(57)【要約】  本発明に係る方法および装置は、物質に雑音を注入し、雑音と物質によって放出された信号との組合せを検出し、確率的共振によって、この組合せ信号が、その物質によって生み出される信号の特性を帯びるまで、雑音を調整し、このような特性信号を、反応性の化学、生化学または生物系に適用する。生成された信号は、記憶し、操作し、かつ／または遠隔受信器に伝送することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から分子信号を提供する装置であって、
（ａ）少なくとも部分的に前記試料から生成された信号源と、
（ｂ）前記試料の近くに配置された、電磁放出信号を検出する手段と、
（ｃ）前記電磁放出検出コイルに電気的に接続された超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）であって、低温冷却手段内に配置されたＳＱＵＩＤと、
（ｄ）前記信号源および前記信号検出手段を雑音で取り囲む手段であって、前記試料内に確率的共振を誘導して、前記試料の特性信号を増幅するのに十分な雑音を生成する手段と、
（ｅ）前記信号源、電磁放出検出コイル、ＳＱＵＩＤ、および雑音手段を、外部電磁放射から電磁遮蔽する手段と、
（ｆ）前記ＳＱＵＩＤを制御する手段と、
（ｇ）前記信号検出手段によって検出された前記信号を観察し、記憶する手段と、
（ｈ）ユーザ定義の基準に基づいて前記記憶された信号を変更する手段と、
（ｉ）化学または生物系内に効果を誘導するために、前記変更された信号を前記化学または生物系に無線で提供する手段と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
化学または生化学作用因子に反応する系に対する該化学または生化学作用因子の効果を生み出す方法であって、
（ａ）（ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を有する容器の中に、前記作用因子を含む試料を入れるステップであって、前記試料は、分子信号の信号源として作用し、前記磁気遮蔽は低温容器の外部にあるステップと、
（ｉｉ）複数の周波数にわたって実質的に均一な振幅を有する雑音を、他の信号源からの他の信号がない状況で、確率的共振を生じさせるのに十分な雑音振幅で、前記試料に雑音を注入するステップと、
（ｉｉｉ）前記低温容器内で、生成された前記他の信号がない状況で、前記注入された雑音に重ね合わされた試料源放射からなる時間領域電磁信号を記録するステップと、
（ｉｖ）前記試料源放射を前記注入された雑音から十分に区別できない場合に、選択された雑音レベル範囲内の複数のそれぞれの雑音レベルで、ステップ（ｉｉ）〜（ｉｉｉ）を、前記重ね合わされた信号が、確率的共振によって、前記信号源によって生成された前記信号の特性を帯びるまで繰り返すステップと
によって、複数の低周波時間領域信号を生成すること、
（ｂ）（ａ）で生成された前記信号を解析することによって、前記時間領域信号の支配的特性を表す周波数を識別すること、
（ｃ）前記試料の前記識別された周波数の中から少なくとも１つの周波数を選択し、または
２つ以上の作用因子試料の前記識別された周波数の中から選択された周波数を組み合わせる
ことによって、反応生成信号を合成すること、および
（ｄ）前記作用因子反応系を電磁変換器の磁場の中に置き、前記合成された信号を、前記変換器によって、ある信号振幅で、前記作用因子反応系内に作用因子固有効果を生じさせるのに十分な期間、適用することによって、前記作用因子反応系を、前記合成された反応生成信号に暴露すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記合成された反応生成信号は、
１つまたは複数の作用因子試料の化学または生物効果を表す、前記１つまたは複数の試料の前記識別された周波数の組合せ、あるいは、
１つまたは複数のそれぞれの作用因子試料の化学または生物効果のうちのいくつかの態様を表す、前記１つまたは複数の作用因子試料の識別された周波数から選択された周波数の組合せ
であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記解析（ｂ）は、
（ｉ）ＤＣから８ｋＨｚまでの範囲の選択された周波数範囲にわたって、事象ビンｆごとに、それぞれのビンの事象カウント数を示すヒストグラムを生成し、ｆは、前記時間領域信号をサンプリングするサンプリングレートであり、所与のしきい値よりも高いビンの数に関係づけられたスコアを前記ヒストグラムに割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択すること、
（ｉｉ）前記時間領域信号を自己相関させ、ＤＣから８ｋＨｚまでの範囲の選択された周波数範囲にわたって、前記自己相関させた信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換）を生成し、平均雑音値よりも高いピークの数に関係づけられたスコアを前記ＦＦＴ信号に割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択すること、および
（ｉｉｉ）複数の定義されたそれぞれの時間にわたって、ＤＣから８ｋＨｚまでの選択された周波数範囲で、前記時間領域信号の一連のフーリエスペクトルを計算し、前記フーリエスペクトルを平均し、平均雑音値よりも高いピークの数に関係づけられたスコアを前記平均されたＦＦＴ信号に割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択すること
のうちの１つによって実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記電磁変換器は、前記暴露の前に生物系に埋め込まれた埋込み可能なコイル、またはハンドヘルド移動装置、あるいはその両方を含み、信号は、有線または無線によって前記変換器に到達し、無線信号は、直接にまたは衛星を経由して伝送されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
試料内の選択された物質を、ＤＣから１０ｋＨｚまでの周波数範囲の前記試料の特性信号を使用して検出する装置であって、
検出コイルに隣接させて前記試料を配置して、試料源放射からなる時間領域電磁信号を発生させる手段と、
前記時間領域信号を操作して、前記信号を、選択された周波数よりも高い周波数成分が除去された、増幅され操作された信号に変換する手段と、
前記操作された信号をフィルタリングして、（ｉ）ＤＣから１０ｋＨｚまでの周波数範囲にあり、（ｉｉ）選択された物質に特徴的な低周波スペクトル成分を選択的に通過させる手段と、
前記フィルタリングされた信号を、（ｉ）ＤＣから１０ｋＨｚまでの周波数範囲にあり、（ｉｉ）前記選択された物質に特徴的な低周波スペクトル成分のデータセットと相互相関させて、ＤＣから１０ｋＨｚまでの前記周波数範囲の周波数領域スペクトルを生成する手段と、
前記周波数領域スペクトルが、前記選択された物質に特徴的であり、前記試料内の該物質の存在の有無の判定に役立つ１つまたは複数の低周波信号成分を含むかどうかを判定する手段と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
化学または生化学作用因子に反応する系に対する該作用因子の諸態様の治療効果を生み出す装置であって、
（ｉ）作用因子の試料を受け取るように適合された容器であって、磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を有する容器と、
（ｉｉ）選択された範囲の複数のそれぞれの雑音レベルで、前記試料を含む前記容器へ雑音を注入する出力調整可能な雑音源と、
（ｉｉｉ）前記注入された雑音に重ね合わされた試料源放射からなる時間領域電磁信号を記録する検出器と、
（ｉｖ）異なる注入雑音レベルで記録された複数のそれぞれの時間領域信号を記憶する記憶装置と、
（ｖ）（ａ）前記記憶装置に記憶された時間領域信号を取り出し、
（ｂ）スペクトルプロットの情報に基づいて、最適化された作用因子固有時間領域信号を識別することを可能にする、前記時間領域信号の前記スペクトルプロットを作成し、
（ｃ）前記時間領域信号を解析することによって、前記最適化された作用因子固有信号を表す周波数を識別し、
（ｄ）前記識別された周波数の中から少なくとも１つの周波数を選択し、または
前記識別された周波数の中から選択された周波数を、生物効果の生成に関連した他の選択された周波数と組み合わせることによって、
反応生成信号を生成する
ように適合されたコンピュータと、
（ｖｉ）前記作用因子反応系を、ある信号振幅の前記合成された信号に、前記系に対する作用因子固有効果を前記系内に生じさせるのに十分な期間、暴露する電磁変換器と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記雑音源は、出力調整可能なガウス雑音発生器と、１ボルトまでの範囲の選択された雑音出力信号を前記雑音発生器から受け取るヘルムホルツコイルとを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記容器は、試料保持領域と、前記領域を取り囲む磁気遮蔽ケージと、前記磁気遮蔽ケージの中に含まれ、前記領域を取り囲むファラデー箱とを有する減衰管であり、前記ガウス雑音源は、ガウス雑音発生器と、前記磁気ケージおよび前記ファラデー箱の中に含まれ、前記雑音発生器から雑音出力信号を受け取るヘルムホルツコイルとを含み、前記ヘルムホルツコイルはさらに、前記時間依存信号内の定常雑音成分を除去する際に使用するために、前記雑音源および前記ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）に動作可能に接続され、前記雑音源からガウス雑音を受け取り、前記試料に注入された前記ガウスの雑音に関して反転された形態のガウス雑音を前記ＳＱＵＩＤに出力する信号反転器を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記電磁変換器は、整列した一対の電磁コイルを有し、前記電磁コイル間に暴露ステーションを画定するヘルムホルツコイルであり、前記暴露は、前記ステーション内に前記試料を配置することを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
化学活性または生物活性作用因子の諸態様を表す最適化された低周波反応生成信号であって、
（ａ）（ｉ）選択された雑音振幅で前記作用因子の試料に雑音を注入して、確率的共振を生じさせるステップと、
（ｉｉ）前記注入された雑音に重ね合わされた試料源放射からなる時間領域電磁信号を記録するステップと、
（ｉｉｉ）前記試料源放射が前記注入された雑音から十分に区別できない場合に、選択された範囲内の複数のそれぞれの雑音レベルで、ステップ（ｉｉ）〜（ｉｉｉ）を繰り返すステップと
によって、作用因子の複数の低周波時間領域信号を発生させるステップと、
（ｂ）好ましい時間領域信号を解析することによって、最適化された作用因子固有信号を表す周波数を識別するステップと、
（ｄ）作用因子試料の前記識別された周波数の中から少なくとも１つの周波数を提供し、または
２つ以上の作用因子試料の前記識別された周波数の中から選択された周波数を組み合わせる
ことによって、反応生成信号を合成するステップであって、前記選択された周波数は、所望の化学または生物効果に関連した信号の選択された態様を表すステップと
によって生成されることを特徴とする信号。
【請求項１２】
前記信号は、生物標的に導かれることを特徴とする請求項１１に記載の信号。
【請求項１３】
前記信号は、受信器に無線で伝送され、前記受信器は、埋込み可能な変換器、あるいはハンドヘルドコンピューティング装置またはハンドヘルド通信装置を含むことを特徴とする請求項１１に記載の信号。
【請求項１４】
データ処理システムが読むことができる１つまたは複数の生成されたデータ信号であって、
（ａ）化学または生物作用因子を雑音信号に暴露するステップと、
（ｂ）前記雑音と確率的共振の結果として前記作用因子によって放出された信号との組合せを検出するステップと、
（ｃ）前記作用因子によって生成された前記信号を前記雑音から十分に区別できるようになるまで、前記雑音を調整するステップと、
（ｄ）前記作用因子信号の周波数内容を得るステップと、
（ｅ）前記作用因子信号の前記周波数内容を変更して、前記信号に関連した少なくとも１つの属性を強化するステップと、
（ｆ）作用因子の前記変更された周波数の中の少なくとも１つの周波数を強調し、または
少なくともステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｄ）の下で２つ以上の作用因子試料によって生み出された信号の中から選択された周波数を組み合わせること
によってデータ信号を定義するステップであって、前記選択された周波数は、前記２つ以上の作用因子試料の選択された化学または生物態様を表すステップと
を含む方法によって生成されることを特徴とする信号。
【請求項１５】
使用された化学または生物作用因子の諸態様に由来する選択された化学または生物効果を生じさせる電磁信号を生成する方法であって、
磁気遮蔽された検出装置に試料を挿入して、分子信号を提供すること、
前記磁気遮蔽された検出装置に雑音を注入すること、
前記注入された雑音と前記試料によって放出された前記信号との組合せを検出すること、
前記作用因子固有信号を雑音から分離すること、
前記作用因子固有信号の周波数内容を計算すること、
周波数成分をスケーリングしまたは排除することによって、前記作用因子固有信号の前記周波数内容を強化すること、
所望の作用因子属性を表す周波数内容を識別すること、および
異なる作用因子から検出された選択された強化された周波数を使用して、電磁効果生成信号を合成すること
を含み、
前記選択された周波数は、前記作用因子の前記化学または生物効果の所望の部分または全体を表す
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
少なくとも、前記作用因子固有信号の前記周波数内容の強化が、ユーザがユーザインタフェースを利用することによって実行されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
１つまたは複数の化学または生化学作用因子の諸効果のうちの少なくとも１つのサブセットを有する信号を生成する装置であって、
（ｉ）作用因子の試料を受け取るように適合されたホルダと、
（ｉｉ）前記ホルダの中の前記試料に雑音を適用する調整可能な雑音源と、
（ｉｉｉ）前記試料放射と前記雑音とからなる時間領域信号を記録する検出器と、
（ｉｖ）検出された信号を記憶する記憶装置と、
（ｖ）（ａ）前記記憶された信号を前記記憶装置から取り出し、
（ｂ）作用因子固有時間領域信号の識別を可能にする、前記信号のスペクトル表現を作成し、
（ｃ）ユーザインタフェースまたはソフトウェアプログラムを介して、前記取り出された信号の部分を変更して、前記取り出された信号の少なくとも１つの所望の部分を強調しまたは強調されないようにする
ように適合されたコンピュータと、
（ｖｉ）少なくとも１つの作用因子信号の選択された変更された部分の組合せを利用することによって信号を生成する合成器と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１８】
要素（ｖ）または（ｖｉ）あるいはその両方は、装置の残りの要素に関して遠隔地に位置し、残りの要素と無線で結ばれていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
生物または化学系に影響を及ぼすための生成された信号であって、前記信号のフーリエ変換は、生物標的に検出可能な反応を誘導することが知られている化合物によって引き起こされる化合物固有の確率的事象の周波数にそれぞれ対応する複数のピークを含み、前記ピークはそれぞれ、選択された雑音振幅で前記試料に雑音を注入しながら、前記化合物の試料の時間領域信号を記録することによって観察され、前記選択された雑音振幅は、前記時間領域信号が前記周波数領域に変換されたときに前記ピーク周波数の識別を可能にする振幅であり、
前記信号周波数ピークは、１つまたは複数の化合物の識別されたピーク周波数であり、前記化合物の化学または生物効果を表し、あるいは
前記信号周波数ピークは、１つまたは複数の化合物の識別されたピーク周波数の中から選択された操作された周波数であり、前記化学または生物化合物のいくつかの態様の強化された効果を表す
ことを特徴とする生成された信号。
【請求項２０】
（ｉ）それぞれ所与の生物標的に検出可能な所与の反応を生じさせるのに有効な２つ以上の化合物の前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉ）前記化合物に共通するピーク周波数を識別し、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）で識別された前記共通するピーク周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すこと
によって生成されることを特徴とする請求項１９に記載の生成された信号。
【請求項２１】
（ｉ）所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセット、および前記標的に該所望の反応を生じさせる効果のない化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉ）前記第１のセット内の全ての前記化合物に共通するが、前記第２のセット内のどの前記化合物にも共通しないピーク周波数を識別し、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）で識別された前記共通するピーク周波数のうちの少なくともいくつかを組み合わせて、電磁波を生み出すこと
によって生成されることを特徴とする請求項１９に記載の生成された信号。
【請求項２２】
（ｉ）所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセットの前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉ）同じ生物標的に検出可能な他の所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉｉ）前記第１のセット内の全ての前記化合物に共通するピーク周波数、および前記第２のセットの全ての前記化合物に共通するピーク周波数を識別し、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）で識別された共通するピーク周波数の２つのセット内の少なくともいくつかの周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すこと
によって生成されることを特徴とする請求項１９に記載の生成された信号。
【請求項２３】
前記信号の生成は、
