CN104048983A - 用于快速并可靠地检测和识别微量特定物质的磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于快速并可靠地检测和识别微量特定物质的磁共振设备。涉及具有预定义的零外部场磁共振签名的标签剂物质的检测和识别。在预定时间和频率扫描模式内用电磁辐射的特定激励脉冲的序列辐射包括标签剂物质的物体，以预定时间和频率获取模式从物体接收响应性的核自旋回波信号，并生产指示该核自旋回波信号的数据。使用的扫描和获取模式允许使用双脉冲自旋回波激励技术或者稳态自旋回波激励技术连续发送多个频率的脉冲，在特定激励频率的两个连续激励脉冲之间的时间间隙内连续获取多个核自旋回波响应信号。所产生的数据与对应于预定标签剂物质的基准数据相关联，并且基于所确定的关联识别一种或者更多种标签剂物质。

Description

用于快速并可靠地检测和识别微量特定物质的磁共振设备

技术领域

本发明涉及检测和识别具有预定义的零外部场磁共振签名（signature）的微量物质。

背景技术

已经提出了很多技术用于验证贵重的单据（例如，钞票）、物品（例如，珠宝、绘画）等诸如此类。例如，NL6,613,250提出使用化学测试来识别印刷单据为真，并且美国专利No.4,451,521、6,344,261和6,383,618提出各种发光技术用于验证贵重/安全单据。

在美国专利No.4,376,264中描述了用于验证或者识别有价值的纸张的磁共振技术（电子顺磁共振EPR，也称为电子自旋共振ESR），其提出使用具有利用微波频带（从1GHz开始）的高场EPR检测到的EPR特性的物质。在美国专利No.5,149,946中描述的另一个方法中，提出了射频频带ESR验证技术。

美国专利No.5,175,499描述使用微波或者射频源来发出激发电磁辐射的用于验证共振材料的技术。一些更近期的专利文献公开，诸如CH662194、WO02/084608和DE10118679提出为了识别和验证有价值的纸张和其它物体来使用EPR（电子顺磁共振）和FMR（铁磁共振）。

上述技术是基于多种磁共振现象。这些现象与在存在外部磁场的情况下单独作用或者协作作用的核、电子、原子或者分子磁偶极矩相关，来产生核磁共振（NMR）、电子自旋/顺磁共振（ESR/EPR）、铁磁共振（FMR）等诸如此类。

当在磁场中产生进动的磁偶极矩吸收并且在进动频率或者接近于进动频率处重新辐射微波或者射频电磁辐射时呈现磁共振现象。为了验证和/或识别物体而利用磁共振现象主要缺点是需要外部静磁场来激励和检测共振响应。该外部静磁场通常由遍及整个探询体（interrogation volume）的大的电磁体或者超导磁体或者由靠近被探询的共振材料放置的小的永磁性元件或者半永磁性元件来施加。为了获得具有高灵敏度和高分辨率的共振响应，所施加的外部静磁场应非常强大（约10毫特斯拉或者更大）并且是均匀场。这些要求使得标记/标签的布置和对用于探询由标记/标签携带的共振材料的探测装置的设计复杂化。此外，在探询体内或者靠近标记的强外部磁场的存在可以带来健康危害（例如，与生命支持设备（如起搏器）的操作的干扰），以及破坏磁介质上包含的数据的风险。这些缺陷使得对外部磁场敏感的信用卡/银行卡、或者其它信息载体的识别的任务极端困难。

转让给与本申请相同的受让人并且在此通过引用并入于此的美国专利No.5,986,550提出对物体进行标记/贴标签，以使用基于混合电子共振-核共振的技术来识别和验证物体。在这个技术中，通过协作的或者单独的电子子系统来激起核电或者磁偶极矩的进动。

发明内容

核磁共振（NMR）读取器通常是体积大的固定装置，其需要相当长的持续时间（例如，从数分钟到几小时）来提供测量结果。本发明的发明人开发了新颖的紧凑的手持核磁共振设备，该核磁共振设备被构造为具有预定义的零外部场磁共振签名的微量物质（也称为标签剂（taggant）物质）的快速且可靠的检测和识别。本发明的发明人设计了能够在以信噪比条件小于一为特征的噪声环境中操作并且能够可靠地确定被检验物体/样本中标签剂物质的是否存在的手持磁共振读取器。本文公开的磁共振设备因而特别适用于验证由微量标签剂物体标记的物体/样本。

本文公开的设备的原理性特征是识别是否存在具有预定义的零外部场磁共振签名的微量物质，并且不要求对被检验的物体/样本施加外部磁场。因此，本文公开的NMR读取器中不使用电磁铁和/或永久磁铁的电流驱动线圈，这促进设备设计的紧凑性。在一些实施方式中，读取器的信号获取路径被设计成进行单通道获取，采用将接收信号的到中频的下转换，以及数字正交信号处理，因而大大地简化了设备的硬件和设计考虑，并且使得能够实现具有相对小的几何尺寸的磁共振设备（例如，具有现代移动电话或者智能电话的尺寸的手持装置）。

在优选实施方式中，设备被设计成采用特别设计的信号激励/获取方案提高测量的信噪比，该方案允许设备连续地施加与不同共振频率相关的多个激励脉冲并且在连续施加的特定激励频率的激励脉冲之间延伸的时间间隙内获取响应性的自旋回波信号。在每个时间间隙中获取的自旋回波信号与激励脉冲（在激励脉冲之间定义了时间间隙）相关，并且可选地还具有不同的频率。根据其间定义了时间间隙的激励脉冲的特定频率处共振的核的自旋晶格弛豫时间确定时间间隙的持续时间和定时。

这个激励/获取方案允许连续激励与不同共振频率相关的各种不同物质的核，并且与激励序列交错地连续获取与一个或者更多个共振频率相关的自旋回波信号，而不要求等待每种类型的核的完整弛豫时间（即，1.3T_1i），如通常在应用了具有特定共振频率相关的激励序列之后进行的。

更具体地，在NMR光谱法应用中通常施加与特定共振频率（f_SEi）相关的激励信号，接着等待至少1.3T_1i秒以获取响应性地发射的自旋回波信号，以确保由于相应核造成的初始磁化的完整或者部分弛豫。然而，1.3T_1i弛豫时间是比较长的，即使对于固体材料（例如，在100微秒到数十秒），因而使用这种传统NMR技术来激励并且获取针对多种不同材料的自旋回波信号需要的总时间通常很长（数十分钟）。本发明的激励/获取方案因而允许在相对短的持续时间内获取针对多个激励频率的自旋回波信号，因为激励/获取处理在特定频率f_SEi的各个激励之后不中断1.3T_1i秒。

