CN110431449A - 用于辐射暴露检测的非共振电子自旋共振探针及相关硬件 - Google Patents

Abstract

一种可以容易地接受包含辐射敏感材料的身份识别卡(或类似物)形状因子设备的非共振ESR仪器/探针，该仪器/探针提供稳定且永久存储到设备中的可靠且校准的剂量测量并且部署至个人、人、动物、或物体以主要在辐射大规模事件中充当具有通过传输模式电子自旋共振测量获得的顺磁密度的辐射诱导变化的测量推导的辐射剂量的个人代理剂量测定计。

Description

用于辐射暴露检测的非共振电子自旋共振探针及相关硬件

相关申请交叉引用

本申请要求2017年3月3日提交的美国临时申请序列号为62/466,478的申请的优先权，如在此详细说明的，通过引用其全部内容的方式合并与此。

美国政府权益

全球共振技术有限公司(Global Resonance Technologies,LLC)(“GRT”)是本申请的拥有者和申请人并且基础发明是由指定的发明人转让的。美国国家标准与技术研究所(NIST，美国政府部门)和GRT在申请和基础发明中有如在NIST和GRT之间的协议中所提出的一定的权利。

本发明的背景

(1)技术领域

本发明的目的是显著减少归因于资源低效利用以及在核或放射性大规模伤亡事件之后获得医疗护理的机会有限的死亡和疾病。本发明响应于灾难性的大规模伤亡核或放射性事件通过使用用于分类病人的单一平台技术提供具有必要准确性、认证和信心的先进的分层系统以支持与如CDC(美国疾病控制中心)所描述的急性辐射综合征(ARS)的筛查和分诊类别一致的临床决策来实现该目的。当容易获得时，物理剂量测定读数可以容易地结合到包括辐射应急医疗管理(REMM)和辐射损伤治疗网络(RITN)的各种ARS治疗方案中。本发明的相关目的是使CDC的应急反应者健康监控和监视(EHRMS)系统和类似系统能够结合应急反应剂量测定系统(ERDS)测量值以用于急救人员和医护人员的长期监视和监控并且用于辐射事件区域中的人员的长期监视和监控。ERDS核心技术可以被修改以在其他非辐射大规模伤亡事件中使用。

更多目的包括使病人病历或具有增强容量的事件特定数据库能够记录ERDS测量值以用于长期的医疗保健和监控并且为医学研究提供关键数据以确定医疗对策的有效性、时间安排、剂量以及管理。

初始分类过程可以包含很大比例的人口在足够近的距离体验包括暂时失明、烧伤和受伤的爆炸效应。基础设施和通信的中断在广泛的恐慌快速压倒有限的医疗资源的情况下将导致焦虑加剧。在大的目标都市区域，可能包括儿童的数百万受害者、具有各种残疾的受害者以及具有急性和慢性伤害和疾病的那些受害者将认为他们已经受到辐射暴露的影响，但不需要紧急医疗护理。ERDS测量值大于2Gy(戈瑞)的个人可以立即送去医疗筛查和分诊。ERDS测量值低于2Gy但高于既定的基准暴露，可能需要额外的医疗随访、长期监视、或归因于屏蔽、散射或离爆炸的距离的局部暴露造成的额外分诊以及筛查。

准确且快速的初始分类可以导致有效的分诊、筛查、医疗对策管理、疏散、去污、支持性护理或个人防护措施。早期医学上的精确治疗可以拯救无数的生命并且将急性辐射疾病的严重程度降到最低。初始分类过程中足够的速度和精度可以限制对额外医疗服务的影响，将由获得医疗护理的机会有限所导致的额外疾病和死亡减到最低数量。

(2)背景技术

先前适当意指的专利和非专利系统和过程试图使用回顾性物理剂量测定法，但不能提供满足在大规模灾难性核或放射性重大伤亡事件之前或之后的现场部署所必要的严格要求的实用设备或系统。实施回顾性剂量测定法的几十年努力包括热和光学发光设备、地理剂量测定计算分析、电子自旋共振(ESR)、以及多种生物标志物(包括白细胞计数、血清淀粉酶、C反应蛋白、γH2AX蛋白生物标志物、染色体畸变、遗传研究和基因突变试验、以及牙齿的指甲剂量测定)由于包括成本、环境变量、校准、认证、扫描和循环时间、稳定性、尺寸、准确性、可靠性、检测阈值、运动不稳定性、现场可部署性、人员配备要求、医学界认可的多种原因而证明是不适当的。传统ESR机器的技术限制包括电磁铁和具有相应增加重量的共振腔、尺寸、复杂性、扫描时间、总循环时间、安全隐患、电源要求、熟练人员的需求、可靠性差以及测量不准确。即使解决了多个环境变量和准确性问题，但尺寸、复杂性和成本将永远限制它们在大规模伤亡事件中的使用。牙齿和指甲读数特别地具有有限的临床值，归因于区域中的暴露测量在骨髓附近无明显的临床量。如下列出一些参考：

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U.S.Published Application No.2009/0224176

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USP 9,400,331 Gougelet et al.

USP 9,261,604 Gougelet et al.

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如在此详细说明的，所有这些参考通过引用的方式合并于此。

总之，响应于故意或意外的核爆炸暴露(或其他辐射暴露，例如灾难性的反应堆故障)大规模伤亡事件，成功使用回顾性个人剂量测定法，将有效且可靠地识别那些受害者，该受害者已经接受临床上显著剂量的电离辐射。关键的优先事项是分类或排序这些人，对他们立即采取医疗对策是必要的，随访治疗可以延时，或者分类或排序将需要姑息护理的那些人。很大比例的当前人口，可能超过90％，将不需要紧急护理，但将压倒有限的医疗资源。由于固有材料、环境可变性、成本和后勤问题，有效的大规模伤亡回顾性剂量测定的许多尝试是无效的。因此，需要新的方法。

发明内容

在本发明中提出的应急反应剂量测定系统(ERDS)有效地克服了基于血液和/或指甲辐射剂量方法的不足并且能够快速自我评估而不需要个人接受剂量的专业技术或医疗援助。ERDS系统包含在大规模伤亡辐射暴露事件之后快速评估病人的剂量的方法和装置/设备。本发明允许市民使用嵌入在商业和非商业介质中的与高通量ERDS仪器兼容的普遍剂量计来(以2±0.5戈瑞(Gy)暴露水平)评估自己，类似于通常的身份识别(ID)卡(例如，身份识别牌、密钥卡、胸针或挂绳针，或嵌入在衣服或个人配件或以其他方式更靠近个人的物品中的任何卡片或替代形状因子物品)。该系统的自我评估功能允许病人放心、心理安慰，并且提供信息以做出明智的决策。在没有中等或高技能急救人员和/或公共卫生官员干预的情况下或在这些人的最小帮助的情况下，病人接着可以寻找或被引导适当的行为。

