(57)【要約】磁場の均一性が決定され、測定システムにおける潜在的ドリフトの補償が提供され、サンプル中の金属の存在が決定される、サンプルの質量を決定する磁気共鳴測定法（１）が提供される。該方法は、検査ゾーン（１０３）において、該検査ゾーン（１０３）内に置かれたサンプル（１）内の全体の磁化を生成するために、第1の方向に磁場を印加するステップと、検査ゾーン（１０３）において、該検査ゾーン（１０３）内に置かれたサンプルの全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、サンプルの全体の磁化が元の状態に戻る際にサンプル（１）によって放射されるエネルギーを監視し、放射されるエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、監視による出力信号を他のデータと比較するステップとを備える。
2006529026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産ラインにおいてサンプルの質量を決定する磁気共鳴法の改良であって、
検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプル内の全体の磁化を生成するために、第１の方向に第１の磁場を印加するステップと、
前記検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれた前記サンプルの前記全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の異なる方向に交番磁場を印加するステップと、
前記サンプルの前記全体の磁化が元の状態に戻る際に前記サンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
前記出力信号特性を、既知の質量の少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較するステップと、
前記サンプルの質量を決定するステップと、
を備える方法であって、
前記サンプルに９０°の励起ＲＦスピンパルスを印加するステップと、
前記サンプルの自由誘導減衰エネルギーを監視し、それに対応するスピン出力信号特性を生成及び測定するステップと、
前記サンプルに１８０°の励起ＲＦエコーパルスを印加するステップと、
放射されたエコー誘導エネルギーを監視して、それに対応するエコー出力信号特性を生成及び測定するステップと、
前記スピン出力信号特性と前記エコー出力信号特性との数学的関係を比較するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記スピン出力信号特性と前記エコー出力信号特性との前記関係を連続的にサンプリングするステップを備える方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記スピン出力信号特性と前記エコー出力信号特性との前記関係を比較するステップが、前記スピン出力信号特性と前記エコー出力信号特性との比率を計算するステップを備える方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記スピン出力信号特性と前記エコー出力信号特性との比率を連続的にサンプリングするステップを備える方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法であって、前記スピン出力信号特性と前記エコー出力信号特性との前記関係が所定値を下回ったときに警告信号を発するステップを備える方法。
【請求項６】
測定システムの潜在的ドリフトを補償する、サンプルの質量を決定する磁気共鳴法の改良であって、
ａ）検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプル内の全体の磁化を生成するために、第１の方向に第１の磁場を印加するステップと、
ｂ）前記検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれた前記サンプルの前記全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、
ｃ）前記サンプルの前記全体の磁化が元の状態に戻る際に前記サンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
ｄ）前記出力信号特性を、既知の質量の少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較するステップと、
ｅ）前記サンプルの質量を決定するステップと、
を備える方法において、
前記サンプルの測定中に、前記検査ゾーンからアクセスできる恒常的安定サンプルを保持するステップと、
前記ステップａ）〜ｃ）により、前記恒常的安定サンプルの質量を少なくとも周期的に決定するステップと、
前記システムにおけるドリフトを決定するために、前記恒常的安定サンプルの質量測定値を比較するステップと、
オプションとして、前記ドリフトを補償するために、サンプルの質量測定値を調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記恒常的安定サンプルの応答が、前記サンプルからの応答の周波数帯域とは異なる周波数帯域にある方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、前記恒常的安定サンプルの信号減衰が、前記サンプルの信号減衰より高速である方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法であって、前記恒常的安定サンプルが、前記サンプルと同じ反応を生成するようになされる方法。
【請求項１０】
請求項６記載の方法であって、前記恒常的安定サンプルが、標準化された属性を有するサンプルである方法。
【請求項１１】
サンプル中の金属の存在を決定する方法であって、
前記サンプルの試験中に、検査ゾーン内に恒常的安定サンプルを保持するステップと、
前記検査ゾーンにおいて、前記恒常的安定サンプルと、前記検査ゾーン内に置かれた前記サンプルとにおける全体の磁化を生成するために、第１の方向に第１の磁場を印加するステップと、
前記検査ゾーンにおいて、前記恒常的安定サンプルと、前記検査ゾーン内に置かれた前記サンプルとの前記全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、
前記恒常的安定サンプル及び前記サンプルの前記全体の磁化が元の状態に戻る際に前記恒常的安定サンプル及び前記サンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
前記恒常的安定サンプルと前記サンプルのうちの任意のものとの前記出力信号特性を、前記サンプルが存在しない場合の前記恒常的安定サンプルの前記安定出力信号特性と比較して、前記サンプル中の金属の存在を示す、前記安定信号振幅のひずみを識別するステップと、
を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、前記サンプルのうちの任意のものにおける金属の存在によってもたらされる信号ひずみの量を測定するステップと、前記出力信号特性を、既知の金属を含む少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較するステップと、前記サンプルのうちの任意のものに存在する金属の量を決定するステップとを含む方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の方法であって、前記サンプルがＴＬ光源製品を含む方法。
【請求項１４】
サンプル中の金属の存在を決定する方法であって、
検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれた前記サンプル内の全体の磁化を生成するために、第1の方向に第1の磁場を印加するステップと、
前記検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれた前記サンプルの前記全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、
