Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrollwägung eines Materials, das in einem Behälter enthalten ist, der eine Fertigungsstraße entlang läuft. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von Magnetresonanztechniken für eine derartige Kontrollwägung.

In der derzeitigen Industrieumgebung besteht andauernder Bedarf am Verbessern der Effizienz, der Qualität und der Ausbeute. Im Ergebnis werden automatisierte Systeme zur Kontrolle und Qualitätssicherung (QS) für Fertigungsstraßen zunehmend wichtig. Ein Typ einer Überwachungsvorrichtung, die allgemein in Produktfüllstraßen verwendet wird, ist eine Kontrollwägungsvorrichtung, die dazu verwendet wird, zu gewährleisten, dass die erforderliche Menge eines Erzeugnisses in jeden Behälter gegeben wird.

Gemäß einem Beispiel wird Kontrollwägung in der pharmazeutischen Industrie zum Überwachen und Regulieren der Menge eines Medikaments in einer abgedichteten Glasampulle während eines Füllvorgangs verwendet. Das Medikamentengewicht kann dem kleinen Wert eines Bruchteils eines Gramms entsprechen, und es muss mit einer Genauigkeit einiger Prozent oder besser bei Ampullen, die einige 10 Gramm wiegen, mit einer Rate einiger Wägungen pro Sekunde gewogen werden. Derzeit ist es, um die erforderliche Genauigkeit zu erzielen, erforderlich, die Ampullen der Fertigungsstraße zu entnehmen und sie auf Präzisionswaagen zu wiegen. Dies muss vor und nach dem Füllen erfolgen, um das Gewicht des Behälters zu berücksichtigen. Unvermeidlicherweise ist dies ein zeitaufwändiger Prozess, und es kann keine 100%-ige Inspektion erzielt werden, während der Durchsatz aufrecht erhalten bleibt. Im Ergebnis wird höchstens ein Bruchteil des Erzeugnisses getestet. Daher kann, wenn etwas falsch läuft und die Ampullen nicht mit der korrekten Medikamentenmenge befüllt sind, eine große Charge des Erzeugnisses vergeudet werden, bevor das Problem auch nur erkannt wird. Ferner muss, da eine Ampulle vor und nach dem Befüllen gewogen werden muss, das Wiegen zwischen dem Füllen und dichten Verschließen in einer aseptischen Umgebung ausgeführt werden.

GB-A-2149509 offenbart ein System zum Analysieren einer gewogenen Probe. Die zu analysierende Probe wird in einem NMR-Signalaufnehmer platziert, wo sie durch eine Waage (Gewicht-Frequenz-Wandler) gewogen wird, wobei gleichzeitig NMR-Signale von ihr erhalten werden. Von einer Kalibrierprobe erhaltene NMR-Signale werden dazu verwendet, die Analyseergebnisse automatisch zu korrigieren, wenn Parameter der Anlage geändert werden. Auf diese Weise werden die von der Kalibrierprobe erhaltenen Signale dazu verwendet, die Analyseergebnisse zu normieren.

DE-A-1803372 beschreibt ein Füllsystem innerhalb einer Fertigungsstraße, bei dem der befüllte Container mit Gammastrahlung bestrahlt wird und die Absorptionscharakteristik der Probe verarbeitet wird, um das Gewicht derselben zu ermitteln.

US-A-5291422 offenbart ein Instrument zur zerstörungsfreien Messung von Materialeigenschaften unter Verwendung einer Anzahl elektromagnetischer Abfragetechniken wie NMR, Röntgenstrahlung, Ultraviolett, Mikrowellen usw. Das Patent offenbart, dass ein NMR-System dazu verwendet werden kann, die Menge von Wasser und Öl in einer Probe zu messen.

US-A-5247934 offenbart ein System zum Diagnostizieren von Osteoporose. Das System verwendet Magnetresonanz-Bilderzeugung zum Erzeugen eines Bilds der Mikrostruktur des getesteten Knochens. Dieses bild wird dann mit einem ähnlichen Hild eines Knochens mit Osteoporose verglichen, um zu ermitteln, ob der getestete Knochen Osteoporose zeigt oder nicht.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine alternative Technik zur Kontrollwägung von Produkten in einer Fertigungsstraße zu schaffen.

Gemäß einer Erscheinungsform ist durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Anzeige der Masse jeder von mehreren Proben in einer Fertigungsstraße mit Folgendem geschaffen: einer Einrichtung zum Erzeugen eines eine Prüfzone in einer ersten Richtung durchsetzenden statischen Magnetfeldes zum Erzeugen einer Grundmagnetisierung innerhalb einer in der Prüfzone befindlichen Probe,

einer Einrichtung zum Zuführen eines Impulses eines die Prüfzone in einer unterschiedlichen zweiten Richtung durchsetzenden magnetischen Wechselfeldes zum vorübergehenden Ändern der Grundmagnetisierung der in der Prüfzone befindlichen Probe,

einer Einrichtung zum Messen der Energie, die von der Probe ausgesandt wird, wenn die Grundmagnetisierung der Probe in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt, und zum Ausgeben eines davon abhängigen Signals,

einer Einrichtung zum Speichern vorgegebener Eichdaten für mindestens eine ähnliche Probe bekannter Masse, wobei die Eichdaten eine Beziehung zwischen der Masse der mindestens einen ähnlichen Probe und einem entsprechenden Signalausgang der Messeinrichtung angeben,

einer Einrichtung zum Vergleichen des Signalausgangs der Messeinrichtung mit den Eichdaten, um die Anzeige der Masse der Probe zu erzeugen, und

einer Transporteinrichtung zum Transportieren der mehreren Proben längs eines Transportweges durch die Prüfzone,

wobei die Einrichtung zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes so arbeitet, dass sie ein statisches Magnetfeld erzeugt, das über die Länge des Transportweges im Wesentlichen homogen ist, so dass jede Probe über eine vorgegebene Zeitspanne vor Erreichen der Prüfzone dem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist. Diese Vorrichtung zeigt den Vorteil, dass sie in einer Produktbefüllungslinie online verwendet werden kann. Sie ist auch von Vorteil, da sie für eine kontaktfreie Messung der Masse des Inhalts eines Behälters unabhängig von der Behältermasse sorgen kann, wenn der Behälter aus einem Material besteht, das keine MR-Reaktion zeigt. Daher ist sie sehr nützlich, um die Masse kleiner Probenmengen zu bestimmen, wie. bei Proben, die zwischen 0,1 Gramm und 10 Gramm wiegen und die in Glasbehältern von 20 Gramm oder mehr enthalten sein können. Sie ist auch schnell und genau, sie ist einfach in die Fertigungsstraße integrierbar, und sie liefert eine Anzeige der Masse und nicht des Gewichts der Probe.

