(57)【要約】  小型のポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器の実施形態が記載され、これは一般に、磁気シールドを提供するハウジングと、ハウジング内の、ボア、長さ方向軸に沿って方向付けられる均一に近い双極磁場Ｂ０を生成するための、及びサンプルを受けるためのサンプルキャビティを提供するための、共同で閉じ込め性の高い軸対称磁化を提供する複数の磁気要素、及び磁場の均等性を改善するための高透磁性軟鋼磁極を有する軸対称永久磁石アセンブリと、均一に近い磁場Ｂ０を空間的に補正するための、長さ方向軸に配置されたコイルを有するシミングアセンブリと、磁気刺激パルスをサンプルに印加することによってサンプル内の代謝産物を測定し、サンプル内の水素プロトンアンサンブルにより生成される自由誘導遅延信号を測定し、周波数選択的抑制によるディフェーズ傾斜を用いることによって水信号を抑制する制御ユニットを有する分光計と、を含む。
2022500656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を用いたサンプル中のグルコース濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化のための方法において、
均一な静磁場（Ｂ０）を印加して、前記サンプルの磁化を誘導することと、
前記サンプル内にある水の磁化によって生成される水信号を、周波数選択的抑制を用いて抑制することと、
第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加して、グルコース水素プロトンのアンサンブルを励起させることと、
前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの緩和により生成される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号を検出することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記水信号を抑制することは、
第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加し、前記水の磁化を横平面上へと回転させることと、
ディフェージングパルス勾配を前記水信号に適用して、そのスピン歳差運動のコヒーレンスをディフェーズすることと、をさらに含み、水抑制は前記水信号の変調側波帯を低減させるために行われる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラ〜約２テスラの強度を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記静磁場（Ｂ０）は、約０．０１ｐｐｍ〜約０．１ｐｐｍ未満の磁場均一度を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、表現｜ｓｉｎｃ２（πΔｆτ）｜によって定義され、２τはパルスの持続時間である励起プロファイルを有するように生成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、表現｜ｓｉｎｃ（πΔｆτ）｜によって定義され、τはパルスの持続時間である励起プロファイルを有するように生成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
中心が水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）となるように前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を発生させることを含み、τは、τ＝（ｆＨ２Ｏ−ｆβ−ｇｌｃ）−１で定義され、ｆβ−ｇｌｃはベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンの共鳴周波数である、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
約１．６８テスラの静磁場（Ｂ０）を発生させることを含み、水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）は約７１．５ＭＨｚであり、τは約１６３ミリ秒である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、低デューティサイクルのエンベロープ変調パルストレインを発生させることによって提供することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、Delays Alternating with Nutation for Tailored Excitation（ＤＡＮＴＥ）技術を使って発生させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、双曲線セカントパルスとして実装される、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
振幅の大きい第二の刺激ＲＦパルス（Ｂ１）を発生させることによって、前記水信号の前記抑制を増大させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記ディフェージングパルス勾配はＤＣ結合シムコイルの集合によって発生させられる、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記グルコース水素プロトンのアンサンブルは、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンとベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンを含む、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの正味磁気モーメントが横平面へと回転されるように発生させることを含む、請求項１〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンと前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンのラーモア周波数を含む周波数範囲の前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を発生させることを含む、請求項１４に従属する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンのラーモア周波数は５．２２３ｐｐｍであり、前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンのラーモア周波数は４．６３４ｐｐｍである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
左回り円偏光となるように第一の刺激磁場（Ｂ１）を発生させることを含む、請求項１〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第一の刺激場（Ｂ１）を約１．５ｍｓ未満にわたって印加し、指数関数的速度Ｔ２＊の前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの横緩和減衰を低減させることを含む、請求項１〜１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一の刺激場（Ｂ１）及び第二の刺激場（Ｂ１）を、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられる斜め巻き余弦波コイルを使って発生させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
前記グルコース水素プロトンのアンサンブルに等核デカップリングを適用することをさらに含み、等核デカップリングを適用することは、
前記アルファアノマ２ＣＨ基水素プロトン及び前記ベータアノマ２ＣＨ基水素プロトンの共鳴周波数の低連続波照射パルスを印加することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記アルファ及びベータアノマ２ＣＨ基水素プロトンの共鳴周波数は、それぞれ３．５１９ｐｐｍ及び３．２３ｐｐｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記等核デカップリングは、前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を前記印加することと少なくとも部分的に重複して、前記グルコース水素プロトンのアンサンブルを励起させる、請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
離散フーリエ変換（ＤＦＴ）をＦＩＤ信号に適用して、前記ＦＩＤ信号を磁気共鳴周波数スペクトルに変換することをさらに含む、請求項１〜２３の何れか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記サンプル中のグルコース濃度を、前記共鳴周波数スペクトル内での前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン及び前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンに関する共鳴ピークの振幅の１対１のマッピングに基づいて特定することをさらに含む、請求項１４に従属する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記サンプル中の前記グルコース濃度を前記特定することは、前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン及び前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンに関する前記共鳴ピークの振幅を既知のグルコース濃度参照基準と相関させることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記サンプル中の前記グルコース濃度を前記特定することは、前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン及び前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンの共鳴ピークのアノマ比を特定することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加する前に、非選択的反転回復シーケンスを使用することによって高分子応答を無効にすることをさらに含む、請求項１〜２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加する前に、選択的反転回復シーケンスを使用することによって前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの応答を無効にし、高分子応答を測定することをさらに含む、請求項１〜２８の何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
血液中を流れるグルコース分子を静止グルコース分子と区別するために磁気共鳴速度測定法（ＭＲＶ）が使用される、請求項１〜２９の何れか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記グルコース濃度は、０．９５統計的信頼度で＋／−２％未満の誤差で特定される、請求項１〜３０の何れか１項に記載の方法。
【請求項３２】
サンプルに対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を実行する中で使用されるポータブル分光計において、前記ポータブル分光計は、
同相成分と直角成分を有するパルスＲＦ信号を生成するように構成された高周波（ＲＦ）源と、
前記パルスＲＦ信号を受信し、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を生成するように構成された送信ユニットであって、
前記ＲＦ信号の前記同相成分を受信し、前記ＲＦ刺激場の前記同相成分を生成する少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルを備える第一の送信バンドパスフィルタを有する第一の送信経路と、
前記ＲＦ信号の前記直角成分を受信し、前記ＲＦ刺激場の前記直角成分を生成する少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルを備える第二の送信バンドパスフィルタを有する第二の送信経路と、
を含む送信ユニットと、
前記サンプルによって前記パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）に応答して生成される共鳴信号を受信するように構成された受信ユニットであって、
前記共鳴信号の同相成分を受信する少なくとも１つの第一の受信インダクタコイルを備える第一の受信バンドパスフィルタを有する第一の受信経路と、
前記共鳴信号の直角成分を受信する少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルを備える第二の受信バンドパスフィルタを有する第二の受信経路と、
を含む受信ユニットと、
前記ＲＦ源、前記送信ユニット、及び前記受信ユニットに連結されるプロセッサユニットであって、制御信号を前記ＲＦ源に送信して前記パルスＲＦ信号を生成し、前記パルスＲＦ信号を前記送信ユニットに送信して前記パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）が生成されるようにすることによって前記ポータブル分光計の動作を制御するように構成され、前記受信ユニットからの前記共鳴信号の前記同相及び直角成分を受信するように構成され、プロセッサが、（ａ）前記共鳴信号の前記同相及び直角成分を前記プロセッサユニットのメモリユニット内に事後解析のために保存すること、及び（ｂ）前記共鳴信号の前記同相及び直角成分についての分析を行って、前記サンプルの代謝産物の濃度を特定することのうちの少なくとも一方を実行するプロセッサユニットと、
を含むポータブル分光計。
【請求項３３】
前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタと前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは各々、Ｔトポロジローパスフィルタから合成される差動バンドパスフィルタである、請求項３２に記載のポータブル分光計。
【請求項３４】
前記第一の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第一の送信インダクタコイル、前記第二の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の送信インダクタコイル、前記第一の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第一の受信インダクタコイル、及び前記第二の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルはボリュームコイルである、請求項３２又は３３に記載のポータブル分光計。
【請求項３５】
前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタは各々、往路送信インダクタコイルと帰路送信コイルを含み、
前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは各々、往路受信インダクタコイルと帰路受信インダクタコイルを含む、
請求項３２〜３４の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項３６】
前記送信及び受信バンドパスフィルタは、少なくとも３次バンドパスフィルタである、請求項３２又は３５に記載のポータブル分光計。
【請求項３７】
前記第一の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルと前記第二の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルは各々、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられて、円偏光又は楕円偏光の少なくとも一方であるＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させる斜め巻き余弦波コイルである、請求項３２〜３６の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項３８】
前記第一の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの受信インダクタコイルと、前記第二の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルは各々、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられる斜め巻き余弦波コイルである、請求項３２〜３７の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項３９】
前記共通軸は静磁場（Ｂ０）の軸と直交する、請求項３７又は３８に記載のポータブル分光計。
【請求項４０】
前記共鳴信号は、横平面内の磁化の減衰によって発生される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号である、請求項３２〜３９の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４１】
前記受信ユニットは、２つの前記斜め巻き余弦波コイルにより受信された前記ＦＩＤ信号の和と差を用いて、２つの横空間軸への磁化の投射を区別する、請求項３８に従属する請求項４０に記載のポータブル分光計。
【請求項４２】
前記第一及び第二の受信経路の各々は、
前記受信バンドパスフィルタの出力に連結された一次巻き線を含むトランスであって、ガルバニック絶縁、インピーダンスマッチング、及びコモンモード雑音除去を提供するように構成されたトランスと、
前記トランスの二次巻き線の第一のノードに連結された低雑音増幅回路（ＬＮＡ）であって、フィルタ処理された共鳴信号において低雑音指数を実現し、均一な分光雑音分布を提供するように構成されたＬＮＡと、
前記低雑音増幅回路の出力に連結された可変利得増幅回路（ＶＧＡ）であって、前記フィルタ処理された共鳴信号をブーストし、全体的な受信雑音を最小化するように構成されたＶＧＡと、
前記可変利得増幅回路の出力に連結された局所発信機（ＬＯ）であって、中間間周波数を発生させるように構成されたＬＯと、
前記ＬＯの出力に連結されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
を含む、請求項３２〜４１の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４３】
前記トランスの前記二次巻き線の第二のノードは、ローカルグラウンド参照のためにセンタタップされ、前記トランスの巻き数比は最適なインピーダンスマッチングのために選択される、請求項４２に記載のポータブル分光計。
【請求項４４】
前記トランスはワイドバンドトランスバランを含む、請求項４２又は４３に記載のポータブル分光計。
【請求項４５】
前記ＬＮＡはＧａＡｓＥ−ｐＨＥＭＴ技術で形成され、１ｄＢ未満の雑音指数を提供するように構成される、請求項４２〜４４の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４６】
前記ＶＧＡは、過負荷を防止するために前記ＶＧＡの利得を自動的に削減するように構成された自動利得コントローラ（ＡＧＣ）を含む、請求項４２〜４５の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４７】
前記局所発信機は、少なくとも１００ｋＨｚの周波数オフセットのために構成される、請求項４２〜４６の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４８】
前記受信ユニットにより生成される雑音は、入力換算（ＲＴＩ）で１．１ｎＶ／√Ｈｚ未満である、請求項３２〜４７の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４９】
前記プロセッサユニットは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の少なくとも一方を含む、請求項３２〜４８の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項５０】
前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタは、少なくとも１つの同位体ラーモア周波数を含む第一の通過帯域周波数範囲を通過させるように構成される、請求項３２〜４９の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項５１】
前記第一の通過帯域周波数範囲は２つの同位体ラーモア周波数を含み、前記送信バンドパスフィルタは異核測定をサポートするように構成される、請求項５０に記載のポータブル分光計。
【請求項５２】
前記２つの同位体ラーモア周波数は、フッ素（１９Ｆ）と水素（１Ｈ）のラーモア周波数に関する、請求項５１に記載のポータブル分光計。
【請求項５３】
前記第一の通過帯域周波数範囲は６０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚである、請求項５０又は５２に記載のポータブル分光計。
【請求項５４】
前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは、少なくとも１つの同位体ラーモア周波数を含む第二の通過帯域周波数範囲を通過させるように構成される、請求項３２〜５３の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項５５】
ポータブル分光計を使ってサンプルに対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を行う方法において、
静磁場（Ｂ０）を前記サンプルに印加することと、
高周波（ＲＦ）源を使って、同相成分と直角成分を有するパルスＲＦ信号を発生させることと、
前記パルスＲＦ信号の前記同相成分を送信ユニットの第一の送信バンドパスフィルタに送信して、フィルタ処理された同相ＲＦ成分を発生させることと、
前記パルスＲＦ信号の前記直角成分を、前記送信ユニットの第二の送信バンドパスフィルタを通じて送信し、フィルタ処理された直角ＲＦ成分を発生させることと、を含み、前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタは、測定対象の代謝産物の少なくとも１つのラーモア周波数を含む第一のバンドパス範囲を有し、
前記フィルタ処理された同相ＲＦ成分を前記第一の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルに印加し、前記フィルタ処理された直角ＲＦ成分を前記第二の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルに印加することによって、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させることと、
前記パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を前記サンプルに印加することと、
前記サンプルによって生成された共鳴信号の同相成分を、受信ユニットの第一の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の受信インダクタコイルを使って受信することと、
前記サンプルによって生成された前記共鳴信号の直角成分を、前記受信ユニットの第二の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルを使って受信することと、を含み、前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは、前記測定対象の代謝産物の前記少なくとも１つのラーモア周波数を含む第二の通過帯域範囲を有し、
前記共鳴信号の前記同相成分を、前記第一の受信バンドパスフィルタに通して、前記共鳴信号のフィルタ処理された同相成分を生成することと、
前記共鳴信号の前記直角成分を、前記第二の受信バンドパスフィルタに通して、前記共鳴信号のフィルタ処理された直角成分を発生させることと、
を含む方法。
【請求項５６】
前記共鳴信号は、横平面内の磁化の減衰によって生成される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記共鳴信号の前記同相成分と前記直角成分の各々を低雑音増幅回路、可変利得増幅回路、局所発信機、及びアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に通すことをさらに含む、請求項５５又は５６に記載の方法。
【請求項５８】
ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器のボアを通じて均一な静磁場（Ｂ０）を発生させるための小型磁石アセンブリにおいて、
対称軸（ｚ軸）の周囲で回転される軸対称セグメント永久磁石アセンブリであって、前記永久磁石は、前記ボアを通じて空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）を発生させるように構成され、前記永久磁石アセンブリは、
前記ボアの上に＋ｚ方向に積み重ねられ、前記＋ｚ方向への磁化を有する上側ディスクコーン磁石セグメントと、
前記ボアの下に−ｚ方向に積み重ねられ、前記＋ｚ方向への磁化を有する下側ディスクコーン磁石セグメントと、
前記ボアから半径方向（ｒ）に外側に＋ｒ方向に配置され、前記−ｚ方向への磁化を有する中央リング磁石セグメントであって、前記中央リング磁石が前記ボアの少なくとも一部を取り囲み、前記ボアへのアクセス開口は遮らないままとする中央リング磁石セグメントと、
前記中央リングセグメントの上方に前記＋ｚ方向に積み重ねられ、前記上側ディスクコーン磁石セグメントから半径方向に外側に前記＋ｒ方向に配置される上側リング磁石セグメントであって、前記＋ｒ方向への磁化を有する上側リング磁石セグメントと、
前記中央リングセグメントの下方に前記−ｚ方向に積み重ねられ、前記下側ディスクコーン磁石セグメントから半径方向に外側に前記＋ｒ方向に配置された下側リング磁石セグメントと、
を含み、前記上側リング磁石セグメントは前記−ｒ方向への磁化を有し、各磁石セグメントにより生成された前記磁場の重畳によって前記対称軸に沿って前記ボアを通じて前記空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）が生成される、軸対称セグメント永久磁石アセンブリと、
前記空間的に均一に近い静磁場に空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置と、
を含む小型磁石アセンブリ。
【請求項５９】
前記磁石ボアを通じて生成された前記均一な静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラより強い、請求項５８に記載のアセンブリ。
【請求項６０】
前記ボアを通じて生成された前記均一な静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラ〜約２テスラである、請求項５８に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
前記均一な静磁場（Ｂ０）の磁場均一度は約０．１ｐｐｍ未満である、請求項５８〜６０の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６２】
前記静磁場（Ｂ０）の磁場均一度は実質的に０．０１ｐｐｍである、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記永久磁石は、５ガウス磁力線の３次元閉じ込めによって特徴付けられる、請求項５８〜６２の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６４】
前記永久磁石アセンブリの各磁石セグメントは、前記永久磁石アセンブリ内での各磁石セグメントにより生成される前記磁場の重畳を可能にする硬質永久磁石合金で形成される、請求項５８〜６３の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６５】
前記硬質永久磁石合金はネオジム（ＮｄＦｅＢ）である、請求項６４に記載のアセンブリ。
【請求項６６】
前記中央リング磁石セグメントは、高い反転保磁場に対抗するためにＮ４０グレードＮｄＦｅＢで形成され、前記上側及び下側上側リング磁石セグメントは、最適な磁場閉じ込めを提供するためにＮ４０グレードＮｄＦｅＢで形成される、請求項６５に記載のアセンブリ。
【請求項６７】
前記中央リング磁石セグメントの、前記ボアに面する内面は、半径方向に内側に湾曲し、前記ボアを通じて生成される前記空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）の前記均一度を改善するように構成される補正磁石セグメントを含む、請求項５８〜６６の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６８】
前記補正磁石セグメントは、高透磁性軟鋼から形成される磁極片である、請求項６７に記載のアセンブリ。
【請求項６９】
前記シミング装置は、リチウムイオン（Ｌｉ−イオン）バッテリにより電源供給される、請求項５８〜６８の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項７０】
前記ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器は、家庭用に構成された小型で携帯可能な形態で提供され、糖尿病患者のほか、その他の代謝産物障害を患う患者が前記機器をより頻繁に使用するのを奨励するように構成され、それによって頻繁なグルコース又はその他の代謝産物試験を容易にする、請求項５８〜６９の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項７１】
空間的に均一に近い静磁場に空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置において、
円形の構成に配置された複数の直線電流導体を含み、前記複数の直線電流導体は、前記円形構成の円周に沿って均等に離間されるシミング装置。
【請求項７２】
前記複数の直線電流導体の各々は、それぞれのＤＣ電流によって駆動され、前記複数の直線電流導体の各々は均一な密度を有する、請求項７１に記載のシミング装置。
【請求項７３】
前記複数の直線電流導体のそれぞれのＤＣ電流の電流分布は、前記円形構成の前記円周に沿った前記直線電流導体の角度位置に応じて異なるＤＣ電流の正弦分布であり、高次シムモードを生成するように構成される、請求項７２に記載のシミング装置。
【請求項７４】
前記空間的に均一に近い静磁場は、ｎ個の第一の係数を有する第一のｎ次多項式として表現可能であり、
前記複数の直線導体は、ｍ個の直線電流導体を含み、前記ｍ個の直線電流導体の各直線電流導体は、ｎ個の電流モードの重ね合わせである振幅を有する電流を搬送し、各電流モードは主として前記第一のｎ次多項式内の項に対応する、
請求項７３に記載のシミング装置。
【請求項７５】
前記シミング装置により生成される前記空間磁場補正は、所望の補償的ｎ次静磁場（Ｂ０）磁場多項式を生成するために必要なモード電流の振幅に対応するｎ個の第二の係数を有する第二のｎ次多項式として表現され、
前記ｎ個の第一の係数と前記ｎ個の第二の係数との間に直線関係がある、
請求項７４に記載のシミング装置。
【請求項７６】
空間的に均一に近いプロファイルを有する静磁場のための空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置において、第一及び第二の同心円状電流導体の第一及び第二の集合を含み、
前記同心円状電流導体の第一の集合の各同心円状導体は、前記静磁場の軸に沿って、前記電流導体の第二の集合の対応する同心円状電流導体から離間され、それと反対側に配置されて、複数の電流導体ペアを形成し、各電流導体は、前記静磁場の前記空間的に均一に近いプロファイルを補正するための補償的磁場を生成するシミング装置。
【請求項７７】
前記複数の電流導体の各々はそれぞれのＤＣ電流により駆動される、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項７８】
少なくとも１つの電流導体ペアは、前記電流導体ペア内の各コイルのコイル半径が、前記導体ペアの前記コイル間の間隔と実質的に等しくなるように構成され、それによって、ヘルムホルツ条件を満たし、前記導体ペアは前記導体ペアのコイル間に線形磁場勾配を生成する、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項７９】
前記複数の電流導体はＤＣ−ＤＣ変換器に連結され、前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、ＤＣ電源からの電流をステップアップして、前記複数の電流導体の各々への電流をブーストするように構成され、前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、前記シミング装置が前記静磁場により大きい空間磁場補正を提供するために各電流導体のシミング能力を変化させることができるようにする、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８０】
前記第一及び第二の集合の各々の中の前記電流導体は相互にオフセットされ、前記オフセットは約１０度〜４５度のオフセットの範囲である、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８１】
前記同心円状電流導体の第一及び第二の集合の各々はディスク構成に配置され、前記ディスク構成はディスク半径を有し、各電流導体の直径は前記ディスク半径より小さい、請求項８０に記載のシミング装置。
【請求項８２】
前記同心円状電流導体の第一及び第二の集合の各々はディスク構成に配置され、前記ディスク構成はディスク半径を有し、各電流導体の直径は前記ディスク半径とほぼ等しい、請求項８０に記載のシミング装置。
【請求項８３】
方位角と共に変化する静磁場のための空間磁場補正を生成するように構成される、請求項８０〜８２の何れか１項に記載のシミング装置。
【請求項８４】
前記電流導体の第一及び第二の集合の各々は、複数の入れ子状電流導体を含み、各電流導体は、前記静磁場（Ｂ０）の軸と同一直線上の中心点を有する、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８５】
各電流導体により生成される前記磁場は、球面関数の多項式展開を用いて表現され、各電流導体は偶数及び奇数の両方の多項式項を生成する、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８６】
異なる半径を有する電流導体は、線形独立の多項式係数ベクトルを生成し、それによって、磁石ボア内に前記静磁場を生成する軸対称永久磁石アセンブリの磁石ボアの体積内に、何れの所望の方位角対称補償磁場も生成されるようにすることができる、請求項８５に記載のシミング装置。
