(57)【要約】磁場をシミングするための方法が開示される。方法は、シムパスの幾何学性を変化されることなく、磁場における不均一性の１つ以上の幾何学的成分の抑制に貢献する単一のシム電流を利用する。方法を実行する装置もまた開示される。態様において、装置は実質的に共通に方向付けられたシムパスを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の幾何学的成分を有する不均一性のある磁場をシミングする方法であって、該磁場は磁石アセンブリにより生じるもので、該方法は、
複数の協調的に変調された単一シム電流を、複数の実質的に共通に方向づけられたシムパスの対応する１つに沿って適用し、各シムパスの一部は前記磁石アセンブリ内に位置しており；および、
前記複数のシム電流を利用して、前記磁場内における不均一性の前記１つ以上の幾何学的成分を抑制することを含むものである、前記方法。
【請求項２】
複数のシム電流が共通の平面内に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記実質的に共通に方向付けられたシムパスの個々の１つが、
（ａ）実質的に一直線である；
（ｂ）方向の急変により分離された２つの実質的に一直線の部分を含む；
（ｃ）方向の急変により分離された３つの実質的に一直線の部分を含む；または、
（ｄ）ジグザグ構造を有する領域を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
サンプルが軸に沿った磁気の中へ挿入され、シムパスの方向が前記軸に対して実質的に平行である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数のシム電流の各個々の１つが複数のシムパスのそれぞれの１つにおいて流れ、電流の個々の１つが、
既知の電流を複数のシムパスの各々に適用することで生じる磁場を推定すること；
幾何学的成分値を取得するために、推定された磁場の幾何学的成分を代表する関数のスカラー積を演算すること；
前記幾何学的成分値を行列の中へ配列すること；
疑似逆行列値を取得するために行列の疑似逆を決定すること；および
疑似逆行列値に従って電流の個々の１つを選択すること、
により決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記適用が、前記シム電流の大きさを協調的に調節することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記単一シム電流が、シムパスの付近における磁気的に透過性の材料内にイメージ電流を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
主磁場にさらされるサンプル内の磁気共鳴を検出する検出器であって、該検出器は、
２つの端部を有する実質的に平らなシムパネル；および
前記２つの端部の間に伸びる実質的に共通の方向性を有する複数のシムパスを含み、該シムパスはそこにシム電流を適用する、前記検出器。
【請求項９】
軸を有する縦方向空間をさらに含み、サンプルプローブの挿入のための縦方向空間は該軸に沿ったサンプルを含み、方向性は該軸に実質的に平行である、請求項８に記載の検出器。
【請求項１０】
平らなシムパネルが、２つの平らなパネルを含む、請求項９に記載の検出器。
【請求項１１】
２つのシムパネルが取り付けられる磁極片をさらに含み、該磁極片が縦方向空間内に伸びる、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１２】
シム電流の１つが、前記磁極片内にイメージ電流を誘導する、請求項１１に記載の検出器。
【請求項１３】
複数のシムパスの少なくとも１つのサブセットが、実質的に平行な平面上に配置される、請求項８に記載の検出器。
【請求項１４】
平らなシムパネルをその上に含むプリント基板をさらに含む、請求項８に記載の検出器。
【請求項１５】
前記シムパスが、
ａ）方向の急変により分離された実質的に一直線の領域を含む；または、
ｂ）それらの長さの少なくとも一部に渡って実質的に平行である、
請求項８に記載の検出器
【請求項１６】
第一および第二の実質的に距離が置かれた端部を有し、該端部の間にそれぞれ実質的に伸びる複数のシムパスを含む実質的に平らな部分を有するシムパネルであって、該シムパスの個々の１つは、
ａ）パスの方向の急変により分離される実質的に一直線の領域を含む；または、
ｂ）それらの長さの少なくとも一部に渡って実質的に平行である；または、
ｃ）実質的に共通の方向性を有する、前記シムパネル。
【請求項１７】
前記パスが共通の平面内にある、請求項１６に記載のシムパネル。
【請求項１８】
検出器が軸に沿ったサンプルの挿入を受け入れ、前記パネルの前記端部が前記軸に沿って実質的に方向付けられている、請求項１６に記載の検出器。
【請求項１９】
シムパネルがプリント基板を含む、請求項１９に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁場内の不均一性を抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
関係性のある背景技術の文献は、以下のものを含む。
McDowell, A. and Fukushima, E., “Ultracompact NMR: 1H Spectroscopy in a Subkilogram Magnet,” Applied Magnetic Resonance 35 (1), 185-195, 2008.  この参考文献は、ナノリットル量のサンプルを具備するコンパクトな永久磁石内のＮＭＲ分光法を明示する。
Bluemich, Bernhard, et al., “Mobile NMR for Geophysical Analysis and Materials Testing,” Petroleum Science 6 (1), 1-7, 2009. この参考文献は、ハルバッハ磁石設計を用いるコンパクトＮＭＲ分光計を示す。
Chmurny, Gwendolyn N. and Hoult, David I., “The Ancient and Honourable Art of Shimming,” Concepts in Magnetic Resonance Part A 2 (3), 131-149, 2005. この参考文献は、球面調和関数展開のシミングへの利用を詳述する。
Raich, H. and Bluemler, P., “Design and Construction of a Dipolar Halbach Array with a Homogeneous Field from Identical Bar Magnets: NMR Mandhalas,” Concepts in Magnetic Resonance B: Magnetic Resonance Engineering 23B (1), 16-25, 2004.  この参考文献は、核磁気共鳴分光計内の立方体磁石から作られるハルバッハスタイルの磁石の利用を詳述する。
【０００３】
Moresi, Giorgio and Magin, Richard, “Miniature Permanent Magnet for Table-top NMR,” Concepts in Magnetic Resonance Part B: Magnetic Resonance Engineering 19B (1), 35-43, 2003.  この参考文献は、平らな磁極片を利用したＮＭＲ応用のために、ハルバッハ配列の内側の場をより均一にレンダリングするための取り組みを開示する。
Danieli, Ernesto, “Mobile Sensor for High Resolution NMR Spectroscopy and Imaging,” Journal of Magnetic Resonance 198, 80-87, 2009.  この参考文献は、一次ハルバッハ配列内に置かれる磁石を利用して、場をより均一にするための取り組みを開示する。
Keim, Thomas A., “Intentionally Non-orthogonal Correction Coils for High-homogeneity Magnets,” US Pat. No. 4,581,580, 1986.  適用される電流の特定のセットの変更を介して、複数の多重球面調和関数を生み出すことができるシムコイルのセットを利用することを開示する。セット内の一つのコイルが、一つ以上の球面調和関数に対して貢献可能である。
Golay, M. J. E., “Homogenizing Coils for NMR Apparatus,” US Pat. No. 3,622,869, 1971.  磁場の最適化のために均一化コイルを使うことを開示し、該コイルは、電気絶縁プレートに固定される導電体から成り、磁気磁極片に平行且つ隣接して置かれる。
【０００４】
Kabler, Donald J., Gang, Robert E., and Reeser, Jr., William O., “Magnetic Field Shim Coil Structure Utilizing Laminated Printed Circuit Sheets,” US Pat. No. 3,735,306, 1973.  別のモジュール内の磁極片に平行および隣接して置かれる印刷回路シートと共に構成される場均一化コイルを開示する。
US Pat. No. 4,682,111, 1987 to Hughesは、静磁場の均一性を改善するために形態を工夫した磁極片を利用することを開示する。
Rose N.E., “Magnetic Field Correction in the Cyclotron”, Phys. Rev. 53, 715-719, 1938.  サイクロトロン内の磁場を均一化するために利用するためのリッジ磁極片を開示する。
O’Donnell, Matthew, et al., “Method for Homogenizing a Static Magnetic Field Over an Arbitrary Volume,” US Pat. No. 4,680,551, (issued on July 14) 1987.  磁場マッピングおよび重みつき最小二乗計算を基にした、シム電流の選択を開示する。
【０００５】