恒常的安定サンプル及び前記サンプルの前記全体の磁化が元の状態に戻る際に前記サンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
前記監視するステップにより生成された前記出力信号特性を、金属を含まない少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較し、前記サンプル中の金属の存在を示す対応する類似のサンプルの信号特性から、ひずみを識別するステップと、
を備える方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、同様のデータと比較する前記ステップが、前記少なくとも１つの類似のサンプルの信号振幅を、前記監視するステップによって生成される対応する出力信号の振幅と関係付ける方法。
【請求項１６】
請求項６、１１又は１４に記載の方法であって、前記サンプルによって放射される前記エネルギーが監視され、前記サンプルがＴ１において完全な磁化に到達する前に前記出力信号が生成される方法。
【請求項１７】
請求項１又は６に記載の方法であって、前記出力信号特性が出力信号振幅である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ＮＭＲ技術を利用したサンプルの非接触検査計量に関する。
背景
磁気モーメントを有する原子核は、強い磁場において厳しく規定された核振動周波数を有する（ラーモア周波数）。個々の原子核の振動周波数は、原子核の質量、原子核の双極子モーメント、原子の化学結合、原子の環境（周辺の他の原子への電磁結合によって影響される）、及び、原子によって経験される磁場の強さに依存する。従って、振動周波数は、様々な原子の種別だけではなく、それらの分子環境に特徴的である。これらの振動を共鳴するように励起することにより、原子の種別及びそれらの環境が正確に決定され得る。この現象は、「核磁気共鳴」即ちＮＭＲとして知られる。
【０００２】
特定の種別及び環境の原子（例えば、水中の水素原子）の共振周波数におけるＲＦエネルギー・パルスが適用されると、この種別及び環境の原子核は、共振するように励起され、後に、低い励起状態へ戻るよう遷移する。この遷移は、励起周波数又は既知の低い周波数における無線周波数信号を放射することによって達成される。この信号は、自由誘導減衰（ＦＩＤ）として知られる。このＦＩＤ曲線の振幅及び形状は、処理に含まれる核の量、及び、環境に対する原子の特定の条件及び属性に関係する。
【０００３】
測定、検出及び画像化におけるＮＭＲ技法の利用は、多くの科学分野の試みにとって望ましくなってきた。ＮＭＲの非侵襲的、非破壊的な性質は、工業的な器具使用、分析及び制御タスクへの適用を容易にしてきた。
【０００４】
周期表のほぼ全ての元素は、ゼロではない核スピンを持つ同位体を有する。このスピンは、核を磁気的にアクティブにする。磁気的にアクティブな核のなかで、ＮＭＲは、天然存在度が検出可能な程度に高い同位体においてのみ実行され得る。一般にみられる磁気的にアクティブな核は、１Ｈ、１３Ｃ、１９Ｆ、２３Ｎａ及び３１Ｐである。最も一般的なのは１Ｈであり、１Ｈはまた、１ＨをＮＭＲ分光法の実行にとって最も有利にする最大の磁気モーメントを有する。
【０００５】
サンプルに静磁場Ｂ０を適用すると、サンプルの核スピンは磁場と整列し、磁場の方向と平行になる。磁気モーメントは、静磁場に対して平行（ＮＳＮＳ）又は反平行（ＮＮＳＳ）に整列し得る。静磁場に平行な整列は低エネルギー状態であり、静磁場と反平行な整列は、より高いエネルギー状態である。室温において、低いエネルギーレベルにおけるスピンを有する核の数Ｎ＋は、より高いレベルにおけるスピンを有する核の数Ｎ〜より、わずかに上回る。ボルツマンの統計によれば、
Ｎ〜／Ｎ＋＝ｅｘｐ（−Ｅ／ｋＴ）        （１）
である。ただし、Ｅは、スピン状態間のエネルギー差であり、ｋはボルツマン定数１．３８０５×１０−２３Ｊ／Ｋｅｌｖｉｎであり、Ｔはケルビン温度である。温度が下がるにつれて、比率Ｎ〜／Ｎ＋も下がる。温度が上がるにつれて、当該比率は１に近づく。
【０００６】
より高いエネルギー状態のスピンを有する核はわずかに不安定であるため、静磁場におけるサンプルは、静磁場と平行な磁化を示す。磁化は、静磁場の周りの核の歳差運動（緩和）に起因する。この歳差運動の周波数は静磁場の強さに依存し、以下のように定義される。即ち、
ｖ＝γＢ        （２）
である。ただし、Ｂは磁場の強さであり、ガンマは、サンプル物質中の、典型的には水素である少なくとも１つの原子の磁気回転比である。磁気回転比は、分析される核の磁気モーメントに関係する。プロトンの磁気回転比は４２．５７ＭＨｚ／Ｔｅｓｌａである。このように測定された周波数は、ラーモア周波数ｖとして知られ、静磁場における核の歳差運動の速度、又は、高い状態と低い状態との間の遷移が起こり得るエネルギーに対応する周波数として概念化され得る。
【０００７】
基礎ＮＭＲ信号は、これらの異なる配列間の遷移を誘導することにより得られる。そのような遷移は、サンプルを、典型的にはＲＦコイルによって生成されるＲＦ（無線周波数）信号の磁気成分にさらすことにより誘導され得る。磁気成分が磁場に垂直に印加される場合、異なる配列間の遷移中に放射又は吸収されるエネルギーに対応する（歳差運動周波数即ちラーモア周波数と同一の）特定のＲＦ周波数において共振が発生する。例えば０．１〜２テスラ（１テスラ＝１０，０００ガウス）の範囲のような強い磁場が利用される場合、この共振は典型的に、ＦＭラジオに対応するメガヘルツ周波数帯域で発生する。そのため、放射は、無線周波数（ＲＦ）放射として知られる。
【０００８】
ＮＭＲ分光法における信号は、低エネルギー状態から高エネルギー状態へと遷移するスピンによって吸収されるエネルギーと、高エネルギー状態から低エネルギー状態へと同時に遷移するスピンによって放射されるエネルギーとの差によって生ずる。従って、信号は、状態間の個数の差に比例する。ＮＭＲ分光法は、これらの非常に小さい個数の差を検出可能であるために、高レベルの感度を獲得する。スピンと分光計との間の特定周波数における共振又はエネルギーの交換が、ＮＭＲの感度をもたらす。
【０００９】
パルス型ＮＭＲ分光法は、サンプルのプロトンが実質的な静磁場の相へと最初に持ち込まれた後で、測定されるサンプルの特定の核種別の核を励起するように設計された磁気バースト又は磁気パルスを含む技術である。言い換えれば、パルスによって歳差運動が修正される。典型的に、静磁場Ｂ０の方向は、三次元空間のＺ軸に沿ったものと考えられる。平衡において、全体の磁化ベクトルは、印加された磁場Ｂ０の方向に伸び、平衡磁化Ｍ０と呼ばれる。この構成において、磁化のＺ成分ＭＺはＭ０と等しい。ＭＺは、縦磁化と呼ばれる。この場合、横磁化（ＭＸ又はＭＹ）は存在しない。
【００１０】
核スピンシステムを、スピン状態間のエネルギー差と等しい周波数のエネルギーにさらすことにより、全体の磁化を変化させることが可能である。システムに十分なエネルギーが加えられる場合、スピンシステムを飽和させてＭＺ＝０とすることが可能である。ＭＺがその平衡値に戻る方法を示す時定数は、スピン格子緩和時間（Ｔ１）と呼ばれる。移転後の時間ｔの関数としてこの動作を規定する数式は、
ＭＺ＝Ｍ０（１−ｅ−ｔ／Ｔ１）        （３）
である。従って、Ｔ１は、ｅの要素によって磁化のＺ成分を変化させるのに必要とされる時間として定義される。よって、ｔ＝Ｔ１において、ＭＺ＝０．６３Ｍ０である。背景のノイズを低減して信号品質を高めるために必要な繰り返しの測定を適切に実行するために、Ｍ０はＭＺに戻ることが可能でなければならない。言い換えれば、飽和時にゼロと等しい縦磁化ＭＺは、＋Ｚ方向に完全に戻って、その平衡値Ｍ０に達することが可能でなければならない。これは、理論的には永遠の時間がかかるが（即ち、ｔ＝∞である場合にＭＺ＝Ｍ０である飽和に従えば）、一般には、ｔ＝５Ｔ１のときに発生するＭＺ＝０．９９Ｍ０で十分と考えられる。これは、１つのサンプルが複数回に渡って測定される速度、又は検査ゾーンを通じたサンプルの全体のスループットに時間的な制約を加える。
【００１１】
スピンシステムが過飽和になり、全体の磁化を−Ｚ方向へと強制する場合、スピンシステムは、やはりＴ１により規定される速度で、＋Ｚ軸に沿って次第に平衡常態に戻る。移転後の時間ｔの関数としてこの動作を規定する数式は、
ＭＺ＝Ｍ０（１−２ｅ−ｔ／Ｔ１）        （４）
