JP2007536509A - Nmr重量測定検査システムにおける近接する試料の影響の補償方法。 - Google Patents

Nmr重量測定検査システムにおける近接する試料の影響の補償方法。 Download PDF

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Abstract

製造ライン上の試料に対するNMR重量測定検査システム(24)における、試験試料のNMR測定において、隣接する試料の影響を低減または、排除するための方法(10)。試験試料は、製造ライン上の容器(22)中にあるそれぞれ複数の隣接する試料を有する製造ライン上の容器(22)中にある。方法(10)は、試験試料に隣接する複数の試料に対するクロス・カップリング重み係数を求めるステップと、各測定を表すデータを供給する試験試料及び隣接する試料の磁気共鳴を測定するステップと、重み係数を隣接する試料の影響を補償する各測定値を表すデータへ適用するステップと、を含む。

Description

本発明は、製造ライン内で容器が動いている間に、核磁気共鳴(NMR)技法を用いて、容器内の材料を重量測定検査することに関する。より詳細には、本発明は、NMR重量測定検査時における近隣する複数の容器とそれらの試料の影響を補償するための方法に関する。
数多くの科学分野において測定、検出及び画像形成を試みるに当たって、NMR技法を使用することが望まれようになっている。NMRが非侵襲性及び非破壊性であることから、限定はしないが、化粧品、香水、工業用化学薬品、生物学的試料及び食品を含む種々の応用形態において、工業的な計測作業、分析作業及び制御作業に適用することが促進されてきた。一例として、製薬工業では、封止されたガラス製バイアルに薬剤を充填する間に、その薬剤の量を監視し、調節するために、重量測定検査が用いられる。薬剤の重量は数分の一グラム程度に小さい可能性もあるので、数十グラムの重さがあるバイアルにおいて、毎秒数回の割合で重量測定しながら、数パーセント以下の精度で薬剤が増量される必要がある。
参照によって本明細書に援用される、国際特許出願WO 99/67606は、以下に完全に記述されているように、NMRを利用する、製造ライン上にある試料のための重量測定検査システムを記述する。このシステムは、検査域にわたって静磁場を生成し、検査域内に配置される試料内に正味の磁化を生成するための磁石と、NMRの原理に基づいて、検査域にわたって交流磁場を印加して、試料の励磁を引き起こすためのRFコイルとを備える。
NMR技術分野において周知であるように、交流磁場による試料のパルス励磁の後、試料は、自由誘導減衰(「FID」)と呼ばれるRFコイル中に誘導される信号を発し、その信号から多くの情報、例えば試料の質量(または重量)がわかる。FIDは試料に印加される正味の磁化に正比例する。しかしながら、1以上の試料が、検査域内の製品充填ライン上に、また特に試料が励起されるときの交流磁場内に配置されると、追加の1または複数の試料は、それ自体も正味の磁化を発生し、RFコイル内に誘導されるそれ自体のFIDを放出するであろう。その結果、この環境下でRFコイル中に誘導されるFIDは、隣接する試料が干渉またはクロス・カップリング効果を生成するFIDの集合である。1つの試験試料の質量(または重量)を正確に求めるには、クロス・カップリング効果が最小化、または排除されていることが必要である。
当然ながら、生産ライン上の試料の間隔をあけることは、一度に唯1つの試料が検査域内に配置されるように、クロス・カップリングの可能性を排除するであろう。これは試料を処理できる比率を低減するため、製造の観点から望ましくない。
製造ライン上の試料のためのNMR重量測定検査システム内における試料の質量のNMR測定において、近接する試料の影響を低減、または除去するための方法を提供することが望ましい。
製造ライン上の容器内の試験試料、及び製造ライン上の容器内の複数の隣接する試料を有する、磁気共鳴重量測定検査システムにおいて、隣接する試料の影響を補償するための方法であって、
試験試料に隣接する複数の試料に対するクロス・カップリング重み係数を求めるステップと、
試験試料及び隣接する試料の磁気共鳴測定をするステップであって、試験試料、及び隣接する試料の磁気共鳴を測定する前記ステップは各測定値を表すデータを供給するステップと、
