DE10324763A1 - Dynamischer Gehörschutz insbesondere zur Verwendung in der Kernspintomografie - Google Patents

Dynamischer Gehörschutz insbesondere zur Verwendung in der Kernspintomografie Download PDF

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Abstract

Dynamischer Gehörschutz zum Einsetzen in den Gehörgang mit einer variabel, durch Steuersignale einstellbaren Schalldämmung insbesondere zur Verwendung in der Kernspintomografie dadurch gekennzeichnet, dass in einem für den Ohreingang passenden Gehäuse ein Schallkanal eingearbeitet ist, dessen äußeres Ende eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die durch einen, durch externe Steuersignale kontrollierten, Verschlussmechanismus sehr schnell geöffnet oder geschlossen werden können, ohne dass es im Gehörgang zu spürbaren Druckschwankungen kommt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen dynamischen Gehörschutz zum Einsetzen in den Gehörgang, insbesondere zur Verwendung in der Kernspintomografie.
  • Die Kernspin- oder Magnetresonanztomografie ist eine völlig nebenwirkungs- und eingriffsfreie medizinische Untersuchungsmethode mit einem hervorragenden Weichteilkontrast, wie er von keinem anderen Bild gebenden Verfahren geliefert werden kann. Diese Vorteile haben der Untersuchungsmethode, trotz hoher Kosten, zu einer sehr schnellen und großen Verbreitung verholfen. Die stetig wachsende Nachfrage sowohl aus dem Bereich der Routinediagnostik, als auch aus Bereichen der Grundlagenforschung, führt auch zu einer permanenten technischen Weiterentwicklung der Geräte und ihrer diagnostischen Möglichkeiten. Technisch ist ein klarer Trend zu immer schnelleren und immer (Magnetfeld-) stärkeren Geräten erkennbar. Diese Geräteentwicklung ist unabdingbar mit einer immer größeren Lärmentwicklung der Geräte verbunden. Bei Routinegeräten (1 bis 1,5 Tesla Feldstärke) ist die Lärmentwicklung bereits lästig (Schallpegel bis zu 110 dB) und führt zu Untersuchungsabbrüchen. Bei Forschungsgeräten und modernsten Routinegeräten (3 Tesla Feldstärke) beginnt die Lärmentwicklung mit Schalldrücken bis zu 125 dB problematisch zu werden. Modernste Forschungsgeräte (7 Tesla Feldstärke) – als eventuelle Vorläufer von Hochleistungskopfscannern für die Routine – erzeugen Schalldrücke bis zu 140 dB und sind nur noch mit aufwändigen Dämpfungsmaßnahmen überhaupt einsetzbar. Es sind verschiedene Möglichkeiten, die Untersuchung in einem Magnetresonanztomografen unter akustischen Gesichtspunkten zu verbessern, beschrieben worden.
  • Einfache und kostengünstige, passive Maßnahmen sind heute Routine. Der Patient bekommt entweder Gehörschutzstöpsel eingesetzt oder Gehörschutzkappen aufgesetzt. Mit Stöpseln lassen sich – sachgemäßer Umgang vorausgesetzt – sehr gute Dämpfungswerte über nahezu den gesamten Frequenzbereich erreichen. Das Preis/Leistungsverhältnis ist dabei optimal. Nachteilig ist jedoch die stark eingeschränkte Kommunikationsmöglichkeit sowie das oftmals beschriebene, unangenehme Druckgefühl im Ohr. Die mechanische Belastung zusammen mit dem mangelnden Luftaustausch im verschlossenen Gehörgang führen zudem zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Gehörgangsinfektionen.
  • Es sind mehrere, von der Kernspintomografie völlig unabhängige Vorschläge zur Lösung dieser Probleme gemacht worden ( DE 10117705 A1 , DE 9112815.3 , DE 29902224 U1 ). Keines dieser Verfahren wird heute in der Kernspintomografie erfolgreich eingesetzt. Unter psychoakustischen Gesichtspunkten sind Ohrstöpsel in der Kernspintomografie bedenklich. Die – objektiv vorhandene – Reduktion des Schallpegels wird subjektiv durch eine Steigerung der Empfindlichkeit des Gehörs, sowie insbesondere durch die im Bereich von ca. 1kHz bis 4kHz sehr wirkungsvolle Knochenleitung, nicht als angenehm wahrgenommen. Zusammen mit der stark eingeschränkten Sprachverständigung führt dies zu überwiegender Ablehnung der Stöpsel durch Patienten und Bedienpersonal.
  • Die Kombination aus Schutzkapsel und Kopfhörer stellt eine – auch unter psycho-akustischen Gesichtspunkten – sehr effiziente und immer noch kostengünstige Lösung dar. Die dabei erreichbare Dämpfung (bis zu 40dB) entspricht der sehr guter Ohrstöpsel, die Kommunikation wird aber nicht eingeschränkt sondern im Gegenteil, sogar erleichtert.