Die obige Vorrichtung kann bei einer Anzahl verschiedener Anwendungen verwendet werden, wie für Pharmazeutika, Kosmetika, Parfüme, Industriechemikalien, biologische Proben und Nahrungsmittelerzeugnisse. Sie ist besonders nützlich, um hochwertige Erzeugnisse zu messen, bei denen eine 100%-ige Messwerterfassung eine Vergeudung beträchtlich verringern kann. Sie kann dazu verwendet werden, die Masse von Proben zu bestimmen, die massiv, in Pulverform, flüssig und gasförmig oder in beliebigen Kombinationen hiervon vorliegen.

Durch die Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines dichten Behälters geschaffen, der eine vorbestimmte Probenmenge enthält, wobei das Verfahren über solche Schritte verfügt, dass jeder Behälter mit der vorgegebenen Probenmenge gefüllt wird,

die Probe in dem Behälter dicht verschlossen wird,

die einzelnen gefüllten Behälter längs einer Transportbahn einer Wägestation zugeführt werden,

die Probe in jedem der Behälter gewogen wird, und

Behälter, die nicht die vorgegebene Probenmenge innerhalb eines Toleranzbereichs enthalten, zurückgewiesen werden,

dadurch gekennzeichnet, dass zum Wägen

ein eine Prüfzone in einer ersten Richtung durchsetzendes statisches magnetisches Feld erzeugt wird, um in der gerade in der Prüfzone befindlichen Probe eine Grundmagnetisierung zu erzeugen,

ein die Prüfzone in einer zweiten, unterschiedlichen Richtung durchsetzender magnetischer Wechselfeldimpuls angelegt wird, um die Grundmagnetisierung der gerade in der Prüfzone befindlichen Probe vorübergehend zu ändern,

die von der laufenden Probe emittierte Energie gemessen wird, wenn die Grundmagnetisierung der laufenden Probe in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt, und in Abhängigkeit davon ein Signal ausgegeben wird, und

der erfasste Signalausgang mit Eichwerten verglichen wird, die eine Beziehung zwischen der Masse mindestens einer ähnlichen Probe bekannter Masse und dem entsprechenden gemessenen Signalausgang angeben, um eine Anzeige der Masse der laufenden Probe zu erzielen,

wobei ein statisches Magnetfeld erzeugt wird, das über eine Länge der Transportbahn im Wesentlichen homogen ist, so dass jede Probe über eine vorgegebene Zeitspanne dem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist, bevor sie die Prüfzone erreicht.

Nun werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 bildet einen Überblick einer Fertigungsstraße mit einer Magnetresonanz-Kontrollwägestation, um zu prüfen, ob jede befüllte Ampulle, die die Wägestation durchläuft, über die erforderliche Produktmenge verfügt.

2 ist ein Blockdiagramm einer Erregungs- und Verarbeitungselektronik, die einen Teil der in der 1 dargestellten Kontrollwägestation bildet.

3 ist ein Kurvenbild, das veranschaulicht, wie die Nettomagnetisierung einer Probe abhängig von der Zeit variiert, während der sie einem statischen Magnetfeld unterzogen wird, das einen Teil der in der 1 dargestellten Kontrollwägestation bildet;

4 ist ein Kurvenbild einen Erregungsstromimpulses, der an eine Erregungsspule gelegt wird, die einen Teil der in der 1 dargestellten Kontrollwägestation bildet;

5 ist ein Kurvenbild, das die Art zeigt, gemäß der das durch eine Probe erzeugte Signal abklingt, nachdem der in der 4 dargestellte Impuls des Erregungsstroms geendet hat;

6 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Zeit, wie sie zwischen Probenmessungen derselben Probe erforderlich ist;

7a veranschaulicht schematisch die Form einer Kontrollwägestation gemäß einer alternativen Ausführungsform, bei der ein Magnetfeldgradient über einer Prüfzone angelegt wird;

7b veranschaulicht die Form eines Impulses geringer Bandbreite, der an die in der 7a dargestellte HF-Spule angelegt wird, um einen ausgewählten Bereich der Prüfzone abzufragen;

7c veranschaulicht die geringe Bandbreite des in der 7b dargestellten Impulses;

8 veranschaulicht schematisch die Form einer Kontrollwägestation gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

9 veranschaulicht die Form noch einer anderen die Erfindung realisierenden Kontrollwägestation;

10 veranschaulicht die Form einer anderen die Erfindung realisierenden Kontrollwägestation;

11 ist ein Kurvenbild von Signalstärken, wie sie durch eine getestete Probe und eine Abdichtung erzeugt werden, die dazu verwendet wird, die Ampulle zu verschließen, in der die Proben enthalten ist; und

12 ist ein Kurvenbild der Signalstärken, die durch die getestete Probe und die Abdichtung der Ampulle, in der die Probe enthalten ist, erzeugt werden, nachdem ein Invertierungserregungsimpuls an die Ampulle gelegt wurde.

Die 1 zeigt einen Teil einer Fertigungsstraße, die Glasampullen 1 mit einer Medikamentenprobe befüllt. Insbesondere zeigt die 1 die Wägestation 3, die "inline" vorhanden ist, um jede der befüllten Ampullen zu wiegen, die sie durchlaufen. Die 1 zeigt auch eine Zurückweisstation 5, die diejenigen Ampullen aus der Straße entfernt, die keine ausreichende Menge des Medikaments enthalten, um den Bestimmungen zu genügen. Wie dargestellt, werden die Ampullen 1 von einer Füll- und Abdichtstation (nicht dargestellt) durch ein Förderband 7, das sich, wie es durch den Pfeil 9 dargestellt ist, aufgrund der Einwirkung sich drehender Förderräder in der Richtung z bewegt, zur Wägestation 3 transportiert.

