FI103384B - Stimulointikärki ja menetelmä stimulaattorikelan äänen vaimentamiseksi - Google Patents

Description

103384

Stimulointikärki ja menetelmä stimulaattorikelan äänen vaimentamiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukai-5 nen stimulointikärki ja patenttivaatimuksen 5 johdannon mukainen menetelmä.

Stimulointikärkiä käytetään magneettistimulaattoreissa muuntamaan stimulaattorin teholähteen stimulointikärkeen 10 syöttämää sähköenergiaa magneettikentän energiaksi. Magneettikenttä synnytetään stimulointikärjessä olevan kelan avulla, ja stimulointikärki voi olla myös kiinteä osa magneetti st imu laattor ia .

15 Tunnetun tekniikan mukaisesti voidaan biologiseen kudokseen ja muuhun johtavaan väliaineiseen vaikuttaa kohdistamalla siihen sähkömagneettinen kenttä, joka koostuu sähkökentästä E ja magneettikentästä B. Useita kudoksia kuten aivoja, ääreishermostoa ja sydäntä voidaan stimuloida sähkökentän 20 avulla. Sopiva sähkömagneettinen kenttä voidaan synnyttää esim. stimuloitavan kohteen päälle asetetulla kelalla.

Aivokuorta voidaan stimuloida vaarattomasti ja kivuttomasti synnyttämällä yhdellä tai useammalla pään pinnalle asetetul-25 la kelalla voimakas magneettikenttä, joka indusoi haluttuun kohtaan sähkövirran. Sähkövirran aiheuttamaa hermosolujen aktivaatiota voidaan käyttää hyväksi monella tavalla. Eräitä aivokuoren alueita stimuloimalla voidaan esim. käden alueen lihakset saada supistumaan, mikä mahdollistaa hermojen 30 johtonopeuksien mittaamisen aivojen ja lihaksien välillä. Toisia alueita stimuloimalla voidaan häiritä aivojen normaalia toimintaa esim. jonkin tehtävän suorituksen aikana, jolloin voidaan saada selville, missä osissa aivoja erilai-: siä tehtäviä suoritetaan. Eräitä alueita stimuloimalla 35 voidaan myös saada aikaan terapeuttisia vaikutuksia; on mm. raportoitu, että depressiopotilaita voitaisiin auttaa stimuloimalla otsalohkon aivokuorta.

Stimuloiva magneettikenttä tuotetaan yleensä kelalla, joka 40 on valmistettu paksuista jäähdytetyistä johdinsilmukoista.

2 103384

Magneettikenttää tuotettaessa magneettistimulaattorikelaan syötetään virtapulssi, joka on tyypillisesti voimakkuudeltaan l - 20 kA ja kestoajaltaan 50 - 500 με. Virtapulssien toistotaajuus voi olla esim. 0,1 - 50 Hz, ja ne synnyttävät 5 johtimiin hyvin suuria, nopeasti muuttuvia voimia. Näiden voimien vaikutuksesta kela tärähtää voimakkaasti synnyttäen tyypillisesti l - 10 kHz:n taajuisen ja voimakkuudeltaan jopa yli 12 0 dB olevan paukahduksen. Syntynyt ääni voi vahingoittaa jopa sisäkorvan karvasoluja. Paukahdukselta 10 onkin usein suojauduttava käyttämällä korvatulppia tai muita kuulosuojaimia. Suojaimista huolimatta ääni tuntuu usein hyvin epämiellyttävältä sekä potilaasta tai koehenkilöstä että kokeen suorittajasta. Lisäksi stimuloinnin yhteydessä syntyvä ääni aktivoi aivojen kuulemiseen osallistuvia osia, 15 jolloin aivojen aktivaatiokokeiden tulkinta vaikeutuu. Stimulaattorikelan ääni on erityisen häiritsevä tutkittaessa kuuloj ärj estelmää.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan 20 puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen mag-neettistimulaattorin stimulointikärki sekä menetelmä stimulaattorikelan aiheuttaman pamahduksen vaimentamiseksi.

Keksintö perustuu siihen, että stimulaattorikela olennaises-25 ti ympäröidään rakenteella, joka mahdollistaa ainakin stimulaattorikelan koteloimisen alipaineistettuun vaippaan. Mikäli koteloon saadaan tuotetuksi olennaisesti tyhjiö-olosuhteet, saavutetaan periaatteessa täydellinen akustinen suoja. Ääntä johtuu kuitenkin tässäkin tapauksessa kelan 30 ripustusmekanismin ja virtajohtimien kautta ympäristöön. Ilmatiiviyden lisäksi stimulaattorikelan kotelon tulee olla : ainakin kelan ja stimuloitavan kohteen välisiltä osiltaan magneettikenttää hyvin läpäisevä.