核磁気共鳴（NMR）の実験において、サンプルは、サンプルの核スピン磁気モーメントに部分的に整列したバイアス静磁場の影響の下に置かれている。静場内において該モーメントは、ラーモア周波数と呼ばれるひとつの周波数で歳差運動ををおこない、この周波数は磁場強度に比例する。サンプルの磁気モーメントは、横軸のＲＦ磁場をラーモア周波数で適用することにより操作することができる。サンプルのＲＦ場に対する反応を観察することにより、サンプルの化学組成の洞察を得ることができる。分析手法としてのＮＭＲの力は、適用される磁場の特徴がどれだけ良好に制御されるかによる面が大きい。
【０００６】
磁場のシミング（磁場をより一様にすること）の実行は、ＮＭＲの当初から存在しており、磁場を改良するためにこれら磁石位置を調節するためにソース磁石の後に物理的に置かれる金属の薄片を最初は用いていた。より現代的なシミング技術は、電磁気コイルを利用する。従来型の磁気共鳴分光計は、実質的に円筒のコイルの形態に配置されるシミングコイルを普通に利用している。コンパクトなＮＭＲ機器におけるシムコイルの利用は、困難であると判ってきており、それは多くの層を有し得る従来のシムコイルシステムを受け入れることができないという空間の制限に第一義的に起因する。このような多くの機器における主磁石の内側の利用可能な空間は、シミングコイルのセットが、主磁場の残りの不均一性のうちの唯一の幾何学的側面、または、幾何学的成分だけに対処するために、個々の要素ほとんどが、それぞれ設計されているという、シミングコイルの典型的なセットを受け入れるのには小さ過ぎるかもしれない。
【０００７】
図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、典型的的な強場の分光計設計における主バイアス場およびサンプル−チューブの構成と、円筒ハルバッハ（Halbach）配列に基づいたコンパクトな磁石システムのための設計におけるそれとを比較する。Ｂで表示される矢印は、主磁場の方向を指す。シミング手段は図には示されていない。図１Ａは、強場磁石の超電導フィールドコイル、挿入された円筒サンプルチューブ、および、コイルにより生み出された場Ｂを概略的に示す。サンプル体積内の磁場は、コイルおよびチューブの共通の対称軸に沿って整列している。
【０００８】
図１Ｂおよび１Ｃは、チューブの対称軸に垂直な場Ｂを生み出す円筒ハルバッハ磁石配列の中へ挿入される同一のサンプルチューブを示す。この特定のハルバッハ配列は、チューブの対称軸に垂直な磁石の磁化ベクトル（矢印で示される）を具備する、チューブの周りに置かれる円形配置内の８つの磁石から成る。ハルバッハ配列の内側の場は、いくつかの応用にとっては極めて均一だが、いくつかの高解像度ＮＭＲ実験のためには不均一過ぎるであろう。
【０００９】
磁場の不均一性を大幅に減少させるために、場の不均一性の異なる幾何学的側面の独立した制御を有するのが有用である。多くの磁気共鳴の応用において、主磁場は、一つの特定の方向に沿って強く偏向されており、我々は、これを、その原点をある固定点に有するデカルト基準座標系（Cartesian reference frame）におけるＺ軸とする。空間内のポイントに位置する磁気スピンのラーモア周波数は、そのポイントにおける場の大きさにより決定され、適度に均一な場の場合、場のＺ成分Ｂｚにより良好に近似される。Ｂｚは、関数
【数１】
2013512442.tif 000003
のスケーリングされた合計として展開することもできる。
【００１０】
ここでｋは、様々な関数ｆｋをセットでインデックスするために利用される変数（または、幾つかの変数）であり、ｘ、ｙおよびｚは、デカルト座標、または、サンプルの少なくとも一部を囲む体積内の位置を画定する他の空間座標である。Ｂ０は、場の大きなおよび空間的に一様な部分であり、係数ｃｋは、場の不均一性の異なる成分を数値化するものである。このような関数のセット、例えばｘ、ｚ、ｘｙ、
【数２】
2013512442.tif 000004
は、同一でない２つの関数の間のスカラー積がゼロである場合、直交（関数の特定のスカラー積に関する）であるといわれる。２つの関数の間の共通のスカラー積は、積分、
【数３】
2013512442.tif 000005
であり、ここで、Ｖは、それに渡って積分が計算される関数に関する体積を表し、＊は複素共役を表し、Ｗは体積上で画定される重み関数を表し、これは積分に対するその寄与における（ｘ、ｙ、ｚ）の体積要素の重要性を数値化する。
【００１１】
例えば、共通して、球面調和関数における展開が利用され、ここで関数は、
【数４】
2013512442.tif 000006
ここで
【数５】
2013512442.tif 000007
および
【数６】
2013512442.tif 000008
、
ここで、Ｐｎ,ｍは、ルジャンドル陪多項式または関連するルジャンドル陪関数を表し、ここで、Ｎｎ,ｍは、規格化因子である。この場合、
【数７】
2013512442.tif 000009
、ここで、δは、ディラックのデルタ関数を表し、関数は、“単位球面において直交”であるとされている。時々、複素数値球面調和関数の実数値線形結合が代わりに利用される。
さらに各関数ｆｋおよびそれ自身の間のスカラー積が１に等しい場合、関数のセットは正規直交であるとされる。
【発明の概要】
【００１２】
磁場における不均一性を抑制するための方法および装置が開示される。方法は、１つ以上のシムパスを利用することを含み、ひとつのシムパスは、場の１つ以上の幾何学的成分を、シムパスの形状または空間的位置の任意変化を伴わずにシムするために利用してもよい。
【００１３】
第一の実施態様において、１つ以上の幾何学的成分を有する不均一性のある磁場をシミングするための方法が開示されており、磁場は磁石アセンブリにより生み出され、方法は：複数の協調的に変調された単一シム電流を、複数の実質的に共通に方向づけられたシムパスの対応する１つに沿って与えること、ここで各シムパスの一部は前記磁石アセンブリ内に位置しており；および、前記複数のシム電流を利用して、前記磁場内における不均一性の前記１つ以上の幾何学的成分を抑制することを含む。
【００１４】
別の実施態様において、複数のシム電流が共通の平面内に配置される。
別の実施態様において、実質的に共通に方向付けられた個々のシムパスは：実質的に一直線である；または、方向の急変により分離された２つの実質的に一直線の部分を含む；または、方向の急変により分離された３つの実質的に一直線の部分を含む；または、ジグザグ構成を有する領域を含む。
別の実施態様において、サンプルは軸に沿った磁場の中へ挿入され、シムパスの方向性は、軸に対して実質的に平行である。
【００１５】
別の実施態様において、複数のシム電流の各個々の１つは、複数のシムパスのそれぞれの１つにおいて流れ、電流の個々の１つは：既知の電流を複数のシムパスの各々に適用することで生じる磁場を推定すること；幾何学的成分値を取得するために、推定された磁場の幾何学的成分を代表する関数のスカラー積を演算すること；幾何学的成分値を行列の中へ配列すること；疑似逆行列値を取得するために行列の疑似逆を決定すること；および、疑似逆行列値に従って電流の個々の１つを選択することにより決定される。
【００１６】
別の実施態様において、電流を与えることは、シム電流の大きさを協調的に調節することを含む。
別の実施態様において、単一シム電流が、シムパスの付近における磁気的に透過性の材料内にイメージ電流を励起する。
別の実施態様において、主磁場に露出されるサンプル内の磁気共鳴を検出する検出器が開示されており、該検出器は：２つの端部を有する実質的に平らなシムパネル；および、２つの端部の間に伸びる実質的に共通の方向性を有する複数のシムパスを含み、該シムパスはそこにシム電流を与えられる。
【００１７】
別の実施態様において、検出器は、軸を有する縦方向空間をさらに含み、サンプルプローブの挿入のための縦方向空間は該軸に沿ったサンプルを含み、方向性は該軸に実質的に平行である。
別の実施態様において、平らなシムパネルは、２つの平らなパネルを含む。
別の実施態様において、検出器は、２つのシムパネルが取り付けられる磁極片をさらに含み、該磁極片は縦方向空間内に伸びる。
別の実施態様において、シム電流の１つは、磁極片内にイメージ電流を誘起する。
別の実施態様において、複数のシムパスの少なくとも１つのサブセットは、実質的に平行な平面上に配置される。
別の実施態様において、平らなシムパネルをその上に含むプリント基板をさらに含む。
別の実施態様において、シムパスは、方向の急変により分離された実質的に一直線の領域を含む；または、それらの長さの少なくとも一部に渡って実質的に平行である。
【００１８】
別の実施態様において、第一および第二の実質的に距離が置かれた端部を有するシムパネルおよび該端部の間にそれぞれ実質的に伸びる複数のシムパスを含む実質的に平らな部分が開示され、該シムパスは：パスの方向の急変により分離される実質的に一直線の領域を含む；または、それらの長さの少なくとも一部に渡って実質的に平行である；または、実質的に共通の方向性を有する。
別の実施態様において、シムパスは共通の平面内にある。
別の実施態様において、検出器は軸に沿ったサンプルの挿入を受け入れ、前記パネルの端部が前記軸に沿って実質的に方向付けられている。
【００１９】
別の実施態様において、シムパネルは、プリント基板を含む。
別の実施態様において、磁気共鳴機器のためのシム電流を決定するための方法が開示され、該方法は次のステップを含む：多数のシムパスに既知の電流を適用することにより生じる磁場を推定すること；関数のスカラー積を利用して生み出された磁場の幾何学的成分を見つけること；幾何学的成分として獲得された値を行列の中へ配列すること；および、行列の疑似逆における値にしたがって適用された電流を選択すること。
実施態様において、磁気共鳴機器は、ＮＭＲ検出器であってもよく、また、ＮＭＲ分光計であってもよい。
【００２０】
実施態様において、シム電流は、パスに適用されたユニット電流の効果を推定することにより決定され、推定は：ユニットシム場をシミュレートすること；または、ユニットシム場をマッピングすることを含む。
実施態様において、各個々の電流はパス内を流れ、前記電流の個々の１つは：パスのためのユニットシミング場の幾何学的成分のスカラー積を見つけること；該積を行列内に配列すること；および、電流を前記行列の疑似逆行列における対応する項目での値に対する比例するように選択することにより決定される。
実施態様において、２つの幾何学的成分を有する磁場をシミングするためのシミング装置が開示され、該装置はシムパスを含み、装置は、パスの幾何学性を一定に保ちながら、パスに適用された電流の大きさを変化させることにより、磁場の異なる幾何学的成分における不均一性を抑制するように機能する。
