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DE10310575A1 - Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät erzeugten Betriebsgeräusches sowie medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät mit einer Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät erzeugten Betriebsgeräusches sowie medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät mit einer Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens

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DE10310575A1
DE10310575A1 DE10310575A DE10310575A DE10310575A1 DE 10310575 A1 DE10310575 A1 DE 10310575A1 DE 10310575 A DE10310575 A DE 10310575A DE 10310575 A DE10310575 A DE 10310575A DE 10310575 A1 DE10310575 A1 DE 10310575A1
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DE
Germany
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medical diagnostic
therapeutic device
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Mario Bechtold
Ralph Oppelt
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Siemens Corp
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Abstract

Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät erzeugten Betriebsgeräusches sowie medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät mit einer Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. DOLLAR A Bei einem Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät (4) erzeugten Betriebsgeräusches, wird gemäß der Erfindung mit einer Schallquelle (16, 16') lokal Antischall (160, 160') erzeugt. Als Schallquelle (16, 16') dient ein hochdirektiver parametrischer Lautsprecher. Dadurch können störende Betriebsgeräusche lokal begrenzt und wirksam unterdrückt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät erzeugten Betriebsgeräusches sowie auf ein medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät mit einer Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
  • Medizinische Diagnose- oder Therapiegeräte, beispielsweise Magnetresonanztomographen oder Lithotripter, erzeugen störende Betriebsgeräusche, denen vor allen Dingen der zu untersuchende oder zu behandelnde Patient ausgesetzt ist. Hohe Geräuschpegel treten für den Patienten insbesondere in Magnetresonanztomographen auf und können dort innerhalb des Magneten bis zu 120 dB(A) erreichen. Ein solcher Geräuschpegel ist dabei für den Patienten insbesondere unter den beengten Platzverhältnissen innerhalb eines Magnetresonanztomographen sowohl psychisch als auch physisch enorm belastend. Zur Verringerung dieser Belastung ist es bekannt, einerseits passive Hörschutzmaßnahmen, beispielsweise Ohrstöpsel oder Gehörschutzkopfhörer einzusetzen, oder andererseits durch konstruktive Maßnahmen am Diagnose- und Therapiegerät selbst dessen Betriebsgeräusche zu vermindern. Beide Maßnahmen sind nur bis zu einem gewissen Grade wirksam, da sowohl passiver Gehörschutz als auch konstruktive Maßnahmen nur bedingt Abhilfe schaffen können. Passive Gehörschutzmaßnahmen haben außerdem den Nachteil, dass diese unter hygienischen Gesichtspunkten problematisch sind und die Verwendung von Wegwerfartikeln erfordern.
  • In der US 5,427,102 wird außerdem ein Gerät mit aktivem Gehörschutz beschrieben. Es sind in der Nähe der Ohren des Patienten Mikrophone zur Aufnahme der von einem Magnetresonanztomographen erzeugten Geräusche vorgesehen. Lautsprecher senden sogenannten Antischall aus, der in einer elektronischen Einheit mittels der gemessenen Geräuschsignale so bestimmt wird, dass der Antischall die störenden Geräusche in der Nähe der Ohren des Patienten weitgehend kompensiert. Dabei befinden sich die Lautsprecher entweder in der näheren Umgebung des Patienten oder der Antischall wird über akustische Wellenleiter in Form von Schläuchen oder Röhren zum Patienten geleitet. Im ersten Fall empfinden Personen, die zur Gerätebedienung und/oder zur Patientenbehandlung ebenfalls anwesend sind, den Antischall aber als zusätzlichen Lärm, da der Antischall nicht auf den Geräuschpegel am Ort des Bedien-/Behandlungspersonals ausgelegt ist. Im zweiten Fall sind die akustischen Wellenleiter lose innerhalb des Magnetresonanztomographen verlegt. Bei einer Verlagerung des Patienten ist dann aber auch eine Verlagerung der akustischen Wellenleiter erforderlich. Dies ist aufwendig und umständlich. Außerdem ist der Frequenzgang eines solchen akustischen Wellenleiters begrenzt, so dass er unter Umständen den an die Übertragung des Antischalls gestellten Anforderungen nicht genügt.