35 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle magneettisti-mulaattorin stimulointikärjelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mikä 103384 3 on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Keksinnön avulla voidaan stimulaattorin synnyttämän äänen etenemistä 5 tutkittavan henkilön tai kokeensuorittajan korviin oleellisesti vaimentaa ja koetapahtuman miellyttävyyttä parantaa. Keksintöön perustuvalla äänieristyksellä on mahdollista vaimentaa ääntä niin paljon, että se voidaan häivyttää 50 -60 dB: n taustameluun, joka on useimmissa auditorisissa 10 kokeissa hyväksyttävä taso. Tällöin stimulaatiokelan tuottama ääni ei häiritse saatikka vaaranna tutkittavien henkilöiden ja tutkimushenkilökunnan kuuloa. Keksinnön avulla aivojen ja erityisesti kuulojärjestelmän stimulaatiokokeet myös tarkentuvat, sillä stimulaatiopulssiin liittyvä kuuloaivo-15 kuoren ei-toivottu aktivoituminen voidaan keksinnön avulla välttää.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan esimerkkien avulla ja oheisiin piirustuksiin viitaten.

20

Kuvio 1 esittää halkileikkauksena yhtä keksinnön mukaista stimulointikärkeä.

Kuvio 2 esittää halkileikkauksena toista keksinnön mukaista 25 stimulointikärkeä.

Kuvio 3 esittää osittain leikattuna perspektiivikuvantona kolmatta keksinnön mukaista stimulointikärkeä.

30 Kuvion 1 mukaisessa stimulointikärjessä on kela 1, tätä ympäröivä kotelo 2, koteloa 2 kannattava runkokappale 3, : kotelon 2 kansi 4, kotelon 2 alipaineistettavissa oleva sisätila 5 ja sähköjohtimet 7, joita pitkin kelaan 1 voidaan syöttää sähköenergiaa. Stimulointikärki voi lisäksi käsittää 35 elementtejä, joita ei ole esitetty kuviossa 1. Yksi useissa magneettistimulaattoreissa erittäin oleellinen elementti on kelan 1 jäähdytysputkisto. Stimuloitaessa käytetään suuria sähkövirtoja, joten ilman jäähdytystä kela 1 pyrkii kuu- 4 103384 menemään voimakkaasti, mikäli kela 1 on valmistettu häviöl-lisestä materiaalista. Yksi edullinen tapa jäähdytysputkis-ton toteuttamiseksi on sijoittaa putkisto sähköjohdinten 7 sisälle ja samalla tapaa myös kelan 1 johdinten sisällä 5 kulkevaksi. Tällöin johtimet ovat siis onttoja. Jäähdytys-nesteenä käytetään esimerkiksi vettä.

Kotelo 2 on tässä sovellusmuodossa pitkänomainen, minkä ansiosta kela 1 voidaan sijoittaa kauas kotelon kannesta 4 10 ja laiterungosta 3. Tällöin stimuloitavaa kohdetta, esimerkiksi koehenkilön tai potilaan päätä, ei tarvitse sijoittaa lähelle laiterunkoa 3. Kelan 1 ja kannen 4 välinen etäisyys on edullisesti 30 - 100 cm. Tällöin kotelon 2 suuaukko, joka on suljettu kannella 4, voidaan sijoittaa potilaasta katsoen 15 laiterungon 3 toiselle puolelle tavanomaisella tavalla äänieristettyyn tilaan. Tällä rakenteella voidaan vähentää kelasta 1 johtimia 7 pitkin kanteen 4 ja edelleen kantta 4 ympäröivään ilmaan johtuvan äänen vaikutusta potilaaseen.

20 Johdinten 7 läpiviennit kotelosta 2 kannen 4 läpi on värähtelyjen vähentämiseksi edullista tehdä massiivisiksi. Tämän takia on edullista käyttää suhteellisen paksua ja raskasta kantta 4, jolloin myös kannen 4 ja johdinten 7 välille saadaan tehdyksi pitkä liitos. Myös laiterungon 3 on edul-25 lista olla massiivinen. Tällöin kotelo 2 voidaan värähtelyjen vähentämiseksi tukea vakaaseen rakenteeseen eli tässä tapauksessa laiterunkoon 3. Sekä kotelon 2 ja kannen 4 että kannen 4 ja johdinten 7 välisten liitosten on myös oltava ilmatiiviit. Kansi suunnitellaan myös edullisesti alipaineen 30 vaikutuksesta itsestään tiivistyväksi.