Wie oben angegeben, werden bei der Erfindung Magnetresonanz(MR)-Techniken dazu verwendet, die Masse der Medikamentenprobe innerhalb jeder der Glasampullen 1 zu bestimmen. Wie es der Fachmann auf dem MR-Gebiet erkennt, werden bei dieser Ausführungsform Glasampullen als Behälter verwendet, da sie kein MR-Signal liefern, das den Messprozess stören könnte. Bei dieser Ausführungsform verfügt die Wägestation 3 über einen Permanentmagnet 13, eine HF-Spule 15 und ein Computer-Steuerungssystem 17. Der Magnet 13 wird zum Erzeugen eines homogenen oder statischen Gleichmagnetfelds in der x-Richtung über das Förderband 7 hinweg verwendet. Die Probe in der Glasampulle enthält Kerne, von denen jeder ein magnetisches Moment besitzt, beispielsweise ¹H-Kerne (Protonen). Dieses magnetische Moment ist ein Ergebnis des Spins der Kerne. Das magnetische Moment wirkt wie ein kleiner Stabmagnet, und seine Stärke hängt vom Typ der Kerne ab. Bevor die Probe im statischen Magnetfeld platziert wird, sind die einzelnen Kernmagnetmomente zufällig orientiert. Wenn sie in das statische Magnetfeld gelangen, zeigen sie die Tendenz, sich zum statischen Feld, in diesem Fall entlang der X-Richtung, auszurichten. Die magnetischen Momente können sich selbst entweder parallel oder anti-parallel zum statischen Feld ausrichten. Eine Ausrichtung parallel zum statischen Feld entspricht einem Zustand niedrigerer Energie, weswegen mehr magnetische Momente diese Orientierung einnehmen. Dies führt dazu, dass die Probe eine resultierende, makroskopische Nettomagnetisierung parallel zum statischen Feld zeigt.

Wie oben angegeben, besitzen die Kerne einen Spin, und als Ergebnis hiervon drehen sie sich oder präzedieren um das statische Magnetfeld. Die Frequenz dieser Präzession ist als Larmor-Frequenz bekannt, und sie hängt von der Stärke des statischen Magnetfelds ab. Insbesondere kann sie wie folgt definiert werden: Frequenz = &ggr;·B(1) wobei &ggr; das gyromagnetische Verhältnis der Probe ist und B die Magnetfeldstärke des durch den Magnet 13 erzeugten statischen Magnetfelds ist. Das gyromagnetische Verhältnis (&ggr;) steht in Zusammenhang mit der Stärke des magnetischen Moments des fraglichen Kerns. Beispielsweise beträgt das gyromagnetische Verhältnis für Protonen 42,57 MHz/Tesla.

Bei der Hauptzahl von Magnetresonanzsystemen ist die Stärke des statischen Magnetfelds dergestalt, dass die Larmor-Frequenz der Probe im Hochfrequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Wie es der Fachmann auf dem Magnetresonanzgebiet weiß, sorgt das Anlegen eines Wechselmagnetfelds mit der Larmor-Frequenz der Probe an diese, das orthogonal zum statischen Magnetfeld ausgerichtet ist, dafür, dass sich die Nettomagnetisierung der Probe um die Achse des Wechselmagnetfelds, weg von der Richtung des statischen Felds, dreht. Bei dieser Ausführungsform wird dieses Magnetfeld durch Zuführen eines entsprechenden Gleichstroms zur HF-Spule 15 erzeugt. Der Rotationswinkel der Nettomagnetisierung kann durch Variieren der der HF-Spule 15 zugeführten Energiemenge variiert werden. Bei dieser Ausführungsform wird zum Anregen der Probe ein Erregungsfeld verwendet, das für eine Drehung von 90° sorgt. Nachdem der 90°-Impuls an die Probe gelegt wurde, verbleibt diese in einem Nicht-Gleichgewichtszustand hoher Energie, aus dem sie in ihren Gleichgewichtszustand zurück relaxiert. Wenn sie relaxiert, wird elektromagnetische Energie mit der Larmor-Frequenz emittiert, wobei die zugehörige magnetische Komponente einen Strom in der HF-Spule 15 induziert, dessen Spitzenamplitude u. a. abhängig von der Anzahl der magnetischen Momente in der Probe und demgemäß der Anzahl der Moleküle in dieser variiert. Dann wird das empfangene Signal zum Computer-Steuerungssystem 17 geliefert, das die Spitzenamplitude des von der nicht bekannten Probe empfangenen Signals mit der Spitzenamplitude eines von einer Probe mit bekannter Masse (oder bekanntem Gewicht) empfangenen Signal vergleicht, um die Masse (oder das Gewicht) der getesteten Probe zu bestimmen.

Nun wird der Betrieb dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 detaillierter beschrieben. Die 2 ist ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten des bei dieser Ausführungsform verwendeten Computer-Steuerungssystems 17. Wie dargestellt, verfügt das Steuerungssystem über einen Anschluss 21 zum Verbinden desselben mit der HF-Spule 15. Wie dargestellt, ist der Anschluss 21, über einen Schalter 23, mit einem Signalgenerator 25 und einem Leistungsverstärker 27 verbindbar, die so betreibbar sind, dass sie das Erregungssignal erzeugen bzw. verstärken, das an die HF-Spule 15 gelegt wird. Der Anschluss 21 ist auch, über den Schalter 23, mit einem Empfangsverstärker 31 verbindbar, der das von der getesteten Probe empfangene Signal verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird dann durch das Filter 33 gefiltert, um Störsignalkomponenten zu entfernen, und es wird dann zum Mischer 35 geleitet, wo das empfangene Signal dadurch auf eine Zwischenfrequenz (ZF) heruntergewandelt wird, dass es mit einem durch den Signalgenerator 25 erzeugten geeigneten Mischsignal multipliziert wird. Das durch den Mischer 35 ausgegebene ZF-Signal wird dann durch das Filter 37 gefiltert, um durch den Mischer 35 erzeugte unerwünschte Komponenten zu entfernen. Dann wird das gefilterte ZF-Signal durch den A/D-Wandler 39 in ein entsprechendes digitales Signal gewandelt und dann an den Mikroprozessor 41 weitergeleitet.

