DE10343006A1

DE10343006A1 - Elektroakustisches System für die Wiedergabe akustischer Signale im Inneren eines Magnetfeldresonanztomographen

Info

Publication number: DE10343006A1
Application number: DE10343006A
Authority: DE
Inventors: Mario Bechtold; Ralph Dr. Oppelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Ein elektroakustisches System (8) für die Verwendung im Inneren eines Magnetfeldresonanztomographen enthält einen Lautsprecher (8a) mit einem elektrodynamisch angeregten Schwingsystem (30, 32) zur Schallerzeugung, das unter Berücksichtigung des statischen Grundmagnetfeldes (B) des Magnetfeldresonanztomographen ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektroakustisches System für die Wiedergabe akustischer Signale im Inneren eines Magnetfeldresonanztomographen.

Ein Magnetfeldresonanztomograph erzeugt bei seinem Betrieb extrem laute und störende Geräusche denen vor allen Dingen der zu untersuchende Patient ausgesetzt ist. Dabei können Geräuschpegel auftreten, die innerhalb des Magneten bis zu 130dB(A) erreichen. Ein solcher Geräuschpegel ist für den Patienten insbesondere unter den beengten Platzverhältnissen innerhalb des Tomographen sowohl physisch als auch psychisch enorm belastend.

Zur Verringerung dieser Belastung ist es bekannt, einerseits passive Hörschutzmaßnahmen, beispielsweise Ohrstöpsel oder Gehörschutzkopfhörer einzusetzen, oder andererseits durch konstruktive Maßnahmen am Tomographen selbst dessen Betriebsgeräusche zu vermindern. Beide Maßnahme sind jedoch nur bis zu einem gewissen Grade wirksam, da diese nur bedingt Abhilfe schaffen können.

Darüber hinaus ist durch die Betriebsgeräusche im Tomographen und außerhalb des Tomographen in der Bedienkabine die Sprachkommunikation zwischen Bedienpersonal und Patient erschwert.

Ein Sprach-Kommunikationssystem zwischen Bedienpersonal und Patient, bei dem das im Bedienraum herrschende und die Sprach-Kommunikation zum Patienten hin störende Betriebsgeräusch unterdrückt wird, ist beispielsweise aus der EP 0 655 730 B1 bekannt. Bei diesem bekannten Kommunikationssystem werden die Sprachsignale zwischen dem Bedienpersonal und dem Patienten unmittelbar als Schallsignale in einem Luftschlauch zugeführt, der in einen schalldämmenden Kopfhörer mündet. Zur Verbesserung der Kommunikation zwischen Patient und Bedienpersonal wird dem Sprachsignal, dem das am Ort des vom Bedienpersonal benutzten Mikrophons herrschende Betriebsgeräusch überlagert ist, ein Kompensationssignal aufgeprägt, das diesem Betriebsgeräusch nachgebildet, jedoch zu diesem phasenverzögert ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die zum Ohr des Patienten gelangenden Schallsignale im wesentlichen nur noch aus den Sprachsignalen bestehen. Mit dieser bekannten Kommunikationseinrichtung ist es jedoch nur möglich, die Betriebsgeräusche zu unterdrücken, die außerhalb des Tomographen, d. h. am Ort des Mikrophons des Bedienpersonals herrschen. Die Unterdrückung der im Inneren des Tomographen herrschenden Betriebsgeräusche geschieht nach wie vor passiv.

In der US 5,313,945 ist eine Einrichtung offenbart, mit der die in Kopfnähe des Patienten auftretenden Betriebsgeräusche aktiv unterdrückt werden. Hierzu ist die Verwendung eines Kopfhörers vorgesehen, bei dem jedes zum Anlegen an das Ohr vorgesehene Koppelteil an zwei hohle Schläuche angeschlossen ist. Einer der Schläuche leitet den am Ohr vorliegenden Schall nach außen zu einer Signalverarbeitungseinrichtung, die aus diesem Schall einen Antischall erzeugt, der über den anderen Schlauch zurück zum Koppelteil geführt wird und dort zu einer Schallauslöschung führt. Nachteilig an dieser bekannten Einrichtung ist, dass die Schallunterdrückung im hohen Frequenzbereich wegen der bei der Schallübertragung durch die Schläuche auftretenden höheren Schalldämpfung bei hohen Frequenzen unbefriedigend ist. Darüber hinaus kann aufgrund der Laufzeit des Schalls eine Schalldämpfung nur bei während dieser Laufzeit gleichbleibender Intensität und Frequenzzusammensetzung des Betriebsgeräusches erreicht werden.