本发明的激励/获取技术因而使得能够在相对短的持续时间内（例如，几秒）获取大量的实际上独立的自旋回波信号（例如，从对于最简单的磁共振签名的三个到当应对复杂磁共振签名时的数十个）。获取这样大数量的自旋回波信号导致获得具有增强的信噪比的复杂的磁共振签名，因而允许在相对有嘈杂的环境中以小于1的信噪比（即，通过在相对短时间内收集大量的自旋回波数据）检测微量物质。

本文公开的设备的附加特征是其容易通过软件编程被修改的能力。具体地，在一些实施方式中，可以容易地修改设备以允许不同的操作模式，并且使用不同参数来识别具有宽范围的物理-化学属性和磁共振签名的多种完全不同的标记/标示材料。

在一个方面，提供了一种紧凑低成本的手持磁共振设备，以进行具有预定义的零外部场磁共振签名的微量物质的快速和可靠的检测和识别。例如，材料可应用于物体，并且因而可用于标记/标示、验证和识别标记的物体。在本发明的一些实施方式中，本发明还提供一种用于宽线磁共振激励和获取的方法，用于处理弱磁共振信号和用于识别磁共振签名的方法，同时提供在由低于1的信噪比表征的条件下的高度可靠的识别。

以下术语应给予以下含义：

术语“零外部静态场射频共振”本文用于指代在美国专利5,986,550中归因于这个术语的磁和自旋现象，该美国专利公开的内容通过引用并入本文。

术语“零外部场”与上述现象相关并且暗含着可以在不存在任何外部静态场的情况下或者在非常弱的外部静态场（诸如地球的磁场（0.025到0.665毫特斯拉））的情况下，观察到这种共振。然而重要的要提到的是，对于共振效应，这种弱外部磁场不是必须的，但是也不防止这种效应。

术语“射频（RF）”在本文用于表示在1MHz到1GHz范围内的电磁频率。

术语“自旋回波信号”在本文用于涉及通过向包含具有非零自旋的结构单元（例如，核、导电电子、过渡金属和稀土离子、自由基、诸如此类）的物质施加处于共振频率的至少两个连续RF激励脉冲而产生的磁共振信号。

术语“室温”在本文用于表示通常工作条件的温度范围，在0℃上或者下，其不要求特殊冷却到低温或者加热到高温。

术语“指纹标签剂”在本文用于表示可以用于物体标记/标示、验证和/或识别的呈现零外部场共振现象的物质。

术语“签名”在本文用于表示表征“指纹标签剂”的参数的集合。

术语“读取器”在本文用于表示可用于进行微量指纹标签剂的快速和可靠的检测和识别的磁共振设备。

如在说明书和权利要求中使用的，单数形式的措辞“一”、“一个”、“该”包括复数含义，除非上下文清楚地另有指出。例如，措辞“一标签剂”可以包括多个标签剂，除非上下文清楚地另有指出。

在一个方面中，因而提供一种用于检测和识别具有预定义的零外部场磁共振签名的类型的标签剂物质的设备。该设备可以被构造为手持式装置，该装置包括：信号产生器，该信号产生器被构造成且可操作用于产生预定义的频带内（例如在10到1000MHz的范围内）的电磁辐射的特定激励脉冲的序列；探头，该探头包括：发送器，该发送器连接到所述信号产生器，并且被构造成且可操作用于接收所述电磁辐射的特定激励脉冲的序列，并且用该脉冲化的电磁辐射来辐射包括标签剂物质中的一种或者更多种的物体，以及接收器（例如，单通道宽带接收器），该接收器被构造成且可操作用于从被辐射的物体获取核自旋回波响应信号并且产生指示该核自旋回波响应信号的数据；以及控制系统，该控制系统用于操作设备的单元，处理所产生的数据并且识别一种或者更多种标签剂物质。

在一些实施方式中，该控制系统包括：发送控制器，该发送控制器被构造成且可操作用于操作信号产生器来产生具有预定时间和频率扫描模式的所述特定激励脉冲的序列；获取控制器，该获取控制器被构造成且可操作用于操作所述接收器以按照预定时间和频率获取模式来获取所述核自旋回波响应信号；以及分析器工具，该分析器工具用于接收指示所述核自旋回波响应信号的数据，用于将所述数据与对应于一种或者更多种预定标签剂物质的基准数据相关联，并且基于所确定的关联，识别所述一种或者更多种标签剂物质。

在一些实施方式中，使用双脉冲自旋回波激励技术或者稳态自旋回波激励技术连续地发送多个频率的脉冲，并且在特定激励频率的两个连续激励脉冲之间的时间间隙内连续地获取多个核自旋回波响应信号。优选地，连续地获取的响应与特定频率以及与其它共振频率相关，并且根据在特定频率处共振的核的自旋晶格弛豫时间选择时间间隙。

所述标签剂物质可以包括从由以下构成的组中选择的一种或者更多种物质：铁磁性物质，亚铁磁性物质，反铁磁性物质，以及含有具有非零核四极矩的核的物质。

所述分析器工具在一些实施方式中可以被构造成且可操作用于将指示所述核自旋回波响应信号的数据分解为同相分量和正交分量，并且产生指示这些分量的大小的数据，以在与所述基准数据相关联时使用。所述分析器可以被构造成且可操作用于基于以下参数中的一个或者更多个来识别所述一种或者更多种标签剂物质：基于与所述基准数据的关联计算的关联系数、基于指示同相分量和正交分量的大小的数据计算的曲线（profile）积分值、计算的接收信号的信噪比、以及计算的接收信号的噪声的信噪比。

信号产生器在一些实施方式中包括频率合成器，该频率合成器被构造成并且可操作用于在激励频率的频带中产生连续的时间周期性信号。该设备可以还包括：RF脉冲调制器，该RF脉冲调制器被构造成且可操作用于使用由所述频率合成器产生的周期性信号产生电磁辐射的特定激励脉冲的序列。

该设备可以还包括：解调器单元，该解调器单元被构造成并且可操作用于从所获取的响应信号提取所述核自旋回波响应信号；以及窄带放大器，该窄带放大器被构造成在由所述信号产生器和所述解调器单元确定的预定义的中频进行操作。

在探头中可以使用近场天线（例如，包括扁平绕线线圈）和可控调谐电路，可控调谐电路被构造成且可操作用于调节所述天线的电抗以适应由所述天线接收或者发送的信号的频率。所述可控调谐电路可以包括电压受控匹配和调谐电容器。所述可控调谐电路可以可用于调节所述探头以在10-1000MHz频带内的每个频率处操作。在探头中可以使用可控切换电路，以选择性地从所述信号产生器向所述天线传递信号，并且将接收到的响应信号从所述天线传递到所述处理器和所述解调器中的一方。所述探头可以还包括一个或者更多个放大器，该放大器被构造成且可操作用于放大从所述信号产生器接收的信号以及由所述天线接收的响应信号。

在一些实施方式中，该设备包括：安全单元，该安全单元被构造成且可操作用于保护所述设备免受未授权的复制和篡改。安全单元可用于针对存储或者传送的数据产生数字签名。所述安全单元可用于与所述控制系统交换安全密钥。