（ｉ）所与の化合物の前記ピーク周波数を識別するステップと、
（ｉｉ）ベースライン雑音周波数の少なくとも２×の選択された振幅で、前記周波数を組み合わせるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の生成された信号。
【請求項２４】
前記信号を生成する前記ステップはさらに、
ステップ（ｉ）が、それぞれ所与の生物標的に検出可能な所与の反応を生じさせるのに有効な２つ以上の化合物の前記ピーク周波数を識別し、前記化合物に共通するピーク周波数を識別することを含み、
ステップ（ｉｉ）が、そのようにして識別された前記共通するピーク周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すことを含む
ことを特徴とする請求項２３に記載の生成された信号。
【請求項２５】
前記信号を生成する前記ステップはさらに、
ステップ（ｉ）が、所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセット、および前記標的に該所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、前記第１のセット内の全ての前記化合物に共通するが、前記第２のセット内のどの前記化合物にも共通しないピーク周波数を識別することを含み、
ステップ（ｉｉ）が、そのようにして識別された前記共通するピーク周波数のうちの少なくともいくつかを組み合わせて、電磁波を生み出すことを含む
ことを特徴とする請求項２３に記載の生成された信号。
【請求項２６】
前記信号を生成する前記ステップはさらに、
ステップ（ｉ）が、所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセットの前記ピーク周波数を識別し、同じ生物標的に検出可能な他の所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、前記第の１セット内の全ての前記化合物に共通するピーク周波数、および前記第２のセットの全ての前記化合物に共通するピーク周波数を識別することを含み、
ステップ（ｉｉ）が、そのようにして識別された共通するピーク周波数の２つのセット内の少なくともいくつかの周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すことを含む
ことを特徴とする請求項２３に記載の生成された信号。
【請求項２７】
前記信号は、遠隔変換器に伝送され、化学または生物系に適用されて反応を誘導し、前記変換器は、前記系内に埋め込まれており、前記系の近くに位置し、またはハンドヘルド移動装置であることを特徴とする請求項１９に記載の生成された信号。
【請求項２８】
励起された物質から放射された電磁信号シグネチャを生成する方法であって、
前記物質を含まない容器に、制御された電磁雑音を注入すること、
前記容器内の前記電磁放射の第１の周波数スペクトルを計算すること、
前記容器の中に関心のある前記物質を配置すること、
前記物質を含む前記容器に、前記制御された電磁雑音を注入すること、
前記容器内の前記電磁放射の第２の周波数スペクトルを計算すること、
前記第１の計算された周波数スペクトルを、前記第２の計算された周波数スペクトルと比較することによって、前記物質の前記周波数スペクトルを得ること、
前記物質の前記周波数スペクトルの内容を強化すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記信号の前記強化された周波数内容についての情報は、遠隔変換器に伝送され、
前記変換器は、前記生物実体内に埋め込まれており、前記生物実体の近くに位置し、またはハンドヘルド移動装置であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
化学または生化学試料を表す信号を生成する装置であって、
（ｉ）前記試料を受け取るように適合されたホルダであって、磁気遮蔽または電磁遮蔽あるいはその両方を有するホルダと、
（ｉｉ）前記ホルダの中の前記試料に対して雑音を適用して、前記試料からの電磁放射に関する確率的共振を誘導する調整可能な雑音源と、
（ｉｉｉ）前記試料の電磁放射と前記雑音とからなる時間領域信号を記録する検出器と、
（ｉｖ）前記時間領域信号を記憶する記憶装置と、
（ｖ）（ａ）前記記憶装置に記憶された前記時間領域信号を取り出し、
（ｂ）スペクトルプロットの情報に基づいて、最適化された作用因子固有時間領域信号を識別することを可能にする、前記時間領域信号の前記スペクトルプロットを作成し、
（ｃ）ユーザインタフェースを介して、前記取り出された時間領域信号の部分を操作して、前記取り出された時間領域信号の少なくとも１つの所望の部分を強調しまたは強調しないようにする
ように適合された電子コンピュータと
を含むことを特徴とする装置。
【請求項３１】
前記信号の前記操作された周波数内容についての情報は、遠隔変換器に伝送され、前記変換器は、前記生物実体内に埋め込まれており、前記生物実体の近くに位置し、またはハンドヘルド移動装置であることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
少なくとも１つの化学または生化学作用因子に反応する系に対する前記少なくとも１つの作用因子の諸態様の効果を生み出す装置であって、
処理された信号を受け取るための受信器
を含み、前記処理された信号は、
前記作用因子の試料に雑音を注入して、確率的共振を生じさせ、
前記注入された雑音に重ね合わされた試料源放射からなる信号を、注入雑音の異なるレベルで記録し、
好ましい記録された時間領域信号を解析することによって、最適化された作用因子固有信号を表す周波数を識別し、
作用因子試料の前記識別された周波数の中から選択された少なくとも１つの周波数によって、または
２つ以上の作用因子試料の前記識別された周波数の中から選択された周波数を組み合わせることによって、
反応生成信号を合成する
ことによって生成され、
前記選択された周波数は、前記使用された作用因子試料の化学または生物効果の選択された態様を表す
ことを特徴とする装置。
【請求項３３】
少なくとも１つの化学活性または生物活性作用因子の一部または全部の効果を表す電磁信号の再放射を容易にする、信号または情報を伝送する伝送器であって、
原作用因子固有電磁信号特徴または強化された作用因子固有電磁信号特徴を記憶する手段と、
信号処理、情報検索、操作、記憶またはこれらの任意の組合せのために、前記作用因子固有電磁信号特徴を、他の領域に変換する手段と、
所望の位置での作用因子固有電磁信号の再生成および放射のために後に伝送される、前記原作用因子固有電磁信号特徴または前記変換された作用因子固有電磁信号特徴を記録する手段と、
１つまたは複数の作用因子固有電磁信号の前記特徴の一部または全部を選択し、強化し、組み合わせる手段と
を含み、前記作用因子固有電磁信号特徴は、
前記作用因子を含む試料を容器の中に配置し、
前記試料に雑音を投射し、
試料源放射と前記雑音とからなる電磁信号を記録し、
前記信号を解析し、作用因子固有信号を識別し、および
前記作用因子固有信号を変更して、最適化された作用因子固有時間領域信号を生成する
ことによって得られる
ことを特徴とする伝送器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を電磁波に変換するシステムが読むことができる信号、および該信号を生成し適用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学および生化学の分野で受け入れられている１つのパラダイムは、化学または生化学エフェクタ作用因子（effector agent）、例えば分子が、イオン力、電荷力、分散力などのさまざまな物理化学的な力を介して、あるいは電荷誘導性共有結合の切断または形成を介して、標的系と相互作用するというものである。これらの力は、エフェクタ作用因子または標的系（target system）の振動または回転エネルギーモードを含むことができる。
【０００３】
このパラダイムの必然の結果は、作用因子−標的系において、エフェクタ作用因子が標的環境内にあるという要件である。しかし、まだ分かっていないまたは理解されていないことは、この要件が、エフェクタの実際の存在に関係しているかどうか、または、この要件が、少なくともある種のエフェクタ機能に関して、そのエフェクタに特徴的なエネルギーモードの存在によることができるかどうかである。ある種の特徴的なエネルギーモードによって、エフェクタ機能を、少なくとも部分的にシミュレートすることができる場合には、そのエフェクタに特徴的なある種のエネルギーモードに標的系を暴露することによって、標的系におけるエフェクタ作用因子の効果を「シミュレート」することができるかもしれない。その場合、おのずから生じる問題は、どのエフェクタ−分子エネルギーモードが有効なのか、どうすれば、測定可能な信号の形態にそれらを変換することができるのか、これらの信号をどのように使用すれば、標的系に影響を及ぼす、すなわち標的系における分子のエフェクタ機能の少なくとも一部を模倣することができるのか、ということである。
【０００４】
これらの問題は、最近出願された同一所有権者の特許文献１および特許文献２に取り上げられている。この出願に記載された発明を支持して実行された実験は、エフェクタ化合物の時間領域信号（time-domain signal）を「変換」することによって生成された電磁波に標的系（この場合、いくつかの生物系の１つ）を暴露することによって、その標的系に対するある種のエフェクタ機能を再現することができることを証明している。前述の文献によれば、この時間領域信号は、化合物によって生成された低周波確率的事象（low-frequency stochastic events）を観察する能力を高めるレベルの雑音（noise）を記録装置に注入しながら、遮蔽された環境（shielded environment）内でその化合物によって生成される信号を記録することによって生成される。前述の文献では、変換信号が、エフェクタ化合物の実際の化合物時間領域信号であった。
【０００５】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／５９３，００６号明細書
【特許文献２】米国特許仮出願第６０／５９１，５４９号明細書
【非特許文献１】Bendat & Piersol, "Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis", 1993
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特性エフェクタ−分子信号（characteristic effector-molecule signals）に標的系を暴露することによって、エフェクタ作用因子が実際に存在する必要なしに、エフェクタ−分子機能を達成することが可能であると、重要で興味深いいくつかの応用が考えられる。薬物の投与によって生物を治療する代わりに、薬物固有信号にその生物を暴露することによって、同じ効果を達成することができる。ナノファブリケーション（nanofabrication）の分野では、所望の自己集合パターンを助長する能力を有する多価（multivalent）エフェクタ分子の特性を示す信号を、集合系に導入することによって、自己集合パターンを触媒しまたは促進することが可能かもしれない。
【０００７】
本明細書に掲げられた見出し（headings）は、単に便宜上のものであり、請求の発明の範囲または意味に影響を及ぼすものでは必ずしもない。
【０００８】
本出願は、２００４年７月３０日に出願された「SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING CHEMICAL OR BIOCHEMICAL SIGNALS」という名称の米国特許仮出願第６０／５９３，００６号明細書（弁理士整理番号３８５４７．８０１０）、２００４年７月２７日に出願された「SIGNAL PROCESSING SYSTEM, SUCH AS FOR PRODUCING AND MANIPULATING SIGNALS FROM CHEMICAL OR BIOCHEMICAL COMPOUNDS OR SAMPLES」という名称の米国特許仮出願第６０／５９１，５４９号明細書（弁理士整理番号３８５４７．８０１１ＵＳ）、２００４年８月１９日に出願された「TRANSDUCING SIGNALS AND METHODS」という名称の米国特許仮出願第６０／６０２，９６２号明細書（弁理士整理番号３８５４７．８０１２ＵＳ）、および２００５年４月２１日に出願された「SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING CHEMICAL OR BIOCHEMICAL SIGNALS」という名称の米国特許仮出願第６０／６７４，０８３号明細書（弁理士整理番号３８５４７．８０１０ＵＳ）の恩典を求めるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
Ｉ．定義
以下の用語は、特に明示されない限り、以下の定義を有する。
【００１０】
「分子回転を示す試料（sample that exhibits molecular rotation）」は、その試料物質を構成し、またはその試料物質中に存在する分子化合物または原子イオンのうちの１種または数種の分子化合物または原子イオンが回転を示す試料物質を指し、試料物質は、気体でも、液体でもまたは固体（固体金属を除く）でもよい。
【００１１】
「磁気遮蔽（magnetic shielding）」は、遮蔽材料の透磁性の結果として、磁束の通過を減らし、抑制しまたは妨げる遮蔽を指す。
【００１２】
「電磁遮蔽（electromagnetic shielding）」は例えば、標準ファラデー電磁遮蔽を指し、または電磁放射の通過を低減させる他の方法を指す。
【００１３】
「時間領域信号（time-domain signal）」ないし「時系列信号（time-series signal）」は、時間の経過とともに変化する過渡的な信号特性を有する信号を指す。
【００１４】
「試料源放射（sample-source radiation）」は、分子双極子の回転などの磁場内での試料の分子運動に起因する磁束または電磁束の放出を指す。
【００１５】
「ガウス雑音（gaussian noise）」は、ガウス出力分布を有する不規則雑音を意味する。「定常白色（stationary white）ガウス雑音」は、予測可能な将来の成分を持たない不規則ガウス雑音を意味する。「構造化（structured）雑音」は、そのスペクトルの１つの領域から別の領域へエネルギーをシフトする対数関数的特性を含むことができ、または、振幅が一定である間、不規則な時間要素を提供するように設計することができる。これらの２つは、予測可能な将来の成分を持たない真に不規則な雑音と比較して均一なピンク（pink）雑音を表す。「均一な雑音」は、一定の振幅を有する雑音を意味する。
【００１６】
「周波数領域スペクトル（frequency-domain spectrum）」は、時間領域信号のフーリエ周波数プロット（plot）を指す。
【００１７】
「スペクトル成分（spectral components）」は、周波数、振幅および／または位相領域で測定することができる時間領域信号内の単一の性質または繰り返す性質を指す。スペクトル成分は一般に、周波数領域に存在する信号を指す。
【００１８】
第１の試料と「同様の試料（similar sample）」とは、第１の試料と同じ試料、または第１の試料と実質的に同じ試料成分を有する試料を指す。
【００１９】
「ファラデー箱（Faraday cage）」は、不要な電磁放射の接地電気経路となり、それによって電磁環境を静穏化する電磁遮蔽構成を指す。
【００２０】
「スペクトル特徴スコア（spectral-features score）」は、作用因子または試料に固有の識別可能なスペクトル特徴を明らかにするために適当な方法、例えば本明細書に記載された３つの方法のうちの１つによって処理された、その作用因子または試料に対して記録された時間領域信号の、選択された低周波数範囲、例えばＤＣから１ｋＨｚまたはＤＣから８ｋＨｚの範囲にわたって観察された作用因子固有（agent-specific）スペクトルピークの数および／または振幅に基づくスコアを指す。
【００２１】
「最適化された作用因子固有時間領域信号」は、最大または最大に近いスペクトル特徴スコアを有する時間領域信号を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ＩＩ．時間領域信号の生成および処理に適した装置
以下では、関心のある試料（sample of interest）の低周波電磁放出または低周波電磁信号を検出し、処理し、提示するためのシステムおよび方法を詳細に説明する。一実施形態では、周知の白色またはガウス雑音信号が試料に導入される。このガウス雑音は、試料からの電磁放出を、信号検出システムによって十分に検出できるように構成される。繰返し性（repeatability）および統計的関連性（statistical relevance）を保証するため、検出された信号のセットは一緒にして処理される。その結果得られる放出パターンまたはスペクトルを表示し、記憶し、かつ／または特定の物質として同定することができる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態は、その電磁波の場の中に置かれた標的系に作用することができる化合物固有電磁波を生成するための変換システムで使用するための信号、および該信号を生成する方法を示す。他の実施形態は、該信号を生成し、配布することに関する。
【００２４】
以下の説明は、本発明の実施形態の完全な理解および本発明の実施形態を可能にする記述のための具体的な詳細を提供する。しかし、本発明は、これらの詳細なしでも実施することができることを当業者は理解しよう。また、本発明の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるため、周知の構造および機能を詳細に示し、または説明することはしなかった。
【００２５】
後に詳細に説明されるように、本発明の実施形態は、後の遠隔使用のために、低しきい値分子電磁信号を繰返し可能に検出し、記録するための装置および方法を提供することを対象とする。磁気遮蔽されたファラデー箱（faraday cage）が、試料物質および検出装置を外来電磁信号から遮蔽する。磁気遮蔽されたファラデー箱の中では、コイルが白色またはガウス雑音を注入し、非鉄トレー（tray）が試料を保持し、グラジオメータ（gradiometer）が低しきい値分子電磁信号を検出する。この装置はさらに、超伝導量子干渉素子（「ＳＱＵＩＤ」）および前置増幅器を含む。
【００２６】