【００２１】
本主題の特徴および利点は、添付の図面に示される選択された実施態様の以下の詳細な説明を考慮することでより明らかになる。いずれ理解されることながら、開示およびクレームされた主題は、この主題を逸脱しない範囲で様々な点で改善することが可能である。したがって、図面および説明は、事実上は実例であり、限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ−１Ｃ】図１Ａは、ＮＭＲのためにサンプルチューブの対称軸に沿って整列される強磁場を生み出すためのコイルの配列におけるサンプルチューブを示す概略側面図である。図１Ｂは、チューブの対称軸に沿って見た円筒ハルバッハ磁石配列におけるサンプルチューブを示す概略上面図である。図１Ｃは、チューブの対称軸に対して垂直な軸に沿って見た円筒ハルバッハ磁石配列におけるサンプルチューブを示す概略斜視図である。
【図２Ａ−２Ｂ】図２Ａは、シムパネルの実施態様が挿入され得る、または、その中にシムパネルの実施態様が位置し得る空間の概略上面図である。図２Ｂは、図２Ａにしたがう空間の側面図である。
【図３】図３は、ｚ軸に実質的に沿った磁場を生み出すのに適した磁石アセンブリの端面図を示す。
【図４Ａ−４Ｃ】図４Ａは、実施態様によるシムパネルとともに使用するための磁極片設計の側面図を示す。図４Ｂは、図４Ａに直交する磁極片の図である。図４Ｃは、図４Ｂの詳細を示す。
【００２３】
【図５】図５は、実施態様によるシムパネルを具備する２つの磁極片の配列を示す。
【図６】図６は、シムパネルの１つの実施態様を示す平面図である。
【図７】図７は、２つの側面のそれぞれまたはパネルの２つの層の上のシムパスのジグザグパターンを有するシムパネルの第二の実施態様を示す平面図である。
【図８】図８は、図７に示されるトレースの１つに対して２００ｍＡの電流を分離して適用することにより生じる磁場プロファイルを示す３次元グラフである。
【図９】図９は、図７のトレースに電流を一斉に適用することにより生じる磁場プロファイルを示す３次元グラフである。
【図１０】図１０は、第一の一般的な実施態様のブロック図を示す。
【００２４】
【図１１Ａ】図１１Ａは、シムパネルの他の実施態様を示す。
【図１１Ｂ−１１Ｅ】図１１Ｂは、図１１Ａによるパネルからのシムパスの第一層を示す。図１１Ｃは、図１１Ａによるパネルからのシムパスの第二層を示す。図１１Ｃは、図１１Ａによるパネルからのシムパスの第三層を示す。図１１Ｅは、図１１Ａによるパネルからのシムパスの第四層を示す。
【図１２】図１２は、図１３による磁石配列に垂直な部分を示す。
【図１３】図１３は、実施態様の例のブロック図を示す。
【図１４】図１４は、別の実施態様によるシムパネルを示す。
【００２５】
用語
本開示において、特定の数の要素の列挙は、より大きな数のそのような要素の可能性を含むと理解される。したがって、例えば、シムパネルが２つのシムパスを含むということは、シムパネルが、少なくとも２つのシムパスばかりでなく、３、４、５または２より大きい任意の数のシムパスを含むことを指す。同様に、１群の要素のうちの個々の１つに関しての言及は、そのような要素の任意の単独の１つまたはそのような要素の１つ以上が特定の特性または特徴を有することを指す。
本開示において、用語“シミング”は、磁場の不均一性を抑制するための任意の方法を指す。磁場は、一次磁場であり、また、ＮＭＲ機械、分光計、コンパクトＮＭＲ機械であってもよい磁気共鳴機器の中で生成または維持されてもよい。
【００２６】
本開示において、用語“磁気共鳴”または“ＭＲ”は、磁場または複数の磁場におけるサンプルの磁気モーメントの共鳴再配向を意味し、核磁気共鳴（NMR）、電子スピン共鳴（ESR）、磁気共鳴イメージング（MRI）および強磁性共鳴（FMR）を含む。本発明は、一般的な静磁場をより一様にして提供するための方法および装置に関連するため、発明は、イオンサイクロトロン共鳴（ICR）に適用してもよい。特定の適用および実施態様において、開示された装置および方法はＮＭＲに適用され、実施態様においてこれらはＮＭＲ分光計またはＮＭＲイメージャーに適用される。磁場に露出される場合に磁気共鳴を示す材料は、磁気共鳴的の、またはＭＲアクティブの、核種または材料、と呼ばれる。
【００２７】
本開示において、用語“シム”、“パス”、“シムパス”、“シムトレース”、“電流パス”および同様のものは、一次磁場における不均一性を抑制するための電流を流すパスを指す。“シム電流”は、シムパスに適用される電流である。“シム場”または“シミング場”は、１つ以上のシムパスまたはシム電流により生成される磁場を意味する。実施態様において、そのようなパスは、板状で実質的に非導電のまたは実質的に非磁性の“シムボード”または“シムパネル”と一般的に呼ばれる適切な表面上に支持されてもよい。特定の実施態様において、パスは、シムパネルの１つ、２つ、３つ、４つまたは５つ以上の層または平面の中または上に、もしくは、シムパネルの６つ、５つ、４つ、３つまたは２つ以下の層または平面の中または上に提供されてもよく、また、シムパネルは、任意の適した数のシムパスを含むまたは支持してもよい。特定の実施態様において、シムパネルは、８または２４のパスを含むまたは支持しても良いが、別の実施態様においては、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０またはそれ以上のパスも可能である。パネルは、実質的に対向するまたは相互に距離を置く端部を含んでもよく、また、パスは、シムパネルの２つの端部の各々に隣接した端部を有していてもよい。実施態様において、シムパネルは、一次磁場に平行または垂直もしくは任意の他の方向に位置づけされてもよい。
【００２８】
シムパネルの実施態様において、多重の層または平面上のシムパスの配列により、シミング場のより良好でより正確な制御ができるようになるであろう。実施態様において、シムパネルは、適切な幾何学性においてパスを具備する超薄型印刷基板であってもよい印刷基板であってもよい。別の実施態様において、シムパネルの構造は、低温同時焼成セラミックス（“ＬＴＣＣ”）のような、磁気的に透過性の材料を利用していてもよい。代替材料の範囲は、当業者には直ちに明らかであろう。パスは、その長さに渡って平行または実質的に平行であってもよい。パスは、逆方向であってもよく、また、全体的または一部において湾曲または一直線であってもよい。実施態様において、複数のシムパスは、共通の平面上に配置され、実質的に共通に方向付けられても良い。シムパスは、それらすべての長さの一部に渡って平行または実質的に平行であってもよく、実施態様において、方向の急変により分離される２つ以上の実質的に一直線の領域を含んでもよい。よって、別の実施態様において、その長さに渡る与えられたシムパスは、実質的に一直線、わずかにまたは実質的に湾曲してもよく、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の方向の急変を有していてもよく、らせんを形成してもよく、ドッグレッグを形成してもよく、ジグザグを形成してもよく、または、利用者に求められる任意の他の構成を形成してもよい。当然のことながら、パスが共通の平面上に配置される場合に、平面自体は湾曲または１つ以上のポイントにおける１つ以上の方向に動かされてもよい。実施態様において、パスは、平面上または実質的に２次元の表面上に配置される幾何学特性を有していても良い。
【００２９】
本開示において、シムパスに関して使用される用語“方向性”または“方向付け”は、シムパネル上に配置されるパスの一部の端部の位置に基づいた、パスの一般的な配列を指す。したがって、多数のパスの構成が、多重の方向の変化を含む場合であっても、それらの端部が共通の軸に沿って一般的に方向付けられるがまたは整列される限り、これらのパスは共通の方向性を有するものと見なされる。同様に、シムパネルの方向性は、その端部またはシムパスの端部を含む表面に関して定義される。
【００３０】
本開示において、“シム電流”は、シムパスに適用される電流のことを指し、大きさまたは記号において、その要求された目的のための任意の適した値を有していてもよい。実施態様において、シム電流は、プラスまたはマイナスの約１ｍＡ、２ｍＡ、３ｍＡ、４ｍＡ、５ｍＡ、６ｍＡ、７ｍＡ、８ｍＡ、９ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、３０ｍＡ、４０ｍＡ、５０ｍＡ、６０ｍＡ、７０ｍＡ、８０ｍＡ、９０ｍＡ、１００ｍＡ、１１０ｍＡ、１２０ｍＡ、１３０ｍＡ、１４０ｍＡ、１５０ｍＡ、１６０ｍＡ、１７０ｍＡ、１８０ｍＡ、１９０ｍＡ、２００ｍＡ、２５０ｍＡ、３００ｍＡ、３５０ｍＡ、４００ｍＡ、４５０ｍＡ、５００ｍＡ、５５０ｍＡ、６００ｍＡ、７００ｍＡ、８００ｍＡ、９００ｍＡ、１０００ｍＡ、１５００ｍＡ、２０００ｍＡまたは約２０００ｍＡまたは−２０００ｍＡ以上から成る群から選ばれる値により区切られる範囲内のどこかであってもよい。当然のことながら、実施態様において、シム電流の方向は逆にされてもよく、シム電流についてのいかなる言及も、正および負の方向または向きの両方を、含むまたは考慮しており、当業者であればそのような電流の方向または向きは、直ちに選択可能である。
【００３１】
特定の実施態様において、与えられたシムパス上のシム電流は、パスに沿った方向に、または、大部分が１つの方向に流れてもよく、約０ｍＡから約最大値Ｊまでの電流値の範囲であってもよい。この最大値Ｊは、約１ｍＡ、２ｍＡ、３ｍＡ、４ｍＡ、５ｍＡ、６ｍＡ、７ｍＡ、８ｍＡ、９ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、３０ｍＡ、４０ｍＡ、５０ｍＡ、６０ｍＡ、７０ｍＡ、８０ｍＡ、９０ｍＡ、１００ｍＡ、１１０ｍＡ、１２０ｍＡ、１３０ｍＡ、１４０ｍＡ、１５０ｍＡ、１６０ｍＡ、１７０ｍＡ、１８０ｍＡ、１９０ｍＡ、２００ｍＡ、２５０ｍＡ、３００ｍＡ、３５０ｍＡ、４００ｍＡ、４５０ｍＡ、５００ｍＡ、５５０ｍＡ、６００ｍＡ、７００ｍＡ、８００ｍＡ、９００ｍＡ、１０００ｍＡ、１５００ｍＡ、２０００ｍＡまたは約２０００ｍＡ以上であり得る。同様に、特定の実施態様において、望ましい場合に、電流のための最小値は、先述の範囲の値の中から選択されてもよい。
【００３２】
