特開 2024-97544 磁気共鳴現象シミュレーション装置、磁気共鳴現象シミュレーション方法、および磁気共鳴現象シミュレーションプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024097544

(43)【公開日】2024-07-19

(54)【発明の名称】磁気共鳴現象シミュレーション装置、磁気共鳴現象シミュレーション方法、および磁気共鳴現象シミュレーションプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20240711BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023001067

(22)【出願日】2023-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹島 秀則

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AA20

4C096AB50

4C096AD30

(57)【要約】

【課題】磁気共鳴現象シミュレーションにおけるサブボクセルの数が増えた場合において、計算速度の低下を低減すること。
【解決手段】実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置は、入力部と、特定部と、計算部と、を備える。入力部は、磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスと、前記磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）とを入力する。特定部は、前記複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価である複数の等価アイソクロマットを、前記サブシーケンスに基づいて特定する。計算部は、前記複数の等価アイソクロマットを共通化して、前記サブシーケンスによる前記挙動を前記等価アイソクロマットに対して計算する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスと、前記磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）とを入力する入力部と、
前記複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価である複数の等価アイソクロマットを、前記サブシーケンスに基づいて特定する特定部と、
前記複数の等価アイソクロマットを共通化して、前記サブシーケンスによる前記挙動を前記等価アイソクロマットに対して計算する計算部と、
を備えた磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項2】

前記特定部は、１以上の特定方向に沿った複数のアイソクロマットを、前記複数の等価アイソクロマットとして特定する、
請求項１に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項3】

前記特定部は、
前記サブシーケンスに基づいて、複数の方向に沿った磁場の位置依存性の有無を判定し、
前記複数の方向のうち前記位置依存性が無い方向を、前記特定方向として特定する、
請求項２に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項4】

前記複数の方向は、直交３軸であって、
前記特定部は、前記直交３軸における軸方向各々において、前記サブシーケンスに基づいて、前記位置依存性の有無を判定する、
請求項３に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項5】

前記特定部は、前記サブシーケンスにおいて傾斜磁場の印加が無ければ、前記位置依存性の有無を判定しない、
請求項３に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項6】

前記サブシーケンスとしてＲＦパルスとともに傾斜磁場の印加が実施される場合、前記計算部は、前記ＲＦパルスの送信感度が共通の前記複数の等価アイソクロマットに対して、前記サブシーケンスによる前記挙動を計算する、
請求項３に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項7】

前記サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合、前記計算部は、前記磁気共鳴信号の受信感度が共通の前記複数の等価アイソクロマットに対して、前記サブシーケンスによる前記挙動を計算する、
請求項３に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項8】

前記サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合、前記計算部は、前記特定方向に沿った複数のアイソクロマットにおける磁化の和を計算し、前記計算された磁化の和に対して、前記サブシーケンスによる前記挙動を計算する、
請求項３に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項9】

前記アイソクロマットは、前記サブボクセルを代表する代表点において、複数の物理パラメータを有する集合体に対応する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気共鳴現象シミュレーション装置。

【請求項10】

磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスを入力し、
前記磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）を入力し、
前記複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価である複数の等価アイソクロマットを、前記サブシーケンスに基づいて特定し、
前記複数の等価アイソクロマットを共通化して、前記サブシーケンスによる前記挙動を前記等価アイソクロマットに対して計算する、
ことを備えた磁気共鳴現象シミュレーション方法。

【請求項11】

コンピュータに、
磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスを入力し、
前記磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）を入力し、
前記複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価である等価アイソクロマットを、前記サブシーケンスに基づいて特定し、
前記等価アイソクロマットを共通化して、前記サブシーケンスによる前記挙動を前記等価アイソクロマットに対して計算する、
ことを実現させる磁気共鳴現象シミュレーションプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、磁気共鳴現象シミュレーション装置、磁気共鳴現象シミュレーション方法、および磁気共鳴現象シミュレーションプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、磁気共鳴現象シミュレーションは、静磁場の例えば１ボクセルに含まれる複数の水素原子をまとめた仮想的な仮想水素原子の磁化に対して、磁気共鳴を現象論的に記述したブロッホ（Ｂｌｏｃｈ）方程式を数値的に逐次解くことで実現される。ブロッホ方程式は、非特許文献１に記載のように、以下の式（１）で与えられる。

【0003】

【数1】

【0004】

式（１）を表す記号、添え字等は、非特許文献１の式（１）と同様なものを用いている。例えば、式（１）におけるベクトルＭ（ｔ、ｒ）は、空間位置（ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）ｒと時刻ｔとにおける磁化ベクトル（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ）を示している。また、式（１）におけるＴは、終了時刻（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｔｉｍｅ）を示している。式（１）におけるγは、磁気回転比（ｇｙｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｔｉｏ）を示している。式（１）におけるベクトルＢ（ｔ、ｒ）は、空間位置ｒと時刻ｔとにおける外部磁場（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）を示している。また、式（１）において、磁化ベクトルＭ（ｔ、ｒ）を引数とするベクトルＲは、緩和項（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｔｅｒｍ）を示している。また、式（１）におけるベクトルＭ_０（０、ｒ）は、時刻ｔ＝０、空間位置ｒにおける初期磁化（ｉｎｉｔｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）ベクトルを示している。磁気共鳴現象シミュレーションでは、磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるモデルに配置されたすべての仮想水素原子の数に応じた複数のブロッホ方程式が、任意の時刻に応じて解かれることとなる。

【0005】

磁気共鳴現象シミュレーションにおけるシミュレーションの精度を向上させるために、１つのボクセルは、複数のサブボクセルに分割されることがある。これにより、例えば、グラディエントスポイリング（Ｇｒａｄｉｅｎｔ ｓｐｏｉｌｉｎｇ）による効果およびＴ_２ ^＊による効果が、磁気共鳴現象シミュレーションにより再現される。