Wie es durch die gestrichelten Steuerungsleitungen 43 und 45 dargestellt ist, steuert der Mikroprozessor 41 den Betrieb des Signalgenerators 25 und des Schalters 23. Insbesondere arbeitet der Mikroprozessor 41 so, dass er gewährleistet, dass der Signalgenerator 25 das Erregungssignal dann erzeugt, wenn sich die gefüllte Ampulle 1 an der gewünschten Stelle innerhalb der Kontrollwägestation 3 befindet. Der Mikroprozessor 41 weiß aufgrund eines von der Positionssensorelektronik 47 empfangenen Signals, wann sich die Ampulle 1 an der korrekten Stelle befindet, wobei diese Elektronik über einen Anschluss 49 mit einem in der Kontrollwägestation 3 montierten optischen Positionssensor 50 verbunden ist. Insbesondere wird, gemäß der 1, wenn die Glasampulle 1 am optischen Positionssensor 50 vorbei läuft, ein Lichtstrahl 52 unterbrochen. Dies wird durch die Positionssensorelektronik 47 erfasst, die dies ihrerseits dem Mikroprozessor 41 signalisiert. Auf Grundlage dieser Information und der Geschwindigkeit des Förderbands 7 (von der Förderbandsteuerung 51 geliefert) bestimmt der Mikroprozessor den geeigneten Zeitpunkt zum Zuführen des Erregungsstromstoßes, und er liefert ein entsprechendes Signal an den Signalgenerator 25.

Wie es der Fachmann auf dem Magnetresonanzgebiet weiß, ist eine endliche Zeitperiode erforderlich, dass sich die Nettomagnetisierung der Probe entlang der X-Richtung entwickelt, nachdem diese in das durch den Magnet 13 erzeugte statische Feld eingetreten ist. Wenn das Erregungssignal an die HF-Spule 15 geliefert wird, bevor sich die Magnetisierung vollständig entwickelt hat, ist die Stärke des durch die Probe erzeugten Signals nicht maximal. Die 3 veranschaulicht die Art, gemäß der die Nettomagnetisierung und so die Stärke des sich ergebenden, durch die Probe erzeugten Signals abhängig von der Zeit im statischen Magnetfeld variiert. Wie dargestellt, hat die Kurve die folgende allgemeine Form:

Die 4 zeigt den 90°-Impuls des Wechselerregungsstroms, wie er durch den Signalgenerator 25 und den Leistungsverstärker 27 an die HF-Spule 15 geliefert wird. Bei dieser Ausführungsform verfügt der Erregungsstrompuls über eine Dauer (t_p) von 30 Mikrosekunden, und seine Frequenz entspricht der Larmor-Frequenz der getesteten Probe im statischen Magnetfeld. Bei dieser Ausführungsform ist ein Kondensator (nicht dargestellt) zwischen die Enden der HF-Spule 15 geschaltet, so dass diese auf die Larmor-Frequenz der Probe abgestimmt wird. Das Abstimmen der HF-Spule 15 auf diese Weise macht das System weniger anfällig für elektromagnetische Interferenz oder andere MR-Signale von Kernen mit anderen gyromagnetischen Verhältnissen. Der die HF-Spule 15 fließende Erregungsstrom erzeugt ein entsprechendes Magnetfeld in der Z-Richtung. Wie oben angegeben, bewirkt dieses erregende Magnetfeld, dass sich die Nettomagnetisierung der Probe in der Ampulle 1 mit der Larmor-Frequenz um die Z-Achse dreht oder um diese präzediert. Wenn der Erregungsstrom von der HF-Spule 15 weggenommen wird, beginnen die Kerne in der Probe in ihre Gleichgewichtspositionen zurück zu relaxieren, wobei sie HF-Energie mit der Larmor-Frequenz emittieren. Dies induziert in der HF-Spule 15 ein Signal, das exponentiell abklingt und wie folgt beschrieben werden kann:

Wie oben angegeben, ist die Spitzenamplitude des Signals, das durch die Probe in der HF-Spule 15 induziert wird, direkt proportional zur Anzahl der magnetischen Momente in der Probe. Demgemäß überwacht, bei dieser Ausführungsform, der Mikroprozessor 41 den Peaksignalpegel, den er vom A/D-Wandler 39 empfängt, nachdem das Erregungssignal von der HF-Spule 15 weggenommen wurde. Dann vergleicht der Mikroprozessor 41 diesen Peaksignalpegel mit Kalibrierdaten, die durch Testen einer ähnlichen Probe oder ähnlicher Proben mit bekannter Masse erhalten wurden, um für einen Hinweis der Masse der aktuell getesteten Probe zu sorgen. Bei dieser Ausführungsform werden diese Kalibrierdaten von einer Anzahl ähnlicher Proben verschiedener bekannter Massen während einer Kalibrierroutine vor dem Start der Herstellcharge erhalten und in einem Speicher 53 abgespeichert. Bei dieser Ausführungsform bilden die Kalibrierdaten eine Funktion, die einen Zusammenhang zwischen der Spitzenamplitude des von der getesteten Probe empfangenen MR-Signals und der Masse der Probe herstellt.

Wenn bei dieser Ausführungsform der Mikroprozessor 41 ermittelt, dass die Masse der aktuell analysierten Probe innerhalb einer vorgegebenen Toleranz nicht der erforderlichen Masse entspricht, gibt er auf der Steuerleitung 55 ein Steuersignal an die Zurückweisungssteuerung 57 aus. Dann gibt die Zurückweisungssteuerung ein Signal am Ausgangsanschluss 59 aus, der mit der Zurückweisstation 5 verbunden ist, um dafür zu sorgen, dass diese die getestete, aktuelle Ampulle 1 vom Förderband 7 entfernt, wenn sie an der Zurückweisstation 5 anlangt.