  • Auch mit der US 5,313,945 wird eine Einrichtung zur aktiven Geräuschkompensation offenbart. Es werden wiederum akustische Wellenleiter eingesetzt, so dass sich ähnliche Schwierigkeiten wie vorstehend beschrieben ergeben können.
  • Bei dem mit der GB 2281970 A offenbarten Gerät ist als Lautsprecher ein Kopfhörer mit elektrischen Zuleitungen vorgesehen. Aufgrund dieser Zuleitungen kann es zur Ausbildung von für den Patienten gefährlichen Mantelwellen und/oder auch zu einer Verzerrung des Feldes der Hochfrequenz(HF)-Spulen oder -Antennen kommen. Die deshalb vorgesehene λ/4-Erdung kann die genannten Gefahren aber nicht mit absoluter Sicherheit vermeiden. Die maßgebliche Leitungswellenlänge hängt nämlich im wesentlichen vom Dielektrikum der elektrischen Zuleitung ab. Der genaue - und in der Regel sich mit der Zeit verändernde - Wert des Dielektrikums wird von vielen Einflussgrößen bestimmt. So spielen beispielsweise der vorhandene Luftraum, der Abstand zum Patienten und auch Bewegungen des Patienten eine Rolle.
  • Auch in der EP 597528 A1 wird eine Einrichtung zur aktiven Geräuschkompensation beschrieben, bei der Kopfhörer oder Lautsprecher insbesondere mit elektrischen Zuleitungen zum Einsatz kommen. Damit stellt sich wieder die Frage, wie die genannten gefährlichen Mantelwellen und Verzerrungen des HF- Feldes vermieden werden können.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerätes erzeugten Betriebsgeräusches anzugeben, das bei hoher Wirksamkeit technisch unaufwendig und hygienisch unbedenklich ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät anzugeben, das eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung umfasst.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Da mit einer Schallquelle lokal Antischall erzeugt wird, ist es möglich, den Schallpegel wirksam dort zu begrenzen, wo er seine störende Wirkung entfaltet. Dies ist insbesondere bei Diagnose- und Therapiegeräten möglich, bei denen sich der Patient oder auch das Bedienpersonal in der Regel während der Durchführung der Diagnose bzw. der Therapie in festen Positionen befindet, beispielsweise im Inneren eines Magnetresonanztomographen oder eines Lithotripters bzw. an einem entsprechenden Bediengerät. Der störende Schall kann dann gezielt in Kopf- oder Ohrnähe des Patienten oder der Bedienperson ausgelöscht werden.
  • Als Schallquelle wird vorzugsweise ein parametrischer Lautsprecher verwendet. Bei einem parametrischen Lautsprecher wird ein moduliertes nicht hörbares Ultraschallsignal erzeugt und die Nichtlinearität der akustischen Eigenschaften von Luft ausgenutzt. Auf Grund dieser Nichtlinearität wirkt diese als Demodulator, wobei das demodulierte Signal als hörbarer Schall vorliegt. Da als Träger des hörbaren Schalles Ultraschallwellen verwendet werden, die mit einem relativ kleinen Öffnungswinkel im Bereich von wenigen Winkelgraden abgestrahlt werden können, kann der Antischall lokal begrenzt und gezielt dort erzeugt werden, wo das Betriebsgeräusch die betreffende Person stört, d. h. von dieser wahrgenommen wird. Insbesondere liegt der Öffnungswinkel bei höchstens 15°, vorzugsweise bei höchstens 5°. Die Funktionsweise eines solchen hochdirektiven Lautsprechers ist beispielsweise auf der Internetseite www.atcsd.com/tl_hss.html, Stand: 15.01.2002, der American Technology Corporation näher erläutert. Aufgrund der starken Richtwirkung nimmt nur der Patient den für ihn bestimmten Antischall wahr, wohingegen sich das Bedienpersonal außerhalb des eng begrenzten durch den parametrischen Lautsprecher beschallten Bereichs befindet. Es nimmt den Antischall dann, im Gegensatz zum Stand der Technik, nicht als ein den Gesamt-Geräuschpegel erhöhendes Zusatzgeräusch wahr. Bei der Verwendung eines parametrischen Lautsprechers kommt es außerdem zu keinem unmittelbaren Kontakt des Patienten mit der Schallquelle oder einem anderen zur akustischen Übertragung eingesetzten Teil. Deshalb sind für die Schallquelle auch keine besonderen hygienischen Maßnahmen zu ergreifen.