【0006】

しかしながら、１つのボクセルに対するサブボクセルの分割数が増えると、計算量が膨大になり、磁気共鳴現象シミュレーションの計算速度が大幅に遅くなる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｇｒａｆ Ｃ， Ｒｕｎｄ Ａ， Ａｉｇｎｅｒ ＣＳ， Ｓｔｏｌｌｂｅｒｇｅｒ Ｒ． Ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｂｌｏｃｈ ａｎｄ Ｂｌｏｃｈ－ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ． ２０２１； ３２９： １０７０１１． ｄｏｉ： １０．１０１６／ｊ．ｊｍｒ．２０２１．１０７０１１．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、磁気共鳴現象シミュレーションにおけるサブボクセルの数が増えた場合において、計算速度の低下を低減することにある。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置は、入力部と、特定部と、計算部と、を備える。入力部は、磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスと、前記磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）とを入力する。特定部は、前記複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価である複数の等価アイソクロマットを、前記サブシーケンスに基づいて特定する。計算部は、前記複数の等価アイソクロマットを共通化して、前記サブシーケンスによる前記挙動を前記等価アイソクロマットに対して計算する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置の一例を示すブロック図。

【図2】図２は、実施形態に係り、スピンエコー法におけるパルスシーケンスの一例を示す図。

【図3】図３は、実施形態に係り、ボクセルに対する６４個のサブボクセルへの分割の一例を示す図。

【図4】図４は、実施形態に係り、ＭＲシミュレーション処理の手順の一例を示すフローチャート。

【図5】図５は、実施形態に係る仮想ＭＲＩ装置の一例を示す構成図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、磁気共鳴現象シミュレーション装置、磁気共鳴現象シミュレーション方法、および磁気共鳴現象シミュレーションプログラムの実施形態について詳細に説明する。図１は、磁気共鳴現象シミュレーション装置１の一例を示すブロック図である。

【0012】

（実施形態）
以下、説明を具体的にするために、磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、磁気共鳴を古典力学に従って現象論的に記述したブロッホ（Ｂｌｏｃｈ）方程式を用いて、磁気共鳴現象を計算（シミュレート）するものとする。磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、例えば、ロドリゲス回転公式を適用して、磁気共鳴の数値計算を行う。なお、磁気共鳴現象シミュレーション装置１による磁気共鳴の数値計算は、ロドリゲス回転公式を適用することに限定されず、非特許文献１で述べられているように、例えば、ルンゲクッタ法や可変時間ルンゲクッタ法など、他の手法により実現されてもよい。ロドリゲス回転公式を用いたシミュレーションの方法については、非特許文献１に記載されており既知であるため、説明は省略する。本発明はＢｌｏｃｈ方程式以外にも、例えば、Ｂｌｏｃｈ－Ｔｏｒｒｅｙ方程式やＢｌｏｃｈ－ＭｃＣｏｎｎｅｌ方程式に対しても同様に適用可能である。

【0013】

また、磁気共鳴現象シミュレーション装置１による磁気共鳴現象のシミュレーションは、古典力学に従った方程式を用いたものに限定されず、シュレディンガー方程式などの量子力学に従った方程式を用いて実行されてもよい。このとき、磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、例えば、密度行列シミュレーション（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍａｔｒｉｘ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）などにより、磁気共鳴現象のシミュレーションを実行する。

【0014】

磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、入力インターフェース１１と、出力インターフェース１３と、キャッシュメモリ１５と、中央演算処理回路１７と、保持メモリ１９と、数値演算回路２１と、を備える。なお、磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、中央演算処理回路１７と数値演算回路２１とにおいて実行される各種機能を実現するプログラム、および／または出力値算出機能２１７による出力結果を記憶する記憶装置（例えば、各種ストレージ、各種メモリなど）を備えていてもよい。記憶装置は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの光学ディスク、可搬性記憶媒体等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。

【0015】

入力インターフェース１１は、例えば、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置と呼ぶ）におけるパルスシーケンス入力機能２に電気的に接続される。具体的には、パルスシーケンス入力機能２は、ＭＲＩ装置において、シーケンス制御回路から出力されたパルスシーケンスにおける一つの断片（セグメント）に対応する複数のサブシーケンス各々を、入力インターフェース１１に入力する。すなわち、パルスシーケンスは、時系列に沿った複数のサブシーケンスにより構成される。入力インターフェース１１は、ＭＲＩ装置のパルスシーケンス入力機能２の出力端に接続される。入力インターフェース１１は、入力部に相当する。

【0016】

サブシーケンスは、パルスシーケンスにおいて、傾斜磁場の印加のみの期間（Ｇｒａｄｉｅｎｔ）と、ＲＦパルスとともに傾斜磁場が印加される期間（ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔ）と、傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートを行う期間（Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣ）と、傾斜磁場の印加無しの時間（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）と、に大別される。例えば、入力インターフェース１１は、例えば、磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスを、中央演算処理回路１７と数値演算回路２１とに入力する。すなわち、入力インターフェース１１は、ＭＲＩ装置におけるシーケンス制御回路からの出力された複数のサブシーケンス各々を、時系列に沿って中央演算処理回路１７と数値演算回路２１とに入力する。なお、中央演算処理回路１７と数値演算回路２１とは、まとめて処理回路として称されてもよい。

【0017】

図２は、スピンエコー法におけるパルスシーケンスの一例を示す図である。図２におけるＴｘｒｅａｌは、実部の送信ＲＦパルスを示している。なお、虚部の送信ＲＦパルスの波形は、実部の送信ＲＦパルスと同形であってもよいし、異なっていてもよい。Ｇｚは、スライス選択傾斜磁場を示している。Ｇｙは、位相エンコード傾斜磁場を示している。Ｇｘは、リードアウト傾斜磁場を示している。図２に示すパルスシーケンスにおいて、９０°のＲＦパルスの印加からエコー時間（ＴＥ）経過後に、リードアウト傾斜磁場の印加とともに、ＭＲ信号が収集される。ＭＲ信号は、アナログデジタルコンバーター（ＡＤＣ）によりデジタル信号に変換される。なお、図２には不図示であるが、例えば、プリパレ―ションパルス（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｕｌｓｅ）などの各種パルスが、パルスシーケンスの種別に応じて適宜実施されてもよい。