重み係数を各測定値を表す前記データへ適用し、隣接する試料の影響を補償するステップと、
を含む、方法。
本発明による一方法は、概略的に図2における番号10によって示されている。本方法は、製造ライン(「製造充填ライン」としても知られている)を連続的に移動している容器の中身の質量(または重量)を測定する非接触の、NMR重量測定検査システム20において利用される。本方法は、NMR重量測定検査システム20において、NMR試験試料に隣接する試料からの干渉を補償する。このような重量測定検査を必要とする一例示的な応用形態は、医薬品パッケージングである。最良の本方法を理解するために、まず、例示的なNMR重量測定検査システムの所定の構造、およびそれと関連する製造ラインを概述することが有用である。
医薬品パッケージングのための例示的なNMR重量測定検査システム
図1は、製造ラインの一部を示しており、その製造ラインでは、ガラス製バイアル22が薬剤試料で満たされる。例示的な重量測定検査ステーション24が、その中を通り抜ける充填済みのバイアルをそれぞれ非接触で重量測定するために「インライン」に設けられており、排除ステーション26が、製品規格を満たすだけの十分な量の薬剤を含まないバイアルをラインから除去する。バイアル22は、コンベヤベルト28を有するコンベアによって、充填(及びオプションでは封止)ステーション(図示せず)から重量測定検査ステーション24まで輸送され、コンベヤベルト28は、矢印30によって表されるように、回転式コンベアホイール32の作用によって、z方向に動く。
重量測定検査ステーション24は、NMR技法を用いて、各バイアル22内の薬剤試料の質量を求める。測定過程を妨げる可能性がある信号を与えないので、容器としてガラス製バイアルが有用であることは、当業者には理解されよう。この実施形態では、重量測定検査ステーション24は、電磁石等の静磁場源、永久磁石34と、RFプローブ35と、プロセッサ38を有するコンピュータ制御システム36とを備える。磁石34は、検査域40と呼ばれることもある領域において、コンベヤベルト28にわたってx方向に一様な直流(DC)又は静磁場を生成する。検査域40は、コンベヤベルト28のある長さに延在し、その中の隅々まで、永久磁石34によって静磁場が一様に印加される。バイアル22内の試料は原子核を有し、各原子核は、その原子核のスピンの結果として、磁気モーメント、たとえば1H原子核(陽子)を有する。試料の陽子が磁気モーメントを有するので、試料は、一定の磁場の影響下にあるときに、正味の磁化を受けることができる。試料が検査域40内にあるときに、印加される静磁場は、試料内に正味の磁化を生成する。検査域40に前置されるか、又は検査域40の入口にあるバイアル位置検出デバイス42(光ビーム46を有する光学位置センサ44等)が、バイアル22が重量測定検査ステーション24の前にある、コンベヤベルト28上の既知の物理的位置に達する時点を正確且つ厳密に検出する。
大部分のNMRシステムでは、静磁場は、試料のラーモア周波数が電磁スペクトルの無線周波数範囲内にあるような強度を有する。試料のラーモア周波数において、静磁場に直交するように向けられる、交流(AC)磁場を試料に印加することによって、試料の正味の磁化が、静磁場の方向から離れるように、AC磁場の軸を中心にして回転するであろう。この実施形態では、この磁場は、RFプローブ35に、対応するAC電流を印加することによって生成される。RFプローブ35に供給されるエネルギーの量を変更することにより、正味の磁化の回転角を変更することができる。
この例示される実施形態では、90°回転させる励磁場を用いて、試料が励磁される。90°パルスが試料に印加された後に、試料は高エネルギーの非平衡状態のままにされ、その状態から、その元の平衡状態に緩和されるであろう。試料が平衡状態に戻るとき、ラーモア周波数の電磁エネルギーが放射され、その磁気成分が、RFプローブ35内に電流の形で、自由誘導減衰(FID)として知られる試料の応答信号を誘導する。