である。スピン格子緩和時間（Ｔ１）は、ｅの要素によって縦磁化（ＭＺ）とその平衡値との間の差を低減する時間である。ここでも同様に、ＭＺを０．９９Ｍ０の値に戻し、サンプルのスループットに同じ時間的制約を与えるために、ｔ＝５Ｔ１の時間の経過が必要とされる。
【００１２】
全体の磁化が、９０°パルスによってＸＹ平面へと回転される場合、全体の磁化は、スピンの２つのエネルギーレベル間の遷移に対応するエネルギーを有するプロトンの周波数と等しい周波数においてＺ軸の周りを回転する。この周波数は、ラーモア周波数と呼ばれる。回転に加えて、現在ＸＹ平面にある全体の磁化は、位相をずらし始める。なぜなら、全体の磁化を作り上げるスピン・パケットのそれぞれが、わずかに異なる磁場を経験しており、そのために、それぞれ固有のラーモア周波数で回転するからである。パルス後の経過時間が長くなるにつれて、位相差が大きくなる。検出コイルがＸ方向のみの磁場の測定値に敏感である場合、位相ずれによって減衰信号がもたらされ、最終的にゼロに近づく。横磁化ＭＸＹのこの減衰を示す時定数は、スピン−スピン緩和時間Ｔ２と呼ばれる。即ち、
ＭＸＹ＝ＭＸＹ０ｅ−ｔ／Ｔ２        （５）
である。Ｔ２は、常にＴ１より小さいか、又はＴ１と等しい。ＸＹ平面における全体の磁化は、縦磁化がＭ０までに成長して＋Ｚ方向に戻る間に、ゼロになる。任意の横磁化も同様に動作する。
【００１３】
スピン−スピン緩和時間Ｔ２は、ｅの要素によって横磁化を低減する時間である。スピン−格子緩和とスピン−スピン緩和との差は、前者がＭＺをＭ０に戻すように働くのに対して、後者はＭＸＹをゼロに戻すように働くことである。Ｔ１及びＴ２は、上記において、わかりやすさのために別々に論じられた。即ち、磁化ベクトルは、Ｚ軸に沿って伸びる前にＸＹ平面を完全に満たすと考えられる。実際には、両プロセスは同時に起こり、唯一の制限は、Ｔ２はＴ１より小さいか、又はＴ１と等しいことである。
【００１４】
２つの要素が横磁化の減衰に貢献する。即ち、（１）分子間相互作用（純粋なＴ２分子効果につながると言われる）、及び、（２）非均一なＴ２効果につながると言われるＢ０（印加される静磁場）の変化である。これらの２つの要素の結合により、実際に、横磁化の減衰がもたらされる。結合された時定数は「Ｔ２スター」と呼ばれ、Ｔ２＊の記号で示される。分子処理によるＴ２と、磁場の不均一性によるＴ２との関係は、
１／Ｔ２＊＝１／Ｔ２＋１／Ｔ２ｉｎｈ        （６）
である。不均一性の原因は、磁場における自然の揺らぎか、或いは、磁場を生成する磁石の欠陥、又は、鉄或いは他の強磁性金属のような磁気混入物質であり得る。
【００１５】
実行において、ＮＭＲを用いて実際にサンプルを測定するために、サンプルは、まず、機器の検査ゾーンである静磁場Ｂ０に置かれる。次に、磁気パルスが印加され、それにより磁化ベクトルが、典型的には９０°又は１８０°である所望の程度に回転する。例えば、９０°パルスは、Ｚ方向からＸＹ平面へと磁化ベクトルを回転させ、上記のように横磁化ＭＸＹをもたらす。パルスの印加後、励起された核に関連付けられた磁化の自由誘導減衰（ＦＩＤ）が発生する。
【００１６】
従来のフーリエ変換解析は、時間ドメイン・スペクトル（磁化ベクトルの振幅対時間）を、周波数ドメイン・スペクトル（周波数対相対振幅）へと変換し、多相スペクトルから個々の周波数を分離する。この分離は、問題の核を調べる際に有利に利用され得る。パルスの持続時間、パルス間の時間、パルス位相角、及びサンプルの組成は、この技術の感度に影響するパラメータである。
【００１７】
参照により全体が本明細書に援用される国際特許出願第ＷＯ９９６７６０６号は、生産ラインにおけるサンプルの検査計量システムであって、ＮＭＲの原理に従って、検査ゾーンに静磁場を生成して検査ゾーンに置かれたサンプル内の全体の磁化を生成する磁石と、検査ゾーンに交番磁場を印加してサンプルの励起を引き起こすＲＦコイルとを含むシステムを記載する。
【００１８】
生産ラインにおけるサンプルの検査計量技術のためのＮＭＲの利用は、サンプル容器内又はシステムの他の場所にある金属粒子のような干渉種の存在、磁石又は電子機器の温度の影響、サンプル又はシステム内の湿度、及び容器の機械的不安定性を含むがそれらに限定されない様々な困難に直面する。
【００１９】
ＮＭＲサンプル検査計量システムの不正確な測定の上記の潜在的な原因を識別及び／又は補償するシステム及び方法を提供することが望ましい。
概要
本発明に係る方法は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）技術による、製品充填ライン即ち生産ラインに沿って通過する容器に含まれる物質の検査計量に関する。
【００２０】
測定体積中の鉄粒子の存在は、測定精度を著しく低化させる。これらの粒子の存在及び影響を決定する連続的なオンラインの方法が提供される。これは、浄化作業が必要であることのインジケータとして利用され得る。
【００２１】
制限された量の水銀を含むことは、ＴＬ光源の機能にとって極めて重要である。従来、非破壊的な方法でこの金属の存在を決定することは不可能だった。
全体として金属粒子が存在しないことに品質が依存する多数の製品が存在する。ＮＭＲは、測定体積中の金属粒子の存在に対して非常に感度が高いため、それらの検出に適用され得る。
【００２２】
生産ラインにおけるサンプルの質量を決定する磁気共鳴法の改良であって、
検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプル内の全体の磁化を生成するために、第１の方向の第１の磁場を印加するステップと、
検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプルの全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向の交番磁場を印加するステップと、
サンプルの全体の磁化が元の状態に戻る際にサンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放出されるエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
出力信号特性を、既知の質量の少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較するステップと、
サンプルの質量を決定するステップと、
を含む方法であって、
サンプルに９０°の励起ＲＦスピンパルスを印加するステップと、
サンプルの自由誘導減衰エネルギーを監視し、それに対応するスピン出力信号の特性を生成及び測定するステップと、
サンプルに１８０°の励起ＲＦエコーパルスを印加するステップと、
放射されるエコー誘導エネルギーを監視し、それに対応するエコー出力信号の特性を生成及び測定するステップと、
スピン出力信号特性と、エコー出力信号特性との間の数学的関係を比較するステップと、
を含むことを特徴とする方法が提供される。
【００２３】
スピン信号とエコー信号との比較は、スピン信号とエコー信号との比率の計算、又は、積分のような任意の他の適切な数学的技術を含み得る。
更に、測定システムの潜在的ドリフトを補償する、サンプルの質量を決定する磁気共鳴法の改良であって、
ａ）検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプル内の全体の磁化を生成するために、第１の方向に第１の磁場を印加するステップと、
ｂ）検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプルの全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、
ｃ）サンプルの全体の磁化が元の状態に戻る際にサンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
ｄ）出力信号特性を、既知の質量の少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較するステップと、
ｅ）サンプルの質量を決定するステップと、
を備える方法において、
サンプルの測定中に、検査ゾーンからアクセスできる恒常的安定サンプルを保持するステップと、
ステップａ）〜ｃ）により、恒常的安定サンプルの質量を少なくとも周期的に決定するステップと、
システムにおけるドリフトを決定するために、恒常的安定サンプルの質量測定値を比較するステップと、
