DE102005000848B3 - Vorrichtung zum Schutz des Gehörs durch Schutzschall vor lauten MRT-Geräuschen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Schutz des Gehörs vor lauten MRT-Geräuschen, mit einer mit der MRT-Elektronik gekoppelten Schutzschallerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines langsam in der Amplitude ansteigenden, die Impedanz im Mittelohr erhöhenden Schutzgeräusches unmittelbar vor dem Einsetzen des lauten MRT-Geräusches.

Description

• Beim schnellen Schalten der Gradientenspulen von Magnetresonanztomographen (MRT) entstehen Geräusche, die sehr laut sein können (> 100 dB). Der Schalldruckpegel kann innerhalb von wenigen Millisekunden vom Hintergrundgeräusch auf den maximalen Schalldruckpegel ansteigen, sodass ein richtiges Knallgeräusch entsteht. Solche Knallgeräusche können bei der Untersuchung von Wirbeltieren mit Magnetresonanztomographie und Spektroskopie auftreten und bei Untersuchungen mit transcranieller Magnetstimulation. Diese Geräusche können nicht nur das Gehör schädigen, sondern sie erschrecken darüber hinaus die zu Untersuchenden und sind für diese sehr unangenehm.
• Die heute gängigen Verfahren versuchen den maximalen Schalldruckpegel der Magnetresonanztomographen zu reduzieren und zwar über bauliche Schalldämpfungsmaßnahmen oder über eine geringere Gradientenbelastung. Ein anderer Weg ist die Reduktion des Schalldruckpegels am Ohr, zum Beispiel mit Kopfhörern oder Ohrstöpseln. Verfahren zur ohrnahen Schallauslöschung durch Interferenz sind wegen der starken Magnetfelder und der räumlich beengten Verhältnisse kaum zu realisieren. Kopfhörer oder Ohrstöpsel haben auch nur eine sehr begrenzte Schutzfunktion, da die lauten Knallgeräusche nicht nur über den Gehörgang sondern über die Schädelknochen ans Innenohr übertragen werden und somit gar nicht ohne Weiteres ausgeblendet werden können. Bauliche Schalldämpfungsmaßnahmen wie beispielsweise einen stärkeren Verguss der Spulen und Zuleitungen haben sich nur bedingt als wirksam erwiesen und die Schallreduzierung durch geringere Gradientenbelastung hat verschlechterte Aufnahmen zur Folge.
• Aus der DE 197 27 657 C1 ist ein Antischalllautsprecher für Magnetresonanztomographen bekannt, der zur aktiven Lärmbe kämpfung im Gradientenrohr der MRT-Anlage installiert werden kann. Allerdings weist auch diese Vorrichtung den oben beschriebenen Nachteil auf, dass beim Schalten der Gradientenspulen unangenehme bzw. schädliche Knallgeräusche entstehen können.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schutz des Gehörs durch Schutzschall vor lauten MRT-Geräuschen zu schaffen, die ohne bauliche Maßnahmen am Gradientensystem und ohne Einbußen an Bildqualität eine deutlich wirksame Herabsetzung der Belastung der Patienten zur Folge hat.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine mit der MRT-Elektronik gekoppelte Schutzschallerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines langsam in der Amplitude ansteigenden, die Impedanz im Mittelohr erhöhenden Schutzgeräusches unmittelbar vor dem Einsetzen des lauten MRT-Geräusches vorgesehen.
• Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass das Gehör der Wirbeltiere Mechanismen besitzt, die bei hohen Schalldruckpegeln die Impedanz der Gehörkette im Mittelohr anpassen und die die Übertragungsfunktion auf die Sinneszellen im Innenohr modulieren. Im Mittelohr verändern der Muskulus Tensor Tympani und der Musculus Stapedius die Beweglichkeit der Gehörknöchelchen. Die Reflexbögen dieser Mittelohrreflexe (MER) verlaufen über die Cochlea zum Nucleus Cochlearis, weiter über die oberen Olivenkerne und efferent über die Kerne des Nervus Facialis (Musculus Stapedius) und des Nervus Trigeminus (Musculus tensor tympani) im Hirnstamm. Im Innenohr werden efferent die äußeren Haarzellen gesteuert (Verschaltung im Hirnstamm über das olivocochleare Bündel), um die Sensitivität der inneren Haarzellen zu modulieren.