Aus der EP 0 644 435 A1 ist es bekannt, die im Bereich der Ohren des Patienten auftretenden Betriebsgeräusche (Störschall) aktiv durch Antischall zu unterdrücken. Dort ist in jeder Kopfhörermuschel eines Kopfhörers ein Mikrophon angeordnet, mit dem der unmittelbar im Bereich der Ohren des Patienten auftretende Störschall erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das einem außerhalb des Tomographen angeordneten Signalprozessor zugeführt wird. Dieser erzeugt ein elektrisches Signal zur Ansteuerung des im Kopfhörer befindlichen Lautsprechers, das derart phasenverzögert ist, dass sich der vom Mikrophon aufgenommene Schall, d. h. der Störschall am Ort des Mikrophons und der von den Lautsprechern erzeugte Schall (Antischall) auslöschen. Mit dieser bekannten Einrichtung kann eine gegenüber den Systemen, bei denen die Übertragung des Antischalls oder des Störschalls akustische von einer außerhalb des Tomographen angeordneten Schallquelle zum Patienten bzw. vom Patienten zu einem außerhalb des Tomographen angeordneten Schallaufnehmer erfolgt, bessere Geräuschunterdrückung erreicht werden. Die bekannte Einrichtung erfordert jedoch den Einsatz nichtmagnetischer Werkstoffe sowohl für den Lautsprecher, das Mikrophon als auch für die signalführenden Kabel.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen elektroakustisches System für die Verwendung im Inneren eines Magnetfeldresonanztomographen anzugeben, dessen Aufbau gegenüber bekannten elektroakustischen Systemen vereinfacht ist.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit einem elektroakustischen System mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält das elektroakustische System einen Lautsprecher mit einem elektrodynamisch angeregten Schwingsystem zur Schallerzeugung, das unter Berücksichtigung des statischen Grundmagnetfeldes des Magnetfeldresonanztomographen ausgelegt ist. Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass das statische Grundmagnetfeld des Magnetfeldresonanztomographen nicht zwingend störend für den Betrieb eines elektrodynamischen Lautsprechers sein muss, sondern vielmehr aufgrund seiner Homogenität und stets gleichen Ausrichtung im Magnetfeldresonanztomographen – parallel zur Längsachse der Röhre bzw. der Körperlängsachse – konstruktiver Bestandteil des Schwingsystems sein kann, wenn es bei dessen Auslegung abhängig von seiner Einbaulage berücksichtigt wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Schwingsystem eine Schwingspule, deren Achse parallel zum Grundmagnetfeld angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann das elektroakustische System magnetlos sein, so dass der Aufbau vereinfacht und störende Rückwirkungen auf die Magnetfeldverteilung innerhalb des Magnetfeldresonanztomographen vermieden sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eine Schirmspule zur Kompensation des von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes vorgesehen. Dadurch sind auch Rückwirkungen der von der Schwingspule erzeugten Magnetfelder auf das vom Magnetfeldresonanztomographen erzeugte Magnetfeld verringert.

Vorzugsweise ist der Lautsprecher in einem Kopfhörergehäuse derart angeordnet, dass die Achse der Schwingspule parallel zur Schallaustrittsfläche verläuft. Dies ermöglicht die Verwendung des elektroakustischen Systems in einem Kopfhörer. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Verbindungsachse der Ohren des Patienten während der Diagnose (Seitenlage, Rückenlage, Bauchlage) stets senkrecht zum Grundmagnetfeld verläuft, so dass durch eine Drehung des Kopfhörergehäuses um eine Normale zur Schallaustrittsfläche stets eine Parallelität zwischen Achse der Schwingspule und Grundmagnetfeld herbeigeführt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das elektroakustische System einen in der Nähe des Lautsprechers angeordneten Schallaufnehmer zum Erfassen des Betriebsgeräusches des Magnetfeldresonanztomographen. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Geräuschunterdrückung, da die tatsächlich vorliegenden Störgeräusche durch geeignete Ansteuerung des Lautsprechers ausgelöscht werden können.