自我评估系统可以自我引导或者通过政府对来自可用的医疗和技术人员支持剂量测量、筛查和分诊、包括医疗对策管理的支持和行为医疗保健的管理的各种程度的援助的响应而被替换或被补充。ERDS测量与事件指挥官和辐射支持专家之间正在进行的对话和通信将进一步地支持响应和恢复工作。

实际个人接受的剂量是通过固定体积的辐射敏感材料中存在的自由基的数量或密度的电子自旋测量推导出。辐射敏感材料的关键属性是响应于电离辐射生成稳定自由基。在此场景下，辐射敏感材料中存在的自由基的数量与接收剂量直接成比例。已知几种这样的材料响应于电离辐射而成比例地生成自由基。这些包括(但不限于)L-丙氨酸、甲酸钙和甲酸锂以及羟磷灰石。本发明包含这种辐射敏感材料集成到ID卡(或如上所述的类似设备)的形状因子中。辐射敏感材料可以放置在卡的任何地方，但优先靠近边缘横向地位于卡内。包装或封装的辐射敏感材料(在此情况下丙氨酸)将普遍的ID卡转变成能够长期累积读数和精确的个人转移剂量测定以及因此在大规模伤亡事件中有效的个人代理的个人物理剂量计。对个人确认测量没有附加要求，对部分或完全破坏剂量测定卡也没有要求。

这种基于ID卡的个人转移剂量计通过优化的高清磁共振(HDMR)检测仪器补充，特别是调整成快速且准确地检测选择的辐射敏感材料的ESR光谱。ESR条件通过以下应用实现：(1)适当大的准直流磁场，其在整个辐射敏感材料的体积内是同质的以及(2)适当的微波磁场同时施加到同一辐射敏感材料的体积上。在该实施例中，大的准直流磁场通过永久磁铁或传统电磁铁实现。然而，微波磁场是通过新颖的方式实现：通过使用传输线结构耦合至辐射敏感材料以既激发又随后检测辐射诱导的自由基共振。非共振探针根据先前专利(USP 9,507,004)的教导建立，然而优选使用在下面描述的人工制品在传输模式下工作或使用类似模式实施(不是如’004专利中反射模式)的其他人工制品在传输模式下工作。非共振探针可以集成到优选设计的实施例中，以及集成到使用简单的微波微带传输线结构(覆盖在地平面上的金属信号线)的其他实施例中。传输线的设计使得包含辐射敏感材料的ID卡可以嵌入在信号线和地平面之间。一旦沿着传输线发出适当的微波信号，就在ID卡的厚度内生成正交于信号线的微波磁场。这种非共振微波传输线布置导致极宽带的方法以引入和检测信号线和地平面之间的微波磁场。在辐射诱导自由基的共振条件下，大的准直流磁场和微波磁场的结合诱导与自由基的数量/密度成比例的净吸收和分散。因此在传输的微波信号中的这种净吸收和分散的测量给出自由基的数量/密度的测量，以及通过扩展，给出个人接受辐射剂量的测量。布置表示用户可访问方法以测量包含在ID卡内的辐射敏感材料中吸收的剂量。虽然ESR推导出辐射剂量测量是行之有效的做法，但结合非共振电子自旋共振探针对辐射剂量测定来说是全新的，并且几乎缓解其他可部署的基于ESR的剂量测定工作的全部当前限制。

在该实施例中，检测方法(超灵敏微波桥设计)可以从上面引用的’004专利整体借用。然而，非共振探针和个人剂量测定ID卡的设计是全新的并且是本公开的主题。该新的ESR传感器系统提供极大增强的灵敏度，直接导致较短的持续时间和临床准确扫描，两者对大规模伤亡放射性或核事件来说是极其必要的。进一步优化ESR传感器以最大化单一选择的辐射敏感材料光谱的灵敏度，促进剂量的高度自动化测量，满足成本、准确性、安全性和易用性的要求；对灾难性大规模伤亡事件中的接受和使用来说全部是必要的。辐射敏感材料可以单独或结合地添加以增加单一或多种辐射类型的灵敏度。

本发明提供最佳设计用于允许由于故意或意外的电离辐射暴露的大量人口有处于急性和慢性疾病的危险过程中的成本效益以及预先部署的可操作的回顾性公共卫生对策的几种创新和颠覆性技术的结合。ERDS具有两个主要组件；高清磁共振自动剂量测定仪(ADR)和补充自动剂量测定卡(ADC)。ADC将用比如已校准、记录并可追溯至国家标准的L-丙氨酸这样的纯化的剂量测定材料广泛地分布。与增加准确性的非共振ESR探针以及相关硬件和软件结合的ADC将可靠地提供实时电离暴露测量，该测量可以用于对需要紧急医疗护理的受害者进行分类并且减少漏洞以及缓解灾难性核或放射性事件后的事件后果。这是第一描述系统，该系统可以在灾难性大规模伤亡核或放射性事件中可操作地部署为有效的公共卫生对策。

本发明的ERDS是独特的高清磁共振基ADR与新颖探针和磁铁组件的组合，目前与嵌入在卡中的丙氨酸剂量计匹配，满足现场部署为广泛有效的公共卫生缓解战略的所有要求和操作能力。剂量测定扫描可以在针对性且分层响应中进行，显著地提高吞吐量和准确性。在随着扫描时间的增加测量结果越来越灵敏的情况下，临床上重要的测量可以在几秒内获得。

