CN110603814B - 在磁共振成像期间使用的声通信设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了在诸如磁共振成像(MRI)期间的嘈杂环境中使用的通信系统和设备。在一些实施例中，提供了一种通信靠枕，其包括支撑患者头部的靠枕、可选的骨传导麦克风以及一个或多个振动致动器。头戴式耳机与受试者佩戴的噪音隔离耳塞接触，使得振动致动器产生的振动经由声传导通过耳塞传递，以使患者能够听到音频内容，同时耳塞通过封闭耳道来提供被动噪音防护。在其他实施例中，提供主动耳塞设备，其中声能转换器由噪音隔离耳塞接触和支撑，使得当耳塞被插入耳道时，声能转换器与耳道周围的组织进行声传导通信，从而便于通过骨传导进行声通信。

Description

在磁共振成像期间使用的声通信设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月28日提交的美国临时申请第62/427，072号的优先权，该申请题为“用于在噪声环境中进行通信的系统，方法和设备(SYSTEMS,METHODS AND DEVICESFOR COMMUNICATION IN NOISY ENVIRONMENTS)”，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

本公开涉及用于方便嘈杂环境中通信的系统和方法。更具体地，本公开的各个方面涉及用于磁共振成像的患者通信系统和方法。

众所周知，磁共振成像(MRI)系统由于梯度线圈的声振动而在扫描过程中产生很大的噪音。通常在MRI扫描期间向患者提供耳塞形式的被动耳朵防护装置。这种耳塞在降低环境噪音方面非常有效，并且可以实现大于30dB的隔音。由于噪音大并且需要保护耳朵，在MRI环境中与患者的交流面临挑战。与扫描技术人员的交流通常通过位于MRI扫描仪孔中的扬声器和麦克风来执行。然而，由于扫描仪在操作过程中产生的噪音很大，交流通常限于图像采集之间的非操作时段。

已经开发了几种不同的患者通信系统来解决这个问题。例如，一些患者通信系统使用带有泡沫耳塞端部的空气管，而其他患者通信系统使用带有压电和其他振动致动器的可佩戴头戴式耳机来方便与患者的通信。

可佩戴头戴式耳机可以设计成针对环境噪音实现显著程度的被动噪音隔离。然而，为了提供对于与MRI扫描仪一同使用而言充足的噪音抑制，头戴式耳机需要用大空腔或“衬罩”包围耳朵。这可能会对头部线圈等受限空间中的使用造成限制。空气软管也经常用于帮助患者听力，但通常提供的被动噪音隔离较差。

其他患者通信系统采用耳塞，空气通道位于耳道和由耳塞支撑的致动器之间。由于耳道没有封闭，所以这种系统的被动噪音隔离效果可能较差。

一些患者通信系统采用光麦克风来方便患者与扫描技术人员之间的通信。这种麦克风需要靠近患者的嘴放置，因此它们在受限空间(例如某些头部线圈内部)中的使用受到限制。

其他患者通信系统采用骨传导麦克风，骨传导麦克风可用于检测对环境噪音有显著抗扰性的语音，因此可用于嘈杂环境。骨传导麦克风检测声带产生的骨骼和组织振动。振动麦克风的商业实例利用加速度计、惯性传感器和压电元件。

发明内容

本公开提供了例如在磁共振成像(MRI)期间在嘈杂环境中使用的通信系统和设备。在一些实施例中，提供了一种通信靠枕，其包括支撑患者头部的靠枕、可选的骨传导麦克风以及一个或多个振动致动器。头戴式耳机与受试者佩戴的噪音隔离耳塞接触，使得振动致动器产生的振动经由声传导通过耳塞传递，以使患者能够听到音频内容，同时耳塞通过封闭耳道提供被动噪音防护。在其他实施例中，提供主动耳塞设备，其中声能转换器与噪音隔离耳塞接触并由其支撑，使得当耳塞被插入耳道时，声能转换器与耳道周围的组织进行声传导通信，从而方便通过骨传导的声通信。

因此，在第一方面，提供了一种在磁共振成像期间使用的声通信设备，该声通信设备包括：

靠枕，其能够定位在磁共振成像扫描仪内；

振动致动器，其由所述靠枕支撑，其中所述振动致动器被支撑为使得当受试者的头部由所述靠枕支撑时，由振动致动器产生的振动声耦合到受试者佩戴的耳塞，并且使得声耦合到耳塞的振动声耦合到受试者的耳道周围的组织，从而使得受试者能够通过骨传导听到振动；以及

音频电路，其可操作地连接到所述振动致动器，以用于向其发送音频信号。

另一方面，提供了一种骨传导声通信设备，其包括：

细长流体导管，其包括内腔；

可膨胀球囊，其与所述细长流体导管的内腔流体连通；

用于将流体引入所述细长流体导管的装置，其使得所述球囊以非膨胀状态插入受试者的耳道，随后将流体引入所述细长流体导管使得所述球囊通过流体而膨胀并封闭耳道，从而提供与外部声噪音的隔离；以及

声能转换器，其在远离所述球囊的位置接触所述细长流体导管，使得当所述球囊在耳道内膨胀时，所述声能转换器经由驻留在所述细长流体导管和所述球囊中的流体与耳道周围的组织进行声传导通信，从而便于经由骨传导进行来自和/或去往受试者方向的声通信；

其中所述声能转换器能够连接到音频电路，该音频电路用于发送和/或接收音频信号。

另一方面，提供了一种用于在嘈杂环境中通信的声通信设备，该声通信设备包括：

噪音隔离耳塞，其包括可插入受试者的耳道内的远端细长部分，使得当所述远端细长部分插入耳道内时，耳道在其至少一部分范围内被封闭，从而提供与外部噪音的隔离；

声能转换器，其接触所述噪音隔离耳塞并由所述噪音隔离耳塞支撑，其中所述声能转换器被支撑成使得当所述远端细长部分插入耳道时，所述声能转换器经由所述噪音隔离耳塞的所述远端细长部分与耳道周围的组织进行声传导通信，从而便于通过骨传导对受试者进行声通信和/或来从受试者进行声通信；

其中所述声能转换器可连接到音频电路，该音频电路用于发送和/或接收音频信号。

另一方面，提供了一种用于在嘈杂环境中通信的声通信设备，该声通信设备包括：

头戴式耳机，其被配置为佩戴在受试者的头部上；

振动致动器，其由所述头戴式耳机支撑，其中所述振动致动器被支撑为使得当所述头戴式耳机被受试者佩戴时，由振动致动器产生的振动声耦合到受试者佩戴的耳塞，并且使得声耦合到耳塞的振动声耦合到受试者的耳道周围的组织，从而使得受试者能够通过骨传导听到振动；以及

音频电路，其可操作地连接到所述振动致动器，以用于向其发送音频信号。

通过参考以下详细描述和附图，可以实现对本公开的功能和有利方面的进一步理解。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述实施例，其中：

