DE10310962B3

DE10310962B3 - Noise minimizing device for magnetic resonance tomography apparatus using controlled piezoceramic elements for active noise reduction

Info

Publication number: DE10310962B3
Application number: DE2003110962
Authority: DE
Inventors: Christian-Toralf Dr.-Ing. Weber; Rainer Eichhorst; Ronny Röscher
Original assignee: IGAM Ingenieurgesellschaft fur angewandte Mechanik mbH
Current assignee: IGAM Ingenieurgesellschaft fur angewandte Mechanik mbH
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2023-03-14

Abstract

The noise minimizing device uses an interchangeable active noise reduction device, inserted in the tubular opening (1) for reception of the patient (5) in the main magnetic field system (2) of the magnetic resonance tomography apparatus and having a carrier (7) with piezoceramic elements (12), controlled by a regulating and control device (8), in dependence on signals from sensors (13) in the form of microphones incorporated in a hearing protector (11) fitted to the patient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geräuschminimierung für Kernspintomografen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device to minimize noise for MRI scanners according to the preamble of claim 1.

In den letzten Jahren hat sich die Kernspintomografie zum wichtigsten bildgebenden Verfahren bei der Diagnose krankhafter Veränderungen des Zentralnervensystems entwickelt. Standardmethoden bieten schon einen mit anderen bildgebenden Verfahren unerreichbaren Weichteilkontrast und damit verbundene diagnostische Sicherheit. Neuere Verfahren innerhalb der Kernspintomografie, wie die funktionelle Kernspintomografie erlauben die unmittelbare Visualisierung von Hirnleistungsdefiziten und haben das Potential, zur Frühdiagnose von z.B. der Alzheimerschen Demenz eingesetzt zu werden. Daraus ergeben sich völlig neue Verfahren mit bisher nur im Ansatz abschätzbarem diagnostischem Nutzen.In recent years, the Magnetic resonance imaging on the most important imaging method at the Diagnosing pathological changes of the central nervous system. Standard methods already offer a soft tissue contrast unattainable with other imaging methods and related diagnostic certainty. Newer procedures within magnetic resonance imaging as functional MRI allow the immediate visualization of brain deficits and have the potential for early diagnosis from e.g. of Alzheimer's dementia. from that surrender completely new methods with diagnostic benefits that can only be estimated to date.

Mit der Realisierung immer neuer bildgebender Methoden, sowie dadurch bedingt immer höherer Magnet- und Gradientenfeldstärken, entwickelt sich die unvermeidbare Lärmentwicklung während der Kernspintomografie-Untersuchung zu einem bedeutenden Problem. Die große Lärmentwicklung und die dadurch eingeschränkte Kommunikation zwischen Arzt und Patient ist unter anderem eine Ursache für den Abbruch von Untersuchungen. Dadurch steigt das Risiko einer Schädigung des Gehörs des Patienten. Die vorbeugenden Gehörschutzmaßnahmen schränken die Kommunikation zwischen Arzt und Patient erheblich ein und sind eine Ursache für den Abbruch von Untersuchungen. Der sich daraus ergebende Schaden ist erheblich und wird mit der Verbreitung der funktionellen Kernspintomografie zunehmen bzw. wertvolle Diagnosemethoden in ihrem Einsatz einschränken. Bei üblichen anatomischen Aufnahmen kann der Patient gegebenenfalls medikamentös ruhig gestellt werden. Die untersuchte Anatomie bleibt davon völlig unbeeinflußt. Wird die Funktion des Gehirns untersucht, so verbietet sich eine Ruhigstellung. Der aufgeklärte Patient muss angstfrei und möglichst auch stressfrei an der Untersuchung teilnehmen, denn nur so können spezifische Hirnfunktionen bzw. Funktionsdefizite zuverlässig detektiert und lokalisiert werden.With the realization ever new imaging methods, as well as ever higher magnetic and gradient field strengths, the inevitable noise development develops during the magnetic resonance imaging examination to a major problem. The great noise development and the result limited Communication between doctor and patient is one of the causes for the Cancellation of investigations. This increases the risk of damage to the hearing of the patient. The preventive hearing protection measures limit the Communication between doctor and patient is significant and are one Cause of the termination of investigations. The resulting damage is significant and is becoming common with the spread of functional magnetic resonance imaging increase or restrict valuable diagnostic methods in their use. With usual If necessary, the patient can take anatomical pictures with medication be put. The anatomy examined remains completely unaffected. Becomes the function of the brain is examined, so immobilization is forbidden. The enlightened Patient must be free of fear and if possible also take part in the examination without stress, because only in this way can specific Brain functions or functional deficits reliably detected and localized become.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Lärmbelästigung durch Kernspintomografie-Untersuchungen ein erhebliches Problem mit wachsender Bedeutung darstellt. Dieses Problem verursacht nachweisbar Kosten und schränkt den diagnostischen Fortschritt ein.In summary, it can be said that the noise pollution a major problem due to magnetic resonance imaging represents with increasing importance. This problem is demonstrably causing Costs and limits the diagnostic progress.