  • Aufgrund der starken Richtwirkung kann der parametrische Lautsprecher auch ohne weiteres außerhalb des eigentlichen Diagnose- und Therapiegeräts, also insbesondere auch außerhalb eines Magnetresonanztomographen angeordnet und mit seiner Hauptabstrahlrichtung in das Geräteinnere ausgerichtet sein. Es ist dann keine Zuleitung, sei es in elektrischer oder akustischer Form, erforderlich. Der Antischall gelangt dennoch aufgrund der Richtwirkung in den Bereich der Patientenohren.
  • Als parametrischer Lautsprecher ist dabei insbesondere eine aus einer Vielzahl von Ultraschallwandlern aufgebaute Ultraschallwandleranordnung vorgesehen.
  • Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 7, wobei vorteilhaften Ausgestaltungen in den diesem Patentanspruch untergeordneten Unteransprüchen angegeben sind.
  • Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen die
  • Fig. 1 ein erstes medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät in Prinzipdarstellung und
  • Fig. 2 ein zweites medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät ebenfalls in Prinzipdarstellung.
  • Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Gemäß Fig. 1 ist in einem Behandlungsraum 2 ein medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät 4 angeordnet, im Ausführungsbeispiel ein symbolisch dargestellter Magnetresonanztomograph, in dem sich ein Patient 6 befindet.
  • In der Nähe des Kopfes 8 des Patienten 6 ist ein Schallaufnehmer 10, beispielsweise ein Mikrophon, angeordnet, der das in Kopfnähe auftretende und durch das Diagnose- oder Therapiegerät 4 erzeugte Betriebsgeräusch aufnimmt und an eine Steuer- und Regeleinheit 12 weiterleitet, die sich in einer Bedienkabine 14 befindet. Das vom Schallaufnehmer 10 an die Steuer- und Regeleinheit 12 weitergegebene elektrische Signal wird dort in ein Steuersignal für eine Schallquelle 16 umgewandelt. Die mit dem Steuersignal beaufschlagte Schallquelle 16 erzeugt lokal in der Nähe des Schallaufnehmers 10 beziehungsweise des Kopfes 8 sogenannten Antischall. Unter Antischall ist hier ein Schallfeld 160 zu verstehen, das annähernd die gleiche spektrale Zusammensetzung und Amplitude hat wie das vom Diagnose- oder Therapiegerät 4 erzeugte Schallfeld. Das Schallfeld 160 ist jedoch gegenüber dem vom Schallaufnehmer 10 aufgenommenen Schallfeld derart phasenverschoben, dass sich das vom Diagnose- oder Therapiegerät 4 erzeugte Schallfeld und das von der Schallquelle 16 (mittelbar) erzeugte Schallfeld 160 zumindest annähernd kompensieren.
  • Das Schallfeld 160 ist nur mittelbar erzeugt, da die nur symbolisch dargestellte Schallquelle 16 als ein hochdirektiver parametrischer Lautsprecher ausgeführt ist. Der parametrische Lautsprecher erzeugt unmittelbar ein vorn menschlichen Ohr nicht wahrnehmbares Ultraschallsignal. Dieses ist so moduliert, dass die nichtlinearen akustischen Eigenschaften des Ausbreitungsmediums, hier also der Luft, als Demodulator wirken. Als demoduliertes Signal ergibt sich dann ein hörbares Schallsignal, hier der zur aktiven Schallkompensation eingesetzte Antischall. Dadurch, dass die Schallquelle unmittelbar ein Ultraschallsignal erzeugt, kann eine sehr starke Richtwirkung eingestellt werden, auch für den nur mittelbar erzeugten hörbaren Antischall. Ein Öffnungswinkel α der Schallkeule ist sehr klein und liegt insbesondere zwischen 1° und 5°, im Beispiel von Fig. 1 bei 3°. Der Öffnungswinkel α ist hierbei als der Winkelbereich definiert, innerhalb dessen der Schalldruckpegel mindestens bei 50% des maximalen Schalldrucks liegt (= -3 dB-Grenze). Der Öffnungswinkel α ist auch in der Darstellung von Fig. 1 angedeutet.
