專利名稱：Nmr重量檢查系統中準確確定樣品溫度的方法
技術領域：
本發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，尤其涉及在NMR重量檢查測量時準確確定容器中材料溫度的方法。
背景技術：
在許多科學領域的嘗試中，NMR技術在測量、檢測、和成像中的使用已變得值得期待。NMR的無侵入、無破壞特性方便了應用于各種應用中的工業儀器使用、分析、以及任務控制，這些應用包括但不限于化妝品、香水、工業化學制品、生物樣品、以及食品。作為示例，重量檢查被制藥工業用于在填充過程中監控和調整密封玻璃瓶中藥的量。藥的重量可以小到克的幾分之一，并需要在幾十克重的小瓶中，以百分之幾或更好的精度、以每秒若干次測重的速率稱量。
如以下全面闡述的，通過引用結合于此的國際專利申請No.WO 99/67606描述了使用NMR技術的用于生產線上樣品的重量檢查系統。該系統包括磁體，用于在詢問區域上創建靜磁場以在置于該詢問區域中的樣品內產生凈磁化強度；以及RF線圈，用于根據NMR原理在詢問區域上施加交變磁場以使樣品激勵。
如NMR領域中眾所周知的，在由交變磁場脈沖激勵樣品之后，該樣品發射在RF線圈中感生的稱為自由感應衰減(“FID”)的信號，從中可獲知許多類似樣品質量(或重量)的信息。樣品的溫度對樣品的分子活性及其FID有重要影響。例如，樣品溫度的變化會改變分子的運動速率，也改變偶極子-偶極子相互作用的有效長度，即質子弛豫，它對核磁共振相互作用和FID發射很重要。此外，如果在樣品的磁共振測量時樣品的激勵在樣品中產生了不完全磁化，則溫度對磁化過程本身的影響大大加強了樣品中溫度變化的影響。于是，如果要準確且精確地確定樣品質量或重量(以下稱為“樣品重量”)，則必須精確測量或確定樣品磁共振測量時刻樣品的溫度。
直接測量看起來最有利于得到磁共振測量時刻的樣品的溫度。然而，如上所述，磁共振測量的原理要求在測量時將樣品放置在詢問區域和RF線圈的交變磁場區域內。這樣的幾何結構、以及對磁場均勻性的基本要求使得放置一個或多個溫度傳感器裝置來在樣品的磁共振測量時準確測量樣品的溫度變得非常不可行。
還有另一種可選方案在詢問區域之前或之后，在移動的生產線上的某個點測量樣品溫度，并使用該信息得到所需的在其磁共振測量時樣品的溫度。在現有技術中，樣品溫度是在樣品填充位置測量，并且假設樣品溫度在溫度測量時刻和磁共振測量時刻之間保持恒定。因為樣品溫度在該時間間隔內的確會變化，所以這樣的NMR樣品重量確定就不太準確了。
需要提供一種用于在NMR重量檢查系統中更準確地確定對樣品進行磁共振測量時生產線上樣品溫度的方法。
發明內容
提供了一種用于在磁共振重量檢查系統中確定磁共振檢測時生產線上容器中樣品的溫度的方法，包括以下步驟確定容器中樣品的時間-溫度校正系數；在除磁共振檢測外的其它時間測量復合樣品和容器的溫度；將校正系數應用于在除磁共振檢測外的其它時間的復合樣品和容器的溫度。
圖1是具有示例性NMR重量檢查的一部分生產線的立體圖，該重量檢查臺用于檢查經過重量檢查臺的各個容器具有期望量的產品。
圖2是根據本發明示教的用于準確確定NMR重量檢查測量時容器中產品溫度的一種示例性方法的上層流程圖。
圖3是用于確定容器中樣品的時間-溫度校正系數的步驟的中層流程圖；圖4是將校正系數應用于在除NMR重量檢測測量外的其它時間測得的樣品和容器的溫度的步驟的中層流程圖。
具體實施例方式
根據本發明的一種方法在圖2中用標號10概括性地表示。該方法用于容器在生產線上(也稱為“產品填充線”)連續移動時對容器內容的進行重量檢查的非接觸NMR重量檢查系統20。需要這種重量檢查的一個示例性應用是藥品封裝。為便于最佳地理解該方法，首先查看示例性NMR重量檢查系統及其相關生產線的結構是有益的。