Zur Lösung des Problems wurden verschiedene Ansätze entwickelt und beschrieben. Um die Einleitung der durch die Lorenz-Kräfte erzeugten Schwingungen in die mechanischen Konstruktion zu verringern, wird in der Patentschrift DE 44 32 747 C2 eine Gradientenspulenhalterung beschrieben, die durch ein piezoelektrisches Bauelement gesteuert wird. Dabei wirkt die mechanische Kraft so, dass die in der Halterung durch magnetische Kräfte erzeugten Verformungen kompensiert werden.Various approaches have been developed and described to solve the problem. In order to reduce the introduction of the vibrations generated by the Lorenz forces into the mechanical construction, the patent describes DE 44 32 747 C2 describes a gradient coil holder, which is controlled by a piezoelectric component. The mechanical force acts in such a way that the deformations generated in the holder by magnetic forces are compensated for.

In der EP 0 597 528 B1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die einen Ton erzeugt, die dem abgestrahlten Lärm der Gradientenspulen entgegenwirkt und damit zur Auslöschung beiträgt. Dabei wird davon ausgegangen, dass die an die Gradientenspule gelegten Signale im voraus bekannt sind und daher zum Erzeugen des Ausgleichs-Tonsignals verwendet werden können. Als Lautsprecher werden Platten, die piezoelektrisches Material beinhalten und an der Oberfläche der Gradientenspulen angebracht sind, verwendet. In einer zweiten Ausführungsform wird die Gradientenspule über Piezokeramiken mit der Struktur verbunden, so daß die Gradientenspule selber als Lautsprechermembran wirkt. Mittels einer oder mehrerer Filtereinrichtungen wird aus den Signalen der Gradientengeneratoren der Ausgleichston erzeugt.In the EP 0 597 528 B1 describes a device that generates a sound that counteracts the radiated noise of the gradient coils and thus contributes to cancellation. It is assumed that the signals applied to the gradient coil are known in advance and can therefore be used to generate the equalizing sound signal. Plates containing piezoelectric material and attached to the surface of the gradient coils are used as loudspeakers. In a second embodiment, the gradient coil is connected to the structure via piezoceramics, so that the gradient coil itself acts as a loudspeaker membrane. The compensation tone is generated from the signals of the gradient generators by means of one or more filter devices.

Beiden Ansätzen ist gemein, dass als Schallquelle die Gradientenspulen betrachtet werden. Die Einleitung von mechanischen Schwingungen in die Struktur kann aber auch andere Bauteile im und am Kernspintomografen zu Schwingungen im Eigenfrequenzbereich anregen, so daß diese zur Störschallentwicklung beitragen. Eine Minimierung des Lärms ist zwar möglich, aber die Anordnung der Elemente ist unter Berücksichtigung der auftretenden Schwingungen für eine effektive Geräuschdämpfung nicht geeignet.Both approaches have in common that as a sound source the gradient coils are considered. The initiation of mechanical Vibrations in the structure can also occur in other components stimulate vibrations in the natural frequency range on the MRI scanner, so this for noise generation contribute. A minimization of the noise is possible, however the arrangement of the elements is taking into account the occurring Vibrations for effective noise reduction is not suitable.

Aus diesem Grund wird in der DE 198 29 296 A1 ein Ansatz gewählt, der auf der Schallabstrahlung des Gradientenrohres basiert. Auf dem Gradientenrohr werden piezoelektrische Elemente gezielt so angeordnet, dass die Betriebsschwingformen des Rohres angeregt werden können. Dadurch soll der Rohrschwingung entgegengewirkt werden, was zu einer Dämpfung des Rohres und damit auch des erzeugten Lärms führen soll. Da die Geräuschentwicklung an einem Kernspintomografen jedoch verschiedene Quellen hat, ist dieser Ansatz nicht effektiv, da er die Größe und Lage des Patienten nicht einbezieht.For this reason, in the DE 198 29 296 A1 selected an approach based on the sound radiation from the gradient tube. Piezoelectric elements are specifically arranged on the gradient tube in such a way that the operating vibrational shapes of the tube can be excited. This is intended to counteract the pipe vibration, which is intended to dampen the pipe and thus also the noise generated. However, since the noise generated by an MRI scanner has various sources, this approach is not effective because it does not take into account the size and location of the patient.

Ferner sei auf die DE 197 22 481 C2 und DE 197 33 742 C1 verwiesen, welche sich gleichfalls mit der Lärmminderung von Kernspintomografen und ein Verfahren zur Lärmminderung beim Betrieb einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgerätes beziehen.Furthermore, be on the DE 197 22 481 C2 and DE 197 33 742 C1 referenced, which also relate to the noise reduction of magnetic resonance tomographs and a method for noise reduction when operating a gradient coil of a magnetic resonance device.

So beschreibt die DE 197 22 481 C2 eine Geräuschminderungseinrichtung, bei der zwischen der Gradientenspulenbaugruppe und der Magnetbaugruppe sogenannte Kissen angeordnet sind, die mit geräuschmindernden Stoffen wie Schaum, Schaumstoff, Flüssigkeiten oder Gas bzw. Sand gefüllt sind.So describes the DE 197 22 481 C2 a noise reduction device in which so-called cushions are arranged between the gradient coil assembly and the magnetic assembly, which are filled with noise-reducing substances such as foam, foam, liquids or gas or sand.