ERDS第1层。第一层扫描是最重要的测量，强调分类出具有危及生命的暴露水平以及因此处于高风险发展急性辐射综合症的那些受害者的高吞吐量和精确性。在更高暴露情况下的受害者将具有更快的扫描时间。在需要最少的人员和职员的严峻环境中使用便携式、坚固耐用且用户友好的小型ATM型形状因子的快速自我评估，将为受害者提供近实时和具有最新视觉指令的精确读数。第1层阈值在分类的初始阶段期间将设置为2戈瑞(伽马辐射)，并且为随后的分诊、筛查和响应活动提供基本的构建块。具有高于2Gy扫描读数的那些人将需要额外的筛查和分诊并且应该立即送到可用的医疗资源。小于2Gy的受害者可以安全地疏散、采取个人保护措施、提供持续的医疗的支持护理，监控一段时间并且与家人和社区重新统一。确认和累积的读数可以作为资源变得可用。第1层现场可部署测量站、快速可部署的便携式自我评估单元、手提肩带、安装和运输阵列的颈部吊带或背包式形状因子移动装置，全部可以容易地容纳ERDS。软件将专门针对速度、精确性、安全性、以及易用性进行配置以安慰受害者并且使受害者安心。具有独特编号的个人特定和/或事件特定电子病历(EMR)可以在ERDS第1级发起。人口数据可以从驾驶执照或ID卡获得，并且测量值、GPS位置和时间将自动地添加至EMR，优选地在同一或相关介质上添加至剂量读数。该数据可以储存、基于云计算、或者物理或电子地嵌入在单独的ADC上。所有的ADR将具有多个且冗余的通信功能以及到本地储存数据的能力。ERDS测量将支持ARS初级阶段幸存的预计增加数量的受害者需要的诊断、治疗以及文件。

ERDS第2层。在额外筛查、分诊和医疗治疗之前，受害者的ADC嵌入在第二层测量中以用于确认初始和显著持续累积的暴露测量。第2层将支持附加基本信息的输入。受害者可以提供比如过敏、症状、暴露位置、共存医疗条件等这样的信息，同时急救人员和卫生保健工作者可以提供分诊水平、生命特征、受伤及疾病评估、以及用药剂量和管理的时间。可以评估其他数据，包括从个人代理卡本身评估的病历或通过无线和/或有线网络的外部记录评估的其他数据。第2层的设计和配置可以允许通过下拉菜单和触摸屏的附加信息的有限输入。第1层和第2层程序的一部分在特定情况下可以中断或颠倒。

REDS第3层。ERDS第三层将可用于小于2Gy的那些人，并且他们需要持续保证、额外确认或长期监控和随访。该组超出早期危机阶段的范围，允许延长扫描时间以用于显著更高的精确性和更低的检测阈值。这些测量支持医疗保健监视并且为亚临床辐射暴露的长期后果提供临床意义不确定的数据。其中的一个示例是低剂量辐照对辐射白内障病因的白内障发展的影响，但关于很短时间内单次急性暴露的认识较少。

ERDS急救人员和医疗护理工作者。ADC可以在工作环境内并且在响应及战场条件下在事件前部署急救人员、医疗护理工作者、以及具有用于自评估的可用ADR的军队和联邦政府人员以在事件后立即确认运行准备就绪和初始暴露读数。

ERDS商业应用。关于城市人群和处于职业暴露风险中的随着时间的累积读数可以记录长期持续辐照并且通过积累背景和基准职业、地理和环境暴露来进一步支持公共卫生措施，从而提高急性暴露读数的准确性。

灵敏度、循环时间和相关功能、医疗措施和估计的当前人口的典型的第1-3层分配可以如下：

本发明包括使用具有线性且证实与接受的实际剂量有相关性的特定校准的剂量响应材料，因此当其他手段不实用或在逻辑上不可用时，提供了在第一关键时刻到几天期间的体内测量的显著改进。这种指定避免使用最先进生物标志物的困难，先进生物标志物具有不同的起始和表达持续时间以及显著的成本和逻辑问题。

本发明提供可部署的非共振ESR基传感器，该传感器快速地推导出嵌入在个人身份识别卡等个人代理中的晶体丙氨酸的微量样品接收到的回顾性剂量。身份识别卡和ESR基传感器之间的界面与ATM(自动取款机)机或简化亭类似，有显著更小的形状因子，然而对普通大众来说几乎是普遍熟悉的。共同地，该方法实现及时有效的紧急医疗反应并且支持最需要的那些人的额外临床和实验室筛查和分诊。非共振ESR基传感器使用微带传输线基识别卡设备界面、高灵敏度微波检测桥电路、以及紧凑型永久磁铁装置来检测晶体丙氨酸的伽马诱导脱氨基作用。晶体丙氨酸剂量测定材料嵌入在身份识别卡中。嵌入在卡中的丙氨酸的具有成本效益的大规模制造是有效的公共卫生事件前缓解活动的基本特征并且消除广泛分布的显著障碍。该系统设计成使得识别卡在物理上嵌入在微波传输线的信号线和地平面之间。高灵敏度X波段微波检测桥电路快速地调整至中央丙氨酸峰值的共振条件。磁场通过小线圈扫描和调制以检测丙氨酸ESR光谱的中心峰值。剂量是从个人识别卡的中心峰的振幅与校准的识别卡的中心峰的振幅的比较推导出。永久磁铁用于生成大多数静态场以允许具有低功耗的紧凑型护理系统。

非共振ESR基传感器可以在不到2分钟内可靠地检测2±0.5Gy。由于ESR基传感器不需要运行专业知识，自我筛查可以在很小的疏忽下进行，允许受过训练的医疗人员专注于治疗最需要的病人。此外，丙氨酸剂量计的累积响应未来剂量评估，该评估可以识别其他环境辐射源。因此，在核事件之后快速且可靠的筛查个人可以通过使用嵌入有丙氨酸剂量计和高敏感紧凑型非共振ESR传感器的识别卡来完成。

本发明包含在大规模伤亡辐射暴露事件之后快速分类病人的方法和系统(装置/设备)。本发明允许市民使用嵌入在政府(或其他当局)发行的ID卡纸以及与通常的识别卡类似的商业介质；吊牌、密钥卡、胸针和挂绳针、身份识别牌或嵌入在衣服、个人配件中、或者很靠近且与高吞吐量快速ERDS设备兼容的任何这样的卡形状因子中的普遍剂量计来评估自己(以2戈瑞(Gy)±0.5Gy暴露水平)。

用容易获得的剂量信息武装，病人接着可以寻求或被指导在不需要高技能急救人员和/或公共卫生官员介入的情况下是否以及如何寻求适当的措施。与卡数据和测量相关的人也可以复制到中央系统以在原件丢失和/或在研究中使用数据的情况下启用卡的替换。