本開示において、用語“直交性”は、場の個々の幾何学的成分の間で評価した場合に、特定の関数のスカラー積がゼロになることを意味する。当業者には認識できるように、直交場補正が望ましく、それにより、不均一性の個々の幾何学的成分が概して独立に調節され、従来の大型の核磁気共鳴分光計で近似されるのであり、該核磁気共鳴分光計は、いくつかの重複したコイルまたは円筒コイル形態上の他の導電形を有していてもよく、各コイルまたは形が、磁場の特定の直交幾何学的成分に主に依存し、、各幾何学的成分が球調和関数に関係付けられているものである。
【００３３】
本開示において、用語“一次磁石”は、磁気共鳴応用において利用するための一次磁場に寄与する磁石の１つを指す。実施態様において、２つ以上のそのような一次磁石が存在してもよく、その間の場（“一次場”と呼ばれる）の均一性は、シミングパスを利用することにより変調または改良されてもよい。
本開示において、用語“磁極片”は、一次磁場に寄与または形成に利用するための一次磁石の付近に位置づけられる磁気透過性の材料の断片を指す。当然のことながら、磁極片は、細長い面を有しても良く、最適に形作られたプレートの形態であってもよい。
本開示において、用語“一次”または“主”場もしくは一次または主磁場は、磁気共鳴応用のための装置において生成される一次場を意味する。
【００３４】
本開示において、“サンプル体積”は、サンプル内の磁気共鳴の存在、不在または特徴を決定することを含む磁気共鳴特性またはサンプルを検出する目的のために、サンプルが位置づけられ、主または一次磁場に露出される空間の体積を指す。サンプル体積は、任意の適した容量であってもよく、囲まれても、部分的に囲まれてもよく、真空にまたは部分的に真空にまたは雰囲気制御できてもよい。実施態様において、サンプル体積には、磁極片、シムパス、シムパネルおよび必要または望ましいそのような他の装置が辺りに配置されてもよい。特定の実施態様において、サンプル体積は、六角形または円筒形または他の形状の空洞であっても、の中にあっても、を含んでもよく、１つ、またはそれ以上、または複数の磁石により境界されてもよい。
【００３５】
本開示において、用語“疑似逆”は、ムーア−ペンローズの疑似逆、もしくは、線形演算子または行列の疑似逆を指してもよく、また、“一般逆（generalised  inverse）”としても呼ばれる。実例として、行列Ａに関して、その疑似逆Ａ＋はその逆行列の一般化であり、Ａが可逆正方行列である場合には、それはＡの逆に等しい。さらに正確に言えば、Ａの疑似逆Ａ＋は、１）ＡＡ＋Ａ＝Ａ、２）Ａ＋ＡＡ＋＝Ａ＋、３）ＡＡ＋およびＡ＋Ａはエルミートである、という特性を具備する行列である。実施態様において、疑似逆は、一連の方程式に対する許容可能で最良な解を確立するため、または、連立方程式に対する最適解を見つけるために利用してもよい。実施態様において、疑似逆は、例えば、Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ（登録商標）のＭａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）のような、多くの標準の計算パッケージ品を利用したデジタルコンピュータ上の特異値分解により計算してもよい。
【００３６】
本開示において、用語“ユニット電流”は、任意に選ばれた標準電流値を意味する。例示であり限定するものではないが、ユニット電流は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上、またはおおよそのミリアンペアであってもよい。“ユニットシム場”または“ユニット場”は、パスを通って流れるユニット電流により生成される磁場を指す。
本開示において、磁場またはそれに含まれる不均一性の“変調”という言及は、空間内の任意のポイントにおいて１つ以上の望ましい拘束を場の構成に加えることを指す。したがって、変調は、一般的に望ましい変化の達成を指す。
【００３７】
本開示において、不均一性の“抑制”は、磁場の補正または円滑化、もしくは、場における望ましくない不規則性または歪みを克服するための磁場の幾何学的成分の任意の調節を指す。抑制は、完全または部分的であってもよく、１つまたはそれ以上の幾何学的成分に作用しても良い。特定の実施態様において、抑制は磁場を所定の望ましい均一性の程度とするために動作してもよい。
本開示において、磁場の“成分”という言及は、任意の方向であってもよい磁場のベクトル成分を指す。不均一性の“成分”という言及は、限定されないが、例えばそのような関数のセットでの磁場の拡張における、関数ｘ、ｘｙ、または、
【数８】
2013512442.tif 000010
のような、任意の関数成分を含む。
【００３８】
本開示において、場、場成分、不均一性の成分または電流などのパラメータを“推定”することは、評価することを含み、評価は、パラメータの任意の面に関する任意の望ましい程度の正確性であってもよく、方向、大きさ、極性、幾何学的性質、変化の速度または同様のものを含んでもよい。推定は、磁場のシミュレーション、磁場の計算、ユニット磁場の測定、磁場のマッピングまたは任意の他の適した方法を含む、様々な方法により達成され、これらの多様性は当業者にとってはただちに理解できるものである。
【００３９】
本開示において、シムパス、シム電流、シムパネル、シム場、磁場または同様のものに言及して利用される場合、用語“幾何学的”は、成分の空間的配列および検討中の構造の総合位置の両方を指す。したがって、シムパスが、シムパスの幾何学的性質における任意の変化なしで磁場の１つ以上の成分を変調するために利用されるということは、そのような結果が、曲げることまたは再形成することによりシムパスの物理的な性質を変化させることなしに、また、シムパス全体を異なる空間的な位置または方向に移動させることなしに達成できることを示す。
【００４０】
本開示において、任意の構造または構造の一部分は、任意の適した材料から構成されても、から成っても、含んでもよい。例えば実施態様において、磁極片または任意の他の磁気透過性の成分は、ミューメタル（Ｍｕ−ｍｅｔａｌ）またはパーマロイ（permalloy）などの高透過性の材料から構成されてもよく、これらおよび他の材料は、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｈｙｍｕ８０、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ４９、Ｎｉ４９、または、Ａｌｌｏｙ４７５０等の商標名または商標権の下で販売されている。当業者は、任意の応用のための適した材料を、容易に選択、適応および連携することができる。
【００４１】
実施態様
本発明の実施態様は、図１〜１４を一般的に参照して説明される。
第一の実施態様
第一の一般的な実施態様において、磁場における不均一性を抑制するための方法および磁場をシミングするための装置が開示される。装置および方法は、磁気共鳴検出器に含まれるまたは組み込まれる。方法は、磁場をシミングするための方法として広く定義され、方法は、磁場における不均一性の１つ以上の幾何学的成分を抑制するために単一のシム電流を利用することで特徴づけられる。開示された装置は、主磁場に露出されるサンプルにおける磁気共鳴を検出するための検出器であってもよく、検出器は、磁場の不均一性の１つ以上の幾何学的成分を抑制する個々のシムパスを利用することで特徴づけられ、パスは、サポートの第一端から、実質的に対向するサポートの第二端まで伸びる。
【００４２】
別の策定において、実施態様は、２つの幾何学的成分を有する磁場をシミングするためのシミング装置を含み、装置はシムパスを含み、装置は、パスに適用される電流の大きさを変化させることにより磁場の異なる幾何学的成分における不均一性を抑制するように機能し、一方で前記パスの幾何学的性質は、一定、または実質的に一定のままである。この実施態様はまた、第一および第二の実質的に対向する端部を有するシムパネルを含み、該端部の間に各々が実質的に伸びる複数のシムパスを含み、磁気共鳴検出器は、そのようなシムパネルを受け入れるための接点を含む。
【００４３】
実施態様のさらなる変形体は、複数のシムパスに適用される電流を選択するための方法を含み、方法は、複数のシムパスに既知のまたはユニットの電流を適用することで生じる磁場を推定すること、関数のスカラー積を利用することで磁場の幾何学的成分および電流パスにより生成されるその不均一性を見つけること、幾何学的成分として得られた値を行列の中へ配列すること、および、行列の疑似逆における値にしたがって前記適用電流を選択することを含む。推定は、磁場をマッピングすること、磁場を測定すること、または、磁場をシミュレートすることを含んでもよく、イメージ電流を推定することを含んでもよい。
【００４４】
簡単にするために、実施態様およびそれに関しての任意の変形体の特定の側面は別々に説明され、特にシム場を生成するために利用されるシム電流を計算するために採用される実施態様は、物理的アーキテクチャとは別に説明される。
【００４５】
Ａ．実施態様の一般的な物理的設計
１０で指定される第一の実施態様の一般的な形態のブロック図は、一般的に図１０を参照して最初に説明され、電源または電源入力１６、制御システム１２、電流バッファ回路１４、一次磁場を生成するための生成器２７、および磁極片２８、関連するシムパスを有するシムパネル１８、１８’、分光計回路２２、および、サンプルフォルダまたはサンプルチューブ２４内に保持してもよいサンプルを受け入れるための画定されたサンプル体積２５を含んでもよい。シムパネルは、１８および１８’で指定される２つの対向する一対のペア内に提供されることが分かる。したがって、第一の実施態様の１つの実施態様において、４つのシムパネルは、８つのシムパスをそれぞれ有する２つの相互に対向するシムパネル、および、２４のシムパスをそれぞれ有する２つの相互に対向するシムパネルを含んでいてもよい。
【００４６】
実施態様は、サンプルにおける磁気共鳴を検出または測定するための一体型装置であっても、を含んでも、に含まれてもよい。特定の実施態様において、装置は、任意の形態の磁気共鳴検出器であってもよく、また、ＮＭＲ分光計またはＮＭＲイメージャーであってもよく、それらを含んでもよい。装置は、ポータブルであってもよく、また、３０００以下、２０００以下または１０００平方センチメートル以下の設置面積を具備するコンパクトな装置であってもよい。ユニットは軽くても良く、実施態様において、人が運べるように、約５０、４０、３０、２５以下、または、２０ｋｇ以下の重さであってもよい。任意の適した形の構造および任意の適した形の制御システムを適用してもよいが、特定の実施態様において、機器は一体型のタッチスクリーンから制御されてもよく、また、随意的なリモート制御およびデータ処理特性を有していてもよい。システム全体は、実質的に自動的なシステム制御、最適化ルーチンおよびデータ管理を有していてもよい。
