用于PET-MR工作噪音的反相干涉滤波主动波防护设备的制作方法

本发明涉及ipc分类a61b5/055包含电磁共振[emr]或核磁共振[nmr]的，例如磁共振成像或g01r33/20磁共振成像扫描检测设备的辅助噪音防护装置的结构改进技术，属于核磁共振安全防护领域，尤其是用于pet-mr工作噪音的反相干涉滤波主动波防护设备。

背景技术：

pet-mri是将正电子发射计算机断层显像即pet的分子成像功能与核磁共振成像mri卓越的软组织对比功能结合起来的一种新技术。pet-mri可以对在软组织中扩散的疾病细胞进行成像。它使病患能够在各个模式下进行扫描，该系统还可以分别收集pet和mr影像。pet/mri检查与其他手段相比，它的灵敏度高、准确性好，对许多疾病，尤其是肿瘤和最为常见的心脑疾病，具有早期发现、早期诊断的价值。由于梯度场的关系，mri扫描时产生的多种类型高强度噪声，会对受检者及长期处于扫描工作间的操作者产生一系列不良影响，出现焦虑、语言交流障碍、耳鸣及头晕目眩等症状，更严重者可能会导致暂时性或永久性听阈改变甚至耳聋。

梯度场采用快速切换的扫描序列，如单次激发回波平面扩散加权序列产生的噪声水平较高。梯度场越强，切换越快，噪声越大。梯度的切换率或强度等梯度参数输出发生改变，产生的噪声大小就不同。扫描参数(如fov、tr)对噪声大小的影响比梯度场更强，层厚越薄、fov越小、tr越短，听性噪声越强。mri系统听性噪声大小除了与梯度切换速率、扫描序列参数有关，还依赖于mri系统的硬件结构及周围的环境。mri设备有无隔音以及线圈材料、结构、支持梯度线圈的各种部件等都会影响声音的传递，使传入人耳的噪声大小发生变化。

mri系统噪声的大致表现是：(1)磁体内不同位置噪声大小不同，声压水平测试计从磁体系统等中心位点沿着z方向在不同位置进行测量，每个点测得噪声值不同，其中磁体孔入口处噪声最大，从而对足先进入磁体的检查项目受检者(如盆腔检查)造成的听性危害较大；(2)志愿者进入磁体中时，比空磁体或放水膜时在等中心位点测到的噪声大，提示受检者进入磁体对噪声的大小有影响；(3)图像扫描方向不同产生噪声大小不同，与横断面和矢状面相比，冠状面扫描产生的噪声较大。

mri的系统噪声主要来源于梯度场的切换，梯度线圈位于主磁场内，线圈中快速变化的电流根据左手定律，将在洛仑兹力的作用下振动而产生噪声，主要表现为叩击、敲打和类似钟表的磕打声。同一场强、不同机型噪声大小不同，同一机型、不同场强噪声大小亦不同，噪声随着场强和成像速度增大而增强。

mri系统噪声严重妨碍了医师与受检者之间的交流，使医师无法及时了解到患者的反馈意见，从而影响某些功能性成像的图像质量，甚至可能造成受检者及操作者的听力损伤。噪声对听觉功能的影响主要表现为听觉敏感度下降、阈值升高、语言接收和信号辨别力减弱，严重时还可造成耳聋。听力损伤可发生于听觉环路的任何一个环节，包括外耳道、中耳传导结构、耳蜗、耳蜗神经及中枢听觉通路。噪声性听力损伤可发生于各个年龄段的人群。听力受损后会引起一系列生理及心理问题，对于儿童会影响听觉及语言功能的发育，对于成年人会引起社会性及职业性问题。噪声对处于高风险状态的人群产生的损伤更大。

mri系统噪声峰声压水平为120～130db(a)，此范围噪声主要损伤耳蜗毛细胞。长期在高声压作用下，细胞处于高代谢和高负荷状态，导致衰竭和死亡。噪声可能通过以下机制导致细胞损伤：(1)噪声导致耳蜗毛细胞血流状态、血氧水平及血管形态的改变，使细胞发生缺血缺氧，氧自由基、凋亡因子增多对细胞造成损害。(2)噪声刺激的早期阶段耳蜗结构产生炎性细胞因子，包括肿瘤坏死因子、白介素-1、白介素-6，引起一系列炎性反应，造成毛细胞的损伤。(3)噪声刺激后细胞a3243g线粒体dna突变，细胞代谢异常，内外毛细胞失功能导致听力下降。