本发明包含将非共振电子自旋共振辐射敏感材料(RSM)集成到识别卡(或如上所示的类似物品)形状因子设备中以通常在没有频谱筛查(即非光谱)的情况下执行辐射暴露引起的顺磁中心密度的电子自旋共振。材料能够捕获并且稳定维持辐射剂量。该材料接着通过设计用于检测特定RSM光谱(优选地配置用于在传输模式而不是反射模式下操作)的优化的电子自旋共振(ESR)仪器来补充。该结合大大地降低电子自旋共振仪器的物理重量和足印并且促进携带在卡形状因子设备或很靠近每个人的个人剂量测定材料的结合。ADR可以在事件前、在事件期间或在事件不久之后(优选在之前)部署。

该剂量测定系统的优化设计以及部署卡形状因子设备和检测仪器的方法专注于与辐射剂量相关的特定测量剂量的检测，对材料产生持久影响以称为标记自旋的样品，这促进高度自动化的剂量测量，其容易与广泛地部署到一般公共仪器接口(亭或ATM)。

非共振仪器是根据先前专利(USP 9,507,004)的教导建立的，然而在传输模式下工作(不是反射模式)。在优选实施例中，除其他方面之外，非共振仪器可以包含简单的微波微带传输线结构(覆盖在地平面上的金属线)。该探针充当天线以激活和检测很靠近探针放置的样品中的电子自旋共振跃迁。线可以(1)直接集成在识别卡(或类似物)剂量测定设备上或(2)在测试期间很靠近识别卡(或类似物)放置。虽然电子回旋共振推导的辐射剂量的测量是行之有效的做法，但包含具有固定频率的非共振电子自旋共振，使用具有添加用于调制的最小电磁(EM)线圈的永久磁铁组件对辐射剂量计来说是全新的，并且几乎缓解其他可部署ESR基辐射剂量计工作和其他先进工作的当先限制。校准可以通过使用已知的校准标准而建立为辐照至例如2Gy+1-0.5Gy这样的已知特定水平并且放置在靠近仪器的添加微波传输线的ESR仪器中的卡。参考卡可以用于在给定时间间隔内(例如，每天，每周)或在使用间隔内(比如说，在用个人代理卡设备每1000次测试之后)重新测试仪器。参考卡中的辐射敏感材料可以是如个人代理卡中的L丙氨酸或比如DPPH(2,2-二苯基-1-三硝基苯肼)这样的另一辐射敏感材料，本身众所周知地使用为自由基清除剂或氢供体并且使用为电子顺磁信号的位置和强度的标准。DPPH校准使用为ESR的示例在http://wanda.flu.edu/teaching/courses/modern-lab-manuel/ESR.html中给出。优选在现场中，将使用辐射参考卡，日常维护标准化和认证，同时在部署期间储存和使用更频繁。

电子自旋共振(ESR)光谱也在坎贝尔等人2015年4月13日在分析化学4910-4916页公布的文章“用于超灵敏生化研究的电子自旋共振扫描探针光谱”中进行描述，回顾现有发展并且为软物质或固态物质中的顺磁自由基(或电子自旋)的引入增强的研究能力。描述的仪器提供比商业系统优20×10³的灵敏度改进。如在此详细说明的，上面引用的’004专利和分析化学论文的全部内容通过引用的方式合并于此，受制于在此提出的修改和变形。

样品限制的近乎消除允许非共振探针的显著几何结构优化以更好的补充给定样品和其载体。这与其他电子自旋共振基检测系统形成鲜明的对比，在此情况下样品必须修改以实施测量。考虑到这，按照定义，识别卡等(嵌入在RSM中)呈现标准化的规则样品结构，与现有技术方法相比，这导致在敏感度、速度和大规模伤亡分类的管理中的很大改进。

设备和方法主要应用于人类并且类似于在此描述的卡形状因子设备剂量计的系统也可以用于大量人口的快速、广泛分析以处理包括其他辐射成像事件比如频繁和/或高强度X射线暴露这样的其他大规模伤亡情况。重要的二次应用可以包括例如在受影响区域中优先关注的服务和宠物动物和植物以及物体，在此情况下通用实时监控是不现实的且成本过高。设备和方法也可以应用于非辐射的实际或疑似大规模伤亡事件，包括在生成稳定自由基或自由基代谢物期间或间接生成稳定自由基或自由基代谢物时，由在个人代理卡内或上的材料中在此描述的探针或利用微流体、微量移液管的交替采样机制或作为整体或随后附接系统的替代微型化样品采集和测量系统，可测量的捕获的生物或化学灾难。

比如有毒化学或生物释放、不断演变的传染性疾病和流行病这样的某些非辐射能大规模伤亡事件，也可以通过本发明的基本系统/过程处理。在相同的卡形状因子内，当前用于校准的通道和丙氨酸样品准确量可以被修改以直接接受已知或未知的体内或体外样品。这些样品可以包括直接识别化学、生物或核试剂或指示直接生理效应的间接特定或非特定生物标志物。

识别卡形状因子也可以携带对象的相关信息，该对象的相关信息可以粘贴或嵌入该识别卡，比如名字和/或卡识别、关联、联系、医疗等条件或历史和特殊需要以及暴露监控(当前或回顾)。它们优选地以可见、光学、电学或磁性放置的方式存储。测量的精确设计、精确性和低功率要求将不受放置在ADC上的磁性或电子信息的干扰。ERD读数、筛查、分诊、药物剂量和管理时间可以通过印刷或电子手段结合到卡上，因此允许特定事件的初始形成或转移属于病人的电子病历。由于本卡不需要光学透明表面(如在光学刺激的发光剂量计中)，上述附属信息可以应用于表面。

如上面所记录的，临床上重要的扫描可以在几秒内用仅通过增加扫描时间获得的亚临床测量来获得，并且初始阈值可以在分类、分诊和筛查的一个或多个初始阶段设置为2Gy。这些阶段的筛查病人可以去污、疏散、提供连续医疗和支持护理并且与他们的家人和社区重新统一。用有限的人类机械仪器和通信源来扩展可行的缓解范围。

