《Journal of Pharmaceutical Sciences》：In-line laser triangulation-based 3D profiling for real-time tablet monitoring in a rotary tablet press
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基于线激光三角测量（laser triangulation）的三维轮廓分析（3D profiling）可实现旋转压片机中片剂的实时监测。激光三角测量三维轮廓分析支持在线片剂高度与表面检查。由激光推导的高度改善了在线片重（tablet mass）预测。工业相关设
基于线激光三角测量（laser triangulation）的三维轮廓分析（3D profiling）可实现旋转压片机中片剂的实时监测。激光三角测量三维轮廓分析支持在线片剂高度与表面检查。由激光推导的高度改善了在线片重（tablet mass）预测。工业相关设置适用于～500 000片/小时的生产速度。
研究背景方面，片剂因制造效率、剂量准确性、长期稳定性和患者接受度而广泛使用。质量源于设计（Quality by Design, QbD）强调理解关键物料属性、关键工艺参数与关键质量属性（critical quality attributes, CQA）之间的关系；过程分析技术（process analytical technology, PAT）则用于实时监测关键工艺参数和质量属性。压片过程中已应用UV/Vis、NIR、Raman、太赫兹和微波共振等技术，但这些方法多依赖多元校准模型，需要大量参考数据并在产品生命周期内持续维护，且受原料变异、处方改变和仪器漂移影响。因此，无需化学计量学校准的直接物理测量受到关注。压片机力传感器可根据压缩力接受或拒绝片剂，但该信号间接且依赖物料，压片机刚度也影响模孔填充与力的关系；直接几何测量则可提供正交的、与产品相关的信号。片剂体积和密度与抗张强度、药物含量、孔隙率、崩解和溶出密切相关，而片剂长宽主要由模具决定，体积变化主要来自片高。激光三角测量（laser triangulation）无需校准且与物料无关，已在工业计量中成熟，但在制药中应用有限。已有研究将其用于进料框粉末填充水平及辊压条带厚度、孔隙率和弹性回复测定。片剂表面粘冲和拾取也是制造问题，相机二维深度学习方法需训练数据，而激光三角测量可提供定量高度、受照明影响小且可在过程中高频运行。基于此，研究人员将线激光三角测量轮廓传感器直接集成到旋转压片机，在工业相关条件下评价其实时在线监测片高和表面性质的能力。
研究人员在XM 12旋转压片机排片位置集成LJ-V7080传感器，并开展EXP1和EXP2。EXP1采用9 mm EU-B斜边冲头，30点随机优化拉丁超立方设计，考察加料高度、桨速、预压缩力、主压缩力和转台速度；EXP2采用16×9 mm长圆形EU-B冲头并带“500”压印，改变转台速度和采样频率。结果显示，在线高度与24 h后离线厚度接近，说明测量位置捕获了快速弹性回复；激光高度改善片重预测，压印可可靠分辨。该方法无需化学计量学校准，可作为基于压缩力控制策略的正交补充。
关键技术方法可概括为：将线激光三角测量传感器安装于旋转压片机排片位置，以约37°倾角和压缩空气吹扫布置；采用高动态范围模式1、30 μs曝光、检测模式5（High）、小Z/中X范围、像素合并和图像掩膜，获取60 000条轮廓；用Python执行坐标校正、片剂检测和高度统计；用数字卡尺、Bland-Altman分析、ST50片剂测试及二阶多项式与留一交叉验证（leave-one-out cross-validation, LOOCV）建模评价。本研究无人体样本队列，片剂为实验用安慰剂片。