この装置は、磁気遮蔽されたファラデー箱の中の雑音コイルおよびグラジオメータの近くに、試料を置くことによって使用される。雑音コイルによって白色雑音が注入され、この白色雑音は、分子電磁信号が確率的共振（stochastic resonance）によって強められるまで調整される。雑音コイルによって生成された場およびファラデー箱によって外部干渉から遮蔽されたこの強められた分子電磁信号は次いで、グラジオメータおよびＳＱＵＩＤによって検出され、測定される。この信号は次いで増幅され、適当な記録または測定機器に伝送される。
【００２７】
図１を参照すると、遮蔽構造１０が示されており、遮蔽構造１０は、外側から内側へ向かって、磁気シールド（shield）である導電性ワイヤケージ（wire cage）１６、電磁遮蔽を提供する内側導電性ワイヤケージ１８および２０を含む。他の実施形態では、外側磁気シールドが、アルミニウム−ニッケル合金のコーティングを有する中実アルミニウム（solid aluminum）板材料から形成され、電磁遮蔽が、それぞれが中実アルミニウムから形成された２つの内側壁構造によって提供される。
【００２８】
図２を参照すると、ファラデー箱１０は頂部が開いており、側面開口１２および１４を含む。ファラデー箱１０はさらに、互いに入れ子にされた３つの銅メッシュ（mesh）ケージ１６、１８および２０からなる。それぞれの銅メッシュケージ１６、１８および２０は、それぞれのケージ間の誘電障壁（図示せず）によって、他のケージから電気的に分離されている。
【００２９】
側面開口１２および１４はさらに、ファラデー箱１０の内部へのアクセスを提供し、その一方で外部干渉源からケージの内部を分離する減衰管（attenuation tube）２２および２４を含む。図３を参照すると、減衰管２４は、互いに入れ子にされた３つの銅のメッシュ管２６、２８および３０からなる。外側銅メッシュケージ１６、１８および２０はそれぞれ、１つの銅メッシュ管２６、２８および３０に電気的に接続されている。減衰管２４にはさらにキャップ（cap）３２がされており、キャップは穴３４を有する。減衰管２２も同様に銅メッシュ管２６、２８および３０からなるが、キャップ３２は含まない。
【００３０】
図２を再び参照すると、ファラデー箱１０の内部に、低密度非鉄試料トレー（low-density nonferrous sample tray）５０が取り付けられている。試料トレー５０は、減衰管２２および側面開口１２を介してファラデー箱１０から取り外すことができるように取り付けられている。それぞれファラデー箱１０の中心縦軸から減衰管２２の最も外側の縁までの距離よりも長い３本の棒５２が、試料トレー５０に取り付けられている。これらの３本の棒５２は、減衰管２２の内側の湾曲に合致するように適合されており、そのため、これらの棒を減衰管の中に置くことによって、ファラデー箱１０の中央に試料トレー５０を配置することができる。この示された実施形態では試料トレー５０および棒５２が、ガラス繊維エポキシ樹脂でできている。当業者には直ちに明らかになることだが、試料トレー５０および棒５２は他の非鉄材料から製作することができ、トレーは、他の手段、例えば１本の棒によって、ファラデー箱１０の中に取り付けることができる。
【００３１】
図２を再び参照すると、ファラデー箱１０の中の試料トレー５０の上方に、低温デューア（cryogenic dewar）１００が取り付けられている。この開示された実施形態では、デューア１００が、ファラデー箱１０の頂部の開口にはまるように適合されており、デューア１００は、Ｔｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のＭｏｄｅｌ  ＢＭＤ−６  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｅｌｉｕｍ  Ｄｅｗａｒである。デューア１００は、ガラス繊維エポキシ樹脂複合材料から構築される。デューア１００内の所定の位置に、視野が非常に狭いグラジオメータ１１０が、その視野が試料トレー５０を包含するように、取り付けられている。この示された実施形態では、グラジオメータ１１０が、公称直径１センチメートル、バランス（balance）２％の１次軸検出コイルであり、超電導体から形成されている。このグラジオメータは、平面（planar）グラジオメータ以外の任意の形態のグラジオメータとすることができる。グラジオメータ１１０は、１つの低温直流電流超伝導量子干渉素子（「ＳＱＵＩＤ」）１２０の入力コイルに接続されている。この開示された実施形態では、ＳＱＵＩＤが、Ｔｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のＭｏｄｅｌ  ＬＳＱ／２０  ＬＴＳ  ｄｃ  ＳＱＵＩＤである。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、高温または交流ＳＱＵＩＤを使用することができることは当業者によって理解されよう。代替実施形態ではＳＱＵＩＤ１２０が雑音抑圧コイル１２４を含む。
【００３２】
この開示されたグラジオメータ１１０とＳＱＵＩＤ１２０の組合せは、磁場を測定するときに、５マイクロテスラ／√Ｈｚの感度を有する。
【００３３】
ＳＱＵＩＤ１２０の出力は、Ｔｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のＭｏｄｅｌ  ＳＰ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｃａｂｌｅ１３０に接続される。低温ケーブル１３０は、デューア１００の内部および外部の温度に耐える能力を有し、ＳＱＵＩＤ１２０からの信号を、ファラデー箱１０およびデューア１００の外部に取り付けられたフラックスロックループ（Flux-Locked Loop）１４０に転送する。この開示された実施形態のフラックスロックループ１４０は、Ｔｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のｉＦＬ−３０１−Ｌ  Ｆｌｕｘ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐである。
【００３４】
図１を参照すると、フラックスロックループ１４０は、ＳＱＵＩＤ１２０から受け取った信号を増幅し、その信号を、高レベル出力回路１４２を介して、ｉＭＣ−３０３  ｉＭＡＧ（登録商標）ＳＱＵＩＤコントローラ１５０に出力する。フラックスロックループ１４０はさらに、モデルＣＣ−６０  ６メートル光ファイバ複合接続ケーブル１４４を介して、ＳＱＵＩＤコントローラ１５０に接続されている。光ファイバ接続ケーブル１４４およびＳＱＵＩＤコントローラ１５０はＴｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製である。コントローラ１５０は、磁気遮蔽ケージ４０の外側に取り付けられる。光ファイバ接続ケーブル１４４は、ＳＱＵＩＤコントローラ１５０からフラックスロックループ１４０へ制御信号を運び、測定対象信号との電磁干渉の可能性をさらに低減させる。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他のフラックスロックループ、接続ケーブルおよびＳｑｕｉｄコントローラを使用することができることは、当業者には明白であろう。
【００３５】
ＳＱＵＩＤコントローラ１５０はさらに、高分解能アナログ−ディジタル変換器１５２、ディジタル化された信号を出力する標準ＧＰ−ＩＢバス１５４、およびアナログ信号を出力するＢＮＣコネクタ１５６を含む。この示された実施形態では、ＢＮＣコネクタが、パッチコード１６２を介して２重掃引（dual trace）オシロスコープ１６０に接続されている。
【００３６】
図２を参照すると、ファラデー箱１０の中に試料トレーが完全に挿入された場合の試料トレー５０の両側に、２要素型ヘルムホルツ変成器（two-element Helmholtz transformer）６０が設置されている。この示された実施形態では、ヘルムホルツ変成器６０のコイル巻線（coil windings）６２および６４が、直流から５０キロヘルツの範囲で動作するように設計されており、中心周波数は２５キロヘルツ、自己共振周波数は８．８メガヘルツである。この示された実施形態では、コイル巻線６２および６４が一般に長方形であり、高さが約８インチ（２０．３２ｃｍ）、幅が約４インチ（１０．１６ｃｍ）である。他のヘルムホルツコイル形状を使用することもできるが、形状および寸法は、グラジオメータ１１０および試料トレー５０が、ヘルムホルツコイルによって生成される場の中に位置するようにしなければならない。コイル巻線６２および６４はそれぞれ、２つの低密度非鉄フレーム（frame）６６および６８のうちの一方に取り付けられる。フレーム６６および６８は互いに蝶番式に接続され、脚７０によって支持される。デューア１００の下部に対するフレームの垂直移動を可能にするため、フレーム６６および６８は脚７０に滑動可能に取り付けられる。フレームの移動は、グラジオメータ１１０で受け取られる白色雑音の振幅を変化させるためのヘルムホルツ変成器６０のコイル巻線６２および６４の調整を可能にする。脚７０は、ファラデー箱１０の底に置かれ、またはファラデー箱１０の底にエポキシ樹脂で接着される。この示された実施形態では、フレーム６６、６８および脚７０がガラス繊維エポキシ樹脂でできている。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、試料トレー５０の周囲の変成器またはコイルの他の配置を使用することができる。
【００３７】
図４を参照すると、ファラデー箱およびファラデー箱の内容物の断面が示されており、この断面は、ヘルムホルツ変成器６０の巻線６２を、デューア１００およびファラデー箱１０に対して示している。図４では、試料トレー５０および試料２００の配置にも留意されたい。
【００３８】
再び図１を参照すると、磁気遮蔽ケージ４０の外側に振幅調整可能白色雑音発生器８０があり、これは、電気ケーブル８２によって、フィルタ９０を介してヘルムホルツ変成器６０に電気的に接続されている。図３を参照すると、側面開口１２、減衰管２４およびキャップ３２の穴３４の中にケーブル８２が通されている。ケーブル８２は、内側および外側磁気遮蔽８６および８８のそれぞれによって取り囲まれた銅導体の撚り線対（twisted pair）８４をさらに含む同軸ケーブルである。他の実施形態では、この導体を、銀、金などの任意の非磁性導電材料とすることができる。内側および外側磁気遮蔽８６および８８はキャップ３２までで終わり、エンドキャップから図１に示されたヘルムホルツ変成器６０までの残りの距離をつなぐ撚り線対８４を後に残す。内側磁気遮蔽８６は、キャップ３２を介してファラデー箱１６に電気的に接続され、外側磁気遮蔽は、図１に示された磁気遮蔽されたケージ４０に電気的に接続されている。
【００３９】
図１を参照すると、白色雑音発生器８０は、ゼロから１００キロヘルツまでの周波数スペクトルにわたってほぼ均一な雑音を生成することができる。この示された実施形態では、フィルタ９０が、５０キロヘルツを超える雑音を除去するが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく他の周波数範囲を使用することもできる。
【００４０】
白色雑音発生器８０はさらに、パッチコード１６４を通して、２重掃引オシロスコープ１６０のもう一方の入力に電気的に接続される。
【００４１】
図１、２および３を参照すると、試料トレー５０の上に、測定対象の物質の試料２００が置かれ、この試料トレーが、ファラデー箱１０の中に置かれる。第１の実施形態では、白色雑音発生器８０を使用して、白色雑音をヘルムホルツ変成器６０を通して注入する。この雑音信号は、グラジオメータ１１０内に誘導電圧を生み出す。グラジオメータ１１０内の誘導電圧は、次いでＳＱＵＩＤ１２０によって検出、増幅され、ＳＱＵＩＤからの出力は、フラックスロックループ１４０によってさらに増幅され、ＳＱＵＩＤコントローラ１５０に送られ、次いで、２重掃引オシロスコープ１６０に送られる。２重掃引オシロスコープ１６０は、白色雑音発生器８０によって生成された信号を表示する目的にも使用される。
【００４２】
白色雑音信号は、白色雑音発生器８０の出力を変更することによって、および図２に示された試料２００の周囲でヘルムホルツ変成器６０を回転させることによって、調整される。フレーム６６および６８の蝶番式の接続の軸のまわりのヘルムホルツ変成器６０の回転は、グラジオメータ１１０に関してその位相調整を変化させる。所望の位相変更に応じて、フレーム６６および６８の蝶番式の接続は、巻線６２および６４が、試料トレー５０のまわりで約３０から４０度回転する間、互いに平行なままでいることを可能にする。ヘルムホルツ変成器６０によって生成された場のグラジオメータ１１０に対する信号位相を変更するために、蝶番式の接続はさらに、巻線６２および６４が、平行から約６０度も回転することを可能にする。一般的な位相調整は、この非平行配向を含むが、ある状況では、例えば不規則な形状の試料２００を収容するために平行配向が好ましいこともある。雑音が適用され、検出しようとする分子電磁放出よりも雑音が３０から３５デシベル高くなるまで調整される。この雑音レベルで、雑音は、よく知られた確率的共振現象によって、分子電磁信号の特徴を帯びる。この追求される確率的成果（product）は、グラジオメータ１１０によって検出された信号を映すオシロスコープの掃引線が、白色雑音発生器８０からの信号を直接に映す掃引線から変化した場合に観察される。代替実施形態では、市販の任意の機器によって、この信号を記録しまたは処理することができる。
【００４３】
代替実施形態では、分子電磁信号を検出する方法がさらに、ヘルムホルツ変成器６０に適用された本来の雑音信号とは１８０度位相がずれた雑音を、ＳＱＵＩＤ１２０の雑音抑圧コイル１２４を通して注入することを含む。次いで、グラジオメータ１１０によって検出された信号を映すオシロスコープの掃引線が非ランダムになった場合に、追求される確率的成果を観察することができる。
【００４４】
雑音がどのように注入され、調整されるかにかかわらず、確率的成果は、スペクトルピークの増大が起こるときを観察することによっても決定することができる。スペクトルピークは、オシロスコープ１６０上の線プロットとして、または数値として、または他のよく知られている測定装置によって、観察することができる。
【００４５】
本発明の実施形態は、極めて低しきい値の分子電磁信号を外部干渉なく検出するための方法および装置を提供する。本発明の実施形態はさらに、さまざまな信号記録および処理機器が容易に使用可能なフォーマットでそれらの信号の出力を提供する。
【００４６】
次に図５を参照すると、上記の図の分子電磁放出検出／処理システムの代替実施形態が示されている。システム７００は、処理ユニット７０４に結合された検出ユニット７０２を含む。処理ユニット７０４は検出ユニット７０２の外部に示されているが、処理ユニットの少なくとも一部分は、検出ユニットの中に位置することができる。
【００４７】
図５の断面図に示されている検出ユニット７０２は、互いに入れ子にされた、または互いに同心の複数の構成要素を含む。試料室またはファラデー箱７０６は、金属ケージ７０８の中に入れ子にして入れられている。試料室７０６および金属ケージ７０８はそれぞれ、アルミニウム材料からなることができる。試料室７０６は真空に維持することができ、予め設定された温度に温度制御することができる。金属ケージ７０８は、低域フィルタとして機能するように構成される。
【００４８】
試料室７０６と試料室７０６を取り囲む金属ケージ７０８との間に、１組の平行加熱コイルまたはエレメント７１０がある。さらに、加熱エレメント７１０および試料室７０６のすぐ近くに、１つまたは複数の温度センサ７１１が位置する。例えば、試料室７０６の外面の周囲の異なる位置に、４つの温度センサを配置することができる。加熱エレメント７１０および温度センサ７１１は、試料室７０６の内部をある温度に維持するように構成することができる。
【００４９】
金属ケージ７０８をシールド７１２が取り囲んでいる。シールド７１２は、追加の磁場遮蔽または分離を試料室７０６に提供するように構成されている。シールド７１２は、鉛または他の磁気遮蔽材料からなることができる。試料室７０６および／または金属ケージ７０８によって十分な遮蔽が提供される場合には、シールド７１２は任意である。
【００５０】
シールド７１２の周囲に、Ｇ１０絶縁を有するクリオゲン（cryogen）層７１６がある。クリオゲンは液体ヘリウムとすることができる。クリオゲン層７１６（低温デューアとも呼ばれる）の動作温度は４Ｋである。クリオゲン層７１６の周囲には外側シールド７１８がある。外側シールド７１８はニッケル合金からなり、磁気遮蔽となるように構成される。検出ユニット７０２によって提供される磁気遮蔽の総量は、デカルト座標系の３つの直交面に沿って約−１００ｄＢ、−１００ｄＢおよび−１２０ｄＢである。
【００５１】
上述のさまざまな要素は、空隙または誘電障壁（図示せず）によって、互いに電気的に分離されている。また、説明を分かりやすくするために、これらの要素は互いに対して一定の尺度では描かれてはいないことを理解されたい。
【００５２】
試料室７０６の中に試料ホルダ（holder）７２０を手動または機械で配置することができる。試料ホルダ７２０は降ろし、持ち上げ、または試料室７０６の頂部から取り出すことができる。試料ホルダ７２０は、渦電流を導入しない材料からなり、固有分子回転をほとんどまたは全く示さない。一例として、試料ホルダ７２０は、高品質ガラスまたはＰｙｒｅｘ（登録商標）からなることができる。
【００５３】
検出ユニット７０２は、固体、液体または気体試料を取り扱うように構成されている。検出ユニット７０２ではさまざまな試料ホルダを利用することができる。例えば、試料のサイズに応じて、より大きな試料ホルダを利用することができる。他の例として、試料が空気に対して反応性である場合には、試料をカプセル化しまたは試料の周囲に気密シールを形成するように、試料ホルダを構成することができる。さらに他の例では、試料が気体の状態にある場合に、試料ホルダ７２０なしで試料室７０６に試料を導入することができる。このような試料では、試料室７０６が真空に維持される。試料室７０６の頂部の真空シール（vacuum seal）７２１は、真空を維持し、かつ／または試料ホルダ７２０を収容するのを助ける。
【００５４】
試料ホルダ７２０の上下にそれぞれ、検出コイルとも呼ばれるセンスコイル（sense coil）７２２およびセンスコイル７２４が提供される。センスコイル７２２、７２４のコイル巻線は、直流（ＤＣ）から約５０キロヘルツ（ｋＨｚ）までの範囲で動作するように構成され、中心周波数は２５ｋＨｚ、自己共振周波数は８．８ＭＨｚである。センスコイル７２２、７２４は二次微分形態（second derivative form）であり、約１００％の結合を達成するように構成されている。一実施形態では、コイル７２２、７２４が全体に長方形であり、Ｇ１０ファスナ（fastener）によって適当な位置に保持される。コイル７２２、７２４は、二次微分（second derivative）グラジオメータとして機能する。
【００５５】