已公开相应技术专利文献较少。

南方医科大学提出的中国专利申请201520167510.8涉及一种核磁共振仪器上的降噪防护装置。本实用新型的核磁共振降噪防护装置，为由非磁性材料制成的具有至少一个开口的罩体，所述罩体具有外壳和内壳，所述外壳和内壳之间的空间设置为真空。将罩体的双层管壁间设置为真空结构，利用声音在真空中不能传播的特性降低传播至真空管内层的噪声，对胎儿等不宜承受过强噪声的检测者或者检测部位或者其它被扫描如动物等对象进行有效的噪声防护。

中国专利申请201820729560.4公开了一种医学核磁共振降噪防护装置，包括降噪防护本体，降噪防护本体的截面设置为方形管状形式，降噪防护本体由结构形状大小相同的降噪右侧板、降噪顶侧板、降噪左侧板和降噪底侧板首尾依次连接一体拼接而成，内层钢化玻璃与外层钢化玻璃之间从左到右依次夹设有消声海绵层和消声隔板层，消声隔板层的层板内部、错开支撑连柱杆的位置处还均匀布置有若干个大小相同的消声降噪体，在降噪顶侧板底板面的前端左右两侧位置处还分别通过两个软性连接绳各连接一个橡胶耳塞。

中国专利申请201721400886.4公开了一种核磁共振仪器降噪防护装置，包括罩体，所述罩体包括第一罩体、第二罩体、第三罩体，半封闭罩体罩体的设置使内部主体空间的噪声降低，将第一罩体与第二罩体之间的空间设置为真空，利用声音在真空中不能传播的原理，降低传播至第一罩体和第二罩体内部的噪声，第二罩体与第三罩体之间的空间内填充的吸音层，吸音层可以衰减入射音源的反射能量，起到降噪的效果，在人体平躺在平板上时，滑动隔音耳板的位置，使隔音耳板贴合人体的左右耳部，隔音耳板的内部填充有隔音毡，进一步进行隔音，隔音耳板位置确定后，将可拆卸插板插接在隔音耳板上，可拆卸插板下端的插脚插在对应的插孔内，使隔音耳板位置固定。

现在已公开的主要的降噪技术包括被动式和主动式两类。

被动式的主要包括改变mri系统的梯度线圈，可以改变梯度线圈的机械结构，改变线圈规模或材料以减少机械振动，或者改变通过梯度线圈的电流，用直流梯度的机械旋转替代变化的电流产生的梯度以降低噪声。也可以通过改变mri序列来降低噪声影响，由于对噪声水平起主导作用的是特定的扫描序列而非mri系统本身结构，故可通过改变扫描序列或序列参数来降低噪声。如使用se序列代替梯度回波序列，并且在扫描过程中尽量减少梯度切换率，可以明显降低噪声水平。此外还可以通过阻断噪声传播途径来降噪：噪声通过空气传播和固体接触扩散2种途径扩散。噪声由梯度线圈经过这2种扩散方式直接传至受检者耳部，或引起其他部件震动，产生新的噪声源，再传入人耳。现普遍采用海绵耳塞放入两侧外耳道或使用听力保护耳机(耳罩)的方法降低进入内耳的噪声，耳罩衰减噪声量为31～38db，耳塞衰减量为10～30db。

主动式降噪技术公开即使较少，主要通过引入一个额外的线圈，使它能巧妙地抵消整个线圈实质结构的振动模式，从而降低整个结构发出的噪音，但不会削弱整个线圈要产生的梯度场。另外，主动式降噪还涉及anc、enc、cvc、dsp等降噪技术，效果有限。