【００４７】
特定の実施態様は静磁石を含んでも良く、磁極片を含んでもよい。装置は、任意の数のシムボードまたはパネルを含んでもよい。均一性の最適化および制御装置、周波数生成および測定装置、および、システム制御コンピュータはすべて提供されてもよい。成分の形、寸法、容量構造および配置は、当業者に容易に理解される方法においてすべて調整されてもよい。
第一の一般的な実施態様の、特定の態様を個々にこれから説明する。
【００４８】
１．シムパネルおよび磁極片
シムパネルは、導電性のシムパスを支える。第一の実施態様において、４つのシムパネルが提供され、その内の２つはそれぞれ８つのシムパスを支え、その内の２つはそれぞれ２４のシムパスを支える。パネルは、２４のシムパスを具備する２つのパネルが相互に対向し、８つのシムパスを具備する２つのパネルが相互に対向するように配列されてもよい。第一の実施態様において、シムパネルは、複数のシムパスを含み、２つの実質的に対向または相互に距離を置かれた端部を有する。パスは、コネクタ間に伸びても良く、１つのコネクタは、パネルの第一端に近接し、第二のコネクタは、パネルの第二端に近接する。
【００４９】
シムパネルまたはシムパスは、磁極片の表面またはその近くに置かれても良い。１つの実施態様において、これはパネル（印刷基板のような）上にシムパスを置くことで行われてもよく、図５に示されるようにパネルは磁極片の表面上に置かれる。図５において、シムパネルまたはシムパス９０は、磁極片８０上に置かれる。限定するものではないが、これらパネルのための構造の例は、印刷基板上の、同、アルミニウム、金、または銀のトレース、または、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）工程を利用して作られるパネルに埋め込まれる同様の金属である。
【００５０】
第一の実施態様において、各電流パスは、それ自身は場の特定の直交する幾何学的成分に相関性はない。むしろ各パスは、容易に計算可能な場プロファイルを生み出す。この計算の一部は、磁極片上の電流の効果を考慮に入れ、その効果は、適用される電流による磁場を磁極片における“イメージ電流”を通して増幅し得る磁場に反応するものである。場の直交成分を構築するために、電流は一斉に制御される。
【００５１】
実施態様において、そのような非直交不均一性補正は、イメージ電流効果を介してシミング電流を増幅し得る形作られた磁極片との組み合わせで利用されてもよい。この実施態様において、全体に渡る不均一性の主要な幾何学的成分を抑制するように設計された磁極片の尾根状（リッジ：ridge）縁部の存在を介して、これは必要とされるシム電流を要求より小さくする。これは、全体の電力消費および放熱を減少させる効果を有してもよい。
【００５２】
例えば、図７におけるパスの１つを介して流れる２００ｍＡの電流は、図８に示されるｘｚ平面における場プロファイルを生み出す。ｘおよびｚ座標はミリメートルであり、場Ｂｚは、マイクロテスラである。図９は、図７に示される種類の２つのシムパネル上の電流の組み合わせを利用して生み出される場プロファイルを示す。図から分かるように、１つのパネルが１つの磁極片上に置かれ、１つは対向する磁極片上に置かれる。
【００５３】
別の実施態様において、個々のシムパネルは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、または、それ以上のシムパスを含んでもよい。別の実施態様において、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、と同数、と少なくとも同数、または、それ以上のシムパネルが提供されてもよい。実施態様において、対向するペアのシムパネルのような、シムパネルの群は、相互に対向、または、主場のシミングに均衡のとれた貢献を提供するために配置されるように構成されてもよい。
【００５４】
実施態様において、装置により生成される主磁場は縦軸を有し、その長さが主磁場の縦軸に実質的に対応するように、１つ以上のシムパスが方向付けられても良い。
特定の実施態様において、シムパネルは、第一および第二の実質的に相互に距離を置かれるかまたは対向する端部を含んでもよく、端部の間にそれぞれが実質的に伸びる複数のシムパスを含んでもよい。本発明による磁気共鳴検出器は、そのような設計のシムパネルを受け入れるための接点を有してもよく、シムパネルの第一端を受け入れるための接点の電源付きのセットは、設置されたまたは対向して分極された接点の最適に位置づけられたセットとペアにされてもよく、そこに選択された電流値を適用するためのパスの端部との電導接触を形成するようにすべてが位置づけられてもよい。
【００５５】
実施態様において、シムパネルは長方形であってもよく、また、実質的に平らであってもよい。別の実施態様において、シムパネルは、任意の適した形を有してもよく、１つの層または多重の層であってもよく、平らまたは湾曲していてもよい。多くのシムパスは、その長さのすべてまたは一部に渡って、平行または一部が平行であってもよい。
図６は、パネルの端部１１０および１２０における端部または接点１０３、１０４の間に伸びる平行なシムパス１０１を具備する、一般的に１００の番号が付せられる構成を概略的に示す。図７は、１つは実線２０１として、他は破線２０２として示される、パスの２つの層を具備する２００で指定される別の構成を示す。各パスは、パネルの端部２２０および２１０の近くで終結する、端部または極２３１および２３２を有する。
【００５６】
図１１は、シムパネルのさらなる別の構成を示す。パネルは図１１Ａに示され、一般的に３００で指定され、複数のパスを含み、個々のパスは、一般的に３３０で指定され、層上に配列され、各層は明確のために図１１Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥにおいて別々に描かれる。パス３４０の第一セットの各個々のパスは、図１１Ｅに示される。シムパスの各々は、対向する端部３０１、３０２を有し、パスの端部がパネル端部３１０および３２０それぞれに近接するように方向付けられる。この設計から分かるように、また、特に図１１Ａおよび１１Ｅに示されるように、各パスは、３３２、３３４、３３６で指定される３つの実質的に一直線で平行な領域を含んでもよく、これらは、方向の急変または角変化であってもよい方向の変化により方向がまき散らされても良い。
【００５７】
描かれた設計からも分かるように、図１ＢおよびＥに示されるパスの群は、実質的に鏡像であり、図１１Ｃおよび１１Ｄに示されるパスもまた、原則的に鏡像である。
図１１Ｂに示されるパス３３０は、パネル３００の右上の端部３６１から、パネルの左下の端部３６２へ伸びる。図１１Ｅに示されるように、パス３４０は、パネルの左上の端部３４１から、パネルの右下の端部３４２へ伸びる。同様に、パネル３００は、右上から左下へ伸びる追加のパス３６０および左上から右下へ伸びる３７０を含む。当然のことながら、この実施態様においてパスの群は異なる層上に提供されている。
【００５８】
当然のことながら、別の設計のシムパスが、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは任意の複数の一直線または実質的に一直線、または湾曲した部分、または、方向の変化を有していてもよく、シムパスのそのような部分の関連する性質および長さは、同じく様々であり、利用者が望むように調整または選択してもよい。特定の実施態様に合わせて利用されるシムパネルに関して、同じ形、容量、層の数、または、設計であるとすることは、たとえそのような類似に関しての制限がある種の応用においては有用であっても、特別な必要性としては存在しない。実施態様において、シムパネルは鏡または回転対称を示し、これはいくつかの応用のためには望ましいが、特定の制限はない。
【００５９】
１つの可能性のある非対称の実施態様が図１４に示され、お互いに鏡像ではない第一セットのパス４１０および第二セットのパス４２０を支えるパネルが一般的に４００で指定される。当然のことながら、実施態様において、異なる群のパス、またはそのような群のサブセットは、パネル４００の異なる層または平面、または対向する側面の上に配置されてもよい。
当然のことながら、シムパネルのパスに電流を適用するための接点は、パネルの端部または付近にあってもよい。図１０を参照して、サンプルは、軸に沿って検出器の中へ挿入されてもよく、使用において、シムパネルおよびその協働する検出器は、パネルおよびその関連するパスが一般的にサンプル挿入軸に沿って方向付けられるように構成されてもよいことが分かる。
【００６０】
実施態様において、シムパネルは、マイラー（登録商標）またはアルミナ基板のような、印刷基板、または、低温同時焼成セラミックスプレート、または、可塑性ポリマーであってもよく、これらを含んでもよく、またこれらに含まれてもよい。パネルは、デジタルまたはアナログ制御インターフェイスに対する直接接続のワイヤまたはリボン・ケーブルを介して、電源または制御回路に接続されてもよい。電流供給帰還路は、磁極片の後ろまたは一次場発生手段の外を経由してもよく、サンプル体積をその磁場の影響からシールドするための対策を生み出す。
【００６１】
ここで提供されたガイダンスおよび当分野における共通の一般的な知識により、当業者は最適な数のシムパスおよびシムパネルを容易に選択し、シムパスおよびシムパネルのための最適な幾何学性を採用し、選択された応用のために結果として生じる装置を容易に構成することができる。
【００６２】
永久磁石または電磁石により生み出された静磁場は、強磁性の磁極片により部分的に均一にされていてもよく、そのための１つの可能性のある構成が、図４および５に描かれている。これら磁極片８０は、静磁場の方向に対して垂直に方向付けられた、２つの平行で、実質的に長方形のプレートであってもよい。磁極は、特に永久磁石配列から、磁場を集中化および均一化するのに有用である一方、磁極の縁部は、対向する磁極の間の場のフリンジング効果による場の非一様性を抱えている。実施態様において、磁極片はよって、縁部における磁場のフリンジングが最小化されるように形作られる。特に、磁極片の表面７０から距離７４でオフセットされる隆起縁部７２は、実質的に長方形の磁極片の短軸に関連する不均一性を最小化するように設計される。
【００６３】