Die DE 197 33 742 C1 beschreibt ein Verfahren zur Lärmminderung beim Betrieb einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgerätes, bei der die Gradientenspule zumindestens zum Teil mit einem Reaktionsharzformstoff verbunden ist, dies in der Art und Weise, dass der Reaktionsharzformstoff im Betrieb der Gradientenspule auf einer Temperatur gehalten wird, die im Bereich der Glasübertragungstemperatur des Reaktionsharzformstoffes liegt. Ferner wird beschrieben, dass im Betrieb der Gradientenspule diese mittels eines Kühlsystems gekühlt wird, dies bei Temperaturen im Bereich der Glasübergangstemperatur.The DE 197 33 742 C1 describes a method for noise reduction when operating a gradien tens coil of a magnetic resonance device, in which the gradient coil is at least partially connected to a reaction resin molding material, in such a way that the reaction resin molding material is kept at a temperature in the operation of the gradient coil, which is in the range of the glass transfer temperature of the reaction resin molding material. Furthermore, it is described that during operation of the gradient coil, it is cooled by means of a cooling system, at temperatures in the region of the glass transition temperature.

Eine ähnliche Lösung beschreibt die DE 198 38 390 A1 , bei der gleichfalls schallschluckende Materialien zum Einsatz kommen, die in einem Zwischenraum zwischen einem Tragkörper und dem Gradientenfeld-Magnetsystem vorgesehen sind.A similar solution describes the DE 198 38 390 A1 , in which sound-absorbing materials are also used, which are provided in an intermediate space between a support body and the gradient field magnet system.

Ferner sei auf die DE 101 16 623 C1 verwiesen, deren Erfindung sich die Aufgabe stellt, den Lärm schwingungsfähiger Komponenten wirkungsvoll zu reduzieren, so dass eine MR-Aufnahme in einer Magnetresonanz = MR-Apparatur für den jeweiligen Patienten erträglicher wird.Furthermore, be on the DE 101 16 623 C1 referred to, the invention of which has the task of effectively reducing the noise of components capable of vibrating, so that an MR recording in a magnetic resonance = MR apparatus becomes more bearable for the respective patient.

So besteht dieser Kernspintomograf aus einem Hauptfeldmagnetsystem mit einer röhrenförmigen Öffnung und einem Gradientenspulensystem, wobei in der röhrenförmigen Öffnung eine passive Einrichtung zur Geräuschminderung auswechselbar angeordnet ist.This is how this MRI scanner is made a main field magnet system with a tubular opening and a gradient coil system, wherein one in the tubular opening passive device for noise reduction is interchangeably arranged.

Die bekannten Lösungen sind weitestgehend konstruktiver Art und können in der Regel nur durch die Gerätehersteller selbst realisiert werden. Eine Nachrüstung bestehender Anlagen ist jedoch schwierig bis unmöglich und nur mit erheblichen technischen und finanziellen Aufwendungen realisierbar.The known solutions are largely more constructive Kind and can usually only by the device manufacturer be realized yourself. Retrofitting existing systems is however difficult to impossible and only with considerable technical and financial expenses realizable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Geräuschminimierung für Kernspintomografen zu entwickeln, mit denen vorhandene Anlagen nachgerüstet werden können und eine Geräuschminimierung erzielt wird.The invention is therefore the object based, a device for noise reduction for magnetic resonance imaging to develop with which existing systems can be retrofitted can and a noise minimization is achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.According to the invention the task with the features of claim 1 solved.

Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Special designs and advantageous solutions are in the subclaims specified.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass mechanische Schwingungen und akustische Wellen durch Überlagerung mit einem gegenphasigen Signal ausgelöscht werden können, was gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung realisiert wird, die als ein Tragkörper ausgebildet ist, welcher auswechselbar einem Kernspintomografen zuordbar ist. Die Zuordnung dieses Tragkörpers zum Kernspintomografen bzw. innerhalb eines Kernspintomografens erfolgt zwischen dem Kopfbereich des Patienten und dem Gradientenrohr des Kernspintomografen.The invention is based on knowledge from that mechanical vibrations and acoustic waves due to superposition what can be extinguished with a signal in phase opposition according to the invention is realized by a device which is designed as a support body which is interchangeably assignable to an MRI scanner. The Assignment of this support body to an MRI scanner or within an MRI scanner between the head area of the patient and the gradient tube of the MRI scanners.

Der Tragkörper besteht aus einem nicht ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff mit in diesem Kunststoff eingelagerten piezokeramischen Materialien.The support body does not consist of one ferromagnetic material, preferably made of a glass fiber reinforced plastic with piezoceramic materials embedded in this plastic.

Der Tragkörper dient zur Erzeugung mechanischer und akustischer Wellen und vereint in seiner Ausführung die Funktionen eines adaptiven Tonerzeugers und/oder die als Umsetzer zur adaptiven modalformabhängigen Strukturberuhigung.The support body is used to generate mechanical and acoustic waves and combines the execution of the Functions of an adaptive tone generator and / or as a converter for adaptive modal form dependent Structure reassurance.