Vorzugsweise ist das elektroakustische System mit einer internen Übertragungseinrichtung zum Empfangen der Signale zum Anregen des Schwingsystems und/oder zum Senden der vom Schallaufnehmer empfangenen akustischen Signale von bzw. zu einer außerhalb des Magnetfeldresonanztomographen angeordneten externen Übertragungseinrichtung versehen, wobei interne und externe Übertragungseinrichtung zur berührungs- oder kabellosen Übertragung der Signale vorgesehen sind. Dadurch ist eine aufwendige Kabelabschirmung zur Vermeidung einer Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Magnetfeldresonanztomographen nicht erforderlich.

Insbesondere erfolgt die Signalübertragung zwischen der internen und externen Übertragungseinrichtung optisch.

Alternativ hierzu kann die Signalübertragung zwischen der internen und externen Übertragungseinrichtung auch durch ein elektromagnetisches Hochfrequenzsignal erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das elektroakustische System eine interne Signalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinrichtung zur aktiven Geräuschunterdrückung. Dadurch entfallen längere Übertragungsstrecken, die oft mit einer Signalveränderung verknüpft sind, und die Geräuschunterdrückung ist besonders effektiv.

In das elektroakustische System ist vorzugsweise eine Stromversorgung, insbesondere eine Batterie, zum Versorgen der Signalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinrichtung und/oder der Übertragungseinrichtung mit elektrischer Energie integriert, wobei vorzugsweise eine Überwachungseinrichtung zum Zu- bzw. Abschalten der Stromversorgung in Abhängigkeit von der An- bzw. Abwesenheit eines Gradientenfeldes vorgesehen ist, da nur bei Anwesenheit des Gradientenfeldes der belas tende Geräuschpegel auftritt. Dadurch wird die Lebensdauer der Batterie signifikant erhöht.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Stromversorgung Mittel zum Erzeugen elektrischer Energie aus dem im Magnetfeldresonanztomographen vorhandenen Magnetfeld.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Aspekte sind schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen die:

1 ein für die Verwendung im Inneren eines Magnetfeldresonanztomographen vorgesehenes elektroakustisches System in einer Prinzipdarstellung,

2 und 3 jeweils einen Lautsprecher des erfindungsgemäßen elektroakustischen Systems in einer Prinzipdarstellung,

4 eine Ausführungsform, bei der der Lautsprecher in einem Kopfhörergehäuse angeordnet ist.

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.

Gemäß 1 ist in einem Behandlungsraum 2 ein Magnetfeldresonanztomograph 4 angeordnet, in dem sich ein Patient 6 befindet. Zum Gehörschutz oder zur Kommunikation mit einem außerhalb des Behandlungsraumes 2 befindlichen Bedienpersonal ist im Inneren des Magnetfeldresonanztomographen 4 ein elektroakustisches System 8, im Ausführungsbeispiel in Gestalt eines Kopfhörers oder gestrichelt eingezeichnet als eine in der Nähe des Kopfes ortsfest angeordnete Einheit, vorgesehen, das aktiv zur Unterdrückung der innerhalb des Magnetfeldresonanztomographen 4 auftretenden Betriebsgeräusche dient.

Das elektroakustische System 8 umfasst einen Lautsprecher 8a und ein Mikrophon 8b, die entweder in jedem Kopfhörergehäuse 10 (in der Figur nicht näher dargestellt) oder ortsfest im Inneren des Magnetfeldresonanztomographen 4 angeordnet sind. Zur Sprachkommunikation zwischen Patient 6 und Bedienpersonal kann außerdem in Kopfnähe oder im Bereich der Rohröffnungen des Magneten ein zusätzliches Mikrophon 8c angeordnet sein.