根据另一个方面，提供一种用于检测和识别具有预定义的零外部场磁共振签名的类型的标签剂物质的方法，该方法包括以下步骤：用在预定义的频带内的电磁辐射的且具有预定时间和频率扫描模式的特定激励脉冲的序列辐射包括一种或者更多种标签剂物质的物体；以预定时间和频率获取模式从被辐射的物体接收核自旋回波响应信号，并且产生指示该核自旋回波响应信号的数据；以及将指示所述核自旋回波响应信号的数据与对应于一种或者更多种预定标签剂物质的基准数据相关联，并且基于所确定的关联，识别一种或者更多种标签剂物质；扫描和获取模式是这样的模式：使用双脉冲自旋回波激励技术或者稳态自旋回波激励技术连续地发送多个频率的脉冲，并且在特定激励频率的两个连续激励脉冲之间的时间间隙内连续地获取多个核自旋回波响应信号。

在一些实施方式中，连续获取的响应与特定频率以及与其它共振频率相关，并且根据在特定频率处共振的核的自旋晶格弛豫时间选择时间间隙。

所述辐射可以包括将所述频带扫描多次即N_acq次，以获取针对各个激励频率的相应的N_acq个核自旋回波响应信号，并且将与各个扫描内的特定激励频率相关的各个激励脉冲重复地应用多次即M_SEi次，以针对每个激励频率获取总共M_SEi×N_Acq个积累的稳态自旋回波（例如，使用稳态自旋回波激励技术）。可以使用积累的各个激励频率的稳态自旋回波来将信噪比提高因子

该方法可以还包括：将所述核自旋回波响应信号转化为同相分量和正交分量，并且产生指示所述分量的大小的数据，以在与所述基准数据相关联时使用。

附图说明

为了理解本发明并搞清楚如何在实践中实施本发明，现在仅通过非限制性示例，参照附图来描述一些实施方式，不同附图中对应的附图标记指代对应的部件，在附图中：

图1A和图1B示意地例示根据一些可行实施方式的读取器，其中图1A例示读取器的可行设计和操作，并且图1B是举例说明读取器的总体结构的框图；

图2示出根据一些实施方式的读取器的框图；

图3示出在根据一些可行实施方式的读取器中可用的示例性的探头的框图；

图4示出根据可行实施方式的指纹标签剂（taggant）的归一化自旋回波频域曲线NSE(f)的绘图；

图5示出根据可行实施方式的激励/获取扫描梳自旋回波（SCSE）序列的时域曲线；

图6示出根据可行实施方式的激励/获取扫描稳态自旋回波（4SE）序列的时域曲线；

图7是举例说明根据一些可行实施方式的单个自旋回波信号处理的流程图；

图8是举例说明根据一些可行实施方式的多个自旋回波信号分析和零外部场磁共振签名的识别的流程图；

图9是在室温获得的指纹标签剂Mnf(W)的归一化自旋回波频域曲线NSE(f)的绘图，其中实心圆（“·”）用于表示从～2mg（毫克）的标签剂获得的基本曲线NSE(f)^Ideal，并且空心圆（“°”）用于表示从在3μm的偏移印刷墨层内散布的125μg（微克）的标签剂获得的测试曲线NSE(f)^Test；以及

图10是在室温获得的指纹标签剂LSMO的归一化自旋回波频域曲线NSE(f)的绘图，其中实心圆（“·”）用于表示从～6mg（毫克）的标签剂获得的基本曲线NSE(f)^Ideal，并且空心圆（“°”）用于表示从在3μm的偏移印刷墨层内散布的210μg的标签剂获得的测试曲线NSE(f)^Test。

具体施方式

以下参照附图中的图1到图10描述本发明的各个实施方式，其在全部方面仅考虑为例示性的而非任何方式的限制性的。附图中例示的元件未必按比例绘制，而强调清楚例示本发明的原理。在不脱离本文描述的基本特征的情况下，可以按照其它具体形式和实施方式来提供本发明。

图1A示出读取器11的一个可行实施方式的立体图，该读取器11用于激励和检测从携带有由特定指纹标签剂标记/标示的标签（例如，2D或者编码的）13的物体12发射的验证磁共振信号。在本实施方式中，标签剂嵌入在用于印刷标签13的黑墨中。然而应注意的是标签剂可以嵌入在具有任何适当颜色或者甚至对于裸眼透明的任何适当可印刷材料中或者可制造为这样的印刷材料。

为了验证物体12，读取器11的近场天线（探头）14紧贴近（例如，约0到10mm）标签13设置，并且读取器11的启动按钮15被按下以在指纹标签剂上施加RF激励信号。响应于所施加的RF激励信号，读取器11接收并且分析从标签剂发射的磁共振信号（例如，自旋回波信号），并且确定被检标签13的真实性。读取器11接着报告（例如使用闪光发光二极管-LED、字母数字或图形显示17中的文字/图标和/或听觉信号）验证处理的结果。应注意的是不脱离本发明的范围和精神的情况下，读取器11的其它构造和设计当然也是可以的。

图1B示出根据一些实施方式的读取器100的可行实现方式。读取器100被构造并且可操作用于通过读取器100检测和识别用于标记要验证的物体103（本文也称为物体）的标签剂103t。标签剂103t可以包括具有预定义的零外部场磁共振签名的类型的一种或者更多种物质。读取器100在本示例中被构造为手持装置，其包括：信号产生器101，其被构造并且可操作用于产生预定义的频率带内（例如，在10到1000MHz的范围内）的电磁辐射的特定RF激励脉冲的序列S3；探头102，其被构造并且可操作用于朝向被检物体103施加激励信号S1并且接收从被检物体103发射的响应信号S2；以及控制系统104，其被构造并且可操作用于操作读取器的单元，处理并且分析接收的信号S2，并且确定在被检物体103中是否存在一种或者更多种标签剂物质。

在一些实施方式中，探头102包括：发送器102x，该发送器102x连接到信号产生器101并且被构造并且可操作用于接收电磁辐射的特定激励脉冲的序列S3，并且发送脉冲化的电磁辐射S1以激励用于标记物体103的一种或者更多种标签剂物质103t。探头102还包括：接收器102r，其被构造并且可操作用于从被辐射的物体103获取响应信号S2并且产生指示响应信号的数据。探头102还包括：一个或者更多个天线102n，其被构造并且可操作用于选择性地连接到发送器102x或者接收器102r，以分别辐射RF激励脉冲S1或者接收从物体103发射的响应信号S2。

在一些实施方式中，控制系统104包括：发送控制器104x，其被构造并且可操作用于操作信号产生器101来产生具有预定时间和频率扫描模式的特定激励脉冲的序列S3。发送控制器104x可以还适用于控制发送器104x的操作，并且调整探头102来以与各个RF激励脉冲相关的不同激励频率适当发送RF激励脉冲。控制系统104可以还包括：获取控制器104q，其被构造并且可操作用于操作接收器102r以按照预定时间和频率获取模式来获取响应信号S2。获取控制器104q可以还适用于调整探头102来接收与特定激励频率相关的信号S2。