Wie es in der 2 dargestellt ist, verfügt das Computer-Steuerungssystem 17 auch über eine Benutzerschnittstelle 61, die es dem Benutzer ermöglicht, in das Steuerungssystem 17 den Wert einzuprogrammieren, den die korrekte Masse für jede Probe bei einer vorgegebenen Produktcharge aufweisen sollte.

Vorstehend erfolgte eine allgemeine Beschreibung einer die Erfindung realisierenden Kontrollwägevorrichtung. Die Vorrichtung kann dazu verwendet werden, die Masse der meisten Proben zu bestimmen, vorausgesetzt, dass sie ein eine MR-Reaktion zeigendes Element mit bekannter Menge relativ zu den anderen Elementen in der Probe enthalten. Da der Wasserstoffkern, oder das Proton, dasjenige Element ist, das das größte MR-Signal liefert, da es über das stärkste magnetische Moment verfügt, ist er der am häufigsten verwendete. Zu anderen Isotopen, die über einen Kernspin verfügen und daher ein MR-Signal liefern, gehören: bestimmte Isotope von Stickstoff, Phosphor, Natrium, Kalium, Fluor und Kohlenstoff sowie Sauerstoff. Wenn die oben beschriebene Kontrollwägestation 3 die Masse verschiedener Proben unter Verwendung der MR-Signale von verschiedenen, eine MR-Reaktion zeigenden Elementen ermitteln kann, muss das Computer-Steuerungssystem 17 Kalibrierdaten für jede der verschiedenen Proben speichern. Sie muss auch Signale bei den verschiedenen Larmor-Frequenzen, die benötigt werden, um die verschiedenen, eine MR-Reaktion zeigenden Elemente anzuregen, erzeugen und empfangen zu können.

Um den Betrieb der Erfindung weiter zu veranschaulichen, wird nun ein Beispiel beschrieben.

Bei diesem Beispiel wurden Glasampullen 1 mit einem Fassungsvermögen von 35 Milliliter verwendet, die jeweils 5 Milliliter von mit Kupfersulfat dotiertem Wasser enthielten (um die T₁-Relaxationszeit des Wassers auf 100 ms zu verkürzen). Die Masse des Wassers wurde durch Messen des MR-Signals von den in der Glasampulle enthaltenen Wasserstoffkernen und durch Vergleichen desselben mit den gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt. Der verwendete statische Magnet erzeugte ein Magnetfeld von 0,15 Tesla in der X-Richtung. Die Larmor-Frequenz von Wasserstoff in einem derartigen Gleichfeld beträgt 6,38 MHz. Dies wird dadurch berechnet, dass die Stärke des Gleichmagnetfelds mit dem gyromagnetischen Verhältnis von Wasserstoff (das 42,57 MHz/Tesla beträgt) multipliziert wird. Das gyromagnetische Verhältnis für andere, eine MR-Reaktion zeigende Elemente findet sich in CRC Handbook of Chemistry & Physics, veröffentlicht von CRC Press Inc. Das Computer-Steuerungssystem 17 lieferte dann einen Erregungswechselstrom mit 6,7 A und einer Frequenz von 6,4 MHz für 30 &mgr;s an die HF-Spule 15. Die Resonanz der Wasserstoffatome im Wasser, hervorgerufen durch das erregende Magnetfeld, induzierte zunächst ein Signal von einigen wenigen Millivolt in der HF-Spule 15. Dieser Peaksignalpegel wurde dann mit den gespeicherten Kalibrierdaten (dadurch erhalten, dass ähnliche MR-Messwerte für eine Anzahl von Behältern mit verschiedenen bekannten Wassermengen erfasst wurden) verglichen, um die Masse des Wassers in jeder Glasampulle zu bestimmen. Die Ergebnisse der Technik wurden dann mit unter Verwendung von Waagen erzielten Wägeergebnissen verglichen. Dieser Vergleich zeigte, dass die MR-Kontrollwägetechnik einen Hinweis für die Wassermenge mit einer Genauigkeit von ±2% liefert.

Bei dieser Ausführungsform benötigt der Mikroprozessor ungefähr 100 Mikrosekunden zur Erregung und zum Aufnehmen eines Messwerts für das empfangene MR-Peaksignal. Dieses wird dann verarbeitet, um die Masse des Wassers in der Ampulle in Echtzeit zu bestimmen. Die theoretische Grenze für den Durchsatz (d. h. die Anzahl der Ampullen, die pro Sekunde gewogen werden können) beträgt demgemäß ungefähr 10.000 Ampullen pro Sekunde, was gut innerhalb der 300 Ampullen pro Minute liegt, wie dies typischerweise bei aktuellen Fertigungsstraßen benötigt wird.

Wie es der Fachmann erkennt, liefert die obige Technik zur Kontrollwägung eine Anzahl deutlicher Vorteile gegenüber den Kontrollwägungssystemen aus dem Stand der Technik. Zu diesen gehören:

• i) die Technik beinhaltet einen einzelnen Schritt eines Wägeprozesses, der online ausgeführt werden kann – bisher mussten zwei Wägemesswerte erhalten werden, einer vor und einer nach dem Befüllen, um das Gewicht der Ampulle zu berücksichtigen;
• ii) die Probe kann in ihrer endgültigen Verpackung gewogen werden, nachdem sie abgedichtet wurde, weswegen sie außerhalb des aseptischen Befüllungsraums gewogen werden kann;
• iii) die Technik liefert kontaktfrei ein Maß für die Masse der Probe, unabhängig von der Masse der Ampulle;
• iv) die Messung beeinflusst die Zusammensetzung oder die Qualität der Probe nicht, und aus dem MR-Signal kann auch Zusammensetzungsinformation erhalten werden, falls erforderlich;
• v) die Technik ermöglicht eine schnelle Messung der Probenmasse, so dass eine 100%-ige Messwerterfassung für Produkte selbst bei normalen Herstelldurchsätzen erfolgen kann;
• vi) da die Technik ein Maß für die Probenmasse unabhängig von der Ampullenmasse liefert, kann die Technik auch für eine genaue Bestimmung der Masse von Proben sorgen, die klein in Bezug auf die Ampulle sind (beispielsweise Probe von 200 mg in Ampullen von 10 g);
• vii) die Technik benötigt im Allgemeinen relativ kleine Werte des statischen oder Gleichmagnetfelds (weniger als 0,5 Tesla), da, in den meisten Fällen, eine Volumenmessung über das gesamte Probenvolumen ausgeführt wird, wodurch sich die Magnetkosten verringern und es auch ermöglicht ist, Permanent- oder Elektromagnete und nicht supraleitende Magnete zu verwenden;
• viii) die Technik ermöglicht es, eine große Vielfalt von Probengrößen mit demselben System unter Verwendung entweder von Ampullen derselben Größe oder unter Verwendung von Ampullen verschiedener Größe mit verschieden bemessenen HF-Spulen genau zu wiegen;
• ix) die Technik ermöglicht es, die Probe kontinuierlich durch die Wägestation zu bewegen, ohne dass sie stoppt, da die Messung innerhalb kurzer Zeit relativ zum Durchsatz ausgeführt werden kann.