增加的灵敏度也允许大规模分类扩展以显著地与其他医疗筛查和分诊重叠并且有助于将额外的医疗决策标记为治疗进展。

根据下面的附图和显示本发明的实施例的文本，本发明的其他目的特征和方面将是清楚的。

附图说明

参考附图，下面的描述解释产品如何运行，但不指示可能的使用限制；

图1A和1B显示包含嵌入在薄卡片内的辐射敏感材料的“凹部”(切出/通道区域)中的个人剂量计的身份识别(ID)卡实施例，图1A显示卡和剂量计的顶端视图并且图1B显示用于在要放置在卡上的其部分/通道区域材料内接收辐射敏感材料的卡的顶部和末端视图；

图2A和2B显示包含个人剂量计的ID卡的另一实施例，辐射敏感材料分散在整个卡中或其层中，例如在图2B的分解层压结构中；

图3以顶部侧视图显示检测ESR仪器探针组件(探针)的非共振传输线结构，其包括补充插入在顶部信号线和底部地平面之间的辐射敏感ID卡的挖空区域(与图1中相同，仰视图、端视图和侧视图)；

图4是覆盖有顶部连接线(信号线)和底部地平面之间的微波磁场(BI)的有限元模拟的非共振传输线的剖视图(图3的截面A)，具有用比例箭头指示微波磁通密度μT的阴影渐变以指示电场方向(模拟显示8.5GHz，同时输入功率+25dBm)；

图5是显示实时检测仪器的装置的实施例的电路图；

图6显示个人剂量测定ID卡，包含嵌入在非共振传输线探针中的辐射敏感材料，其位于适当磁铁的磁极之间。在该实施例中，辐射敏感材料同时受到大的准静态磁场(B₀)、微波磁场(B₁)、以及大的准静态磁场的音频调制(B_m)的影响；

图7是嵌入到匹配辐射敏感“凹部”的非共振传输线和检测仪器的磁装置的附近的卡的照片；

图8是非共振传输线、具有辐射敏感“凹部”的ID卡、和检测仪器的磁装置的另一侧视照片；

图9是L丙氨酸自由基电子自旋共振光谱的中央峰值的电子自旋共振一阶导数吸收光谱的图形，是总测量时间为10ms的50mg嵌入在ID卡介质中的L丙氨酸的1000Gy伽马辐射的结果；以及

图10是L丙氨酸自由基电子自旋共振光谱的中央峰值的ESR一阶导数吸收光谱的图形，是总测量时间为7分钟的50mg嵌入在ID卡介质中的L丙氨酸的1Gy伽马辐射的结果。

具体实施方式

图1A以顶部侧边和端视图显示并且图1B以相似的视图和分解形式显示ID卡1的一部分包括在凹部(切出的通道区域)中的辐射敏感材料(RSM)2。该凹部包含的RSM用作剂量计，在ID卡制造期间嵌入并定位在ID卡的厚度内(通常通过层压或封装)。通过这种方式，ID卡可以大规模制造。辐射敏感ID卡纸可以在各种应用制造中用作起始材料，包括但不限于联邦、州和地方政府发布的ID卡，州发布的驾驶执照，军队发布的ID卡，以及比如银行发布的信用卡和ATM访问卡这样的商业发布的卡。

封装的RSM的体积将取决于选择的RSM的构成以及最终ID卡尺寸。ESR推导的剂量测定法是转移剂量测量。因此在RSM中生成的稳定自由基的总数的ESR测量与校准的总吸收剂量有关。因此，RSM的体积取决于评估个人剂量需要的所需剂量灵敏度。更高剂量的辐射生成更多数量的ESR可见自由基并且需要更小体积的RSM以达到校准剂量。较低剂量的辐射生成相对较小数量的ESR可见自由基并且需要较大体积的RSM。该体积比确保固定的ESR测量时间。如果ESR测量时间可以延长，则类似体积的RSM可以用于较多或较少剂量的评估。

RSM在ID卡厚度内的放置稍微不重要。ESR测量对整个ID卡的RSM的体积敏感。RSM的凹部可以向顶面或底面偏移，这对剂量评估的影响很小，区域放置受到检测器仪器探针对准的影响。

图2以等距形式显示并且图2A以分解形式显示可能由ID卡组成的附加实施例，在该ID卡中RSM以足够的密度分散在整个ID卡中。在这种情况下，卡1的任何或全部部分将在ESR测量和个人剂量的相关推导中使用，假定ESR传输线结构设计被修改以接受较大体积的RSM 2。

图3以部分截面顶部、侧边和端视图显示嵌入在辐射剂量检测仪器的检测槽7中的卡，ID卡内的RSM的横向放置仅取决于非共振ESR传输线结构的构造。传输线4(在连接终端6和地平面5之间)结构定义有效体积，ESR测量探针在该有效体积上方。为了容易设计和制造传输线结构的简单原因，该区域通常位于ID卡边缘附近。RSM的凹部可以横向地位于ID卡内的任何位置，只要ESR传输线结构(图3)设计为访问选择的放置。与常见的微带几何结构类似的ESR传输线结构包含一块介电材料3，该介电材料3具有在介电材料3一侧的限定的导电线(信号线)4和在介电材料3另一侧的导电地平面5。微波信号通过合适的高频同轴连接器6引入到对称传输线结构中。这些包括但不限于常见的SMA连接器、2.4mm连接器、以及1.8mm连接器。传输线结构的对称性规定在信号传播方向上的普遍性，在此情况下传输线结构的每侧都能够充当微波信号输入，同时互补侧充当微波信号输出。介电材料的构成、介电材料的厚度、以及信号线的几何结构可以设计为确定传输线结构对微波信号传输的有效阻抗。传输线结构的目的是引导通过该结构的微波信号的交变电场和磁场。绝大多数的交变电场和磁场位于信号线和地平面之间，直接在信号线下方。用于推导个人剂量的ESR测量需要均匀微波磁场(Bi)应用于RSM。准确性和速度可以通过将其穿孔或裂缝结合至传输线导电表面来提高以改进磁场调制，从而允许更快的扫描并且使用快速扫描检测人工制品，提高测量的速度和准确性。

图3显示如图所示在7移除了介质板的一部分以获得视觉访问导向微波磁场。移除的部分可以设计成使得它补充辐射敏感ID卡的尺寸。在该实施例中，ID卡可以嵌入到传输线结构上的槽7中使得RSM完全位于信号线和地平面之间，因此最大化暴露于微波磁场并且促进稳定自由基的ESR检测以及随后的转移剂量测定。介质材料的构成，介质材料的厚度、以及信号线的几何结构、介质板中槽的几何结构、识别卡的材料组成以及RSM的材料组成可以设计为确定传输线结构的有效阻抗。在该实施例中，阻抗设计为50ohm，使得它将与绝大多数微波设备兼容，虽然原则上可以设计任何阻抗。