【0018】

図２に示すように、パルスシーケンスは、傾斜磁場の印加（Ｇｒａｄｉｅｎｔ）と、傾斜磁場およびＲＦパルスの印加（ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔ）と、傾斜磁場の印加およびアナログデジタルコンバート（Ｇｒａｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣ）と、傾斜磁場の印加無しの時間（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）との組み合わせにより表現される。例えば、図２に示すスピンエコー法の場合、Ｇｒａｄｉｅｎｔと、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔと、Ｇｒａｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣと、Ｎｏ－ｇｒａｄｉｅｎｔとの組み合わせが、位相エンコードのステップ数に亘って繰り返される。位相エンコードごとに、図２に示すＧｒａｄｉｅｎｔは１回の計算、Ｇｒａｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣは、ＡＤＣの回数（サンプリングの回数）だけ繰り返される。これらの計算は、例えば、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔに比べて少ない計算回数で実現される。

【0019】

パルスシーケンス入力機能２は、プリパルスなどのＧｒａｄｉｅｎｔと、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔと、クラッシャーなどのＧｒａｄｉｅｎｔと、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔと、Ｇｒａｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣと、Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔとを時系列に沿って入力インターフェース１１に入力する。入力インターフェース１１は、Ｇｒａｄｉｅｎｔと、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔと、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔと、Ｇｒａｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣとを、時系列に沿って中央演算処理回路１７へ出力する。

【0020】

なお、本実施形態に関するパルスシーケンスは、図２に示すシーケンスに限定されない。一般的なパルスシーケンスでは、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔと、Ｇｒａｄｉｅｎｔと、Ｇｒａｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣとＮｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔとの組み合わせが、適宜繰り返されることとなる。

【0021】

また、入力インターフェース１１は、例えば、ＭＲＩ装置において、送信回路の出力端および傾斜磁場電源の出力端に接続されてもよい。このとき、サブシーケンスは、傾斜磁場の強度に対応する電流および電圧、当該傾斜磁場の印加タイミング、送信コイルに供給される電流およびＲＦパルスの印加タイミング、検出タイミングを有する。また、入力インターフェース１１は、ＭＲＩ装置に接続されることに限定されず、例えば、サブシーケンスを含むパルスシーケンスのデータを生成し、出力可能な外部装置（例えば、シーケンス生成装置）に接続されてもよい。なお、パルスシーケンスの入力元の各種装置と入力インターフェース１１との接続は、ネットワークを介して接続されてもよい。

【0022】

また、入力インターフェース１１は、ユーザからの各種指示や情報入力を受け付ける入力装置を有していてもよい。このとき、入力インターフェース１１は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、キーボード等の入力デバイスに相当する。例えば、入力インターフェース１１は、磁気共鳴現象シミュレーション装置１によるシミュレーションの結果に関する出力指示が入力されてもよい。出力指示とは、例えば、複数のボクセル各々に関する、ＩＱ信号に相当する。

【0023】

入力インターフェース１１は、磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）を、例えば、中央演算処理回路１７と数値演算回路２１とに入力する。複数のサブボクセルは、１つのボクセルを分割することにより設定される。

【0024】

１つのボクセルに対する複数のサブボクセルによる分割の方向は、任意に設定可能である。以下、説明を具体的にするために、１つのボクセルに対する分割の方向は、直交３軸であるものとする。直交３軸は、例えば、静磁場の印加方向をＺ方向とし、Ｚ方向に互いに直交する２軸をＸ方向とＹ方向とする。また、複数のサブボクセルの総数は、直交３軸で1つのボクセルを４分割した６４個であるものとする。なお、分割の総数は、６４に限定されず、任意に設定可能である。

【0025】

Ｂ_０シフトは、複数のサブボクセル各々におけるＢ_０（静磁場）の揺らぎ、すなわち磁場の不均一に相当する。換言すれば、Ｂ_０シフトは、サブボクセルに含まれる複数の分子が有する磁気的な揺らぎであって、静磁場強度により規定される共鳴周波数に対する不完全性を示すものである。Ｂ_０シフトは、例えば、数ヘルツオーダーの共鳴周波数の揺らぎを表すものである。

【0026】

複数のサブボクセルにおいて、異なるＢ_０シフトを与えることで、Ｔ_２ ^＊による効果が、磁気共鳴現象シミュレーションの結果に反映されることとなる。なお、Ｂ_０シフトは、複数のサブボクセル全域に亘って一定に設定されてもよいし、特定の方向に沿って一定に設定されてもよい。複数のサブボクセルへの１つのボクセルの分割は、複数のサブボクセルにおいて、少なくとも一部のＢ_０シフト値が同じになる形で実施される。

【0027】

図３は、ボクセルＶＸＬに対する６４個のサブボクセルＳＶＬへの分割の一例を示す図である。図３に示すように、ボクセルＶＸＬは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向にそれって、それぞれ４分割されている。図３に示す同一のハッチングは、Ｂ_０シフトの値が同一であることを示している。なお、図３に示すように、Ｂ_０シフトの値は、全方向で均一に変化することに限定されず、任意の方向に沿って、変化されてもよい。

【0028】

Ｂ_０シフトの値に対する、Ｂ_０シフトの値の度数（サブボクセルの数）の分布は、Ｔ_２ ^＊による効果を磁気共鳴現象シミュレーションの結果に反映させるため、例えばローレンシアン（ローレンツ曲線、コーシー分布とも称される）に従った分布となるように設定される。以下、図３に示すように、ボクセルＶＸＬが複数のサブボクセルＳＶＬに分割されているものとして説明する。

【0029】

複数のサブボクセルに対して複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）が設定される。複数のアイソクロマット各々は、複数のサブボクセル各々を代表する代表点であって、複数の物理パラメータを有する集合体に対応する。すなわち、複数のアイソクロマット各々は、質点に類するものである。複数の物理パラメータは、例えば、磁化、Ｔ_１、Ｔ_２などである。なお、複数の物理パラメータは、磁化、Ｔ_１、Ｔ_２などに限定されず他の物理的なパラメータをさらに備えてもよい。また、集合体は、上記物理パラメータに加えて、ＭＴ（マグネティック トランスファー）、Ｂｌｏｃｈ－Ｔｏｒｒｅｙ ｅｑｕａｔｉｏｎ法における拡散に関するパラメータなどの他のパラメータをさらに備えていてもよい。