Das elektroakustische System 8 umfasst eine interne Übertragungseinrichtung 12 sowie eine interne Stromversorgung 14, die beispielsweise jeweils in den Kopfhörergehäusen 10 angeordnet sind, mit deren Hilfe eine bidirektionale Kommunikation mit einer außerhalb des Behandlungsraumes 2 in einer Bedienkabine 16 angeordneten externen Übertragungseinrichtung 18 möglich ist. In die Stromversorgungseinrichtung 14 ist eine Überwachungseinrichtung 19 integriert, mit der die Stromversorgungseinrichtung in Abhängigkeit von der An- oder Abwesenheit eines Gradientenfeldes ein- oder abgeschaltet werden kann.

Mit Hilfe dieser internen Übertragungseinrichtung 12 werden die vom Mikrophon 8b aufgenommenen Signale, nach deren Umwandlung in optische oder radiofrequente Signale an die externe Übertragungseinrichtung 18 übermittelt. Die externe Übertragungseinrichtung 18 ist an eine Stromversorgung 20 sowie an eine Steuereinrichtung 22 angeschlossen, in der die empfangenen Signale zu Sendesignalen verarbeitet werden, die von der externen Übertragungseinrichtung 18 an die interne Übertragungseinrichtung 12 gesendet und vom Lautsprecher 8a wiedergegeben werden und so eine aktive Geräuschunterdrückung ermöglichen. Ergänzend hierzu kann die Steuereinrichtung 22 zusätzliche Steuersignale S erhalten, die mit den Steuersignalen für die Gradientenspulen korreliert sind. Dies ermöglicht eine zusätzliche Verbesserung der Geräuschunterdrückung.

Die bidirektionale Kommunikation erfolgt entweder optisch, wie dies durch Optokoppler 24 angedeutet ist, oder, wie es in der Figur durch Sende- und Empfangsantennen 26 veranschaulicht ist, mit hochfrequenten Radiosignalen im GHz-Bereich. Die Signalübertragung zwischen Bedienkabine 16 und dem Innenraum es Magnetfeldresonanztomographen 4 erfolgt in beiden Fällen berührungs- oder kabellos, d.h. auch zwischen den Optokopplern 24 erfolgt die Signalübertragung ohne Verwendung eines Lichtleiters. Darüber hinaus ist die Laufzeit des optischen Signals oder auch des hochfrequenten Radiosignals vernachlässigbar gegenüber der eines akustischen Signals, so dass die beim Stand der Technik beschriebenen Nachteile einer akustischen Signalübertragung nicht auftreten.

Gemäß 2 umfasst der Lautsprecher 8a, wie er ortsfest oder in einem Kopfhörergehäuse zum Einsatz gelangt, eine Membran 30, die an ihrer Basis mit einer Schwingspule 32 mechanisch gekoppelt ist. Die Mittenachse 34 der Schwingspule 32 verläuft parallel zum statischen Grundfeld B des Magnetfeldresonanztomographen. Dieses statische Grundfeld B übernimmt die Rolle des üblicherweise in einem elektrodynamischen Lautsprecher innerhalb der Schwingspule 32 angeordneten Permanentmagneten, der in der vorliegende Ausführungsform bei geeigneter Auslegung entfallen kann. Dies vereinfacht nicht nur den Aufbau des Lautsprechers 8a sondern ermöglicht darüber hinaus den Einsatz eines elektrodynamischen Lautsprechersystems im Inneren des Magnetfeldresonanztomographen.

Um eine Rückwirkung von der Schwingspule 32 erzeugten Magnetfeldes auf das Magnetfeld innerhalb des Magnetfeldresonanztomographen zu verringern, ist in der Ausführungsform gemäß 3 die Schwingspule 32 von einer ortsfest angeordneten Schirmspule 40 umgeben, die das von der Schwingspule erzeugte Magnetfeld kompensiert. Die Schirmspule 40 kann auch aus mehreren Einzelspulen bestehen.

Gem. 4 ist der Lautsprecher 8a im Kopfhörergehäuse 10 derart angeordnet, dass die Spulenachse 34, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, parallel zu einer gestrichelt angedeuteten und ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene orientierten Schallaustrittsfläche 42 verläuft, an der der Schall das Kopfhörergehäuse verlässt.