【請求項８７】
ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を用いたサンプル内の小分子代謝産物の濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化の方法において、
前記代謝産物に関連付けられる複数の共鳴特徴から、高分解能共鳴特徴の小集合を選択することと、
均一な静磁場（Ｂ０）を印加して、前記サンプルの磁化を誘導することと、
第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を前記サンプルに印加することであって、前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、前記高分解能共鳴特徴の小集合の共鳴特徴に関連付けられる少なくとも１つのラーモア周波数を含む周波数範囲で印加される、印加することと、
前記サンプルにより生成される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号を検出することと、
を含む方法。
【請求項８８】
前記小分子代謝産物は、グルコース、グリコーゲン、ＢＨＢ、及びケトアシドーシスマーカのうちの少なくとも１つを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
血液中を流れる小分子代謝産物を静止した小分子代謝産物と区別するために磁気共鳴速度測定法（ＭＲＶ）が使用される、請求項８７又は８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記高分解能共鳴特徴の小集合は、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）により特徴付けられる、請求項８７〜８９の何れか１項に記載の方法。
【請求項９１】
関連する前記複数の共鳴特徴は、前記代謝産物に関連する複数の化学シフト共鳴を含む、請求項８７〜９０の何れか１項に記載の方法。
【請求項９２】
小型ポータブルＮＭＲ機器において、
磁気シールドを提供するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された永久磁石アセンブリであって、前記永久磁石アセンブリは、前記永久磁石アセンブリの長さ方向軸の一部に沿ったボアを有し、前記長さ方向軸に沿った向きの均等に近い磁場Ｂ０を生成するための軸対称磁化を合同で提供する複数の磁気要素を有し、前記磁気要素の１つはサンプルを受ける大きさのサンプルキャビティを有する永久磁石アセンブリと、
前記永久磁石アセンブリと前記ハウジングとの間に設置され、内部空間を提供する中空フレームと、
前記均等に近い磁場Ｂ０に空間磁場補正を提供するための、前記長さ方向軸に設置されたコイルを備えるシミングアセンブリと、
前記フレームの中空空間内に設置され、前記磁気ボアに連結された分光計であって、前記サンプルに磁気刺激パルスを印加し、前記サンプル内の水素プロトンのアンサンブルによって生成される自由誘導遅延信号を測定する制御ユニットを有する分光計と、
を含む小型ポータブルＮＭＲ機器。
【請求項９３】
前記ハウジングは、卓上クレードル内に保持される大きさであり、前記サンプルキャビティは、前記サンプルを保持するサンプルインサートを受ける大きさである、請求項９２に記載の機器。
【請求項９４】
前記ハウジングは被験者が手で握る大きさであり、前記サンプルは、前記被験者の指又は親指により提供され、前記サンプルキャビティは、前記被験者の１本の指を受ける大きさである、請求項９２に記載の機器。
【請求項９５】
測定中に前記サンプルキャビティへのアクセスを選択的に可能にするスライドドアをさらに含む、請求項９２〜９４の何れか１項に記載の機器。
【請求項９６】
前記機器を作動させるために触れることのできるタッチセンサをさらに含む、請求項９２〜９５の何れか１項に記載の機器。
【請求項９７】
ユーザインタフェースを提供し、測定結果を表示するディスプレイをさらに含む、請求項９２〜９６の何れか１項に記載の機器。
【請求項９８】
前記制御ユニットが遠隔機器と通信し、制御データ及び測定結果を受信できるようにするための通信モジュールをさらに含む、請求項９２〜９７の何れか１項に記載の機器。
【請求項９９】
前記制御ユニットは、請求項１〜３１、５５〜５７、又は８７〜９１の何れか１項に記載の方法を実行するように構成される、請求項９２〜９８の何れか１項に記載の機器。
【請求項１００】
前記分光計は、請求項３２〜５４の何れか１項により定義される、請求項９２〜９９の何れか１項に記載の機器。
【請求項１０１】
前記永久磁石アセンブリは、請求項５８〜６８及び７０の何れか１項により定義される、請求項９２〜１００の何れか１項に記載の機器。
【請求項１０２】
前記シミング装置は、請求項６９、７１〜８６の何れか１項により定義される、請求項９２〜１０１の何れか１項に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年９月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／７３１，５７６号の利益を主張するものであり、米国仮特許出願第６２／７３１，５７６号の内容の全体を参照によって本願に援用する。
【０００２】
分野
本明細書には、一般に代謝産物レベルの測定及び、特に代謝産物レベルのｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的測定のためのポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ：nuclear magnetic resonance）機器に関する各種の実施形態が記載される。
【背景技術】
【０００３】
背景
血液サンプル中の代謝産物レベル測定する従来の技術は、侵襲的で、不正確で、繰返し性がないことが多い。例えば、現在の血糖測定技術では、被検者の皮膚をランセットで穿刺し、少量の血液サンプルを生化学反応性の使い捨ての単一用途の試験紙に載せる必要がある。血液サンプルごとに新しく載せなければならない。皮膚を何度も穿刺することのほか、各サンプルバッチ用の新品の試験紙を購入することに伴う費用負担は、多くの場合、頻繁にグルコース試験を行う上での障害となっている。これは、１型糖尿病又は進行した２型糖尿病患者や、確実に適正なインシュリン投与の決定を下すために頻繁で正確な試験を必要とする個人にとって、特に問題である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
各種の実施形態の概要
本願の教示の広い態様によれば、ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を用いたサンプル中のグルコース濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化のための方法の少なくとも１つの実施形態が提供され、方法は、均一な静磁場（Ｂ０）を印加して、サンプルの磁化を誘導することと、サンプル内にある水の磁化によって生成される水信号を、周波数選択的抑制を用いて抑制することと、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加して、グルコース水素プロトンのアンサンブルを励起させることと、グルコース水素プロトンのアンサンブルの緩和により生成される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号を検出することと、を含む。
【０００５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、水信号を抑制することは、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加して、水の磁化を横平面上へと回転させることと、ディフェージングパルス傾斜を水信号に適用して、そのスピン歳差運動のコヒーレンスをディフェーズすることをさらに含み、水抑制は水信号の変調側波帯を低減させるために行われる。
【０００６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラ〜約２テスラの強度を有する。
【０００７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、静磁場（Ｂ０）は、約０．０１ｐｐｍ〜約０．１ｐｐｍ未満の磁場均一度を有する。
【０００８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、表現｜ｓｉｎｃ２（πΔｆτ）｜によって定義され、２τはパルスの持続時間である励起プロファイルを有するように生成することを含む。
【０００９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、表現｜ｓｉｎｃ（πΔｆτ）｜によって定義され、τはパルスの持続時間である励起プロファイルを有するように生成することを含む。
【００１０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、中心が水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）となるように第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を発生させることを含み、τは、τ＝（ｆＨ２Ｏ−ｆβ−ｇｌｃ）−１で定義され、ｆβ−ｇｌｃはベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンの共鳴周波数である。
【００１１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、約１．６８テスラの静磁場（Ｂ０）を発生させることを含み、水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）は約７１．５ＭＨｚであり、τは約１６３ミリ秒である。
【００１２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、低デューティサイクルのエンベロープ変調パルストレインを発生させることによって提供することを含む。
【００１３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、Delays Alternating with Nutation for Tailored Excitation（ＤＡＮＴＥ）技術を使って発生させることを含む。
【００１４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、双曲線セカントパルスとして実装される。
【００１５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、振幅の大きい第二の刺激ＲＦパルス（Ｂ１）を発生させることによって、水信号の抑制を増大させることを含む。
【００１６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ディフェージングパルス傾斜はＤＣ結合シムコイルの集合によって発生させられる。
【００１７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、グルコース水素プロトンのアンサンブルは、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンとベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンを含む。
【００１８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、グルコース水素プロトンのアンサンブルの正味磁気モーメントが横平面へと回転されるように発生させることを含む。
【００１９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンとベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンのラーモア周波数を含む周波数範囲の第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を発生させることを含む。
【００２０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンのラーモア周波数は５．２２３ｐｐｍであり、ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンのラーモア周波数は４．６３４ｐｐｍである。
【００２１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、左回り円偏光となるように第一の刺激磁場（Ｂ１）を発生させることを含む。
【００２２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第一の刺激場（Ｂ１）を約１．５ｍｓ未満にわたって印加して、指数関数的速度Ｔ２＊のグルコース水素プロトンのアンサンブルの横緩和減衰を低減させることを含む。
【００２３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第一の刺激場（Ｂ１）と第二の刺激場（Ｂ１）を、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられる斜め巻き余弦波コイルを使って発生させることを含む。
【００２４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、グルコース水素プロトンのアンサンブルに等核デカップリングを適用することをさらに含み、等核デカップリングを適用することは、アルファグルコースアノマ２ＣＨ水素結合プロトン及びベータグルコースアノマ２ＣＨ水素結合プロトンの共鳴周波数の低連続波照射パルスを印加することを含む。
【００２５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、アルファ及びベータアノマ２ＣＨ水素結合プロトンの共鳴周波数は、それぞれ３．５１９ｐｐｍ及び３．２３ｐｐｍである。
【００２６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、等核デカップリングは、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加することと少なくとも部分的に重複して、グルコース水素プロトンのアンサンブルを励起させる。
【００２７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）をＦＩＤ信号に適用して、ＦＩＤ信号を磁気共鳴周波数スペクトルに変換することをさらに含む。
【００２８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、サンプル中のグルコース濃度を、共鳴周波数スペクトル内でのアルファグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトン及びベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンに関する共鳴ピークの振幅の１対１のマッピングに基づいて特定することをさらに含む。
【００２９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、サンプル中のグルコース濃度を特定することは、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトン及びベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンに関する共鳴ピークの振幅を既知のグルコース濃度参照基準と相関させることを含む。
【００３０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、サンプル中のグルコース濃度を特定することは、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトン及びベータグルコースアノマ１ＣＨ水素結合プロトンの共鳴ピークのアノマ比を特定することを含む。
【００３１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加する前に、非選択的反転回復シーケンスを使用することによって高分子応答を無効にすることをさらに含む。
【００３２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加する前に、非選択的反転回復シーケンスを使用することによってグルコース水素プロトンのアンサンブルの応答を無効にし、高分子応答を測定することをさらに含む。
【００３３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、血液中を流れるグルコース分子を静止グルコース分子と区別するために磁気共鳴速度測定法（ＭＲＶ：magnetic resonance velocimetry）が使用される。
【００３４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、グルコース濃度は、０．９５統計的信頼度で＋／−２％未満の誤差で特定される。
【００３５】
本願の教示の他の広い態様によれば、サンプルに対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を実行する中で使用されるポータブル分光計の少なくとも１つの実施形態が提供され、ポータブル分光計は、同相成分と直角成分を有するパルスＲＦ信号を生成するように構成された高周波（ＲＦ）源と、パルスＲＦ信号を受信し、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を生成するように構成された送信ユニットであって、ＲＦ信号の同相成分を受信し、ＲＦ刺激場の同相成分を生成する少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルを備える第一の送信バンドパスフィルタを有する第一の送信経路と、ＲＦ信号の直角成分を受信し、ＲＦ刺激場の直角成分を生成する少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルを備える第二の送信バンドパスフィルタを有する第二の送信経路を含む送信ユニットと、サンプルによってパルスＲＦ刺激場（Ｂ１）に応答して生成される共鳴信号を受信するように構成された受信ユニットであって、共鳴信号の同相成分を受信する少なくとも１つの第一の受信インダクタコイルを備える第一の受信バンドパスフィルタを有する第一の受信経路と、共鳴信号の直角成分を受信する少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルを備える第二の受信バンドパスフィルタを備える第二の受信経路を含む受信ユニットと、ＲＦ源、送信ユニット、及び受信ユニットに連結されるプロセッサユニットであって、制御信号をＲＦ源に送信してパルスＲＦ信号を生成し、このパルスＲＦ信号を送信ユニットに送信してパルスＲＦ刺激場（Ｂ１）が生成されるようにすることによってポータブル分光計の動作を制御するように構成され、受信ユニットからの共鳴信号の同相及び直角成分を受信するように構成され、プロセッサが、（ａ）共鳴信号の同相及び直角成分をプロセッサユニットのメモリユニット内に事後解析のために保存すること、及び（ｂ）共鳴信号の同相及び直角成分についての分析を行って、サンプルの代謝産物の濃度を特定することのうちの少なくとも一方を実行するプロセッサユニットと、を含む。
【００３６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一及び第二の送信バンドパスフィルタと第一及び第二の受信バンドパスフィルタは各々、Ｔトポロジローパスフィルタから合成される差動バンドパスフィルタである。
【００３７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の送信インダクタコイル、第二の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の送信インダクタコイル、第一の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つとの第一の受信インダクタコイル、及び第二の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルはボリュームコイルである。
【００３８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一及び第二の送信バンドパスフィルタは各々、往路送信インダクタコイルと帰路送信コイルを含み、第一及び第二の受信バンドパスフィルタは各々、往路受信インダクタコイルと帰路受信インダクタコイルを含む。
【００３９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、送信及び受信バンドパスフィルタは、少なくとも３次バンドパスフィルタである。
【００４０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルと第二の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルは各々、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられて、円偏光又は楕円偏光の少なくとも一方であるＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させる斜め巻き余弦波コイルである。
【００４１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの受信インダクタコイルと、第二の受信バンドパスフィルタ少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルは各々、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられる斜め巻き余弦波コイルである。
【００４２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、共通軸は静磁場（Ｂ０）の軸と直交する。
【００４３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、共鳴信号は、横平面内の磁化の減衰によって発生される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号である。
【００４４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、受信ユニットは、２つの斜め巻き余弦波コイルにより受信されたＦＩＤ信号の和と差を用いて、２つの横空間軸への磁化の投射を区別する。
【００４５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一及び第二の受信経路の各々は、受信バンドパスフィルタの出力に連結された一次巻き線を含むトランスであって、ガルバニック絶縁、インピーダンスマッチング、及びコモンモード雑音除去を提供するように構成されたトランスと、トランスの二次巻き線の第一のノードに連結された低雑音増幅回路（ＬＮＡ）であって、フィルタ処理された共鳴信号において低雑音指数を実現し、均一な分光雑音分布を提供するように構成されたＬＮＡと、低雑音増幅回路の出力に連結された可変利得増幅回路（ＶＧＡ）であって、フィルタ処理された共鳴信号をブーストし、全体的な受信雑音を最小化するように構成されたＶＧＡと、可変利得増幅回路の出力に連結された局所発信機（ＬＯ）であって、中間間周波数を発生させるように構成されたＬＯと、ＬＯの出力に連結されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、を含む。
【００４６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、トランスの二次巻き線の第二のノードは、ローカルグラウンド参照のためにセンタタップされ、トランスの巻き数比は最適なインピーダンスマッチングのために選択される。
【００４７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、トランスはワイドバンドトランスバランを含む。
【００４８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ＬＮＡはＧａＡｓＥ−ｐＨＥＭＴ技術で形成され、１ｄＢ未満の雑音指数を提供するように構成される。
【００４９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ＶＧＡは、過負荷を防止するためにＶＧＡの利得を自動的に削減するように構成された自動利得コントローラ（ＡＧＣ）を含む。
【００５０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、局所発信機は、少なくとも１００ｋＨｚの周波数オフセットのために構成される。
【００５１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、受信ユニットにより生成される雑音は、入力換算（ＲＴＩ）で１．１ｎＶ／√Ｈｚ未満である。
【００５２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、プロセッサユニットは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の少なくとも一方を含む。
【００５３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一及び第二の送信バンドパスフィルタは、少なくとも１つの同位体ラーモア周波数を含む第一の通過帯域周波数範囲を通過させるように構成される。
【００５４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一の通過帯域周波数範囲は、２つの同位体ラーモア周波数を含み、送信バンドパスフィルタは異核測定をサポートするように構成される。
【００５５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、２つの同位体ラーモア周波数は、フッ素（１９Ｆ）と水素（１Ｈ）のラーモア周波数に関する。
【００５６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一の通過帯域周波数範囲は６０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚである。
【００５７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一及び第二の受信バンドパスフィルタは、少なくとも１つの同位体ラーモア周波数を含む第二の通過帯域周波数範囲を通過させるように構成される。
【００５８】
本願の教示の他の広い態様によれば、ポータブル分光計を使ってサンプルに対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を行う方法の少なくとも１つの実施形態が提供され、方法は、静磁場（Ｂ０）をサンプルに印加することと、高周波（ＲＦ）源を使って、同相成分と直角成分を有するパルスＲＦ信号を発生させることと、パルスＲＦ信号の同相成分を送信ユニットの第一の送信バンドパスフィルタに送信して、フィルタ処理された同相ＲＦ成分を発生させることと、パルスＲＦ信号の直角成分を、送信ユニットの第二の送信バンドパスフィルタを通じて送信し、フィルタ処理された直角ＲＦ成分を発生させることと、を含み、第一及び第二の送信バンドパスフィルタは、測定対象の代謝産物の少なくとも１つのラーモア周波数を含む第一のバンドパス範囲を有し、また、フィルタ処理された同相ＲＦ成分を第一の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルに印加し、フィルタ処理された直角ＲＦ成分を第二の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルに印加することによって、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させることと、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）をサンプルに印加することと、サンプルによって生成された共鳴信号の同相成分を、受信ユニットの第一の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の受信インダクタコイルを使って受信することと、サンプルによって生成された共鳴信号の直角成分を、受信ユニットの第二の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルを使って受信することと、を含み、第一及び第二の受信バンドパスフィルタは、測定対象の代謝産物の少なくとも１つのラーモア周波数を含む第二の通過帯域範囲を有し、また、共鳴信号の同相成分を、第一の受信バンドパスフィルタに通して、共鳴信号のフィルタ処理された同相成分を生成することと、共鳴信号の直角成分を、第二の受信バンドパスフィルタに通して、共鳴信号のフィルタ処理された直交成分を発生させることと、を含む。
【００５９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、共鳴信号は、横平面内の磁化の減衰によって生成される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号である。
【００６０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、方法は、共鳴信号の同相成分と直角成分の各々を低雑音増幅回路、可変利得増幅回路、局所発信機、及びアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に通すことをさらに含む。
【００６１】
本願の教示の他の広い態様によれば、ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器のボアを通じて均一な静磁場（Ｂ０）を発生させるための小型磁石アセンブリの少なくとも１つの実施形態が提供され、小型磁石アセンブリは、対称軸（ｚ軸）の周囲で回転される軸対称セグメント永久磁石アセンブリであって、永久磁石は、ボアを通じて空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）を発生させるように構成され、永久磁石アセンブリは、ボアの上に＋ｚ方向に積み重ねられ、＋ｚ方向への磁化を有する上側ディスクコーン磁石セグメントと、ボアの下に−ｚ方向に積み重ねられ、＋ｚ方向への磁化を有する下側ディスクコーン磁石セグメントと、ボアから半径方向（ｒ）に外側に＋ｒ方向に配置され、−ｚ方向への磁化を有する中央リング磁石セグメントであって、中央リング磁石がボアの少なくとも一部を取り囲み、ボアへのアクセス開口は遮らないままとする中央リング磁石セグメントと、中央リングセグメントの上方に＋ｚ方向に積み重ねられ、上側ディスクコーン磁石セグメントから半径方向に外側に＋ｒ方向に配置される上側リング磁石セグメントであって、＋ｒ方向への磁化を有する上側リング磁石セグメントと、中央リングセグメントの下方に−ｚ方向に積み重ねられ、下側ディスクコーン磁石セグメントから半径方向に外側に＋ｒ方向に配置された下側リング磁石セグメントと、を含み、上側リング磁石セグメントは−ｒ方向への磁化を有し、各磁石セグメントにより生成された磁場の重畳によって対称軸に沿ってボアを通じて空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）が生成される軸対称セグメント永久磁石アセンブリと、空間的に均一に近い静磁場に空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置と、を含む。
【００６２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、磁石ボアを通じて生成された均一な静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラより大きい。
【００６３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ボアを通じて生成された均一な静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラ〜約２テスラである。
【００６４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、均一な静磁場（Ｂ０）の磁場均一度は約０．１ｐｐｍ未満である。
【００６５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、静磁場（Ｂ０）の磁場均一度は実質的に０．０１ｐｐｍである。
【００６６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、永久磁石は、５ガウス磁力線の３次元閉じ込めによって特徴付けられる。
【００６７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、永久磁石アセンブリの各磁石セグメントは、永久磁石アセンブリ内での各磁石セグメントにより生成される磁場の重畳を可能にする硬質永久磁石合金で形成される。
【００６８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、硬質永久磁石合金はネオジム（ＮｄＦｅＢ）である。
【００６９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、中央リング磁石セグメントは、高い反転保磁場に対抗するためにＮ４０グレードＮｄＦｅＢで形成され、上側及び下側上側リング磁石セグメントは、最適な磁場閉じ込めを提供するためにＮ４０グレードＮｄＦｅＢで形成される。
【００７０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、中央リング磁石セグメントの、ボアに面する内面は、半径方向に内側に湾曲し、ボアを通じて生成される空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）の均一度を改善するように構成される補正磁石セグメントを含む。
【００７１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、補正磁石セグメントは、高透磁性軟鋼から形成される磁極片である。
【００７２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、シミング装置は、リチウムイオン（Ｌｉ−イオン）バッテリにより電源供給される。
【００７３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器は、家庭用に構成された小型で携帯可能な形態で提供され、糖尿病患者のほか、その他の代謝産物障害を患う他の患者は機器をより頻繁に使用するように促されるように構成され、それによって頻繁なグルコース又はその他の代謝産物試験が容易となる。
【００７４】
本願の教示の他の広い態様によれば、空間的に均一に近い静磁場に空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置の少なくとも１つの実施形態が提供され、シミング装置は、円形の構成に配置された複数の直線電流導体を含み、複数の直線電流導体は、円形構成の円周に沿って均等に離間される。