これは図４に描かれる。磁極片８０は、サンプル５２および磁極片が挿入される六角形の空洞５０を示す図２に描かれるように、特に垂直（ｙ）軸に沿って、場の強度および均一性を増加してもよい。図４Ｂからも分かるように、磁極片は広がっていてもよく、磁極片の縁部または範囲における磁場を増加させるための広がった縁部の上にリッジ７２を有していてもよい。図４Ａからも分かるように、磁極片は、一般的に長方形であってもよく、特に、リッジに垂直な軸に沿うよりも、リッジに平行な軸に沿う方がより長くてもよい。図４Ｂに示される断面において、磁極片は、シムパネルを受け入れるための凹部を含む台形の基礎を具備する広義の台形であってもよい。図４Ｃは、その隆起リッジを具備する広げられた外側縁部の詳細を示す。
【００６４】
図３は、図５に示されるような磁極片およびサンプルを収容するチャネル５０の周りの主磁石６０の一般的な配置を示し、矢印６２は、配置における各磁石の主要な磁化方向を示す。
磁極片の厚さおよび幅のための容量の実際の範囲は、場強度および均一性の要求、および、サンプル体積の制限に基づいて異なる。縦軸（Ｘ方向）の長さは、サンプル体積の長さから、磁石配列自体より長い範囲であり得る。実施態様において、磁極片は、積層されているか、磁極片内の過電流を減らすための薄い絶縁層が介在する層に分割されていてもよい。
【００６５】
図３は、実施態様の一次場を生成するために利用される磁石配列を示す。図から分かるように、中央に縦長の六角形の空洞を残すために、複数の六角形の磁石が一緒に詰められ、さらなる参照のために、チャネルの長さに垂直な２次元が、ｚおよびｙで指定される。図２は、縦軸ｘ、および、これらも軸ｘに垂直な２つの相互に垂直な軸ｙおよびｚを具備する、中央の六角形チャネルの幾何学性をさらに描く。
【００６６】
図５は、磁石配列における磁極片８０の位置を示し、また、サンプル５２に向けて方向付けられるそれらの広がった端部の上のシムパネル９０の位置を描く。明確性のために、プローブ空間に近い磁石配列における磁石だけが図５に示される。図から分かるように、磁石配列の中央の空洞を介して磁極片が伸びており、その台形形状の断面は、縦方向にかみ合うことを許容する。それらに付随するシムパネル９０を具備する台形の底辺は、相互に対向しており、サンプルを具備するサンプル体積はこれらの間にある。磁極片は、高い相対透磁率（例えば３０００以上）を具備する材料で作られてもよく、よって、磁極片の表面は、磁気ポテンシャルに関して等ポテンシャル面となり、磁場は、等ポテンシャル面に実質的に垂直となる。最適な材料のいくつかの例は、パーマロイ、ミューメタル、軟鉄（さびを防ぐためにコーティングされる）、または、高透磁率コバルトまたはニッケル合金を含む。特定の実施態様において、限定するものではないが、以下の３つの基準が、磁極片の形を特定するために有利であり得る。
【００６７】
・これらは、プローブ空間の実質的な断片を埋め、一方で、指定されたサンプル体積およびシムパネルのための余裕を保たなければならない。これは、磁場の均一性という望ましい目標に加えて、場の強度の増加ももたらす。
・縁部が、導関数
【数９】
2013512442.tif 000011
と比例するエッジ効果を減少させるために、サンプル体積に最も近い長い端部に沿って続く磁極片の上の隆起縁部が存在しなければならない。これら稜線の寸法は、有限要素静磁場シミュレーションを利用して計算することができる。
・この実施態様または他の実施態様のいくつかの変形体において、シムパネル上の電流パスに取り付けられ、磁極片の後ろの回路を制御するための電気ケーブルを有することが望ましく、それは、サンプル体積の対向する側面、または、一次磁石アセンブリの外側にある。
【００６８】
２．シミング機能の制御
当然のことながら、シミング場を生成するために、シムパスは、シム電流をそこに通して適用するこという従来の方法で動作させてもよい。これは、アナログ電流増幅器を具備するデジタル−アナログコンバータを介して制御してもよい。シム電流を調整するために利用されるマイクロコントローラは、２００〜１０００μＡの範囲の分解能条件を有してもよく、全般的な範囲は、−２００ｍＡ〜２００ｍＡであってもよい。別の実施態様において、シム電流は、約０〜１００、０〜２００、０〜３００、０〜４００、０〜５００、０〜６００、０〜７００、０〜８００、０〜９００、および、０〜１０００μＡの間の分解能条件を有していてもよい。実施態様において、シム電流の全般的な範囲は、約−２００ｍＡ〜約＋２００ｍＡであってもよく、実施態様においては、約−３００および＋３００ｍＡの間、約−２５０および＋２５０ｍＡの間、約−２００および＋２００ｍＡの間、約−１５０および＋１５０ｍＡの間、約−１００および＋１００ｍＡの間、約−５０および＋５０ｍＡの間、または、約−３００、−２５０、−２００、−１５０、−１００、−５０、０、＋５０、＋１００、＋１５０、＋２００、＋２５０、＋３００以上、またはそれ以上のミリアンペアであってもよい。
【００６９】
実施態様において、場の均一性は、既知の標準の分子のＮＭＲ信号の解析を介してモニタリングしてもよい。場の均一性はまた、ロック信号の強度を介してモニタリングしてもよく、シム制御電流は、個々のパスにおける電流を連続的に異ならせ、ロック信号強度またはＮＭＲ信号形における結果的な変化をモニターする、自動ルーチンを介して調整してもよい。この工程は、多入力の工程制御において利用される様々な長さの移動平均計算に類似した、ヒューリスティックス学習アルゴリズム（heuristic learning algorithm）を介して、ペアワイズ（pair-wise）および多重パスの高次の調整に同時に拡張することができる。
【００７０】
３．サンプルプローブおよびサンプル体積
サンプルは、サンプルプローブで保持され、サンプルチューブ内に保持されてもよく、検出器の中へ挿入されてもよい。実施態様におけるサンプルのための指定された体積は、５ｍｍの直径および約１２ｍｍの長さの円筒であり、要求される磁場は、この円筒体積の対称軸に実質的に垂直であってもよい。この実施態様におけるサンプル挿入のための空間は、断面２２ｍｍフラット−フラット（flat-to-flat）および長さ１２５ｍｍの六角形の角柱であってもよく、角柱の端部キャップを介してのみ利用可能な場補正手段へのアクセスを具備してもよい。
プローブは、サンプルが送受信コイルの縦軸の上の中心に来るように、サンプルをその位置で磁場を生成する主場の縦配列中心に保持してもよい。
【００７１】
図２は、内側に示される指定された体積を具備する六角形角柱の２つの図を示す。議論の便宜のために、座標系が図において定義される。サンプル体積の円筒対称軸はｘ方向に沿い、ｚ方向において強度のある一様な磁場が望ましい。この場を生み出す１つの方法は、円筒形磁石または六角形断面を具備する角柱磁石を、プローブ空間を取り囲むパターンの中へ取り付けることである。各磁石の磁化軸がその主要な対称軸に垂直になるように、磁石が実質的に一様および“直径方向”に磁化される場合、磁石の最適な配列は図３に示される。このような磁化ベクトルの配列は時に、配列の内側に実質的に均一な場を作ることで知られる“円筒ハルバッハ配列”と呼ばれる。
【００７２】
実施態様において利用するためのサンプルプローブの必要な設計特性および材料パラメータは、当業者には容易に理解することができる。実施態様およびプロトンＮＭＲを伴う応用において、サンプルプローブまたはその部品は、低プロトン濃度を有する材料から構成される。別の実施態様および別の応用のために、プローブまたはその部品は、関連する炭素、フッ素、リンおよび他の磁気共鳴核種の低濃度を有することが望ましいまたは必要である。実施態様において、プローブは、流れに関する応用に対応するために設計されてもよく、サンプルは、チューブを介してプローブの中へ、そしてセルへ流れる。
【００７３】
サンプルプローブは、プロトン、フッ素、炭素、リン、または磁気共鳴作動の核種に対して個々にまたは別々にチューニングされる１つ以上のコイル、または、それらの内の２つ以上の組み合わせに対応するペアワイズのものを含んでもよい。別の実施態様において、追加のコイルがあってもよく、また、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０またはそれ以上のコイルがあってもよい。
実施態様において、プローブチューニングキャパシタ、誘導子、または、他のリアクティブ要素は、ＳＭＡまたはＢＮＣ接続を介してＲＦアーキテクチャに接続することができ、電子的または手動で調整可能である。プローブアセンブリは、温度制御センサを含んでもよい。チューニング素子は、モニタリングおよび調整回路に接続してもよく、最適なマイクロプロセッサおよび最適化ルーチンと組み合わせる場合に、回路の自動チューニングを可能にしてもよい。
【００７４】
１つの実施態様において、サンプルは、特定の長さおよび直径の円筒内に拘束することができる。他の実施態様において、それは、検出領域の中へ動かされてもよい基板表面に接着する平らなサンプルであってもよい。別の構成への変化が、特定の応用のために可能であってもよい。どちらの場合でも、最適な重み関数、Ｗ（ｘ、ｙ、ｚ）を計算または推定することができ、それは、そのような信号が送信／受信コイルにより検出される場合に座標ｘ、ｙ、ｚにより画定される位置の近くの体積要素におけるスピンに起因する、ＮＭＲ信号に対する相対的な貢献を推定するために利用可能である。この関数は、好ましい直交シミング関数の画定に利用する最適なスカラー積を画定するために利用可能である。
【００７５】
４．送信および受信コイル
実施態様において、振動磁場のパルスをサンプルに適用するため、および、サンプル上のこれら適用された磁場の磁気効果をモニタリングするためのコイルまたは複数のコイルは、与えられたサンプルの寸法および形を収容するのに望ましい、任意の長さ、直径および他の容量であってもよい。特定の実施態様において、そのような送信／受信コイルは、８ｍｍおよび１２ｍｍの間、または約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または、２０ｍｍまでまたは以下、もしくは、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、または、それ以上のｃｍ、もしくは、上記値の１つの任意の組み合わせにより画定される範囲内の長さを有していてもよい。
【００７６】