用于藥品封裝的示例性NMR重量檢查系統圖1示出了用藥物樣品填充玻璃小瓶22的生產線的一部分。示例性重量檢查臺24被設置成“直接插入式”，以便無接觸地稱量經過的各個填充小瓶，并且還設置將藥物量不夠產品規格的小瓶從生產線上移除的篩選臺26。小瓶22通過傳送裝置從填充(以及可任選的密封)臺25傳送到重量檢查臺24(如圖2中示出)，該傳送裝置具有通過旋轉傳送輪32的轉動而沿由箭頭30標注的z方向移動的傳送帶28。
填充站25可包括填充針27或其它將樣品送入小瓶22的器件、以及以下將進一步說明的溫度傳感器29。在填充臺25可同時填充多個小瓶22。溫度傳感器29可包括測量玻璃小瓶22的溫度、以及樣品體內多個位置的樣品溫度的傳感器。
重量檢查臺24使用NMR技術來確定各個小瓶中藥物樣品的質量。如本領域普通技術人員應該理解的，玻璃小瓶作為容器是有益的，因為它們不提供任何可能干擾測量過程的信號。在本實施方式中，重量檢查臺24包括諸如電磁體或永磁體的靜磁場源34、RF探測器35、以及具有處理器38的計算機控制系統36。磁體34在稱為詢問區域40的區域內沿x方向橫跨傳送帶28創建均勻的直流(DC)或靜磁場。詢問區域40在傳送帶28的長度方向延伸，在整個傳送帶28上通過永磁體34均勻地施加靜磁場。小瓶22中的樣品包括每個都具有原子核自旋導致的磁矩的原子核，例如1H原子核(質子)。因為樣品質子具有磁矩，所以當受到某磁場的影響時樣品能獲得凈磁化強度。當樣品在詢問區域40內時，所施加的靜磁場在樣品內創建凈磁化強度。在詢問區域40之前或其起點處的小瓶位置檢測裝置42(例如具有光束46的光學位置傳感器44)檢測小瓶何時到達重量檢查臺24之前傳送帶28上的已知物理位置。
在大多數NMR系統中，靜磁場強度使樣品的拉莫爾頻率(Larmorfrequency)在電磁頻譜的射頻范圍內。在樣品上施加樣品拉莫爾頻率的并垂直于靜磁場取向的交流(AC)磁場，會使樣品凈磁化強度圍繞AC磁場軸旋轉且遠離靜磁場方向。在本實施方式中，該磁場是通過對RF探測器35施加相應的AC電流產生的。改變傳送到RF探測器35的能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°旋轉的激勵場被用于激勵樣品。在將90°脈沖施加于樣品后，樣品被置于高能量、非平衡狀態，從該狀態它會弛豫回其初始的平衡狀態。在它弛豫時，會輻射拉莫爾頻率的電磁能量，其磁場成分感生以RF探測器35中電流形式的稱為自由感應衰減(“FID”)的樣品回應信號。
RF探測器35在樣品的凈磁化強度返回其初始狀態時監控由樣品輻射的能量，并產生具有與輻射能量成比例的特征的輸出信號。在本示例中，感生電流的特征即幅度，隨樣品中的磁矩數量變化，并因此隨樣品中分子的數量變化。然后將所接收的信號傳送到計算機控制系統36，該系統36將從未知樣品接收的信號的幅度與從已知重量的標準樣品所接收的信號的幅度作比較，來確定正在檢測的樣品的重量。
為說明目的而非限制，將描述圖1中示出的NMR重量檢查系統24的一般操作。首先，初始化重量檢查系統24，包括安裝適合待檢測樣品的RF探測器35。一旦開始生產，傳送帶28連續傳輸其樣品重量將要確定的小瓶22。在填充臺25填充小瓶22，使用溫度傳感器29測量小瓶玻璃和樣品的溫度，并通過計算機控制系統36作記錄。當各個小瓶22到達光學位置傳感器44所探測的位置時，光學位置傳感器44產生確定該小瓶位置的信號并傳送到計算機控制系統36。然后在小瓶22進入詢問區域40中的位置PM時，計算機控制系統36追蹤傳送帶28的移動，在該位置PM通過磁共振測量小瓶22中的樣品。
當小瓶22在位置PM時，RF探測器35的短暫通電立即被觸發，在詢問區域40中施加交變磁場使小瓶22中樣品的凈磁化強度被暫時改變。RF探測器35監控在樣品的凈磁化強度返回其初始平衡狀態時由小瓶中的樣品輻射的能量，并產生具有與輻射能量成比例的特征的輸出信號，例如電流幅度。計算機控制系統36接收該RF探測器35的輸出信號。如以下的進一步說明，處理器38在RF探測器的通電終止時確定樣品溫度。處理器38使用該準確的樣品溫度，并將電流幅度或其它輸出信號特征與從至少一個已知質量的類似樣品獲得的類似信息作比較，然后從比較的結果確定樣品的質量。