【００７５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、複数の直線電流導体の各々は、それぞれのＤＣ電流によって駆動され、複数の直線電流導体の各々は均一な密度を有する。
【００７６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、複数の直線電流導体のそれぞれのＤＣ電流の電流分布は、円形構成の円周に沿った直線電流導体の角度位置に応じて異なるＤＣ電流正弦分布であり、シミング装置は、高次シムモードを生成するように構成される。
【００７７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、空間的に均一に近い静磁場は、ｎ個の第一の係数を有する第一のｎ次多項式として表現可能であり、複数の直線導体は、ｍ個の直線電流導体を含み、ｍ個の直線電流導体の各直線電流導体は、ｎ個の電流モードの重ね合わせである振幅を有する電流を搬送し、各電流モードは主として第一のｎ次多項式内の項に対応する。
【００７８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、シミング装置により生成される空間磁場補正は、所望の補償的ｎ次Ｂ０磁場多項式を生成するために必要なモード電流の振幅に対応するｎ個の第二の係数を有する第二のｎ次多項式として表現され、ｎ個の第一の係数とｎ個の第二の係数との間に直線関係がある。
【００７９】
本願の教示の他の広い態様によれば、空間的に均一に近いプロファイルを有する静磁場のための空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置が提供され、シミング装置は、同心円状電流導体の第一及び第二の集合を含み、同心円状電流導体の第一の集合の各同心円状導体は、静磁場の軸に沿って、電流導体の第二の集合の対応する同心円状電流導体から離間され、それと反対側に配置されて、複数の電流導体ペアを形成し、各電流導体は、静電場の空間的に均一に近いプロファイルを補正するための補償的磁場を生成する。
【００８０】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、複数の電流導体の各々はそれぞれのＤＣ電流により駆動される。
【００８１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの電流導体ペアは、電流導体ペア内の各コイルのコイル半径が、導体ペアのコイル間の間隔と実質的に等しくなるように構成され、それによって、ヘルムホルツ条件を満たし、導体ペアは導体ペアのコイル間に線形磁場勾配を生成する。
【００８２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、複数の電流導体はＤＣ−ＤＣ変換器に連結され、ＤＣ−ＤＣ変換器は、ＤＣ電源からの電流をステップアップして、複数の電流導体の各々への電流をブーストし、ＤＣ−ＤＣ変換器は、シミング装置が静磁場により大きい空間磁場補正を提供するために各電流導体のシミング能力を変化させることができるようにする。
【００８３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、第一及び第二の集合の各々の中の電流導体は相互にオフセットされ、オフセットは約１０度〜４５度のオフセットの範囲である。
【００８４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、同心円状電流導体の第一及び第二の集合の各々はディスク構成に配置され、ディスク構成はディスク半径を有し、各電流導体の直径はディスク半径より小さい。
【００８５】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、同心円状電流導体の第一及び第二の集合の各々はディスク構成に配置され、ディスク構成はディスク半径を有し、各電流導体の直径はディスク半径とほぼ等しい。
【００８６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、シミング装置は、方位角と共に変化する静磁場のための空間磁場補正を生成するように構成される。
【００８７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、電流導体の第一及び第二の集合の各々は、複数の入れ子状電流導体を含み、各電流導体は、静磁場（Ｂ０）の軸と同一直線上の中心点を有する。
【００８８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、各電流導体により生成される磁場は、球面関数の多項式展開を用いて表現され、各電流導体は偶数及び奇数の両方の多項式項を生成する。
【００８９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、異なる半径を有する電流導体は、線形独立の多項式係数ベクトルを生成し、それによって、磁石ボア内に静磁場を生成する軸対称永久磁石アセンブリの磁石ボアの体積内に、何れの所望の方位角対称補償磁場も生成されるようにすることができる。
【００９０】
本願の教示の他の広い態様によれば、ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を用いたサンプル内の小分子代謝産物の濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化の方法の少なくとも１つの実施形態が提供され、方法は、代謝産物に関連付けられる複数の共鳴特徴から、高分解能共鳴特徴の小集合を選択することと、均一な静電場（Ｂ０）を印加して、サンプルの磁化を誘導することと、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）をサンプルに印加することであって、第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、高分解能共鳴特徴の小集合の共鳴特徴に関連付けられる少なくとも１つのラーモア周波数を含む周波数範囲で印加される、印加するとと、サンプルにより生成される自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号を検出することと、を含む。
【００９１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、小分子代謝産物は、グルコース、グリコーゲン、ＢＨＢ、及びケトアシドーシスマーカのうちの少なくとも１つを含む。
【００９２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、血液中を流れる小分子代謝産物を静止した小分子代謝産物と区別するために磁気共鳴速度測定法（ＭＲＶ）が使用される。
【００９３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、高分解能共鳴特徴の小集合は、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）により特徴付けられる。
【００９４】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、関連する複数の共鳴特徴は、代謝産物に関連する複数の化学シフト共鳴を含む。
【００９５】
本願の教示の他の広い態様によれば、小型ポータブルＮＭＲ機器の少なくとも１つの実施形態が提供され、磁気シールドを提供するハウジングと、ハウジング内に配置された永久磁石アセンブリであって、永久磁石アセンブリの長さ方向軸の一部に沿ったボアを有し、長さ方向軸に沿った向きの均等に近い磁場Ｂ０を生成するための軸対称磁化を合同で提供する複数の磁気要素を有し、磁気要素の１つはサンプルを受ける大きさのサンプルキャビティを有する永久磁石アセンブリと、永久磁石アセンブリとハウジングとの間に設置され、内部空間を提供する中空フレームと、均等に近い磁場Ｂ０に空間磁場補正を提供するための、長さ方向軸に設置されたコイルを備えるシミングアセンブリと、フレームの中空空間内に設置され、磁気ボアに連結された分光計であって、サンプルに磁気刺激パルスを印加し、サンプル内の水素プロトンのアンサンブルによって生成される自由誘導遅延信号を測定する制御ユニットを有する分光計と、を含む。
【００９６】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ハウジングは、卓上クレードル内に保持される大きさであり、サンプルキャビティは、サンプルを保持するサンプルインサートを受ける大きさである。
【００９７】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、ハウジングは被験者が手で握る大きさであり、サンプルは、被験者の指又は親指により提供され、サンプルキャビティは、被験者の１本の指を受ける大きさである。
【００９８】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、機器は、測定中にサンプルキャビティへのアクセスを選択的に可能にするスライドドアをさらに含む。
【００９９】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、機器は、機器を作動させるために触れることのできるタッチセンサをさらに含む。
【０１００】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、機器は、ユーザインタフェースを提供し、測定結果を表示するディスプレイをさらに含む。
【０１０１】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、機器は、制御ユニットが遠隔機器と通信し、制御データ及び測定結果を受信できるようにするための通信モジュールをさらに含む。
【０１０２】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、制御ユニットは、ポータブルＮＭＲ機器を用いるサンプル内のグルコース濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化の方法、ポータブルＮＭＲ機器を用いるサンプル内の小分子代謝産物の濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化の方法、又はポータブル分光器を用いてサンプルに対してＮＭＲ分光法を実行する方法のうちの１つを含むがこれらに限定されない本願中の教示にしたがって記載される方法の１つを実行するように構成される。
【０１０３】
これらの実施形態の少なくとも１つにおいて、分光計、永久磁石アセンブリ、及びシミング装置は、本願の教示にしたがって定義される。
【０１０４】
本願のその他の特徴と利点は、以下の説明を添付の図面と共に読むことによって明らかとなるであろう。しかしながら、詳細の背説明と具体的な例は、本願の好ましい実施形態を示しているものの、例示のために提示されているにすぎないと理解すべきであり、なぜなら、当業者にとっては、この説明から本願の主旨と範囲内の様々な変更や改良が明らかとなるからである。
【０１０５】
図面の簡単な説明
本願に記載の様々な実施形態がよりよく理解されるように、また、これらの様々な実施形態がどのように実践され得るかをより明確に示すために、例えば添付の図面を参照するが、これらは少なくとも１つの例示的な実施形態を示しており、以下にこれらを説明する。図面は本明細書に記載の教示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１Ａ】ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を含むｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的代謝産物試験システムの例示的な実施形態を示す。
【図１Ｂ】研究所又は施設用に構成されたＮＭＲ機器を含むｉｎ−ｖｉｔｒｏ代謝産物試験システムの例示的な実施形態を示す。
【図２Ａ】静磁場（Ｂ０）に暴露された後の例示的な水素１Ｈプロトンを示す。
【図２Ｂ】水素１Ｈプロトンの磁化を横平面へと回転させる高周波（ＲＦ）刺激磁場（Ｂ１）に暴露された後の、図２Ａの例示的な水素１Ｈプロトンを示す。
【図２Ｃ】ＲＦ刺激磁場（Ｂ１）が除去された後に緩和して平衡磁場に戻る、図２Ａの例示的な水素１Ｈプロトンを示す。
【図２Ｄ】ＲＦ刺激磁場（Ｂ１）が除去された後に緩和して平衡磁場に戻る、図２Ａの例示的な水素１Ｈプロトンを示す。
【図２Ｅ】Ｔ１及びＴ２緩和の簡略化された例示的モデルを示す。
【図２Ｆ】Ｔ２緩和の結果として生成される、例示的な減衰する自由誘導遅延（ＦＩＤ）信号のプロットを示す。
【図３Ａ】グルコース分子内にある各種の１Ｈ水素プロトンの、各１Ｈ水素プロトンの化学シフト特性を考慮したラーモア周波数を示す例示的な核磁気共鳴（ＮＭＲ）プロットを示す。
【図３Ｂ】アルファアノマグルコース１ＣＨ水素基プロトンによって生成された共鳴ピークのみを使用するグルコース濃度測定の統計的信頼度レベルのプロットを示す。
【図３Ｃ】アルファ及びベータアノマグルコース１ＣＨ水素基プロトンの両方によって生成された共鳴ピークを使用するグルコース濃度測定の統計的信頼度レベルのプロットを示す。
【図３Ｄ】水信号抑制のための周波数選択的パルスを印加した後の例示的な強度の周波数応答のプロットを示す。
【図３Ｅ】例示的なパルス磁場勾配の効果の例を示す。
【図３Ｆ】磁気共鳴速度計測法（ＭＲＶ）中に使用される例示的な双極傾斜磁場を示す。
【図３Ｇ】図３Ｆの双極傾斜磁場の、静止スピンのプロトンと一定速度で移動するプロトンに対する影響を示す。
【図３Ｈ】アルファ及びベータアノマグルコース１ＣＨ水素基プロトン共鳴に基づく血糖濃度を測定するために適用可能な磁気信号シーケンスの例示的な実施形態を示す。
【図４Ａ】本願の教示にしたがって説明される少なくとも１つの実施形態による図１ＡのポータブルＮＭＲ機器の簡略ブロック図を示す。
【図４Ｂ】図１ＡのポータブルＮＭＲ機器の例示的な実施形態の簡略回路図である。
【図５Ａ】図１ＡのポータブルＮＭＲ機器で使用される送信回路の例示的な実施形態の回路図である。
【図５Ｂ】図１ＡのポータブルＮＭＲ機器で使用される受信器回路の例示的な実施形態の回路図である。
【図５Ｃ】図５Ａの送信回路又は図５Ｂの受信器回路で使用されるバンドパスフィルタに関する例示的な周波数応答を示す。
【図６】本願の教示による少なくとも１つの実施形態による図１ＡのポータブルＮＭＲ機器の中にある例示的なコイルセットの略図を示す。
【図７Ａ】図１Ａの切断線７−７’に沿った、本願の教示による少なくとも１つの実施形態によるポータブルＮＭＲ機器内にある永久磁石アセンブリを例示するポータブルＮＭＲ機器の断面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａの永久磁石アセンブリの分解図を示す。
【図７Ｃ】図７Ａ及び７Ｂの永久磁石アセンブリにより生成される磁場成分を刺激することによって生成される磁場等高線図を示す。
【図７Ｄ】図７Ａ及び７Ｂの永久磁石アセンブリにより生成される静磁場（Ｂ０）の強度の、磁石アイソセンタからの半径方向の距離に関するプロットを示す。
【図７Ｅ】図７Ａ及び７Ｂの永久磁石アセンブリにより生成される静磁場（Ｂ０）の静磁気刺激のプロットを示す。
【図７Ｆ】図１Ａの切断線７−７’に沿った、本願の教示による他の例示的な実施形態によるポータブルＮＭＲ機器内に配置された永久磁石アセンブリを示す断面図を示す。
【図７Ｇ】図７Ｆの永久磁石アセンブリにより生成される静磁場成分を刺激することによって得られる磁場等高線図を示す。
【図７Ｈ】図７Ｆの永久磁石アセンブリにより生成される静磁場（Ｂ０）の強度の、磁石アイソセンタからの半径方向の距離に関するプロットを示す。
【図８Ａ】本願の教示による少なくとも１つの実施形態による例示的なシミングアセンブリを示す。
【図８Ｂ】図８Ａの切断線８Ｂ−８Ｂに沿った、図８Ａのシミングアセンブリの断面図を示す。
【図８Ｃ】図８Ａの切断線８Ｃ−８Ｃに沿った、図８Ａのシミングアセンブリの別の断面図を示す。
【図８Ｄ】本願の教示による少なくとも１つの実施形態による別の例示的なシミングアセンブリを示す。
【図８Ｅ】図８Ｄのシムアセンブリにシム電流を印加する前と、静磁場の不均一性を補償するために各シムコイル内の電流を調整する方法の１回目を適用した後の軸対称磁石アレイのボア内の静磁場（Ｂ０）のプロファイルを比較するシミュレーション結果の例示的なプロットを示す。
【図８Ｆ】高次多項式フィッティングを重ねた図８Ｅの１回目のシム結果の拡大図の例示的プロットを示す。
【図８Ｇ】図８Ｆの多項式フィッティングの結果としての多項式フィッティングエラーのプロットを示す。
【図８Ｈ】本願の教示による少なくとも１つの実施形態による図８Ｄのシミングアセンブリの例示的な構成を示す。
【図８Ｉ】本願の教示による少なくとも別の実施形態による図８Ｄのシミングアセンブリの他の例示的な構成を示す。
【図８Ｊ】本願の教示による他の例示的な実施形態による図８Ｄのシミングアセンブリのまた別の例示的な構成を示す。
【図９】ポータブルＮＭＲ機器のための電源及び制御システムの例示的なブロック図を示す。
【図１０】アルファ及びベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン共鳴に基づく血糖濃度を測定する方法の例示的な実施形態のフローチャートである。
【図１１】軸対称磁石のボア内の不均一な静磁場（Ｂ０）を補正するための図８Ｄのシミングアセンブリ内のシムコイルのための電流を調整する例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０１０７】
本明細書に記載の例示的実施形態のその他の態様と特徴も、添付の図面と共に以下の説明を読むことにより明らかとなるであろう。
【０１０８】
実施形態の詳細な説明
本願の教示による各種の実施形態を以下に説明し、特許請求の主題の少なくとも１つの実施形態の例を提供する。本明細書に記載の実施形態は何れも、何れかの特許請求の主題を限定するものではない。特許請求の主題は、後述の機器、システム、若しくは方法の何れかが有する特徴の全部を有する機器、システム、又は方法に、又は本明細書に記載の機器、システム、又は方法の複数若しくは全部に共通する特徴に限定されない。本明細書には、特許請求の何れの主題の実施形態でもない機器、システム、又は方法が記載されている可能性もある。本明細書に記載の本文書では特許請求されていない何れの主題も、権利保護のための他の法律文書、例えば継続特許出願の主題であるかもしれず、本出願人、発明者、又は所有者は、本文書でそれを開示したからといって、かかる主題の何れかを放棄し、その権利を否認し、又は公衆に提供することを意図していない。
【０１０９】
図を単純且つ明瞭にするために、適切であれば、異なる図面間で、対応する、又は同様の要素又はステップを示すために参照番号が繰返し使用されているかもしれない。それに加えて、本明細書に記載の例示的な実施形態を十分に理解できるようにするために、多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者であれば、本明細書に記載の実施形態は、これらの具体的な詳細事項がなくても実施されてよいことがわかるであろう。別の場合、よく知られた方法、手順、及びコンポーネントは、本明細書に記載の実施形態を不明瞭にしないように、詳しくは説明されていない。また、説明は、本明細書に記載の例示的な実施形態の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【０１１０】
本明細書で使用されるかぎり、「連結される」又は「連結する」との用語は、これらの用語が使用される文脈に応じて幾つかの異なる意味で使用できる点に留意すべきである。例えば、連結される、又は連結するという用語は、機械的、流体的、又は電気的な意味を有し得る。例えば、本明細書で使用されるかぎり、連結される、又は連結するという用語は、その文脈に応じて、２つの要素又は機器を相互に直接接続することも、１つ又は複数の中間要素又は機器を通じて、電気若しくは磁気信号、電気接続、電気素子若しくは機械的要素を介して接続することもできることを示し得る。さらに、連結された電気素子は、データを送信及び／又は受信するかもしれない。
【０１１１】
文脈から他の解釈が必要な場合を除き、以下の明細書及び特許請求の範囲を通じて、「〜を含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）という単語及びその変化形（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は、開放型の包含的意味で、例えば「〜を含むが、これらに限定されない」のように解釈されるものとする。
【０１１２】
また、本明細書で使用されるかぎり、「及び／又は」という言い方は、インクルーシブオアを表すものとする。すなわち、例えば「Ｘ及び／又はＹ」はＸ又はＹ又はその両方を意味するものとする。別の例として、「Ｘ、Ｙ、及び／又はＺ」は、Ｘ又はＹ又はＺ又はそれらのあらゆる組合せを意味するものとする。
【０１１３】
「実質的に」、「約」、「ほぼ」等の程度を表す用語は、本明細書で使用されるかぎり、それによって修飾される用語の、最終結果が大きく変わらないような合理的な偏差量を意味する点に留意すべきである。これらの程度を示す用語は、修飾される用語の、例えば１％、２％、５％、又は１０％等の偏差も、この偏差がそれによって修飾される用語の意味を否定しないかぎり、含むと解釈されてよい。
【０１１４】
さらに、本明細書における終端点による数値範囲の引用は、その範囲に含まれるすべての数と小部分を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．９０、４、及び５を含む）。また、そのすべての数と小部分は、「約」という用語で修飾されると仮定され、これは、最終結果が大きく変化しないかぎり、言及されている数の特定の量までの、例えば１％、２％、５％、又は１０％のばらつきを含むことも理解されたい。
【０１１５】
本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「少なくとも１つの実施形態」、又は「幾つかの実施形態」への言及は、１つ又は複数の特定の特徴、構造、又は特長が、組合せ不能である、又は代替的選択肢ではないとの別段の明記がないかぎり、１つ又は複数の実施形態において何れの適当な方法でも組み合わせられてよいことを意味する。
【０１１６】
本明細書及び付属の特許請求の範囲で使用されるかぎり、単数形の冠詞（a、an、the）は、文脈上、明らかに他の解釈が必要でないかぎり、複数形も含む。また、「又は」という用語は一般に、文脈上、明らかに他の解釈が必要でないかぎり、最も広い意味で、すなわち「及び／又は」の意味として使用される点にも留意すべきである。
【０１１７】
本明細書に記載されている見出し及び開示の要約は、便宜上のものにすぎず、それによって実施形態の範囲又は意味が解釈されることはない。
【０１１８】
同様に、本明細書及び付属の特許請求の範囲全体を通じて、「通信用経路」、「通信可能な連結」、及び「通信可能に連結される」等の「通信〜」という用語は一般に、情報の伝達及び／又は交換のために構築されたあらゆる装置を指すために使用される。通信用経路の例には、導電経路（例えば、導電ワイヤ、導電トレース）、磁気経路（例えば、磁気媒体）、光学経路（例えば、光ファイバ）、電磁放射経路（例えば、ラジオ波）、又はそれらのあらゆる組合せが含まれるが、これらに限定されない。通信可能な連結の例には、電気的連結、磁気的連結、光学的連結、無線連結、及びこれらのあらゆる組合せが含まれるが、これらに限定されない。
【０１１９】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、しばしば不定詞が使用される。それらの例には、「検出すること（ため）」、「提供すること（ため）」、「送信すること（ため）」、「通信すること（ため）」、「処理すること（ため）」、「ルーティングすること（ため）」、その他が含まれるが、これらに限定されない。具体的な文脈により別の解釈が必要な場合を除き、このような不定詞は開放型の包含的意味、すなわち、「少なくとも検出すること（ため）」、「少なくとも提供すること（ため）」、「少なくとも送信すること（ため）」、等々の意味で使用される。
【０１２０】
本明細書に記載のシステムと方法の例示的な実施形態は、ハードウェア又はソフトウェアの組合せとして実装されてよい。幾つかのケースでは、本明細書に記載の例示的な実施形態は、少なくとも一部に、１つ又は複数のコンピュータプログラムを使用し、少なくとも１つの処理要素及びデータ保存要素（揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ストレージ要素、又はそれらのあらゆる組合せ）を含む１つ又は複数のプログラム可能デバイス上で実行することによって実装されてもよい。これらの機器はまた、機器の性質に応じて、少なくとも１つの入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、又はその他）及び少なくとも１つの出力装置（例えば、表示スクリーン、プリンタ、無線ラジオ、又はその他）を有していてよい。
【０１２１】
背景部分で述べたように、血液サンプル中の代謝産物レベルを測定するための従来の技術は多くの場合、侵襲的、不正確、及び繰返し不能である。現在の血糖測定技術では例えば、被検者の皮膚をランセットで穿刺して、少量の血液サンプルを生化学反応性の使い捨ての単一用途の試験紙に載せる必要がある。血液サンプルごとに新しく載せなければならない。皮膚を何度も穿刺することのほか、各サンプルバッチ用の新品の試験紙を購入することに伴う費用負担は、多くの場合、頻繁にグルコース試験を行う上での障害となっている。これは、１型糖尿病又は進行した２型糖尿病患者や、確実に適正なインシュリン投与の決定を下すために頻繁で正確な試験を必要とする個人にとって、特に問題である。
【０１２２】
現在のグルコース試験技術には測定の不正確さの問題もある。概して、グルコース測定試験紙の誤差範囲は、０．９５の統計的信頼度で５％〜２０％である。この不正確さは、製造公差のほか、試験紙の電気化学反応に作用する外的影響（例えば、温度、湿度、高度、ヘマトクリットレベル、及び普通薬の存在）に起因することが多い。血糖値測定器による測定誤差は、インシュリン投与決定の誤りを十分に低下させ、ひいては糖尿病の進行及び糖尿病関連疾患（例えば、心臓病、腎臓病、及びその他の糖尿病関連疾患）のリスク増大を回避するには、０．９５の統計的信頼度で＋／−２％未満である必要があると考えられている（例えば、J.C.Boyd and D.E. Bruns[1]参照）。
【０１２３】
皮膚を穿刺するため血糖試験用ランセットの使用者間での共有は、感染にも関係している。医療施設でのＢ型肝炎の集団発生の原因は試験用ランセットの共有にまで遡られており、安全でない慣行はまた、グルコース試験サービスが提供される公共の検診イベントでも報告されている。
【０１２４】
代替的な非侵襲的グルコース測定器の開発の試みはほとんどうまくいかないか、それ以外に臨床的に存続できずに終わっている。例えば、幾つかの試みでは、循環血液中のグルコース濃度の検出に、ラマン、すなわち近赤外分光計法等の光学的測定が利用されている。しかしながら、これらの試みは、光が皮膚を貫通して深部まで届かない、ほとんど効果がない。さらに、反射又は透過した光（すなわち、グルコース濃度の測定に使用される）は多くの場合、グルコースを体内のグルコースに似た分子、例えば糖化たんぱく質等から区別するのに十分なスペクトル分解能を欠いている。マイクロ波や熱分光法に依存するその他の試みもまた同様の理由により実効性を持たない。
【０１２５】
本明細書に記載の実施形態において、被検者又は試験サンプル中の各種の一般的代謝産物の、繰返し行われる非侵襲的且つ非破壊的試験に使用されてよい核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器（磁気共鳴分光（ＭＲＳ）機器とも呼ばれる）が提供される。ＮＭＲ機器が多岐にわたる代謝産物を測定し、定量化できることから、この機器には様々な代謝疾患（例えば、糖尿病）の管理のほか、臨床研究においても幅広い用途がある。
【０１２６】
各種の実施形態において、ＮＭＲ機器は、便利な、小型で運びやすい形態で入手でき、一般使用者による日常利用のために構成されたポータブル機器として提供されてよい。ポータブル機器は、機器の横穴（又はキャビティ）の中に受けられた被検者の指又は試験用血液サンプルをスキャンすることによって、ｉｎ−ｖｉｖｏ又はｉｎ−ｖｉｔｒｏ代謝産物試験を繰り返し行ってよい。特に被検者の指を（皮膚を穿刺せずに）スキャンすることと、測定のたびに毎回新しい単一用途の試験紙を購入する必要をなくすことによって、患者は代謝産物レベルをモニタするためにポータブルＮＭＲ機器を頻繁に使用するように促される。
【０１２７】
１つの例示的な用途において、ポータブルＮＭＲ機器は、グルコース試験を行い、グルコース濃度の結果を０．９５の統計的信頼度で＋／−２％未満の測定不確実性で返すように構成される。この正確さレベルにより、確実にインシュリン投与の決定エラーが最小化され、糖尿病患者の血糖値管理が改善される。
【０１２８】
少なくとも幾つかの実施形態において、ＮＭＲ機器は、被験者の指又は試験サンプルのわずか１、２回のスキャンを用いて高精度の代謝産物レベル測定を提供し、５〜１２秒という、他の方法に勝る時間枠内で結果を提供するように構成される。
【０１２９】
特に、本明細書でさらに詳しく説明するように、ポータブルＮＭＲ機器は、被検者の指又は試験サンプルを受けるボア（又はキャビティ）にわたって強力で、空間的に均一に近い静磁場をかける新規な小型の軸対称セグメント式永久磁石アセンブリを使用することによって、高い測定精度を提供するように動作可能である。小型永久磁石アセンブリにより生成される高い磁場強度によって、機器は高い信号対雑音比（ＳＮＲ）で代謝産物レベル測定を行うことができる。少なくとも１つの実施形態において、永久磁石アセンブリは１．５テスラより高く、２テスラ未満の強度（様々な消費者安全規則に適合するため）の静電磁場を発生させることができる。少なくとも幾つかの実施形態において、永久磁石アセンブリにより発生させられる静磁場の強度は、少なくとも１．６８テスラであり、これはＮＭＲ用途で使用される現在の小型永久磁石アセンブリに対する改善を表す。
【０１３０】
本明細書に記載の実施形態において、永久磁石アセンブリにより生成される均一に近い静磁場は、静磁場の均一度を０．１ｐｐｍ（parts per million）未満に補正するシミングアセンブリによって補正される。少なくとも幾つかのケースにおいて、シミングアセンブリは、静磁場の均一度を約０．０１ｐｐｍまで補正するかもしれない。このレベルの磁場均一度は高いスペクトル分解能を提供し、高い統計的信頼度での様々な代謝産物の定量化を可能にする。本明細書に記載の各種の実施形態において、シミングアセンブリは、静磁場の空間的不均一度を約０．０１ｐｐｍの標的均一度まで補正するために、正確に生成された電流を必要とする。軸対称セグメント型永久磁石の設計に必要なシム電流は、磁石ボア内の有効体積を同程度とすると、従来のハルバッハ磁石設計より小さく、これは、そのＢ０磁場均一度が本来的に高いからである。少なくとも幾つかのケースにおいて、シミングアセンブリの電流需要が低いことによって、シミングアセンブリを小さい電源で駆動でき、これはポータブルＮＭＲ機器の内部に配置されてよい。
【０１３１】
提案される軸対称永久磁石アセンブリはまた、改善された３次元磁場閉じ込め特性も示す。より具体的には、永久磁石は、５ガウス磁力線の閉じ込めによって特徴付けられ、それ以外は一般使用者による日常利用に適合する。
【０１３２】
ポータブルＮＭＲ機器の開発に向けたこれまでの試みでは、同じく十分な精度を有する測定値を得るために十分な静磁場強度と磁場均一度を発生させながら、磁場閉じ込め規則に適合する永久磁石構造の開発において課題に直面していた。例えば、大型で複雑な磁石設計が強力な磁場を生成するためによく使用されるが、それ以外の点では局所及び臨床用途に適合しない。より小さく、よりコンパクトな永久磁石アセンブリ（例えば、ハルバッハ円筒磁石設計）が使用される場合、これらの磁石アセンブリが生成する静磁場は、磁場均一度が低く、それには強力なシミングアセンブリが必要となり、その電流需要は小さいポータブル電源では賄えない。
【０１３３】
同様に本明細書に記載の各種の実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器は、送信及び受信コイルを使ってＲＦ刺激磁場（Ｂ１）を発生させる。これらのコイルは、パッシブバンドパスフィルタに組み込まれる。パッシブバンドフィルタでは、雑音を発生させる回転可能回路素子が不要となり、それ以外に測定精度を含む。バンドパスフィルタによって、送受信される周波数信号の制御とフィルタ処理もより容易となる。
【０１３４】
本願で提供される教示によれば、ポータブルＮＭＲ機器はまた、低い信号対雑音（ＳＮＲ）で信号を生成する分光計受信ユニットも使用する。様々なケースにおいて、受信ユニットは、入力換算（ＲＴＩ）で１．１ｎＶ／√Ｈｚ未満の雑音により特徴付けられる低雑音設計を有する。受信ユニットは、低雑音増幅器、局所発信機、自動利得コントローラ、及び高分解能アナログ−デジタル変換器の組合せを利用することによって、低雑音で高ＳＮＲ出力信号を生成することができる。受信ユニットの低雑音設計は、ポータブルＮＭＲ機器が高い統計的信頼度の測定値を生成するのに寄与する。
【０１３５】
ある例示的な応用では、ポータブルＮＭＲ機器は、被検者の循環血液又は試験用血液サンプル中のアルファ及びベータアノマ１ＣＨ水素基プロトンにより生成される共鳴ピークを測定することによって、血糖濃度を検出するために使用されてよい。少なくとも幾つかの実施形態において、アルファ及びベータアノマ共鳴ピークを測定することは、水信号抑制等核デカップリング、及びアルファ及びベータアノマ濃度のＮＭＲ周波数スペクトルプロット内で生成されるスペクトルピークへの１対１のマッピングを組み合わせた新規な方法を使用することによって実現される。幾つかのケースにおいて、方法はまた、循環血液中にあるグルコース分子により生成される共鳴ピークと被検者の組織内にあるグルコース分子により生成される共鳴ピークとを区別するための磁気共鳴速度計測（ＭＲＶ）技術も含んでいてよい。
【０１３６】
ここで、図１Ａを参照すると、ｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的代謝産物試験システム１００Ａの例示的な実施形態が示されている。代謝産物試験システム１００Ａは、代謝産物レベル測定を行うためのポータブルＮＭＲ機器１０４を含む。特に、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、代謝産物レベルを測定する従来の器具に対する便利でコンパクトでローコストで、且つより高精度の代替物を提供する。そのため、ポータブルＮＭＲ機器１０４には、施設や研究所内だけでなく、一般使用者による日常利用においても（例えば、家庭用）用途があるかもしれない。
【０１３７】
少なくとも１つの例示的な応用において、ＮＭＲ機器１０４は、グルコース、グリコーゲン、ＢＨＢ、及びケトアシドーシスマーカ等、糖尿病患者の生体代謝産物レベルを測定するために使用されてよい。前述のように、ＮＭＲ機器１０４を家庭用に構成されたコンパクトな携帯可能な形態で提供することによって、糖尿病患者のほか、その他の代謝産物障害を患う他の患者は機器をより頻繁に使用するように促されるかもしれず、それによって頻繁なグルコース又はその他の代謝産物試験が容易になる。
【０１３８】
他の例示的な応用において、ポータブルＮＭＲ機器１０４はとりわけ、薬物投与量の測定、血中アルコールレベルの測定、オピオイドの検出及び定量化、重症熱傷集中治療室におけるグルコースモニタ、代謝障害（例えば、ＰＫＵ、ＩＢＳ）管理のための代謝産物レベルのうちの少なくとも１つを行うために使用されてよい。これらの代謝産物の測定は、様々なケースにおいて、グルコース濃度レベルの測定とは別にも、又は同時にも行われてよい。