シールド７１２と金属ケージ７０８の間に、本明細書において説明されたヘルムホルツコイル７２６および７２８を垂直に配置することができる。コイル７２６および７２８はそれぞれ、互いに独立に上げ下げすることができる。白色またはガウス雑音発生コイルとも呼ばれるコイル７２６および７２８の温度は室温または周囲温度である。コイル７２６、７２８によって生成される雑音は約０．１０ガウスである。
【００５６】
コイル７２２、７２４に対して試料ホルダ７２０を配置しなおすことによって、または試料ホルダ７２０に対してコイル７２６、７２８の一方または両方を配置しなおすことによって、試料からの放出とコイル７２２、７２４からの放出との間の結合度を変化させることができる。
【００５７】
処理ユニット７０４は、コイル７２２、７２４、７２６および７２８に電気的に結合されている。処理ユニット７０４は、コイル７２６、７２８によって試料に注入される白色またはガウス雑音を指定する。処理ユニット１０４はさらに、試料の電磁放出と注入されたガウス雑音との混合に由来する、コイル７２２、７２４の誘導電圧を受け取る。
【００５８】
図６を参照すると、本発明の諸態様を使用する処理ユニットは、ファラデー箱８４４およびヘルムホルツコイル７４６に試料８４２を挿入し、ファラデー箱８４４およびヘルムホルツコイル７４６から試料８４２を取り出すことを可能にする試料トレー８４０を含む。低温デューア８５０の中に、ＳＱＵＩＤ／グラジオメータ検出器アセンブリ８４８が配置されている。ＳＱＵＩＤ／グラジオメータ検出器アセンブリ８４８とＳＱＵＩＤコントローラ８５４の間に、フラックスロックループ８５２が結合されている。ＳＱＵＩＤコントローラ８５４は、Ｔｒｉｓｔａｎ社によって供給されるモデルｉＭＣ−３０３  ｉＭＡＧマルチチャネルコントローラとすることができる。
【００５９】
アナログ雑音発生器８５６は、（前述の）雑音信号を位相同期ループ８５８に供給する。位相同期ループ（phase lock loop）のｘ軸出力は、ヘルムホルツコイル８４６に供給され、この出力は、例えば２０ｄＢ減衰させることができる。位相同期ループのｙ軸出力は信号スプリッタ８６０によって分割される。ｙ軸出力の一部はＳＱＵＩＤの雑音消去コイルに入力され、ＳＱＵＩＤは、グラジオメータ用の別個の入力を有する。ｙ軸信号の残りの部分は、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ  ＴＤＳ  ３０００ｂ（例えばモデル３０３２ｂ）のような、フーリエ関数を有するアナログ／ディジタルオシロスコープなどのオシロスコープ８６２に入力される。すなわち、位相同期ループのｘ軸出力はヘルムホルツコイルを駆動し、（反転された形態の）ｙ軸出力は、ＳＱＵＩＤおよびオシロスコープに入力するために分割される。したがって、位相同期ループは、信号反転器（signal inverter）として機能する。オシロスコープの掃引線（trace）は、アナログ雑音信号を監視して、例えば非定常スペクトル成分を生み出す十分な雑音レベルが達成されたときを判断するために使用される。コントローラ８５４に結合されたアナログテープレコーダまたは記録装置８６４は、装置から出力された信号を記録し、レコーダ８６４は、広帯域（例えば５０ｋＨｚ）レコーダであることが好ましい。ＰＣコントローラ８６６は、例えばＲＳ２３２ポートを介してコントローラ８５４とインタフェースするＭＳ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ベースのＰＣとすることができる。
【００６０】
図７には、処理ユニットの他の実施形態のブロック図が示されている。２位相ロックイン増幅器（dual phase lock-in amplifier）２０２は、第１の信号（例えば「ｘ」または雑音信号）をコイル７２６、７２８に提供し、第２の信号（例えば「ｙ」または雑音消去信号）を超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）２０６の雑音消去コイルに提供するように構成されている。増幅器２０２は、外部参照なしでロックするように構成されており、Ｐｅｒｋｉｎｓ  Ｅｌｍｅｒモデル７２６５ＤＳＰロックイン増幅器とすることができる。この増幅器は、増幅器が最初の基準周波数にロックし、次いでその基準周波数を除去して、増幅器が自由に動作し、「雑音」にロックすることを可能にする、「仮想モード」で機能する。
【００６１】
アナログ雑音発生器２００は増幅器２０２に電気的に結合されている。発生器２００は、増幅器２０２を介して、コイル７２６、７２８に、アナログ白色ガウス雑音を発生させ、または誘導するように構成されている。一例として、発生器２００は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｒａｄｉｏ社製のモデル１３８０とすることができる。
【００６２】
ＳＱＵＩＤ２０６と増幅器２０２の間に、インピーダンス変成器２０４が電気的に結合されている。インピーダンス変成器２０４は、ＳＱＵＩＤ２０６と増幅器２０２の間のインピーダンス整合を提供するように構成されている。
【００６３】
ＳＱＵＩＤ２０６の雑音消去機能はオンまたはオフにすることができる。雑音消去機能がオンのとき、ＳＱＵＩＤ２０６は、注入された雑音成分を、検出された放出から消去しまたは取り消す能力を有する。雑音消去を提供するため、コイル７２６、７２８への第１の信号は、検出しようとしている分子電磁放出よりも２０ｄＢまたは３５ｄＢ高い雑音信号である。このレベルで、注入された雑音は、確率的共振によって、分子電磁信号の特性を帯びる。ＳＱＵＩＤ２０６への第２の信号は、雑音消去信号であり、ＳＱＵＩＤ出力の雑音をゼロにするのに十分な振幅で第１の信号から反転されている（例えば第１の信号に対して１８０度位相がずれている）。
【００６４】
ＳＱＵＩＤ２０６は低温直流要素（low temperature direct element）ＳＱＵＩＤである。一例として、ＳＱＵＩＤ２０６は、Ｔｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のｍｏｄｅｌ  ＬＳＱ／２０  ＬＴＳ  ｄＣ  ＳＱＵＩＤとすることができる。あるいは、高温または交流ＳＱＵＩＤを使用することもできる。コイル７２２、７２４（例えばグラジオメータ）とＳＱＵＩＤ２０６の組合せ（集合的にＳＱＵＩＤ／グラジオメータ検出器アセンブリと呼ばれる）は、約５マイクロテスラ／√Ｈｚの磁場測定感度を有する。コイル７２２、７２４の誘導電圧は、ＳＱＵＩＤ２０６によって検出され、増幅される。ＳＱＵＩＤ２０６の出力は、約０．２〜０．８マイクロボルトの範囲の電圧である。
【００６５】
ＳＱＵＩＤ２０６の出力は、ＳＱＵＩＤコントローラ２０８への入力である。ＳＱＵＩＤコントローラ２０８は、ＳＱＵＩＤ２０６の動作状態を制御し、検出された信号をさらに調節するように構成されている。一例として、ＳＱＵＩＤコントローラ２０８は、Ｔｒｉｓｔａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のｉＭＣ−３０３  ｉＭＡＧマルチチャネルＳＱＵＩＤコントローラとすることができる。
【００６６】
ＳＱＵＩＤコントローラ２０８の出力は、増幅器２１０に入力される。増幅器２１０は、０〜１００ｄＢの範囲の利得（gain）を提供するように構成されている。ＳＱＵＩＤ２０６の雑音消去ノードがオンのときには、約２０ｄＢの利得が提供される。ＳＱＵＩＤ２０６が雑音消去を提供していないときには、約５０ｄＢの利得が提供される。
【００６７】
増幅された信号は、レコーダまたは記憶装置２１２に入力される。レコーダ２１２は、増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を記憶するように構成されている。一実施形態では、レコーダ２１２が１Ｈｚあたり８６００個のデータ点を記憶し、毎秒２．４６Ｍビットを取り扱うことができる。一例として、レコーダ２１２は、Ｓｏｎｙディジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）レコーダとすることができる。ＤＡＴレコーダを使用して、未処理の信号またはデータセットを、所望の表示または特定の処理のために、第三者に送ることができる。
【００６８】
低域フィルタ２１４は、レコーダ２１２からのディジタル化されたデータセットをフィルタリングする。低域フィルタ２１４はアナログフィルタであり、バタワース（Butterworth）フィルタとすることができる。カットオフ周波数は約５０ｋＨｚである。
【００６９】
次に帯域フィルタ２１６が、このフィルタリングされたデータセットをフィルタリングする。帯域フィルタ２１６は、ＤＣから５０ｋＨｚの帯域幅を有するディジタルフィルタとして構成されている。帯域フィルタ２１６は、さまざまな帯域幅用に調整することができる。
【００７０】
帯域フィルタ２１６の出力は、フーリエ変換プロセッサ２１８への入力である。フーリエ変換プロセッサ２１８は、時間領域にあるデータセットを周波数領域にあるデータセットに変換するように構成されている。フーリエ変換プロセッサ２１８は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）型の変換を実行する。
【００７１】
フーリエ変換されたデータセットは、相関／比較プロセッサ２２０への入力である。レコーダ２１２の出力も、プロセッサ２２０への入力である。プロセッサ２２０は、このデータセットを、以前に記録されたデータセットと相関させ、しきい値を決定し、（ＳＱＵＩＤ２０６によって雑音消去が提供されないときには）雑音消去を実行するように構成されている。プロセッサ２２０の出力は、試料の分子低周波電磁放出のスペクトルを表す最終的なデータセットである。
【００７２】
さらに、信号処理パラメータを指定するため、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）などのユーザインタフェース（ＵＩ）２２２を、少なくともフィルタ２１６およびプロセッサ２２０に接続することができる。フィルタ２１６、プロセッサ２１８およびプロセッサ２２０は、ハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアとして実装することができる。例えば、フィルタ２１６およびプロセッサ２１８は、１つまたは複数の半導体チップ上に実装することができる。プロセッサ２２０は、コンピューティング装置中に実装されたソフトウェアとすることができる。
【００７３】
この増幅器は、増幅器が最初の基準周波数にロックし、次いでその基準周波数を除去して、増幅器が自由に動作し、「雑音」にロックすることを可能にする、「仮想モード」で機能する。アナログ雑音発生器（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｒａｄｉｏ社製。真のアナログ雑音発生器）は、ヘルムホルツおよび雑音消去コイルに対してそれぞれ２０ｄＢおよび４５−ｄＢの減衰を必要とする。
【００７４】
ヘルムホルツコイルは、１／１００パーセントのバランスで、約１立方インチ（約１６．４ｃｍ3）のスイートスポット（sweet spot）を有することができる。代替実施形態では、ヘルムホルツコイルが、垂直に移動し、（垂直軸を中心に）回転し、平行な状態からパイ形に広がった状態まで移動する。一実施形態では、ＳＱＵＩＤ、グラジオメータおよび駆動変成器（コントローラ）がそれぞれ、１．８、１．５および０．３マイクロヘンリーの値を有する。ヘルムホルツコイルは、スイートスポットで、１アンペアあたり０．５ガウスの感度を有することができる。
【００７５】
確率的応答のために約１０から１５マイクロボルトが必要となることがある。雑音を注入することによって、このシステムは、ＳＱＵＩＤ装置の感度を増大させた。ＳＱＵＩＤ装置の感度は雑音なしで約５フェムトテスラであった。このシステムは、雑音を注入し、この確率的共振応答を使用することによって、２５から３５ｄＢ、感度を向上させることができた。これは約１，５００％の増大に相当する。
【００７６】
信号をシステムから受け取り、記録した後に、メインフレームコンピュータ、スーパーコンピュータ、高性能コンピュータなどのコンピュータが前処理と後処理の両方を実行し、前処理には例えば、米カリフォルニア州ＲｉｃｈｍｏｎｄのＳｙｓｔａｔ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ社によるＡｕｔｏｓｉｇｎａｌソフトウェア製品を使用し、後処理はＦｌｅｘｐｒｏソフトウェア製品が実行する。Ｆｌｅｘｐｒｏは、Ｄｅｗｅｔｒｏｎ，Ｉｎｃ社によって供給されるデータ（統計）解析ソフトウェアである。ＡｕｔｏｓｉｇｎａｌおよびＦｌｅｘｐｒｏ製品では、以下の式またはオプションを使用することができる。
【００７７】
システム１００によって実行される信号検出および処理の流れ図が図８に示されている。試料が関心のある試料であるとき、少なくとも４つの信号検出またはデータラン（data run）、すなわち時刻ｔ1の試料なしの第１のデータラン、時刻ｔ2の試料ありの第２のデータラン、時刻ｔ3の試料ありの第３のデータラン、および時刻ｔ4の試料なしの第４のデータランが実行される。２つ以上のデータランからのデータセットを実行し、集めることによって、最終的な（例えば相関させた）データセットの正確さが増大する。これらの４つのデータランにおいては、システム１００のパラメータおよび条件（例えば温度、増幅の量、コイルの位置、雑音信号など）が一定に保たれる。
【００７８】
ブロック３００で、システム１００内に適当な試料が置かれる（第１または第４のデータランの場合には試料はなし）。所与の試料は、雑音の注入なしで、ＤＣから５０ｋＨｚの範囲の電磁放出を、約０．００１マイクロテスラ以下の振幅で放出する。このような低い放出を捕獲するため、ブロック３０１で、白色ガウス雑音が注入される。
【００７９】
ブロック３０２で、コイル７２２、７２４は、試料の放出および注入された雑音を表す誘導電圧を検出する。この誘導電圧は、電圧値（振幅および位相）の連続ストリームを、データランの持続期間の時間の関数として含む。データランの長さは２〜２０分とすることができ、したがって、そのデータランに対応するデータセットは、２〜２０分間の電圧値を、時間の関数として含む。
【００８０】
ブロック３０４で、誘導電圧が検出されている最中に、注入された雑音が消去される。ＳＱＵＩＤ２０６の雑音消去機能がオフのとき、このブロックは省略される。
【００８１】
ブロック３０４で雑音消去が実行されたかどうかに応じて、ブロック３０６で、データセットの電圧値が、２０〜５０ｄＢ増幅される。ブロック３０８で、この増幅されたデータセットが、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換を受け、レコーダ２１２に記憶される。ディジタル化されたデータセットは、数１００万列のデータを含むことができる。
【００８２】
獲得されたデータセットが記憶された後、ブロック３１０で、その試料に対して少なくとも４つのデータランが実行された（例えば少なくとも４つのデータセットを獲得した）かどうかを見るチェックが実行される。所与の試料に対して４つのデータセットが得られた場合には、ブロック３１２で、低域フィルタリングが実行される。まだ得られていない場合には、次のデータランが開始される（ブロック３００に戻る）。
【００８３】
ディジタル化されたデータセットの低域フィルタリング（ブロック３１２）および帯域フィルタリング（ブロック３１４）の後、フーリエ変換ブロック３１６で、データセットは、周波数領域に変換される。
【００８４】
次に、ブロック３１８で、同様のデータセットを、それぞれのデータ点で、互いに相関させる。例えば、第１のデータラン（例えばベースラインまたは周囲雑音データラン）に対応する第１のデータセットと、第４のデータラン（例えば他の雑音データラン）に対応する第４のデータセットとを、互いに相関させる。所与の周波数における第１のデータセットの振幅値が、その所与の周波数における第４のデータセットの振幅値と同じである場合、その所与の周波数に対する相関値または数値は１．０となるだろう。あるいは、相関値の範囲は０〜１００の間で設定することもできる。このような相関または比較は、第２および第３のデータラン（例えば試料データラン）に対しても実行される。獲得されたデータセットは記憶されているので、後に残りのデータランが完了したときに、記憶されたデータセットにアクセスすることができる。
【００８５】
ＳＱＵＩＤ２０６が雑音消去を提供しないときには、統計学的に関連のない相関値を排除するために、相関させたそれぞれのデータセットに、所定のしきいレベルが適用される。データランの長さ（データランが長いほど、獲得されたデータの正確さは大きい）、および他のタイプの試料に対するその試料の実際の放出スペクトルのありそうな類似性に応じて、さまざまなしきい値を使用することができる。しきい値レベルに加えて、相関が平均される。しきい値および相関の平均を使用すると、結果として生じる相関させたデータセット中の注入雑音成分が、非常に小さくなる。
【００８６】
ＳＱＵＡＩＤ２０６で雑音消去が提供される場合、しきい値および相関の平均の使用は必要ない。
【００８７】
２つの試料データセットが、相関させた試料データセットにリファイン（refine）され、２つの雑音データセットが、相関させた雑音データセットにリファインされた後、相関させた試料データセットから、相関させた雑音データセットが差し引かれる。その結果得られるデータセットが、最終的なデータセット（例えば試料の放出スペクトルを表すデータセット）である（ブロック３２０）。
【００８８】
１Ｈｚあたり８６００個のデータ点がある可能性があり、最終的なデータセットは、ＤＣ〜５０ｋＨｚの周波数範囲のデータ点を有することができるので、最終的なデータセットは、数億列のデータを含むことができる。それぞれのデータ列は、周波数、振幅、位相および相関値を含むことができる。
【００８９】
ＩＩＩ．最適化された時間領域信号を生成する方法
本発明の一態様によれば、信号記録中に試料に注入された雑音の電力利得である雑音レベル範囲にわたって試料の時間領域信号を記録することによって、所与の試料に対して得られた低周波時間領域信号の試料依存スペクトル特徴を最適化することができることが分かった。次いで、スペクトル信号特徴を明らかにするために、記録された信号が処理され、後述する最適スペクトル特徴スコアを有する時間領域信号が選択される。本発明によれば、化学または生物系を、最適化された時間領域信号で変換すると、最適化されていない時間領域信号で変換するよりもより強くより予測可能な反応が得られることが分かっているため、最適化されたまたはほぼ最適化された時間領域信号の選択は有用である。別の見方をすれば、最適化された（またはほぼ最適化された）時間領域信号を選択することは、標的系が試料信号によって変換されたときに、信頼性の高い検出可能な試料効果を達成するのに有用である。
【００９０】