【0030】

出力インターフェース１３は、例えばＭＲＩ装置におけるシーケンス制御回路のサンプリングデータ出力機能４に接続される。出力インターフェース１３は、制御機能１７１による制御のもとで、サンプリングデータ出力機能４に、出力値算出機能２１７により算出された出力値を出力する。なお、出力インターフェース１３との接続先は、シーケンス制御回路に限定されず、表示、解析、処理などで当該出力値を利用可能な各種装置（例えば、ディスプレイ、解析装置、画像生成装置など）であってもよい。また、出力値の出力先の各種装置と出力インターフェース１３との接続は、ネットワークを介して接続されてもよい。また、出力インターフェース１３は、制御機能１７１による制御の下で、出力値等を表示するディスプレイを有していてもよい。このとき、ディスプレイは、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。出力インターフェース１３は、出力部に相当する。

【0031】

キャッシュメモリ１５は、中央演算処理回路１７に接続される。キャッシュメモリ１５は、複数のサブシーケンスを一時的に記憶する。キャッシュメモリ１５は、一時記憶部（ＣＰＵメモリ）に相当する。複数のサブシーケンスは、保持メモリ１９に保持されたロドリゲス回転公式に関する行列と、例えばルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ ｔａｂｌｅ）などにより関連付けられている。当該行列は、例えば、パルシーケンスの一部（サブシーケンス）を用いて計算機能２１１により算出された粒子の状態遷移を示す行列である。例えば、キャッシュメモリ１５は、図２に示すように、複数のサブシーケンス（Ｇｒａｄｉｅｎｔ、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔ、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣ、Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）各々が実施される期間に亘る当該行列の積を記憶する。行列の積は、複数のサブシーケンス各々の実行による状態遷移の結果に相当する。以下、当該行列の積を、結合遷移行列と呼ぶ。

【0032】

中央演算処理回路１７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにより実現される。なお、中央演算処理回路１７は、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡ））等の回路の組み合わせにより実現されてもよい。中央演算処理回路１７は、自身のメモリまたは不図示の記憶装置に保存されたプログラムを読み出し実行することで、制御機能１７１および特定機能１７３を実現する。中央演算処理回路１７は、中央演算処理部または中央処理部と称されてもよい。

【0033】

中央演算処理回路１７は、制御機能１７１により、磁気共鳴現象シミュレーション装置１における各構成要素を制御する。例えば、中央演算処理回路１７は、制御機能１７１により、パルスシーケンス入力機能２および入力インターフェース１１を介して入力されたサブシーケンスに対して、特定機能１７３による処理を実行する。また、中央演算処理回路１７は、制御機能１７１により、出力値算出機能２１７で算出された出力値を、出力インターフェース１３およびサンプリングデータ出力機能４を介して、サンプリングデータとして外部の装置に出力する。制御機能１７１を実現する中央演算処理回路１７は、制御部に相当する。

【0034】

中央演算処理回路１７は、特定機能１７３により、複数のアイソクロマットにおいて磁気共鳴現象の挙動が等価な複数の等価アイソクロマットを、サブシーケンスに基づいて特定する。すなわち、特定機能１７３は、複数のボクセル各々において、サブシーケンスに基づいて、複数のアイソクロマットから複数の等価アイソクロマットを選択する。等価アイソクロマットは、ボクセルＶＸＬにおける複数のサブボクセルＳＶＬにおいて、Ｂ_０シフトが同一であって傾斜磁場の印加方向と直交する方向に沿った複数のアイソクロマット、またはＢ_０シフトが同一であって傾斜磁場が印加されていない複数のアイソクロマットに対応する。特定機能１７３を実現する中央演算処理回路１７は、特定に相当する。

【0035】

例えば、中央演算処理回路１７は、特定機能１７３により、１以上の特定方向に沿った複数のアイソクロマットを、複数の等価アイソクロマットとして特定する。より詳細には、特定機能１７３は、サブシーケンスに基づいて、複数の方向に沿った磁場の位置依存性の有無を判定し、複数の方向のうち位置依存性が無い方向を、特定方向として特定する。すなわち、特定機能１７３は、複数のボクセル各々における複数のサブボクセルにおいて、サブシーケンスによる位置依存性がなく、Ｂ_０シフト値が等しい複数のアイソクロマットを、等価アイソクロマットとして選択する。当該複数の方向が直交３軸である場合、特定機能１７３は、直交３軸における軸方向各々において、サブシーケンスに基づいて、位置依存性の有無を判定する。

【0036】

具体的には、特定機能１７３は、図２において、Ｚ方向に沿った傾斜磁場（Ｇｚ）の印加期間（Ｇｚに関するＧｒａｄｉｅｎｔ）と、ＲＦパルスとともにＺ方向に沿った傾斜磁場（Ｇｚ）が印加される期間（ＲＦ＆ＧｚのＧｒａｄｉｅｎｔ）とにおいて、Ｂ_０シフトが同一であってＸ方向に沿った複数のアイソクロマットと、Ｂ_０シフトが同一であってＹ方向に沿った複数のアイソクロマットとを、複数の等価アイソクロマットとして特定する。これにより、図２に示す例では、６４個のアイソクロマットが１６個の等価アイソクロマットとして選択される。

【0037】

また、特定機能１７３は、図２において、Ｘ方向に沿った傾斜磁場（Ｇｘ）の印加期間（Ｇｘに関するＧｒａｄｉｅｎｔ）と、Ｘ方向に沿った傾斜磁場（Ｇｘ）の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートを行う期間（ＧｘのＧｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣ）とにおいて、Ｂ_０シフトが同一であってＹ方向に沿った複数のアイソクロマットと、Ｂ_０シフトが同一であってＺ方向に沿った複数のアイソクロマットとを、複数の等価アイソクロマットとして特定する。

【0038】

なお、特定機能１７３は、サブシーケンスにおいて傾斜磁場の印加が無ければ、位置依存性の有無を判定しなくてもよい。位置依存性の有無の判定のスキップは、例えば、サブシーケンスが斜磁場の印加無しの時間（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）である場合に実施される。具体的には、特定機能１７３は、図２おいて、斜磁場の印加無しの時間（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）の期間において、Ｂ_０シフトが同一の複数のアイソクロマットを、複数の等価アイソクロマットとして特定する。