在可行实施方式中，扫描和获取模式是使得多个频率的RF激励脉冲S1被连续发送并且在与特定激励频率相关的两个连续激励脉冲之间的时间间隙内多个核响应信号S2被连续获取的模式。根据与两个连续激励脉冲（在两个连续激励脉冲之间限定了时间间隙）相关的特定频率的核共振的自旋-晶格弛豫时间选择各个时间间隙，两个连续激励脉冲与特定频率相关，并且在时间间隙期间获得的自旋回波信号与不同于该特定频率的共振频率相关。

更具体地，在一些实施方式中，发送控制器104x被构造并且可操作用于调度由信号产生器101产生不同激励频率的RF激励脉冲的多个序列S3，并且操作发送器102x发送从信号产生器101接收的多个RF激励序列。多个RF激励序列S3可以被构造为在连续的RF激励脉冲之间包括适当时间间隔（本文还称为时间间隙），该连续的RF激励脉冲与相同的特定激励频率相关以允许获取与特定频率相关的响应信号S2，并与响应于先前发送的RF激励序列而从物体103发射的其它激励频率相关。

因此，获取控制器104q被构造并且可操作用于调度接收器102r的操作以获取在特定频率的连续RF激励脉冲之间的时间间隔从物体103发射的响应信号S2，并且相应地调整探头102以获取与多个频率（该多个频率与所述特定频率相关以及与之间限定了时间间隙的连续激励RF脉冲中的不同于特定频率的其它频率相关）相关的自旋回波S2。

控制系统104还包括分析器工具（analyzer utility）104z，分析器工具104z被构造为并且可操作用于接收指示核自旋回波响应信号的数据，并且将该数据与存储在存储器104m中的基准数据相关联（correlate），所述基准数据对应于一种或者更多种预定的标签剂物质。基于所确定的关联，分析器104z识别用于标记物体103的所述一种或者更多种标签剂物质103t。控制系统104还被构造并且可操作用于根据由分析器工具104z对所述一种或者更多种标签剂物质的识别来验证被检物体103。

图2示出根据一些可行实施方式的读取器11的示例性电子架构的示意框图。读取器11的探头20被设计用于辐射驻留在MHz波段f_SE1÷f_SEn（例如，在10到1000MHz的范围内）的共振频率f_SEi（i和n是正整数，1≤i≤n）中一个共振频率的特定调制的电磁辐射，并且接着在同一频率接收来自标签剂的磁共振自旋回波（SE）响应。读取器包括信号产生器21（直接数字合成器DDS），信号产生器21被构造并且可操作用于在控制单元27的控制下操作以产生具有被设置为定义获取时间间隙（在该获取时间间隙期间接收并且处理弛豫信号）的时间模式的预定义激励脉冲序列。

读取器还包括门（gate）22，门22被构造为根据从控制单元27接收的控制信号通过门22的两个不同输出端选择性地传递由信号产生器21产生的信号。例如，在一些实施方式中，信号产生器21被构造成产生共振频率f_SEi（即，激励频率）的正弦波和相移以及用于解调从被检物体接收的磁共振信号的相应本地振荡器频率fLOi和相位（其中i和j是正索引整数）。在激励循环中，门22将由信号产生器21产生的激励正弦波传递到读取器11的调制器23（例如，RF相位调制器），该调制器23对激励频率f_SEi中的一个激励频率的低功率突发进行调制和整形。来自调制器23的低功率（RF）脉冲被探头20接收，用于标签剂的进一步放大和辐射。在SE获取循环中，门22将由信号源21产生的正弦本地振荡器频率（例如以本地振荡器频率f_LOi和相位）传递到解调器24。

在获取循环中，在共振频率f_SEi处的磁共振SE响应被探头20接收并且进行初级放大。来自探头20的经放大的接收信号接着被解调器（混合器）24解调成在对应的中频（IF）f_IFi=f_SEi–f_LOi处的偏共振SE信号。在f_IFi处的这些偏共振SE信号被IF放大器25放大，之后被模数转换器（DAC）26（例如，高速高分辨率DAC）数字化。经数字化的SE信号（谱数据）接着被控制单元27接收用于存储、信号处理、分析和进行决策。

在一些实施方式中，控制单元27被实现为单个现场可编程门阵列（FPGA）芯片，其包括：主处理器块（未示出）、脉冲序列和获取控制块（未示出）、IF放大器自动增益控制环（AGC，未示出）、SE信号存储器条（未示出）、模式存储器条（未示出）、信号处理器块（未示出）和接口块（未示出）。

在一些实施方式中，主处理器被构造并且可操作用于控制脉冲序列和获取控制块的操作。主处理器块还控制信号源21的操作参数（例如，频率和相移）、以及调制器22的操作参数（例如，脉冲长度、脉冲功率、脉冲形状、脉冲和脉冲的包之间的延迟）。主处理器块可以还控制门22的操作（例如，在激励和获取循环之间切换）、IF放大器25的操作（例如，增益控制）、以及探头20中的全部门和调谐单元的操作。

主处理器块可以还控制经数字化的SE信号在SE信号存储器条中的存储、经数字化的信号的处理、作出决策、以及控制单元27和用户接口单元28之间的数据通信。用户接口单元28可以被构造并且可操作用于报告（例如，通过闪烁LED、字母数字或图形显示17中的文字/图标和/或听觉信号）关于验证处理的结果，并且允许或者禁止使用标准有线/无线数据通信技术（例如，通用串行总线-USB，和/或蓝牙或者近场通信（NFC）无线模块）向外部装置（例如，计算机、个人数字助理（PDA）装置或者智能电话）传送验证结果。

在读取器11中可以使用安全芯片29来保护其硬件和软件防御未授权的硬件和/或软件复制和篡改。安全芯片29可以还用于保护存储在存储器条和处理块中的关键易失性数据，并且提供用于装置的报告有效性的数字签名。

图3是示出根据可行实施方式的探头20的示例性电子架构的框图。如图3所示，探头20包括可调谐串联-并联电路39，可调谐串联-并联电路39包括近场天线31（例如，扁平绕线线圈（flat meander-line coil））和电压控制匹配和调谐电容器（例如，变容二极管）32和33。探头20还包括双工器/开关34、输出信号放大器35（例如，宽带RF脉冲功率放大器）、输入信号放大器36（宽带低噪声放大器LNA）、以及自动调谐控制单元37（例如，使用数字模拟转换器实现）、以及磁屏蔽罩38。