【０１３９】
引き続き図１Ａを参照すると、ポータブルＮＭＲ機器１０４は磁石アセンブリを含み、これは被検者の指（例えば、親指）又は試験用血液サンプルを受ける磁石ボア１０６（それ以外にボア、キャビティ、ボアキャビティ、又は磁石キャビティと呼ばれる）を有する。図のように、ボア１０６は一般に、ポータブルＮＭＲ機器１０４上にある。少なくとも幾つかの実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、円筒形状と垂直対称軸を有するように設計されてよく、それによって被検者は自分の親指をボア１０６の内部に入れ、それ以外の指で機器の外面の周囲を握ることができる。このために、機器１０４は、右利き又は左利きの何れの使用者にも対応できるように対称に設計されてよい。少なくとも幾つかのケースにおいて、ポータブルＮＭＲ機器１０４はまた、平坦な底面１０４ａ又は平坦な上面１０４ｂも有していてよく、それによって機器は平坦な、又は平らな面（例えば、家庭内のカウンタトップ）に容易に載せられる。他の実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４の外側ハウジングは円形でなくてもよい。
【０１４０】
被検者の指又は試験用サンプルが磁石ボア１０６の内部に受けられた状態で、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、本願の教示によるｉｎ−ｖｉｖｏ（又はｉｎ−ｖｉｔｒｏ）非侵襲的代謝産物試験を行ってよい。試験の結果は、ポータブルＮＭＲ機器１０４によってネットワーク１１６上で遠隔機器１１２に送信されてよい。遠隔機器１１２は、ＮＭＲ機器１０４を使用している使用者（又は被検者）に、又は代替的に被検者若しくは使用者の代謝産物レベルをモニタしている第三者（例えば、医療従事者）に関連付けられてよい。遠隔機器１１２は、非限定的な例として、ラップトップ、コンピュータ端末、モバイル機器、ＰＤＡ、タブレット機器、又はスマートフォンであってよい。ネットワーク１１６は、例えばBluetooth（商標）ネットワーク等の無線個人領域ネットワーク、ＩＥＥＥ  ８０２．１１系のネットワーク等の無線ローカルエリアネットワーク、又は、幾つかのケースでは、Universal Serial Bus（ＵＳＢ）インタフェース若しくはＩＥＥＥ  ８０２．３（イーサネット）ネットワーク等の有線ネットワーク若しくは通信リンク、その他であってよい。接続がＵＳＢインタフェースである場合、インタフェースは、高速データ転送をサポートするＵＳＢ−Ｃインタフェースであってよく、ポータブルＮＭＲ機器１０４に電源も供給してよい。
【０１４１】
少なくとも幾つかのケースにおいて、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、遠隔機器１１２とリアルタイム又は準リアルタイムで通信してよい。その他のケースでは、ＮＭＲ機器１０４は、収集したデータを、遠隔機器１１２に後で送信するためにメモリ機器に保存してもよい。
【０１４２】
ポータブルＮＭＲ機器１０４からデータを受け取ると、遠隔機器１１２は、受け取った結果を遠隔機器１１２の表示スクリーン１１４上で使用者に対して表示するように構成されていてよい。少なくとも幾つかの例示的なケースにおいて、遠隔機器１１２に、ポータブルＮＭＲ機器１０４から受け取ったデータを使用者に対して提示（又は表示）するように構成されるアプリケーションがインストールされてもよい。アプリケーションは例えば、受信データの解析と、生データ及び解析又は処理後のデータのユーザへの一方又は両方の表示のどちらも行うように構成されたＮＭＲスペクトル処理ソフトウェアプログラムであってよい。様々なケースにおいて、アプリケーションはまた、ユーザフレンドリな方法で結果を表示するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）も含んでいてよい。
【０１４３】
次に、図１Ｂを参照すると、ｉｎ−ｖｉｔｒｏ代謝産物試験システム１００Ｂの例示的な実施形態が示されている。システム１００Ｂは、システム１００Ａと似ているが、研究室又は施設用に変更されている。
【０１４４】
システム１００Ｂは、ポータブルＮＭＲ機器１０４の代わりにＮＭＲ機器１２０を含んでいる。特に、ＮＭＲ機器１２０は、上向きの磁石キャビティ１２２有し、これは永久磁石アセンブリ１２６により取り囲まれている。各種の実施形態において、永久磁石アセンブリ１２６は、水平の対称軸を有していてよい。磁石キャビティ１２２は、研究所でのｉｎ−ｖｉｔｒｏ試験のための試験サンプル１２８を受ける。試験サンプル１２８は、例えば、５ｍｍ直径、７０ｍｍの標準的ＮＭＲ試験管であってよい。機械的サンプル支持手段が、試験管をＮＭＲ機器１２０による測定にとって適正な位置に支持するためにキャビティ１２２の中に配置されてよい。ＮＭＲ機器１２０はまた、ＮＭＲ信号を受信し、処理するための分光計１２４も含むことができる。少なくとも幾つかのケースにおいて、分光計１２４は、ＮＭＲ機器１２０のクレードルベース１２３内に配置できる。他のケースでは、分光計は、研究所のワークステーションの周辺スロットに挿入されるカードとすることができ、ＮＭＲ機器内に配置されるプローブに接続するための延長接続（例えば、イーサネットケーブル）が必要となるかもしれない。各種の実施形態において、クレードルベース１２３は、ＮＭＲ機器１２０の外面と相補的な形状を有する上面を有し、ＮＭＲ機器１２０を安定位置に保持する。少なくとも幾つかのケースにおいて、表示スクリーン（例えば、ＬＣＤスクリーン）は、クレードルベース１２３上に配置されても、それ以外にそれに取り付けられてもよい。表示スクリーンは、例えばＮＭＲ機器１２０が取得した生又は処理データを表示するか、又はそれ以外に使用者がＮＭＲ機器１２０の動作を制御できるようにするために使用されてよい。
【０１４５】
本明細書で、図２Ａ〜２Ｄを参照すると、図１ＡのポータブルＮＭＲ機器１０４の動作の基本となる一般原理をその中で例として説明する。説明の残りの部分も図１ＡのポータブルＮＭＲ機器１０４に関しているが、この説明は図１ＢのＮＭＲ機器１２０にも同等に当てはまると理解されたい。
【０１４６】
まず図２Ａを参照すると、例示的な１Ｈ水素プロトン（又は、原子核）２０４が示されている。１Ｈ水素プロトン２０４は、例えば、ポータブルＮＭＲ機器１０４による試験（例えば、測定）の対象である代謝産物の中にあるかもしれない。例えば、１Ｈ水素プロトンは、血液サンプル中、被検者の指内を循環する血液中、又はｅｘ−ｖｉｖｏ若しくはｉｎ−ｖｉｖｏサンプルの組織液内に配置されたグルコース化合物の中にあってよい。
【０１４７】
ポータブルＮＭＲ機器１０４は、まず均等な静磁場（Ｂ０）を磁石ボア１０６内に、磁場の方向が磁石ボア１０６の長さ方向軸に垂直になるように印加することによって動作する。静磁場は、後でより詳しく説明するように、永久磁石アセンブリと、ポータブルＮＭＲ機器１０４の中に配置されたシミング装置の組合せにより生成される。
【０１４８】
簡略モデルでは、ＮＭＲ機器１０４によって生成された静磁場（Ｂ０）は、１Ｈ水素プロトンアンサンブルを偏極させ、マクロ的ベクトル磁気モーメントを、慣例的にｚ軸に沿って画定される静磁場（Ｂ０）の方向と整列させる。
【０１４９】
サンプルはプロトン（又は、原子核）のアンサンブルを含み、各々が別々の磁気モーメントによって特徴付けられる。プロトンのアンサンブル中の各プロトンにより生成された磁気モーメントのベクトル和は、正味磁気モーメント（Ｍ０）として表現される。したがって、静磁場（Ｂ０）が印加されると、正味磁気モーメント（Ｍ０）は静磁場（Ｂ０）の方向と整列する。プロトンのアンサンブルの正味磁気モーメント（Ｍ０）は、静磁場（Ｂ０）の影響を受けて、式（１）により表されてよい。
【数１】
2022500656.tif 000003
【０１５０】
静磁場（Ｂ０）がグルコース分子を含むサンプルに印加される例示的な応用において、Ｎはサンプル中の共鳴水素グルコースプロトンの数（例えば、サンプル中のアルファグルコース水素プロトンの数）を定め、γは磁化された１Ｈプロトンの磁気回転比（２．６８Ｅ＋０８ラジアン／（ｓｅｃ＊テスラ）又は４２．５８  Ｈｚ／Ｔ）であり、κはボルツマン定数（１．３８ｅ−２３ジュール／ケルビン）であり、
【数２】
2022500656.tif 000004
は小さくされたプランク定数（１．０５Ｅ−３４ジュール＊ｓｅｃ）である。Ｎが単位体積について正規化されると、Ｍ０はアンペア毎メートル、すなわちＡ＊ｍ２／Ｌを単位とする、単位体積あたりの正味磁気モーメント又は磁化を表す。ＮがポータブルＮＭＲ機器１０４の磁石ボア１０６で受けられたサンプル内で４．２Ｅ＋１８プロトンと概算され、静磁場（Ｂ０）が本明細書に記載の実施形態により約１．６８Ｔであるとき、正味磁気モーメント（Ｍ０）は９．４９Ｅ−０８  Ａ＊ｍ２／Ｌと概算される。
【０１５１】
静磁場（Ｂ０）によって偏極が誘導されると、ポータブルＮＭＲ機器１０４は高周波（ＲＦ）刺激場（Ｂ１）を静磁場（Ｂ０）に直交する方向（例えば、ＸＹ平面内）に印加する。本明細書においてより詳しく説明するように、ＲＦ刺激場（Ｂ１）はポータブルＮＭＲ機器１０４の中に配置された送信コイルセットにより生成されてよい。
【０１５２】
各種の実施形態において、ＲＦ刺激場（Ｂ１）は、サンプル内にある特定の種類のプロトン（又は、原子核）を励起させる、すなわちその共鳴を誘導するように構成された、円形又は楕円偏光信号が角周波数で印加される。刺激場（Ｂ１）が印加される際の特定の角周波数はまた、「ラーモア」、すなわち共鳴角周波数としても知られている。各種類のプロトン（又は、原子核）は一般に異なるラーモア周波数で励起可能であるため、１つのラーモア周波数で印加されるＲＦ刺激場（Ｂ１）では特定のプロトン（又は、原子核）が励起し、他方でそれ以外は攪乱されないままであるかもしれない。特に、式（２）により実証されるように、ラーモア角周波数（ω０）は、プロトンの磁気回転比と静磁場（Ｂ０）の強度の両方の関数である。
ω０＝γＢ０  （２）
【０１５３】
ラーモア周波数はまた、「化学シフト」と呼ばれる原理によっても影響を受ける。「化学シフト」とは、プロトンにおけるその分子結合環境による静磁場（Ｂ０）の局所的シールドに起因し、その結果、そのプロトンのラーモア周波数においてわずかな周波数シフトが生じる。例えば、グルコース炭素原子に結合された１Ｈ水素プロトンのラーモア周波数は、乳酸又は水と結合した１Ｈ水素のラーモア周波数と異なる。化学シフト（δ）は、ｐａｒｔｓ−ｐｅｒ−ｍｉｌｌｉｏｎ（ｐｐｍ）の単位で報告され、式（３）により表される：
【数３】
2022500656.tif 000005
式中、（ｆ）は標的プロトンの共鳴（又はラーモア）周波数であり、ｆＲＥＦは標準対照の共鳴（又はラーマン周波数）（ｆＲＥＦ）である。標準参照は、ＤＳＳ（２，２−ジメチル−２−シラペンタン−５−スルホン酸）であってよく、他のケースでは、水又は他の代謝産物、例えばＮ−アセチルアスパラギン酸（ＮＡＡ）であってよい。
【０１５４】
本明細書でさらに詳しく説明するように、化学シフトの原理はグルコース濃度測定にけるポータブルＮＭＲ機器１０４の応用にとって重要である。より詳しくは、化学シフトにより、ＮＭＲ機器１０４は、既知のグルコース炭素原子に結合された１Ｈ水素プロトンを他の化合物（例えば、乳酸又は水）に結合された１Ｈ水素プロトンから区別することができる。したがって、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、ＲＦ刺激場（Ｂ１）を既知のグルコース炭素原子に結合された１Ｈ水素プロトンのラーモア周波数で印加してよい。
【０１５５】
共鳴又はラーモア周波数で印加されるＲＦ刺激場（Ｂ１）の効果は、プロトンを励起させることであり、それが静磁場（Ｂ０）の軸（例えば、ｚ軸）からのその磁気モーメントの角度的整合を、「ニューテーション」又は「チルト」角として知られる角度オフセットでずらす。ＲＦ刺激場（Ｂ１）の振幅が長く、大きいほど、静電場（Ｂ０）の軸に関する磁気モーメント（又は、正味磁気モーメント（Ｍ０））のミスアラインメントがより大きくなる（すなわち、ニューテーション又はチルト角がより大きくなる）。特に、ＲＦ刺激場（Ｂ１）により生成されるニューテーション又はチルト角度（α）は式（４）にしたがって表されてよく：
α＝γβ１γ  （４）
式中、γは磁気回転比であり、β１はＲＦ刺激場（Ｂ１）の大きさであり、τは刺激場（Ｂ１）の持続時間である。
【０１５６】
磁気モーメントのオフセットにより、また、磁気モーメントが静電場（Ｂ０）の軸の周囲で、「歳差運動」と呼ばれる運動において回転し、これはラーモア周波数で起こる。一般に、磁気モーメントの歳差運動は２つのベクトル成分、すなわち（１）ｚ軸（すなわち、静磁場（Ｂ０）の軸）に沿った縦ベクトル成分（Ｍｚ）と、（２）ＸＹ平面（Ｍｘｙ）（すなわち、静磁場の軸に直交する平面）内の横ベクトル成分に分解できる。横成分（Ｍｘｙ）は、静磁場（Ｂ０）の軸の周囲で正弦曲線的にラーモア角周波数で回転する。
【０１５７】
次に、図２Ｂを参照すると、１Ｈ水素プロトンのベクトル磁気モーメントは、刺激場（Ｂ１）の結果として、９０度の角度だけ横ＸＹ平面へとオフセットされている。この位置で、磁気モーメントは縦成分（Ｍｚ）を持たず、横成分（Ｍｘｙ）はｚ軸の周囲でラーモア角周波数で歳差運動している。
【０１５８】
次に、図２Ｃ及び２Ｄを参照すると、ＲＦ刺激場（Ｂ１）が取り除かれると、磁化モーメントは、「緩和」と呼ばれるエネルギー開放プロセスにおいて徐々に平衡状態に戻り、静電場（Ｂ０）の軸と再び整列する。
【０１５９】
歳差運動中の磁気モーメント（Ｍ０）の分解と同様に、緩和もまた２つの成分、すなわち（１）スピン−格子緩和（縦緩和又はＴ１緩和とも呼ばれる）と（２）スピン−スピン緩和（横緩和、又はＴ２緩和とも呼ばれる）に分解される。
【０１６０】
スピン−格子緩和（Ｔ１）は、静磁場（Ｂ０）との再整列中の縦磁気成分（Ｍｚ）の漸増的再成長を表す。反対に、スピン−スピン緩和（Ｔ２）は、静磁場（Ｂ０）の軸との再整列中の横磁気成分（Ｍｘｙ）の減衰を表す。
【０１６１】
特に、Ｔ２緩和中のエネルギー解放によって、自由誘導遅延（ＦＩＤ：Free Induction Delay）信号、又は磁気共鳴信号を生成する。ＦＩＤ信号は正弦曲線信号であり、ラーモア周波数で、横磁気成分（Ｍｘｙ）の減衰率で振動する。このために、ＦＩＤ信号は一般に、Ｔ２時定数で減衰する減衰指数関数的エンベロープにより特徴付けられる。様々なケースにおいて、Ｔ２緩和はまた、Ｔ２＊緩和も含んでいてよい。Ｔ２＊とは、静磁場（Ｂ０）の不均一性等の外的要因から生じる実際の（又は有効な）緩和を指す。Ｔ２＊緩和によって自由誘導減衰信号が短縮（又は減衰）される。
【０１６２】
次に、簡単に図２Ｅを参照すると、Ｔ１及びＴ２緩和の大幅に簡略化されたモデルが示されている。図のように、正味磁気モーメントは、プロトンが９０度の角度で励起されると完全に横平面内で発生する。磁気モーメントが平衡状態に戻ると、ｚ軸に沿ったベクトル成分（Ｍｚ）は徐々に成長し（すなわち、Ｔ１緩和）、ＸＹ平面内のベクトル成分（Ｍｘｙ）は徐々に０へと減衰する（すなわち、Ｔ２緩和）。縦成分（Ｍｚ）の成長と横成分（Ｍｘ）及び（Ｍｙ）の減衰は、式（５）、（６）、及び（７）で表されてよい：
【数４】
2022500656.tif 000006
式中、Ω＝ωを−ωは角回転オフセット周波数であり、Ｔ１は縦成分（Ｍｚ）の成長の時定数であり、Ｔ２は横成分（Ｍｘｙ）の減衰の時定数である。
【０１６３】
少なくとも式（６）及び（７）により示されるように、ＦＩＤ信号のＭｘ（ｔ）及びＭｙ（ｔ）成分は、９０度位相がずれる。したがって、Ｍｘ（ｔ）及びＭｙ（ｔ）のベクトル成分の組合せ（例えば、Ｍｘｙ）は、円偏光ＦＩＤ信号として分解される。
【０１６４】
次に、簡単に図２Ｆを参照すると、Ｔ２緩和の結果として生成される例示的なＦＩＤ信号を示す例示的なプロット２００Ｆが示されている。図のように、ＦＩＤ信号は、Ｔ２時定数での減衰エンベロープにより表される。
【０１６５】
本明細書に記載の実施形態において、代謝産物レベルは一般に、ポータブルＮＭＲ機器１０４の磁石ボア１０６内にある受信コイルセット内に誘導された交流電圧としてＦＩＤ信号を測定することによって測定される。
特に、磁気共鳴又はＦＩＤ信号Ｓｅｍｆの電圧振幅は、式（８）により表されてよい：
【数５】
2022500656.tif 000007
式中、ｎは受信コイルソレノイドの巻き数であり、ｒは受信コイルソレノイド内の巻きの半径であり、ｌは受信コイルの１／２長さであり、Ｍ０は単位体積あたりのスピン角度磁気モーメント又はアンペア毎メートルの単位の磁化（前述のように計算される）であり、Ｖｓはサンプルの体積であり、μ０は自由空間の透磁性定数（１．２６Ｅ−０６  Ｔ＊ｍ／Ａ＝Ｈ／ｍ）である。本明細書に記載の少なくとも幾つかの実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、１．６８Ｔの静磁場を生成し、磁気ボア１０６の中で約３．５×１０−６ｍ３のサンプル体積（Ｖｓ）を受け、巻き数１０、半径０．０１２メートル、コイル１／２長０．０１５０メートルの受信コイルを利用するように構成される。これらのパラメータ下で、共鳴信号の受信電圧振幅は、約５０ｎＶのピーク振幅を有することになる。
【０１６６】
式（８）はまた、磁気共鳴信号の電圧Ｓｅｍｆが静磁場（Ｂ０）の二乗に比例することも示している。これは、どちらも式（８）に含まれるラーモア角周波数（ω０）と磁気モーメント（Ｍ０）ば静電場（Ｂ０）に比例するからである（例えば、式（１）及び（２）参照）。したがって、静磁場（Ｂ０）が強力であるほど、より大きい振幅の磁気共鳴信号Ｓｅｍｆ及び、拡大解釈すれば、より高い信号対雑音比（ＳＮＲ）の信号が生成される。本明細書で提供される教示によれば、ポータブルＮＭＲ機器１０４が１．５Ｔより強力な静磁場を生成できることは、機器が、低ＳＮＲの高精度の測定値を、被検者の指又は試験用サンプルのわずか１、２回のスキャンを用いて生成できることに寄与する。
【０１６７】
次に、図３Ａを参照すると、グルコース分子中にある（又はその中で結合される）各種の１Ｈ水素プロトンの、各プロトンの化学シフト特性を考慮したラーモア周波数を示すＮＭＲスペクトルプロット３００Ａが示されている。本明細書中、後でより詳しく説明するように、ＮＭＲスペクトルプロット３００Ａは個々の１Ｈ水素プロトンの各々のＴ２緩和によって生成されるＦＩＤ信号を測定し、その後、このＦＩＤ信号を周波数ドメインに変換することによって生成されてよい。
【０１６８】
図示されているように、グルコース分子は１２個の１Ｈ水素プロトンを有し、各々が異なる結合環境を有する。グルコースス分子内の１２個の１Ｈ水素プロトンのうち７個だけがＮＭＲから直接見え（すなわち、ＦＩＤ信号内のＲＦ透過周波数が緩和中に観察可能である）、これは、残りの５個のプロトンはヒドロキシル基に入り、これはいわゆる「水交換可能」であり、水分子中の水素プロトンと同じ周波数で共鳴するからである。７個の目に見えるグルコースの１Ｈ水素プロコンの各々は、異なる周波数で共鳴する。１つの成分、αグルコース（α−Ｇｌｃ）アノマ１ＣＨ水素基プロトンは３０２の５．２２ｐｐｍで観察され、これは水及びその他の代謝産物の共鳴と約０．５ｐｐｍだけ異なる。４．７２ｐｐｍでの共鳴ピーク３０４は水中にある水素プロトンに対応し、０ｐｐｍの参照信号はＤＤＳ（２，２−ジメチル−２−シラペンタン−５−スルホン酸）に対応する。４．６３４ｐｐｍでのピーク３０６は、ベータ−グルコース（β−Ｇｌｃ）アノマ１ＣＨ水素基プロトンの共鳴に対応し、これは水の信号ピークに非常に近い。３ｐｐｍ〜４ｐｐｍの間の領域３０８で、残りのグルコース１Ｈ水素プロトンの共鳴は他の代謝産物プロトンと重複する。
【０１６９】
ＮＭＲスペクトルプロット３００Ａはスペクトル線のグルコース水素プロトンへの１対１のマッピングを示しているが、実際では、１対１のマッピングは、「等核スピン結合」又は「スピン−スピン結合」として知られる現象によって不可能かもしれない。スピン−スピン結合によって、１つのグルコース水素プロトンに関連する１つのスペクトル線を２つ又はそれ以上のスペクトル線に分解できる。より詳しくは、スピン−スピン結合は、グルコース分子内の付近の、又は隣接する水素プロトンのスピンから生じる磁気干渉によって生成される。本明細書でさらに詳しく説明するように、スピン−スピン結合の影響を緩和するには、スピン−スピンデカップリング技術の適用が必要となる。
【０１７０】
少なくとも幾つかの実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、グルコース分子内にある７個の目に見える水素プロトンのＮＭＲスペクトルプロット内の対応する共鳴信号ピークへの１対１のマッピングを適用することによって、血糖濃度を特定してよい。この方法は、１個の水素プロトンに関連する複数のスペクトル線を１つのスペクトル線に分解する広帯域スピン−スピンデカップリング技術を適用する。より詳しくは、他の代謝産物からの３ｐｐｍ〜４ｐｐｍ間の（領域３０８）グルコーススペクトル線を分解するために、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、高いスペクトル分解能用に構成され、０．０１ｐｐｍの均一度を有する静磁場を印加する。
【０１７１】
本明細書でより詳しく説明する他の実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４はまた、アルファ及びベータアノマ１ＣＨ水素基プロトンの、ＮＭＲスペクトルプロット内でこれらのプロトンにより生成される対応する共鳴信号ピークへの１対１のマッピングを用いて、血糖濃度を特定してもよい。この方法では、領域３０８内の、スピン−スピン結合から生じる、多くの緊密なスペクトル線を分解する複雑さが回避される。ポータブルＮＭＲ機器１０４は、アフルァ及びベータアノマの二重スペクトル線（すなわち、２つのピークスペクトル線）を１つのスペクトル線に分解する、スピン−スピンデカップリング方法を適用することによって、アルファ及びベータアノマの共鳴信号の振幅を測定する。ベータアノマは水信号に近接しているため、水抑制の方法をアルファ及びベータアノマ水素プロトンを励起させる前に使用して、スペクトルドメイン内でアルファ及びベータアノマの測定値における水信号の干渉を減衰させる。
【０１７２】
アルファ及びベータアノマ水素プロトンの両方の共鳴ピークを測定することによって、ＮＭＲ機器１０４は、０．９５の高い統計的信頼度で実際の血糖濃度レベルの＋／−２％の精度（ε）（公称平均血糖濃度が５．５ｍＭ（ミリモル毎リットル）であると仮定）で測定値を生成できる。統計的信頼度０．９５で＋／−２％の精度（ε）により、正確なインシュリン投与量の決定が可能となり、これは０．９５の信頼度で５％〜２０％の精度を実現する従来のフィンガスティック血糖検査器に対する改良を示す。特に、ポータブルＮＭＲ機器は、このように高い精度の測定を、被検者の指又は試験用サンプルをＮＭＲ機器１０４によって１、２回スキャンするだけで、また１２秒未満という他に勝る時間枠内で生成できる。各種の実施形態において、測定値の精度及び／又は統計的信頼度は、血糖濃度が５．５ｍＭより高い場合に実現可能である。
【０１７３】
本明細書の教示により、０．９５の統計的信頼度（ＣＬ）は、式（９）で表されるエラー関数にしたがって特定される：
【数６】
2022500656.tif 000008
式中、Δｆは測定帯域幅（例えば、受信したＦＩＤ信号の測定周波数範囲）であり、σｎは受信した信号の雑音であり、εはシステムの所望の精度（例えば、０．０２）であり、Ｓｅｍｆは受信した磁気共鳴信号の電圧振幅（例えば、６０ｎＶ）である。
【０１７４】
式（９）における受信信号の雑音（σｎ）は主として受信器電子部品から発せられ、これらが雑音の主要発生源である。本明細書でさらに詳しく説明するように、０．９５の信頼度レベルを実現するために、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、入力換算（ＲＴＩ）で１．１ｎＶ／√Ｈｚ以下の雑音レベル（σｎ）を有するように構成された受信器電子部品を使用する。受信された電子部品内の雑音は、ガウス様振幅分布においてスペクトルの点で均一であると仮定される。
【０１７５】
式（９）の測定帯域幅Δｆは、ＦＩＤ（又は、Ｔ２緩和）信号の関数である。横方向Ｔ２磁化の過渡減衰の点でのΔｆの概算は、式（１０）により表現される：
【数７】
2022500656.tif 000009
式中、ΔＢ０はサンプル又は被検者の指を通じた静磁場Ｂ０の空間不均一度の平均二乗平方根平均を表す。０．９５の統計的信頼度を実現するために、測定帯域幅は、二重スペクトル線を最小周波数バンドを占める１本のスペクトル線に減少させる等核デカップリングの方法を使用することによって縮小される。
【０１７６】
信頼度レベルはまた、前述のように静磁場（Ｂ０）の二乗に比例する磁気共鳴信号（Ｓｅｍｆ）の電圧と正の相関を有する。したがって、静磁場（Ｂ０）の強度を高めることによって、より高い統計的信頼度を有する測定値が得られる。本明細書に記載の各種の実施形態において、１．５Ｔ〜２Ｔの間の静磁場（Ｂ０）が、０．９５の信頼度レベルを有する測定値を生成するために使用される。
【０１７７】
アルファアノマの共鳴ピークだけを測定したのでは、０．９５の統計的信頼度レベルで＋／−２％の誤差を実現するには不十分であることがわかるであろう。
【０１７８】
ここで図３Ｂを参照すると、アルファアノマ１Ｈ水素プロトンの共鳴のグルコース濃度測定に基づく統計的信頼度レベルのプロット３００Ｂが示されている。特に、プロット３００Ｂは、静磁場の強度及び受信器入力（ＲＴＩ）と呼ばれる測定上の雑音に関して信頼度レベルを示している。プロット３００Ｂは、交渉血糖濃度レベルが５．５ｍＭであると仮定する。
【０１７９】
図のように、＋／−２％の誤差では、静磁場（Ｂ０）の強度が１．６８Ｔ（例えば、各種の消費者安全規則に適合するために２Ｔ未満）に設定され、受信器雑音が
【数８】
2022500656.tif 000010
（ＲＴＩ）の場合に、０．６５の信頼度レベルしか実現されない。静磁場（Ｂ０）の強度が最大２Ｔまで上げられても、信頼度レベルはそれでも０．９５の統計信頼度には到達しない（すなわち、信頼ドレベルは０．８をわずかに上回る）。さらに、予想では、信頼度レベルは受信器雑音がさらに高くなると減少する。例えば、受信器雑音が１．１ｎＶ／√Ｈｚ（ＲＴＩ）である場合、静磁場（Ｂ０）の強度が２Ｔの最大値に設定された場合でも、実現される最大信頼度は０．８をわずかに下回る。
【０１８０】
したがって、アルファアノマだけを使用して＋／−２％の誤差で０．９５の信頼度レベルを実現することは、アルファアノマ１Ｈ共鳴の複数の測定値を取得して平均しないかぎり実現不可能である。特に、アルファアノマ１Ｈ共鳴のＮ個の測定値を平均することによって、測定精度と信号対雑音比（ＳＮＲ）は係数√Ｎだけ改善できる。各アルファアノマ１Ｈの測定には５〜７秒かかるため（すなわち、アルファアノマ１ＨのＴ１緩和時間）、必要なエラーレートと信頼度レベルを１２秒という他に勝る時間枠内で実現することは、アルファアノマ１Ｈ共鳴の１、２回の測定では不可能である。
【０１８１】
それに加えて、アルファアノマ１Ｈ共鳴信号の複数の連続測定は、アルファアノマ１Ｈの正味磁気モーメントを、最適なＳＮＲ性能を確保するために適当なエルンスト角度で回転させることによって実行される。エルンスト角（αＥ）は一般に、式（１１）で表される：
【数９】
2022500656.tif 000011
式中、ＴＲはスキャン繰返し時間であり、Ｔ１はアルファアノマ１Ｈの縦緩和時間である。スキャン繰返し時間ＴＲがＴ１と等しい場合（すなわち、ある時間間隔内での共鳴信号の測定回数を増やすために）、最適なエルンスト角は約６８．４°であり、これは測定ＳＮＲを、ＴＲ≧５Ｔ１、ニューテーション角９０°の場合に関して最大１０デシベル改善する。しかしながら、正味磁気モーメントをエルンスト角で回転させるとによってアルファアノマ１Ｈ共鳴信号の複数の連続的測定を生成することはまた、定量化の精度を低下させるかもしれず、それは、測定された自由誘導減衰振幅とアルファアノマ１ＨプロトンのＴ１緩和時間との間に依存性が導入されるからである。
【０１８２】
次に、図３Ｃを参照すると、アルファ及びベータアノマ１Ｈ水素プロトンの共鳴の両方のグルコース濃度測定に基づく統計的信頼度レベルのプロット３００Ｃが示されている。特に、プロット３００Ｃは、静磁場の強度及び受信器入力（ＲＴＩ）と呼ばれる測定上の雑音に関して信頼度レベルを示している。プロット３００Ｃもまた、交渉血糖濃度レベルが５．５ｍＭであると仮定する。
【０１８３】
図のように、＋／−２％の誤差で、０．９５の信頼度レベルは、受信器雑音が
【数１０】
2022500656.tif 000012
（ＲＴＩ）より低く、静磁場（Ｂ０）強度が少なくとも１．６８Ｔに設定されたきに実現可能である。したがって、アルファプロトン共鳴だけに依存する測定と対照的に、アルファ及びベータ共鳴の両方を測定することにより、高い統計的信頼度での高い高精度の測定が可能となる。特に、これらの測定は、他に勝る時間枠内で、被検者の指又は試験用血液サンプルの１、２回の操作のみを使って得られるかもしれない。
【０１８４】
ここで、図１０を参照すると、アルファ及びベータグルコースアノマ１Ｈ共鳴の共鳴ピークに基づく血糖濃度を測定する方法の例示的なプロセスフロー１０００が示されている。
【０１８５】
動作１００２で、静磁場（Ｂ０）が被検者の指又は試験用サンプルに印加されて、その中にある原子核のアンサンブルの偏極が誘導される。
【０１８６】
動作１００４及び動作１００６で、水信号の抑制方法が適用される。特に、ベータアノマ１ＣＨ水素プロトン共鳴（δ＝４．６３４ｐｐｍ）は水信号共鳴ピーク（δ＝４．７２ｐｐｍ）により生成されるスペクトル変調サイドバンドに近いため、ベータアノマ水素プロトンを励起させることには、水素プロトンも励起させるリスクがある。これによって、水信号により生成されるＦＩＤ信号が、ベータアノマ水素プロトンにより生成されるＦＩＤ信号の測定を妨害する可能性がある。
【０１８７】
したがって、動作１００４で、水抑制方法は、まずＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を被検者の指又は試験用サンプルに適用することを含み、それによって水の中にある水素プロトンの磁化が横平面へと回転させられる。これは、マイクロスケールで図２Ｂに示されるプロセスに似ている。各種の実施形態において、水化合物の磁化を横平面へと回転させることは、水の共鳴周波数ｆＨ２Ｏでの長周波数選択的パルス（Ｂ１）を十分な持続時間と振幅で印加することによって行われる。
【０１８８】
少なくとも幾つかの実施形態において、長周波数選択的パルス（Ｂ１）は矩形パルスでゲーティングされた連続波ＲＦ信号であり、水の共鳴周波数ｆＨ２Ｏに中心を置く。ＲＦ刺激パルスは、式（１２）により表されてよい：
｜ｓｉｎｃ（πΔｆτ）｜  （１２）
式中、τは式（１３）により計算される矩形パルスの持続時間である：
τ＝（ｆＨ２Ｏ−ｆβ−ｇｌｃ）−１  （１３）
式中、ｆＨ２Ｏは水プロトンの共鳴周波数であり、ｆβ−ｇｌｃはベータアノマの共鳴周波数である。したがって、パルスの中心を水共鳴周波数に置き、パルス持続時間（τ）を式（１３）に関して定義することによって、βアノマはパルスによって攪乱されない（すなわち励起されない）はずである。
【０１８９】
次に、図３Ｄを参照すると、周波数選択的パルス（Ｂ１）を印加した後に当初の縦磁化（Ｍ０）に正規化された横磁化（Ｍｘｙ）の予想振幅周波数応答のプロット３００Ｄが示されている。
【０１９０】
図のように、実線で示される｜ｓｉｎｃ（πΔｆτ）｜パルスは水信号を励起させ、ベータグルコースアノマ１ＣＨ基水素プロトンに関しては、化学シフトはｓｉｎｃ  ｎｕｌｌにあり、それ以外は攪乱されない。アルファアノマ１ＣＨ基水素プロトンに関する化学シフトは、ｓｉｎｃ  ｎｕｌｌ点に近いが、ｓｉｎｃローブ上のその位置  から、約４％の大きさの共鳴励起が生じる。
【０１９１】
アルファ及びベータアノマ水素プロトンの両方が周波数ｎｕｌｌ点に確実にあるようにするために、幾つかの実施形態において、ＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、持続時間（２τ）の三角波でゲーティングされた水の共鳴周波数ｆＨ２Ｏの連続波ＲＦ信号であってよい。このＲＦ刺激パルスは、式（１４）により表される周波数ドメイン励起プロファイルを有する：
｜ｓｉｎｃ２（πΔｆτ）｜  （１４）
式中、パルス持続時間τは式（１３）により定義される。
【０１９２】
引き続き図３Ｄを参照すると、式（１１）により生成される三角波刺激は、破線で示されている。図のように、アルファ及びデータアノマ水素プロトン共鳴ピークはこの場合、周波数ｎｕｌｌ点にある。したがって、三角な組パルス応答によって、ｎｕｌｌ周波数の位置決めにわずかなエラーがあっても代謝産物の磁化が攪乱されないことが確実となる。
【０１９３】
長周波数選択的パルス（Ｂ１）の振幅は、横平面への水信号の回転を励起し、式（１５）により表される：
【数１１】
2022500656.tif 000013
式中、τはパルス持続時間であり、γは標的原子核の磁気回転比である。パルス持続時間（τ）が１６３ｍｓ（例えば、式（１３）により特定される）の場合、水素の磁気回転比で、必要なＲＦ刺激場（Ｂ１）は約４０ナノボルトである。しかしながら、振幅４０ナノボルトの単一パルスは実際に実現するには小さすぎる。
【０１９４】
したがって、各種の実施形態において、ＲＦ刺激信号（Ｂ１）は式（１５）において表される振幅に近い、一連のハイパワー短パルスに分割されてよい。例えば、刺激信号は、Delays Alternating with Nutation for Tailored Excitation（ＤＡＮＴＥ）技術を用いて実装されてよい。
【０１９５】
ＤＡＮＴＥ技術は、横平面への９０°シフトを生じさせる１つの矩形パルスを、持続時間（ｔｐ）のｎ個の一連の短パルスに分割するものであり、連続パルスは時間間隔（Δｔ）だけ分離される。各パルスは、ｎ個のパルスのトレインの中の各パルスは、水信号の９０°／ｎ回転を生じさせる。ｎ個の短パルスの振幅は、当初の単一パルスに関してΔｔ／ｔｐの係数で増大するが、ただしΔｔ＞＞ｔｐである。ＤＡＮＴＥパルスシーケンスの持続時間（τ）は、式（１６）により表されてよい：
τ＝ｎｔｐ＋（ｎ−１）Δｔ  （１６）
ＤＡＮＴＥシーケンスによって、（ｔｐ＋Δｔ）−１ヘルツだけ分離される一連の周波数パルスが得られる。したがって、Δｔは、ＤＡＮＴＥパルスの励起周波数が最終的にアルファ又はベータアノマの励起パルスと重複しないことが確実になるように調整される。各種の実施形態において、ＤＡＮＴＥ技術を三角波励起パルス（前述のとおり）へと延長するには、エンベロープ変調の適用が必要となる。
【０１９６】
ここで、図１０に戻ると、動作１００６で、ディフェージングパルス磁場勾配（ＰＦＧ）が水信号に印加される。特に、ＰＦＧは水信号により生成されたＦＩＤ信号を減衰させ、それによって水信号の干渉を受けずにアルファ及びベータアノマ共鳴を測定できる。
【０１９７】
次に、図３Ｅを簡単に参照すると、パルス磁場勾配（ＰＦＧ）による水信号への影響の例示的な図が示されている。図のように、９０°パルスが水信号に印加されると、水信号の正味磁気モーメントは横平面へと回転させられる。スピンは、９０°パルスの後はコヒーレントとなり、したがって、ｚ軸の周囲で同じレートで歳差運動し、正味磁気モーメントを発生させる。
【０１９８】
ＰＦＧは、静磁場（Ｂ０）として軸に沿って印加される傾斜磁場であり、ＸＹ平面で変化する傾斜磁場強度を有する。より具体的には、ＰＦＧは異なる磁場をそれらの空間位置に応じて異なるスピンにさらし、スピンがコヒーレントでなくなる（例えば、スピンがｚ軸の周囲で異なるレートで歳差運動する）ようにする。したがって、個々のスピンの平均和は、コヒーレントに加算されて横平面内の強力な正味磁気モーメントを発生させなくなる。そのため、水信号の正味磁気モーメントは「弱められ」、水分子により生成される共鳴信号は「減衰」又は「抑制」される。アルファ及びベータアノマ水素プロトンの磁気モーメントは、水共鳴信号からの干渉を受けずに別々に励起可能となる。各種の実施形態において、動作１００４及び１００６の組合せによって、水信号は１２ｄＢ〜２０ｄＢに減衰する。