图4是传输线结构(图3的截面A)的剖视图，指示顶部信号线4和底部地平面5之间的微波磁场。有限元模拟覆盖以给出典型的磁场以这种结构存在的指示。阴影渐变指示以微特拉斯为单元的磁通密度，同时比例箭头指示电场的方向。在8.5GHz对输入微波信号+25dBm执行模拟。这些模拟用作存在于顶部信号线和地平面之间的这种传输线结构中的微波磁场的均匀性和振幅的指示。常规ESR测量(利用共振腔检测器)要求大约10微特拉斯的微波磁通密度。图4中的模拟指示存在的微波磁场水平大于足以诱导位于ID卡1内的RSM3中的ESR跃迁的水平。

图5是ESR基辐射剂量计传感器的电路图。在测量区域中心是非共振传输线探针。包含RSM的ID卡嵌入在非共振传输线探针中的补充槽中。这两种结构共同位于适当磁铁8的磁极之间，磁铁8提供大的准静态磁场B₀，该磁场B₀通过围绕ESR环境的电磁线圈30的帮助而缓慢变化以清除光谱。对于该实施例，B₀大约300mT，其适合于诱导ESR跃迁以输入大约9Ghz的微波频率。第二磁场B_m也是使用30生成并且在具有大约≤1mT的振幅的音频上是准静态磁场的正弦调制。该调制磁场(B_m)用于使用传统相敏感检测来提高测量灵敏度(锁定放大器)。非共振传输线结构与超灵敏ESR桥电路连接，该ESR桥电路用于激发或检测RSM中的ESR跃迁。超灵敏桥电路也从上述参考的’004专利借用至图5中显示的延伸。在下面讨论的，微波桥电路和详细的步骤的操作需要同时扫描和调制外部施加的磁场。依赖于剂量的RSM的ESR检测基本上以在’004专利中讨论的方式继续进行，允许当前结构中的非共振ESR传输。

图5显示包括外差检测系统桥接电路24的电子自旋共振光谱仪实施例。在这里，从激发源9发出激发频率。放大器10在激发频率传输至桥24之前放大该激发频率，在桥24激发频率被分离器11分离并且传输至当地振荡器臂32。沿着当地振荡器臂32，激发频率在被混合器23的当地振荡器输入33接收之前受到衰减器14的衰减以及通过移相器15的相移的影响。混合器23还从组合器20接收组合的频率输出，组合的频率输出被放大器22放大。

除传输至当地振荡器臂32之外，来自分离器11的激发频率的一些功率在被分离器17分离并且同时通过参考臂16和样品臂31传输之前经由衰减器12和截止器13通过高频同轴连接器6传输至非共振探针4、5。该能量通过共振探针传输至组合器20。

同时，参考臂16将来自激发源9的激发频率通过衰减器18和移相器19传输，以便来自样品臂31和参考臂16的激发频率在组合器20一致并且可以破坏性地结合。由于来自参考臂16(激发频率)和样品臂31(激发频率通过非共振探针4、5传输，并且在没有样品吸收的情况下通过高频同轴连接器6传输)在组合器20结合的激发频率的破坏性结合，在相和结构结合内或在相和结构结合之外。来自参考臂16和样品臂31激发频率的产生的组合叠加可以通过调整移相器19以制成具有零振幅(或大约零振幅)，所以桥24被平衡并且产生具有零振幅或非常低振幅的结合频率。

当来自参考臂16和样品臂31的激发频率存在于组合器20时，参考臂16和样品臂31平衡并且从组合器20输出的组合频率具有低振幅，可能是零。然而，当RSM吸收激发频率并且信号频率存在于组合器20时，参考臂16和样品臂31是不平衡的。对于不平衡情况来说，来自组合器20的组合频率输出是与存在于激发体积的非共振探针4、5中的未成对电子的数量成比例，探针4、5吸收来自激发频率的功率。如上所述，组合器20将组合频率传输至混合器23的射频输入34。截止器21可以插入到组合器20和放大器22之间以允许监控组合频率。

混合器23混合在射频输入34中的组合频率和在当地振荡器输入33中的激发频率并且在混合器23的输出端35产生检测频率(例如中间频率)。检测频率随后传输至相敏感检测器25，该相敏感检测器25锁定为参考振荡器26的相位和频率。在这种布置中，使用相敏感检测器25以参考频率的频率和相位监控检测频率，来实现通过作为激发频率和磁场强度的函数的RSM的激发频率的共振吸收的外差检测。因此，在实施例中，电子自旋共振光谱仪包括具有当地振荡器臂的桥，该桥包括混合器，使得桥配置为产生检测频率并且将检测频率传输至检测器。

磁极8邻近电子自旋共振光谱仪的探针4、5设置，并且调制线圈30设置在磁铁8的表面。电子自旋共振光谱仪配置为接受邻近非共振探针4、5、调制线圈30、和磁铁8的ID卡形状因子中的RSM。磁铁8将磁场应用于RSM，并且调制线圈30修改应用于RSM的磁场强度。当RSM包括未成对电子时，根据塞曼效应，从磁铁8施加的磁场或调制线圈30扰乱与磁自旋量子数相关的能量水平。结果，与未成对电子相关的能量水平拆分为磁场强度的函数，并且当激发频率与未成对电子的两个磁自旋状态之间的能量差异共振时，发生电子的自旋状态(m,＝±1/2)之间的转变。在这里，讨论单个未成对电子，但RSM可以包含潜在地被磁场干扰的多个未成对电子。因此，当通过非共振探针4、5受到RSM影响的激活频率匹配未成对电子的磁次级之间频率分隔时，存在于从磁场8(或被电子线圈30修改)应用的磁场中的RSM发生电子自旋共振跃迁(即，在磁量子数m给出的电磁自旋太之间的跃迁)。通过这种方式，抽样RSM吸收来自非共振探针4、5的激活频率的一些功率。结果，通过非共振探针4、5传输的激活频率的功率的量小于没有RSM经历电子自旋共振跃迁的情况下的激活频率的功率。如下所讨论的，当发生电子自旋共振跃迁时，传输的激活频率被称为信号频率，因为它包括关于从调制线圈30应用于RSM的参考频率的信息。此外，当RSM不存在或不从激活频率吸收功率(因为激活频率不与未成对电子的能量水平的塞曼分裂共振)时，激活频率传输至组合器20以便桥24保持平衡。