针对每个激励频率f_SEi的激励循环通常开始于调谐/匹配过程。在调谐/匹配过程中，在控制单元27的控制下操作自动调谐控制（DAC）单元37以在调谐电容器32和33上施加变化的电压电平直至经由天线31获得适当响应信号为止。在特定频率处进行激励之前进行调谐/匹配过程，其通常在每个特定频率花费数微秒。在完成调谐/匹配过程之后，由控制单元27设置双工器/开关34以将来自输出信号放大器35的输出信号传递到串联-并联电路39，因而提供位于天线31附近的标签剂的激励。

在SE获取循环中，控制单元27设置双工器/开关34以将经由天线31由串联-并联电路39接收的信号传递到输入信号放大器36，用于放大接收到的SE信号。

图4呈现根据一些可行实施方式的指纹标签剂的归一化的频域曲线NSE(f)，以及这些曲线的登记原理。在激励/获取循环，读取器11扫描位于从f_SE1到f_SEn的预定义的频带内的共振频率f_SEi(i=1,2,3…,n-1,n,其中n是选择的频率的数量）。频率改变可以以预定义的频率步长Δf_SE=f_SEi+₁-f_SEi（例如，约50kHz到5MHz）按照逐渐上升或者逐渐降低的方式从f_SE1到f_SEn或者相反进行，或者通过从预定义的频率表（例如，查找表，其中，索引i=1,2,3…,n-1,n指示表中激励频率的数量）选择实际f_SE1值的任何其它方式进行。

在各扫描频率i，通过施加以预定义的参数的集合为特征的特定RF激励脉冲的序列来激励依赖于时间的自旋回波信号SE_i(t)。例如，这种预定义的参数的集合可以包括与激励信号相关的参数（诸如共振频率f_SEi、相移信号功率P_SEi和形状S_SEi），以及与弛豫信号SE_i(t)信号相关的参数（诸如用于解调接收到的磁共振信号的本地振荡器频率f_LOi和相位）（其中，i=1,2,3…,n-1,n并且j=1,2）。

在所获得的单个信道SE_i(t)信号(1≤i≤n)被ADC26数字化之后，它们通过控制单元27的模式识别和数字正交检测模块传递。控制单元27接着从经处理的SE_i(t)信号构建功率谱包络。通常，ADC26针对每个获得的信号SE_i(t)向控制单元27提供的多个样品。各个SE_i(t)信号的具有功率谱的最大振幅值的样品被归一化成相应频率f_SEi值以在存储器中存储为NSE_i（即，图4所示的归一化的频域曲线NSE(f)中的单个点）。在归一化各SEi(t)信号(1≤i≤n)的最大振幅值之后，获得n个NSE_i(t)点的整个集合(i=1,2,3…,n-1,n)。这n个NSE_i点(1≤i≤n)的集合被认为是签名。

图5展示根据一些可行实施方式的激励/获取序列50的时域曲线，该激励/获取序列50可用于宽线磁共振信号的快速且可靠的登记。在图5中举例的激励/获取序列50在本文也称为扫描梳自旋回波（SCSE）序列。SCSE序列50的表征特征是在不同激励频率的SE激励脉冲的对（本文也称为两脉冲激励）之间（即在对(p_1i p_2i)和(p_1(i+1)p_2(i+1))(1≤i<n)之间）使用短时延τ_deli（例如，大约20-50微秒）。对于单个频率，这些延迟通常是相对长的持续时间（例如，至少～1.3T_1i，其中T_1i是针对特定材料的核（本文也称为i型核）的“纵向”自旋-晶格弛豫时间）。

通过以下方式通过其它频率的以下激励来补偿在相邻激励循环之间对这种相对短的时延τ_deli使用：在相同频率f_SEi的核的激励之间的总延迟将满足～1.3T_1i弛豫时间条件。确保了核磁化到其初始状态的弛豫，并且因而允许从其它类型（k型）的核激励和获取SE_k≠i信号，其未被先前的激励脉冲对(p_1i p_2i,i≠k)激励。这样，在不损失SE_i强度的情况下，激励/获取序列提供充分时间用于展宽频谱曲线的登记，这可以由于在用连续的RF激励脉冲对(p_1i p_2i)之间的短时延(τ_deli<1.3T_1i)的激励时出现的磁共振信号的饱和而发生。

图5中RF激励脉冲p_1i和p_2i中的每个由以下参数表征：脉冲共振频率f_SEi、脉冲长度/持续时间τ_pji、脉冲相移脉冲功率P_ji和脉冲形状S_ji（其中，i=1,2,3…,n-1,n并且j=1,2）。图5中的各获取循环Acq_i由本地振荡器频率f_LOi、长度/持续时间τ_Acqi和获取相位（其中，i=1,2,3…,n-1,n）表征。激励/获取序列50开始于频率f_SE1(i=1)处的激励循环。施加具有持续时间τ_p11和相位的第一RF激励脉冲p₁₁，并且在相对短的时延τ_dSE1<T₂₁（其中T₂₁是i型核的“横向”自旋-自旋弛豫时间-SE₁的表征消相干时间）之后，施加第二RF激励脉冲p₂₁。第二RF激励脉冲p₂₁具有持续时间τ_p21和相移

跟随着第一激励RF脉冲(p₁₁p₂₁)的施加，在从第二激励RF脉冲p₂₁起的时延(τ_SE1-τ_Acq1/2)>τ_TD1之后开始第一获取循环Acq₁，其中τ_SE1=τ_dSE1+(τ_p11+τ_p21)/2，并且τ_TD1是接收器（即，输入信号放大器36的接收器和解调器24的接收器）的表征静寂时间（characteristic dead time）。第一获取循环在持续时间τ_Acq1以本地振荡器频率f_LO1进行，并且具有获取相位在此获取循环中获得的SE₁(t)采样值存储在信号存储器条的第一存储器段中（本文也称为M₁）。第一获取循环之后的时延τ_RR1允许对频率f_SE1处的事件的总长度的精细调整，以满足条件 $\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&tau;}}_{p1i}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{dSEi}}+{\mathrm{\&tau;}}_{p2i}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{SEi}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{Acqi}}/2+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{RRi}})\&GreaterEqual;{1.3T}_{11}.$

在完成第一获取循环并且经过τ_RR1时延之后，施加具有频率f_SE2的第二对激励脉冲(i=2)。该激励/获取处理随着索引参数i增加而继续直至达到i=n为止，其中单个SE⁽¹⁾ _i(1≤i≤n)激励/获取序列完成。接着整个上述激励/获取序列重复N_Acq次以在扫描的频率范围获得进一步扫描SE^(q) _i(1≤i≤n,1<q≤N_Acq)信号，以通过相干获取技术来提高信噪比。在SE^(q) _i(1≤q≤N_Acq)扫描的每个处，根据预设的相位循环方案（例如，2相位循环方案、16相位循环方案或者256相位循环）使用对应的相位表确定相移 和在一些实施方式中，可以在不同频率扫描中使用不同的相位循环方案，取决于来自被探询的标签剂的SE信号的形状和参数。例如，在具有相对长的自旋-自旋弛豫时间T₂的标签剂中，最简单的2相位循环方案可能是充分的，并且在被探询的标签剂核具有明显短的自旋-自旋弛豫时间T₂的情况下，应使用更复杂的相位循环方案（例如，16相位或者256相位循环）。