Es gehört auch zur Erfindung, dass der Tragkörper neben seiner vorzugsweisen Ausführung in Form eines Hohlzylinders, auch aus einzelnen flächigen Körperteilen bestehen kann, so dass bei der Strukturberuhigung der Einsatz austauschbarer, modemformabhängiger Tragkörperelementen erfolgt, mit jeweils optimierter Anordnung von piezokeramischen Materialien in Form zusammengefasster Gruppen. Die Einbindung dieser Tragelemente in ihrer strukturellen Anordnung zwischen der Gradientenröhre und dem Kopfbereich des Patienten erfolgt in der Form, dass auch die einzelnen Tragkörperelemente zu einem weitestgehend umfänglich geschlossenen Tragkörper herausgebildet werden.It is also part of the invention that the supporting body in addition to its preferred execution in the form of a hollow cylinder, also from individual flat body parts can exist, so that the use of interchangeable, modem form-dependent Supporting body elements takes place, each with an optimized arrangement of piezoceramic Materials in the form of combined groups. The inclusion of this Supporting elements in their structural arrangement between the gradient tube and The head area of the patient takes the form that the individual support elements to a largely extensive closed support body be formed.

Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Anordnung des jeweiligen Tragkörpers sowohl zwischen dem Gradientenrohr des Kernsprintomografen und dem Kopfbereich des Patienten als auch zwischen der Empfangsspule des Kernspintomografen und dem Kopfbereich des Patienten möglich ist.It is within the scope of the invention that the arrangement of the respective support body both between the gradient tube of the MRI scanner and the patient's head area as well between the MRI scanner's receiving coil and the head area of the patient possible is.

Die in den jeweiligen Tragkörper vorgesehenen piezokeramischen Materialien erfahren eine frequenz-, amplituden- und phasenabhängige elektrische Ansteuerung in der Art und Weise, dass sich die Amplituden der Frequenzen aus der Oberflächenabstrahlung des Kernspintomografen mit denen aus den piezokeramischen Materialien erzeugten Schwingungen im Hörbereich des Patienten gegeneinander auslöschen. Dies bedeutet, dass die bei der Ansteuerung der Gradientenspule eines Kernspintomografen erzeugten mechanischen Schwingungen, die über die Oberflächen vom Kernspintomografen als Lärm im Hörfrequenzbereich abgestrahlt werden, nicht mehr direkt über die Gradientenröhre und die Empfangsspule des Kernspintomografen zum Patienten gelangen, wodurch eine erhebliche Absenkung des Lärmes, somit eine Lärmminimierung erzielt wird.The provided in the respective support body Piezoceramic materials experience a frequency, amplitude and phase dependent electrical control in such a way that the amplitudes the frequencies from the surface radiation of the MRI scanner with those made of the piezoceramic materials generated vibrations in the listening area wipe the patient against each other. This means that when controlling the gradient coil a magnetic resonance scanner generated mechanical vibrations, which over the surfaces from magnetic resonance imaging as noise in the listening frequency range be emitted, no longer directly via the gradient tube and the MRI scanner's receiving coil reaches the patient, which significantly reduces noise, thus minimizing noise is achieved.

Dabei wird der Effekt genutzt, dass durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die im Tragkörper integrierten piezokeramischen Materialien, die außerhalb der neutralen Faser des Tragkörpers eingelagert sind, ein Biegemoment auf den Tragkörper eingebracht wird, welcher somit als dünnwandige Struktur die Funktion eines Lautsprechers ausübt.The effect is used that by applying an electrical field to those integrated in the supporting body piezoceramic materials that are outside the neutral fiber of the supporting body are stored, a bending moment is applied to the support body, which thus as thin-walled Structure performs the function of a loudspeaker.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass in den Gehörschutzkapseln, die dem Patienten während der Behandlung aufgesetzt werden, Mikrofone integriert sind, die den ankommenden Schall aufnehmen, wobei die Mikrofone als Sensoren dienen, welche über Leitungen mit einer adaptiven Regel- und Steuereinheit verbunden sind. Mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus werden aus dem Sensorsignal Signale für die Erzeugung mechanischer und akustischer Wellen generiert und über geeignete Zuleitungen an den Tragkörper weitergeleitet.This is achieved according to the invention in that in the hearing protection capsules which are placed on the patient during the treatment, microphones are integrated which pick up the incoming sound, the microphones serving as sensors which are connected via lines to an adaptive regulating and control unit are. With the help of a suitable algorithm, the Sen Sorsignal signals generated for the generation of mechanical and acoustic waves and forwarded to the supporting body via suitable feed lines.

Eine zweite Form der Regelung nutzt die modemformabhängige Anordnung piezokeramischer Elemente im Tragkörper.A second form of regulation uses the modem form dependent Arrangement of piezoceramic elements in the supporting body.

