DE19727657C1 - Antischallautsprecher - Google Patents

Description

Ein Antischallautsprecher als elektrodynamischer Tiefmitteltonlautsprecher ohne eigenen Magneten zur Verwendung unmittelbar im Magnetresonanztomographen zur aktiven Lärmbekämpfung, ohne mit der Bildgebung zu interferieren.

Superschnelle Methoden der Kernspintomographie zur bildlichen Darstellung von z. B. Hirnleistungs- und Herzfunktionsstörungen sind durch ihre hohen Schallemissionen, denen im niederfrequen­ ten Bereich durch passive Maßnahmen nur unzureichend begegnet werden kann, in Anwendung und klinischer Verbreitung einge­ schränkt (Zeitschrift "British Journal of Radiology", Jahrgang 1994, Heft 67, Seiten 413 bis 415; Zeitschrift "Radiology", Jahrgang 1994, Heft 191, Seiten 91 bis 93 in Verbindung mit der "Empfehlung der Strahlenschutzkommission, verabschiedet in der 131. Sitzung am 22. Juni 1995", Seite 17). Auch unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte stellen die Schallemissionen eine Redu­ zierung von Patientenkomfort und Kommunikationsmöglichkeiten und damit der Patientensicherheit dar. Aktive Lärmbekämpfung ("Antischall") stellt ein aussichtsreiches Verfahren zur Redu­ zierung der Schallemissionen von MRT-Anlagen dar (Zeitschrift "Radiology" Jahrgang 1989, Heft 173, Seiten 549 bis 550 und Zeitschrift "Proceedings of the Society of Magnetic Resonance" Jahrgang 1995, Heft 2, Seite 1223). Eine wirksame Störgeräusch­ auslöschung ist für Frequenzen bis etwa 1 kHz aber nur möglich, wenn I.) der Antischallautsprecher einen sehr geringen räumli­ chen Abstand zur Störgeräuschquelle (dem Gradientenrohr inner­ halb des MRT-Magneten) hat und II.) der Antischallautsprecher das akustische Feld der Störquelle spiegeln kann (Buch "Active Control of Sound", Academic Press: London, Jahr 1992). Es ist bisher kein mit Magnetresonanztomographen kompatibler Schaller­ zeuger beschrieben worden, der diese Forderungen erfüllt.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die hohen Störschallpegel von MRT-Anlagen durch aktive Lärmbekämpfung wirkungsvoll gesenkt werden können, wenn ein leistungsstarker Antischallerzeuger im Gradientenrohr der MRT-Anlage installiert werden kann. Insbesondere muß hierbei dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Handhabung magneti­ scher Materialien in heutzutage zur Anwendung gelangenden Ma­ gnetfeldflußdichten (1 T bis 3 T im klinischen Betrieb) ein äu­ ßerst großes Gefahrenpotential darstellt.

Anordnungen zur Auslöschung von Schallwellen, basierend auf dem Prinzip der Erzeugung eines um 180° phasenverschobenen Signals, sind vielfach auch außerhalb der Magnetresonanztomographie be­ schrieben worden (DE 195 28 888 A1), können jedoch im Bereich der Magnetresonanztomographie aufgrund der dort vorliegenden Ge­ gebenheiten nicht verwandt werden.

Frühere Entwicklungen von Störgeräuschunterdrückungssystemen in der Magnetresonanztomographie beschränken sich auf die Stör­ geräuschverminderung zur Verbesserung der Patientenüberwachung außerhalb des Magnetresonanztomographen, in einem vom Magnetre­ sonanztomographen akustisch isolierten Kontrollraum. Hierbei wird zudem kein Antischall erzeugt, sondern ein durch Verwendung geeigneter adaptiver Filter um das Störsignal vermindertes Si­ gnal mit einem herkömmlichen Lautsprecher innerhalb des magnet­ feldfreien Kontrollraumes ausgegeben (EP 0 655 730 A1).