使用相位循环技术允许压制由于共振电路的、相干电磁干扰的以及自由感应衰减（FID）信号的振铃（即振铃瑕疵（ringing artifact））而出现的杂散干扰信号（spuriousinterfering signal），其可以跟随者第二激励脉冲（p_2i）。这种压制允许以激励脉冲p_1i和p_2i之间的短的τ_dSE1延迟工作，并且增加所获得的SE_i(1≤i≤n)磁共振信号的可靠性。

图6示出根据一些可行实施方式的用于宽线磁共振信号的快速且可靠的登记的另一个激励/获取序列的时域曲线60。图6所示的时域曲线60本文也称为扫描稳态自旋回波（4SE）序列。4SE序列的表征特征是以f_SEi的频率(1≤i≤n)中的各个频率将第二激励脉冲p_2i循环重复M_SEi次，以及随后的M_SEi个SE_i信号的相干获取。这个过程是基于在超过T_2i和T_1i弛豫时间的时延提供一系列强度降低的未衰减的SE信号的稳态自旋回波的现象。使用4SE序列60允许减少（与SCSE序列相比）总获取时间，并且大致保持相同的信噪比。

图6所示的4SE序列60中的激励脉冲p_1i和p_2i中的每一个由以下参数表征：脉冲共振频率f_SEi、脉冲长度/持续时间τ_pji、脉冲相移脉冲功率P_ji和脉冲形状S_ji其中，i=1,2,3…,n-1,n并且j=1,2。4SE序列中的各获取循环由本地振荡器频率f_LOi、长度/持续时间τ_Acqi和获取相位表征，其中，i=1,2,3…,n-1,n。序列60通过在频率f_SE1施加激励脉冲(i=1)而开始。施加具有持续时间τ_p11和相位的第一激励脉冲p₁₁，接着是具有持续时间τ_p21和相位的第二激励脉冲p₂₁。激励脉冲p_1i和p_2i由时延τ_dSE1<T₂₁隔开，其中T₂₁是针对第一材料类型的核（即，具有表征消相干时间SE₁的1型核）的“横向”自旋-自旋弛豫时间。

在第二激励脉冲p21之后经过了时延(τ_SE1-τ_Acq1/2)>τ_TD1之后，第一获取循环开始，其中τ_SE1=τ_dSE1+(τ_p11+τ_p21)/2，τ_TD1是接收器（输入信号放大器36和解调器24）的表征静寂时间。τ_pre1延迟时间是下一个激励/获取循环之前的预延迟。τ_pre1延迟时间可用于在总时间仍很短以满足～1.3T₁时间条件的情况下在不同频率的激励之间的总延迟的可能校正。例如，如果测量仅仅两个或者三个共振频率，则在此情况下总时间可以相当短并且可以使用τ_pre1延迟时间来延伸。

第一获取循环Acq₁在本地振荡器频率f_LO1以获取相位持续超过τ_Acq1持续时间。在此获取循环中获得的SE₁(t)采样值存储在信号存储器条的M₁存储器段中。接着具有相同频率f_SE1的第二激励脉冲p₂₁以及在f_LO1的获取循环被重复M_SE1次，并且在这些获取循环中每一个循环之后获得的SE₁(t)采样值在信号存储器条的同一M₁存储器段中被相干平均。之后，使用第二激励频率f_SE2(i=2)（针对该第二激励频率在M₂存储器段中对获得的SE₂(t)个采样值进行相干平均）进行这个激励/获取处理，如此类推直至达到i=n为止，其中单个SE_i(1≤i≤n)获取完成。

整个上述激励/获取序列，包括针对每个激励频率f_SEi(1≤i≤n)的重复的M_SEi激励/获取稳态循环遵循预定相位循环方案重复N_Acq次，以进一步提高信噪比。在SE^(q) _i(1≤q≤N_Acq)扫描的每一个处，根据正在使用的相位循环方案（例如，2相位循环方案、16相位循环方案、256相位循环）通过对应的预设的相位表确定相移和

因此，在针对每个共振频率f_SEi的4SE脉冲序列60中，通过由M_SEi循环重复的激励脉冲p_2i在同一频率激励的多个自旋回波信号的相干获取来积累响应信号。本发明的发明人发现：通过仔细选择扫描参数（例如，时延、相移等），使用4SE序列60获得的多个自旋回波信号在短的自旋弛豫时间T₂后不衰退。在本发明的一些实施方式中有利地利用这个现象来在与SCSE序列50相同的时间间隙内，获取与特定激励频率相关和与其它激励频率相关的多个自旋回波信号。

图7是展示根据一些可行实施方式的单个SE_i(t)(i=1,2,…,n)信号的处理的流程图。在这个示例中，针对具有频率f_SEi的激励脉冲而获取的经采样的时间依赖信号SE_i(t)是p个元素的向量(k=1,2,…,p)，其中p>31是数字获取点的数量。在一些实施方式中，元素代表单信道SEi时间窗口，并且元素代表噪声窗口。

在一些实施方式中信号获取步骤71包括通过单发向量的多重（NAcq次）相加（即，针对相同激励频率fSEi获得的样品向量的相加）的信号积累。所得到的积累的向量特征在于提高的信噪比。具体地，信噪比相对于获取扫描的数量的平方根增加。

例如，在SCSE序列（图5中的50）中，在信号存储器条的每个Mi存储器段（即，与来自被扫描范围的特定频率f_SEi相关）中，在每对激励脉冲(p_1i p_2i)之后，与特定频率fSEi相关的回波响应被积累N_aqc次。因此，在针对各个特定频率f_SEi的SCSE序列中，相干地获取（相加）N_aqc个自旋回波信号SE^(q) _i(1≤i≤n,1<q≤N_Acq)的集合，其用于将信噪比提高因子

在4SE序列（图5中的60）中，在各个M_i(1≤i≤n)存储器段中，响应于第二脉冲p_2i的循环激励，该处理将在每个频率扫描中接收的M_SEi个稳态回波响应进行积累。频率扫描序列（包括针对稳态回波的积累的全部内部循环）重复N_Acq次，使得相干地获取总共M_SEi×N_Acq个自旋回波信号SE^(q) _i(1≤i≤n,1<q≤M_SEi×N_Acq)，接着针对各个f_SEi存储在M_i存储器段中。通过获取M_SEi个衰退稳态回波信号，针对各个频率（f_SEi）将信噪比提高了的因子，并且由于频率扫描序列重复N_Acq次，针对4SE序列60，针对每个特定频率（f_SEi）将信噪比总共提高的因子。