樣品溫度補償圖2示出了根據本發明示教的用于在NMR重量檢查測量時準確確定容器中產品溫度的示例性方法的上層流程圖。第一步驟50包括確定容器中待測樣品的時間-溫度校正系數。該確定的中間步驟在圖3中示出，并包括在步驟52測量復合樣品和小瓶22的溫度衰減、在步驟58確定待測特定樣品和小瓶22的熱交換系數、以及在步驟66計算待測特定樣品和小瓶22的時間-溫度校正系數的數組。
通過將復合樣品和容器的溫度改變成與環境溫度不同、并在樣品和容器恢復到環境溫度的過程中測量復合樣品和容器隨時間流逝的溫度，完成在步驟52測量復合樣品和小瓶22的溫度衰減。步驟52的一個實施方式包括在步驟54加熱待測復合樣品和小瓶、以及在步驟56在使經加熱的復合樣品和小瓶降溫的過程中測量其溫度衰減。本領域技術人員應該理解，不通過將復合樣品和小瓶加熱到高于環境溫度、并使其降溫來測量溫度衰減，還可以通過將復合樣品和小瓶降至環境溫度以下并使其升溫來獲得溫度衰減。
在步驟58確定待測的特定樣品和小瓶22的熱交換系數包括如步驟60中所示將具有環境溫度的樣品放置在具有非環境溫度的小瓶中，以及如步驟62中所示在使樣品和小瓶22達到平衡的過程中測量樣品溫度和小瓶22溫度。在步驟64中可計算待檢測樣品和小瓶22的可由參數α表示的熱交換系數，關系式如下α＝(ms*Cs)/((ms*Cs)+(mc*Cc))其中ms是樣品的質量，mc是容器的質量，Cs是樣品的熱容，而Cc是容器的熱容。一旦對于待測的特定樣品和小瓶22熱交換系數為已知，則如步驟66中所示，可將該熱交換系數與在步驟52得到的時間-溫度衰減相結合以提供時間-溫度校正系數數組。
可確定時間-溫度校正系數的數組，來使用多個小瓶中的單個小瓶22的溫度測量校準在填充臺25上同時填充的多個小瓶22的溫度變化。該數組可根據以下關系式計算，其中T(nccw)是樣品在由非接觸重量檢查系統進行的磁共振檢測的位置和時間的溫度；T(ir，g，x)是由溫度傳感器測量的數組位置x處小瓶22玻璃的溫度；T(ndl，x)是來自溫度傳感器的數組位置x處小瓶22中樣品的溫度；以及，T(IR)是由非接觸溫度傳感器(諸如紅外傳感器)在數組位置x處測量的樣品溫度。首先，樣品和小瓶之間的一般熱量傳導是ms*Cs*dT＝mc*Cc*dT結合兩個關系式得到T(nccw)＝α*T(ndl，x)+(1-α)*T(ir，g，x)以及dT＝T(ndl，x)-T(ir，g，x)樣品溫度隨時間指數衰減，如下Tau＝-(時間)/LN[(T(IR)-T(nccw))/T(nld，x)-T(eq)]
重新排列得到根據它可對數組中各個位置計算T(ndl，x)的關系式T(時間＝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(時間＝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)]可使用各種技術來實現非接觸溫度測量。例如，基于紅外線的高溫計可用于測量填充前玻璃小瓶的溫度、以及復合樣品和小瓶的溫度。這些高溫計可關聯于填充針結構放置以直接面對小瓶內容。此外，溫度傳感器可關聯于陣列中第一和最后填充針放置，以提供連續小瓶填充之間溫度梯度的指示。
圖4是將校正系數應用于除NMR重量檢查測量外的其它時間測量的樣品和容器溫度的步驟的中層流程圖。步驟80包括在步驟82確定樣品磁共振檢測時刻和測量樣品溫度時刻之間的時間間隔，即可被稱作測量偏移時間；在步驟84選擇適當的校正系數；以及在步驟86將所選校正系數與填充后復合樣品和小瓶22的溫度相乘。
通過本發明的方法還可校正多個復合樣品和容器的溫度，從而確定多個復合樣品和容器的溫度梯度，并將該溫度梯度應用于多個復合樣品和容器的溫度。
應該理解，本文中描述的實施方式僅僅是示例性的，并且在不背離本發明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可進行許多改變和更改。各種實施方式可按需選擇性地或組合地實施。所有這些更改和改變都旨在包括于所附權利要求書中限定的本發明的范圍內。