オプションとして、ドリフトを補償するために、サンプルの質量測定値を調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法が提供される。
【００２４】
サンプル中の金属の存在を決定する方法であって、
サンプルの試験中に、検査ゾーン内に恒常的安定サンプルを保持するステップと、
検査ゾーンにおいて、恒常的安定サンプルと、検査ゾーン内に置かれたサンプルとにおける全体の磁化を生成するために、第１の方向に第１の磁場を印加するステップと、
検査ゾーンにおいて、恒常的安定サンプルと、検査ゾーン内に置かれたサンプルとの全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、
恒常的安定サンプル及びサンプルの全体の磁化が元の状態に戻る際に恒常的安定サンプル及びサンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
恒常的安定サンプルとサンプルのうちの任意のものとの出力信号特性を、サンプルが存在しない場合の恒常的安定サンプルの安定出力信号特性と比較して、サンプル中の金属の存在を示す、安定信号振幅のひずみを識別するステップと、
を備える方法が提供される。
【００２５】
サンプル中の金属の存在を決定する方法であって、
検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプル内の全体の磁化を生成するために、第1の方向に第1の磁場を印加するステップと、
検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプルの全体の磁化を一時的に変化させるために、第２の方向に交番磁場を印加するステップと、
恒常的安定サンプル及びサンプルの全体の磁化が元の状態に戻る際にサンプルによって放射されるエネルギーを監視し、該放射されたエネルギーに比例する特性を有する出力信号を生成するステップと、
前記の監視するステップにより生成された出力信号特性を、金属を含まない少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較して、サンプル中の金属の存在を示す、対応する類似のサンプルの信号特性からのひずみを識別するステップと、
を備える方法が提供される。
【００２６】
同様のデータとの比較は、少なくとも１つの類似のサンプルの信号振幅を、前記の監視するステップによって生成される対応する出力信号の振幅と関連付けてもよい。
詳細な説明
本方法は、生産ラインを流れる容器に含まれる物質の、核磁気共鳴（ＮＭＲ）技術による検査計量に関する。一例として、検査計量は、充填中に密閉されたガラス瓶の薬剤量を監視及び調節するために、製薬業によって利用される。薬剤の重量は、１グラムの何分の１ほどに小さい可能性があり、毎秒数回の計測を行う速度において、数十グラムの瓶のなかで、数パーセント又はそれよりも良い精度で計測される必要がある。従来、必要な精度を得るために、生産ラインから瓶を取り出し、容器の重量を考慮に入れるために、充填の前及び後に瓶を精密天秤の上で計測する必要があった。これは時間がかかるため、製品のごく一部しか試験することができない。期待値からの逸脱が検出されると、問題が識別されるまでに大量の製品群が廃棄される可能性がある。充填の前後に瓶を計測しなければならないため、充填と密閉との間に無菌状態で計量が行われなければならない。
【００２７】
サンプルの質量を決定するＮＭＲ装置は、一般に、サンプル中に第１の方向の静磁場を生成する手段と、サンプル中に第２の方向の交番励起磁場を印加する手段と、励起磁場に応じてサンプルによって放射されるエネルギーを感知し、それに依存する信号を出力する手段と、前記感知する手段による信号出力を、記憶された校正データと比較して、サンプル質量の示度を提供する手段とを備える。そのような装置は、生産充填ラインのライン上で利用され得る。装置は、容器がＮＭＲに共鳴しない素材から形成されている場合に、容器質量から独立した容器の内容物の質量の非接触測定を提供することができ、例えば２０グラム以上のガラス容器に入れられた０．１〜１０グラムのサンプルのような、少量のサンプルの質量決定に有用であって、サンプルの重量ではなく質量の示度を提供する。
【００２８】
装置は、所定量のサンプルを容器に充填し、充填された容器のそれぞれを計量ステーションに運搬し、それぞれの容器内のサンプルを計量して、容器内のサンプルを密閉し、所定の裕度で所定量のサンプルを含まない容器を全て排除することにより、容器の内容物を測定するために利用することができる。サンプルの計量は、検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプル内の全体の磁化を生成するために第１の方向に静磁場を生成するステップと、検査ゾーンにおいて、該検査ゾーン内に置かれたサンプルの全体の磁化を一時的に変化させるために第２の方向に交番磁場のパルスを印加するステップと、サンプルの全体の磁化が元の状態に戻る際にサンプルによって放射されるエネルギーを感知し、それに依存した信号を出力するステップと、感知するステップによる信号出力を、既知の質量の少なくとも１つの類似のサンプルの質量を該感知するステップによる対応する信号出力と関連付ける校正データと比較して、各容器内のサンプルの質量の示度を提供するステップとを含む。
【００２９】
製薬に加えて、そのような装置及び方法は、化粧品、香水、工業用化学薬品、生物試料、及び食品を含むがそれらに限定されない様々な適用において利用され得る。該装置及び方法は、１００％のサンプリングによって浪費を低減することができる高価な製品を測定することができ、固形、粉形、液状及び気体、或いはそれらの任意の組み合わせであるサンプルの質量を決定するために利用され得る。
【００３０】
図１は、ガラス瓶１に薬剤サンプルを充填する生産ラインの一部を示す。その中を流れる充填された個々の瓶を計量するために「ライン内」に設けられている計量ステーション３と、製品仕様を満たすのに十分な量の薬剤を含まない瓶をラインから除去する排除ステーション５とが含まれる。瓶１は、矢印９で示されるように、回転コンベア車輪１１の動作によってｚ方向に動くベルトコンベア７により、充填（及びオプションで密閉）ステーション（図示せず）から計量ステーション３へと運ばれる。計量ステーションは、ＮＭＲ技術を用いて、個々のガラス瓶１内の薬剤サンプルの質量を決定する。当業者が理解するように、ガラス瓶は測定プロセスに影響し得る信号を発しないため、容器として有用である。この実施の形態において、計量ステーション３は、永久磁石１３と、ＲＦコイル１５と、コンピュータ制御システム１７とを備える。磁石１３は、ベルトコンベア７を横切るｘ方向の均一な直流電流又は静磁場を発生させる。ガラス瓶内のサンプルは、例えば１Ｈ核（プロトン）のような、それぞれが磁気モーメントを有する核を含む。この磁気モーメントは、上記の通り、核スピンによってもたらされる。
【００３１】
たいていのＮＭＲシステムにおいて、静磁場強度は、サンプルのラーモア周波数が電磁スペクトルの無線周波数帯にあるように適応される。サンプルのラーモア周波数において静磁場に直交する交番（ＡＣ）磁場をサンプルに印加することにより、サンプルの全体の磁化が、静磁場の方向を離れて、ＡＣ磁場の軸の周りを回転する。この実施の形態において、この磁場は、対応するＡＣ電流をＲＦコイル１５に印加することによって生成される。全体の磁化の回転角度は、ＲＦコイルに伝達されるエネルギー量を変化させることによって変化させられ得る。
【００３２】
この例としての実施の形態において、サンプルを励起するために、９０°の回転を引き起こす励磁場が利用される。９０°パルスがサンプルに印加された後で、サンプルは高エネルギーの非平衡状態に置かれ、その状態から平衡状態へ戻るよう緩和される。緩和される際にラーモア周波数の電磁エネルギーが放射され、該電磁エネルギーの磁気成分がＲＦコイル１５において電流を誘導する。ＲＦコイルの電流のピーク振幅は、他のものとともに、サンプル中の磁気モーメントの数、即ちサンプル中の分子数に伴って変化する。受信された信号はコンピュータ制御システム１７に渡され、コンピュータ制御システム１７は、未知のサンプルから受信した信号のピーク振幅を、既知の質量（又は重量）の校正サンプルから受信した信号のピーク振幅と比較して、検査サンプルの質量（又は重量）を決定する。検査計量ステーション３は、サンプル中の異なるＮＭＲ反応元素を励起可能にするために必要とされる、異なるラーモア周波数の信号を生成及び受信することが可能である。コンピュータ制御システム１７が、異なるサンプルそれぞれに対する校正データを記憶することが可能である場合、検査計量ステーションは、異なるＮＭＲ反応元素からのＮＭＲ信号を用いて、様々なサンプルの質量を決定することができるだろう。