Bei der obigen Ausführungsform wurde für jede Ampulle ein einzelner Messwert der Probenmasse bestimmt. Die Genauigkeit der Messung ist nur durch Zufallsrauschen im System bestimmt. Dies kann dadurch verbessert werden, dass ein Mittelwert aus wiederholten Messungen gebildet wird. Jedoch ist die Rate, mit der Messungen an derselben Probe vorgenommen werden können, durch die oben erörterte T₁-Relaxationszeit bestimmt. Insbesondere benötigt es, nachdem das Erregungssignal weggenommen wurde, ungefähr 3 T₁, dass die Protonen in ihren ursprünglichen Ausrichtungszustand im statischen Magnetfeld zurückkehren, zu welchem Punkt ein weiterer Erregungsstromstoß zugeführt werden kann. Dies ist in der 6 veranschaulicht. Beim oben erörterten Beispiel beträgt die T₁-Relaxationszeit für Wasser ungefähr 100 ms, weswegen dann, wenn vier Messwerte für jede Probe erfasst werden, der Durchsatz ungefähr zwei Wiegevorgänge pro Sekunde betragen kann. Getrennte Messwerte können entweder unter Verwendung einer Anzahl verschiedener HF-Spulen erhalten werden, die entlang der Z-Richtung räumlich voneinander getrennt sind. Alternativ könnte das Förderband jedesmal dann gestoppt werden, wenn eine Ampulle den Prüfbereich erreicht, und es könnten, mehrere Messungen erfolgen. Mehrere Messungen an derselben Probe sind auch dann möglich, wenn die Prüfzone des Magnets und der HF-Spule ausreichend groß ist, um es unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Förderbands zu ermöglichen, mehrere Messwerte zu erfassen. Bei einer derartigen Ausführungsform hängt die Genauigkeit des Systems von der Homogenität der HF-Spule und des Magnetfelds innerhalb der Prüfzone sowie vom Signal/Rauschsignal-Verhältnis des Systems und vom Füllfaktor der HF-Spule ab. Wenn die Feldmuster des Magnets und der HF-Spule vorab bekannt sind, kann diese Kenntnis dazu verwendet werden, an den verschiedenen Messsignalen Korrekturen vorzunehmen. Außerdem können zusätzliche X-, Y- und Z-Spulen (in der Technik als Trimmspulen bekannt) vorhanden sein, um die Homogenität des statischen Magnetfelds zu verbessern.

Bei dar ersten Ausführungsform wurde zu einem jeweiligen Zeitpunkt eine einzelne Ampulle innerhalb der Prüfzone der HF-Spule positioniert. Die 7a veranschaulicht schematisch Komponenten einer Kontrollwägestation 3, die es ermöglicht, gleichzeitig mehrere Ampullen innerhalb der Prüfzone der HF-Spule zu positionieren, und die es ermöglicht, an der Probe innerhalb jeder Ampulle individuell eine Massenmessung vorzunehmen. Um dies zu bewerkstelligen, ist, bei dieser Ausführungsform, zusätzlich zum statischen Magnet 13 und zur HF-Spule 15, ein separates Paar von Spulen 71 und 73 vorhanden, die an jeder Seite des Förderbands 7 positioniert sind und so arbeiten, dass sie über dieses hinweg einen Magnetfeldgradienten erzeugen. Als Ergebnis dieses Gradienten differieren die statischen Magnetfelder, wie sie sich bei jeder der Glasampullen zeigen, und demgemäß variieren die Larmor-Frequenzen der Proben in jeder der drei Ampullen in der Prüfzone. Demgemäß kann jede Ampulle dadurch getrennt abgefragt werden, dass drei verschiedene, schmalbandige HF-Impulse mit der geeigneten Larmor-Frequenz zugeführt werden. Die 7b veranschaulicht die Form eines schmalbandigen Impulses, der dazu verwendet werden kann, eine der drei Proben in der Prüfzone der HF-Spule abzufragen, und die 7c zeigt den Frequenzinhalt des Impulses. Wie dargestellt, verfügt der Impuls über eine einer Sinusfunktion entsprechende Einhüllende, und er zeigt eine Zeitdauer (t_p) von ungefähr 4 Millisekunden. Daher verfügt er über eine Bandbreite (&Dgr;f) von ungefähr 1 kHz, und er liegt zentriert zur geeigneten Larmor-Frequenz f₀. Alternativ könnte ein breitbandiger HF-Impuls über die Prüfzone zugeführt werden, und die sich ergebenden MR-Signale von den Proben könnten dadurch aufgelöst werden, dass die Fourier-Transformierte des empfangenen Signals nach dem Ende des Erregungsimpulses gebildet wird, wie es bei der MR-Bilderzeugung standardmäßige Praxis ist.