当RSM从激活频率吸收功率时，信号频率传输至组合器20。然而，桥24相对于传输至非共振探针4、5的激活频率平衡并且没有信号频率通过非共振探针4、5传输。在信号频率存在于组合器20的情况下，桥24是不平衡的使得从组合器20输出的组合频率具有与信号频率成比例的振幅(即，被RSM吸收的激活频率的功率的量)。

参考振荡器26产生并且传输参考频率至相敏感检测器25以及插入在磁极8和非共振探针4、5之间的调制线圈30。偏置器28从放大器27接收参考频率并且从电源29(例如，扫描发生器)接收偏置电压并且传输以偏置电压水平偏置的参考频率。因此，调制线圈30接收以偏置电压水平偏置的参考频率以便调制线圈30调制来自磁铁8的应用于非共振探针4、5的磁场强度。预期的是调制线圈30配置为接收偏置电压、参考频率、或其组合。通过这种方式，通过非共振探针4、5传输的信号频率以相应于施加磁场中RSM的调制吸收的参考振荡器26的参考频率调制。在该布置中，相敏感检测器25是零差检测系统的一部分，其中通过RSM的激活频率的吸收以参考频率的频率调制，并且吸收的振幅与非共振探针4、5的激活体积内的RSM中的未成对电子的数量(或缺陷密度)成比例。此外，以激活频率的频率发生RSM的吸收，由于来自磁铁8和调制线圈30的组合的磁场的强度，该频率与电子磁自旋状态的分离共振。

图6示意性地显示包含RSM的ID卡并且传输线结构放置在合适的磁铁8的磁极之间。传输线结构对准以便信号线4和地平面5平行于磁铁的磁极表面，或垂直于B₀。这确保B₁和B₀之间的正交并且因此促进ESR传输。包含RSM的ID卡放置在传输线结构上的介电板7的槽内。合适的外部磁铁可以以多种形式存在，其包括但不限于传统的电阻电磁铁、传统的超导磁铁、以及具有以诱导ESR跃迁的值扫描和调制B₀所需的适当线圈的永久磁铁布置。

图7和图8是包括具有辐射敏感“凹部”2的ID卡1的试验装置的原型的照片。传输线结构有时在磁极和磁装置8的线圈之间有点模糊，在此情况下，仅微波信号输入和输出连接器6可见。除了本文另有修改之外，仪器的其他特征在上面引用的美国专利9,507,007(004)中显示。

图9是与晶体氨基酸、L丙氨酸中的伽马辐射诱导稳定自由基相关的中央峰值的一阶导数ESR吸收光谱的显微图形。晶体L丙氨酸(按重量90％)与聚乙烯(按重量10％)混合并且在150℃下用传统的压片机压入到15mm×4mm×0.6mm颗粒中。L丙氨酸颗粒的最终质量大约50mg。颗粒接着嵌入到足够大到容纳L丙氨酸颗粒的凹部内的0.762mm厚的标准尺寸身份识别卡中。整个ID卡接着受到1000Gy的伽马辐射。中央峰值的一阶导数光谱的峰峰值高度用作病人接受剂量的代理。光谱在+25dBm的功率下以8.8GHz获得。磁场中心大约300mT并且在100kHz用0.8mT调制场大约10mT扫描。参考调制频率的锁定放大器记录吸收。总采集时间是10ms(扫描1次)。

有效RSM的形式可以从上面描述的代理变化，包括例如(a)颗粒尺寸从上面使用的15mm×4mm×0.6mm减少到例如5mm×4.5mm×6mm(大约15mg)的较小尺寸，1公斤材料产生增加的产量(从大约100,000个15mm×4mm×0.6mm的颗粒增加到大约300,000个5mm×5mm×0.6mm的颗粒)，(b)圆形、方形、椭圆形、矩形颗粒或盘式或其他，四面体、球形、杆状或扁圆形固体形式，(c)作为凝胶或(d)包括浆和乳胶的流体形式。流体形式可以存在于腔内以用于与光谱仪磁场连接或包含在其他地方并且在测量微流体通道时供给组件，导致腔在包括蠕动滚动、手指压力、静电、电磁或其他方式的各种形式的驱动下。可替代地，卡的RSM容量的不同RMS位置可以连续地呈现给组件场并且相加读数。

图10显示与晶体丙氨酸中的伽马辐射诱导自由基相关的中央峰值的一阶导数ESR吸收峰，其受到1Gy伽马辐射的影响。样品制备与在图9中描述的相同，其唯一的区别是接受的辐射剂量。该测量的总采集时间是7分钟。图10中说明的光谱实质上比图9中显示的更敏感。这是由于各种实验优化，这允许传输线结构更好地补充ID卡。这些优化包括对传输线结构的信号线4的细微几何结构变化以确保传输线结构(与嵌入的ID卡)的良好阻抗匹配。通常，这些优化代表一系列步骤更好匹配传输线几何结构以及与标准ID卡形状因子的阻抗。

L丙氨酸选择用于这些测量，因为它具有已知的稳定的辐射诱导自由基。然而，本发明不必要限于L丙氨酸，虽然它目前是优选的，但有多种适合于本申请的其他辐射敏感材料(RSM)的替代，例如致密的羟灰石[Caio(PO₄)₆(OH)₂]；甲酸锂或甲酸钙。也取B₀值大约为300mT并且微波频率大约9GHz进行测量。这些共振条件选择用于与传统的室温ESR测量兼容并且不代表对运行条件的限制。原则上，只要满足共振条件，B₀和微波频率都可以按比例缩放以满足申请人的需要。

公众将采用如下的ESR基剂量测定系统的设计。个人将ID卡嵌入到ESR传感器中，之后系统返回接受的剂量值和进一步行动的指令。使用非共振传输线结构也允许缩小大部分辅助基础设施设备的尺寸。完整系统大大地降低ESR光谱仪的物理重量和足印，并且在大规模伤亡辐射事件期间或不久后(优选在之前)促进个人剂量计和检测仪器在适合于运输的高度可部署包装中的使用。