图1A至图1E示出了声通信系统的各种示例性实现方式，其中振动致动器与耳塞接触，以用于声耦合到受试者。

图2A至图2B示出了两个示例性声通信系统的俯视图。

图3示出了示例性通信系统，其中振动致动器嵌入靠枕内。

图4A至图4B示出了示例性通信系统，其中在每个振动源和耳塞之间设置有声道。

图5示出了示例性通信系统，其中靠枕包括骨传导麦克风。

图6示出了示例性通信系统，其中振动致动器设置在隔音区域中。

图7至图8示出了示例性通信系统，其中靠枕由多种材料形成，以减少振动致动器和骨传导麦克风之间的声耦合。

图9A示出了示例性通信系统，其中靠枕由包括空气通道的材料形成，以便减少振动致动器和骨传导麦克风之间的声耦合。

图9B至图9E示出了各种不同的头戴式耳机配置和振动致动器支撑机构。

图10A、图10B和图11至图14示出了各种示例性耳塞配置。

图15A至图15D示出了包括使用充有流体的球囊作为耳塞的示例性实施例。

图16A至图16B示出了各种示例性实施例，其中使用充有流体的导管将振动致动器声耦合到在耳道内膨胀的充有流体的球囊。

图17至图22示出了基于洛伦兹的振动换能器的各种示例性实现方式。

图23至图29示出了各种主动耳塞设备，其中多个声能转换器与噪音隔离耳塞集成在一起，以实现双向通信。

图30A至图30C、图31和图32示出了示例性实施例，其中一个或多个声能转换器设置在声耦合到噪音隔离耳塞的外壳内。

图33至图34示出了用于与容纳在噪音隔离耳塞内的声能转换器电气接口连接的示例性实现方式。

图35示出了示例性实施例，其中振动致动器由耳机带或耳罩支撑，以将振动致动器与受试者所佩戴的耳塞接触。

图36A至图36B示出了基于头戴式耳机的声通信设备的示例性实施例，该声通信设备足够小到能与磁共振成像扫描仪的头部线圈一起使用。

具体实施方式

将参考下面讨论的细节描述本公开的各种实施例和方面。以下描述和附图是对本公开的说明，不应解释为对本公开的限制。描述了许多具体细节以提供对本公开的各种实施例的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供对本公开实施例的简明论述，没有描述众所周知的或传统的细节。

这里使用的术语“包括”和“包含”应被解释为包含性和开放性的，而不是排他性的。具体而言，当在说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”和“包括着”及其变型意味着包括指定的特征、步骤或组件。这些术语不应被解释为排除其他特征、步骤或组件的存在。

这里使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不应该被解释为比这里公开的其他配置更优选或更有利。

这里使用的术语“约”和“大约”意在涵盖可能存在于值的范围的上限和下限中的变化，例如属性、参数和尺寸的变化。除非另有说明，术语“约”和“大约”是指正负25％或更少。

应当理解，除非另有说明，任何指定的范围或组都是单独指代范围或组中的每一个成员以及其中包含的每一个可能的子范围或子组的简写方式，并且对于其中的任何子范围或子组也是相似的情况。除非另有说明，本公开涉及并明确结合了每个特定成员以及子范围或子组的组合。

这里使用的术语“数量级”，当与数量或参数结合使用时，是指跨越所述数量或参数的大约十分之一到十倍的范围。

本公开的各种示例性实施例提供了用于方便在嘈杂环境中例如在磁共振成像(MRI)扫描仪内和附近通信的系统、设备和方法。参照图1A，示出了以耳朵100、耳道105、鼓膜110和颞骨115为特征的听觉解剖结构。还示出了封闭(阻塞)耳道的耳塞120，使得耳塞120为佩戴者提供针对嘈杂环境噪音的被动保护。提供了接触耳塞120的振动致动器210，并且振动致动器能够产生音频频率下的振动。由于振动致动器210和耳塞120之间的接触，来自振动致动器210的振动被传递到耳塞120，振动被传导到颞骨115，使得它们作为声音被佩戴者听到。

虽然耳塞120提供了对嘈杂环境噪音的隔音，但是振动致动器210产生的音频振动被传导到耳塞120上并穿过耳塞120。这些振动通过耳塞120传导到颞骨115和周围软组织，将声音传导到内耳，并且可以通过骨传导被患者清楚地听到。

不受理论的限制，据信尽管骨传导是使患者能够听到振动致动器210产生的声音的主要机制，但是振动能量从耳塞120的近侧传递到空气中，从而在耳道内的空气中产生声波(以及随后对鼓膜的刺激)可以提供用于声音传导的次要机制。这两种声能转换机制都采用经由振动致动器210和耳塞120之间的直接物理接触或者经由也能够传导声振动的中间介质的间接声接触，将振动从振动致动器210传导到耳塞。

图1所示的振动致动器210可以是从任何类型的电或机械输入产生振动的任何设备。示例包括但不限于压电晶体、压电致动器、压电弯曲器和磁扬声器。

在下面将进一步详细描述的一个示例性实施例中，振动致动器210可以是洛伦兹扬声器，用于MRI环境的静态(主场；B₀)磁场。洛伦兹扬声器包括其上限定有电迹线的薄膜。当放置在磁场中，例如MRI扫描仪的磁场中时，电流通过迹线时会产生洛伦兹力。当电流的频率为音频频率时，会产生薄膜的声振动。

在一个示例性实现方式中，耳塞120可以由粘弹性聚氨酯泡沫形成，或者包括粘弹性聚氨酯泡沫(例如，“记忆”泡沫；低弹性泡沫)，其中泡沫被压缩以插入耳道，并膨胀以接合耳道，从而提供有效的被动噪音消除。由粘弹性聚氨酯泡沫制成的耳塞通常具有高达35dB的被动噪音防护。粘弹性聚氨酯泡沫(记忆泡沫)具有确定的材料特性，当加热到37摄氏度(人体温度)时它们会软化，因此可以成型到温暖的身体上，例如耳道的空腔。此外，记忆泡沫具有恢复其原始成型形状的特性。粘弹性聚氨酯泡沫是耳塞的合适材料，并且通常以圆柱体的粘弹性聚氨酯泡沫提供，其可以被压缩并插入耳道。在插入时，泡沫膨胀并成型到耳道，以在耳道的内表面上形成牢固且均匀接触的封闭。

在替代的示例性实现方式中，可以采用其他材料来配合耳道以提供被动噪音隔离。这种材料的非限制性示例包括蜡、硅树脂、非记忆泡沫和软塑料。

在一些示例性实现方式中，耳塞可以形成为具有允许在封闭耳道的同时方便插入的结构特征。例如，参照图1B，示出了耳塞，其中耳塞的可插入耳道的部分包括一个或多个柔性脊，所述柔性脊设置成在封闭耳道的同时将耳塞机械支撑于耳道中。这种脊可以由柔性材料构成，包括但不限于硅树脂或柔性热塑性塑料。

如上所述，耳塞120能够传导或传递音频频率下的振动，使得振动致动器210产生的振动被传导到颞骨，从而便于构成耳道内能够进行骨传导的声路径。

如上所述，耳塞120便于振动传导到颞骨。为了确保沿平行于耳塞-颞骨界面的方向传播的压力波的有效传递，耳塞被配置为提供与颞骨附近组织的机械接触。这可以通过提供其尺寸、形状和/或弹性使耳塞的可插入部分的外表面在耳道长度的至少一部分上与耳道的内表面物理接触的耳塞来实现。

为了便于沿垂直于耳塞-颞骨界面的方向传播的压力波的有效传递，耳塞可以由密度与耳道和颞骨周围组织相似(例如在相同数量级内；即在10倍以内)的材料制成。例如，发明人发现由质量密度为0.25g/cc的粘弹性泡沫制成的耳塞有效地耦合佩戴者能够听到的声音。对于质量密度大约在0.2g/cc至20g/cc范围内的材料，预计可以实现合适的耦合。作为另一个说明性示例，密度与空气(密度为0.001g/cc)相似的多孔材料不能有效地耦合佩戴者能够听到的声音。这种材料的示例包括但不限于如上所述的粘弹性记忆泡沫，或塑料、蜡、热塑性塑料、聚合物或这些材料的复合材料。

应当理解，根据多种实施例和实现方式，图1A和图1B所示的振动致动器210可以与耳塞120接触。此外，如下文详细描述的，应当理解，振动致动器210不需要与耳塞120直接机械接触，并且可以在振动致动器210和耳塞120之间提供一种或多种额外的固体或液体，以便于振动致动器210产生的振动耦合(传递)到耳塞120(在空气中没有声音传播的情况下)。换句话说，振动致动器210可以通过直接接触或通过一种或多种声耦合材料或结构的间接接触与耳塞120进行声传导通信。如下文进一步描述的，一种或多种声耦合材料可以被选择为具有相应的声阻抗，该声阻抗支持振动从振动致动器210到耳塞120的有效声传导。