一般に、時間領域信号が記録される注入雑音レベル範囲は一般に約０から１ボルトであり、あるいは、注入される雑音は、検出しようとする分子電磁放出よりも約３０から３５デシベル高い、例えば７０〜８０−ｄｂｍであることが好ましい。記録される試料の数、すなわち時間領域信号が記録される間の雑音レベル間隔の数は一般に１０〜１００またはそれ以上とすることができ、いずれにせよ、良好な最適信号を識別できるように十分に小さな間隔で記録される。例えば、雑音発生器レベルの電力利得は、５０個の２０ｍＶ間隔にわたって変化させることができる。後に示すように、信号のスペクトル特徴スコアを注入雑音レベルに対してプロットすると、雑音レベルの増分が適当に小さいとき、そのプロットは、異なるいくつかの雑音レベルにまたがるピークを示す。
【００９１】
本発明は、記録された時間領域信号のスペクトル特徴スコアを計算する異なる３つの方法を企図する。これらは、（１）ヒストグラムビン（histogram bin）法、（２）自己相関信号のＦＦＴを生成する方法、および（３）ＦＦＴを平均する方法であり、これらのそれぞれの方法は次に詳細に説明される。
【００９２】
具体的には説明しないが、これらの方法はそれぞれ、スペクトル特徴スコアの基となるスペクトルをユーザが評価し、次の記録のための雑音レベル調整をユーザが実施し、ピークスコアに達したことをユーザが判定する手動モードで実行することができ、あるいは、雑音レベルの連続増分および／またはスペクトル特徴スコアの評価がコンピュータ駆動のプログラムによって実行される自動または半自動モードで実行することができることを理解されたい。
【００９３】
Ａ．スペクトル情報を生成するヒストグラム法
図９は、スペクトル情報を生成するためのヒストグラム法の高レベルデータ流れ図である。ＳＱＵＩＤから獲得されたデータ（ボックス２００２）または記憶されたデータ（ボックス２００４）は、１６ビットＷＡＶデータとして保存され（ボックス２００６）、倍精度浮動小数点データに変換される（ボックス２００８）。変換されたデータは、保存し（ボックス２０１０）、または未処理の波形として表示する（ボックス２０１２）ことができる。変換されたデータは次いで、フーリエ解析と標識されたボックス２０１４によって示されている、図１０に関して後述されるアルゴリズムに渡される。２０１６でヒストグラムを表示することができる。あるいは、変換されたデータは、後述するように、２つの追加のアルゴリズムの一方に渡される。
【００９４】
図１０を参照すると、このヒストグラムアルゴリズムの全体的な流れは、サンプリングされた離散時間領域信号を獲得し、この信号を、フーリエ解析を使用して、さらなる解析のために周波数領域スペクトルに変換するというものである。この時間領域信号は、ＡＤＣ（アナログ／ディジタル変換器）から獲得され、２１０２に示されたバッファに記憶される。このサンプルの長さはＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎ秒であり、このサンプルはＳａｍｐｌｅＲａｔｅサンプル毎秒でサンプリングされ、したがってＳａｍｐｌｅＣｏｕｎｔ（ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎ×ＳａｍｐｌｅＲａｔｅ）個のサンプルを提供する。この信号から回復することができる周波数範囲ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｎｇｅは、ナイキストの定理によって定義されるとおり、サンプルレートＳａｍｐｌｅＲａｔｅの１／２と定義される。したがって、時系列信号が１０，０００サンプル毎秒でサンプリングされる場合、ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｎｇｅは０Ｈｚから５ｋＨｚである。使用することができる１つのフーリエアルゴリズムは、２16までの２の累乗の選択可能な周波数領域分解能（ＦＦＴＳｉｚｅ）を有する基数２の実高速フーリエ変換（ＲＦＦＴ）である。ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｎｇｅが８ｋＨｚを超えない限り１ヘルツあたり少なくとも１つのスペクトルビン（spectrum bin）を有する十分な分解能を提供するように、ＦＦＴＳｉｚｅは８１９２が選択される。信頼できる結果を保証するため、ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎは、ＳａｍｐｌｅＣｏｕｎｔ＞（２×）ＦＦＴＳｉｚｅ×１０となるように十分に長くなければならない。
【００９５】
このＦＦＴは、一度にＦＦＴＳｉｚｅ個のサンプルにしか作用できないため、このプログラムは、サンプルに対して順番にＦＦＴを実行し、それらの結果を一緒に平均して、最終的なスペクトルを得なければならない。ＦＦＴのたびにＦＦＴＳｉｚｅ個のサンプルをスキップすることを選択した場合には、統計誤差１／ＦＦＴＳｉｚｅ0.5が導入される。しかし、ＦＦＴ入力を１／２ＦＦＴＳｉｚｅだけ重ねることを選択した場合、この誤差は、１／（０．８１×２×ＦＦＴＳｉｚｅ）0.5まで低減される。これによって、誤差は、０．０１１０４８５４３５から０．００８６８０５５５６まで低減する。誤差および相関解析全般についての追加情報は、非特許文献１を参照されたい。
【００９６】
所与のウインドウ（window）にＦＦＴを実行する前に、サンプリングエイリアシング（aliasing）に起因するスペクトル漏れを回避するために、データテーパリング（tapering）フィルタを適用することができる。このフィルタは、例えばＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ（フィルタなし）、Ｈａｍｍｉｎｇ、Ｈａｎｎｉｎｇ、Ｂａｒｔｌｅｔｔ、ＢｌａｃｋｍａｎおよびＢｌａｃｋｍａｎ／Ｈａｒｒｉｓの中から選択することができる。
【００９７】
例示的な１つの方法では、ボックス２１０４に示されているように、変数ＦＦＴＳｉｚｅに対して８１９２を選択した。これは、一度に演算される時間領域サンプルの数およびＦＦＴによって出力される離散周波数の数である。ＦＦＴＳｉｚｅ＝８１９２は、分解能、またはサンプリングレートによって決定される範囲中のビンの数であることに留意されたい。実行される離散ＲＦＦＴ（実ＦＦＴ）の回数を決定する変数ｎは、ＳａｍｐｌｅＣｏｕｎｔを、ＦＦＴビンの数ＦＦＴＳｉｚｅ×２で割ることによって設定される。このアルゴリズムが敏感な結果を生成するためには、この数ｎが、少なくとも１０から２０でなければならず（ただし他の値も可能である）、より弱い信号を拾い上げるためにより大きいことが好ましいこともある。これは、所与のＳａｍｐｌｅＲａｔｅおよびＦＦＴＳｉｚｅに対して、ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎは十分に長くなければならないことを意味する。やはりボックス２１０４に示されているように、０からｎまでカウントするカウンタｍの初期設定はゼロである。
【００９８】
このプログラムは最初に３つのバッファ、すなわちビン周波数ごとにカウントを蓄積するＦＦＴＳｉｚｅヒストグラムビンのためのバッファ２１０８、それぞれのビン周波数の平均パワー（average power）のためのバッファ２１１０、およびそれぞれのｍに対してＦＦＴＳｉｚｅ個のコピーされた試料を含むバッファ２１１２を確立する。
【００９９】
このプログラムは、ヒストグラムおよびアレイを初期化し（ボックス２１１３）、２１１４で、ｗａｖｅデータのＦＦＴＳｉｚｅ個の試料をバッファ２１１２にコピーし、ｗａｖｅデータにＲＦＦＴを実行する（ボックス２１１５）。ＦＦＴは、最大振幅が１になるように正規化され（ボックス２１１６）、この正規化された信号から、ＦＦＴＳｉｚｅ個の全てのビンに対する平均パワーが決定される（ボックス２１１７）。ビン周波数ごとに、その周波数のＦＦＴの正規化された値が、バッファ２１０８の中のそれぞれのビンに追加される（ボックス２１１８）。
【０１００】
このプログラムは次いで、ボックス２１１９で、それぞれのビン周波数のパワーを、上で計算された平均パワーと比較する。そのパワーが、平均パワーのイプシロン（０から１）倍の範囲内にある場合、そのパワーがカウントされ、ヒストグラムバッファ内の対応するビンが１６増分される。そうでなければそのパワーは破棄される。
【０１０１】
それが比較している平均パワーは、このＦＦＴ事例だけに対するものであることに留意されたい。低速とはいえ強化されたアルゴリズムは、そのデータを通して２つのパスをとり、ヒストグラムレベルをセットする前に、全ての時間にわたって平均を計算するかもしれない。イプシロンとの比較は、１つの周波数ビンに対して十分に有意なパワー値を表すのを助ける。または、より広く言えば、イプシロンを使用したこの式は、「この時、この周波数に信号があるか？」という質問に答えるのに役立つ。答えがイエスの場合、その信号は、２つのうちの１つである：（１）まさにこのときにこのビンにある定常雑音、または（２）ほぼ毎回起こる実際の低レベル周期信号。したがって、ヒストグラムカウントは、雑音ヒットを除去し、低レベル信号ヒットを強化する。そのため、平均算出およびイプシロン係数は、有意と考えられる最も小さなパワーレベルを選択することを可能にする。
【０１０２】
ボックス２１２０で、カウンタｍが増分され、ｎ個のそれぞれのＷＡＶデータセットに対して上記のプロセスが、ｍがｎに等しくなるまで（ボックス２１２１）反復される。２１１８で、サイクルごとに、それぞれのビンの平均パワーが関連するビンに追加され、２１１４のパワー振幅条件が満たされたときに、それぞれのヒストグラムビンが１増分される。
【０１０３】
全てのｎ個のデータサイクルが検討されたとき、それぞれのビンの累算された合計平均パワーを、総サイクル数ｎで割ることによって、それぞれのビンの平均パワーが決定され（ボックス２１２２）、結果が表示される（ボックス２１２３）。構造化雑音が存在する場合を除き、例えばＤＣ＝０または６０Ｈｚの倍数で、それぞれのビンの平均パワーは比較的に低い数である。
【０１０４】
この方法の関連設定は、雑音利得およびイプシロンの値である。この値は、平均値を超える事象を区別するために使用されるパワー値を決定する。値１で、事象は検出されない。なぜなら、パワーが平均パワーよりも大きいことはないからである。イプシロンが０に近づくにつれて、事実上すべての値がビンに置かれる。０と１の間で、一般に構造化雑音に対する合計ビンカウントの約２０〜５０％のビンカウント数を与える値で、イプシロンは、確率的共振事象が純粋な雑音よりも最も好ましいことを意味する最大「スペクトルキャラクタ（character）」を有する。
【０１０５】
したがって、雑音入力に対する電力利得を系統的に、例えば０から１Ｖの間の５０ｍＶ刻みで増大させることができ、それぞれのパワー設定で、明確なピークを有するヒストグラムが観察されるまでイプシロンを調整することができる。例えば、処理中のサンプルが２０秒の時間間隔を表す場合、それぞれの異なるパワーおよびイプシロンに対する合計処理時間は約２５秒である。明確な信号が観察されたら、識別可能なピークを最も多く有するヒストグラムを意味する最適ヒストグラムが生み出されるまで、パワー設定またはイプシロンあるいはその両方をリファインすることができる。
【０１０６】
このアルゴリズム下で、多数のビンを満たすことができ、関連ヒストグラムを、低周波数に対して、それらの低周波数での雑音発生全般（環境雑音など）によって、レンダリング（render）することができる。したがって、このシステムは単純に、所与の周波数よりも低い（例えば１ｋＨｚよりも低い）ビンを無視することができるが、依然として、より高い周波数で十分なビン値をレンダリングして、サンプル間の一意的な信号シグネチャ（signature）を決定することができる。
【０１０７】
あるいは、変数イプシロンの目的は、それぞれのサイクルにおいて決定されるさまざまな平均パワーレベルに対応することなので、このプログラムは、平均パワーレベルをイプシロンの最適値に関係づける定義済みの関数を使用して、イプシロンを自動的に調整することができる。
【０１０８】
同様に、このプログラムは、それぞれのパワー設定におけるピーク高さを比較することができ、最適ピーク高さまたはキャラクタがヒストグラムで観察されるまで、雑音パワー設定を自動的に調整することができる。
【０１０９】
イプシロンの値は全ての周波数に対して固定値とすることができるが、より高い値に対して、低周波数、例えばＤＣから１，０００で観察される平均エネルギーを調整するため、周波数に依存するイプシロン値を使用することも企図される。周波数依存イプシロン係数は、例えば、多数の低周波ＦＦＴ領域を平均し、平均値を、より高い周波数で観察される値に匹敵する値に「調整する」イプシロンの値を求めることによって決定することができる。
【０１１０】
Ｂ．自己相関信号のＦＦＴ
スペクトル特徴スコアを決定する第２の一般法では、選択された雑音で記録された時間領域信号を自己相関させ、この自己相関させた信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、スペクトル特徴プロット、すなわち周波数領域の信号プロットを生成する。次いでこのＦＦＴを使用して、選択された周波数範囲、例えばＤＣから１ｋＨｚまたはＤＣから８ｋＨｚにわたって、平均雑音レベルよりも高いスペクトル信号の数を採点する。
【０１１１】
図１１は、記録された時間領域信号をこの第２の実施形態に従って採点する際に実行されるステップの流れ図である。時間領域信号は前述のとおりにサンプリング、ディジタル化、フィルタリングされ（ボックス４０２）、４０４で、その雑音レベルに対する利得が初期レベルに設定される。４０８で、サンプル成分に対する一般的な時間領域信号４０２が、標準自己相関アルゴリズムを使用して自己相関され、４１０で、標準ＦＦＴアルゴリズムを使用して、自己相関させた関数のＦＦＴが生成される。
【０１１２】
４１２で、自己相関させたＦＦＴにおいて観察された平均雑音よりも統計学的に大きなスペクトルピークの数をカウントすることによって、ＦＦＴプロットが採点され、４１４でスコアが計算される。このプロセスは、ステップ４１６および４０６を経て、ピークスコアが記録されるまで、すなわち雑音利得の増大に伴って所与の信号に対するスコアが低下し始めるまで反復される。４１８で、ピークスコアが記録され、プログラムまたはユーザが、４２２の時間領域信号のファイルから、ピークスコアに対応する信号を選択する（ボックス４２０）。
【０１１３】
上記のとおり、この実施形態は、ユーザが雑音設定の増分を手動で調整し、ＦＦＴスペクトルプロットを手動で解析し（ピークをカウントし）、このピークスコアを使用して１つまたは複数の最適時間領域信号を識別する手動モードで実施することができる。あるいは、ステップの１つまたは複数の態様を自動化することもできる。
【０１１４】
Ｃ．平均ＦＦＴ
スペクトルピークスコアを決定するための他の実施形態では、スペクトルピークプロットを生み出すために、雑音利得ごとに多数の、例えば１０〜２０個の時間領域信号のＦＦＴが平均され、上記のとおりにスコアが計算される。
【０１１５】
図１２は、記録された時間領域信号をこの第３の実施形態に従って採点する際に実施されるステップの流れ図である。時間領域信号は前述のとおりにサンプリング、ディジタル化、フィルタリングされ（ボックス４２４）、４２６で、その雑音レベルに対する利得が初期レベルに設定される。プログラムは次いで、４２８で、雑音利得ごとに時間領域信号の一連のＦＦＴを生成し、４３０で、これらのプロットが平均される。平均されたＦＦＴプロットを使用して、４３２、４３４で、平均されたＦＦＴにおいて観察された平均雑音よりも統計学的に大きなスペクトルピークの数をカウントすることによって、採点が実行される。このプロセスは、４３６および４３７の論理を経て、ピークスコアが記録されるまで、すなわち雑音利得の増大に伴って所与の信号に対するスコアが低下し始めるまで反復される。４３８で、ピークスコアが記録され、プログラムまたはユーザが、４４２の時間領域信号のファイルから、ピークスコアに対応する信号を選択する（ボックス４４０）。
【０１１６】
上記のとおり、この方法は、手動、半自動または全自動モードで実行することができる。
【０１１７】
ＩＶ．変換信号の形成
さまざまな治療に使用するための信号、または別の方法で生物系に影響を及ぼすために使用する信号を、処理された時間領域信号から直接に生成することができる。信号はさらに、識別された特定のピーク周波数を有する信号を構築することによって形成することができる。例えば、このシステムは、化合物の分子信号特徴、例えば特性ピーク周波数がその化合物の実際の化学活性に関係づけられた、従来のドラッグデザイン（ｄｒｕｇ  ｄｅｓｉｇｎ）において使用される構造−活性関係に類似の「信号−活性関係」を利用することができる。一般的な一応用では、信号−活性関係が、薬物スクリーニングに使用され、一例では以下の方法に従って使用される。
【０１１８】
最初に、所望の活性を有する１つまたは複数の化合物、例えば生物系に所望の反応を生じさせる能力を有する１つまたは複数の化合物を識別する。システムは、これらの化合物のうちの１つの時系列信号を記録し、波形が処理され、または他の方法で最適化されて、その化合物の低周波ピークを識別する（この場合「低周波」は１０ｋＨｚ以下のピークを指す）。構造上同類の一群の化合物のそれぞれの化合物に対してこれらのステップを繰り返す。構造上同類の化合物には、試験された生物反応に対して活性な（所望の反応を生じさせる）化合物、および試験された生物反応に対して不活性な化合物が含まれる。これらの２群の化合物のスペクトル成分を比較して、化合物活性に一意的に関連したスペクトル成分を識別する。例えば、３つの活性化合物および２つの不活性化合物の波形を解析することによって、活性化合物には見られるが、不活性化合物には見られない信号中のピークを識別することができ、そのうちのいくつかは、所望の生物反応を提供すると推定される。
【０１１９】
同様に、このシステムは、未知の化合物を記録し、最適化することができる。次いで、結果として生じた波形を、既知の化合物に関連づけられた信号を用いて解析して、活性化合物の識別を助けるために、その未知の化合物が、所望の活性に関連した構造特徴を示し、不活性成分に関連した成分を欠くかどうかを見ることができる。多数の構造変数とではなく、比較的に少数のピーク周波数と活性を相関させることができるため、信号−構造関係から導き出されるルール（rule）は、構造−活性関係から導き出されるルールよりも利用しやすく、予測に役立つ。したがって、ドラッグデザインにおける使用では、あるいくつかのピーク周波数の有無を使用して、改良された薬物動態または標的活性を有する薬物の合成を手引きすることができる。例えば、劣等な薬物動態特性、または望ましくない副作用を、あるピーク周波数と相関させることができる場合、これらの周波数において振幅を欠きまたは低い振幅を有する新規の化合物が提案されるであろう。その結果、本発明のシステムは、有用なドラッグデザインルールを策定する作業を大幅に単純化する。なぜなら、これらのルールは、比較的に少数のピーク周波数に基づくからである。
【０１２０】