Beim oben unter Bezugnahme auf die 7 beschriebenen Beispiel sind die Gradientenspulen so angeordnet, dass sie einen Gradienten in derselben Richtung wie der des durch den Magnet 13 erzeugten statischen Magnetfelds bilden. Auf dem Gebiet der Technik der Bilderzeugung durch magnetische Resonanz ist es gut bekannt, dass Gradientenspulen angebracht werden können, um für Magnetfeldgradienten in einer oder mehrerer der Achsen X, Y oder Z zu sorgen, so dass das gesamte Volumen der Prüfzone räumlich aufgelöst werden kann. Die 8 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der zwei Gradientenspulen 71 und 73 an entgegengesetzten Enden der Prüfzone der HF-Spule vorhanden sind. Wie dargestellt, verfügt, bei dieser Ausführungsform, die HF-Spule 15 über drei getrennte Abschnitte 15a, 15b und 15c. Der Fachmann erkennt, dass durch Anlegen eines Magnetfeldgradienten entlang der Länge des Förderbands 7 über die Prüfzone hinweg, jede der Proben getrennt oder gleichzeitig abgefragt werden kann, auf dieselbe Weise wie bei der unter Bezugnahme auf die 7 beschriebenen Ausführungsform.

Bei den unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschriebenen Ausführungsformen wurden mehrere Proben innerhalb der Prüfzone positioniert und entweder getrennt oder gleichzeitig abgefragt. Bei diesen Ausführungsformen können, da jede dieser Proben ein leicht verschiedenes Magnetfeld erfährt und es sich an einer anderen Position in Bezug auf die HF-Spule befindet, für jede der Erfassungspositionen getrennte Kalibrierdaten verwendet werden, um zu versuchen, Fehler zu verringern, die durch Inhomogenitäten im statischen Magnetfeld oder der HF-Spule verursacht sind.

Bei den obigen Ausführungsformen erzeugte die HF-Spule ein Magnetfeld in der Z-Richtung entlang der Bewegungsrichtung des Förderbands 7. Wie es der Fachmann erkennt, ist dies nicht wesentlich. Die HF-Spüle kann unter jedem beliebigen Winkel relativ zum Gleichmagnetfeld positioniert werden, vorausgesetzt, dass das Feld, das sie erzeugt, über die getestete Probe relativ homogen ist, und dass es eine Komponente enthält, die orthogonal zum statischen Magnetfeld verläuft. Die 9 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform, bei der drei getrennte HF-Spulen 15d, 15e und 15f unter dem Förderband 7 vorhanden sind, von denen jede so betreibbar ist, dass sie ein Wechselmagnetfeld in der Y-Richtung, d. h. aus der Papierebene heraus, erzeugt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Proben in drei Ampullen gleichzeitig zu testen. Sie ermöglicht es auch, dass das System die Probe in jeder Ampulle drei Mal abfragt, ein Mal durch jede der HF-Spulen.

Bei den obigen Ausführungsformen wurde ein Permanentmagnet dazu verwendet, das benötigte statische Magnetfeld zu erzeugen. Wie es der Fachmann erkennt, können anstelle des Permanentmagnets Elektromagnete, Strom führende Spulen oder supraleitende Magnete verwendet werden, um das benötigte Gleichmagnetfeld zu erzeugen. Außerdem wurde, bei den obigen Ausführungsformen, das Gleichmagnetfeld in der X-Richtung an das Förderband angelegt. Wie es der Fachmann erkennt, kann das Magnetfeld in jeder beliebigen Richtung durch die Probe hindurch angelegt werden. Beispielsweise können der Nord- und der Südpol des Magnets über und unter dem Förderband platziert werden, wobei sich die HF-Spule beispielsweise in derselben Orientierung wie bei der ersten Ausführungsform befindet. Die 10 zeigt noch eine andere Ausführungsform, bei der eine Magnetspule 75 entlang einem Stück des Förderbands 7 aufgewickelt ist, um das statische Magnetfeld entlang der Länge des Förderbands, d. h. in der Z-Richtung, zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform ist die HF-Spule 15 an einer Seite des Förderbands 7 vorhanden, und eine getrennte Messspule 77 ist an der entgegengesetzten Seite des Förderbands 7 vorhanden.

Wie es der Fachmann auf dem MR-Gebiet erkennt, existieren viele andere Konfigurationen, die es ermöglichen, einen Messwert für die Masse einer Probe zu erhalten.

Bei den obigen Ausführungsformen wurde die Kontrollwägung ausgeführt, nachdem die Ampulle befüllt und abgedichtet war. Jedoch erzeugt, bei einigen Anwendungen, das zum Abdichten der Ampulle verwendete Material ein MR-Signal. Wenn beispielsweise eine Kappe aus Kunststoff oder Kautschuk dazu verwendet wird, die Ampulle abzudichten, erzeugen die in der Kunststoffabdichtung enthaltenen Wasserstoffatome ebenfalls ein MR-Signal, das die Messergebnisse stören könnte. Es existieren verschiedene Wege zum Lösen dieses Problems. Erstens könnte die Kontrollwägestation vor der Abdichtungsstation vorhanden sein. Jedoch ist eine derartige Ausführungsform nicht bevorzugt, da sich dann auch die Kontrollwägestation innerhalb der aseptischen Umgebung der Befüllstation befinden müsste. Alternativ kann dieses Problem dadurch gelindert werden, dass Empfangsspulen verwendet werden, die unter dem Förderer 7 liegen, wie die in der 9 dargestellten, da diese Spulen empfindlicher auf das durch die Probe erzeugte MR-Signal als auf das durch die Abdichtung erzeugte MR-Signal sind (da die Probe dichter an der HF-Spule als die Abdichtung liegt). Noch alternativ kann ein Magnetfeldgradient entlang der Länge der Flasche angelegt werden, und es kann ein HF-Impuls geringer Bandbreite zugeführt werden, wie in der 7b, so dass nur derjenige Teil der Flasche, der die Probe enthält, abgefragt wird.