在一些示例性实施例中，振动致动器210由外部支撑件支撑，使得当患者头部与外部支撑件接触时，振动致动器210产生的声振动被传导到耳塞120(在空气中没有声音传播的情况下)。例如，如在下面几个示例性实施例中所述，振动致动器210可以附接到靠枕、嵌入靠枕或以其他方式由靠枕支撑，使得当患者的头部由靠枕支撑时，振动致动器210产生的声振动耦合到耳塞。

在其他示例性实施例中，描述了主动耳塞，其中振动致动器附接到耳塞、嵌入耳塞、集成到耳塞中或以其他方式由耳塞支撑。

在一些示例性实施例中，可以提供多个振动源，如图1C和图1D所示。这将确保振动源和耳塞之间实现适当的接触，而无需繁琐地操纵患者的位置。一种配置包括刚性振动源215的阵列，其中一些将与耳塞更均匀或完全接触。这可以通过将压力换能器216的阵列与振动源接触来确定，压力换能器216可以由压电应变仪或测压元件形成。压力换能器阵列和振动源可以安装在刚性板218上，通过刚性板218电连接到它们各自的放大器。每个振动源将由音频放大器219供电，而来自每个压力换能器的信号将由前置放大器221的阵列检测和放大。

在将阵列放置在患者外耳后，将对来自压力换能器的信号进行采样，并从这些压力换能器中选择具有最大接触压力的换能器来传递振动源。替代地，根据从压力换能器检测到的压力分布，可以致动不止一个振动源。这些信号将由音频电子器件217进行分析，而音频信号将传递给患者。

如图1E所示，为了确保向耳塞适当传递振动，可以在耳塞和振动源之间插入适当密度和刚度的材料。阻抗匹配层50将接合到振动源210的患者侧，并放置成与耳塞120接触。

图2A示出了在MRI扫描期间使用的基于靠枕的通信系统的示例性实施例。在MRI扫描仪的孔内使用的头部支撑靠枕200支撑患者的头部130。振动致动器210被并入(例如凹入)到靠枕200中，使得当患者的头部130由靠枕200支撑时，振动致动器210与患者佩戴的耳塞120的外表面物理接触。通信靠枕200可以用于方便扫描技术人员与患者的交流，并且可以附加地或替代地用于在MRI扫描仪的扫描操作期间允许患者体验娱乐内容，例如音乐、有声读物或电影。

尽管振动致动器210被示出为凹入(嵌入)到靠枕200中，但是振动致动器210也可以替代地附接到靠枕200的邻近患者耳朵位置的表面。

如图2A所示，每个振动致动器电连接到放大器215和电子器件220，电子器件220被设计成使振动致动器210振动。例如，在振动致动器210是压电设备的情况下，可以使用诸如MAX9788的G类陶瓷扬声器驱动器基于由蓝牙接收器模块提供的音频信号来驱动设备。在振动致动器是洛伦兹扬声器的情况下，可以使用诸如MAX98309的A类或A/B类放大器基于从蓝牙接收器模块接收的音频信号来驱动设备。应当理解，本领域技术人员将能够选择合适的电子器件以用于特定类型的振动致动器210。

在一些示例性实现方式中，只要振动能量通过中间材料传导到耳塞而没有显著衰减，每个振动致动器210可以在空间上偏离靠枕200与耳塞120接触的位置。例如，在一个非限制性示例性实施例中，振动致动器210可以放置在1cm和20cm之间，并且取决于靠枕200的材料属性，该空间偏移可以使得振动在-0.01和-20db之间衰减，从而仍然能够将不可忽略之量的振动能量传递到耳塞120。此外，衰减可以通过增加振动致动器210的功率来补偿。

尽管许多本发明的示例性实施例示出了涉及头部两侧的振动致动器的双致动器实施例，但是应当理解，任何实施例都可以适于提供在头部一侧具有一个或多个振动致动器的单侧样式。图2B示出了这种实施例的示例。

图3示出了一个这样的示例性实施例，其中振动致动器210嵌入靠枕200内，并且在空间上偏离靠枕与耳塞120接触的位置，使得振动致动器210和耳塞120之间的靠枕材料提供了耦合介质，该耦合介质间接地将振动致动器210置于与耳塞110的声传导通信。不同于图2A所示其中每个振动致动器产生的振动直接耦合到每个耳塞的示例性实施例，图3所示的振动致动器210产生的振动在传递到耳塞120的外表面上之前通过一段靠枕材料而传导。

在一个示例性实现方式中，可以选择靠枕材料和耳塞材料的声阻抗，以实现靠枕200和耳塞120之间的有效振动能量传递。阻抗不匹配会导致声反射和低效率。例如，可以选择材料，使得声功率通过材料界面的传递系数大于20％，其中声功率的传递系数可以计算为1-[(Z_headrest+Z_earplug)/(Z_headrest-Z_earplug)]²，其中Z_headrest是靠枕的声阻抗，Z_earplug是耳塞材料的声阻抗。如果靠枕材料和耳塞材料的声阻抗彼此相差10倍以内，则满足这一条件。

应当理解，虽然振动致动器210在许多示例性实施例中被示出为对齐，使得由此产生的振动平行于耳塞120的纵轴而发出，但是振动致动器210可以相对于每个耳塞纵轴偏移或旋转，只要这种偏移或旋转不会导致显著的声耦合损失。

图4A示出了替代的示例性实施例，其中声传导材料的声导管230(例如柱或其他组件)嵌入靠枕200内，以便于振动能量从振动致动器210声传导到耳塞120。声导管230由声传导材料形成，所述声传导材料被选择用于方便声能量从振动致动器210传导到耳塞120。用于形成声导管230的合适材料的示例包括但不限于能够将振动能量传导到耳塞而不会使能量衰减超过20db并且经过声匹配使得振动能量的传递系数至少为20％的材料。这种材料的非限制性示例包括蜡、硅树脂、非记忆泡沫和软塑料。

声导管230可以被布置成使得其远端位于靠枕的外表面处或邻近靠枕的外表面。在一个示例性实现方式中，声导管230的远端可以位于靠枕表面。在另一示例性实现方式中，声导管230的远端可以从靠枕表面向外突出(向外延伸)。

图4B示出了替代的示例性实施例，其中声导管230延伸穿过靠枕200，以在振动致动器210之间提供声传导路径(通道、导管)，该振动致动器位于靠枕200的外表面上或超出靠枕200的外表面(或凹入靠枕200的外表面)。

在一些实施例中，靠枕通信系统可以适于通过将骨传导麦克风集成到靠枕中来支持双向(两方向)通信，使得靠枕能够通过振动致动器210和耳塞120之间的接触向患者传递声振动，并且还能够通过骨传导麦克风检测患者产生的语音。

图5示出了这种基于靠枕的通信系统的示例，其中靠枕200被示为支撑患者的头部130，其中靠枕200包括与患者佩戴的耳塞120接触的嵌入式振动致动器210和嵌入靠枕200中的骨传导麦克风。骨传导麦克风240与患者的后脑勺接触，以能够接收患者的声音。在说话过程中，源于声带的振动被传递到骨骼结构，如头骨。这些振动可以被骨传导麦克风240检测到，并转换成电信号以呈现为语音。因为与声波在空气中的传播相反，语音感测是基于声振动执行的，所以骨传导麦克风240对于传播声波形式的环境噪音具有较差的灵敏度。骨传导麦克风240因此对MRI扫描仪的嘈杂噪音不敏感，从而能够在MRI扫描仪的操作过程中在患者和其他个体(例如扫描技术人员)之间进行有效的通信。应当理解，骨传导麦克风可以与任何前述示例性靠枕通信系统及其变型集成。