  • Zusätzliche, passive Maßnahmen können den Lärmpegel, insbesondere im Bereich der Obertöne, weiter senken. Dazu gehören die akustische Optimierung des Untersuchungsraumes, konstruktive Maßnahmen am MRT-Gerät selbst und Maßnahmen zur Dämpfung des Schalls unmittelbar im Gradiententunnel des Gerätes. Diese passiven Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, dass die Kosten sehr schnell ansteigen. So ist z.B. der Magnet das teuerste Einzelbauteil eines Magnetresonanztomografen. Eine Vergrößerung des Gradiententunnels, um passive Schallisolierung zu ermöglichen, verteuert den Magneten ganz erheblich. Dieser Weg wird daher von keinem Hersteller beschritten.
  • Aktive Maßnahmen zur Reduktion des Störschalles sind inzwischen ebenfalls verfügbar und werden bis jetzt vereinzelt, jedoch mit zunehmendem Erfolg eingesetzt. Zu diesen Maßnahmen zählen die aktive, partielle Auslöschung des Störschalls durch „Antischall". Diese Techniken sind durch die Verfügbarkeit von MRT-kompatiblen Mikrofonen ( DE 19835947C2 , EP 1152638 ) und MRT-kompatiblen Hochleistungslautsprechern ( DE 10018033C1 , DE 19727657 ) sowie phasenkohärenten, MRT-kompatiblen Kopfhörern ( DE 10251389A1 ) realisierbar geworden. Weiterhin ist es inzwischen möglich, die Entstehung des Störschalles durch aktive, piezoelektrische Keramiken, die entweder im Gradientenrohr oder an den Schall abstrahlenden Verkleidungselementen des Tomografen angebracht sind, teilweise zu verhindern. Aktive Maßnahmen sind wegen des hohen Entwicklungsaufwandes im Moment noch teurer als passive Maßnahmen bei gleicher Wirkung. Sie haben jedoch das Potenzial, eine Reduktion bzw. Unterdrückung des tieffrequenten Anteils des Störschalls – im Bereich bis zu 1000 Hz – um etwa 20 dB, kostengünstig zu ermöglichen. Auf Grund der verwendeten Sensorik und der bisher beschriebenen Algorithmen zur aktiven Auslöschung von Schall, versagen aktive Methoden jedoch bei impulshaften Störschallen mit einer sehr geringen Wiederholfrequenz sowie bei Störschallfrequenzen oberhalb von ca. 1500 Hz.
  • Zwei sehr zukunftsträchtige Entwicklungen innerhalb der Kernspintomografie, die funktionelle Kernspintomografie zur Bestimmung von Gehirnaktivitätsmustern sowie die Magnetresonanzspektroskopie zur berührungslosen Bestimmung von Stoffwechselfehlfunktionen im gesamten Körperinneren, sind gekennzeichnet durch die zur Zeit ungünstigste Form der Störschallentwicklung bei gleichzeitig hohen Ansprüchen an die Kommunikationstechnik und die Möglichkeiten zur akustischen Signaldarbietung für den Patienten. Akustisch sind diese Messverfahren durch extrem impulshaften Störschall mit Grundtönen im Bereich um 1000 Hz und einer sehr niedrigen Wiederholrate von teilweise unter 0,1 Hz gekennzeichnet. Darüber hinaus fordert insbesondere die funktionelle Kernspintomografie die störungsfreie Darbietung von akustischen Signalen zwischen den Messphasen.
  • Aktive Verfahren zur Schallauslöschung sind unter diesen Bedingungen so gut wie wirkungslos. Passive Maßnahmen sind notwendig aber als Einzelmaßnahme nicht ausreichend und in der Summe der bisher beschriebenen Maßnahmen deutlich zu aufwändig und nicht notwendigerweise ausreichend.
  • Es ist bisher kein Verfahren oder keine Vorrichtung beschrieben worden, die es allein oder in der Kombination mit anderen Verfahren und Vorrichtungen ermöglicht, die akustischen Probleme, die durch modernste Messverfahren mit Hoch- und Höchstfeld- Kernspintomografen entstehen, ausreichend zu lösen.
  • Der hier beschriebene mikro-dynamische Gehörschutz ermöglicht erstmals, in Kombination mit bewährten Schutz- und Präsentationstechniken, eine weitere deutliche Reduktion (bis ca. 30 dB) des Störschalles völlig unabhängig von seiner Impulshaftigkeit und weitestgehend unabhängig von seiner spektralen Zusammensetzung. Darüber hinaus wird der Großteil der von Ohrstöpseln bekannten Nachteile vermieden und so insbesondere Kommunikation und Darbietung akustischer Stimuli in hoher Qualität sowie auch ausreichende Belüftung des Ohrkanals sichergestellt.