【０１９９】
前述のように、ｚ軸に戻る緩和がＴ１指数関数的レートで発生する（式（５）参照）。血液中の水分子のＴ１緩和は約１．４秒である。したがって、ＰＦＧのパルス持続時間は、１．４秒より有意に短いべきである。少なくとも幾つかの実施形態において、水抑制は、断熱ＲＦパルス等の双曲線セカントパルスを使用することによっても行われてよい。しかしながら、双曲線セカントパルスは、限定的な周波数バンドでの磁化励起を生じさせ、したがって、それらの時間ドメインパルスは無限であり、切り捨てなければならず、これは過渡帯域幅を増大させ、周波数ドメインのばらつきが磁化にもたらされるプロセスである。これは、関心対象点の周波数ドメイン磁化プロファイルのみを制約し、有限の時間的範囲のＲＦバルスが得られ、切り捨てが不要となる上述の技術を使用する場合とは対照的である。
【０２００】
動作１００８で、第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）が印加され、アルファ及びベータアノマが横平面へと９０°回転させられる。少なくとも幾つかの実施形態において、第二の刺激パルスは、最大ＲＦ振幅及び最小持続時間で印加される。これによって、指数関数的レートでの横緩和減衰Ｔ２＊を自由誘導減衰（ＦＩＤ）測定の前に発生させることができる。少なくとも幾つかの実施形態において、ＲＦ刺激パルスは１．５ｍｓ未満の持続時間にわたって印加される。
【０２０１】
動作１０１０で、より低パワーの連続波（ＣＷ）商社が印加されて、等核デカップリングが行われる。動作１０１０は、少なくとも部分的に動作１００８と同時に行われてもよい。
【０２０２】
ＣＷ照射は、アルファ及びベータアノマ１Ｈプロトンの二重スペクトル線を１つのスペクトル線に分解する。例えば、ＣＷ照射は、アルファアノマ１Ｈプロトンの、５．２２３ｐｐｍの化学シフト点に中心を置き、３．８Ｈｚ離間された２つのスペクトル線を化学シフト点において１つのスペクトル線に分解する。前述のように、等核デカップリングによって、受信したＦＩＤ信号内のスペクトル線の１対１のマッピングが可能となる。同じく、式（９）及び（１０）に関して前述したように、等核デカップリングにより、必要な周波数測定帯域幅が小さくなり、その結果、ポータブルＮＭＲ機器により得られる測定の統計的信頼度レベルが高まる。
【０２０３】
１ＣＨ基のアルファ及びベータアノマはグルコース２ＣＨ基のアルファ及びベータアノマに結合されるため、ＣＷ照射は２つのアノマ２ＣＨ基水素プロトン共鳴周波数（δ＝３．５１９ｐｐｍ及びδ＝３．２３ｐｐｍ）で印加され、選択性の高いデカップリングが実現される。
【０２０４】
少なくとも幾つかの実施形態において、ＣＷ照射は組織１グラム当たり１２ｍＷのパワーで印加される。
【０２０５】
動作１０１２で、少なくとも幾つかの実施形態において、磁気共鳴速度計測（ＭＲＶ）技術が印加され、血漿中にある、すなわちそれ以外には動脈又は静脈の流れを受ける、グルコース分子により生成される共鳴信号を、例えばヒトの組織内にあり、それ以外には静止しているグルコース分子から区別するために適用される。特に、ＭＲＶには、血糖濃度レベルがＮＭＲ機器１０４のボア１０６の中に受けられた被検者の指（すなわち、試験用血液サンプルではない）で測定される場合に特別な用途があるかもしれない。これらのケースでは、ＭＲＶによって、測定される血糖濃度レベルが被検者の指内を循環する血液中にあるグルコースの濃度のみに限定され、それ以外に被検者の組織内にあるグルコースに関するグルコース濃度レベルが含まれないことが確実となる。
【０２０６】
より具体的には、ＭＲＶは静止プロトンのスピンと液体流の一環であるスピンとを区別するために使用される。動脈の血流速度は４．９ｃｍ／ｓ〜１９ｃｍ／ｓであり、静脈の血流速度は１．５ｃｍ／秒〜７．１ｃｍ／ｓであるため、ＭＲＶは動脈又は静脈流を受けるグルコースと、それ以外に静止している（すなわち、組織内にある）グルコースを区別するために使用されてよい。
【０２０７】
ここで、図３Ｆ及び３Ｇを簡単に参照して、ＭＲＶの基本原理を本明細書中でさらに詳しく説明する。
【０２０８】
次に、まず図３Ｆを参照すると、ＭＲＶ技術の中で被検者の指に印加されてよい例示的な双極傾斜パルス（ＢＧＰ）（flow encoding gradientとも呼ばれる）が示されている。ＢＧＰは一般に、動作１００６で印加されるパルス磁場勾配と同様に機能する。より具体的には、ＢＧＰは静磁場（Ｂ０）の軸に沿って印加され、ｘ軸に沿って傾斜磁場が変化する傾斜磁場である。勾配がｘ軸に沿って変化するのは、ＮＭＲ機器１０４のボア１０６内に置かれた指の内部で循環する血液流が、主としてｘ軸（すなわち、ＮＭＲ機器１０４に関して定義される）に沿って流れるからである。
【０２０９】
図３Ｆに示されるように、ＢＧＰは第一の正の成分３０２Ｆ（すなわち、正の双極勾配を有する）に続く第二の負の成分３０４Ｆ（すなわち、逆の負の双極勾配を有する）を含む。
【０２１０】
次に、図３Ｇを参照すると、静止プロトンに印加されたときのＢＧＰの効果が示されている。特に、ＢＧＰの第一の正の成分３０２Ｆが印加された後、プロトンの磁気モーメントの横成分の歳差運動の速度が傾斜磁場によって攪乱される（例えば、歳差運動速度が、ＢＧＰの結果として例えば加速され、それによって横成分に位相シフトが生じる）。特に、ある時間（τ）でＢＧＰによりプロトンのスピン群に誘導された位相シフトは、式（１７）により表されてよい。
【数１２】
2022500656.tif 000014
式中、φ（τ）は時間（τ）における位相シフトであり、φ０は初期位相であり、ω（ｔ）は式（１８）により特定されるプロトンスピン群の瞬間的ラーモア周波数である。
ω（ｔ）＝γ（Ｂ０＋Ｇｘ（ｔ）ｘ（ｔ））  （１８）
式中、Ｂ０は静磁場の強度であり、Ｇｘ（ｔ）ｘ（ｔ）はｚ軸に沿った、ｘ軸上の位置に関するＢＧＰの強度である。一般に、静磁場（Ｂ０）の定数項による位相蓄積は、ＮＭＲ機器１０４の分光計受容ユニットでの復調によって除去されてよい。
【０２１１】
図３Ｇに示される例では、ＢＧＰにより、横成分に３０２Ｇで約５ラジアンの位相シフトが生じる。第一の正の成分３０２Ｆを印加したことに続きＢＧＰの第二の負の成分３０４Ｆが印加される。第二の負の成分は、第一の正の成分３０２Ｆの結果として歳差運動に引き起こされた攪乱を逆転（又は反転）させる効果を有する。したがって、図３Ｇからわかるように、３０４Ｇの間に磁気モーメントの横成分への５ミリラジアンの位相シフトが逆転され、それによって正味位相シフトはゼロになる。そのため、ＢＧＰの正及び負の成分の振幅と持続時間は、静止スピン共鳴位相を、正確に同じ量だけ前進及び後退させて、それらの当初の位相のスピンに戻すように設計される。
【０２１２】
図３Ｇはまた、一定の速度で無移動しているプロトン（例えば、被検者の静脈及び動脈内を流れるかもしれないアルファ及びベータアノマグルコース水素プロトン）に印加されたときのＢＧＰの効果も示している。図３Ｇは、０．２ｍＴ／ｃｍのｘ軸（Ｇｘ）に沿った勾配が５ｃｍ／秒の一定速度で移動するプロトンに印加されることを前提としている。
【０２１３】
図３Ｇに示されるように、ＢＧＰの正の成分３０２Ｆが印加されると、磁気モーメントの横成分の蓄積した位相シフトが二次となる（例えば、３０６Ｇ）。これは、プロトンがｘ軸に沿って（すなわち、動脈又は静脈の中を）移動しているため、プロトンはその空間位置を傾斜磁場（すなわち、ｘ軸に沿って変化する）に応じて変化させているからである。したがって、移動しているプロトンは、ＢＧＰの正の成分のパルス持続時間にわたり、可変的磁場に常にさらされる。その後、負の成分３０４Ｆが印加されると、正の成分の結果として磁気モーメントの蓄積された位相シフトは逆転されない（すなわち、プロトンが静止している場合と同様）。これは、プロトンが今度は傾斜軸に沿って変位し、正の成分３０２Ｆ中に印加された正確な反転勾配を受けなくなるからである。したがって、図３Ｇでは、反転成分が約−３ミリラジアンの反転又は正味位相シフトが生じる（例えば、３０８Ｇ）。
【０２１４】
上記に鑑み、一定速度にさらされるプロトン（例えば、循環血液中のプロトン）には、ＢＧＰの印加後に正味位相シフトが生じ、それに対して、静止したプロトン（組織内にある）では、ＢＧＰの後に生じる位相シフトはゼロである。したがって、この特性は、血液中にあるグルコース分子により生成される共鳴信号と、例えば組織内にあるグルコース分子により生成される共鳴信号を区別するために利用される。
【０２１５】
本明細書に記載の各種の実施形態において、ＭＲＶが必要な場合、方法１０００は２回適用されて、組織グルコースから血液グルコースが分離される。特に、方法１０００の１回目と２回目との間で異なるＢＧＰが印加される。典型的に、２回目では当初ＢＧＰの反転バージョンが印加される。方法１０００の２回の実行から得られる結果（例えば、共鳴信号）を差し引いて、流動スピンに固有の測定値を提供することができる。代替的に、２回の実行の結果を加算して、指組織内のグルコース濃度の測定値を提供することができる。
【０２１６】
動作１０１４で、アルファ及びベータ水素アノマのＦＩＤ信号は、Ｔ２緩和に基づいて測定される。特に、また本明細書でさらに詳しく説明するように、ＦＩＤ信号は、ポータブルＮＭＲ機器１０４の磁石ボア１０６の中に配置された受信コイルセットにより検出される。
【０２１７】
動作１０１６で、測定されたＦＩＤ信号は周波数ドメインに変換されて、ＮＭＲ周波数スペクトルが生成される（例えば、図３Ａ）。少なくとも幾つかの実施形態において、周波数ドメイン変換は、離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）によって行われる。ＤＦＴは、アルファ及びベータアノマの共鳴ピークを１つのスペクトルピークに分解することによって容易になる。他の実施形態では、周波数ドメイン変換はまた、非限定的な例として、離散型コサイン変換（ＤＣＴ）又は離散型サイン変換によって行われてもよい。
【０２１８】
動作１０１８で、アルファ及びベータアノマ共鳴振幅がＮＭＲ周波数スペクトルから特定され、グルコース濃度に変換される。
【０２１９】
少なくとも幾つかの実施形態において、グルコース濃度変換は、（ａ）アルファ及びベータアノマ（例えば、ＮＭＲ周波数プロットから特定され）を（ｂ）既知の参照グルコース濃度レベルと相関させることによって行われる。例えば、ポータブルＮＭＲ機器１０４の中に配置されたメモリユニットには、特定の共鳴振幅と既知の参照グルコース濃度レベルとの間の相関情報が保存されていてよい。共鳴振幅がグルコース濃度レベルと線形に相関していれば、直接的な相関情報がメモリユニットにない場合は補間法が用いられてよい。
【０２２０】
他の実施形態において、変換はＥＲＥＴＩＣ（Electronic REference To access In vivo Concentrations）方式を使ってリアルタイムで行われる。ＥＲＩＴＥＣにより、ＮＭＲ周波数プロット中の人工的な電子的参照共鳴ピークが生成され、その後、これを使って絶対的濃度レベルが特定される。
【０２２１】
また別の実施形態において、グルコース濃度レベルは、直接的な参照を行わずに特定できる。例えば、グルコース１ＣＨ基アルファ及びベータ共鳴の比が特定されてよい。公称アノマスプリットはヒトの血液では３６％アルファ対６４％ベータである。したがって、体積Ｖｓのサンプル内のアルファアノマグルコース水素プロトンの数は、式（１９）により特定されてよい：
Ｎα−ｇｌｃ＝０．３６ＮＡｃｇｌｃＶｓ  （１９）
式中、ＮＡはアボガドロ数であり、ｃｇｌｃは正常生理学的値５．５×１０−３ｍｏｌ／Ｌ（すなわち、９９ｍｇ／ｄＬ）でモル毎リットルの単位により測定される平均血糖濃度であり、ＶｓはポータブルＮＭＲ機器内に受けられるサンプルの体積である。例えば、Ｖｓは２．００Ｅ−０６  ｍ３と仮定すると、サンプル内のアルファアノマグルコース水素プロトンの数はＮα−ｇｌｃであり、これを計算すると２．３８Ｅ＋１８プロトンとなる。
【０２２２】
アノマ比は、循環血液又は試験用血液サンプルのグルコース濃度、温度、及びｐＨレベルに基づいて変化する。各種の実施形態において、温度とｐＨは、自由誘導減衰信号の中で測定されるアノマ比からグルコース濃度を特定できるようにするために測定されてよい。例えば、細胞間ｐＨは被検者の指又は試験用血液サンプル中のカルノシン分子を励起させ、生成されたＦＩＤ信号を測定することによってｉｎ−ｖｉｖｏで測定できる（例えば、Ｒ．Ａ．ｄ．Ｇｒａａｆ［２］参照）。
【０２２３】
様々なケースで、アルファ及びベータアノマの両方（アノマの一方だけではない）を測定することは、測定の信頼性を向上させ、アノマ比のばらつきによるエラーを減らすのに役立つ。
【０２２４】
また別の実施形態において、スペクトル編集を使って糖化たんぱく質等の高分子からグルコースを区別してもよい。この能力は、透過たんぱく質が、グルコース化学シフトと実質的に重複するＮＭＲ共鳴を有することが多いことから、重要である。糖尿病の進行は、時間の経過に伴う糖化たんぱく質の増加により特徴付けられる。一般に、代謝産物は、より高速なスピン−格子緩和を経た大型高分子よりはるかに高いＴ１値を有し、この差を利用して高分子信号を無効にできる。代謝産物を測定する前の非選択的反転回復シーケンス（１８０°−ｔｄ）は、高分子応答を無効にするために使用されてよい。各種の実施形態において、回復遅延は典型的に、ｔｄ＝Ｔ１＿ｍｍ＊Ｉｎ（２）に設定され、それによって、代謝産物の測定時に生分子正味磁化はゼロである。
【０２２５】
ここで、図３Ｈを簡単に参照すると、アルファ及びベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン共鳴に基づいて血糖濃度を測定する方法が絵を用いて示されている。図のように、最初の９０°パルスは、水素プロトンの磁化を横平面へと回転させるために印加される。この第一のパルスの後に、水信号を減衰させるためのディフェージング勾配が続く。第二の９０°パルスが印加されて、グルコースアルファ及びベータアノマ１ＣＨ水素プロトンの磁化が横平面へと回転させられる。第二の９０°パルスと少なくとも部分的に同時に、ＣＷ照射がグルコースアルファ及びベータアノマ２ＣＨ基水素プロトン共鳴周波数に印加されて、等核デカップリングが行われる。少なくとも幾つかのケースでは、双極傾斜磁場（ＢＧＦ）（又は、血流符号化信号）が被検者の指に印加されて、循環血液中のグルコースにより生成されるグルコース水素共鳴信号を静止グルコース分子（例えば、組織内にある）の中にある水素プロトンにより生成される共鳴信号から区別するために被検者の指に印加される。最後に、ＦＩＤ信号が測定される。ＭＲＶ技術が使用される場合、シーケンスが繰り返されてよく、２回目は反転ＢＦＧが用いられ、それによって循環血液中のグルコースにより生成されたグルコース水素共鳴信号が適正に解かれる。
【０２２６】
次に、図４Ａを参照すると、本願の教示の他の態様による、図１ＡのポータブルＮＭＲ機器１０４の例示的な実施形態のための簡略化されたブロック図４００Ａが示されている。図のように、ポータブルＮＭＲ機器は一般に、通信モジュール４３２、電源モジュール４１２、メモリユニット４１４、送信ユニット４１６、及び受信ユニット４２０のほか、シミング制御ユニット４２２と通信するプロセッサユニット４０４を含むように実装できる。少なくとも幾つかの実施形態において、プロセッサユニット４０４はさらに、タッチセンサ４２６、タップセンサ４２８、及びサーボモータ４３０のうちの１つ又は複数と通信していてもよい。
【０２２７】
本願で提供される教示によれば、プロセッサユニット４０４は、ポータブルＮＭＲ機器１０４の各種のコンポーネントを制御し、動作させるための複数の命令を実行するように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、命令は、遠隔機器１１２からプロセッサユニット４０４へと、通信モジュール４３２を使って送信されてもよい。他の実施形態では、プロセッサユニット４０４は、特定の命令で事前構成されてもよい。事前構成された命令は、特定のイベント若しくは特定のイベントシーケンスに応答して、又は特定の時間間隔で実行されてよい。プロセッサユニット４０４はまた、ＮＭＲ機器１０４の各種のコンポーネントからデータを受信し、このデータを使って具体的な特定を行うように構成されてよく、これについてはさら本明細書中でさらに詳しく説明する。すると、この特定はメモリユニット４１４内に保存され、及び／又は遠隔機器１１２に転送されるために通信モジュール４３２に送信されてよい。
【０２２８】
メモリユニット４１４は例えば、コンピュータ実行可能命令及びデータを記憶する不揮発性読込み書込みメモリ及び、プロセッサユニット４０４によってワーキングメモリとして使用されてよい揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ）であってよい。
【０２２９】
電源モジュール４１２は例えば、ポータブルＮＭＲ機器１０４に電源を所定の期間にわたり供給することのできるバッテリであってよい。例えば、バッテリは、ポータブルＮＭＲ機器１０４内に受けられるように構成された小型バッテリ、例えばリチウムイオン（Ｌｉ−イオン）バッテリであってよい。幾つかの他の実施形態において、電源モジュール４１２は誘導型電源モジュールであってよく、これは無線で送信された電力を受け取り、ポータブルＮＭＲ機器１０４に電源を供給できる。また別の実施形態において、電源モジュール４１２は、ポータブルＮＭＲ機器１０４上に配置されたＵＳＢインタフェースを用いて再充電されてよい。
【０２３０】
通信モジュール４３２は、遠隔機器１１２に、及びそこからデータ又は情報を送信し、受信するように構成されてよい。通信モジュール４３２は例えば、無線送信器又はトランシーバとアンテナを含んでいてよい。幾つかの実施形態において、通信モジュール４３２は、遠隔機器１１２から命令又はデータを受信し、この命令又はデータをプロセッサユニット４０４に送信してもよい。したがって、通信モジュール４３２は、双方向通信を提供するように構成できる。
【０２３１】
送信ユニット４１６（分光計送信ユニット４１６とも呼ばれる）は、プローブ機器４０８の送信コイル４０８ａに連結されてよい。送信コイル４０８ａは、図１の磁石ボア１０６と同様の磁石ボアキャビティ４０２内に配置されてよい。本明細書でさらに詳しく説明する各種の実施形態において、送信ユニット４１６は、送信コイル４０８ａを駆動して、磁石ボア４０２の中に受けられた被検者の指又はサンプル内にある標的プロトンのアンサンブルの中に共鳴を誘導するパルスＲＦ刺激磁場（Ｂ１）が発生されるように構成されてよい。ＲＦ刺激磁場（Ｂ１）の周波数、又は強度は、例えばプロセッサユニット４０４によって、前述の技術にしたがって特定されてよい。
【０２３２】
受信ユニット４２０（分光計受信ユニット４２０とも呼ばれる）も同様にプローブ機器４０８の受信コイル４０８ｂに連結されてよい。受信コイル４０８ｂはまた、ボアキャビティ４０２内に配置されてもよい。本明細書内でさらに詳しく説明される各種の実施形態において、受信コイル４０８ｂは、ボアキャビティ４０２内に配置されたサンプルによって生成された信号（例えば、ＦＩＤ信号）を受信するように構成されてよい。受信コイル４０８ｂはすると、この信号を受信ユニット４２０に送信してよく、これは信号雑音を削減し、その後、この信号をさらに解析されるように処理ユニット４０４に送信する。他の実施形態において、プロセッサユニット４０４は、受信信号を通信モジュール４３２に渡してよく、するとこれは、この信号をネットワーク１０６上で遠隔機器１１２に送信してよい。遠隔機器１１２にインストールされたアプリケーションは、生の信号データを解析又は処理して、例えば代謝産物レベルを特定するように構成されてよい。
【０２３３】
ＮＭＲ分光計は磁石ボア４０２にわたり均一な静磁場が生成されることを必要とするため、シミング制御ユニット４２２がプロセッサユニット４０４に連結されてよい。シミング制御ユニット４２２自体は、磁石ボア４０２内に設置されたシミングコイル４２４のセットに連結される。本明細書でさらに詳しく説明するように、シミング制御ユニット４２２は、シミングコイル４２４を駆動して、ポータブルＮＭＲ機器１０４内に配置された永久磁石により生成された静磁場（Ｂ０）の空間的不均一度を補償するための相補的磁場をボアキャビティ４０２内に生成する。シミングコイル４２４はまた、パルス磁場勾配（ＰＦＧ）及び双極パルス傾斜（ＢＰＧ）を生成するためにも使用されてよく、これらは前述のように、それぞれ水信号抑制及びＭＲＶのために使用される。
【０２３４】
少なくとも幾つかの実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４はまた、タッチセンサ４２６、タップセンサ４２８、及びサーボモータ４３０のうちの１つ又は複数も含んでいてよい。
【０２３５】
タッチセンサ４２６は（近接センサ４２６とも呼ばれる）は、ボア４０２の内部に配置されてよく、ボア４０２内に受けられた被検者の指又は試験用サンプルの存在を検出するために使用されてよい。少なくとも幾つかの実施形態において、タッチ又は近接センサ４２６はまた、指又は試験用サンプルが、ボア４０２内で正しく位置付けられたか否かを検出するためにも使用されてよい。指又はサンプルが正しく位置付けられたと特定される、センサ４２６は信号を処理ユニット４０４に送信し、ポータブル機器１０４の各種のハードウェアコンポーネントを代謝産物試験のために作動させようにプロセッサユニット４０４に命令する信号をプロセッサユニット４０４に送信してよい。少なくとも幾つかのケースでは、複数のタッチセンサ４２６が含められて、被検者の指又は試験用サンプルがボア内で正確に位置付けられたか否かをより正確に特定してよい。各種のケースにおいて、タッチセンサ４２６は、アナログ値の読取りを提供する容量型機器であってもよい。したがって、タッチセンサ４２６が被検者の指又は試験用サンプルが正しく位置付けられたことを検出すると、タッチセンサ４２６は、被検者の指又はタッチセンサが正しく位置付けられていない場合と比較して、より高いアナログ読取りを生成してよい。
【０２３６】
タッチセンサ４２６はまた、ｉｎ−ｖｉｖｏ測定において識別タグを読み取る指紋リーダも内蔵していてよい。例えば、タッチセンサ４２６は、磁石ボア４０２内に配置されてよく、また、ボア４０２内に置かれた被検者の指を受けてよい。データ又は測定結果がポータブルＮＭＲ機器１０４により収集されると、タッチセンサ４２６は、被検者の指紋に関する情報のスタンプをデータに付してよい。少なくとも幾つかの実施形態において、この情報はその後、後で読み出すために例えばメモリユニット４１４の中に保存されてよい。識別情報タグ付け代謝産物試験の結果は、複数の被検者がポータブルＮＭＲ機器１０４を使用する場合に有益であるかもしれない（すなわち、データが各使用者のそれぞれの指紋情報に応じて保存され、分類されてよい）。他の実施形態において、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、使用者の指紋を対応する遠隔機器１１２に関連付けるように構成されてよい。ポータブルＮＭＲ機器１０４はしたがって、指紋の読取りからの情報を使って、どの遠隔機器１１２が代謝産物試験の結果を受信すべきかを特定することができる。
【０２３７】
タップセンサ４２８は、機器を始動させるための好都合な機構を提供するためにポータブルＮＭＲ機器１０４の中に組み込まれてよい。例えば、被検者はタップセンサ４２８に触れてよく、するとタップセンサ４２８はプロセッサユニット４０４を作動させてよい。少なくとも幾つかの実施形態において、タップセンサ４２８は加速度計であってよい。
【０２３８】
少なくとも幾つかの実施形態において、磁石ボア４０２はまた、移動式又はスライドドアも含んでいてよく、これは磁石ボア４０２の開口に配置される。スライドドアは、試験が行われるときにボア４０２にアクセスできるように開く。したがって、タップセンサ４３２を作動させると、サーボモータ４３０が作動されてよく、それがボアキャビティ４０２へのドアを開ける。
【０２３９】
ここで、図４Ｂを参照すると、回路図４００Ｂが示されており、これはブロック図４００Ａの各種のコンポーネントをより詳しく示している。
【０２４０】
図のように、プロセッサユニット４０４は、マイクロコントローラ４０４ａ、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）４０４ｂ、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）４０４ｃを含んでいてよい。各種の実施形態において、マイクロコントローラ４０４ａ、ＳＢＣ  ４０４ｂ、及び４０４ｃは１つのユニットを含んでいてよい。
【０２４１】
マイクロコントローラ４０４ａは、タップセンサ４２８からの入力を受信してよく、タップセンサ４２８から受信した入力信号に応答して、マイクロコントローラ４０４ａはサーボモータ４３０を制御し、又は作動させて、磁石ボア４０２へのアクセスドアを開けてよい。マイクロコントローラ４０４ａはまた、タップセンサ４２８からの作動信号を受信したことに応答して、シングルボードコンピュータ（ＣＰＵ）４０４ｂを作動させるように構成されてもよい。少なくとも幾つかの実施形態において、マイクロコントローラ４０４ａは、低電力マイクロコントローラ、例えばArduinoボードであってもよい。
【０２４２】
シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）４０４ｂは、マイクロコントローラ４０４ａによって作動されると、ポータブルＮＭＲ機器１０４の各種の電気的ハードウェア素子を制御してよい。例えば、ＳＢＣ  ４０４ｂは、シミング制御ユニット４２２を制御してシミングコイル４２４を駆動し、永久磁石により提供される磁場の空間不均一性を補償して、より均一な静磁場（Ｂ０）が提供されるようにしてもよい。ＳＢＣ  ４０４ｂはまた、通信モジュール４３２（すなわち、ＩＥＥＥ  ８０２．１１通信をサポートできる）のほか、Universal Serial Bus（ＵＳＢ）、High-Definition Multimedia Interface（HDMI）、及びembedded Multi-Media Controller（ｅＭＭＣ）を含む各種の入力インタフェースも含んでいてよい。各種のケースで、ＵＳＢインタフェースにより、ＮＭＲ機器はデータの送信にも受信にも（すなわち、データフィードとして）、又は代替的に電源モジュール４１２を再充電するための電源入力としても使用されることが可能となる。少なくとも幾つかの実施形態において、ＳＢＣ  ４０４ｂはまた、オンボードリアルタイムクロック（ＲＴＣ）も含むことができる。ＲＴＣは、ポータブルＮＭＲ機器１０４により生成されるデータ測定値にタイムスタンプを付すために使用できる。
【０２４３】
ＦＰＧＡ（デジタル信号プロセッサ）ＲＡＭ  ４０４ｃは、送信ユニット４１６に送信される信号を生成し、受信ユニット４２０により生成された信号を受信するように構成されてよい。
【０２４４】
引き続き図４Ｂを参照すると、前述のように、送信ユニット４１６は送信コイル４０８ａを駆動して、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させるように構成される。各種の実施形態において、送信ユニット４１６は、送信コイル４０８ａを駆動して、測定対象の代謝産物の１つ又は複数のラーモア、すなわち共鳴、角周波数で円偏光又は楕円偏光磁場（Ｂ１）を発生させるように構成される。
【０２４５】
このために、送信ユニット４１６は、同相送信経路４３２と直角送信経路４３４を含んでいてよい。同相送信経路４３２は、送信コイル４０８ａの第一の送信コイル４３６ａを駆動して、ＲＦ刺激信号（Ｂ１）の同相成分を発生させるように構成されてよい。同様に、直角送信経路４３４は、送信コイル４０８ａの第二の送信コイル４３６ｂを駆動して、ＲＦ刺激信号（Ｂ１）の直角成分を発生させるように構成されてよい。本明細書でさらに詳しく説明するように、送信コイル４０８ａを同相直角で駆動することによって、標的原子核内に共鳴を誘導するための円又は楕円偏光刺激信号を発生させることができる。
【０２４６】
同相及び直角送信経路４３２、４３４の各々は、それぞれ広帯域トランス又はバラン４３２ｃ、４３４ｃを通じてパッシブバンドパスフィルタ４３２ｂ、４３４ｂに連結されたデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４３２ａ、４３４ａを含む。トランス４３２ｃ、４３４ｃは、ガルバニック絶縁及びインピーダンスマッチングを提供してよい。各トランス４３２ｃ、４３４ｃの巻き数比は、最適なインピーダンスマッチングのために選択されてよい。各種の実施形態において、ＤＡＣ  ４３２ａ、４３４ａは、プロセッサユニット４０４（又は、ＦＰＧＡ  ４０４ｃ）により生成されたデジタル信号を受信し、このデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ  ４３２ａ、４３４ａはまた、２つのＤＡＣ間で同期されるサンプリングクロック信号も受信してよい。ＤＡＣ  ４３２ａ、４３４ａにより生成されるアナログ信号はすると、トランス４３２ｃ、４３４ｃを通じてパッシブバンドパスフィルタ４３２ｂ、４３４ｂに送信される。特に、バンドパスフィルタ４３２ｂ、４３４ｂは、ＤＡＣ  ４３２ａ、４３４ａにより生成される信号を受信し、この信号を所定の周波数通過帯域範囲内の周波数に関してフィルタ処理する。各種のケースで、パスバンド範囲は、標的原子核の１つ又は複数のアンサンブルのための１つ又は複数のラーモア（又は共鳴）周波数を含んでいてよい。
【０２４７】
送信ユニット４１６と同様に、受信ユニット４２０は、第一の同相受信コイル４３８ａに連結された同相受信経路４４０と、第二の直角受信コイル４３８ｂに連結された第二の直角受信経路４４２を含む。本明細書でさらに詳しく説明するように、同相受信コイル４３８ａは、ＦＩＤ信号の同相成分を受信（又は検出）するように構成され、他方で第二の直角受信コイル４３８ｂは、ＦＩＤ信号の直角成分を受信するように構成される（例えば、式（６）及び（７）参照）。少なくとも幾つかの実施形態において、受信コイル４３８は送信コイル４３６と同じであってよい。これらのケースで、高速ＰＩＮダイオードスイッチが、送信モード中に受信器入力をゲーティングするために使用されてよい。少なくとも幾つかのケースで、２つのＰＩＮスイッチが絶縁を改善させるために直列で使用される。
【０２４８】
受信経路４４０、４４２の各々は、入力端において受信コイル４３８ａ、４３８ｂの各々に連結されるパッシブバンドパスフィルタ４４０ａ、４４２ａを含む。バンドパスフィルタ４４０ａ、４４２ａの各々は、送信ユニット４１６内のバンドパスフィルタ４３２ｂ、４３４ｂと同様のトポロジを有していてよい。本願の教示によれば、バンドパスフィルタ４４０ａ、４４２ａは、標的原子核の１つ又は複数のラーモア周波数を含む狭い周波数範囲についてフィルタ処理するように構成されてよい。
【０２４９】
バンドパスフィルタ４４０ａ、４４２ａにより生成されたフィルタ処理済みの信号はその後、それぞれバンドパスフィルタ４００ａ、４４２ａの出力端に連結された広帯域トランス及び／又はバラン４４０ｂ、４４２ｂを通過する。送信ユニット４１６のトランス４３２ｃ、４３４ｃと同様に、トランス４４０ｂ、４４２ｂは、ガルバニック絶縁とインピーダンスマッチングの両方を提供してよい。少なくとも幾つかの実施形態において、トランス／バラン４４０ｂ、４４２ｂの各々の往路（又は二次）巻き線の一方の端は、ローカルグラウンド参照のためにセンタタップされてよい。各トランス４４０ｂ、４４２ｂの巻き数比は最適なインピーダンスマッチングのために選択されてよい。
【０２５０】
トランス４４０ｂ、４４２ｂの各々は、往路巻き線の１つのノードにおいて、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４４０ｃ、４４２ｃ、可変利得増幅器（ＶＧＡ）４４０ｄ、４４２ｄ、局所発信機（ＬＯ）４４０ｅ、４４２ｅ、及びアナログ−デジタル（ＡＤＣ）変換器４４０ｆ、４４２ｆのそれぞれを含む直列接続に連結される。ＬＮＡ、ＶＧＡ、ＬＯ、及びＡＤＣは、信号雑音を低下させ、ＦＩＤ又は代謝産物信号レベルを増幅して、より高い測定精度を実現するために使用される。各種の実施形態おいて、これらのコンポーネントの組合せにより、入力換算（ＲＴＩ）で１．１ｎＶ／√Ｈｚ未満の雑音レベルを実現する低雑音受信器設計が可能となる。
【０２５１】
少なくとも幾つかの実施形態において、クロック発生器、例えばフェーズクロックループ（ＰＰＬ）クロック発生器４４４は、ＬＯ  ４４０ｅ、４４０ｆのほか、ＡＤＣ  ４４０ｆ、４４２ｆに連結されてよい。
【０２５２】
より具体的には、ＬＮＡ  ４４０ｃ、４４２ｃは、全体的に低い受信器雑音を実現するためのプリアンプステージとして機能するように構成される。少なくとも幾つかの実施形態において、ＬＮＡ  ４４０ｃ、４４２ｃは、全体的雑音レベルが１デシベル未満となるように構成される。ＬＮＡ  ４４０ｃ、４４２は、例えばＧａＡｓ  Ｅ−ｐＨＥＭＴ技術から形成されてよい。
【０２５３】
ＶＧＡ  ４４０ｄ、４４２ｄは、それぞれＬＮＡ  ４４０ｃ、４４２ｃの出力ノードに連結され、受信したＦＩＤ信号の振幅を増幅するように構成される。特に、ＶＧＡ  ４４０ｄ、４４２ｄは、ＦＩＤ信号を増幅して、その後ＬＯ及びＡＤＣによりＦＩＤ信号の中に導入されるスプリアス信号の生成を低減させるように構成される。
【０２５４】
少なくとも幾つかの実施形態において、ＶＧＡ  ４４０ｄ、４４２ｄを自動利得コントローラ（ＡＧＣ）回路にさらに組み込むことができ、これは利得制御を提供し、ＶＧＡ  ４４０ｄ、４４２ｄの出力を限定するように構成される。そのために、ＡＧＣは、ＶＧＡ  ４４０ｄ、４４２ｄの出力と内部参照閾値との差に対処するフィードバックループを使用してよい。ＶＧＡをＡＧＣに組み込むことによって、ＬＯミキサの過負荷が確実に回避される。例えば、ＬＯミキサは、十分な水（又は溶媒）抑制が行われない場合に過負荷となるかもしれず、したがって、受信したＦＩＤ信号には、グルコースプロトンの共鳴信号をだけでなく、水内にある水素プロトンに関する共鳴信号も含まれることになる。広い範囲の入力レベルについて受信器の雑音値を最小にするために、ＡＧＣはミキサＲＦ入力が過負荷とならないような最大ＶＧＡ利得を設定する。
【０２５５】
ＶＧＡ  ４４０ｄ、４４２ｄの出力にＬＯミキサ４４０ｅ、４４２ｅが連結され、これらは、例えば、近傍ＬＯ位相雑音、ベースバンド１／ｆ雑音のほか、相互変調歪（ＩＭＤ：intermodulation distortion）を含むＦＩＤ信号からのその他の雑音源をフィルタ処理するために使用される。特に、ＬＯミキサ４４０ｅ、４４２ｅにより、受信信号内の雑音は、ガウス様振幅分布によりスペクトル的に均一であり、それ以外は他の雑音信号により破壊されないことを確実にする。これは、式（９）の統計的信頼度の計算において使用される前提と一致する。少なくとも幾つかの実施形態において、ＬＯ  ４４０ｅ、４４２ｅは、受信ＦＩＤ信号を標的プロトンのラーモア周波数から少なくとも１００ｋＨｚだけオフセットするように構成される。
【０２５６】
ＡＤＣ  ４４０ｆ、４４２ｆは、それぞれＬＯミキサ４４０ｅ、４４２ｅのアナログ出力信号を受信する。少なくとも幾つかの実施形態において、ＡＤＣ  ４４０ｆ、４４２ｆは、高分解能１６ビットサンプリングＡＤＣである。例えば、ＡＤＣ  ４４０ｆ、４４２ｆは、ＬＯミキサ４４０３、４４２ｅからのアナログ出力信号をナイキストレート（すなわち、定量化のため）より速いレートでオーバサンプリングするように構成された１６ビットシグマ−デルタＡＤＣ変換器であってよい。各種のケースにおいて、定量化エラーを削減し、信号対雑音比（ＳＮＲ）を増大させるために、「ディザリング」雑音が受信信号に導入されてよい（例えば、ホワイトガウスノイズ）。少なくとも幾つかの実施形態において、「ディザリング」ノイズは、ＦＩＤ信号の中で確実に１１０ｄＢの非調和スプリアスレベルが実現されるように導入されてよい。少なくとも幾つかのケースで、ＡＤＣは、超広帯域アナログ入力を有する。各種の実施形態において、１００ｋＳＰＳを超えるものをサンプリングする低周波数又はオーディオシグマ−デルタ変換器により、２Ｔのシステムで最大＋／−２００ｐｐｍの化学シフトを許容できる。
【０２５７】