Wenn die T₂-Relaxationszeit für die Abdichtung kleiner als die T₂-Relaxationszeit für die getestete Probe ist, kann dieses Problem ebenfalls überwunden werden, wie es in der 11 dargestellt ist, wenn eine feste Periode (t_m) gewartet wird, bevor die Peaksignalamplitude des empfangenen MR-Signals gemessen wird. Dies, da das MR-Signal 81 von der Abdichtung schneller auf Null abfällt als das MR-Signal 83 von der Probe. Auf ähnliche Weise kann, wenn sich die T₁-Relaxationszeit der Probe von der T₁-Relaxationszeit der Abdichtung unterscheidet, dieses Problem auch dadurch überwunden werden, dass als Erstes ein 100°(Invertierungs-)-HF-Impuls an die getestete Ampulle angelegt wird, um die Nettomagnetisierung der Probe und der Abdichtung umzukehren, und dann gewartet wird, bis die Kerne der Abdichtung in einem solchen Zustand vorliegen, dass dann, wenn ein weiterer 90°-HF-Prüfimpuls zugeführt wird, durch die Abdichtung kein Signal erzeugt wird. Dies ist in der 12 veranschaulicht, die die Signalstärke 85 zeigt, wie sie von der Probe erhalten werden kann, sowie die Signalstärke 87, die von der Abdichtung erhalten werden kann, nachdem der 180°-Impuls zugeführt wurde. Wie dargestellt, wird, da die zwei Materialien über verschiedene T₁-Relaxationszeiten verfügen, durch die Abdichtung kein Signal erzeugt, sondern ein solches wird durch die Probe erzeugt, wenn zum Zeitpunkt t_e ein 90°-Prüfimpuls zugeführt wird.

Bei den obigen Ausführungsformen ist eine Ampulle verwendet, die kein MR-Signal erzeugt. Wie es der Fachmann erkennt, können auch Ampullen verwendet werden, die ein MR-Signal erzeugen, und es könnten die obigen Techniken, die dazu verwendet wurden, die Signale von der Abdichtung und der Probe zu trennen, dazu verwendet werden, die Signale von der Probe und der Ampulle zu trennen.

Bei der ersten Ausführungsform wurde eine Heterodyn-Empfangsschaltung dazu verwendet, das durch die Probe erzeugte MR-Signal zu empfangen und zu verarbeiten. Wie es der Fachmann erkennt, können andere Arten von Empfangsschaltungen verwendet werden, wie einfache Einhüllendendetektorschaltungen oder Synchrondetektoren. Jedoch ist ein Heterodynempfänger bevorzugt, da der Mikroprozessor auch das empfangene Signal verarbeiten kann, um Phaseninformation zu entnehmen, die beispielsweise dazu verwendet werden können, die Probe in einer vorgegebenen Abmessung räumlich aufzulösen.

Bei der ersten Ausführungsform bestimmte die Verarbeitungsschaltung das Peaksignal, das empfangen wurde, nachdem das Erregungssignal von der HF-Spule weggenommen wurde. Wie es der Fachmann erkennt, können andere Verarbeitungstechniken verwendet werden, um ein Signal auszugeben, das abhängig von der Größe der Nettomagnetisierung der Probe und so von der Anzahl der in ihr enthaltenen magnetischen Momente variiert, vorausgesetzt, dass die Signale von den Kalibrierproben auf ähnliche Weise verarbeitet werden. Beispielsweise kann der Mikroprozessor so ausgebildet sind, dass er den mittleren Signalpegel des empfangenen Signals über eine vorbestimmte Zeitperiode ermittelt.

Bei der obigen Ausführungsform wurden die Kalibrierdaten als Funktion gespeichert, die eine Beziehung zwischen der Spitzenamplitude des von der getesteten Probe empfangenen MR-Signals und der Masse oder dem Gewicht der Probe herstellt. Als alternative Ausführungsform können die Kalibrierdaten als Nachschlagetabelle gespeichert werden, wobei die Spitzenamplitude des von der aktuell getesteten Probe empfangenen MR-Signals zum Adressieren der Nachschlagetabelle verwendet wird und eine Interpolation dazu verwendet wird, die Masse oder das Gewicht der Probe zu bestimmen, wenn das von der aktuell getesteten Probe empfangene MR-Signal zwischen Werte in der Nachschlagetabelle fällt. Außerdem können die Kalibrierdaten unter Verwendung mehrerer Signale mit jeweils verschiedenen Massen erzeugt werden, so dass eine Statistik bestimmt werden kann, die angibt, wie durch Proben derselben Masse erzeugte Signale variieren. Diese Statistik kann dann dazu verwendet werden, einen möglichen Fehlerbereich für jede vorgegebene Messung einer Probe mit unbekanntem Gewicht zu liefern, der bei der Entscheidung verwendet werden kann, ob die Probe aus der Fertigungsstraße zurückgewiesen werden sollte oder nicht.

Wie es der Fachmann erkennt, hängt die Auswahl der Stärke des Magnetfelds des Gleichmagnets vom für die Verarbeitungselektronik benötigten Signal/Rauschsignal-Verhältnis (SRV) ab, da dieses zunimmt, wenn das statische Magnetfeld größer wird, wobei ein hohes Signal/Rauschsignal-Verhältnis zu hoher Wiederholbarkeit führt. Daher würde, wenn bei sehr kleinen Proben hohe Genauigkeit benötigt wird, ein höheres statische Steuerungsmodul als für mittlere Genauigkeit an größeren Proben verwendet werden. Es ist auch möglich, das Signal/Rauschsignal-Verhältnis dadurch zu erhöhen, dass der Störsignalpegel unter Verwendung kleiner HF-Spulen verringert wird, um den Füllfaktor und so den sich ergebenden Signalpegel zu magnetisieren. Jedoch existiert in diesem Fall ein Kompromiss, da eine gute HF-Homogenität über das Probenvolumen erforderlich ist, um den Effekt von Ungenauigkeit bei einer Umpositionierung zu minimieren, wobei dies am besten unter Verwendung einer HF-Spule bewerkstelligt wird, die so groß wie möglich ist.

Bei der obigen Ausführungsform wurde das Gewicht der Probe unter Verwendung von MR-Techniken gemessen. Wie es der Fachmann erkennt, kann, zusätzlich zum Wiegen jeder der Proben, das von den Proben zurückgelieferte Signal für andere Qualitätskontrollzwecke verwendet werden. In diesem Fall werden andere Parameter als die Spitzenamplitude des von der Probe empfangenen MR-Signals, wie die T₂-Relaxationszeit, verwendet.