多数の化合物を表すスペクトルピーク周波数の大きなデータベースは、事実上任意の所望の薬物または薬物組合せ特性を「合成する」ために、信号特徴を組み合わせることを可能にする。このデータベースを化学化合物データベースと組み合わせることによって、所望のピーク周波数セットを示す化学構造を生成することができる。この方法は、関心の新規の化合物の化合物合成を生成するために使用される現行のコンピュータ支援の化学合成プログラムに似ている。
【０１２１】
このシステムは、本明細書に記載された多数の信号処理技法を使用することができる。例えば、構造上同類の２つ以上の化合物からの信号を、構造上同類だが不活性の化合物または構造上同類だが望ましくない化合物からの１つまたは複数の信号と比較して、それらの信号間で所望の周波数成分だけを識別することができる。したがって、所望のピークだけを含む信号を構築することができる。次いで時間領域信号を生成することによって、その時間領域信号を治療目的に使用することができる。
【０１２２】
もちろん、単一の化合物の処理された周波数領域信号から、時間領域信号を生成することができる。例えば、所望の試料の周波数領域信号を獲得し、処理された所望の信号を生成することができる。この処理された信号から、周知の技法を使用して、時間領域信号を生成することができ、次いでこの時間領域信号を、その化合物自体の類似物として、治療または他の用途に使用することができる。
【０１２３】
図１５Ａに、試料化合物の典型的な時間領域信号、このケースでは除草剤グリホスファート（glyphosphate）（Ｒｏｕｎｄｕｐ（登録商標））を示す。この図に示された部分は、１４．０８から１４．１６秒の時間間隔でとられたものである。次いで、標準自己相関アルゴリズムを使用してこの時間領域信号を自己相関させ、標準ＦＦＴアルゴリズムを使用して、その自己相関関数のＦＦＴを生成する。
【０１２４】
例えば図１５Ｂ〜１５Ｅに示すプロットなどのＦＦＴプロットを使用し、この自己相関ＦＦＴにおいて観察される平均雑音よりも統計的に大きなスペクトルピークの数を計数することによって、そのプロットのスコアがとられる。このプロセスは、ピークスコアが記録されるまで、すなわち、所与の信号に対するスコアが、雑音利得の増大とともに下落し始めるまで、繰り返される。このピークスコアは記録され、プログラムまたはユーザは、時間領域信号のファイルから、このピークスコアに対応する信号を選択する。
【０１２５】
図１５Ｂ〜１５Ｅの一連の自己相関ＦＦＴプロットは、この方法に含まれる信号解析を例示する。雑音レベル７０．９−ｄｂｍ（図１５Ｂ）では、背景雑音よりも高いピークが非常に少ししか観察されない（最も高いスパイクは６０サイクル雑音を表す）。最適雑音レベル７４．８−ｄｂｍ（図１５Ｃおよび１５Ｄ。これらは同じ雑音レベルでの異なる記録を表す）では、ＤＣ〜８ｋＨｚの周波数範囲の全体を通じて、平均雑音よりも統計的に大きな多数のピークが観察される。より高い雑音利得７８．３−ｄｂｍ（図１５Ｅ）では、これらのピークのいくつかが小さくなり、または消失した。
【０１２６】
図１５Ｆに示すように、これらの信号に対するスペクトル特徴スコアを、雑音設定の関数としてプロットすると、雑音設定約７５−ｄｂｍにピークスコアが観察される。このプロットから、１つまたはそのピークスコアに対応する時間領域信号が選択される。
【０１２７】
Ｖ．変換装置およびプロトコル
このセクションでは、本発明の諸態様に従って形成された信号で試料を変換するための機器および方法を説明し、本発明の時間領域信号に対するさまざまな生物系の反応を証明する実験の概要を示す。前述の方法に従って形成された最適化された時間領域信号である、これらの実験において使用された信号は、さまざまな生物系に化合物固有反応を生じさせる本発明に基づく信号の能力を証明する。
【０１２８】
図１３に、作用因子固有信号で試料を変換するための本発明に基づく機器のレイアウトを示す。この特定のレイアウトは、変換コイルの中に保持され、電磁信号に暴露される３つの試料４４４、４４６および４４８、制御（control）の役目を果たす試料４５０、ならびに化学誘導制御（chemical-induction control）の役目を果たす試料４５２を含む、５つの異なる試料を収容することができる。図１３のシステムを実験に使用することができ、患者を治療するために使用する場合には、４４８、４５０、４５２などのいくつかの要素を省略することができる。
【０１２９】
最適化された作用因子固有信号がＣＤ上に記録されており、前置増幅器４５６および可聴周波増幅器４５８を通してＣＤプレーヤ４５４上で再生される場合、作用因子固有信号による変換は、最適化された作用因子固有信号を試料に「再生（ｐｌａｙ）」することによって実行することができる。この信号は、図示のように別個のチャネルを通して、電磁コイル４４４および４４６に供給される。一実施形態では、Ｓｏｎｙ  Ｍｏｄｅｌ  ＣＤＰ  ＣＥ３７５  ＣＤプレーヤが使用される。プレーヤのチャネル１は、Ａｄｃｏｍ  Ｐｒｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ＧＦＰ  ７５０のＣＤ入力１に接続される。チャネル２は、Ａｄｃｏｍ  Ｐｒｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ＧＦＰ  ７５０のＣＤ入力２に接続される。ＣＤは、それぞれのチャネルからの同一の信号を再生するように記録されている。あるいはＣＤは、それぞれのチャネルから異なる信号を再生するように記録されている。試料４４８のコイルは主に、実験の対照として白色雑音場を生み出すために使用される。例えば、ＧＲアナログ雑音発生器が、このコイルの白色ガウス雑音源を提供する。あるいは、このコイルを使用して、予め録音された任意の変換信号を第２のＣｒｏｗｎ増幅器を介して再生することができる。
【０１３０】
図１４に、図１３の試料４４４、４４６および４４８のうちの任意の１つの試料によって表されているものなどの試料変換機器４６６を示す。この機器は、電磁石４７０と、室内の条件、例えば温度を監視するためのさまざまなプローブとを収容した室４６８を含む。この電磁石はベース４７４の上に位置し、従来通り、強磁性環状心およびワイヤ巻線を含む。
【０１３１】
一実施形態ではこれらのコイルが、コイル間で性能が均一になるようにＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ社によって設計され製造されたコイルである。それぞれのコイルは、２インチ（５．０８ｃｍ）空心の周りに４１６回巻かれたエナメルコーティングされた＃８ゲージ（ａｗｇ）正方形銅マグネットワイヤからなる。それぞれのコイルは、１０ボルトＲＭＳ、１０アンペアＲＭＳ、１１ヘルツで、１５℃を超える温度上昇なく、その中心において約１５００ガウスを生み出すことができる。
【０１３２】
動作時、コイル間の中央に試料、例えば人間の患者または患者の体の一部が置かれる。したがって、例えば、コイルを支持ベッドの両方の端部または両方の側面に置くことができ、患者の頭部の両側に置くことができる。このコイルは次いで、図１３に示されているような信号発生機器を使用して、所定の治療期間の間、例えば１時間から数時間、活動化される。
【０１３３】
図１６に、本発明のシステムの下で信号を生み出し適用するためのプロセスの一例を示す。ブロック３１０２の下で、システムは、前述の方法で、１つまたは複数の試料から時間領域信号を受け取り、記録する。ブロック３１０４の下で、システムは周波数領域信号を生成し、次いでその信号を処理して、所望の周波数成分を非所望成分から分離する。ブロック３１０６の下で、処理された周波数領域信号が再び時間領域信号に変換される。次いで、ブロック３１０８の下でこの時間領域信号を、所望の結果を生み出すために生物系に適用することができる。
【０１３４】
図１８を参照すると、波形を変更するための方法３３００は、ブロック３３０２から開始され、そこでユーザは出発波形を得る。例えば、ユーザは、標準ユーザインタフェース技法を使用して、所望の波形を選択し、それをデータ記憶装置から取り出す。あるいは、ユーザは、試料の「ライブ（ｌｉｖｅ）」問合せ中に信号を得てもよい。
【０１３５】
ブロック３３０４で、ユーザは、出発波形を他の波形と組み合わせることができ、組み合わせたい場合には、ユーザは、ブロック３３０６の下で、他の波形を取り出す。当然ながら、希望する場合には、ユーザは、単純に出発波形を変更することができる。
【０１３６】
ブロック３３０８の下で、ユーザは、さまざまな技法のうちの任意の技法を使用して出発波形を変更する。図１９Ｃに、ユーザが単純に、マウスなどの標準ユーザインタフェース技法を使用して、ポインタ３４０４を操作し、表示装置上に表示された出発波形の１つまたは複数の周波数ピークを減衰させる（または増幅する）ことができる一例を示す。例えば、ユーザは単純に、波形の表示された部分のピーク３４０２をクリックし、マウスを使用してそのピークを下へドラッグして、その大きさを、図１９Ｄに示されているように減衰させることができる。
【０１３７】
他の多くの技法を使用することができる。ユーザは単純に波形の一部分を選択し、それを切り取りまたはコピーし、次いでそれを、出発波形に貼り付けることができる。例えば、図１９Ａを参照すると、ユーザは、波形の一部分の周りでカーソルを移動させて、その波形のその部分を選択することができる（破線のボックス３４０６として示されている）。選択した後、ユーザは、波形からその部分を切り取るなど、いくつかあるメニュー選択肢の１つを選択することができる。あるいは、選択した後、ユーザは、例えばそれを平らな線に置き換えることによって波形のその部分を変更し、またはその部分を減衰させ、またはその部分を増幅し、または他のさまざまな信号処理技法を実行することができる。
【０１３８】
このシステムは、希望に応じてユーザが挿入または使用することができる波形のライブラリを使用することができる。ユーザは、信号の一部分を選択し、その部分の全てのピークを除去し、それによってその波形中の雑音または望ましくない周波数成分を排除することができる。例えば、図１９Ｂに、ライブラリに記憶しておくことができる波形またはフィルタ信号３４０８の一例を示す。信号３４０８を図１９Ａの波形に適用することによって、このシステムは、図１９Ｃに示された処理された波形を提供する。
【０１３９】
このシステムは、ブロック３３０８の下で、さまざまな数学的技法を使用して、出発波形を変更することができる。例えば、さまざまな数学的技法を使用して、出発波形を、ブロック３３０６の下で取り出された１つまたは複数の波形と組み合わせることができる。このような数学的操作の例には、加算、減算、乗算、畳込み、相互相関、他の波形の線形または非線形関数としての出発波形（ＳＷ）のスケーリング（scaling）などがある。
【０１４０】
ブロック３３１０の下で、ルーチン３３００は、出発波形をさらに変更したいかどうかについてユーザに問い合わせる。さらに変更したい場合、ルーチンは元に戻り、ブロック３３０４から３３０８の下で再び実行する。そうでない場合には、ブロック３３１２で、ユーザは、その結果得られた波形を記憶することができる。次いで、記憶された波形を、他の出発波形の将来の変更に使用し、または治療効果のために使用し、あるいは本発明に記載されたさまざまな他の理由で使用することができる。
【０１４１】
以下は、時系列の波形または波形セットを整形する追加の技法のいくつかの例である。
【０１４２】
受動フィルタ：単純な電子フィルタは、抵抗器、インダクタおよびコンデンサの組合せ（あるいはそれらの論理またはプログラム表現）に基づく。これらのフィルタを使用して、記録前、処理前または変換前に、波形を整形することができる。既存のさまざまなソフトウェアパッケージまたはルーチンは、ユーザが、これらの応答電子フィルタをモデル化することを可能にする。本発明のシステムの下で、このようなソフトウェアルーチンを使用し、このような電子フィルタのソフトウェアモデル化バージョンを使用して、周波数領域波形をフィルタリングすることができる。
【０１４３】
能動フィルタ：能動フィルタを生み出すために、受動素子と増幅器の組合せを使用して、ハードウェアまたはソフトウェアフィルタを実現することもできる。これらのフィルタは高いＱを有することができ、インダクタを使用せずに共振を達成することができる。受動フィルタと同様に、能動フィルタの応答をモデル化するためのソフトウェアアプリケーションまたはルーチンが存在し、このようなルーチンを使用し、１つまたは複数の能動フィルタモデルを使用して、波形を変更することができる。本発明のシステムは、既存の同様のソフトウェアルーチンを使用し、これらのフィルタを用いて、後に説明する処理および整形を実現することができる。
【０１４４】
ディジタルフィルタ：ディジタルフィルタは、通常はディジタル電子計算を介して実現される、離散時間の、電子フィルタ（通常は線形フィルタ）である。ディジタルフィルタは一般に、有限インパルス応答（ＦＩＲ）または無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタであるが、トランケート（truncated）無限インパルス応答（ＴＩＩＲ）フィルタとして知られ、ＩＩＲ構成要素から作られているにもかかわらず有限インパルス応答を示すハイブリッド型のフィルタなど、他のフィルタもある。
【０１４５】
ディジタル信号処理：（例えばコンピュータプログラムとして実行される）ディジタル信号処理は、例えばタップ付き遅延線を有する櫛形フィルタをシミュレートすることができる。そのプログラムは、タップ付き遅延線の櫛をシミュレートする間隔で、その信号を表すディジタル値列から数値を選択する。これらの数値には定数が乗じられ、互いに加算されて、フィルタの出力を作る。ＤＳＰは、複数の通過帯域または複数のバンドギャップを可能にし、本質的に、選択された周波数セットだけが出力段に入ることを可能にする。
【０１４６】
波形整形：（例えば）全波整流器またはパルス幅変調を使用して、その立上り時間、持続時間および減衰時間を変更することによって、または他の方法で正弦波からまたは正弦波に信号を変更することによって、波形を整形する多くの周知の方法が存在する。
【０１４７】
本明細書に記載された機器は全て、さまざまな用途のためのより大きなサイズまたは強度あるいはより小さなサイズまたは強度のシステムを生み出すためにスケーリングすることができる。例えば、人間の患者を治療するために使用されるシステムの場合には、患者に導かれる電磁波を生成するためのコイルを有するシステムを構築することができる。一例では、その中に円形または正方形のヘルムホルツコイルが埋め込まれたベッドが、処理された周波数領域信号から生み出された時間領域信号を受け取る。患者は次いで、例えばその信号が生成される基となった化合物を摂取することによって得られるであろう所望の生物効果を生じさせる電磁波を受け取る。
【０１４８】
より目標を絞って電磁波を患者に適用するシステムももちろん可能である。例えば、小さな装置（例えばヘルメットまたはハンドヘルドワンド（handheld wand））の中に、１つまたは複数のコイルを配置することができる。この出力装置は、前述のとおりに所望の周波数領域信号から生み出された時間領域信号を受け取る。結果として生じる電磁波を、出力装置を介して患者の体の特定の部分に導いて、患者の限局された部分に所望の効果を生じさせることができる。
【０１４９】
図１７にこのような信号出力装置の一例を示す。データベース３２０２は、１つまたは複数の化合物または試料からの信号を記憶している。あるいは、信号は、前述のとおりに生成された未処理の周波数領域信号または時間領域信号とすることができる。コンピュータ３２０４は、その（１つまたは複数の）信号を取り出し、それを信号発生器３２０６に提供する。例えば、コンピュータは、特定の化合物から生み出された処理された周波数領域信号から生成された所望の時間領域信号を取り出す。コンピュータは次いで、その時間領域信号を信号発生器３２０６に提供して、その信号を単純に増幅する。あるいは、コンピュータが処理された周波数領域信号を取り出し、信号発生器が、その周波数領域信号を時間領域信号に変換する。信号発生器３２０６から出力された信号は、信号モディファイヤ（modifier）３２０８によって変更することができる。信号モディファイヤは、追加の増幅、フィルタリングなどを実行することができる。代替実施形態では、コンピュータ３２０４が必要な信号生成及び変更を実行し、したがって信号発生器３２０６および信号モディファイヤ３２０８のための別個の回路を省略することができる。あるいは、信号発生器３２０６または信号モディファイヤ３２０８を排除することができる。
【０１５０】
信号出力装置３２１０はこの信号を受け取り、患者３２１２に適用する。前述のとおり、信号出力装置は、電磁波を出力するための１つまたは複数のコイルがその中に埋め込まれた患者ベッドとすることができる。あるいは、信号出力装置３２１０を、小さなハンドヘルド装置、ウェアラブル装置（コイルを含む衣料品など）等とすることもできる。
【０１５１】
検出器７０２は試料２００から信号を得、その信号は、処理ユニット７０４によって処理されて、．ｗａｖファイルなどのディジタルファイル１５０１が生成される。次いでそのファイルを記憶媒体１５０２に記憶し、リモートコンピュータまたは他の装置に配布しまたは移送することができる。信号またはデータファイルを移送するのには、前述の任意の記憶媒体を使用することができる。
【０１５２】
本発明の諸態様は、汎用コンピュータ、例えばサーバコンピュータ、ワイヤレス装置またはパーソナルコンピュータによって実行されるルーチンなどのコンピュータ実行可能命令として実現することができる。本発明は、インターネット機器、（パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）を含む）ハンドヘルド装置、ウェアラブルコンピュータ、あらゆる種類の携帯または移動電話、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースの家電またはプログラマブル家電、セットトップボックス、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む、他の通信、データ処理またはコンピュータシステム構成を用いて実施することもできることを当業者は理解されたい。実際に、用語「コンピュータ」、「コンピューティング装置」および同様の用語は、本明細書では一般に、相互に交換可能に使用され、上記の任意の装置およびシステム、ならびに任意のデータプロセッサを指す。
【０１５３】
本発明の諸態様は、本明細書の中で詳細に説明される１つまたは複数のコンピュータ実行可能命令を実行するように特にプログラムされ、構成されまたは構築された専用コンピュータまたはデータプロセッサで具体化することができる。本発明の諸態様はさらに、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、またはインターネットなどの通信ネットワークによってリンクされた遠隔処理装置によってタスクまたはモジュールが実行される、分散コンピューティング環境で実現することができる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールを、局所記憶装置と遠隔記憶装置の両方に配置することができる。