【0039】

保持メモリ１９は、数値演算回路２１に接続される。保持メモリ１９は、キャッシュメモリ１５に記憶されたサブシーケンスに対応する行列を記憶する。すなわち、保持メモリ１９は、パルスシーケンスの一部を用いて算出された複数のアイソクロマット各々に対応する仮想原子の状態遷移を示す行列を保持する。保持メモリ１９は、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）メモリに相当し、例えば、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））などのメモリ素子より実現される。保持メモリ１９は、磁気共鳴現象シミュレーションの算出結果を記憶する。なお、保持メモリ１９は、数値演算回路２１により実行される計算機能２１１、および出力値算出機能２１７に関する各種プログラムを記憶してもよい。保持メモリ１９は、保持部に相当する。

【0040】

数値演算回路２１は、例えば、ＧＰＵなどのプロセッサにより実現される。なお、数値演算回路２１は、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡ））等の回路の組み合わせにより実現されてもよい。数値演算回路２１は、保持メモリ１９、自身のメモリまたは不図示の記憶装置に保存されたプログラムを読み出し実行することで、計算機能２１１、および出力値算出機能２１７を実現する。計算機能２１１、および出力値算出機能２１７を実現する数値演算回路２１は、計算部、および出力値算出部にそれぞれ対応する。

【0041】

数値演算回路２１は、計算機能２１１により、複数の等価アイソクロマットを共通化して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を、当該等価アイソクロマットに対して計算する。例えば、計算機能２１１は、等価アイソクロマットに関する磁化に対して結合遷移行列を乗じることで、サブシーケンスが実施された際の磁化を計算する。具体的には、複数の等価アイソクロマットのうち１つのアイソクロマット（代表アイソクロマット）に対して結合遷移行列を乗算して、等価アイソクロマットに関する磁化を計算する。代表アイソクロマットに対して磁気共鳴現象の挙動を計算することは、複数の等価アイソクロマットに関する磁気共鳴現象の挙動を計算することに相当する。これにより、計算機能２１１は、複数の等価アイソクロマットに対して、共通化して磁気共鳴現象の挙動を計算する。

【0042】

具体的には、サブシーケンスとしてＲＦパルスとともに傾斜磁場の印加が実施される場合（ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔ）、計算機能２１１は、ＲＦパルスの送信感度が共通の複数の等価アイソクロマット（以下、送信等価アイソクロマットと呼ぶ）に対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。例えば、特定機能１７３により特定された複数の等価アイソクロマットから送信等価アイソクロマットが特定（選択）される。複数の等価アイソクロマットから送信等価アイソクロマットの特定（選択）は、計算機能２１１または特定機能１７３により実行される。計算機能２１１は、送信等価アイソクロマットに関する磁化に対して、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔに関するサブシーケンスに対応する結合遷移行列を乗じることで、ＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔに関するサブシーケンスが実施された際の磁化を、共通化して計算する。

【0043】

また、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合（Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣ）、計算機能２１１は、磁気共鳴信号の受信感度が共通の複数の等価アイソクロマット（以下、受信等価アイソクロマットと呼ぶ）に対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。例えば、特定機能１７３により特定された複数の等価アイソクロマットから受信等価アイソクロマットが特定（選択）される。複数の等価アイソクロマットから受信等価アイソクロマットの特定（選択）は、計算機能２１１または特定機能１７３により実行される。計算機能２１１は、受信等価アイソクロマットに関する磁化に対して、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣに関するサブシーケンスに対応する結合遷移行列を乗じることで、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣに関するサブシーケンスが実施された際の磁化を、共通化して計算する。

【0044】

また、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加無しの時間が実施される場合（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）、計算機能２１１は、複数の等価アイソクロマットに対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。例えば、計算機能２１１は、複数の等価アイソクロマットに関する磁化に対して、Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔに関するサブシーケンスに対応する結合遷移行列を乗じることで、Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔに関するサブシーケンスが実施された際の磁化を、共通化して計算する。

【0045】

なお、計算機能２１１による磁気共鳴現象のシミュレーションにおいて単純なブロッホ方程式が用いられる場合、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣに関するサブシーケンスおよび傾斜磁場の印加無しの時間に関するサブシーケンス（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）に関して、計算機能２１１は、複数の等価アイソクロマットに対して共通の解析解を用いて計算することができる。単純なブロッホ方程式は、例えば、各種補正項無しのブロッホ方程式である。単純なブロッホ方程式における解析解では、Ｘ方向およびＹ方向における計算と、Ｚ方向における計算とが分離されている。

【0046】

また、複数の等価アイソクロマットにおいて、Ｔ_１およびＴ_２は同様であって、磁化の時間変化を示す指数関数（エクスポネンシャル：ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）は共通であるため、計算機能２１１は、傾斜磁場の印加に伴う位置依存性を用いて特定された等価アイソクロマットに対して磁化の計算を共通化することができる。なお、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣに関するサブシーケンスによる磁化の時間発展を計算する場合、受信感度が共通の等価アイソクロマットに対して磁化の計算の共通化が可能となるため、計算機能２１１は、受信等価アイソクロマットに対して解析解を適用することで、受信等価アイソクロマットに関する磁化を計算する。

【0047】

なお、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合、計算機能２１１は、特定方向に沿った複数のアイソクロマット（等価アイソクロマット）における磁化の和を計算し、計算された磁化の和にサブシーケンスに対応する結合遷移行列を乗じることで、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣに関するサブシーケンスが実施された際の磁化を、共通化して計算してもよい。すなわち、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣに関するサブシーケンスにおいて横磁化の積分値が必要な場合、計算機能２１１は、等価アイソクロマットに対応する横磁化を束ねてから、当該横磁化の時間発展を計算してもよい。このとき、計算機能２１１は、まず、以下の式（２）により、サブボクセルに亘る出力値ＡＤＣ_{ｓｕｂｖｏｘｅｌ}（ｔ）を計算する。

【0048】

【数2】

【0049】

上式（２）において、和記号Σにおけるｉは、サブボクセルを識別する名義的添え字（ダミーサフィックス：ｄｕｍｍｙ ｓｕｆｆｉｘ）である。また、上式（２）の右辺におけるｓは、受信感度を示している。また、上式におけるＭ_ｘｙ ^（ｉ）（ｔ）は、Ｘ軸方向の磁化とＹ軸方向の磁化とをまとめた横磁化を表している。

【0050】

次いで、計算機能２１１は、磁気共鳴現象シミュレーションとして単純なブロッホ方程式が用いられる場合、解析解を用いて、ＡＤＣにおけるサンプリング間における横磁化の変化（横磁化の時間発展）を算出する。続いて、計算機能２１１は、ＡＤＣによる出力値を以下の式（３）により計算する。