Itse kotelo 2 valmistetaan ilmatiiviistä ja alipainetta luhistumatta kestävästä materiaalista. Kotelon 2 on lisäksi oltava magneettikenttää hyvin läpäisevä ainakin niiltä 35 osiltaan, jotka ovat kelaa 1 lähellä ja siis stimuloitaessa kelan 1 ja stimuloitavan kudoksen välissä. Sovelluksen mukaan kotelo 2 voidaan valmistaa esimerkiksi lasikuidusta, joka on pinnoitettu kaasutiiviillä materiaalilla kuten 103384 5 ohuella metallikerroksella. Kotelo 2 voidaan valmistaa myös esimerkiksi sopivasta muovista tai lasista. Joissakin sovelluksissa edullinen kotelomateriaali voi olla monikerroksinen komposiittirakenne, jolloin kotelon 2 seinään voidaan val-5 mistaa äänienergian etenemistä heikentäviä elementtejä.

Kela 1 ja siihen liittyvät johtimet 7 eristetään akustisesti kotelosta 2 laskemalla kotelon 2 sisätilan 5 paine riittävän alhaiseksi. Äänieristys perustuu kelan 1 värähtelyjä kotelo loon 2 johtavan väliaineen vähäisyyteen. Kotelon sisätilan 5 paine on laskettava niin alhaiseksi, että kelasta 1 potilaan korviin kantautuvaa ääntä saadaan riittävästi vaimennettua. Mikäli kelan 1 pamahduksen voimakkuus on 120 dB ja mittaus-huoneen taustamelun taso on 50 - 60 dB, tämä tarkoittaa 60 -15 70 dB:n vaimennuskykyä. Riittävän vaimennuksen saavuttami seen tarvittava paine riippuu em. äänenvoimakkuuksien lisäksi mm. kelan 1 rakenteesta ja sijainnista kotelon 2 sisällä sekä kotelon 2 rakenteesta. Yleisesti ottaen kotelon sisätilan 5 paineen tulee olla ainakin alle 10%, edullisesti alle 20 0,05%, normaali-ilmanpaineesta. Erittäin edullisesti kotelon sisätilan paine on alle 0,02 Pa. Tämä on 60 dB:n äänenvoimakkuutta vastaava äänenpaine. Teoreettisestikin ottaen on siis 0,02 Pa:n paineessa olevan kaasun välittämän äänen (paineaallon) voimakkuus enimmillään 60 dB:n suuruusluokkaa. 25 Äänen johtumiseen vaikuttaa väliaineen äänienergiansiirtoky-vyn lisäksi myös kelan 1 ja väliaineen sekä väliaineen ja kotelon 4 välinen kytkentä.

Kuvion 2 esittämä stimulointikärki poikkeaa joiltakin osin 30 kuvion 1 stimulointikärjestä. Kuvion 2 stimulointikärjessä kotelo 2 koostuu sisäkuoresta 9 ja ulkokuoresta 10, jotka on liitetty ilmatiiviisti yhteen. Äänieristyksessä käytettävä ! alipaine tuotetaan tässä sovellusmuodossa kotelon 2 kuorien 9, 10 väliin. Tässä sovellusmuodossa ei myöskään ole kuvion 35 1 sovellusmuodossa käytetyn kaltaista kotelon 2 ilmatiivistä kantta 4. Kotelon 2 suuaukko on avoin ja sijaitsee tavanomaisesti äänieristetyssä kammiossa laiterungon 3 sisäpuolella. Tähän kammioon, kotelon 2 suuaukon läheisyyteen, 6 103384 on sijoitettu vastaäänigeneraattori, jonka tehtävänä on tuottaa kelan 1 pamahdukselle mahdollisimman hyvä vastak-kaisvaiheinen pamahduksen kumoava vastaääni. Jos vastaäänen avulla kyetään vaimentamaan kelan 1 pamausta merkittävästi, 5 voidaan käyttää kevyempää äänieristystä kotelon 2 suuaukon ja potilaan välissä. Kuvion 2 sovellusmuodossa on lisäksi pyritty vähentämään kotelon 2 värähtelyä kiinnittämällä kotelon 2 ulkokuoreen 10 vaimennusmassa 8.

10 Kuvion 3 stimulointikärki eroaa kuvion 1 sovellusmuodosta siinä, että kuvion 3 kärjessä kotelo 2 on huomattavasti lyhyempi. Tällaista rakennetta tarvitaan esim. magneettisti-mulaattoreissa, joissa ei yksinkertaisesti ole tilaa pidemmälle stimulointikärjelle.

15

Keksinnön puitteissa voidaan ajatella myös yllä kuvatuista sovellusmuodoista poikkeavia ratkaisuja. Stimulointikärki voidaan varustaa esim. kelan 1 värähtelyjä vaimentavalla kelaan 1 kiinnitetyllä suhteellisen suurella massalla. Myös 20 keloja 1 voi olla kaksi tai useampia samassa kotelossa 2, ja kelojen muoto voi poiketa kuvioissa esitetystä. Kela 1 voi olla esim. ns. 8-kela, joka muodoltaan muistuttaa numeroa kahdeksan. Käytännöllisyyden vuoksi kotelo 2 voidaan suunnitella sellaiseksi, että kela tai kelat 1 voidaan helposti 25 vaihtaa. Kotelo 2 voidaan myös varustaa painemittarilla ja tyhjennysventtiilillä, joiden avulla kotelon 2 alipaineis-tettavissa olevan sisätilan 5 painetta voidaan tarkkailla ja asetella halutuksi.