该示例性实施例示出了如下一种声通信系统，其中在没有声波传播的情况下方便双向声通信，由此振动致动器210和骨传导麦克风240能够基于去往和来自患者的振动的声传导进行声通信。

应当理解，骨传导麦克风240可以根据适用于检测声振动的各种声能转换器来实现。例如，在一些非限制性示例性实现方式中，振动麦克风240可以包括加速度计、速度传感器、接近探头、压电晶体或压电弯曲器。

替代地，在另一示例性实现方式中，骨传导麦克风可以使用洛伦兹麦克风来实现，其中洛伦兹声扬声器以往复模式使用，在往复模式中，电势穿过在MRI的磁场中振动的导体被感应。在该示例中，骨传导麦克风240可以可操作地连接到附加电子器件245，包括但不限于放大器、处理器和/或无线发射器。应当理解，本领域技术人员将能够选择与给定实现方式中使用的特定类型的骨传导麦克风相关联的适当电子器件。

参照图6，示出了示例性实施例，其中振动致动器210被支撑在相应的隔音区域(例如腔室)250内，隔音区域250也嵌入靠枕200内(或者凹入靠枕200内)。隔音区域250降低了从振动致动器210沿着与振动致动器210和耳塞120之间的方向不同的方向耦合到靠枕200中的振动的强度，从而降低了骨传导麦克风240检测到的寄生振动强度。

由声传导材料(如上所述)形成的声导管230也可以嵌入靠枕200中，以提供用于将振动从振动致动器210传导到耳塞120的声传导路径。在图6所示的示例性实施例中，每个声导管230延伸穿过隔音区域250的壁中的孔口。根据各种非限制性示例性实现方式，隔音区域250可以由质量密度显著降低的区域形成，例如完全抽空的腔室、由细丝网构成的体积、由坚硬的大块壁构成的腔室。替代地，可以使用由高密度材料制成的壁来形成隔音室，使得靠枕材料和隔音室的壁材料之间的声阻抗失配导致传递系数小于50％或更小。

该示例性实施例还示出了如下声通信系统，其中在没有声波传播的情况下方便声通信，由此振动致动器210和骨传导麦克风240能够基于去往和来自患者的振动的声传导进行声通信。

现在参照图7，示出了示例性的基于靠枕的通信系统，其中靠枕200包括由不同材料形成的不同区域(该图示出涉及两种不同材料的示例性实现方式)。在图中所示的示例性实现方式中，靠枕200包括由第一材料形成的基部260，其中基部区域位于患者头部后侧(例如，在本示例中，基部区域支撑骨传导麦克风140)，以及由第二材料形成的两个侧部265，其中侧部265支撑振动致动器210。第一材料可以被选择为具有缓冲特性，以提供患者舒适性。合适材料的非限制性示例包括可压缩泡沫或记忆泡沫。可压缩泡沫可以被选择成使得它们在患者头部的重量下不会压缩到小于其非压缩厚度的10％(足够软，但能确保患者头部不会接触桌子)。第二材料可以被选择为呈现一定的机械特性(例如刚性和/或弹性)，当头部130由靠枕的基部260支撑时，该机械特性使得振动致动器210能够与耳塞120牢固接触(例如适于有效声传导的接触)。非限制性示例包括不可压缩的材料。

在一些示例性实现方式中，可以选择两种材料的物理特性，使得它们具有不同的声阻抗。例如，可以选择材料，使得从一种材料传递到另一种材料的振动能量的传递系数小于50％。不同的声阻抗将在基部260(容纳骨传导麦克风240)和侧部265(容纳振动致动器210)之间产生阻抗失配边界275，使得从振动致动器210向骨传导麦克风240传播的波将经历反射，从而减少振动致动器210和骨传导麦克风240之间的声耦合量。

图8示出了另一示例性实施例，其中靠枕200包括位于振动致动器210和骨传导麦克风240之间的隔音区域。与图7所示的示例性实施例中一样，可以对头部后侧的中央基部区域262和与患者耳朵相邻的侧面区域265使用不同的材料(替代地，可以对侧面区域265和中央基部区域262使用相同的材料)。在本示例中，隔音区域264设置在侧面区域265和中央基部区域262之间，其中隔音区域264包括将振动致动器210与骨传导麦克风240隔音的材料。例如，隔音区域264可以由非常致密的材料形成，例如但不限于氯丁橡胶，选择氯丁橡胶来形成隔音屏障，以便使通过边界的低效传递系数小于50％。在另一个示例中，隔音区域可以由衰减系数大于-0.5db/cm的材料形成，以减少致动器和麦克风之间的声传导。非限制性示例包括密度非常低的多孔泡沫、排空区域或充气区域。

现在参照图9A，提供了示例性的基于靠枕的通信系统，其中靠枕200包括两个隔音通道270。通道位于振动致动器210和骨传导麦克风240之间，从而减少振动致动器210和骨传导麦克风240之间的声耦合量。声耦合的这种减少是通过去除另外情况下会将振动从振动致动器210传导到骨传导麦克风240的靠枕材料来实现的。应当理解，提供图9A所示的示例性实现方式是为了说明可以在靠枕中形成的许多不同的可能通道几何形状以便减少或防止振动致动器210和骨传导麦克风240之间的声传导耦合的一个非限制性示例。可以采用各种替代的通道和切口构造来增加振动致动器210和骨传导麦克风240之间的有效路径长度。

参照图9B，示出了示例性的基于靠枕的通信系统，其中用于接触患者佩戴的耳塞120的振动致动器210由支撑框架280支撑，该支撑框架280与容纳骨传导麦克风240的靠枕200物理上分离。将振动致动器210与靠枕部分240分离具有减少振动致动器210和骨传导麦克风240之间的耦合的优点。

在一些示例性实施例中，一个或多个定位机构可以集成到支撑框架280中，以便于调节振动致动器210支撑的位置，从而适应一定范围的头部尺寸。

头部支撑件和耳朵传导设备应该相对于患者而进行定位，以确保耳塞上有足够的压力，能最大限度地封闭耳道，同时不会使患者不舒服。这可能需要对装置进行一些调节，以适应不同的患者尺寸、位置和形状。因此，在一些示例性实施例中，头部支撑件可以被配置为提供机械结构，以允许振动源的定位(例如三个运动自由度)。如图9C所示，振动源210可以安装在支撑臂282的端部，支撑臂282可以绕枢轴284旋转。该枢轴284可以是弹簧加载的，以保持将振动源压缩在消声耳塞上。

在本示例性实施例中，患者的头部搁置在软记忆泡沫制成的头部支撑件200上，头部支撑件200又支撑骨传导颅麦克风240。头部支撑件200搁置在安装框架290的顶部，如截面图所示。该安装框架附接有滑动枢转臂连接器292。该滑块如图所示采用密切配合的斜面形式，其允许支撑臂移动并沿垂直方向枢转。因此，借助于支撑件到枢转臂连接器292的垂直运动和支撑臂282的旋转运动，振动源210可以精确地定位在耳朵和消声耳塞上，不管患者的身体习惯或头部取向如何。

为了方便地适应患者在头尾(CC)方向上的位置，头部支撑件200提供了如图9D所示的另一种调节。枢转臂在线性轴承294上延伸，线性轴承294可以在轴296上滑动，并且设计成保持枢转臂负载的弹簧加载特征。这允许在CC方向上调节支撑臂的振动源210位置。

为了确保有效地向患者传导振动，振动源可以保持在固定的刚性框架上，如图9E所示。实现这一点的一种方法是使用围绕患者头部的刚性圆柱体10来构造的。在耳塞插入耳朵的同时，患者的头会靠在柔软的靠枕上。振动源210将通过可调连接件20连接到圆柱体，可调连接件20可以包括螺纹杆，以允许通过旋钮30改变振动源的位置。