  • Aktiviert und deaktiviert wird der dynamische Gehörschutz durch eine externe, geeignete Steuerung sowie eine externe, geeignete Antriebseinheit für die viele verschiedene Ausführungsformen denkbar sind. Diese Einheiten sind nicht Gegenstand der unten aufgeführten Beschreibungen.
  • Wesentliches Merkmal des dynamischen Gehörschutzes sind der stete Wechsel zwischen aktiver, das heißt schalldämpfender und passiver, d.h. nicht schalldämpfender Phase. Wesentliches Merkmal ist es weiterhin, dass der Wechsel zwischen diesen Phasen durch externe Steuersignale so rechtzeitig erfolgt, dass die gewählte Antriebseinheit die gewünschte Schalldämpfung einstellen bzw. aufheben kann.
  • Einige ausgewählte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:
  • Ausführungsbeispiel I:
  • Dynamischer Gehörschutz mit gelochter Scheibe 2b und gelochtem Scheibensegment 4 als Verschlussmechanismus
  • Alle Komponenten des dynamischen Gehörschutzes bestehen vorzugsweise aus Materialien, die mit einem Kernspintomografen verträglich sind, das bedeutet aus nicht oder nur schwach magnetischem und elektrisch nicht oder nur schwach leitendem Material. Die Zeichnungen stellen nur den im Gehörgang wirksamen Teil des Gehörschützers dar.
  • Die 1a und 1b zeigen den wirksamen Teil einer bevorzugten Ausführungsform eines dynamischen Gehörschutzes, bei welchem der Verschlussmechanismus 4, als Scheibensegment 4 ausgebildet ist.
  • Der beschriebene dynamische Gehörschutz wird wie ein Ohrstöpsel in das Ohr eingeführt und hier durch an dem Gehäuse 2a form- und/oder kraftschlüssig befestigten, aus hautverträglichem Material gefertigten Dichtlamellen 1 weitgehend luft- und schalldicht gelagert.
  • Am äußeren Ende des zylindrischen Gehäuses 2a ist eine kreisrunde Scheibe 2b mit zwei kreisrunden Öffnungen so kraft- und formschlüssig angebracht, dass zwischen Gehäuse 2a und gelochter Scheibe 2b kein unkontrollierter Luftaustausch erfolgen kann.
  • Bevor ein Störschallereignis auftritt wird über eine externe, geeignete Steuerung eine externe, geeignete Antriebseinheit dergestalt aktiviert, dass der hier als Scheibensegment ausgebildete Verschlussmechanismus 4 über die Antriebswelle 5 verdreht wird, bis das Scheibensegment 4 die kreisrunden Öffnungen in der gelochten Scheibe 2b soweit verschließt, dass die gewünschte oder maximale Schalldämpfung erreicht wird. Im Extremfall verschließt das Segment 4 die gelochte Scheibe 2b weitgehend luft- und schalldicht. Nach dem Ende des Störschallereignisses werden in gleicher Weise die Öffnungen wieder soweit freilegt, wie es die jeweils aktuelle Schalldruckpegelsituation unmittelbar am betrachteten Ohr erforderlich macht.
  • Zur Verbesserung der Wirksamkeit in Extremsituationen ist zwischen der gelochten Scheibe 2b und dem gelochten Scheibensegment eine Dichtung 2c angebracht, die entweder fest auf der gelochten Scheibe 2b, auf dem Scheibensegment 4 oder auch sowohl auf dem Scheibensegment 4 als auch auf der gelochten Scheibe 2b aufgetragen ist.
  • Vorliegende Erfindung ist auf einen Verschlussmechanismus, der in einem auf einen Ohreingang zugeschnittenen Gehäuse 2a untergebracht ist, an sich abgestellt. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung sich demgemäss nicht auf einen oben näher beschriebenen scheibenförmigen Verschlussmechanismus beschränkt, sondern jedwede geeignete ebene und dreidimensionale Gestaltung des Verschlussmechanismus mit erfasst ist. So können sowohl die im Gehäuse 2a befindliche, gelochte Scheibe 2b als auch das um die Achse 5 drehbar angeordnete Scheibensegment 4 auch ein von der herkömmlichen scheiben förmigen Gestaltung abweichendes Breiten/Höhen/Längen-Verhältnis nach oben oder unten hin und/oder gekrümmte Oberflächen oder selbst räumlich gekrümmte, dreidimensionale Gestaltung aufweisen.
  • Eine Abweichung von der beschriebenen scheibenförmigen/scheibensegmentförmigen Geometrie, sei es beispielsweise durch Krümmung oder anderweitige dreidimensionale Gestaltung des Verschlussmechanismussees oder von Teilen hiervon verändern gegebenenfalls den Wirkungsgrad, ohne jedoch die Funktionsfähigkeit an sich in Frage zu stellen.