设备和方法可以在需要快速缓解步骤的辐射之后用于测量靠近人类、动物、植物和物体的辐射剂量，或确认没有或非显著伤害，并且消除物体以允许有效的缓解措施。设备和系统作为整体(即，设备类似于上面描述的卡形状因子的剂量计)也可以用于快速、广泛地分析大量人口以处理除比如化学毒性生物释放、或通过各种带菌者的感染蔓延/流行病这样的辐射能量光谱之外的其他大规模伤亡情况(实际或假设的)。

身份识别卡形状因子也可以携带关于携带该身份识别卡的预计主体的相关信息(或可以粘贴或嵌入关于预计主体的相关信息)，例如：卡识别/关联、联系、医疗条件或病历、紧急联系信息、特殊需求、和/或暴露监控(当前或回顾)。

虽然已经显示和描述一个或多个实施例，但在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出修改和替代。因此，将要理解的是本发明已经通过图示描述但不限制。实施例在此可以独立使用或可以组合使用。

在此公开的所有范围包括端点，并且端点是彼此独立可组合的。范围是连续的并且因此包含范围内的每一个值以及其子集。除非另有说明或在文中不适用，所有的百分比当表达量时是重量百分比。如在此使用的后缀“(s)”在修改时旨在包括术语的单数和复数，从而包括至少一个术语(例如，着色剂(colorant(s))包括至少一个着色剂)。“可选的(optical)”或“可选地(optically)”意指随后描述的事件或情况可以发生或不能发生，并且描述包括发生事件的实例和不发生事件的实例。如在此所使用的，“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产品等。

如在此使用的，其组合指的是包含命名成分、组分、化合物、或元素中的至少一个，可选地与同一类别的成分、组分、化合物、或元素中的一个或多个一起。

所有的参考在此指的是通过引文或在没有引文的情况下通过描述，通过合并的方式作为参考且在没有对现有技术形成鲜明对比的偏见的情况下或没有对可专利性的其他显著相关的偏见的情况下引用在此。在描述本发明的文中(尤其在下面的权利要求的文中)，术语“一”和“一”和“该”以及类似指称的使用被解释为覆盖单数和复数，除非本文另有说明或与文中明显矛盾。“或”意味着“和/或”。应该进一步注意的是，术语“第一”、“第二”、“主要”、“次要”等在此不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一元素区分。修饰语“关于”连同数量使用是包括规定值并且具有文中规定的意义(例如，它包括与特定数量的测量相关的错误程度)。连接词“或”用于将一列物体或替代物联系起来并且不分离；相反在合适的情况下，元素可以单独地使用或可以结合起来一起使用。

Claims (9)

1.一种部署为回顾性公共卫生应对措施的可操作物理剂量测定系统，所述系统包含：

(a)用于人类和服务动物的单独个人代理设备或要保护的其他物体，其包括人携带的身份识别卡(等类似物)形状因子或者常规或很靠近辐射状态仪器且通过辐射状态仪器可容易访问的例如钱包、挂绳的这种物体，

(b)具有立即且稳定保护辐射暴露效应的结合至所述设备内或所述设备上的辐射可变材料，其中所述辐射可变材料响应于电磁频谱的一个或多个频带中的入射辐射暴露而经历由所述暴露初期导致的特征变化并且在事件之后保持这种变化，

(c)检测由专门且最佳伽马辐射的电离辐射导致的可预测电子自旋变化的辐射状态仪器，以及

(d)能够通过检测仪器读出所述辐射可变材料并且转移至当地或远程记录器或显示器中的装置，

组合实现辐射暴露的快速且广泛的当前或回顾性检测所需的在大量人口中的低成本、有效广泛地分布并且允许通过不需要破坏所述个人代理设备来保持结构完整性，所述个人代理设备可以持续有意使用，从而允许多次累积暴露测量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述仪器是ESR检测仪器，所述ESR检测仪器具有永久磁铁磁极且配置有用于提取和检测操作的传输线微波探针并且包含扫描和调制磁场以建立和记录有效共振峰的线圈。

3.根据权利要求2所述的系统，所述系统具有通过将穿孔或裂缝结合到传输线导电表面以较高频率改进磁场调制的提高的准确度和速度，从而允许更快的扫描以及使用快速扫描检测人工制品，提高测量的速度和准确度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测仪器是配置为以单个ESR光谱模式操作的电子自旋共振光谱仪器，所述系统进一步包括：

(e)与载体及所述载体的辐射敏感腔相关并且构造和设置用于所述载体的辐射敏感材料的辐射状态的激发和检测的传输线。

5.根据权利要求1所述的系统，其中可变特征是最佳包含L丙氨酸的顺磁自由基内含物。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，通过使用归因于材料的纯度和再现性以及在较高频率下最佳的反射放置以及因此较短的扫描时间和较高的准确读数，立即且永久地以线性响应的方式响应于所述电离辐射的稳定晶体结构，实现在2Gy±0.5Gy的临床显著水平下具有超过99％的可靠性。

7.一种具有在其内或涂覆在其上的辐射敏感材料的身份识别卡(等类似物)形状因子的个人代理辐射检测设备。

8.根据权利要求7所述的设备，所述设备构造和设置为在没有完全或部分破坏的情况下运行，所述设备可以多次读取并且具有中子和伽马辐射二者最佳为伽马的累积读数，并且包括具有不受阳光影响的稳定物理特征并且进一步包含在层板、腔、薄膜包装、或所述设备的其他容器系统中的传感器剂量测定材料，所述其他容器系统耐潮湿、耐溢出、或耐附加环境因子，并且所述传感器剂量测定材料以以下方式包括在所述设备中：不干扰结构完整性、耐用性、安全特征、近场通信、条形码、并且不需要用于测量的透明层而允许图形叠加、全息图、条形码、图片、指纹、天线、以及与剂量测定有关的必要人口统计信息和/或所述设备日常使用的与所述剂量测定无关的信息。

9.一种在ESR仪器中的辐射物理剂量测定中使用一组晶体材料的方法，所述晶体材料具有最佳辐射敏感特征，选自包含丙氨酸、羟磷灰石和甲酸钾的组且在卡片形状因子的设备中包括填料/粘合材料，所述填料/粘合材料在主卡形状因子设备的制造过程中以及寿命期间在不需要稳定材料的情况下保持结构完整性，所述ESR仪器配置为以单个ESR光谱模式操作，具有用于提取和检测操作的传输线微波探针并且包含扫描和调制磁场以建立和记录有效的共振峰的线圈。