【0051】

【数3】

【0052】

式（３）は、複数のサブボクセルに亘る複数の出力値ＡＤＣ_{ｓｕｂｖｏｘｅｌ}（ｔ）の和を取ることで、出力値ＡＤＣ（ｔ）を算出する。

【0053】

数値演算回路２１は、出力値算出機能２１７により、入力インターフェース１１を開始磁気共鳴現象シミュレーションの結果の出力指示が入力された場合、磁気共鳴現象シミュレーションの結果に基づいて、出力指示に対応する出力値を算出する。例えば、出力指示がＩＱ信号である場合、出力値算出機能２１７は、複数の磁化ベクトルＭの各成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）において、複数の仮想原子に亘って和を取ることにより、磁化ベクトルＭのｘ成分における和（ΣＭｘ）と、磁化ベクトルＭのｙ成分おける和（ΣＭｙ）と、磁化ベクトルＭのｚ成分おける和（ΣＭｚ）とを、出力値として算出する。なお、出力値算出機能２１７は、ＩＱ信号（ΣＭｘ、ΣＭｙ）に対する逆フーリエ変換により、虚部画像と実部画像とを生成し、シミュレーションの結果に対応するＭＲ画像を生成してもよい。

【0054】

以上のように構成された本実施形態の磁気共鳴現象シミュレーション装置１により実行される磁気共鳴現象シミュレーションの処理（以下、ＭＲシミュレーション処理と呼ぶ）について説明する。図３は、ＭＲシミュレーション処理の概要の一例を示す図である。図３におけるキャッシュメモリ１５内のＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔパターンは、図２におけるＲＦ＆ＧｒａｄｉｅｎｔにおけるＲＦパルスと傾斜磁場との組み合わせに対応し、キャッシュメモリ１５に記憶された入力パターンに相当する。

【0055】

図４は、ＭＲシミュレーション処理の手順の一例を示すフローチャートである。ＭＲシミュレーション処理の実施に先立って、入力インターフェース１１が、パルスシーケンスを出力する外部装置（例えば、ＭＲＩ装置のシーケンス制御回路、またはシーケンサなど）に接続される。加えて、出力インターフェース１３が、出力値の出力先の外部装置（例えば、ＭＲＩ装置、画像生成装置、または出力値解析装置など）に接続される。
等価アイソクロマットを容易に識別することあるいは記憶容量を減らすことができるように、例えば、位置のみが異なる複数のアイソクロマットについては、それらすべてのアイソクロマット固有情報（Ｍ_０、Ｔ１、Ｔ２、Ｂ_０シフト、およびＢｌｏｃｈ－ＴｏｒｒｅｙやＢｌｏｃｈ－ＭｃＣｏｎｎｅｌｌや密度行列を用いる場合はそれらの追加情報）を個別に保存しなくても良い。この場合は例えば、アイソクロマットを代表アイソクロマットおよびサブボクセル分割による付随アイソクロマットとして扱い、すべての代表アイソクロマットに対してアイソクロマット固有情報を保持し、付随アイソクロマットに対しては代表アイソクロマットからアイソクロマット差分情報を利用してアイソクロマット固有情報を算出することができる。アイソクロマット差分情報とは例えば（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の位置をそれぞれ（０．１ｍｍ、－０．１ｍｍ、０．０ｍｍ）ずらすといった情報である。異なる代表アイソクロマットに対して同じ方法を適用することで生成可能な付随アイソクロマットに対し、このアイソクロマット差分情報を１つだけ保持することで、等価アイソクロマットを容易に識別することあるいは記憶容量を減らすことができる。
直交する３軸はＸ，Ｙ，Ｚ軸でなく、それらを任意に回転させて得られる３軸（以後、回転直交３軸）であっても良い。シミュレーションの対象とするパルスシーケンスがこのような軸を用いることが既知である（あるいは予想できる）場合には、サブボクセル分割を回転直交３軸に沿った方向で行う（アイソクロマット差分情報で表現する場合には、その差分情報として回転直交３軸に沿った方向にずらす情報を含める）ことで、本発明を効果的に用いることができる。

【0056】

（ＭＲシミュレーション処理）
（ステップＳ４０１）
外部装置におけるパルスシーケンス入力機能２から入力インターフェース１１に、複数のサブシーケンスが入力される。入力インターフェース１１は、入力された複数のサブシーケンスを、中央演算処理回路１７に入力する。また、入力インターフェース１１は、複数のアイソクロマットを、中央演算処理回路１７と数値演算回路２１とに入力する。アイソクロマットは、例えば、サブボクセルを代表する代表点において、複数の物理パラメータを有する集合体に対応する。

【0057】

（ステップＳ４０２）
中央演算処理回路１７は、特定機能１７３により、複数のサブシーケンス各々に基づいて、複数のサブシーケンス各々における複数の等価アイソクロマットを特定する。例えば、特定機能１７３は、位置依存性が無い特定方向に沿った複数のアイソクロマットを、複数の等価アイソクロマットとして特定する。具体的には、特定機能１７３は、サブシーケンスにおける傾斜磁場の印加方向に基づいて、複数の方向に沿った磁場の位置依存性の有無を判定し、複数の方向のうち位置依存性が無い方向を、特定方向として特定する。

【0058】

例えば、複数の方向は、直交３軸であって、特定機能１７３は、直交３軸における軸方向各々において位置依存性の有無を判定する。なお、特定機能１７３は、サブシーケンスにおいて傾斜磁場の印加が無ければ、位置依存性の有無を判定せず、本ステップはスキップされてもよい。このとき、特定機能１７３は、複数のアイソクロマットを等価アイソクロマットとして特定する。特定機能１７３は、等価アイソクロマットをサブシーケンスと対応付けて、数値演算回路２１に出力する。

【0059】

（ステップＳ４０３）
数値演算回路２１は、計算機能２１１により、複数の等価アイソクロマットを共通化して、サブシーケンスによるアイソクロマットに関する磁気共鳴現象の挙動を、等価アイソクロマットに対して計算する。具体的には、サブシーケンスとしてＲＦパルスとともに傾斜磁場の印加が実施される場合（ＲＦ＆ＧｚのＧｒａｄｉｅｎｔ）、計算機能２１１は、ＲＦパルスの送信感度が共通の複数の等価アイソクロマットに対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。また、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加無しの時間が実施される場合（Ｎｏ－Ｇｒａｄｉｅｎｔ）、計算機能２１１は、複数の等価アイソクロマットに対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。