  • Der parametrische Lautsprecher der Schallquelle 16 umfasst eine zweidimensionale ebene Anordnung aus einer Vielzahl von insbesondere piezoelektrischen PVDF-Ultraschallwandlern. Im Unterschied zu einer magnetischen ist eine piezoelektrische Schallquelle sehr gut MR-kompatibel, d. h. geeignet für einen Einsatz bei den hohen magnetischen Feldstärken, die im Innern und teils auch im Außenraum eines Magnetresonanztomographen vorliegen.
  • Durch die Verwendung eines hochdirektiven Lautsprechers 16 ist es möglich, diesen auch außerhalb des Magnetresonanztomographen anzuordnen und den von ihm erzeugten Schall gezielt durch eine vorzugsweise ohnehin vorhandene Öffnung eines Tomographmagneten auf den Kopf 8 des Patienten 6 zu richten (siehe Fig. 2). Der parametrische Lautsprecher kann sich aber auch innerhalb (siehe Fig. 1) des Magnetresonanztomographen befinden. Möglich ist beispielsweise eine Integration in der Verkleidung eines Tomographmagneten.
  • Grundsätzlich ist auch der Einsatz mehrerer Schallaufnehmer 10 und diesen jeweils zugeordneten Schallquellen 16 möglich. Beispielsweise kann in der Nähe eines jeden Ohres des Patienten 6 ein Schallaufnehmer 10 angeordnet sein.
  • Zusätzlich können auch Schallaufnehmer 10' und Schallquellen 16' in der Bedienkabine 14 vorgesehen sein, um das Bedienpersonal 18 ebenfalls vor zu hoher Geräuschbelastung zu schützen. In diesem Fall ist außerdem ein akustischer Kontakt, also ein bidirektionaler Kommunikationskanal, zwischen Patienten 6 und Bedienpersonal 18 problemlos möglich. Im Wesentlichen kann man dabei auf die für die aktive Schallkompensation ohnehin benötigten Komponenten zurückgreifen. Die Schallaufnehmer 10 und 10' sowie die Schallquellen 16 und 16' beim Patienten 6 bzw. beim Bedienpersonal 18 lassen sich auch für die bidirektionaler Kommunikation verwenden. Bei dem Einsatz herkömmlicher Schallquellen mit geringer oder gar keiner Richtwirkung kann ein solcher Kommunikationskanal gegebenenfalls nur unter sehr viel größeren Schwierigkeiten eingerichtet werden, da es zu störenden Überlappungen der von den nichtdirektiven Schallquellen erzeugten Schallfeldern kommt.
  • Weiterhin kann dem Steuersignal für den Antischall auch ein anderes Signal beispielsweise ein Musiksignal überlagert sein. Dann werden vom Patienten nicht nur die störenden Betriebsgeräusche des Magnetresonanztomographen weitgehend ferngehalten, er kann außerdem auch Musik hören. Für den Patienten lässt sich dadurch die Untersuchung/Behandlung in dem engen und ohne Schallkompensation auch sehr lauten Magnetresonanztomographen erheblich angenehmer gestalten.