• Die MER erhöhen die Impedanz des Mittelohrs beidseitig, wenn einseitig oder beidseitig überschwellige akustische Reize zu hören sind. Die Schwellen liegen beim Menschen mit einer individuellen Schwankung um 75 db(A). Die Impedanz nimmt, abhängig vom Schalldruck des Reizes, zu, bis eine maximale Dämpfung von etwa 40 dB erreicht wird. Die Dämpfung tritt beim Menschen zwischen 100 und 200 ms nach einem überschwelligen Reiz ein. Nimmt der Schalldruck ab, wird die Impedanz des Mittelohrs angepasst. Fällt der Reiz unter die Schwelle, so ist nach etwa 250 ms die Dämpfung auf die Hälfte abgesunken. Nach 1 bis 3 Sekunden ist keine Dämpfung mehr nachweisbar. Im Frequenzbereich zwischen 1000 und 3000 Hz ist die Reizantwort am ausgeprägtesten. Diese neurophysiologischen Eigenschaften des Gehörs können genutzt werden, um das Gehör vor einer Schädigung durch die Gradientengeräusche bei MR Untersuchungen zu schützen. Vor dem abrupten Beginn einer Pulssequenz kann dem Patienten/Probanten über einige hundert Millisekunden ein überschwelliges, aber submaximal lautes Geräusch eingespielt werden, um die neurophysiologischen Schutzmechanismen auszulösen. Für den weiteren Verlauf der Messung kann die zeitliche Änderung des Schalldruckpegels an die neurophysiologischen Gegebenheiten angepasst werden.
• In Weiterbildung der Erfindung soll die Schutzschallerzeugungseinrichtung aus dem Sequenzdesign, also der bekannten Abfolge der Steuersignale einer Pulssequenz, die Zeitpunkte des Auftretens plötzlicher lauter Gradientengeräusche ermitteln und die Schutzgeräusche zeitversetzt von dem jeweils zu erwartenden Gradientengeräuschpegel angepasst generieren.
• Bei der Vorbereitung einer MRT-Messung kann dabei der Anfangsschalldruckpegel und die Hauptfrequenzen der Sequenz abgeschätzt werden, sofern man nicht eine echte Messung oder Berechnung durch vorherige Probeläufe verbunden mit einer Abspeicherung der Ergebnisse, auf die die Schutzschallerzeugung zurückgreifen kann, vorzieht. Dem Gehör wird dann vor Beginn der eigentlichen Messung ein Schutzgeräusch dargeboten, das die neurophysiologischen Schutzmechanismen auslöst. Der Schalldruckpegel des Schutzgeräusches beginnt zunächst unterschwellig bei etwa 70 dB(A) mit 2000 Hz. Innerhalb der nächsten 200 bis 400 ms, wobei die Zeitdauer abhängig ist vom zu erreichenden Schalldruckpegel, wird der Schalldruckpegel linear an den Anfangsschalldruckpegel der Sequenz herangeführt. In den letzen 100 ms kann auch die Frequenz des Schutzgeräusches an die Hauptfrequenz der Sequenz angepasst werden, damit die Patienten nicht erschrecken, wenn sich das Frequenzspektrum des Schalls zum Beginn der Messung plötzlich ändert.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass die Schutzschallerzeugungseinrichtung während einer Pulssequenz durch ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Schutzgeräusch Schwankungen, insbesondere ein starkes Absinken der Impedanz im Mittelohr, verhindert, sodass nicht nur das Knallgeräusch zum Beginn einer MRT-Messung sondern auch alle nachfolgenden während der Messung auftretenden ähnlichen lauten Grandientengeräusche über den Schutzmechanismus des Ohres wirksam bedämpft werden.
• Zur Übertragung der Schutzgeräusche kann die Schutzschallerzeugungseinrichtung mit Lautsprechern oder Kopfhörern für den Patienten gekoppelt sein, wobei im Falle von Kopfhörern die Schwierigkeit besteht, dass sie häufig aus Platzgründen nicht gut einsetzbar sind und wobei man in diesem Fall rechnerisch berücksichtigen muss, dass diese Kopfhörer ja auch die Übertragung des Gradientengeräusches beeinflussen, sodass eine entsprechende Berücksichtigung dieser Dämpfungswirkung notwendig ist.
• Die Lautsprecher können in die Wand des Patientenaufnahmeraums des Magnetresonanztomographen eingebaut sein, wobei zumindest einige Lautsprecher im Untersuchungsraum zum Schutz der dort befindlichen Personen angeordnet sein sollten.
• Neben der Möglichkeit der Erzeugung der Schutzgeräusche direkt in der Schutzschallerzeugungseinrichtung kann gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Schutzgeräusch mit dem Gradientensystem erzeugt wird, beispielsweise derart, dass zur Erzeugung des Schutzgeräusches für die augenblickliche Untersuchung und Bildgebung nicht benötigte Gradienten geschaltet werden.
• Das Schutzgeräusch kann Unterhaltungswert haben, wie zum Beispiel Musik. In diesem Fall kann das Schutzgeräusch über die gesamte Untersuchung hinweg dargeboten werden.
• Für die Verwendung von Musik als Schutzgeräusch müssen besondere Bedingungen erfüllt sein: Die Musik darf keine (für Musik) langanhaltenden Schalldruckpegeländerungen haben (z. B. keine Pausen mit einem Absinken des Schalldruckpegels um 6 dB(A), die länger als 100 ms sind). Insbesondere dürfen Pausen zwischen einzelnen Titeln nicht auftreten.