權利要求
1.一種用于在磁共振重量檢查系統中確定在磁共振檢測時生產線上容器中樣品的溫度的方法，包括以下步驟確定所述容器中所述樣品的時間-溫度校正系數；在除磁共振檢測外的其它時間測量復合樣品和容器的溫度；以及將所述校正系數應用于在除磁共振檢測外的其它時間的所述復合樣品和容器的溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定時間-溫度校正系數的步驟包括測量所述復合樣品和容器的溫度衰減的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述測量所述復合樣品和容器溫度衰減的步驟包括將所述復合樣品和容器的溫度改變成與環境溫度不同、以及在所述樣品和容器恢復到環境溫度的過程中測量所述復合樣品和容器隨時間流逝的溫度的步驟。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述確定時間-溫度校正系數的步驟還包括當熱量在所述樣品和所述容器之間傳遞時測量所述樣品的溫度和所述容器的溫度的步驟。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，當熱量在所述樣品和所述容器之間傳遞時測量所述樣品和容器的溫度的所述步驟包括將具有環境溫度的所述樣品放置在具有非環境溫度的所述容器中的步驟。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述確定時間-溫度校正系數的步驟還包括計算所述樣品和所述容器的熱交換系數的步驟，所述熱交換系數具有關系式(ms*Cs)/((ms*Cs)+(mc*Cc))其中ms是所述樣品的質量，mc是所述容器的質量，Cs是所述樣品的熱容，而Cc是所述容器的熱容。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述確定時間-溫度校正系數的步驟還包括計算多個復合樣品和容器的溫度的時間-校正系數數組的步驟。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在除磁共振測量外的其它時間測量所述復合樣品和容器溫度的所述步驟在接近用所述樣品填充所述容器基本完成的時間執行。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述樣品的磁共振檢測時刻與測量所述樣品和所述容器的溫度時刻之間的時間間隔是測量偏移時間，所述方法還包括確定測量偏移時間的步驟，而且所述應用所述校正系數的步驟包括在測量偏移時間選擇所述樣品和容器的校正系數、并將所選校正系數與在除磁共振測量外的其它測量時間的所述復合樣品和容器的溫度相乘的步驟。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在除磁共振檢測外的其它時間測量多個復合樣品和容器的溫度、并確定所述多個復合樣品和容器的溫度梯度的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述應用所述校正系數的步驟包括將所述溫度梯度應用于所述多個復合樣品和容器的溫度的步驟。
全文摘要
一種方法(10)允許在磁共振重量檢查系統(24)中確定磁共振檢測時生產線上容器(22)中樣品的溫度。方法(10)包括以下步驟確定容器中樣品的時間－溫度校正系數(50)，在除磁共振檢測外的其它時間測量復合樣品和容器的溫度(70)，以及將校正系數應用于在除磁共振檢測外的其它時間的復合樣品和容器的溫度(80)。
文檔編號G01V3/00GK1942745SQ200480042904
公開日2007年4月4日 申請日期2004年6月30日 優先權日2004年5月3日
發明者A·謝普曼, V·博恩斯, P·C·J·M·亨德里克斯, J·A·W·M·科弗 申請人:波克股份有限公司