Durch die Schallabstrahlung des Kernspintomografen, in Abhängigkeit von den Steuerungssequenzen der Gradientenspule, wird eine Anregung der Eigenformen des Tragkörpers bewirkt. Die mechanischen Schwingungen des Tragkörpers erzeugen eine Schallabstrahlung an seiner Oberfläche, die auf den Patienten einwirken. Es erfolgt eine sensorische Erfassung des Schwingverhaltens des Tragkörpers und in der Regelung, wie bereits oben beschrieben, werden die sensorischen Signale ausgewertet, und es werden Stellsignale für die nach den Schwingungsformen des Tragkörpers angeordneten integrierten piezokeramischen Materialien erzeugt, die dazu führen, dass die mechanischen Schwingungen im Tragkörper minimiert werden. Der Effekt der Strukturberuhigung führt dazu, dass eine virtuellen Steifigkeit durch diesen Regelkreis erzeugt wird und aufgrund der verringerten Strukturschwingungen des Tragkörpers wird auch die Schallabstrahlung minimiert, so dass der Lärmpegel im Bereich des Patienten abgesenkt wird, weitestgehend eine stille Zone erzeugt wird.Due to the sound radiation of the MRI scanner, dependent on from the control sequences of the gradient coil, an excitation of the Eigenmodes of the supporting body causes. The mechanical vibrations of the supporting body generate sound radiation on its surface, that affect the patient. Sensory detection takes place the vibration behavior of the supporting body and in the control, as already described above, the sensory Signals are evaluated, and there are control signals for the after the vibration forms of the supporting body arranged integrated piezoceramic materials generated, that lead to, that the mechanical vibrations in the supporting body are minimized. The Effect of structural calming leads to create a virtual stiffness through this control loop will and due to the reduced structural vibrations of the support body also minimizes the sound radiation, so the noise level in the area of the patient is largely silent Zone is generated.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt inWith the following embodiment the invention is intended to be closer explained become. The Associated Drawing shows in

1: eine bild- und prinziphafte Darstellung eines Kernspintomografen und die Positionen eines Patienten in der Gradientenröhre, 1 : an image and principle representation of a magnetic resonance tomograph and the positions of a patient in the gradient tube,

2: eine vergrößerte Detailansicht nach 1, 2 : an enlarged detailed view after 1 .

3: die Form eines Tragkörpers, 3 : the shape of a supporting body,

4: eine Ausbildung einer Gehörschutzeinrichtung und in 4 : training of a hearing protection device and in

5: die Anordnung von Mikrofonen an einem Tragkörper mit zugehöriger Schnittansicht A-A. 5 : the arrangement of microphones on a support body with associated sectional view AA.

Aus der Darstellung nach 1 ergeben sich der prinzipielle Aufbau eines Kernspintomografen und die Position eines Patienten zum bzw. innerhalb eines Kernspintomografen.From the illustration 1 the basic structure of a magnetic resonance tomograph and the position of a patient to or within a magnetic resonance tomograph result.

Die prinziphafte Gestaltung verdeutlicht unmittelbar, wie im Gehäuse 3 des Kernspintomografen ein Hauptfeldmagnetsystem 2 angeordnet ist und im Zentrum sich die Gradientenröhre 1 befindet. In der röhrenförmigen Öffnung 1 ist eine Empfangsspule 6 in Form einer Hochfrequenzspule vorgesehen, welche in ihrer Gesamtheit die funktionswesentlichen Elemente eines Kernspintomografen darstellen. Zum Gehäuse 3 des Kernspintomografen ist ein verfahrbarer Tisch 4 vorgesehen, auf dem der Patient 5 aufliegt und mittels des Tisches 4 in die röhrenförmigen Öffnung 1 des Kernspintomografen ein- und ausgefahren werden kann.The basic design immediately illustrates, as in the housing 3 of the magnetic resonance tomograph a main field magnet system 2 is arranged and in the center there is the gradient tube 1 located. In the tubular opening 1 is a receiving coil 6 provided in the form of a high-frequency coil, which in their entirety represent the functionally essential elements of an MRI scanner. To the housing 3 the MRI scanner is a movable table 4 provided on which the patient 5 rests and by means of the table 4 into the tubular opening 1 of the MRI scanner can be retracted and extended.

Aus der Gesamtansicht nach 1 ergibt sich auch, dass in der röhrenförmigen Öffnung 1 ein Tragkörper 7 vorgesehen ist, welcher auswechselbar und somit positionierbar in der 1 anordbar ist.From the overall view 1 that also results in the tubular opening 1 a supporting body 7 is provided, which is interchangeable and thus positionable in the 1 can be arranged.