【０１５４】
データファイルなどの本発明の諸態様は、磁気によってまたは光学的に可読のコンピュータディスク、ハードワイヤードチップまたは事前にプログラムされたチップ（例えばＥＥＰＲＯＭ半導体チップ）、ナノテクノロジーメモリ、生物メモリあるいは他のデータ記憶媒体を含むコンピュータ可読媒体上に記憶し、または分散させることができる。実際に、コンピュータ実装命令、データ構造、画面表示、ｗａｖｅ／信号ファイル、および本発明の諸態様の下にあるその他のデータを、ある時間の間、インターネットまたは（無線ネットワークを含む）他のネットワークを介して、伝搬媒質（例えば電磁波、音波など）上の被伝搬信号上に分散させることができ、または、これらを、任意のアナログまたはディジタルネットワーク（パケット交換、回線交換または他のスキーム）上に供給することができる。
【０１５５】
あるいは、信号収集／処理／伝送システム１５００内の伝送器１５０４が、そのファイルを、適当なケーブルまたはワイヤによって、あるいは無線で、ネットワーク１５０６（例えばインターネット）に伝送する。次いでそのファイルを（やはり有線または無線で）コンピュータ１５１２に伝送することができる。
【０１５６】
このファイルを、変換器−受信器１５０８などの遠隔位置へ、ネットワークを介して伝送することができる。例えば、衛星ネットワーク１５１０を使用して、変換器−受信器１５０８にファイルを伝送することができる。
【０１５７】
変換器−受信器１５０８は、ファイルを受け取る標準受信器とすることができ、そのファイルを適用電磁信号として変換する変換器を含む。一実施形態では、埋込み変換器−受信器が、患者、体または構造に埋め込まれる。変換器−受信器１５０８の受信器構成要素が無線受信器である場合、この変換器／受信器は、ネットワーク（または衛星）を介して無線でファイルを受け取ることができる。代替実施形態では、携帯電話または移動装置１５１４が、ネットワークからファイルを受け取り、それを、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの短距離無線プロトコル、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコルを含む周知かつ任意の無線プロトコルによって、変換器−受信器へ中継する。
【０１５８】
変換器−受信器１５０８と同様の変換器−トランシーバ１５１６は、センサ１５１８を有する。したがって、変換器−トランシーバ１５１６は、同様に、伝送されたファイル１５０１を受け取り、それを変換し、または生物系に適用するだけでなく、センサ１５１８からデータを取得し、そのデータを（例えばネットワークを介して）システム１５００に送信する。
【０１５９】
図２１によれば、装置に電力を供給するための電源１５３０を含む、変換器−受信器１５０８および変換器−トランシーバ１５１６の一例が提供されている。受信器−トランシーバ１５３２は、有線または無線でファイル１５０１を受け取り、次いでこのファイルを変換し、または変換器１５３４を介して被検者または試料に適用することができる。ファイルは、増幅器１５３６によって増幅することができ、かつ／または、プロセッサ１５３８によって処理することができる。メモリ１５４０は、このファイルを記憶し、あるいは任意選択の１つまたは複数のセンサ１５１８から得られたデータを記憶することができる。
【０１６０】
図２２および２３に、本発明の諸態様において使用するのに適した変換コイルを示す。図２２の変換器４９４は、例えば長さ数フィートまでの長いソレノイドである。ソレノイドの内部の場はソレノイドの軸に平行であり、ソレノイド内で一定であり、ソレノイドの外側ではゼロになる（無限長ソレノイドの近似）。この有限長コイルは、その中心付近においてのみ実質的に均一な場を有する。したがって、試料または被検者をこのコイルの中心に置くことによって、データファイル１５０１またはＭＩＤＳ信号によってコイルに通電されたときに、その試料のところに実質的に均一な磁場が生み出される。
【０１６１】
図２３のソレノイド４９６の追加の巻５００などの追加の巻をソレノイドに追加することによって、コイルの両端に追加の磁場強度を追加して、その両端のコイルの磁場の低下を補償することができる。
【０１６２】
両方の実施形態または追加の実施形態では、この変換コイルを、コイルの両端に取り付けられた電極によって、または（システム１５０８、１５１６のような）埋込み可能なシステムによって、または患者の胸部の体表の近くに電磁石が置かれ、埋め込まれたコイルに信号が誘導的に伝送される遠隔誘導システムによって変換信号を受け取る能力を有する血管ステントコイルなどの埋込み可能な小さな強磁性コイルとすることができる。
【０１６３】
前述のとおり、このシステムは、確率的共振実験において得られたサウンドファイルを入力として利用し、その内容（content）正弦曲線の周波数、振幅および位相を出力する。このシステムは、「ｐｅａｋｆｉｎｄｅｒ」と呼ばれるソフトウェアルーチンを使用することができ、このルーチンは、ともに現在サポートされているオープンソースのソフトウェアプラットホームであるＯｃｔａｖｅ、Ｐｄなどの他のソフトウェアパッケージを使用することができる。
【０１６４】
さらに、２つの環境変数、すなわち一時ディレクトリを指定するＰＦ＿ＴＭＰおよびｐｅａｋｆｉｎｄｅｒフォルダの位置を指定するＰＦ＿ＢＡＳＥを使用することができる。ＰＦ＿ＢＡＳＥが供給されない場合、ｐｅａｋｆｉｎｄｅｒ．ｓｈスクリプトは、それ自体の呼出しによってそれを推論しようとする（絶対パス名として呼び出されると仮定する）。入力ファイルは、標準サンプルレート４４１００と仮定されるステレオサウンドファイルである。ファイルフォーマットは、１６、２４または３２ビットサンプルフレームの「ｗａｖ」、「ａｕ」または「ａｉｆｆ」とすることができる。出力ファイルは、１つの正弦曲線を指定するＡＳＣＩＩファイルである。例えば：
【０１６５】
【表１】
2008508523.tif 000002
【０１６６】
上表で、第１のフィールドは、後に説明する基本解析周波数を単位にして表した周波数、第２のフィールドは、ヘルツで表された周波数、第３のフィールドは、入力サウンドファイルネイティブ（native）単位で表した正弦曲線のピーク絶対値、第４および第５のフィールドは、複素振幅の実数部および虚数部である、正弦曲線の余弦および正弦成分の振幅である。もちろん、実数および虚数成分から絶対値を推論することができる。第１のフィールドは物理的意味を持たず、デバッグ目的に使用される。
【０１６７】
白色雑音の単一の正弦曲線の振幅および周波数を決定する１つの技法は、複数の正弦曲線に拡張された最大尤度（ＭＬ）法である。この方法は、正弦曲線の数が予め分かっていると仮定する。予め定められていない数の正弦曲線を見つける問題は、数学的に取り扱うことがより難しいが、問題の正弦曲線が周波数において十分に分離されていると仮定すると、取り扱うことができる。さらに、正弦曲線の存在の有無を識別するための方法が必要である。
【０１６８】
以下の解析は、白色雑音の単一の正弦曲線を考えることから出発し、複数正弦曲線および非白色（例えば桃色）雑音の問題へ進む。下記の測定された信号が与えられると、
ｘ［ｎ］，ｎ＝０，．．．，Ｎ、
（離散時間）非正規化フーリエ変換は下式によって定義される。
【０１６９】
【数１】
2008508523.tif 000003
【０１７０】
上式で、ｋは、この解析の基本周波数（サンプルあたり２π／Ｎラジアン）を単位にして表した周波数である。ｋは整数とは限らず、実際には、ｋの余分値は、必要に応じて信号をゼロ−パディング（zero-padding）することによって埋めることができる。単一の正弦曲線が存在すると仮定すると、その最も有望な周波数は下式によって与えられる。
【０１７１】
ｋ＝ａｒｇ  ｍａｘ｜ＦＴ｛ｘ［ｎ］｝（ｋ）｜
言い換えると、最良推定値は単純に、フーリエ変換の絶対値が最大であるｋの値である。
【０１７２】
次に、このシステムは、推定されたｋの値が、真の正弦曲線に対応するか、または単に無作為変動に対応するのかを判定する。そのために、ｘ［ｎ］だけが、例えば平均０およびＲＭＳ振幅σを有する白色雑音を含むかどうかを判定する帰無仮説が解析される。それぞれの点ｋのフーリエ変換は、それぞれサンプルｘ［ｎ］に単位絶対値の複素数を掛けたものに等しいＮ個の独立確立変数の和であり、そのため、フーリエ変換のそれぞれの点の平均は依然としてゼロであり、標準偏差は
【０１７３】
【数２】
2008508523.tif 000004
【０１７４】
である。個々の雑音サンプルのテール（tail）の振舞いが良い（例えばそれがガウスまたは均一雑音の振舞いである）場合、結果として生じる確率変数ＦＴ｛ｘ［ｎ］｝（ｋ）は、使用されるＮの値（１０6程度）に対してほぼガウスである。そのため、約
【０１７５】
【数３】
2008508523.tif 000005
【０１７６】
を超える確率は非常に小さい。
【０１７７】
一方、ピーク振幅ａおよび周波数ｋ（２π／Ｎの通常の単位）を有する実数値正弦曲線は、フーリエ変換絶対値ａＮ／２を有する。絶対値
【０１７８】
【数４】
2008508523.tif 000006
【０１７９】
を得るためには、ａが少なくとも
【０１８０】
【数５】
2008508523.tif 000007
【０１８１】
であればよい。
【０１８２】
この方法は、記録されたサウンドファイルをゼロパディングし（次の２の累乗に応じて２倍から４倍）、次いで、この振幅しきい値を超えるピークを報告する。ピークは、所与の値ｋに対してその隣接値よりも大きな絶対値を有し、さらに、ｋの２０個の隣接値の絶対値の少なくとも半分を有すると定義される（１分サンプルに対して概ね２０π／Ｎ  Ｈｚまたは１／３Ｈｚのバンド）。
【０１８３】
いくつかの正弦曲線が存在し、それらの周波数が互いに約２０π／Ｎを超えて分離されている場合、上記の方法は、それらを別々に解かなければならず、計算されたフーリエ変換に対するそれぞれの正弦曲線の影響は、ピークからｋ周波数単位のところの振幅で２／３πｋに低下する。
【０１８４】
雑音信号の非白色性を補償するため、測定された信号のスペクトル包絡線が推定される。雑音は、それぞれの狭い周波数範囲（上記のとおり２０π／Ｎ）で局所的に白色であると仮定することができ、σの値は、選択された周波数範囲に応じて穏やかに変化する。他の問題は、注入された雑音試料を、実験の測定された出力から差し引くことができるかどうかを判定することである。このような状況では、これらの２つを関係づけている容易に測定可能な伝達関数を用い、たとえそれが非線形であるとしても、伝達関数の推定値を使用して、測定された信号から雑音のバルクを除去する。これはさらにこの方法の感度を増大させる。
【０１８５】
以上の説明から分かるように、このシステムは、治療効果のために使用することができ、または他の方法で生物系の反応を誘導することができる波形をユーザが生み出すことを可能にする。２つ以上の化合物から生成された波形またはスペクトル系列を得ることができる。次いでこれらの２つの信号を組み合わせて、これらの２つの個々の信号の特性を有する組み合わされた単一の信号を生み出すことができる。例えば、これらの２つの原信号が、２つの異なる治療特性を有する２つの異なる化合物に関係づけられている場合、結果として生じる組み合わされた信号は、これらの２つの化合物の組み合わされた治療特性を有するであろう。次いでこの組み合わされた信号を操作して、生物系において副作用または陰性反応に関連していることが分かっている不要な周波数成分を除去することができる。
【０１８６】
あるいは、これらの２つの化合物が、生物系において同様の反応を生み出す場合、それらの化合物から生成された２つの信号を比較して、生物効果の生成に関連した共通する周波数成分を識別することができる。次いで、その生物効果に関連した周波数成分だけを含む第３の信号を生成することができる。したがって、例えば、ある複数の鎮痛薬からの信号を比較して、共通する周波数成分を識別し、次いで、伝送、記憶または生物系への適用に使用する信号を生成することができる。実際に、このシステムは、１つまたは複数の化合物から生成された信号に直接には基づいていない新しい信号を構築することを可能にし、その代わりに、このシステムは、生物系において所望の結果を与える所望の周波数のピークだけを有する信号を生成することを可能にする。したがって、合成されたこのような信号は、既存の化合物から独立している。
【０１８７】
結論
以上の説明および請求項の全体を通じて、文脈が明らかに要求しない限り、語「含む」および同様の他の表現は、排他的ないし網羅的な意味で使用されているのではなく、包括的な意味、すなわち「〜を含むが、それに限定されるわけではない」といった意味で使用されているものと解釈されたい。本明細書で使用される場合、語「結合」は一般に、直接に接続された、あるいは１つまたは複数の中間要素を介して接続された２つ以上の要素について使用される。さらに、本出願で使用される場合、語「本明細書において」、「上記」、「下記」および同様の意味の語は、本出願全体について言っているのであって、本出願の特定の部分について言っているのではない。文脈が許す場合、上記「発明を実施するための最良の形態」中の単数または複数形を使用した語はそれぞれ、複数または単数を含むことができる。２つ以上の項目のリストに関する語「または」は、この語の以下の全ての解釈をカバーする：リスト中の任意の項目、リスト中の全ての項目およびリスト中の項目の任意の組合せ。
【０１８８】
本発明の実施形態の上記の詳細な説明は、網羅的なものでもなく、または上記の説明に開示された正確な形態に本発明を限定するものでもない。本発明の具体的な実施形態および本発明の例を例示目的で説明したが、当業者なら理解するとおり、本発明の範囲内で、等価のさまざまな変更が可能である。例えば、プロセスまたはブロックは所与の順序で提示されているが、代替実施形態は、ステップを有するルーチンを異なる順序で実行し、またはブロックを有するシステムを異なる順序で使用することができ、いくつかのプロセスまたはブロックを削除し、移動させ、追加し、再分割し、組み合わせ、かつ／または変更することができる。これらのプロセスまたはブロックはそれぞれ、異なるさまざまな方法で実現することができる。さらに、プロセスまたはブロックは時に、順次に実行されるものとして示されるが、その代わりに、これらのプロセスまたはブロックを同時に実行し、または別々の時刻に実行することもできる。
【０１８９】
本明細書に提供された本発明の教示は、上述のシステムに限らず、他のシステムにも適用することができる。上述のさまざまな実施形態の要素および操作を組み合わせて、別の実施形態を提供することもできる。
【０１９０】
添付の出願文書に記載されているものを含め、上記の特許および特許出願ならびにその他の参照文献は全て、参照によって本明細書に組み込まれる。必要ならば、上述のさまざまな参照文献のシステム、機能およびコンセプトを使用して本発明の諸態様を変更し、本発明の他の実施形態を提供することができる。
【０１９１】
上記「発明を実施するための最良の形態」に照らして、これらの変更およびその他の変更を本発明に加えることができる。上記の説明は、本発明のある種の実施形態を詳述し、企図される最良の形態を説明しているが、その説明がどんなに詳細であっても、本発明はさまざまな方法で実施することができる。本明細書に開示された発明に包含される限り、信号処理システムの詳細は、その実施態様において相当に変更することができる。上述のとおり、本発明のある特徴または態様を説明する場合に使用される特定の用語を、本明細書ではその用語が、その用語が関連づけられた先の本発明の特定の特性、特徴または態様に限定されるように再定義されているというように解釈してはならない。一般に、上記「発明を実施するための最良の形態」セクションにおいてその用語が明確に定義されていない限り、請求項で使用されている用語を、本明細書に開示された特定の実施形態に本発明を限定するものと解釈してはならない。したがって、本発明の実際の範囲は、開示された実施形態を包含するだけでなく、請求項の下で本発明を実施しまたは実現する全ての等価の方法をも包含する。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成された分子電磁信号検出装置の一実施形態の等角図である。
【図２】図１に示されたファラデー箱およびその内容物の拡大詳細図である。
【図３】図１および２に示された一方の減衰管の拡大断面図である。
【図４】図２に示されたファラデー箱およびその内容物の断面図である。
【図５】代替の電磁放出検出システムを示す図である。
【図６】検出システムに含まれる処理ユニットを示す図である。
【図７】図６の処理ユニットの代替処理ユニットを示す図である。
【図８】本発明のシステムによって実行される信号検出および処理の流れ図である。
【図９】本発明のヒストグラムスペクトルプロット法のデータフローの高レベル流れ図である。
【図１０】スペクトルプロットヒストグラムを生成するための本発明に基づくアルゴリズムの流れ図である。
【図１１】本発明の方法の第２の実施形態に従って最適な時間領域信号を識別する諸ステップの流れ図である。
【図１２】本発明の方法の第３の実施形態に従って最適な時間領域信号を識別する諸ステップの流れ図である。
【図１３】典型的な変換実験における変換機器レイアウトを示す図である。
【図１４】典型的な変換実験において使用される変換コイルおよび容器を示す図である。
【図１５Ａ】除草剤化合物を４０％含む試料の時間領域信号の一部分を示す図である。
【図１５Ｂ】雑音レベル７０．９−ｄｂｍで記録された図１５Ａの試料の自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。
【図１５Ｃ】雑音レベル７４．８−ｄｂｍで記録された図１５Ａの試料の自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。
【図１５Ｄ】雑音レベル７４．８−ｄｂｍで記録された図１５Ａの試料の自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。
【図１５Ｅ】雑音レベル７８．３ｄｂｍで記録された図１５Ａの試料の自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。
【図１５Ｆ】図１５の試料の雑音設定に対する自己相関スコアのプロットである。
【図１６】生物系に適用することができる信号を試料から生み出すためのプロセスフローを示すブロック図である。
【図１７】本発明のシステムの下で試料から生み出された信号から生成された電磁波を患者に適用するのに適したシステムを示すブロック図である。
【図１８】１つまたは複数の出発波形を変更するための信号処理ルーチンの一例を示す流れ図である。
【図１９Ａ】グラフィカルユーザインタフェースを使用したスペクトルプロットの変更を示す図である。
【図１９Ｂ】グラフィカルユーザインタフェースを使用したスペクトルプロットの変更を示す図である。