次に、図５Ａを参照すると、送信回路５００Ａの例示的な実施形態の簡略化された回路図が示されている。送信回路５００Ａは、図４Ｂの同相又は直角送信経路４３２、４３４の両方で使用できる。特に、送信回路５００Ａは、バンドパスフィルタ４３２ｂ、４３４ｂのトポロジをさらに詳しく示している。図のように、送信回路５００Ａは、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）５０４、トランス５０６（例えば、Ｎ：１の巻き数比のトランスにより特徴付けられる）、パッシブバンドパスフィルタ５０８のほか、送信コイル５１０ａ、５１０ｂを含む。
【０２５８】
トランス５０６は、前述のように、ガルバニック絶縁及びインピーダンスマッチングのために使用される広帯域ＲＦトランスであってよい。トランス５０６はまた、雑音値を最小化するために、低挿入損失によっても特徴付けられる。幾つかのケースで、トランス５０６の一次巻き線は、ＤＡＣ  ５０４の出力のＤＣバイアスに使用されるセンタタップレジスタ５０５を含んでいてよい。特に、センタタップトランスの挿入損失は０．５ｄＢ〜１．０ｄＢであってよい。少なくとも幾つかの実施形態において、ＲＦ広帯域トランスは、挿入損失が０．２ｄＢ未満の送信線型広帯域バラントランスであってよい。
【０２５９】
広帯域フィルタ５０８は、図４Ｂの送信ユニット４１６のバンドパスフィルタ４３２ｂ、４３４ｂの何れとも似ていてよい。図のように、バンドパスフィルタ５０８は、第三の、又はより高次の差動バンドパスＴ型トポロジフィルタであってよい。
【０２６０】
特に、バンドパスフィルタ５０８は、２つの平行なブランチ（すなわち、第一の分枝と第二の分枝）を含んでいてよく、各々がインダクタ（Ｌｓ）５０８ｃ、５０８ｄと直列配置されたコンデンサ（Ｃｓ）５０８ａ、５０８ｂを含む。コンデンサ（Ｃｓ）５０８ａ、５０８ｂの各々の入力ノードは、トランス５０６の出力（又は二次）巻き線の出力ノードに連結される。コンデンサ（ＣＰ）５０８ｅとインダクタ（ＬＰ）５０８ｆの並列配置が第一の分岐と第二の分岐との間に延びる。具体的には、コンデンサ（ＣＰ）５０８ｅとインダクタ（ＬＰ）５０８ｆの１つの共通（又は共有）ノードはインダクタ５０８ｃ（Ｌｓ）の出力ノードに連結され、コンデンサ（ＣＰ）５０８ｅとインダクタ（ＬＰ）５０８ｆのもう一方の共通（又は共有）ノードはインダクタ（Ｌｓ）５０８ｄの出力ノードに連結される。
【０２６１】
コンデンサ（ＣＰ）５０８ｅとインダクタ（ＬＰ）５０８ｆの並列配置の反対側は、各々がコンデンサ５０８ｇ、５０８ｈ（ＣＳ）を含むもう１つの平行分岐セットである。各コンデンサ５０８ｇ、５０８ｈ（ＣＰ）は、往路コイル巻き線５１０ａ及び帰路コイル巻き線５１０ｂに直列に連結される出力ノードを有する。各種の実施形態において、往路及び帰路コイル巻き線５１０ａ、５１０ｂは、第一の同相送信コイル４３６ａと第二の直角送信コイル４３６ｂの一方の往路及び帰路コイル巻き線に対応する。往路及び帰路巻き線５１０ａ、５１０ｂの各々は、磁石ボア内に配置されてよく、同様に偏極される（すなわち、同相又は直角）。送信又は受信コイルを１／２長往路巻き線及び１／２長帰路巻き線として実装することによって、コイルの長さは結果的に２分の１に短縮され、その結果、インダクタコイルの自己共鳴周波数（すなわち、インダクタコイルがその機能を失い、開回路として挙動する周波数限度）が増大する。インダクタの自己共鳴周波数が高くなることで、この自己共鳴周波数は確実に動作パスバンド周波数より高くなる。
【０２６２】
負荷抵抗器５１２は、往路巻き線５１０ａと帰路巻き線５１０ｂとの間に直列接続される。フィルタ５０８は負荷抵抗器５１２を通じてバンドパス（電圧）振幅周波数応答を提供し、Ｔ型トポロジローパスフィルタから合成されるバンドパスフィルタが、負荷抵抗器５１２と直列のその最終分岐インダクタ５１０ａ、５１０ｂを有するため、インダクタ電流（すなわち、ＮＭＲコイル電流）は、同じ振幅周波数応答特性を有する。さらに、往路及び帰路コイル電流は各コイルのＲＦ刺激場（Ｂ１）の強度と直接相関する。
【０２６３】
各種の実施形態において、コンデンサの最大電圧定格は、共鳴における作動電圧低下を扱うのに十分でなければならない。さらに、フィルタ集中インダクタンスＬＰ及びＬｓは、静磁場（Ｂ０）によりそれらのフェライトコアの飽和を回避するために、メインボア１０６磁場の外にあってよい。
【０２６４】
前述のバンドパスフィルタトポロジでは、従来の送信ユニットに関連する多くの問題が回避される。特に、ＮＭＲ応用での従来の送信ユニットは、調整可能コンデンサを用いる狭帯域ハイＱ調整ＬＣ回路を利用する。コンデンサは、送信コイル、すなわちＬＣ回路への負荷と送信線との間のインピーダンスマッチングを実現するために、ある動作周波数（すなわち、ラーモア又は共鳴周波数）に調整されなければならない。したがって、ＬＣ回路は、１つの動作周波数についてのインピーダンスマッチングが行われる。従来のＬＣ回路内の調整可能コンデンサはまた、信頼性も低く、時間とコストのかかる手作業での調整が必要であり、雑音及び利得エラーが導入される。
【０２６５】
反対に、本願の教示によるバンドパスフィルタ設計は、調整可能回路素子を含まず、１つのラーモア周波数だけでなく、１つ又は複数のラーモア周波数を含む通過帯域の周波数をフィルタ処理するように動作可能である。この特徴は例えば、異核ＮＭＲ実験をサポートしてよい。例えば、１つの用途において、送信通過帯域範囲は、水素１Ｈ及びフッ素１９Ｆに関する非常に近いラーモア周波数を含むことができる。１９Ｆのラーモア周波数は０．９４×１Ｈプロトンのそれであり、現在「二重調整」共鳴ＬＣ回路のみによってサポートされているものと異なる。特に、フッ素のＮＭＲ試験は、薬剤及び麻酔を含むフッ素の代謝を調査するために使用できる。さらに、前述のバンドパスＴ型トポロジは、すべてのスペクトル成分が同じ利得を得ることができるような平坦な周波数応答を有する、より広い通過帯域を提供する。この特徴によって、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、より広い範囲のラーモア周波数で動作でき、アナログプローブによる再調整は不要である。
【０２６６】
通過帯域範囲内の周波数（１つの動作周波数ではない）の透過を可能にすることによって、また永久磁石設計の製造公差が許容される。永久磁石は、公称値前後で最大＋／−３％変化する残留磁化範囲を有することが多い。ラーモア周波数は静磁場の関数であるため（例えば、式（２）参照）、公称値からの残留磁化のばらつきはラーモア周波数のばらつきの原因となる可能性がある。１つの周波数で動作する従来のＬＣ回路は、製造公差に対応するための定常的な再ターニングが必要となる。
【０２６７】
次に、図５Ｂを参照すると、受信器回路５００Ｂの例示的な実施形態の簡略化された回路図が示されている。受信器回路５００Ｂは、図４Ｂの同相又は直角受信経路４４０、４４２の両方において使用できる。図のように、受信回路５００Ｂは、パッシブバンドパスフィルタ５０８’のほか、トランス５０６’を含む。特に、バンドパスフィルタ５０８’は、図４Ｂの受信ユニット４２０のバンドパスフィルタ４４０ａ、４４２ａの何れと似ていてもよい。
【０２６８】
バンドパスフィルタ５０８’は、図５Ａのバンドパスフィルタ５０８と同じ設計を有する。このために、バンドパスフィルタ５０８’は、第一の同相受信コイル４３８ａと第二の直角受信コイル４３８ｂの一方の往路及び帰路コイル巻き線に対応する往路及び帰路コイル巻き線５１０ａ’、５１０ｂ’を含む。往路及び帰路巻き線５１０ａ’、５１０ｂ’は磁石ボア内に配置されてよく、同様に偏極される（すなわち、同相又は直角）。負荷抵抗器５１２’は、往路巻き線５１０ａ’と帰路巻き線５１０ｂ’との間に直列に接続される。
【０２６９】
少なくとも幾つかの実施形態において、トランス５０６’は、出力（二次巻き線）においてグラウンド参照のためにセンタタップされていてよい。トランス５０６’はまた、図４ＢのＬＮＡ  ４４０ｃ、４４２ｃと同様であってよい低雑音増幅器（ＬＮＡ）５１４に連結されてよい。
【０２７０】
各種のケースで、バンドパスフィルタ５０８’の通過帯域範囲は、バンドパスフィルタ５０８の通過帯域範囲とは異なっていてよい。これによって、送信器側で１つ又は複数の同位体のためのラーモア周波数を含む通過帯域範囲を発生させ、他方で、受信器側では１つの特定の同位体のみのラーモア共鳴信号を検出する通過帯域範囲を発生させることが可能となるかもしれない。
【０２７１】
ここで、図５Ｃを参照すると、図５Ａのバンドパスフィルタ５０８又は図５Ｂのバンドパスフィルタ５０８’の例示的な周波数応答プロット５００Ｃを示す。具体的には、プロット５００Ｃは、６０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚのラーモア州費は右をサポートするように設計される３次チェビシェフバンドパスフィルタに関するシミュレーションによる周波数応答を示している。コイルの自己共鳴は、約２００ＭＨｚでストップバンドがゼロとなる。
【０２７２】
次に、図６を参照すると、幾つかの実施形態による例示的なコイルセット６００の概略図が示されている。コイルセット６００の一例は、ＲＦ送信コイル４０８ａを実装するために使用されてよく、コイルセット６００の第二の例はＲＦ受信コイル４０８ｂを実装するために使用できる。
【０２７３】
コイルセット６００は、第一の同相コイル６００Ａと第二の直角コイル６００Ｂを含んでいてよい。各種の実施形態において、コイル６００Ａ及び６００Ｂはボリュームコイル、例えばソレノイド又はエアインダクタであってよく、これは、高磁場ＮＭＲ用途で現在使用されている表面コイルと比較して、送信端においては磁石ボア１０６を通じてより均一なＲＦ刺激磁場（Ｂ１）を提供し、受信端においてはより高い受信感度を提供する。より具体的には、表面コイルと異なり、ボリュームコイルは本質的に、本来は断熱パルスの使用に依存しない、より均一な刺激場を生成することができる。断熱パルスは、特定の閾値にわたる均一な刺激場を提供し、一般的に、表面コイルで使用されて、これらの表面コイルが典型的に発生させる固有の不均一なＲＦ刺激場を補償（又は緩和）する。しかしながら、前述のように、断熱パルスは時間ドメイン内で切り捨てなければならないため、表面コイルは本来、高い均一度（例えば、水抑制技術で必要とされる）の高周波数選択的励起パルスを生成するためには使用されない。したがって、ボリュームコイルは断熱パルスに依存性せずに本来的に均一な刺激場を生成できることから、ボリュームコイルは高周波数選択的励起パルスが必要な用途で使用できる。ポータブルＮＭＲ機器の低磁場設計（例えば、２Ｔ未満の磁場を発生させる）もまた、ボリュームコイルのより低い自己共鳴周波数に合わせて構成される。
【０２７４】
引き続き図６を参照すると、コイル６００Ａ及び６００Ｂの形状は、式（２０）により特徴付けられる螺旋コイル形状であってよい：
Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｃ（Ｒｓｉｎθｃｏｔα＋ｐθ／２π，Ｒｓｉｎθ，Ｒ  ｃｏｓθ）  （２０）
式中、「Ｒ」は各コイルの曲率半径であり、「θ」は角度パラメータであり、「α」はチルト角であり、「ｐ」はピッチである。
【０２７５】
図６では、コイル６００Ａ、６００Ｂはｘ方向へと長さ方向に延び、ＹＺ平面に関して傾斜されているように示されている。コイル６００が磁石ボア内にセットされると、コイル６００のｚ軸は静磁場（Ｂ０）の軸を画定する。
【０２７６】
少なくとも幾つかの実施形態において、コイル６００Ａ、６００Ｂは、反対方向に、ＹＺ平面に関して反対方向に±４５度の角度で傾斜され、又は傾けられる、空間的に直交する傾め巻き余弦波コイルであってよく、円偏光ＲＦ信号を生成する。他のケースでは、例えば楕円偏光ＲＦ信号を生成するために空間オフセット角を調整できる。
【０２７７】
コイル６００Ａが送信コイル（例えば、図４Ａの４０８Ａ）として使用される場合、第一の同相コイルは同相送信経路４３２に連結され、駆動されて刺激場（Ｂ１）の同相成分を発生させ、第二の直角コイル６００Ｂは、直角送信経路４３４に連結され、駆動されて刺激場（Ｂ１）の直角成分を発生させる。コイル６００Ａ、６００Ｂを同相直角で駆動する間に、コイル６００は円偏光場（例えば、必要に応じて、また標的同位体の磁気回転比により定められる左巻き又は右巻き）を発生させ、これはその標的同位体内の磁気共鳴を誘導する。送信された刺激場（Ｂ１）の周波数は、前述のように送信ユニット４１６のバンドパスフィルタにより制御されてよい。
【０２７８】
コイル６００が受信コイル（例えば、図４Ａの４０８Ｂ）として使用される場合、コイルの空間的に直交する配置によって、コイルは、横ＸＹ平面内で生成された円偏光ＦＩＤ信号を検出することができる。特に、第一の同相コイル６００Ａは、ＦＩＤ信号の同相成分を検出してよく、第二の直角コイル６００Ｂは、ＦＩＤ信号直角信号を検出してよい（例えば、式（４）及び（５）参照）。受信端における２つの傾め巻き余弦波コイルの和及び差信号はしたがって、２つの横空間軸（すなわち、Ｘ及びＹ軸）に投射される磁化信号を区別するために使用でき、これは幾つかのＮＭＲ分光用途にとって必要かもしれない。
【０２７９】
引き続き図６を参照すると、コイル６００Ａ、６００Ｂを安定位置に支持するために、コイル６００Ａ、６００Ｂは中空円筒支持構造６０２と重ねられていてよい。支持構造６０２は、キャビティ６０４を含んでいてよく、これは、構造が磁石ボア１０６内にセットされると、被検者の指又は試験用サンプルを受ける。少なくとも幾つかの実施形態において、円筒支持構造６０２の外面には螺旋溝又は凹部が設けられていてよく、これは螺旋コイルを受ける。螺旋溝又は凹部は、コイルの螺旋形態のほか、相互に関するコイルの位置を保持するのに役立つかもしれない。特に、機械的支持手段６０２とその外面上の凹部又は溝は、本来は時間がたつとコイルの形状を変形させるかもしれない対抗するロレンツ力に対して、コイル形状の構造的完全性を保持するために重要である。少なくとも幾つかの実施形態において、コイルは絶縁保護カバーを含んでいてもよい。
【０２８０】
コイル及びそれに対応する分光計のコンポーネント（例えば、送信ユニット４１６及び受信ユニット４２０）との間のケーブル接続は、静磁場（Ｂ０）の軸（例えば、ｚ軸）に平行に延び、ポータブルＮＭＲ機器１０４の磁石アセンブリフレーム内に配置されてよく、それによってＢ０磁場にｚ方向へのエラー成分が発生するのが防止される。
【０２８１】
各種の実施形態において、コイル６００Ａ、６００Ｂと分光計受信及び送信ユニット４１６、４２０との間の接続は、シールドツイストペアケーブルで実現される。シールドツイストペアケーブルは、結合雑音を防止し、雑音放出抑制を提供するのに有効であり、これはポータブルＮＭＲ機器１０４がＦＭ無線帯域のどれだけ近くで動作するかを決定する上で重要な勘案事項である。少なくとも幾つかの実施形態において、シールドツイストペアケーブルはカテゴリ６Ａのイーサネットケーブルであってよく、これは広いアナログ帯域幅（＞５００ＭＨｚ）シールドツイストペアの４つの差動ペアを含み、したがって送信及び受信動作モードの両方のための同相及び直角信号送達をサポートする。
【０２８２】
次に、図７Ａ及び７Ｂを参照すると、幾つかの実施形態により図１ＡのポータブルＮＭＲ機器１０４により使用可能な軸対称永久磁石アセンブリ７００Ａの例示的な実施形態が示されている。特に、図７Ａは、図１Ａの切断線７−７’に沿ったポータブルＮＭＲ機器１０４の断面図を示す。図７Ｂは、図７Ａの分解図を示す。
【０２８３】
図７Ａ及び７Ｂに示される軸対称永久磁石アセンブリ７００Ａは、小型であり、磁石ボア１０６に強力で均一に近い静磁場（Ｂ０）を、改善された磁場閉じ込め特性で発生させることができる。永久磁石アセンブリ７００Ａの大きさがコンパクトであることによって、携帯可能で、使用者にとって使いやすいＮＭＲ機器の実現が可能となる。
【０２８４】
その中に示されているように、軸対称設計は、対称軸（例えば、ｚ軸）の周囲で回転される複数の磁石セグメントを含む。磁石の各々は、対称軸（ｚ）に沿った、又は半径方向軸（ｒ）に沿った向きの磁化方向によって特徴付けられる。静磁場（Ｂ０）は、各永久磁石セグメントにより生成される磁場の重畳の結果として＋ｚ方向に生成される。
【０２８５】
本願で提供される教示によれば、より強力で、より均一で、より閉じ込め性の高いＢ０磁場が得られるのは、各セグメント内の直交するｒ及びｚ磁化成分間のヒルベルト変換関係が、０〜２πの範囲全体にわたり実現されるからである。それに対して、これまでにＮＭＲ用途で使用されている従来のハルバッハ円筒設計のｒ及びφ成分間のヒルベルト関係は、ｚ方向に沿ったその限定的な長さについてしか保持されない。
【０２８６】
さらに詳しくは、軸対称永久磁石は、上側ディスク磁石セグメント７０２ａと上側コーン磁石セグメント７０２ｂを含み、これらは磁石ボア１０６の上に＋ｚ方向に積み重ねられる。上側ディスク及び上側コーン磁石セグメント７０２ａ、７０２ｂの各々は、＋ｚ方向への磁化を有する。少なくとも幾つかの実施形態において、これらのセグメントは、１つの磁石セグメントを含むことができる。炭素鋼ディスク７１６ａは、磁石ボア１０６の上側部分と上側磁石ディスク７０２ｂの下面との間に挟まれてよく、それによって静磁場（Ｂ０）を強化させるだけでなく、静磁場の均一度も改善する。特に、既定では、高透磁性領域（例えば、炭素鋼）から出て、低透磁性領域（例えば、磁石ボア１０６内の空気）に入る磁場は、表面に対して垂直に出る。したがって、この特徴により、静磁場（Ｂ０）の均一度を改善できる。各種の実施形態において、炭素鋼ディスク７１６ａの表面は、静磁場（Ｂ０）の不均一性を補償するように、より正確な形状とすることができる。
【０２８７】
同様に、下側ディスク磁石セグメント７０４ａと下側コーン磁石セグメント７０４ｂは、磁石ボア１０６の下に−ｚ方向に積み重ねられる。下側ディスク及び下側コーン磁石セグメント７０４ａ、７０４ｂの各々は、＋ｚ方向への磁化を有する。セグメント７０２ａ及び７０２ｂと同様に、少なくとも幾つかの実施形態において、これら２つのセグメント７０４ａ、７０４ｂはまた、１つの磁石セグメントを含むこともできる。炭素鋼ディスク７１６ｂはまた、磁石ボア１０６の下側部分と下側ディスク磁石セグメント７０４ｂの上面との間に位置付けられて、静磁場（Ｂ０）を強化させるだけでなく、静磁場の均一度を改善してもよい。
【０２８８】
中央リング磁石セグメント７０６は、磁石ボア１０６から半径方向に外側に、＋ｒ方向に配置され、−ｚ方向への磁化により特徴付けられる。中央リング磁石セグメント７０６は、磁石ボア１０６を少なくとも部分的に取り囲み、それと同時に、ボア１０６へのアクセス開口（例えば、被検者の指又は試験用サンプルを受ける）は妨害されないままとする。
【０２８９】
中央リングセグメント７０６の上に＋ｚ方向に、また上側ディスク及びコーンセグメント７０２ａ、７０２ｂから半径方向に外側に＋ｒ方向に、上側リング磁石セグメント７１２が積み重ねられ、これは＋ｒ方向への磁化を有する。
【０２９０】
同様に、中央リングセグメント７０６の下に−ｚ方向に、また下側ディスク及びコーンセグメント７０４ａ、７０４ｂから半径方向に外側に、−ｒ方向への磁化を有する下側リング磁石セグメント７１０が積み重ねられる。
【０２９１】
各種の実施形態において、上側、中央、及び下側永久磁石リングは、それらの磁化が＋ｒ又は−ｒ方向に沿っている、複数の横方向への磁化を有する円筒磁石で実装されてよい（例えば、３０度離間された１２個の磁石）。
【０２９２】
前述のように、これらの永久磁石セグメントの各々により生成される正味磁化によって、磁石ボア１０６の中に、垂直＋ｚ方向への静磁場（Ｂ０）が得られる。このために、磁石セグメントの各々は、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）永久磁石等の「硬質」永久磁石合金から形成されてよく、それによって重畳の原理を適用できる。少なくとも幾つかの実施形態において、Ｎ４０グレードＮｄＦｅＢ永久磁石材料が中央リング７０６で使用され、そこには高い反転保磁場がある。特に、高反転保磁場は、磁石ボア１０４内の強力な静磁場（Ｂ０）から得られ、これは中央リング７０６の磁化と接し、それと反対方向である。また、上側及び下側リング７１０、７１２は、Ｎ４０グレードＮｄＦｅＢ永久磁石から形成されてよく、それによって最適な磁場閉じ込めが提供される。Ｎ５２グレードＮｄＦｅＢ永久磁石材料は、上側及び下側コーン及びディスクセグメント７０２及び７０４で使用されてよい。各種の実施形態において、各磁石のグレードを変更することによって、理想的な片側磁束構造から漏出する磁束を最小にしようとする際の自由度を提供し、その結果、永久磁石アセンブリの周囲の保護シールドの大きさと重量を最小限にすることができる。
【０２９３】
下の表１は、セグメント型軸対称磁石アセンブリ７００Ａの中の各磁石セグメントに関する磁化方向と材料の種類をまとめたものである。
【０２９４】
【表１】
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【０２９５】
本願で提供する教示によれば、前述のセグメント型軸対称永久磁石構成は、理想的なことに、均一に近い、１．７９Ｔの強力な静磁場（Ｂ０）を磁石ボア１０６にわたって提供する。特に、これは各々約１０ｃｍの高さと直径を有する（及び重量約１０ｋｇの）永久磁石構造を前提とする。しかしながら、磁石ボア１０６は中央リング７０６の中に彫られているため、永久磁石アセンブリの角（又は方位）対称が損なわれ、その結果、磁場強度は、例えば約１．６８Ｔへと約４％〜６％低下する。それでも、１．６８Ｔいう磁気強度は、（ＮＭＲにおいてよく使用される）通常は磁石アイソセンタにおいて静磁場強度１．５４Ｔを実現する従来のセグメント型ホヘルバッハ円筒永久磁石構成に対する改善を示す。前述のように、磁石ボア内の静磁場の強度を改善することは、ポータブルＮＭＲ機器１０４における受信共鳴信号のＳＮＲの改善において（例えば、ＳＮＲはＢ０２にほぼ比例して改善される）重要な勘案事項である。
【０２９６】
図７Ａ及び７Ｂのセグメント型磁石構成はまた、５ガウス磁力線の閉じ込めも実現する。５ガウス磁力線は、静磁場Ｂ０の大きさが５ガウスを超える磁場の外周線を画定する。５ガウス磁力線の閉じ込めは、日常的な商業的使用における磁気装置に関する重要な安全上の勘案事項である。
【０２９７】
引き続き図７Ａ及び７Ｂを参照すると、中空フレーム７１８が永久磁石アセンブリの周囲に配置されてよく、それによって軸対称永久磁石の周囲に外側３Ｄ周辺及びエアギャップが提供される。中空フレーム７１８は、ＮＭＲ機器１０４の動作に必要な各種の電気ハードウェアを受けてよい。各種の実施形態において、中空フレーム７１８は、図４Ａ及び４Ｂに示される電子回路（例えば、磁石ボア１０６内にある被検者の指又は試験用サンプルから生成されるＦＩＤ信号を分析するための分光計７２０）を受けるように構成されてよい。各種の実施形態において、コイル４０８ａ、４０８ｂが磁石ボア１０６内にある場合、コイル４０８ａ、４０８ｂと分光計７２０との間のケーブル接続は、コイルから、磁石ボア１０６を通り、フレーム７１８を通じて、永久磁石アセンブリの下の分光計７２０へと、又は分光計７２０が外部に提供されている場合は、永久磁石アセンブリの裏から外へと延びる。
【０２９８】
中空フレーム７１８は、電気ハードウェア及び回路を永久磁石アセンブリにより生成される漏出磁場から保護する非磁性材料から形成されてよい。少なくとも幾つかの実施形態において、フレーム７１８はアルミニウムから形成されてよく、これは非磁性且つ軽量である。
【０２９９】
静磁場漏出からさらに隔離するために、ＮＭＲ機器１０４はまた、外側シールド層７２２も含んでいてよく、これは中空フレーム７１８の周囲に配置される。シールド層７２２は、高い飽和磁場強度のほか、高い透磁性によって特徴付けられる何れの適当な材料で形成されてもよい。少なくとも幾つかの実施形態において、シールド層７２２を形成する材料は、１．５Ｔより大きい飽和磁場強度特性と、１００μ０より高い透磁性により特徴付けられてよい。少なくとも幾つかのケースで、外側シールド層７２２は、高い耐食性及び良好な磁気特性（例えば、高い透磁性及び高い飽和強度）を有するマルテンサイト又はフェライト系ステンレススチールで形成されてよい。各種の実施形態において、外側シールド層７２２は、厚さ３ｍｍであってよい。幾つかのケースでは、追加的な外側シールド層もまたシールド７２２の上に組み込まれてよく、それによってさらに漏出保護が提供される。この追加的シールド層７２２は、例えば薄いＭｕ金属から形成されてもよい。
【０３００】
次に、図７Ｃ及び７Ｄの両方を参照すると、図７Ａ及び７Ｂのセグメント型軸対称永久磁石アセンブリにより生成される静磁場（Ｂ０）のシミュレーションが示されている。特に、図７Ｃは、図７Ａ及び７Ｂの永久磁石アセンブリにより生成される磁場等高線を示す。図７Ｄは、磁石ボア１０６内で生成される静磁場の、磁石アイソセンタからの半径方向の距離に関する強度のプロット７００Ｄを示す。
【０３０１】
図７Ｃに示されるように、磁石セグメント７０２〜７１２の各々により生成される磁場の重畳は、対称軸（＋ｚ）方向に沿った磁ボア１０６内の磁場である。さらに、永久磁石の軸対称配置は、外側層シールド７２２と共に、機器１０４からの磁場漏出の最小化と、その中への静磁場閉じ込めを実現する。
【０３０２】
図７Ｄは、静磁場の、磁石アイソセンタ、すなわち磁石ボア１０６の中心からの半径方向の距離（すなわち、横平面ＸＹに沿っている）に関する強度のプロット７００Ｄを示す。図のように、軸対称設計により、アイソセンタにおいて１．７９テスラの静磁場強度が実現され、アイソセンタから１．５ｃｍの地点では、前述のように、磁石ボアの結果として方位対称が損なわれるため、約１．６７テスラにのみ低下する。
【０３０３】
次に、図７Ｅを参照すると、ボア１０６内の静磁場（Ｂ０）の静磁気学的シミュレーションを図解するプロット７００Ｅが示されている。特に、プロット７００Ｅは、３つのデカルト軸に沿った磁気アイソセンタからの距離に関するｚ軸に沿った静磁場を示す。この中に示されるように、静磁場（Ｂ０）は、軸及びｙ軸に沿って均一に近いが、均一度はｘ軸に沿ってわずかに損なわれる。再び、ｘ軸に沿った不均一性は、ボア１０６の結果として中央リング７０６内の磁石体積が縮小されることによる。
【０３０４】
次に、図７Ｆを参照すると、他の例示的な実施形態によるポータブルＮＭＲ機器１０４の永久磁石アセンブリ７００Ｆが示されている。特に、中央リングセグメント７０６’は今度は、平坦でない内面を含み、磁石ボア１０６の半球突出部によって画定される。中央磁石セグメント７０６’の内面をこのような形状にすることによって、ボア１０６に起因する体積損失から生じる静磁場の強度の低下及び静磁場の空間的不均一性が緩和されてよい。
【０３０５】
各種の実施形態において、中央リングセグメント７０６’の内面突出部は、高透磁性軟鋼又はその他の磁性合金で形成される別の磁極片から形成されてよい。
【０３０６】
次に、図７Ｇ及び７Ｈを参照すると、図７Ｆに示される中央リングセグメント７０６’の内面を変形させることによる効果が示されている。
【０３０７】
図７Ｇは、永久磁石アセンブリ７００Ｂの磁場等高線を示す。静磁場の均一度は磁石ボア１０６の中で、図７Ｃと比較して改善される。
【０３０８】
図７Ｈは、静磁場の、磁石アイソセンタ、すなわち磁石ボア１０６の中心からの半径方向の距離（すなわち、横平面ＸＹに沿っている）に関する強度のプロット７００Ｈを示す。特に、プロット７００Ｈは、プロット７００Ｄと比較して、特にアイソセンタから１ｃｍの距離内で磁場均一度の顕著な改善を示している。
【０３０９】
軸対称永久磁石設計は磁石ボアを通じて均一に近い静磁場を実現するが、図７Ｄ及び７Ｈに示されているように、静磁場は、特に磁石アイソセンタから慣れた位置において、完全に均一ではない。したがって、静磁場（Ｂ０）の空間的不均一性を補正するために、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、磁石ボア１０６内に配置されたシミングアセンブリ（例えば、図４Ａ及び４Ｂの４２４参照）を含んでいてよく、これは静磁場の均一性を改善するための補償的磁場を生成する。特に、シミングアセンブリによって、０．１ｐｐｍ未満、理想的には０．０１ｐｐｍ以内の静磁場均一性が得られる。
【０３１０】
ここで、図８Ａを参照すると、幾つかの実施形態による例示的なシミングアセンブリ８００Ａが示される。シミングアセンブリ８００Ａは、図４Ａ及び４Ｂのシミングアセンブリ４２４と同様であってよい。
【０３１１】
図のように、シミングアセンブリ８００Ａは、複数の電流導体８０２ａから形成され、これはｘ軸に沿って延び（ＮＭＲ機器１０４に関して定義される）、ボア１０４の中又はその付近に円形の構成で配置され、それ以外に円周に沿って均等に離間されている。したがって、電流導体は三次元で「円筒」形状を形成する。各種のケースで、電流導体８０２ａは、中空の円筒支持フレーム８０４ａの周囲に位置付けられてよい。
【０３１２】
特に、シミングアセンブリ８００Ａは、均一なワイヤ密度を有する導体８０２ａを利用し、電流導体８０２ａの各々は個別に制御される直流（ＤＣ）を受け、これは例えば、専用のデジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器によって（例えば、マルチチャネルＤＡＣ変換器を使って）供給されてよい。各種の実施形態において、ＤＡＣ変換器は、図４Ａ及び４Ｂのシミング制御ユニット４２２の中に配置されてよい。このために、シミング制御ユニット４２２はまた、複数のデジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器に連結された複数の電流発生器（図示せず）も含んでいてよい。特に、均一なワイヤ密度と異なる電流を利用することは、可変的な銅線密度を有する補正コイルを用いた複雑な配線構成を利用する従来のＮＭＲシム設計とは対照的である。
【０３１３】
本明細書でさらに詳しく説明するように、シミングアセンブリ８００Ａは、電流導体を通じたＤＣ電流振幅の正弦曲線分布を利用しており、これは仮の 「円柱」（例えば、電流導体の配置により形成される）の「シェル」の周囲の電流導体の角位置に応じて変化する。この特徴は、電流導体の円周方向の均等な間隔と共に、シミングアセンブリ８００Ａが磁石ボア１０４内に高次モード磁場パターンを生成するのを可能にし、それによって、本明細書で説明されるように、静磁場（Ｂ０）の不均一性を正確に補償できる。特に、従来のシミングアセンブリは、そのモードに比例する振幅の電流によって駆動されたときに１つの磁場モードを生成することが意図される導体コイル形状を実装する。したがって、これらのシミングアセンブリは、各モードに専用の多くの複雑なコイル配線形状を用いなければ、静電場不均一性の正確且つ精密な補償を提供することができない。
【０３１４】
さらに、本明細書で詳しく説明するように、各直線状導体を通じて電流を可変的に制御できることによって、モード電流の振幅と補償されていない静磁場（Ｂ０）の多項式分解中の対応する項の大きさとの間の固有の１対１のマッピングが可能となる。すなわち、静磁場（Ｂ０）の不均一性が多項式として表されるか、又はそれに分解されると（例えば、不均一性のプロットがｎ次多項式として概算されている図７Ｅ参照）、各導体中の電流は、その多項式の対応する項を補償するように調整できる。重要な点として、それによって、シムアセンブリは均一に近い静磁場の精密な補正を行うことができる。さらに、これによって、ポータブルＮＭＲ機器１０４は、０．０１ｐｐｍ（又は少なくとも０．１ｐｐｍ未満）の高い磁場均一性を実現でき、これは本来、従来のシムアセンブリでは実現不能であった。特に、従来のシミングアセンブでは、同様の直接的な１対１のマッピングが不可能であり、それ以外に、ＮＭＲ用途で有益な高い静磁場均一度を生成するための精密な静磁場補償が不可能である。
【０３１５】
現在のシミングアセンブリ８００Ａは、従来のＮＭＲ用途において均一なＲＦ磁場（Ｂ１）を生成するために使用されるかもしれない従来の「ブリッジケージコイル」アセンブリとは区別されてよいこともわかる。特に、従来のバードケージＲＦコイルは、ブリッジコイルの各「バー」を次のバーに容量結合するエンドキャップリングを有する。その結果、バードケージは電気的にＣ−Ｌハイパスフィルタのカスケードであり、両端のリング上のバー間にコンデンサがあり、バーは分散されたインダクタンスの役割を果たす。したがって、このブリッジケージトポロジにより、正しい周波数での単一のフィードインで、ケージの周囲の電流の正弦曲線分布の形態での共鳴を確立できる。それゆえ、システムは選択周波数と円偏光で均一に近いＢ１磁場を提供する。しかしながら、ブリッジケージトポロジは、シミングアセンブリ８００Ａの場合のように、ＤＣまで拡張できず、調整されたＲＦ周波数の高調波で、より高いモードの磁場パターンしか生成できない。したがって、シミングアセンブリ８００Ａのエンドキャップリングを取り除き、各導線をマルチチャネルＤＡＣにより生成される独立したＤＣ電流で駆動することにより、シミングアセンブリ８００Ａは磁石ボア１０４の中に何れの静磁場モードパターンでも生成してよい。前述のように、何れのモード磁場パターンでも生成できることによって、静磁場（Ｂ０）の磁場不均一性を正確に補正できる。
【０３１６】
ここで、より詳しくは、シミングアセンブリ８００Ａを使用して補正磁場を生成するために、各電流導体内の電流密度（Ｉ）（本明細書では、「シム電流モード」ともいう）は正弦曲線的に変化する。少なくとも幾つかの実施形態において、正弦曲線的変化は、式２１により表されてよい。
Ｉ＝Ｉ０ｓｉｎθ  （２１）
式中、Ｉ０はそれぞれの電流導体中で搬送される電流の大きさであり、θは電流導体の、ｚ軸に関して反時計回りに測定された角度である。
【０３１７】
次に、図８Ｂを参照すると、図８Ａの切断線８Ｂ−８Ｂ’に沿ったアセンブリ８００Ａの断面図が示されている。その中に描かれている磁場流線によって示されるように、電流密度が式（２１）にしたがって変化する場合、電流導体にの各々により生成される磁場の重畳によって、ｚ軸に沿った線形補償磁場により特徴付けられる双極磁場が生成される。図８Ｂに示される例において、導線の電流密度は０．４２  ＭＡ／ｍ２（百万アンペア毎平方メートル）〜３．１６  ＭＡ／ｍ２の範囲で変化する。ｚ軸に沿った線形補償磁場はしたがって、前記ｚ軸に沿った静磁場（Ｂ０）の不均一性を補償するために使用されてよい。
【０３１８】
少なくとも幾つかの他の実施形態において、各電流導体内の電流密度（Ｉ）は、式（２２）にしたがって変化してよい。
Ｉ＝Ｉ０ｓｉｎ２θ  （２２）
【０３１９】
式（２２）にしたがって導体電流を変化させる効果は、より高次の四重極モード磁場を発生させることであり、これはまたｚ軸に沿った線形補償磁場によっても特徴付けられる。
【０３２０】
ここで、図８Ｃを参照すると、図８Ａの切断線８Ｃ−８Ｃ’に沿ったシミングアセンブリ８００Ａの別の断面図が示されている。その中に描かれている磁場流線によって示されるように、電流が式（２２）にしたがって電流導体内で変化する場合、四重極磁場が生成され、ｚ軸に沿った補償磁場は線形である（図示されていないが、磁場はｙ軸に沿っても線形である）。図８Ｃに示される例において、導体の電流密度は０．８２  ＭＡ／ｍ２（百万アンペア毎平方メートル）〜３．０８  ＭＡ／ｍ２の範囲で変化する。
【０３２１】
したがって、シミングアセンブリ８００Ａを使用し、各電流導体内の電流密度（Ｉ）を式（２３）にしたがって変化させることにより、２ｎ極磁場が生成されてよい。
Ｉ＝Ｉ０ｓｉｎ  ｎθ  （２３）
【０３２２】
前述のように（また、本明細書でさらに詳しく説明するように）、より高次モードの磁場を生成できることにより、不均一な静磁場（Ｂ０）のより精密な補償が可能となる。これは、より高次モードでは、より高次の項を静磁場（Ｂ０）の多項式展開における対応する項に相関させてよいからである。したがって、シムコイルアセンブリ８００Ａは、各シム電流モードの振幅と不均一な静磁場（Ｂ０）（すなわち、永久磁石アセンブリにより生成される）の多項式分解における対応する項の大きさとの間の固有の１対１のマッピングを可能にする。
【０３２３】
シム電流モードと不均一な静磁場（Ｂ０）の多項式分解中の対応する項との固有の１対１のマッピングの背後にある理論について、ここでさらに詳しく説明する。
【０３２４】
静磁場（Ｂ０）（すなわち、永久磁石アセンブリにより生成される）と補償磁場（すなわち、シムコイルにより生成される）の組合せによって生成される磁場は、式（２４）により表される、それを制御する磁気等式を満たす。