在以下步骤72中，进行向量与在理想测量条件下（例如，通过对标签剂的大量样品进行的长时间获取）获得的或者理论地模拟的并存储在控制单元27的模式存储器块中的代表理想SE_i(t)信号的两个预定义的正交基本向量的卷积。卷积步骤72（本文也称为数字正交信号处理）的目的是提供对所积累的SE_i(t)信号的数字滤波和数字正交检测这两者。全部上述过程允许提取弱的SE_i(t)信号，其电平远低于整体（内部和外部）电磁干扰信号的电平（信噪比低于1）。

在进行步骤72中的卷积之后，获得两个正交向量：同相向量和正交向量这些向量用于计算信号的大小向量(1≤i≤n并且1≤k≤p)和信噪比：针对信号窗口为以及针对噪声窗口为在此，被定义为其中μ^Signal是作为与基本向量的卷积的结果在信号窗口发现的信号的平均值，并且σ^Signal是相同窗口中的信号的标准偏差。按照相同方式定义，其中μ^Noise是作为与基本向量的卷积的结果在噪声窗口发现的类似信号的分量的平均值，并且σ^Noise是相同窗口中的噪声的标准偏差。全部计算结果存储在存储器条的对应的存储器段M_i中。

图8是举例说明根据一些可行实施方式的多个自旋回波信号分析和零外部场磁共振签名的识别的流程图。这个过程开始于步骤81，其中针对极值分析由存储在存储器条的M₁÷M_n个存储器段中的i个长度为k的向量组成的矩阵随后找到值(i=1,2,…,n)，接着归一化到对应的频率。得到的经归一化的向量代表被测试的样品（例如标签13）的频域曲线NSE(f)^Test，并且提供如图4所展示的所获取的SE_i个信号的功率谱。

在下一步骤82中，使向量与在理想测量条件下（例如，通过对大量标签剂执行的长时间获取循环）获得的或者理论地模拟的并存储在控制单元27的模式存储器块中的代表理想频域信号NSE(f)^Ideal的预定义的向量相关联。接着，在步骤83，计算相关系数C_corr和曲线积分其与探头区域内的标签剂的积分量成比例。

接着，在步骤84，所获得的全部参数与对应的一组预定义的阈值(C_corr-thresh,I_NSE-thresh,和)相比较。在一些实施方式中，如果在步骤84中发现在测试中获得的参数中的一个低于其对应的预定义的阈值，则确定验证测试失败并且随着将控制传递到步骤85，经由用户的图形和音频接口28发出对应的指示。如果在测试中获得的全部参数高于其对应的预定义的阈值，确定验证测试成功并且随着将控制传递到步骤86，经由用户的图形和音频接口28发出对应的指示。

示例

示例1

由亚铁水溶液和二价锰水溶液（ferrous and manganous aqueous solutions）通过析出合成数克Mnf(W)型的具有T_c=770K的亚铁磁性锰铁氧体（ferrimagnetic manganese ferrite）MnFe₂O₄(H.Yasuoka,A.Hirai,T.Shinjo,M.Kiyama,Y.Bando,T.Takada,J.Phys.Soc.Jap.,22(1967)174–180)，接着粉碎成微米大小（具有大约2μm的平均大小）的粉末。接着将相对大量(～2mg)的微米大小的Mnf(W)粉末置于读取器的探头的附近并且应用SCSE序列。在室温进行该测试。使用SCSE序列的以下参数：f_SE1=510MHz,△f_SE=5MHz,f_IFi=-1.75MHz,n=11,=(0°,0°),=(0°,180°),=(0°,180°),P_SEi1=P_SEi2=2W,S_SEi1=S_SEi2=高斯分布（Gaussian）,τ_p1i,=0.8μs,τ_p2i,=1μs,τ_dSEi=6μs,τ_Acqi=0.5μs,τ_RRi=21μs并且N_Acq=32000。总测试时间是10.6秒。针对最低峰值（在525MHz）SE强度，实现的信噪比是10以上。作为这个测试的结果获得的宽线频域曲线NSE(f)^Ideal在图9中用实心圆描绘。

之后，将所获得的频域曲线存储在控制单元的模式存储器块中作为基线基准曲线（即，签名），用于进一步的模式识别。这种Mnf(W)粉末接着用作模型指纹标签剂，用于通过标记的墨使用胶版印刷模拟验证。

微米大小的Mnf(W)粉末与商业胶版印刷墨以12.5%干燥重量的Mnf(W)粉末对87.5%干燥重量的胶版印刷墨的比例混合。这种具有添加物的墨用于使用商业ITGOrange Proofer机器模仿胶版印刷。平均印刷层厚度是约3μm。在探头感测区域内的标签剂的总量是大约125μg。除了激励/获取扫描的数量（其为NAcq=10000(测试时间3.3秒)）之外，使用的SCSE序列具有与以上相同的参数。针对最低峰值（在525MHz）SE强度，实现的信噪比是3以上。在图9中通过空心圆描绘了这个测试的结果NSE(f)^Test。测试曲线NSE(f)^Test和基准曲线NSE(f)^Ideal之间的关联系数被发现是C_corr=+0.8。根据预定义的参数集合，验证被识别为成功。

示例2

通过传统烧结技术从试剂级氧化物（reagent grade oxide）合成具有T_c=364K的若干克铁磁性锰氧化物（ferromagnetic manganite）La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)陶瓷(Y-Ch.Liou,Y-R.Chen,Ceram.Intern.,34(2008)273–278)接着粉碎成微米大小（具有大约2μm的平均大小）的粉末。将接着相对大量(～6mg)的微米大小的LSMO粉末置于读取器的探头的附近并且应用SCSE序列。在室温进行该测试。使用4SE序列的以下参数：f_SE1=250MHz,ΔfSE=5MHz,f_IFi=1.5MHz,n=₉,=(0°,0°),=(0°,180°),=(0°,180°),P_SEi1=P_SEi2=1.2W,S_SEi1=S_SEi2=均匀分布（Rectangular）,τ_p1i,=τ_p2i,=0.5μs,τ_dSEi=4μs,τ_Acqi=0.5μs,τ_prei=0.2μs,M_SE=128和N_Acq=1000。总测试时间是7秒。针对在270MHz的峰值，实现的信噪比是8以上。作为这个测试的结果获得的宽线频域曲线NSE(f)^Ideal在图10中用实点描绘。之后，将所获得的频域曲线存储在控制单元的模式存储器块中作为基线曲线基准（即，签名），用于进一步的模式识别。这种LSMO粉末接着用作模型指纹标签剂，用于通过标记的墨使用胶版印刷模拟验证。