In der 4 ist außerdem noch das im Inneren des Kopfhörergehäuses 10 angeordnete Mikrophon 8b angedeutet, das in diesem Beispiel an eine interne und autark versorgte Signalverarbeitung- und Signalerzeugungseinrichtung 44 angeschlossen ist, die eine unmittelbare und autarke Geräuschunterdrückung ermöglicht, ohne dass es hierzu erforderlich ist, die vom Mikrophon 8b empfangenen Signale an eine externe Signalverarbeitungseinheit zu übermitteln. Die hierzu erforderliche Stromversorgung erfolgt dabei ebenso entweder durch eine Batterie oder durch geeignete Mittel insbesondere auf induktiver Basis zum Erzeugen elektrischer Energie aus dem im Magnetfeldresonanztomographen vorhandenen, von den Gradientenspulen erzeugten hochfrequenten Magnetfeld. Ergänzend hierzu kann das Kopfhörergehäuse zusätzlich mit schalldämmenden Materialien versehen sein, um eine zusätzliche passive Geräuschunterdrückung zu ermöglichen. Eine bidirektionale Sprachkommunikation zwischen Bedienpersonal und Patient erfordert jedoch nach wie vor ein Übertragungssystem, wie es anhand 1 erläutert ist.

Claims

Elektroakustisches System (8) für die Verwendung im Inneren eines Magnetfeldresonanztomographen (4), mit einem Lautsprecher (8a) mit einem elektrodynamisch angeregten Schwingsystem (30, 32) zur Schallerzeugung, das unter Berücksichtigung des statischen Grundmagnetfeldes (B) des Magnetfeldresonanztomographen (4) ausgelegt ist.
Elektroakustisches System nach Anspruch 1, bei dem das Schwingsystem eine Schwingspule (32) umfasst, deren Achse parallel zum Grundmagnetfeld (8) angeordnet ist.
Elektroakustisches System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Schwingsystem (30, 32) magnetlos ist.
Elektroakustisches System nach Anspruch 3, mit wenigstens einer Schirmspule (40) zur Kompensation des von der Schwingspule (32) erzeugten Magnetfeldes.
Elektroakustisches System nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Lautsprecher (8a) in einem Kopfhörergehäuse (10) derart angeordnet ist, dass die Achse (34) der Schwingspule (32) parallel zur Schallaustrittsfläche (42) verläuft.
Elektroakustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem in der Nähe des Lautsprechers (8a) angeordneten Schallaufnehmer (8b) zum Erfassen des Betriebsgeräusches des Magnetfeldresonanztomographen (4).
Elektroakustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer internen Übertragungseinrichtung (12) zum Empfangen der Signale zum Anregen des Schwingsystems (30, 32) von einer außerhalb des Magnetfeldresonanztomographen (4) angeordneten externen Übertragungseinrichtung (18) und/oder zum Senden der vom Schallaufnehmer (8b) empfangenen akustischen Signale zu der externen Übertragungseinrichtung (18), wobei interne und externe Übertragungseinrichtung (12 bzw. 18) zur berührungs- oder kabellosen Übertragung der Signale vorgesehen sind.
Elektroakustisches System nach Anspruch 7, bei der die Signalübertragung zwischen der internen und externen Übertragungseinrichtung (12 bzw. 18) optisch erfolgt.
Elektroakustisches System nach Anspruch 7, bei der die Signalübertragung zwischen der internen und externen Übertragungseinrichtung (12 bzw. 18) durch ein elektromagnetisches Hochfrequenzsignal erfolgt.
Elektroakustisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit einer internen Signalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinrichtung (44) zur aktiven Geräuschunterdrückung.
Elektroakustisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 10, mit einer Stromversorgung (14) zum Versorgen der Signalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinrichtung und/oder der Übertragungseinrichtung mit elektrischer Energie.
Elektroakustisches System nach Anspruch 11, bei der als Stromversorgung (14) eine Batterie vorgesehen ist.
Elektroakustisches System nach Anspruch 12, mit einer Überwachungseinrichtung (19) zum Zu- bzw. Abschalten der Stromversorgung (14) in Abhängigkeit von der An- bzw. Abwesenheit eines Gradientenfeldes.
Elektroakustisches System nach Anspruch 11, bei dem die Stromversorgung (14) Mittel zum Erzeugen elektrischer Energie aus dem im Magnetfeldresonanztomographen vorhandenen Magnetfeld umfasst.