y轴为信号幅度。然后，与最大样品回应信号的可接受范围关联来确定一个位置范围，并取其中心点为位置PM。本领域的技术人员会理解识别位置PM的其它可接受的方法。
一旦位置PM被知道，将它存储在计算机控制17中作为偏移量。如前面对NMR重量检查系统3的一般操作所述，当计算机控制系统17追踪传送带7随瓶1前进到位置PM的运动时，处理器19检索该偏移量，并且当样品位于询问区域中输出信号特性为最大值的位置时，触发AC电流至RF探针29。
应该理解，本文中描述的实施方式只是示例性的，在不偏离本发明的精神和范围下本领域的技术人员可以进行许多变更和修改。各实施方式可按需选择性或组合的形式实施。所有这些修改和变更都旨在包含于所附的权利要求书中限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于确定生产线上样品质量的磁共振方法，每个所述样品具有净磁化强度性能，该方法包括以下步骤在询问区域中以第一方向施加第一磁场，用于在位于所述询问区域内的样品中创建净磁化强度；在询问区域中以第二方向施加一交变磁场，用于暂时改变位于所述询问区域内的样品的所述净磁化强度；监测当所述样品的净磁化强度返回其初始状态时由样品发射的能量，并产生一具有与所发射能量成比例的特性的输出信号；所述施加交变磁场的步骤包括当样品处于所述询问区域中的所述输出信号特性具有最大值的位置时触发施加交变磁场的步骤；将所述输出信号特性与从已知质量的至少一个类似样品得到的类似数据进行比较；以及确定所述样品的质量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加交变磁场的步骤是由处理器触发的，所述触发步骤包括在生产线的生产操作之前对处理器进行校正的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述校正处理器的步骤包括以下步骤当样品移动通过交变磁场的区域时，对在多个位置中的每一个位置上的样品进行磁共振测量，及当样品位于询问区域中的所述输出信号特性具有最大值的位置时，确定样品位置。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在磁共振测量期间，样品移动通过交变磁场的区域从第一侧到第二侧，且所述校正处理器的步骤还包括将样品定位在交变磁场区域第一侧之外的预选校正开始位置处的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对样品进行定位的步骤还包括探测样品到达已知位置的时间并使样品前进到预选校正开始位置的步骤。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对样品执行磁共振测量的步骤包括对样品执行磁共振测量直到样品定位于交变磁场区域第二侧之外的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出信号特性是电流幅度，且所述确定样品位置的步骤确定样品位于询问区域中的输出信号电流具有最大值的位置时的时间的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述校正处理器的步骤还包括在样品位于询问区域中的输出信号电流具有最大值的位置时存储一用来触发施加交变磁场的偏移量的步骤。
9.一种对用于确定生产线上样品的质量的磁共振方法进行校正的方法，每个所述样品具有净磁化强度性能，所述生产线具有第一磁场和交变磁场的磁共振询问区域，所述方法包括以下步骤在生产线的生产操作之前当样品移动通过交变磁场的区域时对在多个位置中的每一个位置上的样品执行核磁共振测量；以及当样品位于询问区域中的与处于核磁共振测量之下的样品所发射的能量成比例的输出信号特性具有最大值的位置时，确定样品位置。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在对样品执行核磁共振测量的步骤期间，样品移动通过交变磁场的区域从第一侧到第二侧，且所述对样品执行核磁共振测量的步骤还包括将样品定位在交变磁场区域第一侧之外的预选校正开始位置处的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述对样品进行定位的步骤还包括探测样品到达一已知位置的时间并使样品前进到预选校正开始位置的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对样品进行定位的步骤包括对样品进行磁共振测量，直到样品定位于交变磁场区域第二侧之外的步骤。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述输出信号特性是电流幅度，且所述确定样品位置的步骤包括确定样品位于询问区域中的输出信号电流具有最大值的位置时的时间的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在样品位于询问区域中的输出信号电流具有最大值的位置时存储一用来触发施加交变磁场的偏移量的步骤。
全文摘要
提供了确定生产线上瓶中样品的质量的磁共振方法，每个样品具有净磁化强度性能，包括下列步骤在询问区域中第一方向上施加第一磁场，在位于询问区域中的样品中创建净磁化强度，在第二方向上施加交变磁场，以暂时改变位于询问区域中的样品的净磁化强度，当样品处于询问区域中电流幅度最大值的的一个位置处时触发交变磁场，随着样品的净磁化强度返回其初始状态而监测样品发射的能量，产生输出信号，该输出信号的电流幅度与所发射的能量成比例，对电流幅度与从已知质量的至少一个相似样品得到的类似数据进行比较，以及确定该样品的质量。
文档编号G01G9/00GK1942785SQ200480042908
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, N·J·科利尔, V·A·斯科特, J·A·W·M·科弗, P·C·J·M·亨德里克斯 申请人:波克股份有限公司