【0060】

また、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合（Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣ）、計算機能２１１は、磁気共鳴信号の受信感度が共通の複数の等価アイソクロマットに対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。なお、Ｇｒａｉｄｉｅｎｔ＆ＡＤＣにおいて、計算機能２１１は、特定方向に沿った複数のアイソクロマットにおける磁化の和を計算し、計算された磁化の和に対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算してもよい。

【0061】

（ステップＳ４０４）
入力インターフェース１１により出力指示が入力されていれば（ステップＳ４０４のＹｅｓ）、ステップＳ４０５の処理が実行される。入力インターフェース１１により出力指示が入力されていなければ（ステップＳ４０４のＮｏ）、ステップＳ４０１以降の処理が繰り返される。なお、ステップＳ４０１において、パルスシーケンスに関する全てのサブシーケンスがステップＳ４０１で入力されている場合、本ステップはスキップされてもよい。このとき、本ステップに続いて、ステップＳ４０５の処理が実行される。

【0062】

（ステップＳ４０５）
出力値算出機能２１７には、ステップＳ４０３における計算結果（磁気共鳴現象シミュレーションの結果）に基づいて、出力指示に対応する出力値を、サンプリングデータとして算出する。制御機能１７１は、算出された出力値を、出力インターフェース１３を介して、ＭＲＩ装置などの外部装置のサンプリングデータ出力機能４へ出力する。なお、本実施形態の変形例として、ＭＲシミュレーション処理を実行する各種機能は、ＭＲＩ装置に搭載されてもよい。

【0063】

以上に述べた実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスと、当該磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマットとを入力し、複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価である複数の等価アイソクロマットをサブシーケンスに基づいて特定し、複数の等価アイソクロマットを共通化して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を等価アイソクロマットに対して計算する。また、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、例えば、１以上の特定方向に沿った複数のアイソクロマットを、複数の等価アイソクロマットとして特定する。

【0064】

例えば、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、サブシーケンスに基づいて、複数の方向に沿った磁場の位置依存性の有無を判定し、複数の方向のうち位置依存性が無い方向を、上記特定方向として特定する。このとき、上記複数の方向は直交３軸であって、磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、当該直交３軸における軸方向各々において、サブシーケンスに基づいて位置依存性の有無を判定する。また、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、サブシーケンスにおいて傾斜磁場の印加が無ければ、当該位置依存性の有無を判定しなくてもよい。

【0065】

また、サブシーケンスとしてＲＦパルスとともに傾斜磁場の印加が実施される場合、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、ＲＦパルスの送信感度が共通の複数の等価アイソクロマットに対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。また、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、磁気共鳴信号の受信感度が共通の複数の等価アイソクロマットに対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算する。

【0066】

なお、サブシーケンスとして傾斜磁場の印加とともに磁気共鳴信号を収集してアナログデジタルコンバートが実施される場合、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、当該特定方向に沿った複数のアイソクロマットにおける磁化の和を計算し、計算された磁化の和に対して、サブシーケンスによる磁気共鳴現象の挙動を計算してもよい。

【0067】

以下の式（４）は、比較例として、従来の出力値ＡＤＣ（ｔ）を算出式の一例である。

【数4】

【0068】

式（４）に示すように、従来では、複数のサブボクセル各々において横磁化Ｍ_ｘｙ ^（ｉ）（ｔ）を算出する必要がある。すなわち、従来では、出力値ＡＤＣ（ｔ）を算出するにあたって、全てのサブボクセルにおいて、横磁化Ｍ_ｘｙ ^（ｉ）（ｔ）の時間発展を算出する必要がある。一方、本実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１では、式（２）に示すように、予めサブボクセルに亘って横磁化をまとめているため、計算時間の大幅な短縮が可能となる。

【0069】

これらのことから、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１によれば、Ｂ_０シフトの値が同一であって傾斜磁場の印加の位置依存性が無い複数の等価アイソクロマットでは、磁化の挙動を示す計算式が同一となるため、複数の等価アイソクロマットに対する計算を共通化して、磁気共鳴現象の挙動を計算することができる。具体的には、図２に示す例では、６４個のアイソクロマットが１６個の等価アイソクロマットとして選択されため、計算回数を６４回から１６回に低減することができる。当該計算回数の低減は、１つのボクセルに対してのものである。このため、計算対象の空間に含まれるボクセルが、例えば５１２×５１２×５１２＝１３４２１７７２８である場合、１３４２１７７２８の６４倍の計算回数を、１３４２１７７２８の１６倍の計算回数に大幅に低減することができる。

【0070】

以上のことから、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１によれば、ボクセルを複数のサブボクセルへ分割することで磁気共鳴現象シミュレーションの精度を高めつつ、かつ計算時間を大幅に短縮して磁気共鳴現象のシミュレーションを実行することができる。すなわち、実施形態に係る磁気共鳴現象シミュレーション装置１によれば、サブボクセル分割したときのシミュレーションの速度を向上させることができる。

【0071】

本実施形態における磁気共鳴現象シミュレーション装置１によれば、磁気共鳴現象シミュレーションにおいて、計算時間を短縮させた完全な仮想化（Ｆｕｌｌ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を実現することができる。これにより、本磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、例えば、教育現場や開発現場などでの利用が有用となる。

【0072】

本磁気共鳴現象シミュレーション装置１が教育現場で利用される場合、実際にＭＲＩ装置で用いられるパルシーケンスや検査の種類に応じたパルスシーケンスを有する撮像プロトコルを完全に仮想的に実現するため、撮像プロトコル内（例えば高速Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ法における波形の使いまわし）および／または撮像プロトコル間（例えば脂肪飽和（Ｆａｔ Ｓａｔ）の波形使いまわし）のそれぞれでＲＦ波形の使いまわしの状況が発生する。このとき、本磁気共鳴現象シミュレーション装置１におけるＭＲシミュレーション処理によれば、磁気共鳴現象シミュレーションにおける計算時間を大幅に短縮させることができ、高速に磁気共鳴現象シミュレーションを実行することができる。