【００３３】
本実施の形態のコンピュータ制御システム１７の主な要素のブロック図である図２を参照して、１つの実施の形態の動作を詳細に説明する。制御システムは、制御システムをＲＦコイル１５に接続するための接続端子２１を備える。接続端子２１は、スイッチ２３を介して、ＲＦコイル１５に印加される励起信号をそれぞれ生成し増幅するよう動作可能である信号ジェネレータ２５及び電力増幅器２７と接続可能である。接続端子２１は、また、スイッチ２３を介して、試験サンプルから受信した信号を増幅する受信増幅器３１と接続可能である。この増幅された信号は、次いで、フィルター３３によりフィルター処理されてノイズ成分が取り除かれ、信号ジェネレータ２５によって生成された適切なミキシング信号を乗ずることによって、受信された信号が中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされるミキサー３５に渡される。ミキサー３５によるＩＦ信号出力は、次に、フィルター３７によってフィルター処理され、ミキサー３５によって生成された不要な成分が取り除かれる。フィルター処理されたＩＦ信号は、その後、Ａ／Ｄ変換器３９によって対応するデジタル信号に変換され、マイクロプロセッサ４１に渡される。
【００３４】
点線の制御線４３及び４５によって示されるように、マイクロプロセッサ４１は、信号ジェネレータ２５及びスイッチ２３の動作を制御する。マイクロプロセッサ４１は、充填された瓶１が検査計量ステーション３内の所望の位置にあるときに、信号ジェネレータ２５が励起信号を生成することを保証するよう動作し得る。マイクロプロセッサ４１は、検査計量ステーション３に取り付けられた光位置センサー５０に接続端子４９を介して接続された位置センサー電子機器４７から受信した信号から、瓶１が正しい位置にあるときを知る。図１を参照して、ガラス瓶１が光位置センサー５０を通過する際に、光ビーム５２が遮断される。これは、位置センサー電子機器４７により検出され、位置センサー電子機器４７が、マイクロプロセッサ４１に信号を送る。この情報と、（コンベア・コントローラ５１によって提供される）ベルトコンベア７の速度とに基づいて、マイクロプロセッサは、励起電流バーストを印加する適切なタイミングを決定し、それに従って信号ジェネレータ２５に信号を送る。
【００３５】
磁気共鳴の当業者が理解するように、サンプルの全体の磁化がｘ方向に沿って展開するためには、サンプルが磁石１３によって生成された静電場に入ってから、一定の時間間隔が必要である。磁化が完全に展開される前に励起信号がＲＦコイル１５に印加されると、サンプルによって生成される信号の強度が最大にならない。
【００３６】
全体の磁化、ひいては、結果としてサンプルによって生成される信号の強度は、静磁場において、時間に伴って変化する。縦緩和時間は、試験サンプル及び静磁場強度に依存する。従って、静磁場強度と試験サンプルの種別とが与えられれば、緩和時間を決定することができる。この情報は、ベルトコンベア７の速度とともに、試験サンプルによって可能な限り大きな信号が生成されることを保証するために必要とされる、磁石１３のＺ方向の最小長を決定する。
【００３７】
１つの実施の形態において、キャパシタ（図示せず）は、サンプルのラーモア周波数に同調されるよう、ＲＦコイル１５の端を横切って接続される。水素のようなＭＲ反応元素のラーモア周波数は、静磁石のＤＣ磁場強度に当該元素の磁気回転比（水素に対する磁気回転比は４２．５７ＭＨｚ／テスラ）を乗ずることによって計算される。他のＭＲ反応元素に対する磁気回転比は、ＣＲＣ出版社によって出版された化学物理ＣＲＣハンドブックで見ることができる。水素のようなＭＲ反応元素のラーモア周波数は、静磁石のＤＣ磁場強度に当該元素の磁気回転比（水素に対する磁気回転比は４２．５７ＭＨｚ／テスラ）を乗ずることによって計算される。他のＭＲ反応元素に対する磁気回転比は、ＣＲＣ出版社によって出版された化学物理ＣＲＣハンドブックで見ることができる。この方法によるＲＦコイル１５の同調は、システムが電磁気干渉の影響や、異なる時期回転比を有する核からの他のＭＲ信号による影響を受けにくくする。ＲＦコイル１５を流れる励起電流は、対応するＺ方向の磁場を生成する。この励起磁場は、瓶１の中のサンプルの全体の磁化を、ラーモア周波数でＺ軸の周りを回転又は歳差運動させる。ＲＦコイル１５から励起電流が取り除かれると、サンプル中の核は平衡状態に緩和され始め、その際にラーモア周波数のＲＦエネルギーを放射する。これは、指数関数的に減衰するように見えるＲＦコイル１５に信号を誘導し、横緩和時間と呼ばれる。これは、試験サンプルに依存し、静磁場強度には依存しない。
【００３８】
図示した通り、誘導された信号のピーク振幅は、励起電流が止まった直後に最大になり、その時点の後でゼロへと減衰する。サンプルによってＲＦコイル１５において誘導された信号の振幅は、サンプル中の磁気モーメントの数に直接に比例する。そのため、本実施の形態において、マイクロプロセッサ４１は、ＲＦコイル１５から励起信号が取り除かれた後に、マイクロプロセッサ４１がＡ／Ｄ変換器３９から受信するピーク信号レベルを監視する。代わりに、マイクロプロセッサは、精度を上げるために、所定の時間期間に渡る平均信号を決定しても、曲線の形を適合させても良い。
【００３９】
１つの実施の形態において、マイクロプロセッサ４１は、このピーク信号レベルを、既知の質量の類似のサンプルを検査することにより得られた校正データと比較して、現在試験されているサンプルの質量の指度を提供する。本実施の形態において、この校正データは、生産バッチが開始される前の校正ルーティン中に、異なる既知の質量を有する幾つかの類似のサンプルから得られて、メモリ５３に記憶される。この実施の形態において、校正データは、試験サンプルから受信されたＭＲ信号のピーク振幅をサンプルの質量と関連付ける関数である。
【００４０】
上記の実施の形態に説明したように、ＲＦプローブは、サンプルの全体の磁化が元の平衡状態に戻る際にサンプルによって放射されるエネルギーを監視し、放射されるエネルギーに比例する、例えば電流振幅のような特性を有する出力信号を生成する。コンピュータ制御システムは、ＲＦプローブ出力信号を受信する。プロセッサは、電流振幅又は他の出力信号特性を、既知の質量の少なくとも１つの類似のサンプルから得られた同様のデータと比較し、比較結果からサンプルの質量を決定する。例示のために、実施の形態を、誘導された信号のピーク振幅を測定するものとして説明したが、放射されたエネルギーと生成された出力信号とから単一の値を導出する、任意のケモメトリクス特徴化技術が利用され得る。一般に、比較技術は、サンプルのＦＩＤ特性と、少なくとも１つの既知のサンプルの同様のＦＩＤ特性、即ち校正データとの比較を含み得る。
【００４１】
１つの実施の形態において、マイクロプロセッサ４１は、現在分析されているサンプルの質量が所望の質量の所与の裕度内にないと決定する場合に、制御ライン５５上に排除コントローラ５７への制御信号を出力する。排除コントローラは、次いで、現在試験されている瓶１が排除ステーション５に到達した際に排除ステーションが瓶１をベルト・コンベヤ７から取り除くよう、排除ステーション５に接続された出力端子５９に信号を出力する。
【００４２】
図２に示すように、コンピュータ制御システム１７は、また、所与の製品バッチに対する各サンプルの正しい質量がどれだけであるべきかをユーザが制御システム１７にプログラムすることを可能とするユーザ・インターフェース６１を備え得る。
【００４３】
特定の実施の形態において、個々の瓶に対するサンプル質量の単一の測定値が決定される。測定の精度は、繰り返した測定の平均をとることによって改善され得る。しかし、測定が同じサンプルに対してなされる程度は、上記の緩和時間によって決定される。特に、励起信号が取り除かれた後に、静磁場においてプロトンが元の整列状態に戻るには、緩和時間の約３倍の時間がかかり、その時点において、更なる励起電流バーストが印加され得る。
【００４４】