  • In dem in Fig. 2 gezeigten Gerät ist auch eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der (Kopf)Position des Bedienpersonals 18 vorgesehen. Im Beispiel dient eine Kamera 20' als Erfassungseinrichtung. Die Kamera 20' ist an die Steuer- und Regeleinheit 12 angeschlossen. Die mittels der Kamera 20' aufgenommene Bildinformation wird dort dazu verwendet, das von der Schallquelle 16' erzeugte Schallfeld 160' der aktuellen Position des Bedienpersonals 18 (= Antischall-Zielgebiet) nachzuführen. Hierzu lässt sich die Richtung des Schallfelds 160', wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, verstellen. Es sind entsprechende mechanische oder elektronische Verstellmittel vorgesehen. Besonders günstig ist die elektronische Verstellung, die sich in einfacher Weise durch eine veränderte elektronische Ansteuerung der einzelnen PVDF-Ultraschallwandler des parametrischer Lautsprechers 16 erzielen lässt (= Funktionsweise eines sogenannten Phased Arrays). Die so veränderte Ansteuerung kann auch mittels der ohnehin vorhandenen Steuer- und Regeleinheit 12 erfolgen. Die Möglichkeit zur Änderung der Abstrahlrichtung ist besonders bei einem Einsatz eines hochdirektiven parametrischen Lautsprechers von Vorteil. Damit lässt sich nämlich sicherstellen, dass der Antischall des Schallfelds 160' das Bedienpersonal 18 auch dann erreicht, wenn es sich bewegt, insbesondere wenn es den ursprünglich vom Schallfeld 160' erfassten Bereich verlässt. Obwohl in Fig. 2 nicht explizit dargestellt, kann eine solche Verstellmöglichkeit der Abstrahlrichtung bei Bedarf auch für die den Patienten 6 erfassende Schallquelle 16 vorgesehen sein.
  • Die vorstehend am Beispiel eines Magnetresonanztomographen beschriebenen Maßnahmen zur aktiven Schallkompensation sind nicht auf diesen Gerätetyp beschränkt. Vielmehr lassen Sie sich in gleicher oder ähnlicher Weise auch zur Kompensation störender Betriebsgeräusche anderer medizinischer Diagnose- oder Therapiegeräte einsetzen.

Claims (13)

1. Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät (4) erzeugten Betriebsgeräusches, bei dem mit einer Schallquelle (16, 16') lokal Antischall (160, 160') erzeugt und als Schallquelle (16, 16') ein hochdirektiver parametrischer Lautsprecher verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als parametrischer Lautsprecher eine Ultraschallwandleranordnung vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem von der Schallquelle (16, 16') Ultraschall und der hörbare Antischall (160, 160') aufgrund von nichtlinearen akustischen Eigenschaften des Übertragungsmediums erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Antischall (160, 160') mit einem Öffnungswinkel von kleiner als 15°, insbesondere von kleiner als 5°, abgestrahlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Zielgebiet des Antischalls (160, 160') auf eine Positionsänderung überwacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Abstrahlrichtung des Antischalls (160, 160') in Abhängigkeit von der erfassten Positionsänderung des Antischall-Zielgebiets verändert wird.
7. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6), insbesondere Magnetresonanztomograph mit einer Einrichtung zum lokalen Vermindern des von diesem erzeugter. Betriebsgeräusches, die zumindest einen Schallaufnehmer (10, 10') umfasst, der über eine Steuer- und Regeleinheit (12) an eine als hochdirektiver parametrischer Lautsprecher ausgebildete Schallquelle (16, 16') angeschlossen ist, die zur Verringerung des Geräuschpegels zumindest in der Umgebung des Schallaufnehmers (10, 10') Antischall (160, 160') erzeugt.
8. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6) nach Anspruch 7, bei dem als parametrischer Lautsprecher eine Ultraschallwandleranordnung vorgesehen ist.
9. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6) nach Anspruch 8, bei dem Ultraschallwandler aus PVDF vorgesehen sind.
10. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Schallquelle (16, 16') zur mittelbaren Erzeugung von hörbarem Antischall ausgelegt ist.
11. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Schallquelle (16, 16') einen Öffnungswinkel von kleiner als 15°, insbesondere von kleiner als 5°, aufweist.
12. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem Erfassungsmittel (20') zur Erfassung einer Positionsänderung des Antischall-Zielgebiets vorgesehen sind.
13. Medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät (6) nach Anspruch 12, bei dem Einstellmittel (12) zur Einstellung der Abstrahlrichtung des Antischalls (160, 160') in Abhängigkeit von der erfassten Positionsänderung des Antischall-Zielgebiets vorgesehen sind.
DE10310575A 2002-04-16 2003-03-11 Verfahren zum lokalen Vermindern des von einem medizinischen Diagnose- oder Therapiegerät erzeugten Betriebsgeräusches sowie medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät mit einer Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens Ceased DE10310575A1 (de)

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