Ein zur Verwendung innerhalb des homogenen Teils des Magnetfel­ des eines Magnetresonanztomographen geeigneter elektrodynami­ scher Lautsprecher ohne eigenen Magneten unter Verwendung ferro­ magnetischer Feldinhomogenisierer sowie von Schlauchleiter­ systemen zur Weiterleitung des erzeugten Schalls ist bereits be­ schrieben worden (US 005 450 499 A). Dieser liefert jedoch auf­ grund des verwendeten Schlauchleitersystems weder die zur Erzeu­ gung von Antischall erforderlichen Schalldrücke über das benö­ tigte Frequenzband in definierter Phasenlage, noch erlaubt die Verwendung von wesentlichen ferromagnetischen Bauteilen die un­ bedingt zu fordernde gefahrlose Handhabung in von Magnetfeldern durchdrungenen Räumen. Desweiteren entstehen bei Verwendung fer­ romagnetischer Bauteile innerhalb des ursprünglich homogenen Teils des Magnetfeldes durch die lokale Erzeugung nichtdefinier­ ter Magnetfeldinhomogenitäten Interferenzen mit der Bildgebung.

Diese Probleme werden durch den im Patentanspruch aufgeführten Antischallautsprecher gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß ei­ ne aktive Lärmbekämpfung über einen, mit Schlauchleitersystemen nicht erzielbaren, ausreichend großen Frequenzbereich bei MRT- Anlagen, insbesondere im Bereich unterhalb 1 kHz bis 50 Hz, er­ möglicht wird, da das akustische Problem der Erzeugung phasende­ finierten Antischalls auf den einfachen eindimensionalen Fall von Schallwellen im Inneren einer Röhre reduziert wird und der Abstand zwischen Störquelle und Antischallautsprecher so verrin­ gert wird, daß Störschallauslöschung bis zu einer Frequenz von ca. 1 kHz möglich wird. Oberhalb dieser Frequenz ist passiver Schallschutz ausreichend wirksam.

Weitere Vorteile bietet die offene Bauform der Schwingspule des Tiefmitteltonlautsprechers, sie ermöglicht I.) eine vollkommen symmetrische und damit (Lorentz-) kraftfreie Stromzuführung, II.) eine Gebläsekühlung zur Erhöhung der Dauerlastfestigkeit sowie III.) eine axiale Verlängerung des Schwingspulenträgers zur räumlichen Trennung der Membran, nahe dem untersuchten Volu­ men im homogenen Teil des Magnetfeldes, von der Schwingspule im inhomogenen Teil des Magnetfeldes am Rand des Magneten.

Der vollständige Verzicht auf ferromagnetische Materialien er­ möglicht die unter allen Umständen sichere Handhabung des Anti­ schallautsprechers. Anderenfalls können ferromagnetische Teile geschoßartig in Richtung des Zentrums des permanenten Magnetfel­ des beschleunigt werden. Es sind keinerlei Sicherungsmaßnahmen zur Beherrschung von ferromagnetischen Kräften in der Nähe von MRT-Magneten erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der elektrodynamische Tiefmitteltonlautsprecher ist aus einem kommerziell erhältlichen Tieftonlautsprecher mit Aluminiumdruck­ gußkorb (Hersteller: Baltlains, Lettland, Typ 75 GDN) herge­ stellt worden. Der Lautsprechermagnet mit Polplatte sowie die Spulenzuleitungen wurden entfernt. Die nun offenliegende Schwingspule wurde direkt an ein geschirmtes Kabel (RG 58 CU) angeschlossen und mit einer Gebläsekühlung versehen. Durch die Inhomogenität des starken Magnetfeldes am Rande des MRT-Magneten erfährt die Schwingspule nun je nach eigener Polarität eine Kraft in Richtung abnehmender bzw. zunehmender Feldstärke. Auf einer Holzplatte am Ende des Gradientenrohres innerhalb des MRT- Magneten (Bruker, 3 T/60 cm Magnet mit Gradientenrohr SK330) in­ stalliert, liefert dieser Lautsprecher Schalldrücke bis zu 130 dB bei 100 Hz und bis zu 115 dB bei 6 kHz - gemessen mit einem Brüel & Kjaer Typ 2233 Schallpegelmesser im Zentrum des Magne­ ten - bei einer Verstärkerleistung von etwa 100 Watt. Diese Lei­ stungen reichen aus, um wirksam Antischall erzeugen zu können.

Claims (1)

1. Ein Antischallautsprecher zur aktiven Lärmbekämpfung, insbeson­ dere zur Verwendung unmittelbar im Magnetresonanztomographen, ohne mit der Bildgebung zu interferieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrodynamischer Tiefmitteltonlautsprecher ohne eigenen Magneten vorgesehen ist, bei dem zur Antischallerzeugung die An­ triebskraft der Schwingspule des antimagnetischen Lautsprechers durch ein externes, räumlich ausgedehntes, in Richtung der Schwingspulenhauptachse inhomogenes Magnetfeld erzeugbar ist.