Ｚ軸に沿って空間的に隔てられた複数の異なるＲＦコイルを使用することによって、別個の測定値が取得され得る。代わりに、瓶が検査領域に到達するたびにベルト・コンンベヤが停止され、複数回の測定が実行されてもよい。
【００４５】
磁石及びＲＦコイルからなる検査ゾーンが、ベルト・コンベヤの速度を考慮して、複数回の測定がなされるのを可能にするのに十分に大きい場合に、同一サンプルの複数回の測定が可能になり得る。そのような実施の形態において、システムの精度は、システムの信号対雑音比及びＲＦコイル充填比とともに、ＲＦコイルと検査ゾーン内の磁場との均一性に依存する。磁石及びＲＦコイルの磁場パターンが事前にわかっている場合、この知識を利用して、異なる測定信号の補正が行われ得る。また、更なるＸ、Ｙ及びＺコイル（本技術分野においてシムとして知られる）が、静磁場の均一性を改良するために提供され得る。
【００４６】
１つの実施の形態において、一度に１つの瓶がＲＦコイル１５の検査ゾーン内に置かれる。図１ａは、検査計量ステーション３の構成要素が、同時に複数の瓶をＲＦコイル１５の検査ゾーン内に置き、個々の瓶内のサンプルの質量をそれぞれ測定することを可能とする、もう１つの実施の形態を図示する。これを達成するために、そのような実施の形態では、静磁石１３及びＲＦコイル１５に加えて、コイル７１及び７３の分離された対がベルト・コンベヤ７の両側に置かれて、ベルト・コンベヤ７を横切る傾斜磁場を提供するよう動作する。この傾斜の結果として、各ガラス瓶によって経験される静磁場は異なり、そのために、検査ゾーン内にある３つの瓶のそれぞれの中のサンプルのラーモア周波数は異なる。従って、各瓶は、適切なラーモア周波数の３つの異なる狭周波数帯ＲＦパルスを印加することによって、別個に検査され得る。
【００４７】
代わりに、検査ゾーンに広帯域ＲＦパルスが印加されてもよく、サンプルからの結果としてのＭＲ信号は、ＭＲ画像化の標準的な実施においてなされる通り、励起パルスが終わった後で受信された信号のフーリエ変換を行うことにより解決され得る。
【００４８】
図１ａを参照して、傾斜コイルは、磁石１３によって生成される静磁場と同一方向に傾斜を加えるよう配置される。磁気共鳴影像法の技術において周知の通り、傾斜コイルは、検査ゾーン全体の体積が空間的に分解されるよう、Ｘ、Ｙ又はＺ軸の１つ又はそれ以上において傾斜磁場を提供するよう配置される。図１ｂは、２つの傾斜コイル７１及び７３がＲＦコイルの検査ゾーンの対向する端に設けられる実施の形態を図示する。この実施の形態において、ＲＦコイル１５は、３つの別個の部分１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを備える。当業者が理解するように、検査ゾーンを通じてベルト・コンベヤ７の長手方向に沿った傾斜磁場を印加することによって、個々のサンプルは、図１ａに関して説明された実施の形態と同じ方法で、別個に又は同時に検査され得る。
【００４９】
図１ａ及び図１ｂについて説明された実施の形態において、複数のサンプルが検査ゾーン内に置かれ、個別に又は同時に検査される。これらの実施の形態において、これらのサンプルのそれぞれは、わずかに異なる磁場を経験し、ＲＦコイルに対して異なる位置におかれるため、静磁場又はＲＦコイルの非均一性によって引き起こされる誤差を低減する試みにおいて、それぞれの感知位置に対して別個の校正データが利用され得る。
【００５０】
上記の実施の形態において、ＲＦコイルは、ベルト・コンベヤ７の動作方向に沿ったＺ方向の磁場を生成した。ＲＦコイルは、ＲＦコイルが生成する磁場が試験サンプルを通じて比較的均一であり、静磁場に対して直行する成分を含む限り、ＤＣ磁場に対して対して任意の角度に設置されてよい。図１ｃは、それぞれがＹ方向のＡＣ磁場を生成するよう動作可能な３つの別個のＲＦコイル１５ｄ、１５ｅ及び１５ｆがベルト・コンベヤ７の下に設けられる実施の形態を図示する。この実施の形態は、３つの瓶の中のサンプルが同時に試験されることを可能にする。この実施の形態は、また、システムが個々の瓶の中のサンプルを、ＲＦコイルそれぞれについて１回ずつ、３回検査することを可能とする。
【００５１】
上記の実施の形態において、静磁場を生成するために永久磁石が利用された。当業者が理解するように、電磁石、導電コイル又は超伝導磁石が、必要なＤＣ磁場を生成する永久磁石の代わりに利用されても良い。更に、上記の実施の形態において、ＤＣ磁場はベルト・コンベヤを横切ってＸ方向に印加された。当業者が理解するように、ＤＣ磁場は、サンプルを通じて任意の方向に印加され得る。例えば、磁石のＮ極又はＳ極は、例えば第１の実施の形態と同じ方向付けであるＲＦコイルとともに、コンベヤの上及び下に置かれ得る。図１ｄは、ベルト・コンベヤ７の長手方向に沿った、即ちＺ方向の静磁場を生成するために、ソレノイド・コイル７５がベルト・コンベヤ７の長手方向に沿って巻かれた、更にもう１つの実施の形態を示す。この実施の形態において、ＲＦコイル１５は、コンベヤ７の片側に設けられ、別個の検出コイル７７がコンベヤ７の反対側に設けられる。
【００５２】
図１ｅは、ＮＭＲ検査計量ステーションを備える生産ラインの概略平面図である。一般に、検査計量ステーション１００は、ベルト・コンベヤ又は他の運搬機構を備える搬入部１０１と、磁石、ＲＦアンテナを含み検査ゾーン１０３を部分的に画定する検査計量部１０２と、排除バッファ１０５に繋がる排除部１０４と、搬出部１０６とを備える。検査計量ステーションは、操作者パネル１０７を含んでも良い。
【００５３】
サンプルの質量測定を可能とする他の構成が存在する。
ＮＭＲ測定システムにおける鉄粒子の検出
例えば自由誘導減衰（ＦＩＤ）の利用のような、ＮＭＲ技術を利用して容器内の内容物の質量を継続的に決定するシステムにおいて、測定は非破壊的であり、測定は１００％の手続を可能にするのに十分に速く実施される。更に、システムは、周辺環境の気流に影響されない。しかしながら、システムの欠点は、磁化可能な（鉄のような）粒子の影響を受けることである。それらの粒子は、研磨効果のために容器の土台から外れて来る可能性がある。粒子は容器によって運ばれ、最終的に、システムを通して容器を移動させる運搬ベルトの上に堆積する。ＮＭＲ測定システムは、信号を検査し、有効により低い質量の示度ひいては誤った結果を生成する際に、信号振幅を低減することによって、これらの堆積物に応答する。現在、この汚染のレベル及び比率を決定する直接的な測定方法は存在しない。
【００５４】
鉄粒子の堆積によるＮＭＲ測定システムの劣化を独立して決定する方法が提供される。１つの実施の形態は、破壊的な試験なしに、及び、生産ラインの動きを邪魔することなしに、包装又は容器の内側の鉄粒子を決定する方法を含む。
【００５５】
鉄粒子は磁場の均一性を乱す。その結果、パルス式ＮＭＲ測定のＦＩＤ（自由誘導減衰）は、完全に均一な場合よりも激しくなる。特定のスピンエコー実験（測定）を加えることによって、「真の」減衰を決定することが可能である。元の減衰を「真の」減衰と比較することによって、体積中に多くの粒子が含まれれば含まれるほど、減衰の差が顕著になることが示される。この方法は、既知のサンプルによる校正の後で、鉄粒子の含有量を測定するために利用されてもよい。
【００５６】
コンベヤ・システムの品質を決定するためにも、同一の方法が利用され得る。時間とともに、金属（鉄）粒子がベルトに付着する可能性がある。一定のレベルより上になると、減衰が高速になり過ぎて、実際に計量測定の品質を損なう。スピンエコー・シーケンスの定期的な利用は、システムがセルフチェックを実行し、システムの浄化が必要な際に警告を発することを可能とする。
【００５７】
長期に渡り連続的な試験を実行するうちに、測定値の全セットに基づく標準偏差が増大することが発見された。言い換えれば、計測値の精度が劣化する。これらの連続試験中に、瓶は特定の位置（ポケット）に置かれる。測定される瓶が置かれる特定の位置を追跡すると、特定の位置と信号振幅との相関が見出された。幾つかのポケットは、他よりも多くの磁性粒子を含むことが発見された。また、特定のスピンエコー実験を行うときに、磁場の均一性を決定するこの方法が、存在する鉄素材の量と相関するとの結論が得られた。
【００５８】
磁化されたサンプルに９０°の励起パルスが印加されると、水素の核は、励起信号と同じ周波数の減衰信号を放射することによって反応した。これは、自由誘導減衰（ＦＩＤ）と呼ばれる。この減衰は、結果としての磁気モーメントが主静磁場と再整列されること、及び、原因となる核の歳差磁気モーメントが位相からずれることを含む幾つかの原因を有する。