特に選択された実施態様において、送信受信コイルの直径は、約８および９ｍｍの間、約９および１０ｍｍの間、約１０および１１ｍｍの間、約１１および１２ｍｍの間、約１２および１３ｍｍの間、約９および１１ｍｍの間であってもよい。実施態様において、送信受信コイルは、少なくとも約１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの直径、または、それ以上の直径を有していてもよく、または、約１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、またはそれ以上の直径よりも大きくない直径を有していてもよく、別の実施態様においては、送信受信コイルは、約５．３ｍｍと同じくらいの直径を有していてもよく、約１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、４．１ｍｍ、４．２ｍｍ、４．３ｍｍ、４．４ｍｍ、４．５ｍｍ、４．６ｍｍ、４．７ｍｍ、４．８ｍｍ、４．９ｍｍ、５ｍｍ、５．１ｍｍ、５．２ｍｍ、５．３ｍｍ、５．４ｍｍ以上または以下、またはそれ以上の直径を有していてもよい。送信受信コイルは、銅線、もしくは、テフロン（登録商標）、ポリイミドまたはセラミックまたは他の最適な材料で支持される他の最適な導体から共通して構成されてもよい。
【００７７】
送信受信コイルのための選択された幾何学性が開示される一方で、別の実施態様において、コイルは、実施態様の特定の要求に適した直径または長さまたは形より大きくまたは小さくてもよく、容量および構成のすべての必要な変更は、当業者により容易に作成および実行することができる。
【００７８】
５．ＮＭＲ磁石
図３、４および５は、実施態様として可能な磁石配列および設計を示す。シムパネル、磁極片およびサンプルプローブアセンブリは、静ＮＭＲ磁場を生成するための磁石アセンブリの中へ挿入することができる。１つの実施態様において、磁石設計は、ハルバッハ磁石に関連付けることができ、静磁場は、円筒形の積層ラックから形成される永久磁石の配列を利用して生み出され、永久磁石の円筒軸は実質的に相互に平行であってもよいが、各々の磁化軸は、円筒軸の共通の方向に対して実質的に垂直であり、円筒形磁石は、配列の中に組み立てられる六角形の環の中にある。
【００７９】
実施態様において、磁場強度は、１．３および１．６テスラ（５６〜６９ＭＨｚプロトン周波数）の間あってもよいが、当業者には直ちに理解できるように、別の実施態様においては、磁場は、約０および０．５テスラの間、約０．５および１テスラの間、約１および１．２テスラの間、約１．２および１．４テスラの間、約１．４および１．６テスラの間、約１．６および１．８テスラの間、約１．８および２．０テスラの間、約２．０および２．２テスラの間、約２．２および２．４テスラの間、約２．４および２．６テスラの間、約２．６および２．８テスラの間、約２．８および３．０テスラの間、または、３テスラ（１２９ＭＨｚ）、または、それ以上であってもよい。特に別の実施態様において、磁石素子は、ネオジム−鉄−ホウ素の材料、もしくは、コバルト−サマリウム、または他の最適な磁石材料から作られてもよく、また、フレームを支持する磁石アセンブリは、アルミニウム、ポリイミドまたはテフロン（登録商標）または他の材料から機械加工されてもよい。
【００８０】
磁石アセンブリは、高透磁率材料で構成される筐体による外側の磁気妨害からシールドされてもよく、ヒーター、ペルチェ冷却器および／またはフィードバック制御装置を利用して、温度モニタリングおよび制御されてもよい。磁石は、防振システムに取り付けられてもよい。一次磁場は、第二の分光計を利用してモニタリングおよび調整されてもよく、該分光計は、磁気共鳴特性のために検査される同位体と異なる、重水素などの第二の同位体に対してチューニングされる。システムは、重水素共鳴の周波数をモニタリングしてもよく、また、一次磁場内のリアルタイムの変動を計上するために、送信／受信回路、または、温度、または、場を生み出す導体における１つ以上の電流を任意の組み合わせで調整してもよい。
【００８１】
Ｂ．信号発生およびシステム制御
装置の実施態様は、ユーザーインターフェイス、無線周波数信号を生成、スイッチング、送信および受信するための装置および方法、パルスプログラムコントローラ、信号をデジタル化および格納するための装置、データシステム、温度管理、システム状態モニタリングおよび制御、入出力ディスプレイを含んでもよい。実施態様において、システムは、１２０ボルトパワーまたは２４０ボルトパワーを要求し、家庭用および商業用のプラグソケットおよび電源を利用して作動可能に構成されてもよい。
【００８２】
１．シム電流の計算およびシム電流の制御
実施態様のひとつの側面は、磁場をシミングする、および、磁場における不均一性を抑制するための方法である。
実施態様において、前記方法を利用する方法および装置は、磁場の不均一性の個々の幾何学的成分にそれぞれが対応する、個々のシムトレースまたはシムコイルを利用することを避けても良い。複数のシムパスは、実質的に共通の方向性を有していてもよいが、不均一性の複数の幾何学的成分を抑制するために動作可能であってもよい。
【００８３】
特定の実施態様において、シムパスは、方向の反転を避けてもよく、基本的に線形であってもよく、シムパネルの第一端の近接に位置する第一端およびシムパネルの第二端の近接に位置する第二端を有していてもよい。実施態様において、１つ以上のシムパスにより生成、または、すべてのシムパスにより集合的に生成されるシム場は、シムパスまたは複数のシムパスを介して流れる電流の大きさを調整することで変調されてもよい。さらに、実施態様において、開示される方法および装置は、複数のシム場構成を生成するために利用可能であり、シムパスの方向性または形または幾何学的構成を変更する必要なく、一次磁場およびその任意の不均一性の複数の幾何学的成分を変更することが可能である。
他の実施態様において、シムパスの幾何学性は、変調される幾何学的成分の各々に対応する個々のシムパスを提供する必要性に拘束されることはない。
【００８４】
概して、一次場における不均一性の特定の幾何学的成分を効果的に抑制するために、個々のシムパスに適用されるシム電流は、シムパスの１つにおいてユニット電流により生成されるシム場を推定またはマッピングすることにより決定される。結果的な場は、ムーア−ペンローズの疑似逆解析にインプットされる、２５×６４の行列（２５の空間的シム容量または幾何学的成分を集合的に変調するために提供される６４のシムパス）として提示される。計算された疑似逆は、不均一性の望ましい幾何学的成分を生成するためにシムパスに適用されるべき電流を決定づけるために利用され、それはその不均一性を抑制するための磁場への補正としてさらに利用することが可能である。
実施態様において、開示された装置は、透磁性の材料においてイメージ電流を生成してもよく、適切なシム電流を計算する方法は、そのようなイメージ電流の効果のための余裕を結果として包含する。
【００８５】
潜在的（potential）シムパスのセットのための多数のシム関数のセット
実施態様において、サンプルの幾何学性の望ましい範囲に適用されるスカラー積に関して直交するシム関数のセットを選択することは有用である。シム関数が直交である場合、別の実施態様において、これは全体の不均一性を容易にまたは迅速に抑制するであろう。この節は、潜在的なシムパスが数の上でｃであり、与えられたサンプル体積がＶであり、そして、検出コイルが具備するユニット電流毎の推定場がＢ１（ｘ、ｙ、ｚ）である、潜在的なシムパスのためのシム関数の生成を説明する。
【００８６】
（ａ）たとえば、ｓ≦ｃのデカルト座標ｘ、ｙ、ｚのような、空間座標のｓ実数値“基底”関数から始めること。これらの関数Ｐｊ（ｘ、ｙ、ｚ）は、静磁場として最適であるように、ラプラス方程式
【数１０】
2013512442.tif 000012
に対する解でなくてはならない。これらはまた、場関数の数学的拡張における項として最適であるように、例えば、１、ｘ、ｙ、ｚ、ｘ２、ｘｙ等々の、座標における低位の多項式を部分的に含んでもよい。円筒形サンプルでの基底関数の簡便なセットは、階数ｌ＝ｎまで、ｎ２≦ｃの球調和関数Ｙｌ、ｍの実数値線形結合である。
【００８７】
（ｂ）重み関数を定義すること、Ｗ（ｘ、ｙ、ｚ）は、サンプル体積内で定義され、関数ｆおよびｇのための関連するスカラー積は、例えば
【数１１】
2013512442.tif 000013
で定義される。重さ関数は、サンプルにおけるスピンが検出コイルから測定される信号に対して大いに貢献することが期待される領域が大きく、貢献が小さい領域が小さい。ほぼ円筒の検出コイルに適した関数のクラスは、Ｗ（ｘ、ｙ、ｚ）＝ａＢ１（ｘ、ｙ、ｚ）ｓｉｎｂＢ１（ｘ、ｙ、ｚ）であり、ここでａおよびｂは定数で、全体の信号を最適化するために利用するため、および、重さ関数を正規化するために利用することができる。
【００８８】
（ｃ）ｓ関数ｆｊ（ｘ、ｙ、ｚ）を生成するためのグラム−シュミットの直交化法を利用すること、これは、ｓ基底関数の線形結合であり、ステップ２において定義されるスカラー積に関して正規直交である。これらはシム関数と呼ばれる。
【００８９】
シムプロファイルの生成
実施態様において、シムプロファイルのセットを生成することが有利であり、それは係数のリストであって、各々のリストは、与えられた個数のシムパスのセット、ｃ個のシムパスの場合、ｃ個の実数を有している。与えられたシムプロファイルは、与えられた望ましいシム関数に対応する。望ましいシム関数を近似する場関数を生み出すために、電流はシムパスのセットに適用され、その電流は、そのシム関数のシムプロファイルにおける対応する数に比例する。この節は、ｓ個の対応するシム関数のセットのためのシムプロファイルのセットをどのように生成するかを説明しているが、これは、本発明の方法にしたがえば、数がｃのシムパスのセットと互換性がある。
【００９０】
１．各電流パスｊのために、パスに適用されるユニット電流（例えば１ミリアンペア）に起因するサンプル体積内のポイントのセットで生じる磁場Ｆｊ（ｘ、ｙ、ｚ）を推定する。ポイントのセットは、ステップ２において定義される種類の数値積分の計算を促進するのに十分な程大きくなければならず、少なくともｃの数がなければならない。これは複数の方法で実行可能である：
（ａ）電流パスに沿ってビオ−サバールの法則で正確にまたは数値的に積分することにより。
（ｂ）（ａ）にあるようなビオ−サバールの法則を利用するが、電流パスの近くに配置される高透磁率物質内に誘起されるイメージ電流を推定することも含むことにより。
（ｃ）有限要素または他の電磁気的シミュレーション法を利用して、より注意深い静磁場シミュレーションを行うことにより。
（ｄ）実際に電流を適用して、ガウスメータープローブで場を測定することにより。