在一些实施例中，患者佩戴的耳塞被配置为完全封闭佩戴者的耳道，使得耳塞在耳道长度的一部分上延伸穿过耳道的横截面，从而提供被动的噪音隔离(防护)以抵抗环境噪音。耳塞因此提供了与传播声波(环境噪音)的隔离，同时方便与振动致动器的物理接触(直接或间接)，以便如上所述实现传导声通信。

图10A示出了耳塞300的示例，耳塞300被配置为封闭耳道，同时在振动致动器210和患者组织之间提供声耦合。示例性耳塞300由远端细长部分302组成，该远端细长部分302被配置为可插入耳道中。远端细长部分302由可压缩材料形成，使得当远端细长部分302插入耳道时，远端细长部分302在耳道的至少一部分上完全封闭耳道，同时提供被动噪音防护并方便与耳道周围或邻近的骨结构的声传导耦合。如图所示，远端细长部分302可以是圆柱形的，或者可以具有其他形状，只要该形状适于在远端细长部分302插入耳道时封闭耳道。在一个示例性实施例中，耳塞的远端细长部分302由粘弹性聚氨酯泡沫形成。

示例性耳塞300还包括近端声耦合部分304，其被配置为当远端细长部分302插入耳道时从佩戴者的耳朵向外延伸。近端声耦合部分304向外延伸，以便与靠枕200或振动致动器120接触，使得振动致动器120产生的振动经声传导通过耳塞300并进入耳道周围的骨组织。近端声耦合部分304可以由与远端细长部分相同的材料形成，例如粘弹性聚氨酯泡沫。替代地，近端声耦合部分304可以由具有与远端细长部分302不同的一种或多种特性的材料形成。

在一些示例性实现方式中，耳塞300可以形成为整体结构，或者通过将远端细长部分302接合到近端声耦合部分304来形成。

在一些示例性实施例中，耳塞300可以由导电材料形成。在这种情况下，如果与靠枕200和/或振动致动器210的接触点也是导电的，则到受试者的传导路径(或多条路径，如果两个耳塞都有传导性)可以方便检测何时已经建立了合适的接触。在替代的示例性实施例中，靠枕200可以包括一个或多个压力传感器，该压力传感器被配置为确定靠枕200和耳塞之间是否已经在使用期间建立了足够的压力。

近端声耦合部分304虽然在图10中显示为圆柱形圆盘(例如近端声耦合凸缘)，但是可以具有多种形状，只要当远端细长部分302插入耳道时近端声耦合部分304能够与靠枕200和/或振动致动器210接触。

图10A示出了与示例性圆柱形振动致动器210接触的图10A的示例性耳塞。

例如，如图11所示，近端声耦合部分可以是球形(或半球形)，如306所示。

在另一个示例性实施例中，近端声耦合部分304可以设置成细长形状，该细长形状具有相对于远端细长部分302的纵轴成角度的纵轴。例如，如图12所示，近端声耦合部分可以设置成圆柱形的形式，如308所示，其中圆柱形声耦合部分308的纵轴与远端细长部分302的纵轴正交。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，近端声耦合部分和远端细长部分可以采用许多替代形状。例如，耳塞的远端细长部分可以包括多个封闭结构。封闭结构可以从中央细长构件径向延伸。图13示出了示例性实现方式，其中远端细长部分包括多个封闭盘310，封闭盘310沿着远端细长构件312纵向间隔开，并在径向方向上从远端细长构件312延伸。封闭盘310能方便耳道的封闭，在耳道内机械地支撑耳塞，并方便与耳道周围的组织结构的声耦合。

在一些示例性实现方式中，耳塞的远端细长部分和近端声耦合部分可以由相同的材料形成。替代地，远端细长部分和近端声耦合部分可以由多种材料形成，以改善耳塞的功能。在一些示例性实现方式中，远端细长部分和近端声耦合部分中的一个或两个可以由多种材料制成。

图14示出了使用两种不同材料制成的示例性耳塞，图中示出了横截面视图，其中第一材料形成耳塞的外围区域320，并且便于将振动从耳塞有效耦合到组织上。该第一材料可以被选择为具有与耳道和颞骨周围组织相似的密度(例如，在相同的数量级内；例如在10倍以内)，以便于从耳塞到耳道周围组织实现有效声耦合。然而，为了给耳塞提供足够的可压缩性以方便插入并保持第一材料和组织之间的充分接触，可以使用第二材料来形成耳塞的中心(例如芯部)区域325。该第二材料可以具有较低的密度，同时具有比第一材料更高的可压缩性和/或弹性。理想材料的示例包括但不限于半可压缩泡沫。半可压缩泡沫的用途是向耳道施加压力，以增加第一材料和耳道之间的摩擦，从而增加振动从耳塞到颞骨的传递。也可以选择芯部材料来提供噪音隔离，而外围部分提供颞骨和振动致动器之间的声耦合。

经由骨传导的声音致动的替代方案是将类似于球囊导管的设备插入耳道，如图1所示。导管的顶端是可膨胀的球囊，其由诸如柔性橡胶的材料构成，替代地可以由诸如乳胶的其他材料制成。球囊在原始状态下收缩，小到足以插入耳道。通过使用注射器或类似的压力诱导设备，例如无菌水的流体可以通过管泵入球囊中。这将用于将无菌水充入球囊中，从而封闭耳道成为被动降噪系统。

因此，在一些示例性实施例中，耳塞的至少一部分可以充有不可压缩的液体，该液体提供耳道的噪音隔离封闭，同时还提供声耦合，用于将振动从振动致动器传导到耳道周围的组织。例如，如图15A和图15B所示，耳塞组件被示出为包括柔性导管，该柔性导管具有限定至少一个内腔350的细长护套，其中内腔350与位于细长护套远端处或其附近的可膨胀球囊360流体连通。导管的近端连接到或可连接到注射器370或能够增加球囊360内压力以使球囊膨胀的其他设备。

如图15C和图15D所示，细长护套的远端部分可以插入耳道，球囊360最初处于未膨胀状态。当在注射器370施加的压力下将流体注射到内腔350中时，球囊360被流体填充并膨胀，使得球囊360的外表面与耳道的内表面接触。用于填充球囊的流体可以是但不限于诸如水、盐水和矿物油的流体。充有流体的球囊360通过用致密材料填充耳道并与耳道密封而提供被动噪音隔离。细长护套的远端部分可以被配置成使得内腔朝向球囊360和/或在球囊360内膨胀，从而减少声反射。

导管部分可以由诸如但不限于PEEBAX、硅橡胶、尼龙、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乳胶和热塑性弹性体的材料形成。该设备的球囊部分360可以使用与血管成形术球囊制造中使用的材料相似的材料来构造。非限制性示例包括柔性PVC(聚氯乙烯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和尼龙。

图16A示出了利用图15A至图15D的球囊导管耳塞的示例性通信设备。如图16所示，导管的一部分与一个或多个振动致动设备210接触。这种接触产生振动，该振动沿着导管朝向远端球囊360传播。通过使用一个或多个振动致动器210产生被导入耳塞的振动，患者的听力得以实现，所述振动致动器210远离与充有流体的导管接触的耳塞设备。振动致动器的底侧被图示为固定到不移动的质量体上，使得它们所有的振动能量都被传递到导管上。

在替代的示例性实施例中，图16A所示的注射器的柱塞可适于包括声音产生元件，例如扬声器振膜或压电换能器，从而能够在细长护套的内腔中直接激发纵向声波。

图16B示出了替代的示例性实施例，其中导管的管道进入包含机电致动器380的刚性防水室380。该致动器可以由压电材料构成，使得在电刺激下，致动器将发生膨胀。致动器将通过音频放大器390供电，音频放大器390通过腔室连接致动器。当来自该放大器的音频信号引起致动器的膨胀和收缩时，致动器周围的流体将经历振荡器压力的变化，该变化沿着导管传导到耳道和球囊。这将使得球囊经历振动振荡，振动振荡将通过骨传导或鼓膜传导到患者的听觉系统中。