【図１９Ｃ】グラフィカルユーザインタフェースを使用したスペクトルプロットの変更を示す図である。
【図１９Ｄ】グラフィカルユーザインタフェースを使用したスペクトルプロットの変更を示す図である。
【図２０】検出システムおよび処理ユニットによって生成され処理された信号を配布するための代替形態を示すブロック図である。
【図２１】図２０の分散システムの変換器−受信器／トランシーバを示すブロック図である。
【図２２】本発明のシステムとともに使用されるヘルムホルツ型誘導コイルを示す図である。
【図２３】本発明の諸実施形態の下で試料を変換するための埋込み可能なコイルを示す図である。
【図１】
2008508523.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008508523.tif 000020
【図１４】
2008508523.tif 000021
【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
2008508523.tif 000024
【図１５Ｄ】
2008508523.tif 000025
【図１５Ｅ】
2008508523.tif 000026
【図１５Ｆ】
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【図１６】
2008508523.tif 000028
【図１７】
2008508523.tif 000029
【図１８】
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【図１９Ａ】
2008508523.tif 000031
【図１９Ｂ】
2008508523.tif 000032
【図１９Ｃ】
2008508523.tif 000033
【図１９Ｄ】
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【図２０】
2008508523.tif 000035
【図２１】
2008508523.tif 000036
【図２２】
2008508523.tif 000037
【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から分子信号を提供する装置であって、
（ａ）少なくとも部分的に前記試料から生成された信号源と、
（ｂ）前記試料の近くに配置された、電磁放出信号を検出する手段と、
（ｃ）前記電磁放出検出コイルに電気的に接続された超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）であって、低温冷却手段内に配置されたＳＱＵＩＤと、
（ｄ）前記信号源および前記信号検出手段を雑音で取り囲む手段であって、前記試料内に確率的共振を誘導して、前記試料の特性信号を増幅するのに十分な雑音を生成する手段と、
（ｅ）前記信号源、電磁放出検出コイル、ＳＱＵＩＤ、および雑音手段を、外部電磁放射から電磁遮蔽する手段と、
（ｆ）前記ＳＱＵＩＤを制御する手段と、
（ｇ）前記信号検出手段によって検出された前記信号を観察し、記憶する手段と、
（ｈ）ユーザ定義の基準に基づいて前記記憶された信号を変更する手段と、
（ｉ）化学または生物系内に効果を誘導するために、前記変更された信号を前記化学または生物系に無線で提供する手段と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
化学または生化学作用因子に反応する系に対する該化学または生化学作用因子の効果を生み出す方法であって、
（ａ）（ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を有する容器の中に、前記作用因子を含む試料を入れるステップであって、前記試料は、分子信号の信号源として作用し、前記磁気遮蔽は低温容器の外部にあるステップと、
（ｉｉ）複数の周波数にわたって実質的に均一な振幅を有する雑音を、他の信号源からの他の信号がない状況で、確率的共振を生じさせるのに十分な雑音振幅で、前記試料に雑音を注入するステップと、
（ｉｉｉ）前記低温容器内で、生成された前記他の信号がない状況で、前記注入された雑音に重ね合わされた試料源放射からなる時間領域電磁信号を記録するステップと、
（ｉｖ）前記試料源放射を前記注入された雑音から十分に区別できない場合に、選択された雑音レベル範囲内の複数のそれぞれの雑音レベルで、ステップ（ｉｉ）〜（ｉｉｉ）を、前記重ね合わされた信号が、確率的共振によって、前記信号源によって生成された前記信号の特性を帯びるまで繰り返すステップと
によって、複数の低周波時間領域信号を生成すること、
（ｂ）（ａ）で生成された前記信号を解析することによって、前記時間領域信号の支配的特性を表す周波数を識別すること、
（ｃ）前記試料の前記識別された周波数の中から少なくとも１つの周波数を選択し、または
２つ以上の作用因子試料の前記識別された周波数の中から選択された周波数を組み合わせる
ことによって、反応生成信号を合成すること、および
（ｄ）前記作用因子反応系を電磁変換器の磁場の中に置き、前記合成された信号を、前記変換器によって、ある信号振幅で、前記作用因子反応系内に作用因子固有効果を生じさせるのに十分な期間、適用することによって、前記作用因子反応系を、前記合成された反応生成信号に暴露すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記合成された反応生成信号は、
１つまたは複数の作用因子試料の化学または生物効果を表す、前記１つまたは複数の試料の前記識別された周波数の組合せ、あるいは、
１つまたは複数のそれぞれの作用因子試料の化学または生物効果のうちのいくつかの態様を表す、前記１つまたは複数の作用因子試料の識別された周波数から選択された周波数の組合せ
であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記解析（ｂ）は、
（ｉ）ＤＣから８ｋＨｚまでの範囲の選択された周波数範囲にわたって、事象ビンｆごとに、それぞれのビンの事象カウント数を示すヒストグラムを生成し、ｆは、前記時間領域信号をサンプリングするサンプリングレートであり、所与のしきい値よりも高いビンの数に関係づけられたスコアを前記ヒストグラムに割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択すること、
（ｉｉ）前記時間領域信号を自己相関させ、ＤＣから８ｋＨｚまでの範囲の選択された周波数範囲にわたって、前記自己相関させた信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換）を生成し、平均雑音値よりも高いピークの数に関係づけられたスコアを前記ＦＦＴ信号に割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択すること、および
（ｉｉｉ）複数の定義されたそれぞれの時間にわたって、ＤＣから８ｋＨｚまでの選択された周波数範囲で、前記時間領域信号の一連のフーリエスペクトルを計算し、前記フーリエスペクトルを平均し、平均雑音値よりも高いピークの数に関係づけられたスコアを前記平均されたＦＦＴ信号に割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択すること
のうちの１つによって実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記電磁変換器は、前記暴露の前に生物系に埋め込まれた埋込み可能なコイル、またはハンドヘルド移動装置、あるいはその両方を含み、信号は、有線または無線によって前記変換器に到達し、無線信号は、直接にまたは衛星を経由して伝送されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
化学活性または生物活性作用因子の諸態様を表す最適化された低周波反応生成信号であって、
（ａ）（ｉ）選択された雑音振幅で前記作用因子の試料に雑音を注入して、確率的共振を生じさせるステップと、
（ｉｉ）前記注入された雑音に重ね合わされた試料源放射からなる時間領域電磁信号を記録するステップと、
（ｉｉｉ）前記試料源放射が前記注入された雑音から十分に区別できない場合に、選択された範囲内の複数のそれぞれの雑音レベルで、ステップ（ｉｉ）〜（ｉｉｉ）を繰り返すステップと
によって、作用因子の複数の低周波時間領域信号を発生させるステップと、
（ｂ）好ましい時間領域信号を解析することによって、最適化された作用因子固有信号を表す周波数を識別するステップと、
（ｃ）作用因子試料の前記識別された周波数の中から少なくとも１つの周波数を提供し、または
２つ以上の作用因子試料の前記識別された周波数の中から選択された周波数を組み合わせる
ことによって、反応生成信号を合成するステップであって、前記選択された周波数は、所望の化学または生物効果に関連した信号の選択された態様を表すステップと
によって生成されることを特徴とする信号。
【請求項７】
前記信号は、生物標的に導かれることを特徴とする請求項６に記載の信号。
【請求項８】
前記信号は、受信器に無線で伝送され、前記受信器は、埋込み可能な変換器、あるいはハンドヘルドコンピューティング装置またはハンドヘルド通信装置を含むことを特徴とする請求項６に記載の信号。
【請求項９】
使用された化学または生物作用因子の諸態様に由来する選択された化学または生物効果を生じさせる電磁信号を生成する方法であって、
磁気遮蔽された検出装置に試料を挿入して、分子信号を提供すること、
前記磁気遮蔽された検出装置に雑音を注入すること、
前記注入された雑音と前記試料によって放出された前記信号との組合せを検出すること、
前記作用因子固有信号を雑音から分離すること、
前記作用因子固有信号の周波数内容を計算すること、
周波数成分をスケーリングしまたは排除することによって、前記作用因子固有信号の前記周波数内容を強化すること、
所望の作用因子属性を表す周波数内容を識別すること、および
異なる作用因子から検出された選択された強化された周波数を使用して、電磁効果生成信号を合成すること
を含み、
前記選択された周波数は、前記作用因子の前記化学または生物効果の所望の部分または全体を表す
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
少なくとも、前記作用因子固有信号の前記周波数内容の強化が、ユーザがユーザインタフェースを利用することによって実行されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
１つまたは複数の化学または生化学作用因子の諸効果のうちの少なくとも１つのサブセットを有する信号を生成する装置であって、
（ｉ）作用因子の試料を受け取るように適合されたホルダと、
（ｉｉ）前記ホルダの中の前記試料に雑音を適用する調整可能な雑音源と、
（ｉｉｉ）前記試料放射と前記雑音とからなる時間領域信号を記録する検出器と、
（ｉｖ）検出された信号を記憶する記憶装置と、
（ｖ）（ａ）前記記憶された信号を前記記憶装置から取り出し、
（ｂ）作用因子固有時間領域信号の識別を可能にする、前記信号のスペクトル表現を作成し、
（ｃ）ユーザインタフェースまたはソフトウェアプログラムを介して、前記取り出された信号の部分を変更して、前記取り出された信号の少なくとも１つの所望の部分を強調しまたは強調されないようにする
ように適合されたコンピュータと、
（ｖｉ）少なくとも１つの作用因子信号の選択された変更された部分の組合せを利用することによって信号を生成する合成器と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
要素（ｖ）または（ｖｉ）あるいはその両方は、装置の残りの要素に関して遠隔地に位置し、残りの要素と無線で結ばれていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
生物または化学系に影響を及ぼすための生成された信号であって、前記信号のフーリエ変換は、生物標的に検出可能な反応を誘導することが知られている化合物によって引き起こされる化合物固有の確率的事象の周波数にそれぞれ対応する複数のピークを含み、前記ピークはそれぞれ、選択された雑音振幅で前記試料に雑音を注入しながら、前記化合物の試料の時間領域信号を記録することによって観察され、前記選択された雑音振幅は、前記時間領域信号が前記周波数領域に変換されたときに前記ピーク周波数の識別を可能にする振幅であり、
前記信号周波数ピークは、１つまたは複数の化合物の識別されたピーク周波数であり、前記化合物の化学または生物効果を表し、あるいは
前記信号周波数ピークは、１つまたは複数の化合物の識別されたピーク周波数の中から選択された操作された周波数であり、前記化学または生物化合物のいくつかの態様の強化された効果を表す
ことを特徴とする生成された信号。
【請求項１４】
（ｉ）それぞれ所与の生物標的に検出可能な所与の反応を生じさせるのに有効な２つ以上の化合物の前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉ）前記化合物に共通するピーク周波数を識別し、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）で識別された前記共通するピーク周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すこと
によって生成されることを特徴とする請求項１３に記載の生成された信号。
【請求項１５】
（ｉ）所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセット、および前記標的に該所望の反応を生じさせる効果のない化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉ）前記第１のセット内の全ての前記化合物に共通するが、前記第２のセット内のどの前記化合物にも共通しないピーク周波数を識別し、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）で識別された前記共通するピーク周波数のうちの少なくともいくつかを組み合わせて、電磁波を生み出すこと
によって生成されることを特徴とする請求項１３に記載の生成された信号。
【請求項１６】
（ｉ）所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセットの前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉ）同じ生物標的に検出可能な他の所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、
（ｉｉｉ）前記第１のセット内の全ての前記化合物に共通するピーク周波数、および前記第２のセットの全ての前記化合物に共通するピーク周波数を識別し、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）で識別された共通するピーク周波数の２つのセット内の少なくともいくつかの周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すこと
によって生成されることを特徴とする請求項１３に記載の生成された信号。
【請求項１７】
前記信号の生成は、
（ｉ）所与の化合物の前記ピーク周波数を識別するステップと、
（ｉｉ）ベースライン雑音周波数の少なくとも２×の選択された振幅で、前記周波数を組み合わせるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の生成された信号。
【請求項１８】
前記信号を生成する前記ステップはさらに、
ステップ（ｉ）が、それぞれ所与の生物標的に検出可能な所与の反応を生じさせるのに有効な２つ以上の化合物の前記ピーク周波数を識別し、前記化合物に共通するピーク周波数を識別することを含み、
ステップ（ｉｉ）が、そのようにして識別された前記共通するピーク周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すことを含む
ことを特徴とする請求項１７に記載の生成された信号。
【請求項１９】
前記信号を生成する前記ステップはさらに、
ステップ（ｉ）が、所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセット、および前記標的に該所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、前記第１のセット内の全ての前記化合物に共通するが、前記第２のセット内のどの前記化合物にも共通しないピーク周波数を識別することを含み、
ステップ（ｉｉ）が、そのようにして識別された前記共通するピーク周波数のうちの少なくともいくつかを組み合わせて、電磁波を生み出すことを含む
ことを特徴とする請求項１７に記載の生成された信号。
【請求項２０】
前記信号を生成する前記ステップはさらに、
ステップ（ｉ）が、所与の生物標的に検出可能な所与の反応または検出可能な所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第１のセットの前記ピーク周波数を識別し、同じ生物標的に検出可能な他の所望の反応を生じさせるのに有効な化合物の第２のセットの前記ピーク周波数を識別し、前記第の１セット内の全ての前記化合物に共通するピーク周波数、および前記第２のセットの全ての前記化合物に共通するピーク周波数を識別することを含み、
ステップ（ｉｉ）が、そのようにして識別された共通するピーク周波数の２つのセット内の少なくともいくつかの周波数を重ね合わせて、電磁波を生み出すことを含む
ことを特徴とする請求項１７に記載の生成された信号。
【請求項２１】
前記信号は、遠隔変換器に伝送され、化学または生物系に適用されて反応を誘導し、前記変換器は、前記系内に埋め込まれており、前記系の近くに位置し、またはハンドヘルド移動装置であることを特徴とする請求項１３に記載の生成された信号。
【請求項２２】
励起された物質から放射された電磁信号シグネチャを生成する方法であって、
前記物質を含まない容器に、制御された電磁雑音を注入すること、
前記容器内の前記電磁放射の第１の周波数スペクトルを計算すること、
前記容器の中に関心のある前記物質を配置すること、
前記物質を含む前記容器に、前記制御された電磁雑音を注入すること、
前記容器内の前記電磁放射の第２の周波数スペクトルを計算すること、
前記第１の計算された周波数スペクトルを、前記第２の計算された周波数スペクトルと比較することによって、前記物質の前記周波数スペクトルを得ること、
前記物質の前記周波数スペクトルの内容を強化すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記信号の前記強化された周波数内容についての情報は、遠隔変換器に伝送され、
前記変換器は、前記生物実体内に埋め込まれており、前記生物実体の近くに位置し、またはハンドヘルド移動装置であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。