【００５９】
磁気モーメントの位相ずれは、主に、静磁場の均一性によって引き起こされる。特に上記の鉄粒子がこの原因である。励起パルスの直後における信号振幅は、クリーンなケースでも汚染されたケースでも同じであるが、フィルター及び他の電子ハードウェアの整定時間のために、その時点で測定の示度を得ることは不可能である。そのため、高速な減衰は常に、元の（クリーンな）状態と比べて小さな振幅をもたらす。
【００６０】
ＦＩＤは幾つかの要素によって決定されるが、その中でも、主磁場の均一性と、スピン−スピン緩和（Ｔ２）とは、最も顕著な要素である。スピンエコー実験における「エコー」振幅は、Ｔ２と関連する「真の」ＦＩＤに関係する。エコー振幅と元のＦＩＤとの比較により、主磁場の均一性に関する情報が提供される。この均一性は、製品の近くにある鉄粒子によって大きく劣化させられる。従って、上記の比較は、鉄粒子の量に関する情報を提供する。この比較は、単純な比又は積分手順を用いる任意の可能性のある数学的技法を含み得る。
【００６１】
ＭＲＩ技法において、特別なパルス・シーケンスを印加すると、問題の物質の特定の態様を決定できることが知られている。そのようなシーケンスは、ハーン・シーケンス又はスピンエコー・シーケンスの名前で知られている。要点は、９０°のパルス（スピン）の後のいずれかの時間に、１８０°のパルス（エコー）であるもう１つのパルスが印加されることである。後者のパルスによって、減衰信号の実際の振幅が、磁化の非均一性の影響を受けずに探知される。この信号は本質的に、減衰において先に取得されたＦＩＤ測定値より弱いため、この探知の応答は、直接に質量測定に利用することができない。ＦＩＤからの直接の測定値とエコーからの示度との比率は、磁性の非均一性の尺度であり、ひいては、運搬ベルトの汚染の尺度である。クリーンなベルトにおけるこの比率は、（鉄で）汚染されたベルトにおける比率よりも高い。有用なフィルター処理技法と組み合わせて、この比率の連続的なサンプリングを利用することにより、ベルトの状態が継続的に評価される。
【００６２】
この技術は、Ｓ１／ＥがＳ２／Ｅより大きな量である図３のグラフに示される。図３のグラフに示すように、９０°パルスの後の時間１１０、測定時間１１１、及びエコー信号時間１１２における振幅が示され、クリーン信号１１３がＳ１であり、「汚染された」信号１１４がＳ２であり、エコー信号１１５がＥである。連続的な測定を行う例示的なシステムにおいて、瓶の速度は、毎分２２０瓶から毎分５７０瓶の間で変化する。しかし、そのような方法は速度に依存しない。システムは、比率が所定の値より低くなった場合に、ベルトの浄化が必要であることを示す警告が発されるようになされ得る。
【００６３】
従来、このスピンエコー技法を使って、磁場の均一性を決定し、鉄粒子の量を決定し、又は、ＮＭＲ検査計量機能の品質を監視することは知られていなかった。
別の物体における鉄粒子の量的な検出にも、同一の方法が適用され得る。より一般的な場合において、そのような金属粒子は、磁場に直接に影響しないかもしれないが、ＦＩＤの検出に影響を与える可能性がある。これは、ＮＭＲの他の分野において有効な、スピンエコー以外のパルス・シーケンスを印加することによって検出され得る。
【００６４】
ＮＭＲ検査計量システムの連続的調整
ＮＭＲ（又はＭＲＩ）技術を利用して容器の内容物の質量を連続的に決定するシステムにおいて、物質が磁場に運び込まれて磁化される。物質を励起する電磁波を放射するために、コイル構造が利用される。同じコイルは、自由誘導減衰（ＦＩＤ）と呼ばれるその後の減衰信号を受信する。１つの実施の形態において、システムは、体積の中心において約０．１７Ｔの磁場を生成する永久磁石を含む。磁石の極の間にコイル構造がはめ込まれる。このコイルは、電磁波の送信器及び受信器として動作する。コイル構造設計は、特に気流による乱れを最小化するようになされてもよい。
【００６５】
ＮＭＲ測定は非破壊的であり、測定は１００％の手続を可能とするのに十分に高速である。更に、システムは、周辺環境の気流に影響されない。しかし、電子ドリフト効果、温度変化及び他の効果のために、信号振幅もまたドリフトし得ることが考えられる。これを防止するため、標準による周期的な確認が必要である。
【００６６】
多くの条件が、システムの性能低下及びドリフトを生じさせ得る。磁石及び電子機器の両方又はいずれかの温度は原因になり得る。結果としての信号のドリフトを引き起こし得る多くの原因が存在する。そのため、システム全体がきちんと同調されているかを定期的に確認する必要がある。生産を停止して「高品質サンプル（ｇｏｌｄｅｎ  ｓａｍｐｌｅ）」（制御サンプル）を実行することは混乱を生じさせるが、システム全体がアイソレータ設備内にある場合も非常に複雑である。更に、そのような実行は確認が難しく、大量の統計データの収集を必要とする。
【００６７】
ＮＭＲ技術を物質の計量に利用する場合、多くのドリフト原因を補償するために定期的な標準化ステップが必要である。従来の測定手法において、これは、定期的に秤に既知の重さを与え、調整することによって為された。
【００６８】
本方法の特定の実施の形態は、測定システムの内側にいわゆる「高品質サンプル」を取り付けることにより、少なくとも半永久的に、この定期的な標準化ステップを回避することを目的とする。正しいサンプルを決定する様々な方法が存在する。
【００６９】
１．反応が製品からの周波数帯と異なる周波数帯に入るサンプルを選択する。これは、製品の測定を妨げない。
２．減衰が製品に対する減衰よりもはるかに速いサンプルを選択する。そうすることにより、通常の測定が妨げられない。
【００７０】
３．製品と全く同様に振舞うサンプルを選択するか、製品そのものを選択する。利点としては、このサンプルに基づく任意の補正が、まさに製品に必要とされる補正である。
恒常的な安定性を有する特定のサンプルをコイル組み立て体に組み込む場合、必要なときはいつでも参照信号が取得され得る。この恒常的安定サンプルは、以下のうちのいずれか１つであり得る。
【００７１】
１．測定される必要のある製品と類似の構成のサンプル。結果として、空瓶のみのＦＩＤを決定することによって参照を得ることができるだけでなく、実際に空の容器を測定することが可能である。ノイズ効果のために、この参考なしでは、ゼロに近い充填量を決定することが不可能である。
【００７２】
２．事前磁化の時間が短い（短Ｔ１）ような構成のサンプル。これにより、飽和効果なしに短時間で多くの参照信号を入手することが可能になる。
３．減衰信号が非常に高速であるような構成のサンプル。この方法では、製品の測定が終わるとサンプル遅延が終了するため、正常な測定が乱されない。
【００７３】
ＮＭＲ測定システムにおける潜在的ドリフトの永久補償は、システムの機能の大幅な改善であり、更に、正当性確認処理に対するサポートを提供する。更に、高純度システムにおいて有用な、アイソレータ内のＮＭＲ測定システムの適用を可能とする。
【００７４】
図４ａ、４ｂ及び４ｃは、ＮＭＲ送受信プローブと、システムに静止サンプルを挿入する実施の形態の概略図である。
図４ａは、送受信プローブの電気配線回路１２０の概略を示す。配線は、交流電流が誘導された場合に、主磁場と垂直な方向、及び運搬機構の方向に変化する磁場が生成されるようになされる。図４ｂは、送受信コイル１３０の内側に静止サンプル１３１が置かれることを示す。送受信コイル１３０は、ＲＦ導体１３２と、オプションで、少なくとも部分的に被膜加工１３４で囲まれたファラデーケージ１３３とを含み得る。図４ｃは、送受信コイル１４０の配置の１つの実施の形態を示す。
【００７５】
ＴＬ光源における水銀の存在の決定
ＴＬ光源生産における１つの生産ステップは、少量の水銀の注入である。現在、この金属の実際の存在を、１００％検査ベースで非破壊的に決定する方法がない。ＮＭＲ技術は、測定体積（又は検査ゾーン）内の金属の存在に非常に敏感であり、そのために、任意のＮＭＲ信号のひずみの存在は、この金属又は任意の他の金属の存在を確認する手段として利用され得る。
【００７６】
ＮＭＲ装置は、運搬手段が測定される製品を検査ゾーンに通すことを可能とする開口の大きさを有する永久磁石を含む。磁石の内側において、特定のプローブは、製品素材を励起して反応を受信する、無線周波数電磁放射器／受信器として動作する。プローブは、システムを通して製品を運搬する運搬手段に対する裕度が最大になるように構成される。ＮＭＲ信号を生じさせる製品と、ガラス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなＮＭＲ信号を生じさせない製品との区別が重要である。