在前述示例性实施例中，振动致动器被描述为位于支撑患者头部的靠枕内或靠枕上，使得振动致动器与患者佩戴的被动耳塞进行声接触。以下替代示例性实施例涉及具有集成振动致动器的主动耳塞。

参照图17，示出了主动耳塞的示例性实施例，其中泡沫耳塞400被示出具有附着或粘附到其上的基板405，其中基板405包含一个或多个导体(例如，导电路径或迹线)，其充当洛伦兹振动致动器。电流I沿图中箭头401所示的方向在每个导体内流动。圆形基板405被定位成使得当患者佩戴主动耳塞时，导体相对于MRI扫描仪的主静态磁场B₀成一定角度(优选垂直)。导体410每个都在垂直于静态磁场B₀和电流的方向上经受洛伦兹力F，根据以下等式：

F＝I∫dl×Bo (1)

作用在导体410上的洛伦兹力使得基板位移。当交流电流以音频频率施加到迹线时，基板以相同频率响应性地位移，从而产生传播的压力波。由于基板和耳塞之间的接触，该压力波通过耳塞被传导，并传导到耳道周围的骨头上，使得压力波产生耳塞佩戴者可感知的可听声音。

如上所述，导电迹线不需要垂直于MRI扫描仪的静态磁场定向。如果耳塞被佩戴成使得导体不垂直于MRI扫描仪的主静态场，则导电迹线上垂直于磁场方向的电流分量将使得基板位移。

应当注意，上面附接有导体的基板不需要是刚性的，并且可以是由包括但不限于聚酰亚胺(Kapton)、塑料和任何类型的柔性聚合物的材料制成的柔性基板，只要基板附接、粘附、附着、压靠耳塞或以其他方式与耳塞机械接触，使得源自基板的振动能够被传递到耳塞上。

在一个示例性实现方式中，基板和导电迹线可以使用柔性印刷电路板形成，其中合适的导体图案被蚀刻在覆铜层压板的薄片上。替代地，在替代的示例性实现方式中，在没有中间基板的情况下，导体可以直接附着到耳塞上。

图18示出了示例性实现方式，其中导电迹线410被定向成使得当患者在磁共振扫描仪中佩戴耳塞时，导电迹线410相对于MRI扫描仪的静态场(B₀场)成一定角度(优选垂直)。如图所示，导电迹线410通过线段415并联连接。当交流电压施加到位于导电迹线415两端的端子(420和422)时，电流流过导电迹线。施加到导电迹线410的洛伦兹力使得基板405位移，从而产生压力波，佩戴者将通过骨传导听到该压力波。导电迹线415可以由任何合适的导电材料组成。示例包括但不限于铜、锡、银或金。

参照图19，示出了主动耳塞400的示例性实施例，其具有由导电材料的实心平面部分组成的附接导体430。两个电极(432和434)位于导电平面的两侧。在两个电极之间流动的电流在平面上分布，从而也在导电位置上产生分布的洛伦兹力。

参照图20，示出了主动耳塞400的示例性实施例，其中一系列附着到柔性薄膜的垂直导电迹线440彼此串联连接(与图18所示的并联相反)。如442和444所示，存在附加导体来连接导电迹线，使得导体迹线中的电流在所有垂直迹线中在相同的方向上流动，使得在垂直迹线上产生的洛伦兹力在基板表面上以相同的方向流动。连接垂直迹线的附加导电迹线被特意放置在基板的周边。尽管周边导体上存在洛伦兹力与垂直导体的洛伦兹力相反的区域，但是基板上的总净洛伦兹力仍然存在。如果使用柔性基板，洛伦兹力分布可能引起基板的特征弯曲。总的来说，振动仍然会产生并通过耳塞材料传导。垂直迹线串联连接的优点是，在基板表面上产生等效洛伦兹力需要端子上较少的电流。在这个示例中，连接中心垂直迹线440的附加导体被示为附着到基板上的附加迹线(例如将存在于印刷柔性电路上的迹线)，但是应该理解，这些附加导体可以替代地以电磁线、绝缘铜线或任何其他类型的导体形式提供。

应当理解，为了简单起见，图18和图20中的导电迹线被图示为垂直迹线，因为迹线垂直于MRI的主静态场(B_o)。然而，本领域技术人员将理解，为了在导体上产生洛伦兹力，与导电迹线相关联的电流矢量只需要具有垂直于磁场的分量。替代示例性实施例可以采用几个导体迹线图案，其产生将在基板上引起位移的洛伦兹力，从而产生声音。

在前面的附图中，导体被图示为位于耳塞的外表面上。参照图21，耳塞被示出为导体410嵌入耳塞400内部，而不是在耳塞400的外表面上。

图18至图20所示的示例性实施例被描述为能够产生佩戴者通过骨传导可以听到的声音。然而，图18至图20中所示的主动组件可以附加地或替代地用于感测耳塞佩戴者在讲话期间产生的振动。

在讲话过程中，源于声带的振动被传递到骨骼结构，包括沿着耳道长度的骨骼。参照图22，示出了主动耳塞400，其在基板405上结合有一系列垂直导体410。在讲话过程中，佩戴者在耳塞400上引起小的振动，这使得基板和其上形成的导体410也振动。将在每个导体410两端感应生成电压V，其中该电压与导体在垂直于MRI的主静态场(B_o)的方向上的速度v的分量成比例，根据以下等式：

V＝v∫dl×Bo. (2)

导体410两端的时变电压与振动幅度成正比，并表现为语音。因此，该设备可用作麦克风，并用作录音或音频通信系统的输入。

应当理解，在耳塞上形成麦克风有几种类型的导体配置是可能的。这些配置包括但不限于图18至图20所示的那些。

根据本公开提供的麦克风配置在MRI环境中使用有几个优点。因为语音感测是基于振动执行的，所以该设备固有地对环境噪音不敏感。因此，它对MRI扫描仪的嘈杂噪音不敏感，并且将能够在MRI扫描仪操作期间进行有效的通信。应该再次注意的是，尽管导体在图18至图20中被示为附接到耳塞的一个面，但是导体也可以替代地嵌入耳塞内，如图21所示。

参照图23，示出了用于双向通信的主动耳塞500的示例性实施例。基板505附接到耳塞500，其中基板405具有存在于基板两侧的导体510和520，以形成具有组合的麦克风和扬声器的耳塞。两对电极(分别为512、514和522、524)放置在基板505两侧的每个导体的端部。基板一侧的电极510形成麦克风的输出，基板另一侧的电极520形成扬声器的输入。再次注意，尽管为了简单起见，导体被示为单个迹线，但是如上所述，它们的配置可能更复杂。此外，应当理解，基板不一定需要附接到耳塞的外表面，而是也可以嵌入耳塞内部。

在一个示例性实施例中，用于麦克风和扬声器的导体的几何关系可以用来解耦它们的操作。在正常操作期间，输入扬声器电极522、524的电流会引起扬声器导体520的振动。由于麦克风导体510与扬声器导体520附着在同一基板505上，所以扬声器导体520的振动将使得麦克风导体510位移。这种位移将使得麦克风电极512、514处出现不希望的电压。为了更清楚地说明这一点，麦克风和扬声器高度耦合，因为扬声器的预期输入会在麦克风上引起输出。

然而，可以通过使用上面的等式1和2来解除耦合。使用等式1，可以针对通用时变扬声器输入计算施加在扬声器导体520和麦克风导体510上的力。利用耳塞材料的特性如弹性和刚度的知识，可以将这些力转化为位移。这种已知的位移使得能够确定麦克风导体510的速度，从而估计麦克风电极510上可能存在的预期输出信号。然后，可以从麦克风信号中去除该计算的输出信号。

