DE19727657C1

DE19727657C1 - Anti-noise loudspeaker combating noise for direct use in MR tomography esp. control of sound in brain and heart studies

Info

Publication number: DE19727657C1
Application number: DE19727657A
Authority: DE
Inventors: Frank Baumgart
Original assignee: INST NEUROBIOLOGIE DIREKTOR PR
Current assignee: INST NEUROBIOLOGIE DIREKTOR PR
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2017-07-01

Abstract

The anti-noise loudspeaker for actively combatting noise, esp. for direct use in magnetic resonance tomographs, without interfering with the image production. An electrodynamic low middle tone loudspeaker without its own magnets is provided. With the use of this loudspeaker for anti-noise production, the drive power of the moving coil of the antimagnetic loudspeaker, is producible by an inhomogeneous magnetic field spatially spread in the direction of the moving coil main axis.

Description

Ein Antischallautsprecher als elektrodynamischer Tiefmitteltonlautsprecher ohne eigenen Magneten zur Verwendung unmittelbar im Magnetresonanztomographen zur aktiven Lärmbekämpfung, ohne mit der Bildgebung zu interferieren.An anti-noise speaker as an electrodynamic low-mid speaker without its own Magnets for immediate use in magnetic resonance imaging for active noise abatement without interfering with imaging.

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.Superfast methods of magnetic resonance imaging for imaging Representation of z. B. Brain performance and cardiac dysfunction are due to their high sound emissions, those in the low frequency Passive measures are insufficient to address this area can be used in application and clinical spread limits (British Journal of Radiology, vintage 1994, No. 67, pages 413 to 415; Journal "Radiology", 1994, issue 191, pages 91 to 93 in connection with the "Recommendation of the Radiation Protection Commission, adopted in the 131st meeting on June 22, 1995 ", page 17). Also below the statutory limit values reduce noise emissions decoration of patient comfort and communication possibilities and thus represents patient safety. Active noise abatement ("Antischall") represents a promising method for reducing of noise emissions from MRI systems (magazine "Radiology" volume 1989, number 173, pages 549 to 550 and Proceedings of the Society of Magnetic Resonance magazine 1995, Issue 2, page 1223). An effective noise cancellation is only possible for frequencies up to 1 kHz, if I.) the anti-noise speaker a very small spatial Chen distance to the noise source (inside the gradient tube half of the MRI magnet) and II.) the anti-sound speaker can reflect the acoustic field of the source of interference (book "Active Control of Sound ", Academic Press: London, 1992). It is So far no sound generator compatible with magnetic resonance tomographs has been described who meets these requirements.

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.The invention specified in the patent claim is the problem based on the fact that the high noise levels of MRI systems active noise abatement can be effectively reduced if a powerful anti-noise generator in the gradient tube of the MRI system can be installed. In particular, the The fact that the handling magneti materials used today gnetfield flow densities (1 T to 3 T in clinical operation) represents an extremely high risk potential.

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.Arrangements for canceling sound waves based on the Principle of generating a 180 ° phase-shifted signal, are often also outside of magnetic resonance imaging have been written (DE 195 28 888 A1), but can in the area magnetic resonance imaging based on the Ge present there circumstances are not used.

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). Previous developments in noise suppression systems in Magnetic resonance imaging is limited to the sturgeon noise reduction to improve patient monitoring outside of the magnetic resonance scanner, in one of the magnetre sonography tomograph acoustically isolated control room. Here no sound is generated, but one through use suitable adaptive filter Si reduced by the interference signal gnal with a conventional speaker inside the magnet field-free control room issued (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.One for use within the homogeneous part of the magnetic field that of a magnetic resonance tomograph suitable electrodynami shear speaker without its own magnet using ferro magnetic field inhomogenizer and hose conductor systems for forwarding the sound generated is already be have been written (US 005 450 499 A). However, this delivers due to the hose line system used, neither the required sound pressure over the required frequency band in a defined phase position, still allows Use of essential ferromagnetic components the un Safe handling in magnetic fields is required permeated spaces. Furthermore, arise when using fer romagnetic components within the originally homogeneous Part of the magnetic field due to the local generation undefined Magnetic field inhomogeneities interference with imaging.

Diese Probleme werden durch den im Patentanspruch aufgeführten Antischallautsprecher gelöst.These problems are exacerbated by that in the claim Anti-sound speaker solved.

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.The advantages achieved by the invention are that egg ne active noise abatement via one, with hose line systems not attainable, sufficiently large frequency range with MRI Systems, especially in the range below 1 kHz to 50 Hz, he is possible because the acoustic problem of generation is phased refined anti-noise on the simple one-dimensional case is reduced by sound waves inside a tube and the Reduce the distance between the source of interference and the anti-noise speaker is that noise cancellation up to a frequency of approx. 1 kHz becomes possible. Above this frequency is more passive Sound insulation sufficiently effective.

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.The open design of the voice coil of the Low-mid speaker, it enables I.) a perfect symmetrical and thus (Lorentz) force-free power supply, II.) Fan cooling to increase the permanent load resistance and III.) an axial extension of the voice coil former for spatial separation of the membrane, close to the examined volu in the homogeneous part of the magnetic field, from the voice coil in the inhomogeneous part of the magnetic field at the edge of the magnet.

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.The complete absence of ferromagnetic materials enables safe handling of the Anti under all circumstances sound speaker. Otherwise, ferromagnetic parts projectile towards the center of the permanent magnetic field be accelerated. There are no security measures for the control of ferromagnetic forces in the vicinity of MRI magnets required.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment is shown in the drawing and is described in more detail below.

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.The electrodynamic low-mid speaker is made of one commercially available woofer with aluminum printing cast basket (manufacturer: Baltlains, Latvia, type 75 GDN) herge has been put. The loudspeaker magnet with pole plate as well as the Coil leads have been removed. The now exposed Voice coil was connected directly to a shielded cable (RG 58 CU) connected and provided with fan cooling. Through the Inhomogeneity of the strong magnetic field at the edge of the MRI magnet the voice coil now experiences one depending on its polarity Force in the direction of decreasing or increasing field strength. On a wooden plate at the end of the gradient tube inside the MRI Magnets (Bruker, 3 T / 60 cm magnet with gradient tube SK330) in installed, this speaker delivers sound pressures up to 130 dB at 100 Hz and up to 115 dB at 6 kHz - measured with a Brüel & Kjaer Type 2233 sound level meter in the center of the Magne ten - with an amplifier output of around 100 watts. This lei Stations are sufficient to be able to effectively generate anti-noise.

Claims

An anti-noise loudspeaker for active noise abatement, in particular for use directly in the magnetic resonance tomograph without interfering with the imaging, characterized in that an electrodynamic low-mid-range loudspeaker is provided without its own magnet, in which the driving force of the voice coil of the antimagnetic loudspeaker by an external, spatially extended, inhomogeneous magnetic field in the direction of the main voice coil axis can be generated.