RFプローブ35は、試料の正味の磁化がその元の状態に戻るときに試料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。この例では、誘導電流の特性、すなわち振幅が、特に、試料内の磁気モーメント数に従って、試料内の分子数とともに変化する。その後、受信された信号は、コンピュータ制御システム36に渡され、コンピュータ制御システム36は、未知の試料から受信される信号の振幅を、既知の質量(又は重量)を有する較正試料から受信される信号の振幅と比較して、試験されている試料の質量(重量)を求める。
限定するためではなく、例示するために、図1に示されるようなNMR重量測定検査システム24の全般的な動作を説明する。最初に、重量測定検査システム24が初期化され、それは試験されるべき試料のために適したRFプローブ35を取り付けることを含む。生産が開始されると、コンベアベルト28が、その中の試料の質量(又は重量)が求められることになるバイアル22を連続して輸送する。各バイアル22が光学位置センサ44によって検出される位置に達するとき、光学位置センサ44は、コンピュータ制御システム36に対してそのバイアル22の位置を正確に確定する信号を生成する。その後、バイアル22内の試料が磁気共鳴によって測定される検査域40内の位置PMまでバイアル22が進むのに応じて、コンピュータ制御システム36は、コンベアベルト28の動きを追跡する。
バイアル22が位置PMにある瞬間に、RFプローブ35への短時間の電圧印加が起動され、検査域40内に交流磁場を印加して、バイアル22内の試料の正味の磁化が一時的に変更されるようにする。RFプローブ35は、試料の正味の磁化がその元の平衡状態に戻るときに、バイアル22内の試料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、たとえば電流振幅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36は、RFプローブ35の出力信号を受信する。プロセッサ38が、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つの類似の試料から得られる類似のデータと比較し、その比較結果から、試料の質量を求める。
隣接する試料の影響の補償
プロセッサ38はバイアル22内の試料の質量の実時間(リアルタイム)計算を行う。一般に、試料はコンベアベルト28上にほぼ均等に、そして十分に近くに配置されており、RFコイル35によって受信された信号は、質量が検査される試料(試験試料)からだけでなく、正味の磁化を発する他のバイアル22内の試料(試験試料に隣接又は近接)からも生ずる。この干渉効果はクロス・カップリングと呼ばれ、試料の質量の正確な測定値を得るため、除去され、又は補償されなければならない。試料が異なる正味の磁化を有する可能性があるため(永久磁場及び/又はNMR交流磁場が異なる時間及び異なる場所にあることにより、即ち、異なる磁気履歴により)、クロス・カップリングは、試験位置に対して対称でない可能性がある。
また、方法10は、他の2つの影響を補償する。第1に、コンベアライン上の場所が空、すなわち、試料もバイアル22も無い可能性がある。このような事象を補償するため、以下に説明するように、方法10は、(質量ゼロの)空の空間を含み、質量に関わりなく、全ての試料からの信号を処理する。第2に、受信されるNMRデータ信号の一部はノイズからもたらされたり、試料以外、例えばバイアル22上端のゴム又はバイアル22を運ぶコンベアベルト28からもたらされる。方法10は、オフセット係数を含み、それはwoffとして示され、内部及び外部のノイズに対応する。
方法10では、重み係数と呼ばれる係数の決定を考慮し、試験試料に隣接する試料のクロス・カップリング、及び他に示した影響を補償する。補償が行われなければならない試験試料の両側にある試料の数は、どれだけ早くクロス・カップリング信号が試験位置から減少するか、及びその用途に要求される正確性を含むいくつかの点によって決定される。室温で液相にある薬剤で充填された2mlの量の薬剤バイアル22を用いるとき、試験試料及びバイアル22の両側にある2つの位置の試料及びバイアル22の補償が、現在、医薬製造産業における許容可能な補償レベルを提供していることがわかった。この状況において、得られたデータ信号と、配置されている試料の真の質量との関係は、以下のように表される。