【数１３】
2022500656.tif 000016
式中、
【数１４】
2022500656.tif 000017
は磁気ベクトルポテンシャルであり、
【数１５】
2022500656.tif 000018
は電流導体を通るアンペア毎平方メートルを単位とする電流密度を表し、μ０は自由空間の透磁性であり、
【数１６】
2022500656.tif 000019
は永久磁石構造の空間磁気を表す。ＮＭＲ機器１０４の永久磁石アセンブリで使用されている硬質透磁性磁石の高い直線性から、シム電流と永久磁石の効果を別々に考えるために、重畳の原理を用いることが可能である。
【０３２５】
特に、磁石ボア１０６内に生成される（すなわち、静磁場と補償磁場の結果としての）磁場（Ｂ）は、まず磁気ベクトルポテンシャル
【数１７】
2022500656.tif 000020
について解き、次にその回転について解くことによって解かれてよい。提案される現在の形状では、
【数１８】
2022500656.tif 000021
は純粋に長さ方向に向き（ｘ軸）、式（２５）により表されるラプラス方程式を満たす：
∇２Ａｘ＝０  （２５）
【０３２６】
ｘ軸に沿って延びる導体が半径ｒｉの円筒形を形成すると仮定し、表面電流がその円筒の「シェル」上で半径ｒ＝ｒｉで定義されると仮定すると、式（２５）のラプラス方程式の解は、以下のような式（２６）及び（２７）により規定されるｒ＝ｒｉでの連続性及び法線導関数の境界条件を前提として、ｒ＜ｒｉにより画定される第一領域（領域Ｉ）とｒ＞ｒｉにより画定される第二領域（領域ＩＩ）の両方で見出すことができる。
【数１９】
2022500656.tif 000022
式中、θはｚ軸に関する角度であり、Ｋｎｏ及びＫｎｅは円筒の円周に沿ったアンペア毎メートルを単位とするｎ番目の奇数及び偶数モードシート電流密度であり、Ｎはシム電流モードである。
【０３２７】
円形高調波に基づくフーリエ級数により与えられるシート電流の境界条件がこの理想的な２Ｄ機器形状の長さ方向の対称にとって適当であり、Ｎ（シムモード）が無限に近付くため、ボア内に何れの所望の補償磁場（Ｂ）の磁場分布でも生成できることがわかった。
【０３２８】
特に、半径ｒｉの極小に薄い円筒シェル上に理想的に分散されたＮ次の任意の電流分布について、ｒ＜ｒｉのボア内の磁場（Ｂ）磁場は、式（２８）により表されてよい。
【数２０】
2022500656.tif 000023
【０３２９】
さらに、ｒ＞ｒｉの円筒形ボアの外部の磁場（Ｂ）は、式（２９）により表されてよい。
【数２１】
2022500656.tif 000024
【０３３０】
少なくとも式（２８）から、シム電流モードのｎ番目の奇数調波と、円筒ボア内のｚ軸
【数２２】
2022500656.tif 000025
に沿った接線方向の補償的磁場（Ｂ）の振幅へのｚ（ｎ−１）依存性との間に直接的な対応があることが明らかである。
【０３３１】
したがって、このＢ０磁場モード解析は、各シム電流モードの必要な振幅と接線方向の磁場（Ｂ０）の多項式分解における対応する項の大きさとの間の固有の１対１のマッピングを証明している。
【０３３２】
しかしながら、これらのシム電流は理想的なシート電流の概算にすぎず、これは各シム導体の断面積にわたる均一な角度及び有限の電流密度での空間サンプリングは説明していない。Ｍ個の導体を有するシム構造では、多項式補正次数がＮ＝Ｍ／２−１に限定される。理論の適正な試験は、ｌ番目の導体の電流を理想のシート電流に関連付けて、その結果を使って静磁場（Ｂ０）の強度を予想することである。円筒の円周をＭ個のゾーンに分け、各シム導体の周囲に均等な角空間を設けると、ｌ番目の導体の電流モードｎは式（３０）により与えられるゾーンｌ内のシート電流の線積分である。
【数２３】
2022500656.tif 000026
【０３３３】
上の表現において、奇数モード電流だけが保持される（下付き文字のｏは落ちている）が、これはｘ軸に沿った静磁場（Ｂ０）が奇数モードのシート電流分布から得られるからである。十分な導体を有するシム構造の低次モードの場合、ｓｉｎｎπ／Ｍ≒ｎπ／Ｍであり、式（３０）は式（３１）に簡略化される。
【数２４】
2022500656.tif 000027
【０３３４】
前述のように、ボア内のＢ０双極磁場は、モードｎ＝１に関連付けられ、したがって、式（２９）は式（３２）となる。
【数２５】
2022500656.tif 000028
【０３３５】
このモデルでは、モード１の１Ａピーク電流（θｋ＝π／２）は、ボアの半径が１．５ｃｍ、シム導体２４で、磁石アイソセンタにおいて０．１６ｍＴのＢ０磁場を生成することが予測される。磁石のアイソセンタでのＢ０磁場を「真の」値とみなし、ｎ≧２より高次モードのシムのみとすることは標準的な慣行であるかもしれないが、ｎ＝１モード解析はシムシステムの相対的強度を実証し、理論の適正な試験を提供しており、これは経験的結果とよく一致するからである。
【０３３６】
実際には、各シム電流モードでは、幾つかの無視できない追加の項があるものの、主要な項のＮ次多項式により最もよく説明される補償磁場が生成される。Ｓｉｊがｊ番目の電流モードにより生成される磁場に対する多項式フィッティングのｘｉ項の係数を示し、それ以外のシム電流がオフであるものとする。各シム電流モードのこれらの磁場応答多項式は、経験的に特定できる。補償されない静磁場（Ｂ０）が式（３３）により表されるＮ次多項式として書かれると、システムのシミングに必要な電流は、式（３４）を解くことによって得られる。
【数２６】
2022500656.tif 000029
式中、電流列ベクトルの要素はＩｊ＝ｋ−１モード電流である。
【０３３７】
この線形系を説明する行列は強い対角行列であり、それゆえ良条件で、可逆的であることがわかるかもしれない。システムのモード特性に直接対応しない従来のシムコイルの幾何学構成により、悪条件行列公式が得られるかもしれず、それには一般逆行列の計算が必要となる。この場合、磁場均一化の性能は損なわれるかもしれない。
【０３３８】
各種のケースで、式（３３）及び（３４）を使用してシム電流を求める方法は、シムアセンブリが、長さ方向の対称で定義される従来のハルバッハ磁石アレイの設計と共に使用される場合に適しているかもしれない。
【０３３９】
ここで、図８Ｄを参照すると、他の例示的な実施形態によるシミングアセンブリ８００Ｄが示されている。特に、シミングアセンブリ８００Ｄは、図８Ａのシミングアセンブリ８００Ａの、図７Ａ又は７Ｆに示される軸対称永久磁石の設計により適した実装を表すかもしれない。シムアセンブリ８００Ｄの根底にある理論的原理は、シムアセンブリ８００Ａに関して前述した理論的原理と同様である。
【０３４０】
図のように、シミングアセンブリ８００Ｄは、横方向に離間された同心円状ループの２つの平行なセット、８０１Ａ、８０１Ｂを含み、これらはキャビティ１０６の上面と下面に、同心円状ループが静磁場（Ｂ０）の軸（例えば、図７Ａ及び７Ｆのｚ軸）と同一直線となるように位置付けられてよい。各セットは複数の同心円状ループを含み、これらは静磁場の軸の周囲で回転する。特に、上及び下面上の同心円状ループ８０１Ａ、８０１Ｂは、複数の離間され対向する同心円状ループのペア、それぞれ８０２ａ、８０４ａ、８０６ａ、８０８ａ、及び８１０ａと、８０２ｂ、８０４ｂ、８０６ｂ、８０８ｂ、及び８１０ｂを形成する。様々なケースで、少なくとも１つの電流導体ペアは、導体ペアの各コイルのコイル半径が、導体ペアのそれぞれのコイル間の間隔に実質的に等しくなるように構成されてよい。したがって、これは、２つのコイルの電流駆動が逆方向（例えば、時計回り対反時計回り）であり、コイルペアがその２つのコイル間で線形の磁場勾配を発生させる場合、逆転ヘルムホルツ条件を満たすかもしれない。
【０３４１】
各種の実施形態において、同心円状ループの各々は、独立した電流を搬送し、対称軸（例えば、ｚ軸）上に磁場プロファイルを生成する。磁場プロファイルは解析により、シミングアセンブリ８００Ａに関して前述したものと同様の閉鎖形態で知られているが、球面調和関数を用いて各コイルにより生成される磁場の多項式展開は、静磁場（Ｂ０）を均一に補償する上での同心円状コイル８００Ｄの適性を評価するために、より適当であるかもしれない。
【０３４２】
特に、アセンブリ８００Ｄにおいて、極角（α）の磁石アイソセンタに関して位置付けられた半径（ａ）を有する円形シムコイルにより生成された磁場成分は、式（３５）及び（３６）を使った球面調和関数で表すことができる。式（３５）は、磁場の半径方向（ｒ）成分を表し、式（３６）は極角（θ）に向かう成分を表す。式（３５）及び（３６）は、シムコイルの半径内の領域内で適用される（例えば、ｒ＞ａ）。
【数２７】
2022500656.tif 000030
式中、Ｉはシムコイルに印加される電流（Ａ）であり、Ｐｎはルジャンドル多項式であり、
【数２８】
2022500656.tif 000031
は関連する第一種ルジャンドル多項式である（W.R.Symthe[3]）。
【０３４３】
図８Ｄに示される例示的な実施形態において、セット８０１Ａ及び８０１Ｂの各コイルは、磁石アイソセンタに関して、
【数２９】
2022500656.tif 000032
により定義される極角（α）に位置付けられ、±ｈは平面ｚ＝０の上又は下のコイルの高さである。永久磁石構造（例えば、図７Ｆの磁石７００Ｆ）のための理想的な軸対称設計の場合、磁場の方位成分、すなわち方位角φへの依存性がない。さらに、ｃｏｓθ＝１の対称軸上で、磁場は純粋に半径方向に向き（ｒ＝ｚ）、これはｎの全てに数値についての
【数３０】
2022500656.tif 000033
及びＰｎ（１）＝１から得られる。
【０３４４】
コイルセット８０１Ａ及び８０１Ｂの各閉鎖円形コイルは、１つの主モードではなく、式（３５）及び（３６）内の偶数及び奇数のルジャンドル多項式の項の両方を生成する。さらに、異なる半径のコイルにより、線形に独立したルジャンドル多項式係数ベクトルが得られる。特に、これはルジャンドル多項式係数がコイル半径（ａ）のに依存することによる。特に、シムコイルにより生成された磁場を、球面調和関数上の有限級数展開を用いて一意的に表し、各コイルが偶数及び奇数の多項式の項を生成すること（１つの主モードのみではない）を証明することによって、シムアセンブリは、方位対称により定義される軸対称永久磁石アセンブリのボア１０６内にあらゆる所望の補償磁場（例えば、あらゆる所望の磁場パターン）を生成する完全な根拠を形成するために使用できると理解することができる。
【０３４５】
さらに、半径（ｒ）及び磁極（θ）方向への磁場方程式を分離できることは、磁場と同一直線上の軸（例えば、７Ｆの磁石設計のｚ軸）に沿った磁場への、それを均一にするための補正により、磁石のボア内のどの場所での磁場でも確実に均一になることを示していると理解される。特に、このことは、永久磁石の軸対称の設計によるもので、シミングプロセスを大幅に簡素化する。
【０３４６】
次に、図１１を参照すると、軸対称磁石設計（例えば、図７Ｆの磁石設計７００Ｆ）における静磁場（Ｂ０）を補正するためのシミングアセンブリ８００Ｄ内の各シムコイルのための電流を計算する方法１１００の例示的なプロセスフローが示されている。
【０３４７】
動作１１０２で、静磁場（Ｂ０）は、すべてのシム電流がゼロにセットされた状態でマッピングされる。ｚ軸（例えば、図７Ｆ）に沿った、補償されていない静磁場（Ｂ０）の磁場マップはその後、勾配イメージング方式により生成される。様々なケースで、勾配イメージング方式は、静磁場の軸（例えば、ｚ軸）に沿って適用される直線の１次元勾配を使用する。直線勾配は、例えば、磁石ボア内に配置された図８Ｄの同じシミング装置８００Ｄを使って、又は磁石ボア内の静磁場軸と直交する（例えば、ｘ軸に沿った）図８Ａのコイルアセンブリ８００Ａを使って生成できる。勾配イメージング方式は、ボア内に配置された、均一なプロトン密度の試験用サンプル（例えば、水のサンプル）を使って生成される。様々なケースで、離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）のペアもまた、ｋスペースの次元から勾配の軸に沿って散布リングされた磁場に変換するために使用されてよい。幾つかの実施形態において、磁場プロファイルは、式（３７）に示されるように、Ｐ次多項式として表現できる。
Ｂ０（ｚ）＝Ｂ０＋ΔＢ０１ｚ＋ΔＢ０２ｚ２…ΔＢ０ＮｚＰ…  （３７）
【０３４８】
他の実施形態において、ｚ軸に沿った静磁場プロファイル（Ｂ０）は列ベクトルにより表現できる。列ベクトルはＭ×１ベクトルであってよく、これはｚ軸に沿った補償されていない静磁場（Ｂ０（ｚ））を表し、Ｍはｚ軸に沿ってサンプリングされた、等間隔で離間された地点の数である。次に、静磁場不均一性エラー（ΔＢ０（ｚ））が式（３８）にしたがって特定されてよい。
ΔＢ０（ｚ）＝Ｂ０（ｚ）−Ｂ０（０）  （３８）
式中、Ｂ０（０）は、ｚ軸に沿った均一な、補償された静磁場のベクトルである。
【０３４９】
動作１１０４で、コイルアセンブリ８００Ｄ内の各コイルに単位電流が別々に印加され、その結果として得られた各コイルの磁場が別々にマッピングされる。方法１１００の次の実施時に、本明細書にさらに詳しく説明されているように、方法１１００の前回の実施時において動作１１０８で特定されたシム電流値に追加される増分電流を各シムコイルに印加することができる。シミングアセンブリ８００Ａと同様に、同心円状ループに印加される電流は、図４Ａ及び４Ｂの電流シミング制御ユニット４２２により印加されてよい。このために、シミング制御ユニット４２２は、複数の電流発生器（図示せず）と複数のデジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器を含んでいてよく、各ＤＡＣは電流発生器のうちの１つ及び同心円状ループのうちの１つに連結されて、そこに固有の電流を提供する。
【０３５０】
動作１１０６で、動作１１０２で特定された静磁場（Ｂ０）プロファイルが各コイルについて動作１１０４で特定された各磁場から差し引かれる。方法１１００の最初の実行時に、これによって各コイルへの単位電流の印加から生成された静磁場を特定できる。特に、ｊ番目のコイルについて、ｚ軸（例えば、静磁場軸）に沿った静磁場プロファイルは、Ｍ×１次元の列ベクトル（Ｓｊ）により表されてよい。方法１１００のその後の実施時に、動作１１０６により、方法１１００の前回の実施時に特定されたシム電流値に追加される増分電流を印加することによって得られる静電場を特定できる。
【０３５１】
動作１１０８で、磁石ボア内に均一な静磁場を発生させるために各コイルに必要なシム電流が特定される。
【０３５２】
特に、動作１１０６で特定されたコイル磁場の組合せから得られるこれらのボア内の静磁場は、各シムコイルにより生成される磁場の線形重畳であると仮定できる。したがって、静磁場（Ｂ０）内の空間的不均一性を調整するために必要な電流は、式（３９）で表される以下の線形システムにしたがって特定できる。
【数３１】
2022500656.tif 000034
【０３５３】
シム行列Ｓは、ｚ軸に沿ってサンプリングされた点の数（Ｍ）がシムコイルの数（Ｎ）より多いため、矩形行列である。
【０３５４】
磁石ボア内に均一な磁場を生成するのに必要なシム電流は、式（３９）内に表される直線システムを解くことにより特定できる。これは、式（４０）に示されているように、シム行列とその置換行列の積を反転させることによって行うことができる。
Ｉ＝（ＳＴＳ）−１ＳＴ（−ΔＢ０）  （４０）
【０３５５】
その後、１１１０で、式（４０）で各シムコイルについて特定された電流が、シミングアセンブリ８００Ｄに印加されて、磁石ボアの内部の静磁場（Ｂ０）の不均一性を補正してよい。例えば、前述のように、これは複数の電流発生器（図示せず）と複数のデジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器を含むシミング制御ユニット４２２を使って行うことができ、各ＤＡＣは電流発生器の１つ及び同心円状ループの１つに連結されて、そこに固有の電流を提供する。
【０３５６】
様々なケースで、方法１１１０は、均一な静磁場（Ｂ０）が得られるシム電流を得るために複数回繰り返す必要があるかもしれない。これらの繰返しは、永久磁石Ｂ（Ｈ）における非線形性という特性に起因し、これは式（３９）における線形重畳の前提に反する。特に、中央のリング磁石（例えば、図７Ａの７０６又は図７Ｆの７０６’）は、その非線形Ｂ（Ｈ）領域において高い反転保磁力で動作することが多い。したがって、１１１２では、１１１０で印加されたシム電流が静磁場の閾値均一度（例えば、０．１ｐｐｍ未満）を提供するのに十分であったか否かを特定できる。この特定は、例えばシムアセンブリにより生成された静磁場を動作１１０２に記載したものと同様の方法でマッピングすることによって行うことができる。しかしながら、動作１１０２と異なり、静磁場は、シム電流をゼロに設定することによってではなく、動作１１０８で特定されたシム電流を印加することによってプロファイルされる。
【０３５７】
動作１１１２でシム電流が十分でないと判断されると、方法１１００は動作１１０４に戻り、繰り返すことができる。前述のように、方法１１００のその後の実行時に、増分電流（例えば、前回の実行時に動作１１０８で特定された電流に追加される）が各コイルに印加される。
【０３５８】
他のケースでは、動作１１１２でシム電流が十分であると判断されると、方法１１００は今度は動作１１１４で完了したと判断されてよい。
【０３５９】
永久磁石アセンブリ７００Ａ及び／又は７００Ｆは、従来のハルバッハ磁石アレイより空間的に均一な静磁場（Ｂ０）を生成するため、シミングアセンブリ８００Ｄは一般に、０．１ｐｐｍ未満の磁場均一度を実現するのに十分な磁場補正を、より少ない電流（Ｉ）で提供できる。少なくとも幾つかのケースで、必要な電流は、小さい携帯式電源（例えば、Ｌｉ−イオンバッテリ）により提供されてよく、これはポータブルＮＭＲ機器１０４のフレーム７１８内に容易に設置されるかもしれない。これは、静磁場の不均一性を補正するために数百乃至数千アンペア／巻数という大きい起磁力を必要とする現在の小型永久磁石設計とは異なる。このレベルの電流を供給するために必要な電源は、小型のポータブルＮＭＲ機器とは両立しない。
【０３６０】
ここで、図８Ｅを参照すると、軸対称磁石のボア内の磁場軸（例えば、図７の磁石７００Ｆのボア内のｚ軸）に沿った補償されていない静磁場（Ｂ０）のプロファイルの、シムアセンブリ８００Ｄにシム電流を印加する前と方法１１００の１回目の実行後を比較したシミュレーション結果の例示的プロット８００Ｅが示されている。図８Ｅのシミュレーション結果では、コイルアセンブリ８００Ｄの第一及び第二のコイルセット８０１Ａ及び８０１Ｂの各々が８個のコイルを含むことを前提としている。図のように、方法１１００の１回の実行で、磁場軸に沿った磁石内に実質的により高い静磁場（Ｂ０）均一度を実現できる。
【０３６１】
次に、図８Ｆを参照すると、図８Ｅの１回目のシムの結果に、より高次（３２次）の多項式フィッティングを重ねた拡大図を示す例示的なプロット８００Ｆが示されている。１回目のシム結果では、１５ｐｐｍのＲＭＳエラーがある。方法１１００をさらに繰り返すことにより、ＲＭＳエラーが縮小されるかもしれないことがわかるであろう。
【０３６２】
次に、図８Ｇを参照すると、図８Ｆの高次多項式フィッティングを用いた残留エラーのプロット８００Ｇが示されている。図のように、より高次の多項式フィッティングによって、磁場のＲＭＳエラーは０．５６ｐｐｍに減少する。前述のように、ＲＭＳエラーは、方法１１００をさらに繰り返すことにより縮小できる。
【０３６３】
ここで、図８Ｈ〜８Ｊを参照すると、シムコイル構成の様々な変形型が示されている。特に、図８Ｈ及び８Ｊに示されるコイル構成は、永久磁石の磁化強度及び／又は磁化方向の空間的違いから生じる方位偏差を補正するために使用できる。方位偏差を補正することによって、方法１１００は、磁場の「ｒ」（半径）及び「シータ」方向への均一化において、より有効になるかもしれない。
【０３６４】
図８Ｉは、図８Ｄのコイルアセンブリ８００Ｄと同様の構成のコイル構成８００Ｉを示す。特に、この構成は、「シータ」及び「ｒ」（半径）次元において磁場を補正するために設計された入れ子状の同心円コイルを含む。
【０３６５】
図８Ｈは、２４のシムコイルが１５度のオフセットで提供される代替的な例示的構成８００Ｈを示し、コイル直径８０２Ｈは組み合わされたコイルセットにより形成されるディスク構成の直径８０４Ｈの３分の１と等しい。電流の供給及び回帰は、コイルの平面に直角である。様々なケースで、構成８００Ｈは磁場の方位偏差を補正するために使用できる。他のケースでは、このシムコイルは１５度より小さいオフセットとして、磁場補正のためのより高い分解能を提供してもよい。他のケースでは、より高い角度のオフセットを、製造容易化のために使用してもよい。幾つかのケースでは、オフセット角度は１０度〜４５度の範囲とすることができる。さらに、２４より多い、又は少ないコイルを各コイルセット８０１Ａ及び８０１Ｂの各々に含めることができ、コイルのコイル直径８０２Ｈは、ディスク直径８０４Ｈより小さくても又は等しくてもよい。
【０３６６】
図８Ｊは、２４のシムコイルが１５度のオフセットで位置付けられ、コイルの直径８０２Ｊがディスク半径８０４Ｊと等しい、また別の例示的構成８００Ｊを示す。様々なケースで、構成８００Ｊもまた、磁場の方位偏差の補正に使用できる。
【０３６７】
特に、構成８００Ｈ及び８００Ｊの各々において、方位方向への磁場の補正は、各コイルの中心が固有の角座標（φ）に位置付けられることにより得られる。したがって、各コイル内の電流が異なる場合、ｚ方向の静磁場（Ｂ０）は方位座標（φ）に依存することになる。また、コイル構成８００Ｈ及び８００Ｊによって方位角と共に変化する磁場補正を提供するように設計されるが、この構成は、半径及び極座標での磁場依存性も生じさせることがわかるであろう。これに対して、コイル構成８００Ｉは、その対称性から、方位依存性を持たない磁場を発生させる。したがって、シミングがコイル構成８００Ｈ及び８００Ｊを使って行われる場合、これらのコイルはまず、方位方向の不均一性を補償するために使用され、その後、コイル構成８００Ｉを使用した静磁場軸（例えば、ｚ軸）に沿った１Ｄ勾配シムにより工程を完了させることができる。
【０３６８】
次に、図９を参照すると、ポータブルＮＭＲ機器のための電源及び制御システム９００の例示的なブロック図が示されている。
【０３６９】
図のように、電源及び制御システム９００は、勾配シムモジュール（ＧＳＭ）９０２と分光計ボード９０４を含む。勾配モジュール９０２は、勾配シムコイル（例えば、図４Ｂのシムコイル４２４又は図８Ａの８００ａ若しくは図８Ｄの８００Ｄのシムコイル）に電源供給するために使用できる。分光計ボード９０４は、分光計（例えば、図４Ｂの送信ユニット４１６及び分光計受信ユニット４２０）に電源供給するために使用できる。様々なケースで、ＧＳＭ  ９０２と分光計ボード９０４の各々は、プリント回路基板（ＰＣＢ）等の回路基板を含んでいてよい。
【０３７０】
ＧＳＭ  ９０２は、電源モジュール９０６から電源を受けてよい。電源モジュール９０６は、図４Ａの電源モジュール４１２と同様であってよい。例えば、前述のように、電源モジュール９０６は、ポータブルＮＭＲ機器１０４内に受けられるように構成された小型バッテリ（例えば、リチウムイオン（Ｌｉ−イオン）バッテリ）であってよく、又は外部ＡＣ電源から電力を受けるＡＣ−ＤＣ電源アダプタであってもよい。様々なケースで、電源は、電源モジュール９０６からＧＳＭ  ９０２へと、ＵＳＢ−Ｃインタフェースを介して送達されてよい。例えば、電源モジュール９０６は、ＵＳＢポート９０３ａを含んでいてよく、これはＧＳＭ  ９０２のＵＳＢポート９０３ｂに、ＵＳＢケーブル９０３を介して通信してよい。少なくとも幾つかのケースでは、ＵＳＢケーブル９０３はＵＳＢ−Ｃケーブルとすることができ、それによって電力は電源９０６からＧＳＭ  ９０２にＵＳＢ−Ｃインタフェースを介して送達される。したがって、ＧＳＭ  ９０２は、ＵＳＢ−Ｃ電源送達プトコル適合ポート９１０を含むことができる。特に、ＵＳＢ−Ｃポートにより、システムは、必要な電源についてのみ、ＵＳＢ−Ｃ適合ＡＣ電源アダプタ又はバッテリパックとの電源契約をネゴシエートできる。一般に、電源契約は、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃケーブルの両側が電源９０６から受電機器（縦えば、ＧＳＭ  ９０２）に伝送される電力レベルに合意すると締結される。様々なケースで、これによって、本来は最悪の場合の磁石不適合及び関連するシム電流に対応する設計に必要となり得る電力の散逸を防止することにより、電力節減が可能となるかもしれない。
【０３７１】
少なくとも幾つかの場合、ＧＳＭ  ９０２はまた、電源をシムコイルに供給するためのＤＣ−ＤＣ変換器９１２も含んでいてよい。シム磁場振幅は電力ではなく電流に比例するため、ＤＣ−ＤＣ変換器９１２の使用によって、１００Ｗ（２０Ｖ、５Ａ）のＵＢＳ−Ｃ最大電源供給をより高い電流容量のより低い電圧（例えば、５Ｖ、２０Ａ）に変換できる。様々なケースで、ＤＣ−ＤＣ変換器９１２は、切替時に雑音を発生させるかもしれず、それがシムを劣化させる可能性があるため、ＧＳＭ  ９０２はまた、雑音低減のためのノッチフィルタ９１４を含んでいてよい。ＤＣ−ＤＣ変換器９１２の出力は、ノッチフィルタ９１４の入力に連結される。ノッチフィルタ９１４の出力はすると、コイルドライブ９１６に電源供給するために使用されてよく、これらはシムアセンブリのシムコイルに連結された不揮発性メモリであるランダムアクセス（ＮＶＲＡＭ）メモリ及びＤＡＣを含んでいてよい。ＮＶＲＡＭは、ＮＭＲシステムがシャットダウンされた後に、各シムコイルのためのシム電流値を記憶してよい（例えば、方法１１００を使って特定されたもの）。したがって、これによって、システムに電源が投入されるたびに適当なシム値を特定し直す必要がなくなる。様々なケースで、ＤＡＣの数はシムコイルの数と等しくてよい。代替的に、Ｄ個のチャネルを有するマルチチャネルＤＡＣを使用してよく、Ｄはシムコイルの数である。
【０３７２】
少なくとも幾つかの実施形態において、ＧＳＭ  ９０２と分光計ボード９０４と間の接続は、ＵＳＢ  インタフェース９２０（例えば、ＵＳＢ−Ｃインタフェース）を通じて行われてよく、これは電源をＧＳＭ  ９０２から分光計９０４に供給し、また、分光計ボード９０４からの制御データをＧＳＭ  ９０２に送信する。幾つかのケースで、制御及びデータ情報は、ＵＳＢ−Ｃインタフェースに埋め込まれたＵＳＢ  ２．０シリアルバスを使って送信されてもよい。ＧＳＭ  ９０２はまた、分光計ボード９０４から受信した制御信号を、ＵＳＢインタフェース９２０を介してコイルドライブ９１６へと中継するためのＵＳＢ２からSerial Peripheral Interface（ＳＰＩ）へのブリッジ９１８も含んでいてよい。様々なケースで、ＧＳＭ  ９０２と分光計ボード９０４との間の仕切りによって、システムインテグレーションとパッケージングが容易となり、また、異なる設計ルール及びハイパワーＤＣ及び繊細なＲＦ機能に関する法定要件に適合する。
【０３７３】
少なくとも幾つかのケースにおいて、分光計ボード９０４はまた、ＵＳＢポート９２２（例えば、ＵＳＢ−Ｃポート）も含んでいてよく、これは分光計ボード９０４を外部コンピュータに接続して、制御データを受信したり又は収集データを送信したりするために使用されてよい。
【０３７４】
本明細書に記載されている出願人の教示は、例示のために様々な実施形態に関しているが、出願人の教示はこれらの実施形態に限定されるものではなく、これは、本明細書に記載の実施形態は例であることが意図されているからである。これに対して、本明細書に記載され、図示されている出願人の教示は、付属の特許請求の範囲でその全体的範囲が定義されている本明細書に記載の実施形態から逸脱せずに、様々な変更、改良、及び等価物を包含する。
【０３７５】
参考文献
[1] J.C. Boyd and D.E.Bruns, “Wuality Specifications for Glucose Meters: Assessment by Simulation Modeling of Errors in,” Clinical Chemistry, vol. 47, no. 2,pp.209-214, 2001
[2] R.A. d. Graaf, invivo NMR Spectroscopy, John Wiley & Sons Tld., 2007
[3] W.R. Symthe, “Static and Dynamic Electricity”, 2nd edition, p.275, McGraw Hill
【図１Ａ】
2022500656.tif 000035
【図１Ｂ】
2022500656.tif 000036
【図２Ａ】
2022500656.tif 000037
【図２Ｂ】
2022500656.tif 000038
【図２Ｃ】
2022500656.tif 000039
【図２Ｄ】
2022500656.tif 000040
【図２Ｅ】
2022500656.tif 000041
【図２Ｆ】
2022500656.tif 000042
【図３Ａ】
2022500656.tif 000043
【図３Ｂ】
2022500656.tif 000044
【図３Ｃ】
2022500656.tif 000045
【図３Ｄ】
2022500656.tif 000046
【図３Ｅ】
2022500656.tif 000047
【図３Ｆ】
2022500656.tif 000048
【図３Ｇ】
2022500656.tif 000049
【図３Ｈ】
2022500656.tif 000050
【図４Ａ】
2022500656.tif 000051
【図４Ｂ】
2022500656.tif 000052
【図５Ａ】
2022500656.tif 000053
【図５Ｂ】
2022500656.tif 000054
【図５Ｃ】
2022500656.tif 000055
【図６】
2022500656.tif 000056
【図７Ａ】
2022500656.tif 000057
【図７Ｂ】
2022500656.tif 000058
【図７Ｃ】
2022500656.tif 000059
【図７Ｄ】
2022500656.tif 000060
【図７Ｅ】
2022500656.tif 000061
【図７Ｆ】
2022500656.tif 000062
【図７Ｇ】
2022500656.tif 000063
【図７Ｈ】
2022500656.tif 000064
【図８Ａ】
2022500656.tif 000065
【図８Ｂ】
2022500656.tif 000066
【図８Ｃ】
2022500656.tif 000067
【図８Ｄ】
2022500656.tif 000068
【図８Ｅ】
2022500656.tif 000069
【図８Ｆ】
2022500656.tif 000070
【図８Ｇ】
2022500656.tif 000071
【図８Ｈ】
2022500656.tif 000072
【図８Ｉ】
2022500656.tif 000073
【図８Ｊ】
2022500656.tif 000074
【図９】
2022500656.tif 000075
【図１０】
2022500656.tif 000076
【図１１】
2022500656.tif 000077
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月2日(2020.3.2)
【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】
ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を用いたサンプル中のグルコース濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化のための方法において、
均一な静磁場（Ｂ０）を印加して、前記サンプルの磁化を誘導することと、
前記サンプル内にある水の磁化によって生成される水信号を、周波数選択的抑制を用いて抑制することであって、前記水信号を抑制することは、
第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加して、前記水の磁化を横平面へと回転させることであって、前記第一のＲＦ刺激パルスは、水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）に中心を置き、表現｜ｓｉｎｃｘ（πΔｆτ）｜によって定義される励起プロファイルを有し、ｘは整数であり、τは前記パルスの持続時間であり、τは、τ＝（ｆＨ２Ｏ−ｆβ−ｇｌｃ）−１で定義され、ｆβ−ｇｌｃはベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンの共鳴周波数である、ことと、
前記水信号にディフェージングパルス勾配を適用して、そのスピン歳差運動のコヒーレンスをディフェーズすることと、
を含む抑制することと、
第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加して、グルコース水素プロトンのアンサンブルを励起させることと、
前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの緩和により生成される自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を検出することと、
低連続波照射パルスを印加することによって、前記グルコース水素プロトンのアンサンブルに等核デカップリングを適用することであって、前記等核デカップリングは、前記ＦＩＤ信号を検出することと少なくとも部分的に同時に適用される、適用することと、
を含む方法。
【請求項２】
離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を前記ＦＩＤ信号に適用して、前記ＦＩＤ信号を磁気共鳴周波数スペクトルに変換することをさらに含み、前記共鳴は各々、実質的に１つのＤＦＴビンを占める、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラ〜約２テスラの強度を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記静磁場（Ｂ０）は、約０．０１ｐｐｍ〜約０．１ｐｐｍ未満の磁場均一度を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、表現｜ｓｉｎｃ２（πΔｆτ）｜によって定義され、τはパルスの持続時間である励起プロファイルを有するように生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、表現｜ｓｉｎｃ（πΔｆτ）｜によって定義され、２τはパルスの持続時間である励起プロファイルを有するように生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＮＭＲ機器はポイントオブケア用に構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
約１．６８テスラの静磁場（Ｂ０）を発生させることを含み、水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）は約７１．５ＭＨｚであり、τは約１６３ミリ秒である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、低デューティサイクルのエンベロープ変調パルストレインを発生させることによって提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、Delays Alternating with Nutation for Tailored Excitation（ＤＡＮＴＥ）技術を使って発生させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、双曲線セカントパルスとして実装される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