【００７７】
この実施の形態によれば、測定プローブは、安定したＮＭＲ信号を生成する素材の静止サンプルを備える。測定体積中の非常に少量の金属粒子の存在は、ＮＭＲ信号振幅の深刻な劣化をもたらす。ひずみの量が測定されてもよく、検査ゾーンを通過する製品内に実際に存在する水銀の量を決定するために役立ち得る。
【００７８】
１つの実施の形態において、該方法は、上記で詳細に説明されたような、磁石／アンテナ内の静止サンプルの実現形態を含む。更に、該実施の形態は、システムの内外で光源を移動させるようになされた運搬手段を含み得る。
【００７９】
水素原子を含む製品が磁場に持ち込まれる場合、関連する磁気モーメントは、外部磁場線に沿って整列される。整列は完璧ではなく、ベクトルは実際には、磁場線の周りに沿って歳差運動する。歳差周波数、即ちラーモア周波数は、外部磁場に線形比例するため、既知である。ラーモア周波数と同じ周波数を有する、外部磁場に垂直な第２の磁場を印加する場合、歳差運動は、回転が元の外部磁場と垂直になるまで増加し始める。送信パルスがオフされるとき、磁気モーメントは、ラーモア周波数の信号を発しながら元の状態に戻る。この減衰する信号は、既知の手段により電気回路を切り替えるだけで、信号が最初に放射されたのと同一のアンテナで検知され得る。物質が永久的にアンテナの内側に置かれる場合、減衰信号の持続的な検出が起こる。ＮＭＲは金属の影響に非常に敏感であるため、（水銀を含むがそれに限定されない）任意の追加の金属は、単体で又はアンテナ内の製品として、減衰信号の振幅の低減につながる。油サンプル内の金属粒子に関する事前の実験は、場合によっては、数マイクログラムの金属が３０％の信号の低減をもたらすことを示した。
【００８０】
非破壊的方法による金属粒子の混合の検出
該方法は、非破壊的且つ非接触的な方法で極めて正確に金属を検出する必要がある他の状況にも適用可能である。
【００８１】
金属粒子が全体として存在しないことに品質が依存する、多数の製品が存在する。ＮＭＲは、測定体積中の金属粒子の存在に非常に敏感であるため、金属粒子の検出に適用可能である。ＮＭＲは、例えば、薬剤中の金属粒子の検出に採用され得るが、それに限定するものではない。
【００８２】
自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号の振幅は製品の量に線形比例するが、ＦＩＤの形状もまた、幾つかの外部状況に依存する。局所における磁場の非均一性は、ＦＩＤを非常に高速に衰えさせる。鉄粒子は、局所の非均一性をもたらし、ＦＩＤ及び検知される信号を低減させる。影響は、ＮＭＲプローブ・アンテナとの干渉に関係するため、影響は、それらの粒子の大きさにも関係する。
【００８３】
フリーズドライされた製品の汚染レベルを検査するために、目視検査を適用することが知られている。該方法は、汚染の性質を区別することができず、フリーズドライされたケーキの内側の汚染を決定することができない。ＮＭＲ測定は、様々なサンプルのＦＩＤ信号を決定するために、多数の視覚的に汚染が決定された製品サンプル及び多数のクリーンなサンプルに適用される。
【００８４】
ケーキの塊そのものにＮＭＲプローブの焦点をあてて、より高い磁場を印加することにより、信号対雑音比は改善され得るが、ＮＭＲシステムは、約２０％のＦＩＤ信号差を検出することにより、汚染されたサンプルとクリーンなサンプルの区別ができた。実験システムは、金属粒子による信号損失と、内容物の低レベルとを区別しなかったが、２０％の信号差が、内容物の重量の２０％の差によるものである可能性は低い。従って、システムは、汚染がフリーズドライされたケーキの内部に存在する場合であっても、製品サンプルの金属汚染を示す際に有用である。汚染されたサンプルに対する結果としての信号は、予想より低いためである。
【００８５】
上記の通り、ＮＭＲ装置は、測定される製品の運搬手段が検査ゾーンを通過することを可能とする開口の大きさを有する永久磁石を含む。１つの実施の形態において、特定のプローブは、磁石内部において、製品の物質を励起して反応を受信する無線周波数電磁放射器／受信機として動作し得る。プローブは、システムを通じて製品を運搬する運搬機構に対する裕度が最大になるよう構成される。１つの実施の形態において、測定プローブは、安定なＮＭＲ信号を生成する素材である静止サンプルを備える。測定体積内の非常に少量の金属粒子の存在は、ＮＭＲ信号振幅の深刻な劣化をもたらす。
【００８６】
例えば組織及び流体などのＮＭＲ信号を生じさせない製品に関するような、もう１つの実施の形態において、測定プローブの内側への特定の安定なサンプルの挿入は不要である。少量の金属粒子の存在は、安定なサンプルが少なくとも半永久的に検査ゾーンの内側に配置される状況と同じ種別の信号ひずみを引き起こす。
【００８７】
サンプルが測定位置に来る前に、瓶のような容器の内容物の特性を非静止的な方法で決定するＮＭＲ技法の適用において、サンプルは磁場を通って移動し、それによって事前磁化（又は事前分極）される。測定位置において、サンプルは、例えば９０°パルスなどの励起パルスによって励起され得る。このパルスは、プロトンのスピンを、主磁場に垂直な平面で歳差運動させる。緩和プロセスは、各プロトンのスピンの歳差運動の位相ずれによって規定され、この自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号が測定される。この信号の振幅は、サンプル中のプロトンの量に線形比例するため、サンプル校正は、該方法が例えば計量のような測定方法として利用されることを可能とする。
【００８８】
分極のプロセスは、典型的な時定数Ｔ１（スピン格子定数）を有するプロセスである。一般に、事前磁化が完了したときに、ＮＭＲ測定が行われ得る。磁化期間として約５回のＴ１が経過したときに、この段階に到達する。多くの薬剤製品に対して、Ｔ１は約１秒である。完全に磁化されたＮＭＲ測定のためには、５秒間の事前磁化のステップが必要であり得る。
【００８９】
本方法が高速移動サンプルに適用される実施の形態においては、不完全に磁化されたサンプルが測定され、この測定は、その後の各サンプルの（磁場への露出に関する）履歴が同じである場合に、十分に正確である。例えば、Ｔ１に影響する要素は（特定の校正を介して）既知であり、測定値の計算に組み込まれることが可能であって（例えば、温度）、その後の各サンプルの速度は変動しないか、又は、正確に知られており補償され得る。
【００９０】
図５のグラフは、磁化曲線と、典型的にはＴ１の半分だけが磁化のために利用可能であるときに３９％の磁化がもたらされる結果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】図１は、計量ステーションを通過する個々の容器が所望の量の製品を含むことを検査するためのＮＭＲ検査計量ステーションを備える生産ラインの概略図である。
【図１ａ】図１ａは、検査ゾーンに傾斜磁場が印加される代わりの実施の形態に従う検査計量ステーションの形態を図示する。
【図１ｂ】図１ｂは、代替の検査計量ステーションを図示する。
【図１ｃ】図１ｃは、更なる検査計量ステーションを示す。
【図１ｄ】図１ｄは、もう１つの検査計量ステーションを示す。
【図１ｅ】図１ｅは、ＮＭＲ検査計量ステーションを備える生産ラインの概略的平面図である。
【図２】図２は、図１に示す検査計量ステーションの一部を形成し、該ステーションを制御する励起及び処理の電子機器のブロック図である。
【図３】図３は、ＮＭＲサンプル測定システムにおける鉄粒子の影響を示すスピンエコー技法の利用を示すグラフである。
【図４ａ】図４ａは、ＮＭＲ送受信プローブ配線回路の概略図である。
【図４ｂ】図４ｂは、システムに静止サンプルを挿入する１つの実施の形態の概略図である。
【図４ｃ】図４ｃは、ＮＭＲ送受信プローブの印象の該略図である。
【図５】図５は、相対磁化を、Ｔ１の割合である時間と比較する分極曲線を示すグラフである。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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