di*sc=woff+w-2*mi-2+w-1*mi-1+w0*mi+w1*mi+1+w2*mi+2 式1
miは試験試料の質量、mi+1は試験試料に続く1つ目に位置する試料の質量、mi+2は試験試料に続く2つ目に位置する試料の質量、mi-1は試験試料に続く1つ目に位置する試料の質量、mi-2は試験試料に続く2つ目に位置する試料の質量、diは試験試料から測定されるNMR信号データ、scはデータ信号を試験試料の質量へ変換するためのスケール係数(必要ない場合は1に設定される)、woは試験試料に対する重み係数、wと共にある語は、下付き文字で示される位置に対する重み係数、woffは内部ノイズ及び外部ノイズに対応する上述のオフセット係数である。
試験試料の両側にあるクロス・カップリングしている1つの試料だけで、十分な精度が得られる場合、この関係は、
di*sc=woff+w-1*mi-1+wo*mi+w1*mi+1 式2
に簡略化される。
較正段階の間は、di及びmiは既知、wiは未知であり、製造中は、di及びwiは既知で、miは未知である。方法10は、反復して行われるデコンボリューション処理を供給し、未知の値を決定する。
図2に戻ると、製造中のNMR重量測定システム24における隣接する試料の影響の補償をするため、最上位のフローチャートが本発明の教義に従って例示的方法で示されている。方法10は、また、製造前段階又は較正段階と呼ばれるNMR重量測定検査システム24の製造作業の前に行われなければならないステップ、及び製造作業中に行われるステップを含む。製造前ステップ50では、本発明によって考慮された補償を提供するための重み係数が求められる。ステップ70及び90は、試験試料及び隣接する試料のNMR測定のそれぞれの製造ステップを示しており、重み係数をRFコイル35によって受信された信号を表すデータへ適用し、それによって試験試料の質量はクロス・カップリング及びここで示された他の悪影響に対して補償されるであろう。
図3は、製造前ステップの最上位のフロー・チャートであり、図2のステップ50に示されるNMR重量測定システムにおける隣接する試料の影響の補償のための重み係数を決定する。ステップ50は、ステップ52において、全て既知の質量を有する充填されたバイアル22の連続する試料、及び空の空間(オープンスペース)に関し、NMR測定値を作成するステップ、ステップ54において、重み係数を計算するステップと、及びステップ56において、計算された重み係数をコンピュータ制御システム36等に格納するステップと、を含む。
これは、反復する処理(プロシージャ)である。上記の式1からクロス・カップリングを無視することによって、即ちmi=(di*sc-woff)/woとして、最初の反復サイクルにおいてmiの初期の推定値がわかる。これは、下記の表におけるCである。第1反復の値に加えて、iの両側にあるいくつかの試料の推定される質量も、miに等しく設定される。図中にA、B、D及びEがある。試料の数は、以下に示すように、必要とされる数の反復によって求められる。次の反復において推定される質量は、前の反復で隣接する推定された質量から、クロス・カップリングを引くことによって補正される。例えば、
F=B-(w-1*A)-(w1*C) 式3
この処理は数回の反復の後に収束する。
クロス・カップリング効果のため、いくつかの後続試料からのデータ信号もまた受信されるときにのみ、試料iの質量の最適な推定値がわかる。それらのいくつかの後続試料は試料iに対するNMR信号へ寄与し、その寄与の量はそれら試料の質量によるであろうからである。以下の例示は、試料iがその両側の試料とだけクロス・カップリングする場合を示す。しかしながら、この場合、試料i+2からの信号データは試料iの質量が求められる前に必要とされ、3回の反復の最小値はデコンボリューション・アルゴリズムに必要となる。このことは、試料iの質量の計算が、クロス・カップリングを考慮する推定された質量にのみ基づくことを確実にし、また、これらの推定された質量自体は、クロス・カップリングを考慮済みの推定された質量に基づいた結果であることをまた、確実にするであろう。
Figure 2007536509
上記表において、IはF、G及びHから計算され、FはA、B及びCから計算され、GはB、C及びDから計算され、HはC、D及びEから計算される。