振幅の大きい第二の刺激ＲＦパルス（Ｂ１）を発生させることによって、前記水信号の前記抑制を増大させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ディフェージングパルス勾配はＤＣ結合シムコイルの集合によって発生させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記グルコース水素プロトンのアンサンブルは、アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンと前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンを含む、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を、前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの正味磁気モーメントが横平面へと回転されるように発生させることを含む、請求項１〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンと前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンのラーモア周波数を含む周波数範囲の前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を発生させることを含む、請求項１４に従属する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンのラーモア周波数は５．２２３ｐｐｍであり、前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンのラーモア周波数は４．６３４ｐｐｍである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
左回り円偏光となるように第二の刺激磁場（Ｂ１）を発生させることを含む、請求項１〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第二の刺激場（Ｂ１）を約１．５ｍｓ未満にわたって印加し、指数関数的速度Ｔ２＊の前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの横緩和減衰を低減させることを含む、請求項１〜１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一の刺激場（Ｂ１）及び第二の刺激場（Ｂ１）を、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられる斜め巻き余弦波コイルを使って発生させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記低連続波照射パルスは、前記アルファアノマ２ＣＨ基水素プロトン及び前記ベータアノマ２ＣＨ基水素プロトンの共鳴周波数で印加される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記アルファ及びベータアノマ２ＣＨ基水素プロトンの共鳴周波数は、それぞれ３．５１９ｐｐｍ及び３．２３ｐｐｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＦＩＤ信号を検出することの前に、スペクトル編集を適用して、グルコース共鳴をその他の高分子により生成される共鳴と区別することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
非選択的反転回復シーケンス（１８０°−ｔｄ）を含む実際の周波数パルスシーケンスを印加することをさらに含み、ｔｄは回復遅延を規定する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記サンプル中のグルコース濃度を、前記共鳴周波数スペクトル内での前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン及び前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンに関する共鳴ピークの振幅の１対１のマッピングに基づいて特定することをさらに含む、請求項２に従属する請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記サンプル中の前記グルコース濃度を前記特定することは、前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン及び前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンに関する前記共鳴ピークの振幅を既知のグルコース濃度参照基準と相関させることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記サンプル中の前記グルコース濃度を前記特定することは、前記アルファグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトン及び前記ベータグルコースアノマ１ＣＨ水素基プロトンの共鳴ピークのアノマ比を特定することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加する前に、非選択的反転回復シーケンスを使用することによって高分子応答を無効にすることをさらに含む、請求項１〜２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加する前に、選択的反転回復シーケンスを使用することによって前記グルコース水素プロトンのアンサンブルの応答を無効にし、高分子応答を測定することをさらに含む、請求項１〜２８の何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
血液中を流れるグルコース分子を静止グルコース分子と区別するために磁気共鳴速度測定法（ＭＲＶ）が使用される、請求項１〜２９の何れか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記グルコース濃度は、０．９５統計的信頼度で＋／−２％未満の誤差で特定される、請求項１〜３０の何れか１項に記載の方法。
【請求項３２】
サンプルに対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を実行する中で使用されるポータブル分光計において、前記ポータブル分光計は、
同相成分と直角成分を有するパルスＲＦ信号を生成するように構成された高周波（ＲＦ）源と、
前記パルスＲＦ信号を受信し、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を生成するように構成された送信ユニットであって、
前記ＲＦ信号の前記同相成分を受信し、前記ＲＦ刺激場の前記同相成分を生成する少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルを備える第一の送信バンドパスフィルタを有する第一の送信経路と、
前記ＲＦ信号の前記直角成分を受信し、前記ＲＦ刺激場の前記直角成分を生成する少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルを備える第二の送信バンドパスフィルタを有する第二の送信経路と、
を含む送信ユニットと、
前記サンプルによって前記パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）に応答して生成される共鳴信号を受信するように構成された受信ユニットであって、
前記共鳴信号の同相成分を受信する少なくとも１つの第一の受信インダクタコイルを備える第一の受信バンドパスフィルタを有する第一の受信経路と、
前記共鳴信号の直角成分を受信する少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルを備える第二の受信バンドパスフィルタを有する第二の受信経路と、
を含む受信ユニットと、
前記ＲＦ源、前記送信ユニット、及び前記受信ユニットに連結されるプロセッサユニットであって、制御信号を前記ＲＦ源に送信して前記パルスＲＦ信号を生成し、前記パルスＲＦ信号を前記送信ユニットに送信して前記パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）が生成されるようにすることによって前記ポータブル分光計の動作を制御するように構成され、前記受信ユニットからの前記共鳴信号の前記同相及び直角成分を受信するように構成され、プロセッサが、（ａ）前記共鳴信号の前記同相及び直角成分を前記プロセッサユニットのメモリユニット内に事後解析のために保存すること、及び（ｂ）前記共鳴信号の前記同相及び直角成分についての分析を行って、前記サンプルの代謝産物の濃度を特定することのうちの少なくとも一方を実行するプロセッサユニットと、
を含むポータブル分光計。
【請求項３３】
前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタと前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは各々、Ｔトポロジローパスフィルタから合成される差動バンドパスフィルタである、請求項３２に記載のポータブル分光計。
【請求項３４】
前記第一の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第一の送信インダクタコイル、前記第二の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の送信インダクタコイル、前記第一の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第一の受信インダクタコイル、及び前記第二の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルはボリュームコイルである、請求項３２又は３３に記載のポータブル分光計。
【請求項３５】
前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタは各々、往路送信インダクタコイルと帰路送信コイルを含み、
前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは各々、往路受信インダクタコイルと帰路受信インダクタコイルを含む、
請求項３２〜３４の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項３６】
前記送信及び受信バンドパスフィルタは、少なくとも３次バンドパスフィルタである、請求項３２又は３５に記載のポータブル分光計。
【請求項３７】
前記第一の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルと前記第二の送信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルは各々、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられて、円偏光又は楕円偏光の少なくとも一方であるＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させる斜め巻き余弦波コイルである、請求項３２〜３６の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項３８】
前記第一の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの受信インダクタコイルと、前記第二の受信バンドパスフィルタの前記少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルは各々、相互に関して同軸的に位置付けられ、共通軸に関して反対方向に傾けられる斜め巻き余弦波コイルである、請求項３２〜３７の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項３９】
前記共通軸は静磁場（Ｂ０）の軸と直交する、請求項３７又は３８に記載のポータブル分光計。
【請求項４０】
前記共鳴信号は、横平面内の磁化の減衰によって発生される自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号である、請求項３２〜３９の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４１】
前記受信ユニットは、２つの前記斜め巻き余弦波コイルにより受信された前記ＦＩＤ信号の和と差を用いて、２つの横空間軸への磁化の投射を区別する、請求項３８に従属する請求項４０に記載のポータブル分光計。
【請求項４２】
前記第一及び第二の受信経路の各々は、
前記受信バンドパスフィルタの出力に連結された一次巻き線を含むトランスであって、ガルバニック絶縁、インピーダンスマッチング、及びコモンモード雑音除去を提供するように構成されたトランスと、
前記トランスの二次巻き線の第一のノードに連結された低雑音増幅回路（ＬＮＡ）であって、フィルタ処理された共鳴信号において低雑音指数を実現し、均一な分光雑音分布を提供するように構成されたＬＮＡと、
前記低雑音増幅回路の出力に連結された可変利得増幅回路（ＶＧＡ）であって、前記フィルタ処理された共鳴信号をブーストし、全体的な受信雑音を最小化するように構成されたＶＧＡと、
前記可変利得増幅回路の出力に連結された局所発信機（ＬＯ）であって、中間間周波数を発生させるように構成されたＬＯと、
前記ＬＯの出力に連結されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
を含む、請求項３２〜４１の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４３】
前記トランスの前記二次巻き線の第二のノードは、ローカルグラウンド参照のためにセンタタップされ、前記トランスの巻き数比は最適なインピーダンスマッチングのために選択される、請求項４２に記載のポータブル分光計。
【請求項４４】
前記トランスはワイドバンドトランスバランを含む、請求項４２又は４３に記載のポータブル分光計。
【請求項４５】
前記ＬＮＡはＧａＡｓＥ−ｐＨＥＭＴ技術で形成され、１ｄＢ未満の雑音指数を提供するように構成される、請求項４２〜４４の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４６】
前記ＶＧＡは、過負荷を防止するために前記ＶＧＡの利得を自動的に削減するように構成された自動利得コントローラ（ＡＧＣ）を含む、請求項４２〜４５の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４７】
前記局所発信機は、少なくとも１００ｋＨｚの周波数オフセットのために構成される、請求項４２〜４６の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４８】
前記受信ユニットにより生成される雑音は、入力換算（ＲＴＩ）で１．１ｎＶ／√Ｈｚ未満である、請求項３２〜４７の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項４９】
前記プロセッサユニットは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の少なくとも一方を含む、請求項３２〜４８の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項５０】
前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタは、少なくとも１つの同位体ラーモア周波数を含む第一の通過帯域周波数範囲を通過させるように構成される、請求項３２〜４９の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項５１】
前記第一の通過帯域周波数範囲は２つの同位体ラーモア周波数を含み、前記送信バンドパスフィルタは異核測定をサポートするように構成される、請求項５０に記載のポータブル分光計。
【請求項５２】
前記２つの同位体ラーモア周波数は、フッ素（１９Ｆ）と水素（１Ｈ）のラーモア周波数に関する、請求項５１に記載のポータブル分光計。
【請求項５３】
前記第一の通過帯域周波数範囲は６０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚである、請求項５０又は５２に記載のポータブル分光計。
【請求項５４】
前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは、少なくとも１つの同位体ラーモア周波数を含む第二の通過帯域周波数範囲を通過させるように構成される、請求項３２〜５３の何れか１項に記載のポータブル分光計。
【請求項５５】
ポータブル分光計を使ってサンプルに対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を行う方法において、
静磁場（Ｂ０）を前記サンプルに印加することと、
高周波（ＲＦ）源を使って、同相成分と直角成分を有するパルスＲＦ信号を発生させることと、
前記パルスＲＦ信号の前記同相成分を送信ユニットの第一の送信バンドパスフィルタに送信して、フィルタ処理された同相ＲＦ成分を発生させることと、
前記パルスＲＦ信号の前記直角成分を、前記送信ユニットの第二の送信バンドパスフィルタを通じて送信し、フィルタ処理された直角ＲＦ成分を発生させることと、を含み、前記第一及び第二の送信バンドパスフィルタは、測定対象の代謝産物の少なくとも１つのラーモア周波数を含む第一のバンドパス範囲を有し、
前記フィルタ処理された同相ＲＦ成分を前記第一の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の送信インダクタコイルに印加し、前記フィルタ処理された直角ＲＦ成分を前記第二の送信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の送信インダクタコイルに印加することによって、パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を発生させることと、
前記パルスＲＦ刺激場（Ｂ１）を前記サンプルに印加することと、
前記サンプルによって生成された共鳴信号の同相成分を、受信ユニットの第一の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第一の受信インダクタコイルを使って受信することと、
前記サンプルによって生成された前記共鳴信号の直角成分を、前記受信ユニットの第二の受信バンドパスフィルタの少なくとも１つの第二の受信インダクタコイルを使って受信することと、を含み、前記第一及び第二の受信バンドパスフィルタは、前記測定対象の代謝産物の前記少なくとも１つのラーモア周波数を含む第二の通過帯域範囲を有し、
前記共鳴信号の前記同相成分を、前記第一の受信バンドパスフィルタに通して、前記共鳴信号のフィルタ処理された同相成分を生成することと、
前記共鳴信号の前記直角成分を、前記第二の受信バンドパスフィルタに通して、前記共鳴信号のフィルタ処理された直角成分を発生させることと、
を含む方法。
【請求項５６】
前記共鳴信号は、横平面内の磁化の減衰によって生成される自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記共鳴信号の前記同相成分と前記直角成分の各々を低雑音増幅回路、可変利得増幅回路、局所発信機、及びアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に通すことをさらに含む、請求項５５又は５６に記載の方法。
【請求項５８】
ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器のボアを通じて均一な静磁場（Ｂ０）を発生させるための小型磁石アセンブリにおいて、
対称軸（ｚ軸）の周囲で回転される軸対称セグメント永久磁石アセンブリであって、前記永久磁石は、前記ボアを通じて空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）を発生させるように構成され、前記永久磁石アセンブリは、
前記ボアの上に＋ｚ方向に積み重ねられ、前記＋ｚ方向への磁化を有する上側ディスクコーン磁石セグメントと、
前記ボアの下に−ｚ方向に積み重ねられ、前記＋ｚ方向への磁化を有する下側ディスクコーン磁石セグメントと、
前記ボアから半径方向（ｒ）に外側に＋ｒ方向に配置され、前記−ｚ方向への磁化を有する中央リング磁石セグメントであって、前記中央リング磁石が前記ボアの少なくとも一部を取り囲み、前記ボアへのアクセス開口は遮らないままとする中央リング磁石セグメントと、
前記中央リングセグメントの上方に前記＋ｚ方向に積み重ねられ、前記上側ディスクコーン磁石セグメントから半径方向に外側に前記＋ｒ方向に配置される上側リング磁石セグメントであって、前記＋ｒ方向への磁化を有する上側リング磁石セグメントと、
前記中央リングセグメントの下方に前記−ｚ方向に積み重ねられ、前記下側ディスクコーン磁石セグメントから半径方向に外側に前記＋ｒ方向に配置された下側リング磁石セグメントと、
を含み、前記上側リング磁石セグメントは前記−ｒ方向への磁化を有し、各磁石セグメントにより生成された前記磁場の重畳によって前記対称軸に沿って前記ボアを通じて前記空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）が生成される、軸対称セグメント永久磁石アセンブリと、
前記空間的に均一に近い静磁場に空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置と、
を含む小型磁石アセンブリ。
【請求項５９】
前記磁石ボアを通じて生成された前記均一な静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラより強い、請求項５８に記載のアセンブリ。
【請求項６０】
前記ボアを通じて生成された前記均一な静磁場（Ｂ０）は、約１．５テスラ〜約２テスラである、請求項５８に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
前記均一な静磁場（Ｂ０）の磁場均一度は約０．１ｐｐｍ未満である、請求項５８〜６０の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６２】
前記静磁場（Ｂ０）の磁場均一度は実質的に０．０１ｐｐｍである、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記永久磁石は、５ガウス磁力線の３次元閉じ込めによって特徴付けられる、請求項５８〜６２の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６４】
前記永久磁石アセンブリの各磁石セグメントは、前記永久磁石アセンブリ内での各磁石セグメントにより生成される前記磁場の重畳を可能にする硬質永久磁石合金で形成される、請求項５８〜６３の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６５】
前記硬質永久磁石合金はネオジム（ＮｄＦｅＢ）である、請求項６４に記載のアセンブリ。
【請求項６６】
前記中央リング磁石セグメントは、高い反転保磁場に対抗するためにＮ４０グレードＮｄＦｅＢで形成され、前記上側及び下側上側リング磁石セグメントは、最適な磁場閉じ込めを提供するためにＮ４０グレードＮｄＦｅＢで形成される、請求項６５に記載のアセンブリ。
【請求項６７】
前記中央リング磁石セグメントの、前記ボアに面する内面は、半径方向に内側に湾曲し、前記ボアを通じて生成される前記空間的に均一に近い静磁場（Ｂ０）の前記均一度を改善するように構成される補正磁石セグメントを含む、請求項５８〜６６の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６８】
前記補正磁石セグメントは、高透磁性軟鋼から形成される磁極片である、請求項６７に記載のアセンブリ。
【請求項６９】
前記シミング装置は、リチウムイオン（Ｌｉ−イオン）バッテリにより電源供給される、請求項５８〜６８の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項７０】
前記ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器は、ポイントオブケア環境用に構成された小型で携帯可能な形態で提供され、糖尿病患者のほか、その他の代謝産物障害を患う患者が前記機器をより頻繁に使用するのを奨励するように構成され、それによって頻繁なグルコース又はその他の代謝産物試験を容易にする、請求項５８〜６９の何れか１項に記載のアセンブリ。
【請求項７１】
空間的に均一に近い静磁場に空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置において、
円形の構成に配置された複数の直線電流導体を含み、前記複数の直線電流導体は、前記円形構成の円周に沿って均等に離間されるシミング装置。
【請求項７２】
前記複数の直線電流導体の各々は、それぞれのＤＣ電流によって駆動され、前記複数の直線電流導体の各々は均一な密度を有する、請求項７１に記載のシミング装置。
【請求項７３】
前記複数の直線電流導体のそれぞれのＤＣ電流の電流分布は、前記円形構成の前記円周に沿った前記直線電流導体の角度位置に応じて異なるＤＣ電流の正弦分布であり、高次シムモードを生成するように構成される、請求項７２に記載のシミング装置。
【請求項７４】
前記空間的に均一に近い静磁場は、ｎ個の第一の係数を有する第一のｎ次多項式として表現可能であり、
前記複数の直線導体は、ｍ個の直線電流導体を含み、前記ｍ個の直線電流導体の各直線電流導体は、ｎ個の電流モードの重ね合わせである振幅を有する電流を搬送し、各電流モードは主として前記第一のｎ次多項式内の項に対応する、
請求項７３に記載のシミング装置。
【請求項７５】
前記シミング装置により生成される前記空間磁場補正は、所望の補償的ｎ次静磁場（Ｂ０）磁場多項式を生成するために必要なモード電流の振幅に対応するｎ個の第二の係数を有する第二のｎ次多項式として表現され、
前記ｎ個の第一の係数と前記ｎ個の第二の係数との間に直線関係がある、
請求項７４に記載のシミング装置。
【請求項７６】
空間的に均一に近いプロファイルを有する静磁場のための空間磁場補正を提供するように構成されたシミング装置において、第一及び第二の同心円状電流導体の第一及び第二の集合を含み、
前記同心円状電流導体の第一の集合の各同心円状導体は、前記静磁場の軸に沿って、前記電流導体の第二の集合の対応する同心円状電流導体から離間され、それと反対側に配置されて、複数の電流導体ペアを形成し、各電流導体は、前記静磁場の前記空間的に均一に近いプロファイルを補正するための補償的磁場を生成するシミング装置。
【請求項７７】
前記複数の電流導体の各々はそれぞれのＤＣ電流により駆動される、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項７８】
少なくとも１つの電流導体ペアは、前記電流導体ペア内の各コイルのコイル半径が、前記導体ペアの前記コイル間の間隔と実質的に等しくなるように構成され、それによって、ヘルムホルツ条件を満たし、前記導体ペアは前記導体ペアのコイル間に線形磁場勾配を生成する、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項７９】
前記複数の電流導体はＤＣ−ＤＣ変換器に連結され、前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、ＤＣ電源からの電流をステップアップして、前記複数の電流導体の各々への電流をブーストするように構成され、前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、前記シミング装置が前記静磁場により大きい空間磁場補正を提供するために各電流導体のシミング能力を変化させることができるようにする、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８０】
前記第一及び第二の集合の各々の中の前記電流導体は相互にオフセットされ、前記オフセットは約１０度〜４５度のオフセットの範囲である、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８１】
前記同心円状電流導体の第一及び第二の集合の各々はディスク構成に配置され、前記ディスク構成はディスク半径を有し、各電流導体の直径は前記ディスク半径より小さい、請求項８０に記載のシミング装置。
【請求項８２】
前記同心円状電流導体の第一及び第二の集合の各々はディスク構成に配置され、前記ディスク構成はディスク半径を有し、各電流導体の直径は前記ディスク半径とほぼ等しい、請求項８０に記載のシミング装置。
【請求項８３】
方位角と共に変化する静磁場のための空間磁場補正を生成するように構成される、請求項８０〜８２の何れか１項に記載のシミング装置。
【請求項８４】
前記電流導体の第一及び第二の集合の各々は、複数の入れ子状電流導体を含み、各電流導体は、前記静磁場（Ｂ０）の軸と同一直線上の中心点を有する、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８５】
各電流導体により生成される前記磁場は、球面関数の多項式展開を用いて表現され、各電流導体は偶数及び奇数の両方の多項式項を生成する、請求項７６に記載のシミング装置。
【請求項８６】
異なる半径を有する電流導体は、線形独立の多項式係数ベクトルを生成し、それによって、磁石ボア内に前記静磁場を生成する軸対称永久磁石アセンブリの磁石ボアの体積内に、何れの所望の方位角対称補償磁場も生成されるようにすることができる、請求項８５に記載のシミング装置。
【請求項８７】
ポータブル核磁気共鳴（ＮＭＲ）機器を用いたサンプル内の小分子代謝産物の濃度のｉｎ−ｖｉｖｏ非侵襲的定量化の方法において、
前記代謝産物に関連付けられる複数の共鳴特徴から、高分解能共鳴特徴の小集合を選択することと、
均一な静磁場（Ｂ０）を印加して、前記サンプルの磁化を誘導することと、
前記サンプル内にある水の磁化により生成された水信号を、周波数選択的抑制を用いて抑制することであって、前記水信号を抑制することは、
第一のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を印加して、前記水の磁化を横平面へと回転させることであって、前記第一のＲＦ刺激パルスは、水の共鳴周波数（ｆＨ２Ｏ）に中心を置き、表現｜ｓｉｎｃｘ（πΔｆτ）｜によって定義される励起プロファイルを有し、ｘは整数であり、τは前記パルスの持続時間であり、τは、τ＝（ｆＨ２Ｏ−ｆｒｅｓｏｎａｎｃｅ）−１で定義され、ｆｒｅｓｏｎａｎｃｅは、水の前記共鳴周波数に近い前記代謝産物の化学シフト共鳴に関連付けられる共鳴周波数である、ことと、
前記水信号にディフェージングパルス勾配を適用して、そのスピン歳差運動のコヒーレンスをディフェーズすることと、
を含む抑制することと、
第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）を前記サンプルに印加することであって、前記第二のＲＦ刺激パルス（Ｂ１）は、前記高分解能共鳴特徴の小集合の共鳴特徴に関連付けられる少なくとも１つのラーモア周波数を含む周波数範囲で印加される、印加することと、
前記サンプルにより生成される自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を検出することと、
低連続波照射パルスを印加することによって、前記サンプルに等核デカップリングを適用することであって、前記等核デカップリングは、前記ＦＩＤ信号を検出することと少なくとも部分的に同時に適用される、適用することと、
を含む方法。
【請求項８８】
前記小分子代謝産物は、グルコース、グリコーゲン、ＢＨＢ、及びケトアシドーシスマーカのうちの少なくとも１つを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
血液中を流れる小分子代謝産物を静止した小分子代謝産物と区別するために磁気共鳴速度測定法（ＭＲＶ）が使用される、請求項８７又は８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記高分解能共鳴特徴の小集合は、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）により特徴付けられる、請求項８７〜８９の何れか１項に記載の方法。
【請求項９１】
関連する前記複数の共鳴特徴は、前記代謝産物に関連する複数の化学シフト共鳴を含む、請求項８７〜９０の何れか１項に記載の方法。
【請求項９２】
小型ポータブルＮＭＲ機器において、
磁気シールドを提供するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された永久磁石アセンブリであって、前記永久磁石アセンブリは、前記永久磁石アセンブリの長さ方向軸の一部に沿ったボアを有し、前記長さ方向軸に沿った向きの均等に近い磁場Ｂ０を生成するための軸対称磁化を合同で提供する複数の磁気要素を有し、前記磁気要素の１つはサンプルを受ける大きさのサンプルキャビティを有する永久磁石アセンブリと、
前記永久磁石アセンブリと前記ハウジングとの間に設置され、内部空間を提供する中空フレームと、
前記均等に近い磁場Ｂ０に空間磁場補正を提供するための、前記長さ方向軸に設置されたコイルを備えるシミングアセンブリと、
前記フレームの中空空間内に設置され、前記磁気ボアに連結された分光計であって、前記サンプルに磁気刺激パルスを印加し、前記サンプル内の水素プロトンのアンサンブルによって生成される自由誘導減衰信号を測定する制御ユニットを有する分光計と、
を含む小型ポータブルＮＭＲ機器。
【請求項９３】
前記ハウジングは、卓上クレードル内に保持される大きさであり、前記サンプルキャビティは、前記サンプルを保持するサンプルインサートを受ける大きさである、請求項９２に記載の機器。
【請求項９４】
前記ハウジングは被験者が手で握る大きさであり、前記サンプルは、前記被験者の指又は親指により提供され、前記サンプルキャビティは、前記被験者の１本の指を受ける大きさである、請求項９２に記載の機器。
【請求項９５】
測定中に前記サンプルキャビティへのアクセスを選択的に可能にするスライドドアをさらに含む、請求項９２〜９４の何れか１項に記載の機器。
【請求項９６】
前記機器を作動させるために触れることのできるタッチセンサをさらに含む、請求項９２〜９５の何れか１項に記載の機器。
【請求項９７】
ユーザインタフェースを提供し、測定結果を表示するディスプレイをさらに含む、請求項９２〜９６の何れか１項に記載の機器。
【請求項９８】
前記制御ユニットが遠隔機器と通信し、制御データ及び測定結果を受信できるようにするための通信モジュールをさらに含む、請求項９２〜９７の何れか１項に記載の機器。
【請求項９９】
前記制御ユニットは、請求項１〜３１、５５〜５７、又は８７〜９１の何れか１項に記載の方法を実行するように構成される、請求項９２〜９８の何れか１項に記載の機器。
【請求項１００】
前記分光計は、請求項３２〜５４の何れか１項により定義される、請求項９２〜９９の何れか１項に記載の機器。
【請求項１０１】
前記永久磁石アセンブリは、請求項５８〜６８及び７０の何れか１項により定義される、請求項９２〜１００の何れか１項に記載の機器。
【請求項１０２】
前記シミング装置は、請求項６９、７１〜８６の何れか１項により定義される、請求項９２〜１０１の何れか１項に記載の機器。
【国際調査報告】
2022500656.tif 000078
2022500656.tif 000079
2022500656.tif 000080
2022500656.tif 000081
2022500656.tif 000082
2022500656.tif 000083