参照图24，麦克风和扬声器导体被示为设置在不同的基板540和540上，其中两个基板位于耳塞500上或耳塞500内的不同位置，包括嵌入耳塞内的一个或两个基板。在其他示例性实施例中，扬声器导体或麦克风导体可以直接形成在耳塞的近端外表面(远离头部面向外的表面)上。

参照图25，示出了圆柱形耳塞500的示例性实施例，其结合了缠绕在耳塞500外部的多匝线圈导体550。耳塞500中由语音引起的振动(通过骨传导)将具有旋转分量，该旋转分量将使得线圈导体的轴线和静态磁场之间的角度振荡。这将引起通过线圈导体550回路的磁通量的变化，这将使得在线圈导体550的引线处存在代表语音的电压。因此，包含线圈导体550的耳塞500可以用作麦克风。与上述麦克风实施例中一样，由于耳塞500的远端可插入部分提供的噪音隔离，该示例性实施例也对环境噪音(例如由MRI扫描仪的操作产生的噪音)不敏感，其中耳塞500的远端可插入部分在耳道长度的至少一部分上封闭耳道。线圈导体可以由包括但不限于绝缘铜线和其他导线的材料形成。此外，应当理解，虽然图25所示的线圈导体550被示出为缠绕在耳塞的外表面上，但是线圈导体也可以替代地嵌入耳塞内。

参照图26，示出了用于附接到隔音耳塞并与噪音隔离耳塞一起使用的刚性基板600的示例性实施例。刚性基板600包括平面导体610，当放置在静态磁场中时，平面导体610如上所述用作振动扬声器。线圈导体620位于基板600的边缘周围，并且可以用作麦克风。当附接到耳塞上或嵌入耳塞时，该刚性基板可用于双向通信，在MRI扫描仪的静态磁场中既充当振动麦克风又充当扬声器。该示例性实施例的优点是麦克风和扬声器之间存在固有的去耦。当用作扬声器时，平面导体610将仅产生线性平移。当线圈导体620用作麦克风时，其仅对具有旋转分量的振动敏感，因此扬声器和麦克风将固有地去耦。还应当理解，在另一示例性实现方式中，扬声器和麦克风的指定和使用可以颠倒，使得线圈导体620用作扬声器，平面导体610用作麦克风。

图27示出了另一示例性实施例，其中线圈导体被实现为设置在基板600表面上的平面线圈。在图27所示的示例性实施例中，平面线圈导体625设置在与扬声器导体610相同的平面上。这种配置的操作与先前实施例的操作相同，但是具有可以由单面电路板制造的优点。

应当注意，平面线圈导体的位置不限于如图27所示的基板的周边区域。平面线圈导体可以放置在任何合适的位置。在一个示例性实现方式中，平面线圈导体625可以位于基板600的相反侧(即，与扬声器导体610所在的基板的表面相反)。

图28示出了一个示例性实施例，其中圆柱形耳塞500设置有附接到其上的基板600，其中基板600包括用作振动扬声器的导体620(具有端子612和614)。振动传感器650也附着在基板600的相对侧，振动传感器650能够输出与传感器650经历的振动水平成比例的电压。振动传感器650能够在MRI扫描仪的主静态磁场B₀之外工作，并且可以包括但不限于压电晶体、压电弯曲器或加速度计。这种传感器能够感测单个离散方向或多个正交方向上的振动。传感器的灵敏度也可以是全向的。

在其他示例性实现方式中，传感器650可以安装在与振动扬声器导体610相同的面上。在传感器元件是对单个方向上的加速度敏感的加速度计的情况下，可以将加速度计安装成使得其灵敏度方向与振动扬声器产生的振动正交。这样，扬声器和加速度计可以去耦，使得加速度计仅对佩戴者通过语音产生的振动敏感。在加速度计对三个正交方向上的振动敏感并且被安装成使得两个敏感方向与振动扬声器产生的振动正交的示例性实施例中，这两个加速度计的测量结果均将从振动扬声器解耦，并且可以被组合以产生代表语音的信号。用于组合测量结果的方法的示例包括但不限于线性加法或平方和加法。

在另一个示例性实施例中，加速度计可以用作对三个正交方向上的加速度敏感的振动传感器。这种配置可以提供额外的灵活性，因为加速度计可以以任意方位安装在带有振动扬声器的基板上。由于加速度计的任意安装，可以预期通过振动扬声器操作而产生的基板振动将使得加速度计在所有三个维度上发出信号。可以通过分析在三个方向上来自加速度计的测量信号来识别与振动扬声器相关联的矢量方向，借此去除扬声器信号。例如，可以对测得的加速度矢量执行基变换，并且可以从测量结果中去除与振动扬声器的矢量分量相关联的矢量分量。

还应当注意，上述振动传感器650不需要固定到基板600，而是可以嵌入耳塞中。参照图29，示出了示例性实施例，其中耳塞500包括基板600和嵌入耳塞500内的振动麦克风传感器650，基板600具有位于耳塞500外表面上的振动扬声器。

虽然前面的实施例公开了带有附接或嵌入的导体和传感器的耳塞，但是也可以提供采用包含导体或传感器的可去除壳体的其他实施例。参照图30A至图30C，被配置为在插入耳道时封闭耳道的噪音隔离耳塞700被示出为具有通道(例如孔、孔口)710，该通道710被设计成使得耳塞700牢固地配合到包含一个或多个声能转换器(例如但不限于上述声能转换器)的壳体720。壳体720包括容纳在通道710内的远端突起730，使得由壳体内的声能转换器产生的振动能够有效地传播到耳塞，并随后传播到佩戴者的骨骼，和/或使得通过语音产生的振动被传导通过耳塞并进入外壳，在外壳中它们被声能转换器检测到，即耳塞和声能转换器处于声传导通信状态。

前面示例中的振动致动器不限于使用洛伦兹机构。参照图30，另一种类型的振动致动器可以放置在壳体中，从而不利用MRI的静态磁场。这样的示例性实施例因此可以用于非MRI应用。这种设备的非限制性示例包括压电换能器、压电弯曲器和传统的磁扬声器。如上所述，壳体720应当机械耦合到振动致动器，使得来自致动器的振动传递到壳体720上，随后传递到耳塞700上。

参照图31，示例性壳体的横截面被示出为具有突出部分730，突出部分730被设计成与完全封闭耳道的耳塞配合。在壳体内部，示出了振动致动器760，其中致动器的一侧粘附并固定到外壳720的内表面。由声传导材料制成的声导管740(例如柱或其他组件)将振动元件的非固定侧连接到突起730，以便于振动能量从振动致动器声传导到与耳塞配合的突出部分730。

在前面的示例中，应该理解，有多种可能的配置可以使耳塞和壳体配合。希望具有尽可能大的配合表面，以便于实现壳体和耳塞之间的振动传导。参照图32，其他可能的实施例包括包围并夹紧耳塞突出部分的壳体725。

参照图33，示例性实施例被示出为具有嵌入耳塞内部的振动元件760。这种致动器的非限制性示例是压电晶体。该致动器可以定向成使得在垂直于耳塞和耳道界面的方向上产生主要振动模式。替代地，致动器可以被定向成使得振动被产生并在耳塞的轴线方向上传播。导线，例如绝缘铜线，用于将振动致动器连接到位于耳塞外部的电子器件770，电子器件770将产生待致动的信号。引起压电晶体驱动的这种电子器件的一个示例是连接到信号发生器的G类陶瓷扬声器驱动器，例如MAX9788。

参照图34，示出了具有嵌入式致动器760和嵌入式无线模块780的耳塞700。这种配置不需要使用任何外部导线。在这个示例中，无线模块可以是具有音频协议的蓝牙接收器模块。电子器件还包括小电池，如锂聚合物电池，以向耳塞中的电子器件供电。