【００９１】
２．その行列成分がスカラー積
【数１２】
2013512442.tif 000014
である、行列Ｍｉ，Ｊを構成する。指数ｉおよびｊの範囲は、１≦ｉ≦ｓおよび１≦ｊ≦ｃである。この行列の各列は、シム関数上に投射される磁場Ｆｊの表現である。
３．Ｍｉ，ｊのムーア−ペンローズの疑似逆、Ｍ＋ｉ，ｊを構成する。これを行うＷｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ（登録商標）のＭａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）を含む、多くの標準の計算パッケージ品が存在する。当業者は、最適なパッケージ品および方法を容易に識別および利用する。
４．結果としての疑似逆行列の列は、長さｃの数のリストを含み、該リストは、望ましいシム関数に最も近くマッチングする磁場を生み出すために、シムパスに電流を適用する場合に利用されるべき倍数である（最小二乗法解析的意味で）。
【００９２】
別の実施態様
第一の実施態様において、磁石システムにおける高い磁場均一性を達成するための装置が開示される。実施態様において、装置は、導電性の電流パスを、強磁性体の成形磁極片と組み合わせる。パスは、シムボードを形成するための最適な容量のボード上に刷り込まれるか、もしくは、一次磁石または磁極片上に直接支持されるか、もしくは、他の方法で一次磁場に関して支持されてもよい。
【００９３】
１つの実施態様において、磁極片は、互いに平行で静場に垂直な面を具備する、磁石アセンブリの六角形中央チャンバの中へぴったりとフィットするように成形してもよい。磁極片の対向する面の成形は、磁場の均一性および強度を増加させる。対向する磁極片上のリッジは、静場に平行に隆起してもよく、磁石の長軸に平行に続く。
【００９４】
実施態様において、磁極片は、お互いに平行で、静磁場に垂直であってもよい。磁極片の対向する面は、計算された最適位置における磁極片の長軸に沿った静場の方向に平行に隆起してもよく、前記最適位置は、均一化するシムパネルが、磁極片に平行にフィットおよび隣接して位置し得る、幅広で狭小のチャネルを作り出す。実施態様において、そのようなチャネルまたはマッチングされたチャネルは、約１×１８×１５０ｍｍの寸法を有してもよく、シムボードは、そのようなチャネルの中へフィットする寸法であってもよく、それ自体が約１×１８×１５０ｍｍの容量を有してもよい。実施態様において、ボードは、異なる寸法の範囲を有してもよく、ボードの露出表面が、チャネルに隣接する磁極片の表面と実質的に同一平面であるような厚さであってもよい。
【００９５】
磁場における不均一性を抑制するための装置および方法が開示される。これは、磁気共鳴機器内の場であってもよく、コンパクトＮＭＲ機械であり得るＮＭＲ機械内であってもよい。実施態様において、シムパネルまたはシムパスは、装置のシミング要素の寸法が減らされるか望ましい構成に配列されることを許容してもよい。実施態様において、シミング要素は、シミングボードまたは極表面に適用され得る導電性の電流パスを含んでもよく、１つまたは２つの層のみを含んでもよい。
【００９６】
実施態様において、第一磁場をシミングするための装置が開示され、前記システムは：体積の対向する側面上に相互に対向する２つの磁気磁極片、および、体積に関連して配置される導電性の電流パスを含み、よって、前記電流パスにおける電流フローの変調が、磁場を制御可能にシムするために使用可能である。別の実施態様において、装置の重さは約２１ｋｇ以下である。
【００９７】
別の実施態様において、装置は、約１５ｌｂｓ以下の重さのＮＭＲ機械であり、約０．１ｐｐｍより良好なスペクトル分解を具備する。
実施態様において、複数の細長い角柱を含む磁気共鳴アセンブリが開示され、各角柱は前記角柱に関して定義される磁化軸を具備する磁石を含み、前記複数の磁石は、実質的に均一な磁場を集合的に決定する。
【００９８】
Ｃ．例
以下の説明は、実施態様の１つの例示であり、実例に過ぎない。
図１３は、サンプルチューブ６００内に置かれる液体サンプルのＮＭＲを測定するための機器の実施態様例のブロック図を示す。図１２は、主磁石構造の内側に置かれる他の構造に沿う、図１３における主磁石構造６１０の上面図を示す。この主磁石構造は、各々１８個の磁石を含む、３つのラックで作られ、各磁石は、高度に磁化された“硬質”磁性材料の円筒または六角形角柱であり、１つの最適な材料は、約１．３Ｔ／μ０の磁化を具備するネオジム−鉄−ホウ素である。ラック構造はそれ自身が、アルミニウムなどの実質的に非磁性の材料で作ることが可能である。
【００９９】
各磁石は、ほぼ一様および“直径方向”に磁化され、これはその磁化ベクトルがその主要な対称軸に垂直であることを意味する。各磁石の磁化ベクトルは、図３に示される“円筒ハルバッハ配列”タイプの配列に配列される。ラックは、図１３に示されるように順に重ねられて積層され、その上または下の１つとして同じ方向に整列される各磁石の磁化ベクトルを具備する。この配列は、空洞の内側に１．２Ｔのオーダーの磁場を有する、六角形断面の空洞（図３の５０）を提供する。好ましい態様において、六角形の空洞および磁石は、六角形を横断して約２２ｍｍのサイド−サイド（side-to-side）であり、磁石自身は、高さ約３８ｍｍであり、主磁石の構造は、高さ１３０ｍｍである。厚さ約３ｍｍの非磁性スペーサー６２０は、磁石ラックの間に置かれる。
【０１００】
磁極片６３０は、図１３および図１２に概略的に示されるように、主磁石構造の空洞の中に挿入可能である。これらの磁極片（図１２および図１３に概略的に示される）は、好ましくは主磁石構造それ自身程長くはなく、約７６ｍｍの長さであってもよい。磁極片のための好ましい断面形８０は、図４に示され、主磁石構造の空洞内のその配列は、図５に示される。磁極片は、パーマロイまたはＣａｒｐｅｎｔｅｒ（登録商標）高透磁率“４９”合金等の、柔軟で高い透過性合金で作ることが可能である。
【０１０１】
磁極片は、片の長さに続くリッジを有することが可能で、実質的に台形の断面が可能であり、後面（サンプルチューブ６００から最も遠い表面）から取り除かれる異なる奥行の材料を有することが可能である。そのような材料が磁極片の後ろから取り除かれる場合、磁性材料の他の片は、磁極片の効果的な形を変化させるために、結果的な空間の内側に挿入または移動してもよい。これら形の変更を加えたこれらの磁極片の存在は、空洞の残り内の場を、磁極片（１．４Ｔ）の不在より高く、また、より均一に作ることができる。
【０１０２】
主シムパネル６４０は、磁極片６３０の内側表面上に置かれる。これらのパネルは、２−、３−または４−層の、幅約１８ｍｍ、長さ約１６０ｍｍ、厚さ約０．６ｍｍの印刷基板であり得る。パネルは、１つまたは両方の端部上に接点を装着可能であり、端部は主磁石構造の外側に拡張可能である。図６、７、１１および１３は、シムパネルの層上に刷り込まれる導体のために好適な設計を示す。補助的なシムパネル６４２のセットは、図１２に概略的に示されるように、磁石の空洞の中へ挿入可能であり、これらパネルは、幅約８ｍｍ、長さ約１６０ｍｍ、厚さ約０．６ｍｍであり得る。これらパネルはまた、図６、７、１１および１３に示されるタイプの一直線の導体（シムパス）またはジグザグ形状の導体パターンを有することが可能で、主シムパネル６４０上の数と同じ、少ない、または、大きい数であってもよい。１つの設計において、各補助的シムパネル６４２上に８個の導体があり、各主シムパネル６４０上に２４個の導体がある。
【０１０３】
シムパネル上の導体は、シム電流コントローラ６５２に接続される電流バッファ６５０のセットに接続され、該コントローラは、シムプロファイル生成器６５４からの情報を利用して、マイクロコントローラ６６０による機器の動作中に制御される。これらのコントローラおよびバッファは、コンピュータソフトウェアおよびデジタルアナログ電子機器の最適な組み合わせで組み込むことが可能である。例示の特定の実施態様において、電流バッファ回路６５０は、０〜６００ｍＡまたはそれ以上の範囲のバイポーラ電流を、シムパネル上の導体に送ることが可能である。
【０１０４】
主磁石アセンブリの温度を、温度調節器６６５でモニタリングおよび安定化させることが望ましく、そこでこの調節器は、マイクロコントローラ回路６６０内に提供され、制御されることが可能である。マイクロコントローラはまた、無線周波数の送信／受信回路６７０に結合可能であり、該回路は、増幅回路６７４を介してサンプルコイル６７６に送信するための無線周波数パルスを提供し、増幅回路６７４を介してサンプルから応答信号を受信する。
【０１０５】
機器のマイクロコントローラ回路および他の部品は、デジタルコンピュータ６８０に結合可能であり、該コンピュータ自体は、ケーブルまたはＷｉ−ｆｉまたは他の接続手段を介して、ディスプレイユニット６８５のような、もしくは、プリンター、ファイルストレージシステム、リモート制御手段、または、同様の多くの周辺機器に結合可能である。電源供給ユニット６９０は、電力を供給するために提供され、好ましい態様において、この電源供給は、全体のユニットの動作のための約７０Ｗを提供することが可能であるが、応用において７０Ｗ以上または以下であってもよい。
【０１０６】
ここに示される態様および例は、主張する主題の要領の例示であり、限定するものではない。当業者には明らかなように、これらの態様は、開示された主題の精神と範囲から逸脱することなく、異なる応用および異なる方法で、容易に変更および／または適合可能である。特許請求の範囲は、別の態様およびこの主題と同等のものすべてを限定することなく含むものとして理解される。ここで用いられた表現、単語および用語は、例示的なものであって、限定するものではない。法律で許容される限り、ここで引用されるすべての引用文献は、これらを全部参照することにより組み込まれる。当然ながら、ここに開示された異なる態様の任意の視点は、可能性のある別の態様の範囲と合わせてもよく、当然ながら、そのすべてが特徴の組み合わせを変更する特徴の別の組み合わせが、この主題の一部を形成する。
【図１Ａ−１Ｃ】
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【図２Ａ−２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ−１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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