Es ergibt sich auch aus dieser Darstellung, dass dem Patienten 5 eine Gehörschutzeinrichtung 11 aufgesetzt ist, welche über Zuleitungen 9 mit einer Regel- und Steuereinrichtung 8 verbunden ist. Die elektrische Verbindung zwischen der Regel- und Steuereinheit 8 zum Tragkörper 7 erfolgt über die Zuleitung 10.It also follows from this presentation that the patient 5 a hearing protection device 11 is put on, which via feed lines 9 with a regulating and control device 8th connected is. The electrical connection between the regulating and control unit 8th to the supporting body 7 takes place via the supply line 10 ,

Die Einbindung des Tragkörpers 7 innerhalb der röhrenförmigen Öffnung 1 ist in einer vergrößerten Detailansicht in der 2 gezeigt. Bei dieser Anordnungsvariante ist der Tragkörper 7 zwischen der Empfangsspule 6 und der röhrenförmigen Öffnung 1 vorgesehen, wobei der Tragkörper 7 auch zwischen der Empfangsspule 6 und dem Kopfbereich des Patienten 5 angeordnet sein kann.The integration of the supporting body 7 inside the tubular opening 1 is in an enlarged detail view in the 2 shown. In this arrangement variant, the support body 7 between the receiving coil 6 and the tubular opening 1 provided, the support body 7 also between the receiving coil 6 and the patient's head area 5 can be arranged.

Dadurch wird die Funktionsfähigkeit des Tragkörpers 7 in keiner Weise beeinträchtigt, vielmehr kommt hier ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung derart zum Tragen, dass die Position des Tragkörpers 7 den jeweils vorherrschenden Bedingungen angepasst werden kann, was durch die Auswechselbarkeit des Tragkörpers 7 noch unterstützt wird.As a result, the functionality of the support body 7 in no way impaired, rather here an advantage of the solution according to the invention comes into play in such a way that the position of the support body 7 can be adapted to the prevailing conditions, which is due to the interchangeability of the supporting body 7 is still supported.

Diese Darstellung verdeutlicht auch unmittelbar die Anordnung und Ausbildung der in dem Tragkörper 7 eingeordneten piezokeramischen Materialien, die in den weiteren Ausführungen als Piezokeramiken 12 bezeichnet werden.This illustration also clearly shows the arrangement and design of the in the support body 7 classified piezoceramic materials, which in the other versions as piezoceramics 12 be designated.

Diese Piezokeramiken 12 sind dabei so in dem Tragkörper 7 angeordnet, dass sie oberhalb bzw. unterhalb der neutralen Faser vom Tragkörper 7 in diesem eingebunden sind, was sich sowohl aus der 2 ergibt, aber insbesondere aus der Ansicht nach 3, welche einen als Hohlzylinder ausgebildeten Tragkörper 7 zeigt.These piezoceramics 12 are so in the support body 7 arranged that they are above or below the neutral fiber from the support body 7 are involved in this, which results from both the 2 results, but especially from the view 3 which have a support body designed as a hollow cylinder 7 shows.

In der Wandung des Tragkörpers 7 sind die Piezokeramiken 12 eingelagert, somit in der Struktur der Wandung des Tragkörpers 7, welche vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff als Faserverbund ausgebildet, besteht. In diesem Faserverbund werden bei der Herausbildung des Tragkörpers 7 die Piezokeramiken 12 in Form von Blättchen, Folien oder Fasern mit nicht-ferromagnetischen Kontaktierungsflächen eingebettet und gleichfalls mit nicht-ferromagnetischen elektrischen Leitungen, wie Kupfer- oder Aluminiumfolien oder auch Kupfer- oder Aluminiumdrähten 14, versehen, an denen die Zuleitungen 10 anschließbar sind, somit eine steuer- und regelbare Verbindung zur Regel- und Steuereinrichtung 8 gegeben ist.In the wall of the supporting body 7 are the piezoceramics 12 stored, thus in the structure of the wall of the support body 7 , which is preferably made of a glass fiber reinforced plastic as a fiber composite. In this fiber composite, the supporting body is formed 7 the piezoceramics 12 embedded in the form of sheets, foils or fibers with non-ferromagnetic contacting surfaces and likewise with non-ferromagnetic electrical lines, such as copper or aluminum foils or copper or aluminum wires 14 , on which the supply lines 10 can be connected, thus a controllable and controllable connection to the regulating and control device 8th given is.

Neben der Ausbildung der Tragkörpers 7 in der dargestellten Form als Hohlzylinder ist es auch möglich, den Tragkörper 7 aus einzelnen zueinander fügbaren ebenen oder gekrümmt ausgeführten Tragkörperelementen herauszubilden, wobei die einzelnen Tragkörperelemente gleichfalls aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, in denen gleichfalls die Piezokeramiken 12 mit ihren Zuleitungen 10 eingebunden sind.In addition to the formation of the supporting body 7 in the form shown as a hollow cylinder, it is also possible to support the body 7 to form from individual planar or curved supporting body elements that can be joined together, the individual NEN support body elements also consist of a glass fiber reinforced plastic, in which also the piezoceramics 12 with their supply lines 10 are involved.

Die Positionierung der einzelnen Tragkörperelemente erfolgt in analoger Weise des als Hohlzylinder ausgeführten Tragkörpers 7 innerhalb der röhrenförmige Öffnung 1 in der bereits beschriebenen Anordnung.The positioning of the individual support body elements takes place in an analogous manner to the support body which is designed as a hollow cylinder 7 within the tubular opening 1 in the arrangement already described.