30 Stimulointikärki voi käsittää myös säätömekanismin, jonka avulla kela 1 voidaan asettaa mahdollisimman lähelle stimuloitavan kohteen ja kelan 1 välissä olevaa kotelon 2 seinä-: mää tähän kuitenkaan koskematta. Kotelon 2 sisälle voidaan asettaa myös äänienergiaa absorboivia elementtejä.

Magneettistimulaattoriin voidaan myös liittää alipainepumppu ja kytkeä tämä stimulointikärkeen. Näin meneteltäessä ali-paineistettavissa olevan tilan 5 painetta voitaisiin laskea 35 103384 7 pumpun avulla esimerkiksi aina mittausten ajaksi. Tällöin alipaineistettavissa olevan tilan 5 rakenteen tiiviys ei ole aivan yhtä kriittinen tekijä, ja käyttötilanteessa voidaan silti päästä toistuvasti hyvään äänieristykseen. Esimerkiksi 5 normaalilla yksiasteisella mekaanisella pumpulla on mahdol-lista päästä paineisiin, jotka ovat alle 0,01% normaali-ilmanpaineesta. Jos tällaisia pumppuasteita kytketään kaksi sarjaan, voidaan päästä jo alle 0,0001% normaali-ilmanpaineesta oleviin paineisiin. Haluttaessa alhaisempia paineita 10 voidaan käyttää esimerkiksi diffuusiopumppua kytkettynä sarjaan mekaanisen pumpun kanssa.

Laiterungon 3 ei myöskään tarvitse välttämättä olla oma erillinen osansa, joka kuuluisi kiinteästi stimulointikär-15 keen tai magneettistimulaattoriin. Stimulointikärjen kotelo 2 voidaan aivan yhtä hyvin kiinnittää esimerkiksi huoneen väliseinään tai johonkin muuhun tukirakenteeseen 3. Tällöin stimulointikärki yhdistyy magneettistimulaattoriin esimerkiksi pelkästään sähköjohdinten 7 välityksellä.

«

Claims (6)

8 103384

1. Elävän kudoksen, kuten ihmisaivojen, stimuloinnissa 5 käytettävän magneettistimulaattorin stimulointikärki, joka käsittää - ainakin yhden kelan (l) stimuloivan magneettikentän tuottamiseksi ja 10 - johtimet (7) sähkövirran johtamiseksi magneettistimu-laattorilta kuhunkin kelaan (1), tunnettu siitä, että 15 - stimulointikärki käsittää kotelon (2) , joka rajaa ainakin yhden ilmatiiviin tilan (5), - kukin kela (1) on sijoitettu koteloon (2), 20 - kutakin kelaa (1) oleellisesti ympäröi ainakin yksi ilmatiivis tila (5), ja - kotelo (2) on ainakin osittain magneettikenttää lä- 25 päisevä, • jolloin kunkin kelan (1) ja stimuloitavan kohteen välille voidaan tuottaa akustinen eristys laskemalla ilmatiiviin tilan (5) paine olennaisen alhaiseksi. 9 103384

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen stimulointikärki, tunnettu siitä, että 5. kotelo (2) käsittää kannen (4), jolla kotelo (2) on suljettu siten, että ilmatiiviinä tilana (5) on kotelon (2) sisätila, ja - klikin kela (1) on sijoitettu ilmatiiviiseen tilaan (5) 10 (kuvio 1).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen stimulointikärki, tunnettu siitä, että 15 - kotelo (2) käsittää sisäkkäiset ulkokuoren (10) ja sisäkuoren (9), joiden välinen tila on ilmatiivis tila (5), ja 20. kukin kela (1) on sijoitettu kotelon (2) sisäkuoren (9) sisäpuolella olevaan tilaan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen stimulointikärki, 25 tunnettu siitä, että se käsittää vastaäänigeneraat- torin (6).

5. Menetelmä magneettistimulaattorin stimulaattorikelan (1) 30 aiheuttaman pamahduksen vaimentamiseksi tunnettu siitä, että - muodostetaan stimulaattorikelan (1) äänieristyssuun-nassa olennaisesti ympäröivä ilmatiivis tila (5) ja 35 - muodostetaan ilmatiiviiseen tilaan (5) olennaisesti alhainen paine äänen etenemisen vaimentamiseksi. 5 10 103384

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä tunnet-t u siitä, että muodostetaan ilmatiiviiseen tilaan (5) paine, joka on alle 0,05% normaali-ilmanpaineesta. 11 103384