微米大小的LSMO粉末与商业胶版印刷墨以12.5%干燥重量的LSMO粉末对87.5%干燥重量的胶版印刷墨的比例混合。这种具有添加物的墨用于使用商业ITGOrange Proofer机器模仿胶版印刷。平均印刷层厚度是5μm。在探头感测区域内的标签剂的总量是大约210μg。除了使用的激励频率扫描的数量（其为N_Acq=250(测试时间1.8秒)）之外，使用的4SE序列具有与以上相同的参数。针对在270MHz的峰值，实现的信噪比是3以上。在图10中通过空心圆来描绘了这个测试的结果NSE(f)^Test。测试曲线NSE(f)^Test和基础曲线NSE(f)^Ideal之间的关联系数被发现C_corr=+0.9。根据预定义的参数集合，验证被识别为已经成功。

以上示例和描述当然仅仅是为了例示而提供，并且不意在以任何方式限制本发明。本领域技术人员应理解的是本发明可以按照多种方式来实现，采用来自以上描述的那些技术中一种以上的技术，全部都不超出本发明的范围。

Claims (22)

1.一种用于检测和识别具有预定义的零外部场磁共振签名的类型的标签剂物质的设备，其中，该设备被构造为手持式装置，该手持式装置包括：

信号产生器，该信号产生器被构造成且可操作用于产生预定义的频带内的电磁辐射的特定激励脉冲的序列；

探头，该探头包括：发送器，该发送器连接到所述信号产生器，并被构造成且可操作用于接收所述电磁辐射的特定激励脉冲的序列，并且用该脉冲化的电磁辐射来辐射包含有标签剂物质中的一种或者更多种的物体，以及接收器，该接收器被构造成且可操作用于从被辐射的物体获取核自旋回波响应信号并且产生指示该核自旋回波响应信号的数据；

控制系统，该控制系统包括：发送控制器，该发送控制器被构造成且可操作用于操作所述信号产生器来产生具有预定时间和频率扫描模式的所述特定激励脉冲的序列；获取控制器，该获取控制器被构造成且可操作用于操作所述接收器以按照预定时间和频率获取模式来获取所述核自旋回波响应信号，其中，所述扫描和获取模式是这样的模式：使用双脉冲自旋回波激励技术或者稳态自旋回波激励技术连续发送多个频率的脉冲，并且在特定激励频率的两个连续激励脉冲之间的时间间隙内连续获取多个核自旋回波响应信号，所述连续获取的响应与所述特定频率以及其它共振频率相关，并且所述时间间隙是根据在所述特定频率处共振的核的自旋晶格弛豫时间而选择的；以及分析器工具，该分析器工具用于接收指示所述核自旋回波响应信号的数据，并且将所述数据与对应于一种或者更多种预定标签剂物质的基准数据相关联，并且基于所确定的关联，识别所述一种或者更多种标签剂物质。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述标签剂物质包括从由以下构成的组中选择的一种或者更多种物质：铁磁性物质，亚铁磁性物质，反铁磁性物质，以及含有具有非零核四极矩的核的物质。

3.根据权利要求1或者2所述的设备，其中，所述预定频带在10到1000MHz的范围内。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析器工具被构造成且可操作用于将指示所述核自旋回波响应信号的数据分解为同相分量和正交分量，并且产生指示所述分量的大小的数据，以在与所述基准数据相关联时使用。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述分析器被构造成且可操作用于基于以下参数中的一个或者更多个来识别所述一种或者更多种标签剂物质：基于与所述基准数据的关联计算的关联系数、基于指示所述同相分量和正交分量的大小的数据计算的曲线积分值、计算的接收信号的信噪比、以及计算的接收信号的噪声的信噪比。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号产生器包括：频率合成器，该频率合成器被构造成且可操作用于在所激励频率的频带中产生连续的时间周期性信号；以及RF脉冲调制器，该RF脉冲调制器被构造成且可操作用于使用由所述频率合成器产生的周期性信号产生电磁辐射的所述特定激励脉冲的序列。

7.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括：解调器单元，该解调器单元被构造成并且可操作用于从所获取的响应信号提取所述核自旋回波响应信号。

8.根据权利要求7所述的设备，所述设备包括：窄带放大器，该窄带放大器被构造成在由所述信号产生器和所述解调器单元确定的预定义的中频进行操作。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述探头包括近场天线和可控调谐电路，该可控调谐电路被构造成且可操作用于调节所述天线的电抗以适应由所述天线接收或者发送的信号的频率。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述近场天线包括扁平绕线线圈。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述可控调谐电路包括电压受控匹配和调谐电容器。

12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述可控调谐电路被构造成且可操作用于调节所述探头以在10-1000MHz的频带内的频率处操作。

13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述探头包括可控切换电路，该可控切换电路被构造成且可操作用于选择性地将来自所述信号产生器的信号向所述天线传递，并且将接收到的来自天线的响应信号传递到所述处理器和所述解调器中的一方。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述探头包括一个或者更多个放大器，所述放大器被构造成且可操作用于放大从所述信号产生器接收的信号以及由所述天线接收的响应信号。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接收器是单通道宽带接收器。

16.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括：安全单元，该安全单元被构造成且可操作用于保护所述设备免受未授权的复制和篡改。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述安全单元被构造成且可操作用于针对存储或者传送的数据产生数字签名。

18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述安全单元被构造成且可操作用于与所述控制系统交换安全密钥。

19.一种用于检测和识别具有预定义的零外部场磁共振签名的类型的标签剂物质的方法，该方法包括以下步骤：

用在预定义的频带内的电磁辐射的且具有预定时间和频率扫描模式的特定激励脉冲的序列辐射包括一种或者更多种标签剂物质的物体；

以预定的时间和频率获取模式从被辐射的物体接收核自旋回波响应信号，并且产生指示该核自旋回波响应信号的数据；以及

将指示所述核自旋回波响应信号的数据与对应于一种或者更多种预定标签剂物质的基准数据相关联，并且基于所确定的关联，识别所述一种或者更多种标签剂物质；

所述扫描和获取模式是这样的模式：使用双脉冲自旋回波激励技术或者稳态自旋回波激励技术连续发送多个频率的脉冲，并且在特定激励频率的两个连续激励脉冲之间的时间间隙内连续获取多个核自旋回波响应信号，所述连续获取的响应与所述特定频率以及其它共振频率相关，并且所述时间间隙是根据在所述特定频率处共振的核的自旋晶格弛豫时间选择的。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述辐射包括将所述频带扫描多次即N_acq次，以获取针对各个激励频率的相应的N_acq个核自旋回波响应信号，并且将与各个扫描内的特定激励频率相关的各个激励脉冲重复地应用多次即M_SEi次，以针对每个激励频率获取总共M_SEi×N_Acq个积累的稳态自旋回波。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法包括：使用各个激励频率的积累的稳态自旋回波以将信噪比提高因子

22.根据权利要求19所述的方法，所述方法包括：将所述核自旋回波响应信号转化为同相分量和正交分量，并且产生指示所述分量的大小的数据，以在与所述基准数据相关联时使用。