Die 4 zeigt eine Gehörschutzeinrichtung 11, welche mit Gehörschutzkapseln 15 ausgebildet ist, in denen als Sensoren ausgebildete Mikrofone 13 angeordnet sind. Die örtliche Nähe der Gehörschutzeinrichtung 11 zum Patienten 5 erlaubt eine gute Überwachung der Stillezone im Bereich des Patienten 5. Die Signale der Mikrofone 13 dienen dem nachgeordneten Regelalgorithmus als Fehlersignale, wobei mit Hilfe eines adaptiven Algorithmus diese Fehlersignale minimiert werden. Die Adaption des Algorithmus macht sich notwendig, da durch unterschiedliche Kopfgrößen und die unterschiedliche Lage des jeweiligen Patienten 5 innerhalb der röhrenförmige Öffnung 1 die Parameter eines Regelkreises nachgeführt werden müssen.The 4 shows a hearing protection device 11 which with earmuffs 15 is formed, in which microphones designed as sensors 13 are arranged. The local proximity of the hearing protection device 11 to the patient 5 allows good monitoring of the quiet zone in the area of the patient 5 , The signals from the microphones 13 serve the downstream control algorithm as error signals, with the help of an adaptive algorithm these error signals are minimized. The adaptation of the algorithm is necessary because of different head sizes and the different position of the respective patient 5 inside the tubular opening 1 the parameters of a control loop must be updated.

Durch die Ausbildung des Tragkörpers 7 und den Piezokeramiken 12 kann eine geregelte Lärmreduzierung erreicht werden, indem eine frequenz-, amplituden- und phasenabhängige elektrische Ansteuerung der Piezokeramiken 12 erfolgt. Dies in der Art und Weise, dass sich die Amplituden der Frequenzen aus der Oberflächenabstrahlung des Kernspintomografen mit denen aus den durch die Piezokeramiken 12 erzeugten Schwingungen gegeneinander auslöschen, wodurch der Lärm im Hörbereich des Patienten 5 abgesenkt wird.By designing the support body 7 and the piezoceramics 12 Controlled noise reduction can be achieved by frequency, amplitude and phase dependent electrical control of the piezoceramics 12 he follows. This is done in such a way that the amplitudes of the frequencies from the surface radiation of the magnetic resonance tomograph differ from those from the piezoceramics 12 generated vibrations against each other, reducing the noise in the patient's listening area 5 is lowered.

Dies wird dadurch erreicht, indem an die Piezokeramiken 12 eine elektrische Spannung angelegt wird, die bewirkt, dass sich die Piezokeramiken 12 ausdehnen oder zusammenziehen, was wiederum abhängig ist von der Polarisationsrichtung der Piezokeramiken 12 und der angelegten Spannung.This is achieved by looking at the piezoceramics 12 an electrical voltage is applied that causes the piezoceramics 12 expand or contract, which in turn depends on the polarization direction of the piezoceramics 12 and the applied voltage.

Sind die Piezokeramiken 12 im Faserverbund des Tragkörpers 7 außerhalb der neutralen Faser des Tragkörpers 7 angeordnet, so wird in die Struktur des Tragkörpers 7 ein Biegemoment eingeleitet, welches genutzt wird, um Schwingungen in dem Faserverbund des Tragkörpers 7 zu erzeugen.Are the piezoceramics 12 in the fiber composite of the support body 7 outside the neutral fiber of the supporting body 7 arranged, so in the structure of the support body 7 a bending moment is initiated, which is used to vibrate in the fiber composite of the support body 7 to create.

Auf diese Art können auch akustische Wellen erzeugt werden.Acoustic waves can also be generated in this way become.

Gleichzeitig kann auch der sensorische Effekt bei der kolloquierten Ausführung der Piezokeramiken 12 genutzt werden, um Schwingungen, die im Faserverbund der Tragkörpers 7 entstehen, zu messen.At the same time, the sensory effect in the colloquial execution of the piezoceramics 12 be used to vibrations in the fiber composite of the support body 7 arise to measure.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, zusätzliche piezokeramische Elemente oder elektrisch abgetrennte Bereiche der Piezokeramiken 12 als Sensoren zu verwenden.For this purpose, the invention provides additional piezoceramic elements or electrically separated areas of the piezoceramics 12 to use as sensors.

Bei einer bevorzugten Ausführung, wie in 5 gezeigt, erfolgt die sensorische Erfassung des Schwingverhaltens des Tragkörpers 7 mit Hilfe von Mikrofonen 16, welche auf dem Tragkörper 7 in unmittelbarer Nähe der Piezokeramiken 12 angeordnet sind. Neben der Anordnung der Piezokeramiken 12 außerhalb der neutralen Faser vom Tragkörper 7 erfolgt bei einer adaptiven Strukturberuhigung eine modemformabhängige Optimierung der Position der Piezokeramiken 12 auf dem Tragkörper 7.In a preferred embodiment, as in 5 shown, the sensory detection of the vibration behavior of the support body takes place 7 with the help of microphones 16 which on the supporting body 7 in the immediate vicinity of the piezoceramics 12 are arranged. In addition to the arrangement of the piezoceramics 12 outside the neutral fiber from the supporting body 7 With an adaptive structural calming, the position of the piezoceramics is optimized depending on the modem shape 12 on the support body 7 ,