クロス・カップリングしている試料の数が、試料iの両側よりも大きい場合、必要となる反復数は増加し、データdの数値もまた増加する。これは、また、iの質量が決定できるまでにiを超えて測定されなければならない試料の数が増加することを意味する。
データ配列の大きさは、クロス・カップリングを考慮しなければならない、試料iの両側の試料の数による事は理解されよう。試料iの両側の2つの試料がクロス・カップリングを決定するのに要求される場合、データ配列は、質量が計算されている中央の試料からの11の値を含むことになる。この場合、変数「オフセット」は6の値に設定され、その機能によって戻されるべき中央の質量が選択される。
図4は、図3に最上位のステップとして示される、較正期間中の重み係数を計算する製造前ステップの、中間位のフローチャートである。ステップ58において、初期の補償されていない試料の質量はNMR信号データから得ることができる。次に、ステップ60では、重み係数を求めるためにデコンボリューション反復が行われる次のステップ62を初期化するために、初期の重み係数のセットを推定可能である。ステップ64においては、事前に選択された制御変数が許容可能なレベルまで収束するか否かの決定がなされる。収束する場合、ステップ68において重み係数は保存され、本較正前処理は終了する。収束しない場合、ステップ66に示されるように、重み係数は得られたばかりの重み係数へ更新され、ステップ62のデコンボリューション処理、及びステップ64の検査が反復される。
ここで、初期の重み係数値のセットが前の経験に基づいて選択されるとき、その値は正確である必要がないことを、当業者は理解すべきである。推定された質量と、真の既知の質量との間の差は、デコンボリューション・アルゴリズムの各反復で最小化されるであろう。本プロシージャは、ある反復から次の反復までに求められた質量の差が、事前に選択された値よりも下になるとき、即ち収束するとき、中止する。
また、試料iの質量の計算に前及び後ろにある試料からのデータが必要なので、試料iの質量は、後の試料からのデータが受信された後にのみ計算される。例えば、試料iの両側の2つの試料からのクロス・カップリングを求めるためには、データ信号は先ず試料i+5から受信されなければならない。
図5は、最上位のステップとして図2に示される製造中に重み係数を適用するステップの中間位のフローチャートである。作業の間、NMR測定は、ステップ92に示されるように、全て未知の質量である試験試料及び隣接した試料によりなされる。次に、ステップ94において、選択的に、温度の補正がNMR測定信号へ適用される場合がある。最後に、ステップ96において、較正段階で用いられる同一のデコンボリューションの反復が行われ、試験試料の重み係数が補償された質量を求める。作業の間、利用される重み係数は、較正段階の間にわかる重み係数である。同一の反復処理が質量を計算するために用いられる。
ここで、本発明に従う方法は、較正及びフィルタリングを用い、測定が必要とされるバイアルの両側にある2つの隣接する試料の影響を求めることによって、また再帰的なデコンボリューションを行うことによって、集まった信号から関連するデータを抽出することであることを、当業者は認識すべきである。
本明細書に記述される実施形態が例示にすぎないこと、及び本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者が多数の変形及び変更を行うことができることは理解されよう。種々の実施形態は、必要に応じて、代替形態において、又は組み合わせで実施することができる。全てのそのような変更及び変形は、特許請求の範囲において規定されるような本発明の範囲内に含まれることを意図している。
重量測定ステーションの中を通り抜ける各容器が所望の量の製造物を有することを検査するための1つの例示的なNMR重量測定検査ステーションを備える製造ラインの一部の斜視図である。 NMR重量測定システムにおける製造中の隣接した試料の影響を補償する、本発明の教示に従って例示的な方法を示す最上位のフローチャートである。 図2の最上位ステップで示されるように、NMR重量測定検査システムにおける近接した試料の影響の補償のための、重み係数を求める製造前のステップを示す最上位のフローチャートである。 図3の最上位ステップで示されるように、較正中に重み係数を計算する製造前ステップを示す中間位のフローチャートである。 図2の最上位のステップで示されるように、製造中に重み係数を適用するステップを示す中間位のフローチャートである。