  • Ausführungsbeispiel II:
  • Dynamischer Gehörschutz mit gelochtem Zylinder 2 und zylindrischem Körper 2b als Verschlussmechanismus
  • Alle Komponenten des dynamischen Gehörschutzes bestehen vorzugsweise aus Materialien, die mit einem Kernspintomografen verträglich sind, das bedeutet aus nicht oder nur schwach magnetischem und elektrisch nicht oder nur schwach leitendem Material. Die Zeichnungen stellen nur den im Gehörgang wirksamen Teil des Gehörschützers dar.
  • Die 2a und 2b zeigen den wirksamen Teil einer zweiten möglichen Ausführungsform eines dynamischen Gehörschutzes, bei welchem der Verschlussmechanismus als Zylinder 3 ausgebildet ist.
  • Der beschriebene dynamische Gehörschutz wird wie ein Ohrstöpsel in das Ohr eingeführt und hierdurch an dem Gehäuse 2a form- und/oder kraftschlüssig befestigten, aus hautverträglichem Material gefertigten Dichtlamellen 1 weitgehend luft- und schalldicht gelagert.
  • Am äußeren Ende des zylindrischen Gehäuses 2a sind in der Mantelfläche vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Öffnungen eingebracht. Ein zweiter zylindrischer Körper 2b mit zwei kreisrunden Öffnungen ist passgenau so am äußeren Ende des Gehäuses 2a eingebaut, dass die Öffnungen der zylindrischen Körper 2a und 2b durch gegenseitiges Verdrehen entweder zur Deckung gebracht werden können (dieser Zustand ist in den 2a und 2b dargestellt) oder die Öffnungen teilweise bzw. im Extremfall vollständig verschließen.
  • Ein Sicherungsring 3 positioniert die beiden Zylinder axial.
  • Beim Eintreffen eines Schallereignisses wird durch externe Technik – wie im Ausführungsbeispiel I beschrieben – der hier als zylindrischer Körper ausgebildete Verschlussmechanismus 2b über die Antriebswelle 4 soweit verdreht, bis die Mantelfläche des zylindrischen Körpers 2b die kreisrunden Öffnungen im zylindrischen Gehäuse 2a soweit verschließt, dass die vorgegebenen Werte erreicht werden bzw. im Extremfall der Zylinder 2b die Öffnungen im Gehäuse 2a weitgehend luftdicht verschließt und anschließend die Öffnungen durch erneutes Verdrehen wieder soweit freilegt, wie es die jeweils aktuelle Schalldruckpegelsituation unmittelbar am betrachteten Ohr erforderlich macht.
  • Zur Verbesserung der Wirksamkeit in Extremsituationen sind zwischen den Berührungsflächen der Zylinder vorzugsweise Dichtungen 2c angebracht, die entweder fest auf der Gehäuseinnenfläche 2a, auf der Mantelfläche des zylindrischen Körpers 2b oder auch sowohl auf der Gehäuseinnenfläche 2a als auch auf dem Außenmantel des zylindrischen Körpers 2b aufgetragen ist.

Claims (4)

  1. Dynamischer Gehörschutz zum Einsetzen in den Gehörgang mit einer variabel, durch Steuersignale einstellbaren Schalldämmung insbesondere zur Verwendung in der Kernspintomografie dadurch gekennzeichnet, dass in einem für den Ohreingang passenden Gehäuse ein Schallkanal eingearbeitet ist, dessen äußeres Ende eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die durch einen, durch externe Steuersignale kontrollierten, Verschlussmechanismus sehr schnell geöffnet oder geschlossen werden können, ohne dass es im Gehörgang zu spürbaren Druckschwankungen kommt.
  2. Dynamischer Gehörschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussmechanismus als gelochte Scheibe, deren Bohrungen durch einen um die zentrische Achse rotierbaren/drehbaren Schieber (invers gestaltete Scheibe) verschlossen und geöffnet werden können, ausgeführt ist.
  3. Dynamischer Gehörschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussmechanismus aus zwei zylindrischen Körpern besteht, welche senkrecht zur Hauptachse mit einer oder mehreren passenden Öffnungen versehen sind, welche durch gegenseitige Verdrehung der Körper zur Deckung gebracht werden können.
  4. Dynamischer Gehörschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussmechanismus aus zwei ineinander passende krummflächig begrenzte Hohlkörper (z.B. Hohlkegelstümpfe) besteht, welche auf der Oberfläche mit einer oder mehreren passenden Öffnungen versehen sind, welche durch gegenseitige Verdrehung der Körper zur Deckung gebracht werden können.
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