参照图35，示出了头顶支撑件的示例性实施例。两个振动致动器800附接到佩戴者佩戴的柔性头带810上。振动致动器810与佩戴者佩戴的耳塞接触。头带810向耳塞施加压力。应当注意，虽然振动致动器被示出为露出来，但是它们也可以被封闭在空腔或“衬罩”中，该空腔或“衬罩”在耳朵上形成密封体，从而为佩戴者提供进一步的被动噪音防护。

为了允许患者受益于降噪，同时允许扫描他们的头部，患者和通信设备可以被配置为装配在头部线圈内。这种示例性实施例可以用类似于传统头戴受话器的头部支撑件来实现，如图35和图36A所示，该头部支撑件悬垂在头顶。从侧面看(图36A)，头戴受话器型支撑件被设计成当患者水平躺下时防止振动元件向下滑离耳朵，并对头部提供足够的压缩以提供振动元件和耳塞之间的接触。如图36B中从患者的头顶观察，整个装置足够小到能装配在由头部线圈导体850和头部线圈外壳860组成的头部线圈内。

应当理解，尽管参考涉及MRI环境中的通信的应用描述了许多前述示例性实施例，但是上述公开的许多实施例可以适用于多种多样的其他应用。例如，上述不采用洛伦兹声能转换器的主动耳塞实施例可用于磁共振成像通信系统以外的应用。

此外，上述基于靠枕的示例性实施例可用于磁共振成像通信之外的多种多样的医疗应用。例如，头戴式耳机可以包括用于涉及图像配准和/或手术导航的过程中的基准标记物，和/或被配置为具有集成扬声器和/或麦克风的立体定向框架。在其他示例性实现方式中，靠枕并非必须在水平配置中使用，而是可以在倾斜或直立配置中使用，例如车辆或飞机中的靠枕。靠枕也可以被改造成头盔，可以用于嘈杂环境中的应用，例如但不限于军队、工厂和重型机械操作者。

上面描述的具体实施例通过示例的方式示出，并且应当理解，这些实施例可以有各种修改和替代形式。还应当理解，权利要求不旨在局限于所公开的特定形式，而是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

Claims (22)

1.一种在磁共振成像期间使用的声通信设备，所述声通信设备包括：

靠枕，其能够定位在磁共振成像扫描仪内；

振动致动器，其由所述靠枕支撑，其中，所述振动致动器被定位为：使得当在耳部中佩戴耳塞的受试者被定位为所述受试者的头部接触所述靠枕时，所述振动致动器位于所述受试者的所述耳部附近并且所述耳塞由所述靠枕接触，并且使得由所述振动致动器产生的振动声耦合到所述耳塞，并且随后由所述耳塞声耦合到所述受试者的耳道周围的组织，从而使得所述受试者能够通过骨传导听到振动；以及

音频电路，其可操作地连接到所述振动致动器，以用于向所述振动致动器发送音频信号。

2.根据权利要求1所述的声通信设备，其中，所述振动致动器凹入所述靠枕内。

3.根据权利要求2所述的声通信设备，其中，所述振动致动器被配置为当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时接触所述耳塞。

4.根据权利要求1所述的声通信设备，其还包括设置在所述振动致动器上的一个或多个声阻抗匹配层，使得当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时，所述一个或多个声阻抗匹配层的外表面接触所述耳塞，并且由所述振动致动器产生的振动通过所述一个或多个声阻抗匹配层声耦合到所述耳塞。

5.根据权利要求1所述的声通信设备，其中，所述振动致动器嵌入所述靠枕内，使得由所述振动致动器产生的振动在通过与所述耳塞接触而声耦合到所述耳塞之前，通过中间材料传导。

6.根据权利要求5所述的声通信设备，其中，所述中间材料是所述靠枕的缓冲材料的一部分。

7.根据权利要求5所述的声通信设备，其中，所述中间材料是从所述振动致动器延伸到所述靠枕表面的声导管，使得当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时，通过所述声导管声传导的振动通过与所述耳塞接触而耦合到所述耳塞。

8.根据权利要求7所述的声通信设备，其中，所述振动致动器位于所述靠枕内限定的隔音区域内，其中，所述声导管延伸到所述隔音区域内，使得当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时，所述振动致动器产生的振动通过所述声导管声耦合到所述耳塞。

9.根据权利要求1所述的声通信设备，其中，所述振动致动器由所述靠枕的外表面支撑，使得所述振动致动器产生的振动在通过与所述耳塞接触而声耦合到所述耳塞之前，通过所述靠枕内的中间材料传导。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的声通信设备，其还包括骨传导麦克风，所述骨传导麦克风被配置为当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时检测所述受试者的语音。

11.根据权利要求10所述的声通信设备，其中，所述靠枕包括被配置为接触和支撑所述受试者的头部后侧的基础缓冲区域，其中，所述骨传导麦克风由所述基础缓冲区域支撑。

12.根据权利要求11所述的声通信设备，其中，所述基础缓冲区域由记忆泡沫形成。

13.根据权利要求11所述的声通信设备，其中，所述靠枕还包括支撑框架，该支撑框架包括：

一对横向支撑构件，其被配置为当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时接触所述受试者的头部的侧面，其中，所述横向支撑构件之一支撑所述振动致动器；以及

基础支撑构件，其支撑所述基础缓冲区域。

14.根据权利要求13所述的声通信设备，其中，所述横向支撑构件枢转地安装到所述基础支撑构件，以及其中，当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时，所述横向支撑构件被旋转偏置以保持所述靠枕和所述耳塞之间的接触。

15.根据权利要求14所述的声通信设备，其中，所述横向支撑构件能够相对于所述基础缓冲区域在平行于头尾方向的方向上平移，以便将所述横向支撑构件与所述受试者的耳朵对齐。

16.根据权利要求11所述的声通信设备，其中，所述靠枕还包括横向缓冲区域，当所述受试者的头部由所述靠枕支撑时，所述横向缓冲区域位于所述受试者的头部两侧，其中，所述振动致动器由所述横向缓冲区域之一支撑，以及其中，在支撑所述振动致动器的所述横向缓冲区域和所述基础缓冲区域之间设置隔音通道，以用于降低所述骨传导麦克风对所述振动致动器产生的振动的灵敏度。

17.根据权利要求11所述的声通信设备，其中，所述基础缓冲区域由第一材料形成，以及其中，所述靠枕的支撑所述振动致动器的横向区域由第二材料形成，以及其中，所述第一材料和所述第二材料被选择为具有不同的声阻抗，以用于降低所述骨传导麦克风对所述振动致动器产生的振动的灵敏度。

18.根据权利要求11所述的声通信设备，其中，所述靠枕还包括位于所述靠枕的所述基础缓冲区域和支撑所述振动致动器的横向区域之间的中间区域，其中，所述中间区域的声阻抗不同于所述基础缓冲区域和所述横向区域的声阻抗，从而降低所述骨传导麦克风对所述振动致动器产生的振动的灵敏度。

19.根据权利要求1至9中任一项所述的声通信设备，其中，所述靠枕包括横向区域，所述横向区域在所述受试者的头部由所述靠枕支撑时位于所述受试者的头部两侧，以及其中，所述靠枕还包括支撑框架，所述支撑框架被配置为将所述横向区域偏置抵靠所述受试者的头部的侧面上，使得所述靠枕和所述耳塞进行接触。

20.根据权利要求1至9中任一项所述的声通信设备，其中，所述靠枕还包括位置调节机构，用于调节所述振动致动器的位置，以适应不同的头部尺寸。

21.根据权利要求1至9中任一项所述的声通信设备，其中，所述靠枕足够小以装配在磁共振成像头部线圈内。

22.根据权利要求1至9中任一项所述的声通信设备，其中，所述靠枕具有适于在磁共振成像头部线圈内使用的尺寸。

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