Verfahrenstechnisch laufen die Vorgänge nun so ab, dass durch die Ansteuerung der Gradientenspulen in der röhrenförmige Öffnung 1 des Kernspintomografen Schwingungen induziert werden, welche über die Lagerstellen übertragen und als Schall von den Oberflächen abgestrahlt werden. Der abgestrahlte Luftschall führt dazu, dass der Tragkörper 7 angeregt wird und anfängt zu schwingen. Durch diese Schwingungen des Tragkörpers 7 werden die Piezokeramiken 12 einer Biegung ausgesetzt, was dazu führt, dass in den sensorischen Bereichen ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dieses elektrische Feld wird an den metallisierten Oberflächen der Piezokeramiken 12 als elektrische Spannung abgegriffen, wobei die Höhe der anliegenden elektrischen Spannung proportional der Verformung der Piezokeramiken 12 ist, und gleichzeitig gibt der Zeitverlauf der Amplitude der elektrischen Spannung das Schwingverhalten des Tragkörpers 7 wieder. Dieses elektrische Sensorsignal wird nun einer Regel- und Steuereinheit 8 über die Zuleitungen 10 zugeführt, welche daraus ein elektrisches Steuersignal erzeugt, das der Schwingung des Tragkörpers 7 entgegenwirkt. Innerhalb der Regel- und Steuereinrichtung 8 werden mit Hilfe eines mathematischen Algorithmus diese Steuersignale bearbeitet, dies mit dem Ziel, mit den erzeugten Steuersignalen die Sensorsignale gegen Null zu bringen.In terms of process engineering, the processes now take place in such a way that by activating the gradient coils in the tubular opening 1 of the magnetic resonance scanner, vibrations are induced which are transmitted via the bearing points and are radiated as sound from the surfaces. The radiated airborne sound leads to the support body 7 is excited and begins to vibrate. Through these vibrations of the supporting body 7 become the piezoceramics 12 subjected to a bend, which leads to an electric field being generated in the sensory areas. This electric field is on the metallized surfaces of the piezoceramics 12 tapped as electrical voltage, the level of the applied electrical voltage proportional to the deformation of the piezoceramics 12 is, and at the same time the time course of the amplitude of the electrical voltage gives the vibration behavior of the support body 7 again. This electrical sensor signal is now a regulation and control unit 8th over the supply lines 10 supplied, which generates an electrical control signal that the vibration of the support body 7 counteracts. Within the regulating and control device 8th these control signals are processed with the aid of a mathematical algorithm, with the aim of bringing the sensor signals towards zero with the generated control signals.

Somit werden die mechanischen Schwingungen im Tragkörper 7 minimiert, und diese Strukturberuhigung führt dazu, dass eine virtuelle Steifigkeit durch den Regelmechanismus erzeugt wird, und auf Grund der verringerten Strukturschwingungen des Tragkörpers 7 wird gleichfalls eine Schallabstrahlung minimiert, so dass der Lärmpegel abgesenkt wird.Thus the mechanical vibrations in the support body 7 minimized, and this structural calming leads to the fact that a virtual stiffness is generated by the control mechanism, and due to the reduced structural vibrations of the support body 7 noise radiation is also minimized so that the noise level is reduced.

Claims

Device for noise reduction for an MRI scanner, consisting of a main field magnet system ( 2 ) with a tubular opening ( 1 ) in which a patient ( 5 ) by means of a movable table ( 4 ) is insertable, a gradient coil system and a receiving coil, wherein in the tubular opening ( 1 ) an active device for noise reduction is interchangeably arranged, which - one with piezoceramics ( 12 ) equipped support body ( 7 ), which are embedded in its body wall, - in the interior of the support body ( 7 ) as microphones trained in a hearing protection device ( 11 ) integrated sensors ( 13 ) are provided, and - the piezoceramics ( 12 ) And the sensors ( 13 ) each via supply lines ( 9 ) with a regulating and control device ( 8th ) are connected.

Device according to claim 1, characterized in that the piezoceramics ( 12 ) at a distance from the neutral fiber of the supporting body ( 7 ), thus above and / or below the neutral fiber in the support body ( 7 ) are arranged, the piezoceramics ( 12 ) in the form of sheets, foils or fibers with non-ferromagnetic contacting surfaces and with non-ferromagnetic electrical conductors ( 14 ), made of copper or aluminum, are connected.

Device according to claims 1 and 2, characterized in that the supporting body ( 7 ), designed as a cylindrical hollow body, between the tubular opening ( 1 ) and the receiving coil ( 6 ) of an MRI scanner or between the receiving coil ( 6 ) and the head area of a patient ( 5 ) is arranged.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the supporting body ( 7 ) is formed out of individual flat or curved supporting body elements.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the structure of the support body ( 7 ) is formed from several laminate layers joined together, consisting of a glass fiber reinforced plastic.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the piezoceramics ( 12 ) for measuring the vibrations in the fiber composite of the supporting body ( 7 ) divided into several electrically separated areas, designed to be used as sensors.

Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the electrical control of the piezoceramics (frequency, amplitude and phase-dependent) ( 12 ) generated vibrations overlap with those of the surface radiation of the MRI scanner and cancel each other out.