• Der mittlere Schalldruckpegel der eingespielten Musik wird in Abhängigkeit des zu erwartenden Gradientengeräusches geregelt: Wird keine Messung durchgeführt, so wird die Musik mit der vom Patienten eingestellten Lautstärke eingespielt. Vor einer Messung wird der mittlere Schalldruckpegel an das zu erwartende Gradientengeräusch angepasst unter Berücksichtigung der weiter oben erfolgten Beschreibung eines Schutzgeräusches. Da die Musik ohnehin ständig eingespielt wird, kann die Phase der linearen Pegelanpassung länger gewählt werden. Während einer Messung wird die Musik mit einem geringfügig höheren (z. B. +2 dB (A)) Schalldruckpegel dargeboten.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung der zeitlichen Entwicklung des Schalldruckes bei einer MR-Messung gemessen am äußeren Gehörgang und
• 2 eine schematische Darstellung der Energieübertragung auf das Innenohr.
• Im Diagramm nach 1 bezeichnet die Schalldruckkurve 1 vor dem Einsetzen des eigentlichen ersten Knallgeräusches zum Zeitpunkt 0 das Hintergrundgeräusch. Bei 2 ist die Reflexschwelle des Ohrs dargestellt und bei 3 der Schalldruckpegel, ab dem eine Schädigung des Gehörs zu befürchten ist. 4 ist der Anfangsschalldruck und 5 bezeichnet den Schalldruckpegel am äußeren Gehörgang nach diesem lauten Eingangsgeräusch.
• Bei 6 ist schematisch der Verlauf des erfindungsgemäß vorzusehenden Schutzgeräusches vor dem eigentlichen Auftreten des störenden Gradientengeräusches, also vor dem Zeitpunkt 0, einskizziert.
• Die Schutzfunktion, über das die Impedanz des Innenohrs vor dem Auftreten des lauten Gradientengeräusches erhöhenden und damit den Anfangsschalldruck für den Patienten abmildernden Schutzgeräusches 6, kann man aus 2 erkennen. Dort sieht man, wie der Anfangsschalldruck 4 und der sich anschließende hohe Schalldruckpegel am Innenohr ohne Schutzgeräusch durch Verwendung des vor dem Einsetzen des eigentlichen lauten Gradientengeräusches, das den Anfangsschalldruck 4 erzeugt, einsetzenden Schutzgeräusches deutlich auf eine – Schalldruckkurve 5' abgesenkt wird, die unterhalb der Schädigungsschwelle 3 liegt. Aus dem Schalldruckpegel 5 am Innenohr ohne Schutzgeräusch in 2 erkennt man, dass ohne ein Schutzgeräusch die neurophysiologischen Schutzmechanismen erst zum Zeitpunkt 0 ausgelöst werden und somit erst nach einigen Hundert Millisekunden die Impedanz des Mittelohrs erhöht wird.
• Mit Schutzgeräusch lösen die erhöhten Schalldruckpegel bereits ca. 300 ms vor der Messung die neurophysiologischen Schutzmechanismen aus. Wenn die Messung mit dem sehr hohen Anfangsschalldruck einsetzt, ist die Impedanz des Mittelohrs bereits erhöht und das Innenohr wird geschützt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Schutz des Gehörs durch Schutzschall vor lauten MRT-Geräuschen, gekennzeichnet durch eine mit der MRT-Elektronik gekoppelte Schutzschallerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines langsam in der Amplitude ansteigenden, die Impedanz im Mittelohr erhöhenden, Schutzgeräusches unmittelbar vor dem Einsetzen des lauten MRT-Geräusches.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschallerzeugungseinrichtung aus dem Sequenzdesign, also der bekannten Abfolge der Steuersignale einer Pulssequenz, die Zeitpunkte des Auftretens plötzlicher lauter Gradientengeräusche ermittelt und die Schutzgeräusche zeitversetzt und dem jeweils zu erwartenden Gradientengeräuschpegel angepasst generiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgeräusch zumindest in der Zeitspanne unmittelbar vor dem Gradientengeräusch an dessen Frequenzspektrum angepasst wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d adurch gekennzeichnet, dass die Schutzschallerzeugungseinrichtung während einer Pulssequenz durch ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Schutzgeräusch starke Schwankungen, insbesondere ein Absinken der Impedanz im Mittelohr verhindert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d adurch gekennzeichnet, dass die Schutzschallerzeugungseinrichtung mit Lautsprechern oder mit Kopfhörern für den Patienten gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprecher in die Wand des Pati entenaufnahmeraums des Magnetresonanztomographen eingebaut sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Lautsprecher im Untersuchungsraum zum Schutz der dort befindlichen Personen angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d adurch gekennzeichnet, dass das Schutzgeräusch mit dem Gradientensystem des Magnetresonanztomographen erzeugt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Schutzgeräusches für die augenblickliche Untersuchung und Bildgebung nicht benötigte Gradienten geschaltet werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgeräusche, insbesondere während einer Mess-Sequenz, als Musik dargeboten werden.