现有的降噪耳机一般采用隔音耳机与外界隔离，从而降低外界噪音，但以物理结构隔音耳机的方式具有以下缺点：

1)体积较大，使用时需要夹固于头部上，太过笨重；

2)因为是物理式的隔音方式，故耳机施于两耳间的夹持力过大，造成使用者在配戴时较不舒适，且造成有闷热的感觉；

3)隔音作用并不能达到很好的效果，仍有大量噪音倾漏于耳内。

技术实现要素：

本发明的目的是提供用于pet-mr工作噪音的反相干涉滤波主动波防护设备，解决上述现有技术问题。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：包括头戴式耳机耳罩、分气管、总气管和处理单元；处理单元通过一根总气管连接二根分气管，分气管中集束至少一组第一支气管、第二支气管和第三支气管，第一支气管、第二支气管和第三支气管一端分别连接头戴式耳机耳罩内的第一声波接收器、第二声波接收器和声波释放器，第一支气管、第二支气管和第三支气管另一端分别连接处理单元内第一压电传感器、第二压电传感器和声波生成器；处理单元内，第一压电传感器通过电路连接增益补偿放大器再连接到反相器，同时，第二压电传感器通过相位补偿放大器再连接到反相器，反相器依次通过功率放大器、音源接入声波生成器。结合主动式和被动式两个方式配合同步双模式工作有效降噪，其中主动降噪工作模式利用相同频率、相同振幅，进行相反相位干涉抵消降噪。

尤其是，耳机体呈弧形弹性结构，耳机体开放口两侧分别安装一个头戴式耳机耳罩。

尤其是，头戴式耳机耳罩内部填充泡沫填充材料，头戴式耳机耳罩外部两侧分别安装第一声波接收器、第二声波接收器和声波释放器。

尤其是，总气管中集束二根分气管，每个分气管中集束一组第一支气管、第二支气管和第三支气管，在总气管中的二根分气管的外币间隙以泡沫填充材料间隔填充。

尤其是，头戴式耳机耳罩和处理单元分别设置为近工作磁体和远工作磁体两个部分，其中，头戴式耳机耳罩作为近磁体部分设置在pet-mr设备内，处理单元部分位于远离磁体的操作间内。

尤其是，由第一声波接收器采集pet-mr设备腔体内的噪音，经总气管、分气管以及第一支气管构成的气管系统，送到处理单元内的第一压电传感器转化成电讯号，电讯号由增益补偿放大器放大后接入反相器，将相位转换π，再经过功率放大器功率放大之后，再由音源将电讯号转化成声波由声波生成器，再由第三支气管接回，传入头戴式耳机耳罩中的声波释放器，在耳机中播放，实施对噪音主动防护。

尤其是，噪声主动防护未能完全抵消部分噪音，由第二声波接收器采集之后输送到第二压电传感器，将声波转换成电讯号，经相位补偿放大器做放大和相位补偿之后送入反相器反向，之后过程，仍然经过功率放大器功率放大之后，再由音源将电讯号转化成声波由声波生成器，再由第三支气管接回，传入头戴式耳机耳罩中的声波释放器，在耳机中播放。

本发明的优点和效果：在被动式噪音防护基础上，同步结合以气管系统传导并进行声波-电信号经反向处理回传，有源主动干涉噪音声波，削峰降噪，制作简单，成本较低，使用维护安全方便，有效降低对pet采集的影响。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例1中单个耳罩结构示意图。

图3为本发明实施例1中总气管截面结构示意图。

图4为本发明实施例1中工作系统原理示意图。

附图标记包括：

头戴式耳机耳罩1、耳机体2、分气管3、总气管4、处理单元5、远磁场/近磁场隔墙6；第一声波接收器10、第二声波接收器11、声波释放器12、第一支气管13、第二支气管14、第三支气管15、泡沫填充材料16；第一压电传感器51、增益补偿放大器52、反相器53、功率放大器54、音源55、声波生成器56、第二压电传感器57、相位补偿放大器58。

具体实施方式

本发明原理在于，人耳对声音最敏感的频率带分布在4khz左右。由于人耳对不同频率声音的敏感性不同，因此声音强度以等效加权值db(a)表示，噪声超过85db(a)易引起听力损伤。有资料表明，0.23t和3.0tmri的系统噪声分别为(82.56±0.10)、(118.46±1.30)db(a)，3.0tmri序列峰声压水平为125～130db(a)。由此可见，高场强mri系统峰声压水平已明显超过噪声安全标准。