【0073】

本磁気共鳴現象シミュレーション装置１が開発現場で利用される場合、パルスシーケンスを何度も編集しながら、すなわち同一のＲＦ＆Ｇｒａｄｉｅｎｔパターンを何度も調整して、完全に仮想的に同一の波形での磁気共鳴現象シミュレーションを実行する。このため、本磁気共鳴現象シミュレーション装置１におけるＭＲシミュレーション処理によれば、磁気共鳴現象シミュレーションにおける計算時間を大幅に短縮させることができる。

【0074】

また、本磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、完全な仮想化（Ｆｕｌｌ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）の計算時間を短縮できるため、実施形態の応用例として、仮想的なＭＲＩ装置（以下、仮想ＭＲＩ装置と呼ぶ）として実現することができる。図５は、実施形態に係る仮想ＭＲＩ装置３の一例を示す構成図である。図５に示すように、仮想ＭＲＩ装置３は、図１に示す磁気共鳴現象シミュレーション装置１の構成に加えて、傾斜磁場制御機能６と、ＲＦ制御機能８と、アナログデジタル変換制御機能１０と、アナログデジタル変換機能１２とを備える。傾斜磁場制御機能６と、ＲＦ制御機能８と、アナログデジタル変換制御機能１０と、アナログデジタル変換機能１２とは、例えば、シーケンス制御回路などの各種プロセッサにより実行されてもよい。

【0075】

傾斜磁場制御機能６は、傾斜磁場の制御に関する情報を、入力インターフェース１１に出力する。具体的には、傾斜磁場制御機能６は、斜磁場電源により傾斜磁場コイルに供給される電流に応じた傾斜磁場の強度、当該傾斜磁場の印加タイミング、当該傾斜磁場の印加時間などに関する情報を、入力インターフェース１１に出力する。

【0076】

ＲＦ制御機能８は、ＲＦパルスの制御に関する情報を、入力インターフェース１１に出力する。具体的には、ＲＦ制御機能８は、送信回路により送信コイルに供給される電流に応じたＲＦパルスの強度、ＲＦパルスのフリップ角およびＲＦパルスの印加タイミングなどに関する情報を、入力インターフェース１１に出力する。

【0077】

アナログデジタル変換制御機能１０は、磁気共鳴信号の収集に関する情報を、入力インターフェース１１に出力する。具体的には、アナログデジタル変換制御機能１０は、受信回路により磁気共鳴信号が検出される検出タイミング、磁気共鳴信号のサンプリングに関するサンプリング周波数、磁気共鳴信号に対してアナログデジタルコンバートを行う期間などに関する情報を、入力インターフェース１１に出力する。

【0078】

アナログデジタル変換機能１２は、出力インターフェース１３から出力された出力値をデジタルデータに変換する。

【0079】

図５に示すように、図１における磁気共鳴現象シミュレーション装置１は、仮想ＭＲＩ装置３に搭載される。図５に示す仮想ＭＲＩ装置３により実行されるＭＲシミュレーション処理の手順および効果は、実施形態と同様なため説明は省略する。本磁気共鳴現象シミュレーション装置１を備えた仮想ＭＲＩ装置３によれば、図５の仮想ＭＲＩ装置３内の「傾斜磁場制御機能６」、「ＲＦ制御機能８」、「アナログデジタル変換制御機能１０」のそれぞれを本磁気共鳴現象シミュレーション装置１に対する入力とすることで、仮想ＭＲＩ装置３のソフトウェア部分におけるバグ（不具合）を取るデバッグ装置（不具合分析装置）として利用することもできる。

【0080】

実施形態における技術的思想を磁気共鳴現象シミュレーション方法で実現する場合、当該磁気共鳴現象シミュレーション方法は、磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスを入力し、磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）を入力し、複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価な複数の等価アイソクロマットを、サブシーケンスに基づいて特定し、複数の等価アイソクロマットを共通化して、サブシーケンスによる当該挙動を等価アイソクロマットに対して計算する。磁気共鳴現象シミュレーション方法により実行されるＭＲシミュレーション処理の手順および効果は、実施形態と同様なため、説明は省略する。

【0081】

実施形態における技術的思想を磁気共鳴現象シミュレーションプログラムで実現する場合、当該磁気共鳴現象シミュレーションプログラムは、コンピュータに、磁気共鳴に関するパルスシーケンスのうち磁気共鳴現象シミュレーションの対象となるサブシーケンスを入力し、磁気共鳴現象シミュレーションに関する複数のボクセル各々を分割した複数のサブボクセルに対応する異なる位置において同一のＢ_０シフトを有する複数のアイソクロマット（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔ）を入力し、複数のアイソクロマットにおいて、磁気共鳴現象の挙動が等価な等価アイソクロマットを、サブシーケンスに基づいて特定し、等価アイソクロマットを共通化して、サブシーケンスによる前記挙動を前記等価アイソクロマットに対して計算することを実現させる。

【0082】

例えば、ＭＲＩ装置や各種シミュレーションサーバなどにおけるコンピュータに磁気共鳴現象シミュレーションプログラムをインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても、ＭＲシミュレーション処理を実現することができる。このとき、コンピュータに当該処理を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。また、磁気共鳴現象シミュレーションプログラムの頒布は、上記媒体に限定されず、例えば、インターネットを介したダウンロードなど、電気通信機能を用いて頒布されてもよい。磁気共鳴現象シミュレーションプログラムにおける処理手順および効果は、実施形態と同様なため、説明は省略する。

【0083】

以上説明した少なくとも１つの実施形態等によれば、磁気共鳴現象シミュレーションにおけるサブボクセルの数が増えた場合において、計算速度の低下を低減することができる。

【0084】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0085】

１ 磁気共鳴現象シミュレーション装置
３ 仮想磁気共鳴イメージング装置
１１ 入力インターフェース
１３ 出力インターフェース
１５ キャッシュメモリ（ＣＰＵメモリ）
１７ 中央演算処理回路（ＣＰＵ）
１９ 保持メモリ（ＧＰＵメモリ）
２１ 数値演算回路（ＧＰＵ）
１７１ 制御機能
２１１ 計算機能
２１７ 出力値算出機能

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】