Claims (14)

  1. 製造ライン上の容器内の試験試料、及び製造ライン上の容器内の複数の隣接する試料を有する、磁気共鳴重量測定検査システムにおいて、隣接する試料の影響を補償するための方法であって、
    前記試験試料に隣接する複数の試料に対するクロス・カップリング重み係数を求めるステップと、
    前記試験試料及び隣接する試料の磁気共鳴測定をするステップであって、試験試料、及び隣接する試料の磁気共鳴を測定する前記ステップは各測定値を表すデータを供給するステップと、
    重み係数を各測定値を表す前記データへ適用し、隣接する試料の影響を補償するステップと、
    を含む、方法。
  2. 請求項1記載の方法において、クロス・カップリング重み係数を求める前記ステップは、既知の質量を有する連続した充填された容器の、磁気共鳴測定を行うステップを含む、方法。
  3. 請求項2記載の方法において、クロス・カップリング重み係数を求める前記ステップは、さらに、連続の充填された容器、及び既知の質量を有する空の容器の磁気共鳴測定を行うステップを含む、方法。
  4. 請求項2記載の方法において、クロス・カップリング重み係数を求める前記ステップは、さらに、重み係数を計算するステップを含む、方法。
  5. 請求項4記載の方法において、以下の関係di*sc=woff+w-1*mi-1+wo*mi+w1*mi+1の1つ、及び以下の関係の複数に従って重み係数を計算する前記ステップにおいて、miは試験試料の質量であり、mi+1は試験試料に続いて位置する1つ目の試料の質量であり、mi-1は、試験試料に続いて位置する1つ目の試料の質量であり、diは、試験試料を表す磁気共鳴測定されたデータであり、scは、データ信号を試験試料の質量へ変換するスケール係数であり、woは試験試料の重み係数であり、wは、下付き文字で示された位置に対する重み係数であり、woffは、内部及び外部ノイズに対応させるための上述したオフセット係数である、方法。
  6. 請求項3記載の方法において、クロス・カップリング重み係数を求める前記ステップはさらに、計算された重み係数を保存するステップを含む、方法。
  7. 請求項4記載の方法において、前記クロス・カップリング重み係数を求めるステップは、さらに、前記関係の複数のデコンボリューション反復を行うステップを含む、方法。
  8. 請求項7記載の方法において、前記クロス・カップリング重み係数を求めるステップは、さらに、試験試料を表す磁気共鳴測定されたデータから、試験試料に対する初期の補償されていない質量を取得するステップを含む、方法。
  9. 請求項8記載の方法において、前記クロス・カップリング重み係数を求めるステップは、さらに、初期の重み係数を推定するステップを含む、方法。
  10. 請求項9記載の方法において、前記クロス・カップリング重み係数を求めるステップは、さらに、事前に選択された制御変数を事前に選択されたレベルと比較するステップを含み、デコンボリューション反復のステップを繰り返すか否かを決定するステップを含む、方法。
  11. 請求項10記載の方法において、前記クロス・カップリング重み係数を求めるステップは、さらに、前記重み係数の1つを更新し、前記重み係数を保存するステップを含む、方法。
  12. 請求項1記載の方法において、前記重み係数を各測定値を表すデータへ適用するステップは、試験試料、及び未知の質量を有する隣接する試料の複数の磁気共鳴測定を行うステップを含む、方法。
  13. 請求項12記載の方法において、前記重み係数を各測定を表すデータへ適用するステップは、さらに、温度補正を磁気共鳴測定へ適用するステップを含む、方法。
  14. 請求項13記載の方法において、前記重み係数を各測定を表すデータへ適用するステップは、さらに、複数のデコンボリューション反復を行うステップを含み、試験試料の重み係数が補償された質量を求める、方法。
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