研究结果：在“传感器设置对原始数据质量的影响”中，通过比较高精度、高动态范围模式和曝光时间，发现高精度模式片剂表面清晰但模台弱；高动态范围模式1兼顾金属转台与片剂；15 μs模台弱，30 μs改善且轮廓清晰，更高曝光导致散射、过曝和边缘模糊，故选择高动态范围模式1、30 μs。在“离线校准结果与测量验证”中，通过空转台和2.48 mm金属垫片校准，并与卡尺比较，激光高度沿等值线分布，Bland-Altman平均差+1 μm，95%一致性界限?34至+36 μm，平均绝对误差约15 μm，无明显系统偏移。在“不同压片速度下空冲头测量”中，10、20、30 rpm下可分辨下冲头平面和EU-B模孔轮廓；冲头平面接近0 mm，转台表面无周向高度梯度，表明测量位置无显著垂直运动，可用单一全局参考面。在“在线片剂测量示例与伪影”中，11、20、30 rpm下片剂表面和倒角清晰；靠近转台中心的片剂边缘受上冲头遮挡，遮挡随片厚增加；沿旋转方向右边缘因阴影出现缺失像素，但主要表面重建未受明显影响。在“在线与离线厚度及弹性回复”中，30组实验显示在线激光厚度与24 h离线厚度接近，快速弹性回复在测量位置基本完成；二阶多项式模型显示主压缩力对表观模内弹性回复（in-die elastic recovery, ER
id）影响最大，片重也有明显影响并存在交互，但压片机机械变形会引入依赖力的系统偏差。在“激光测量、片重、片剂密度与抗张强度”中，激光高度可作为密度在线描述符，但需考虑弹性回复；将激光高度加入模型后，片重预测平均绝对误差由1.71降至1.20 mg，抗张强度由0.037降至0.031 MPa；模型调优后激光高度主项被剔除，交互项仍有贡献，故更适合监测片重而非直接预测抗张强度。在“压印评估案例”中，EXP2改变转台速度和采样频率，压印“500”在10–50 rpm、2–16 kHz均可识别；50 rpm、2 kHz时周向分辨率约330 μm仍保留主要几何特征，16 kHz将点距降至约41 μm，改善局部细节和边缘，但主要高度变化保持。在“配方可转移性考虑”中，研究仅用单一未着色安慰剂；方法不依赖化学计量学模型但依赖光学响应；高动态范围模式1、30 μs可同时分辨高反射转台和哑光片剂，405 nm降低半透明片体亚表面穿透；深色或高吸收片剂需更长曝光或更高动态范围，高光泽表面增加饱和和缺失像素风险；粗糙共混物可能需用上分位数代替众数。在“工业放大考虑与未来改进”中，理论采样频率可达32 kHz；对X 5压片机490 mm节圆、120 rpm、单冲头产率417 600片/小时，周向采样密度约10 scans mm
?1、分辨率96 μm，可能实现100%在线检查。2 kHz时原始数据约10 GB h
?1，32 kHz约160 GB h
?1，需实时处理；逐轮廓处理延迟9 μs，片厚可在离开视野后15 ms获得。未来应使用编码器同步采集、冲头个体数据同步和实时特征提取。
讨论部分总结：激光三角测量无需校准和物料特异性模型，能提供直接几何信息，并与压片机过程数据互补。在线高度与离线厚度接近，说明测量位置捕获快速弹性回复；激光高度尤其改善片重预测，对抗张强度预测帮助有限。压印可分辨，提示表面缺陷检测潜力。工业实现需实时数据处理、编码器同步和系统适用性监测；长期运行稳定性尚未评估。研究结论翻译：将线激光三角测量传感器成功集成到旋转压片机，可在排出后立即精确、非接触地在线测量片剂高度和表面形貌。在工业相关转台速度下表现稳健。对于所研究配方，在线高度与24 h离线值密切一致，表明快速弹性回复组分在测量位置基本完成。激光推导高度补充机器数据，尤其改善片重（tablet mass）预测，而对抗张强度预测益处有限。所有研究操作条件下均能可靠分辨压印，表明具有表面缺陷检测潜力。由于该方法无需化学计量学校准即可给出直接几何信息，其构成对基于压缩力控制策略的正交补充。未来工作应关注编码器同步采集、冲头个体数据与压片机仪器同步，以及实时特征提取，以实现工业规模100%检查和闭环控制。