本发明中，结合主动式和被动式两个方式配合同步双模式工作有效降噪，其中主动降噪工作模式利用相同频率、相同振幅，进行相反相位干涉抵消降噪。

本发明中，以pet-mr设备的工作磁体为参照物，将发明的工作结构设置为近磁体和远磁体两个部分，其中，近磁体部分采用气传导，信号处理部分即处理单元5位于远离磁体的操作间内，而pet-mr扫描仪腔体内人员，接近磁体并处于噪声场核心，可以佩戴头戴式耳机耳罩1和耳机体2，以期获得有效防护。

本发明包括：头戴式耳机耳罩1、分气管3、总气管4和处理单元5。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如附图1所示，处理单元5通过一根总气管4连接二根分气管3，分气管3中集束至少一组第一支气管13、第二支气管14和第三支气管15，第一支气管13、第二支气管14和第三支气管15一端分别连接头戴式耳机耳罩1内的第一声波接收器10、第二声波接收器11和声波释放器12，第一支气管13、第二支气管14和第三支气管15另一端分别连接处理单元5内第一压电传感器51、第二压电传感器57和声波生成器56；处理单元5内，第一压电传感器51通过电路连接增益补偿放大器52再连接到反相器53，同时，第二压电传感器57通过相位补偿放大器58再连接到反相器53，反相器53依次通过功率放大器54、音源55接入声波生成器56。

前述中，耳机体2呈弧形弹性结构，耳机体2开放口两侧分别安装一个头戴式耳机耳罩1。

前述中，如附图2所示，头戴式耳机耳罩1内部填充泡沫填充材料16，头戴式耳机耳罩1外部两侧分别安装第一声波接收器10、第二声波接收器11和声波释放器12。

前述中，如附图3所示，总气管4中集束二根分气管3，每个分气管3中集束一组第一支气管13、第二支气管14和第三支气管15，在总气管4中的二根分气管3的外币间隙以泡沫填充材料16间隔填充。

本发明实施例中，头戴式耳机耳罩1外部采用聚碳酸酯制作，耳机体2采用聚氨酯或聚乙烯材质，制作成弓形卡箍结构，与防护性耳盖结构的头戴式耳机耳罩1相互连接起来，用于遮盖一个受检病人的双耳，头戴式耳机耳罩1的外部构件和内部构件由聚碳酸酯或者聚苯乙烯制成，虽然，在其内部加入泡沫填充材料16以辅助隔绝噪音，但依然属于被动式防护，随着设备的老化，防护效果也不可避免地收到影响。

本发明实施例中，如附图4所示，以远磁场/近磁场隔墙6为参照物，受检病人处于安置mri扫描仪设备的房间内，并可能处于mri扫描仪腔体内，该受检病人头部佩戴耳机体2，双耳分别遮护一支头戴式耳机耳罩1；同时，处理单元5则位于，以远磁场/近磁场隔墙6为隔离物的操作间室内；头戴式耳机耳罩1与处理单元5之间通过一组或二组第一支气管13、第二支气管14、第三支气管15连接。

本发明实施例中，由第一声波接收器10采集mri扫描仪腔体内的噪音，经总气管4、分气管3以及第一支气管13构成的气管系统，送到处理单元5内的第一压电传感器51转化成电讯号，电讯号由增益补偿放大器52放大后接入反相器53，将相位转换π，再经过功率放大器54功率放大之后，再由音源55将电讯号转化成声波由声波生成器56，再由第三支气管15接回，传入头戴式耳机耳罩1中的声波释放器12，在耳机中播放，实施对噪音主动防护。

本发明实施例中，噪声主动防护未能完全抵消部分噪音，由第二声波接收器11采集之后输送到第二压电传感器57，将声波转换成电讯号，经相位补偿放大器58做放大和相位补偿之后送入反相器53反向，之后过程，仍然经过功率放大器54功率放大之后，再由音源55将电讯号转化成声波由声波生成器56，再由第三支气管15接回，传入头戴式耳机耳罩1中的声波释放器12，在耳机中播放。

本发明实施例中，设备系统的特点包括：

1)结合被动式噪音防护设备的优点，加入主动、有源系统；

2)根据所处磁场的大小，采用不同的信号传输方式，保证信号不受磁场影响；

3)采用反馈回路尽可能完全地消除噪音；

4)制作简单，成本较低；

5)腔体内部分采用树脂和工程塑料制作，有效降低对pet采集的影响。