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Lärmreduktion in der medizinischen Bildgebung: Optimierte CT-Gehäuse für mehr Komfort und Sicherheit
Der steigende Anteil bildgestützter Eingriffe, wie z.B. die minimal-invasive Chirurgie, bringt nicht nur enorme Vorteile für die Patient:innen, sondern rückt auch die Defizite der auf diagnostische Zwecke ausgelegte bildgebenden Geräte wie CT oder MRT in den Vordergrund. Ein besonders kritischer Punkt ist die erhebliche Geräuschentwicklung dieser Systeme, die bei operativen Eingriffen sowohl Patient:innen als auch medizinisches Personal zum Teil über mehrere Stunden belastet. Die hohe Lärmbelastung kann zu Konzentrationsschwäche, Leistungsabfall und erhöhtem Stress führen - Faktoren, die das Wohlbefinden und die Arbeitsqualität erheblich beeinträchtigen.
Am Forschungscampus STIMULATE hat im Forschungsprojekt COCOON hat ein Forscherteam der Modell- und Formbau GmbH Sachsen-Anhalt (MFSA) und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) versucht, diese Bedingungen zu verbessern, indem die Akustik eines CT-Gehäuses optimiert wurde, um die Schallemissionen gezielt zu reduzieren. Zunächst wurde der Status-Quo Zustand am CT durch Schalldruckpegelmessungen an relevanten Positionen - insbesondere in der Nähe des OP-Teams und der Patientinnen - erfasst. Auf Basis dieser Daten wurden verschiedene Maßnahmen entwickelt und getestet. Dazu gehörten unter anderem die Integration schallabsorbierender Materialien, die gezielte strukturdynamische Dämpfung und der Einsatz innovativer akustischer Metamaterialien. Die Wirksamkeit dieser Ansätze wurde sowohl durch numerische Simulationen als auch durch experimentelle Messungen überprüft.
Der Vergleich der ursprünglichen und der optimierten Gehäusevariante zeigte eine deutliche Verbesserung der Gehäuseakustik: Die Schallemission konnte in der Arztposition um bis zu 16,8 dB und in der Patientenposition um bis zu 22,8 dB reduziert werden. Insbesondere im kritischen Frequenzbereich um 1000 Hz, der als besonders störend empfunden wird, konnten deutliche Verbesserungen erzielt werden. Das Forschungsprojekt COCOON wurde damit erfolgreich abgeschlossen und trägt mit den Erkenntnissen zur Möglichkeit der Geräuschreduktion medizinischer bildgebender Geräte bei, die das medizinische Personal nicht nur spürbar entlasten, sondern auch zu einer Verbesserung des Patientenkomforts führen kann - ein wichtiger Schritt hin zu einem angenehmeren und gesünderen Arbeits- und Behandlungsumfeld.
Bild 1: Schalltransferpfade am CT. Bild 2: Akustische Charakterisierung des Forschungs-CTs. Bild 3: Numerische Analyse des Akustischen Verhaltens am und um das CT. Bild 4: Optimierungsansätze und Validierung der durchgeführten Maßnahmen. Bild 5: Vergleich der Schalldrucklevels des optimierten Gehäuses für die Patienten- (Mic 2) und Arztposition (Mic 3) mit Lautsprecheranregung.
Figure 1: Sound transfer paths on the CT. Figure 2: Acoustic characterisation of the research CT. Figure 3: Numerical analysis of the acoustic behaviour on and around the CT. Figure 4: Optimisation approaches and validation of the measures implemented. Figure 5: Comparison of the sound pressure levels of the optimised enclosure for the patient (Mic 2) and doctor (Mic 3) positions with loudspeaker excitation.
Noise reduction in medical imaging: optimised CT housings for greater comfort and safety
The increasing proportion of image-guided interventions, such as minimally invasive surgery, not only brings enormous benefits for patients, but also highlights the shortcomings of imaging devices designed for diagnostic purposes, such as CT or MRI. One particularly critical point is the considerable noise generated by these systems, which can be a burden on both patients and medical staff for several hours during surgical procedures. The high noise exposure can lead to a lack of concentration, a drop in performance and increased stress - factors that significantly impair well-being and the quality of work.
In the COCOON research project, a research team from Modell- und Formbau GmbH Sachsen-Anhalt (MFSA) and Otto von Guericke University Magdeburg (OVGU) attempted to improve these conditions at the STIMULATE research campus by optimising the acoustics of a CT scanner housing in order to reduce sound emissions in a targeted manner. Firstly, the status quo at the CT was recorded by measuring sound pressure levels at relevant positions - particularly in the vicinity of the operating theatre team and patients. Various measures were developed and tested on the basis of this data. These included the integration of sound-absorbing materials, targeted structural-dynamic damping and the use of innovative acoustic metamaterials. The effectiveness of these approaches was tested using both numerical simulations and experimental measurements.
The comparison of the original and the optimised housing variant showed a significant improvement in the housing acoustics: the sound emission was reduced by up to 16.8 dB in the doctor's position and by up to 22.8 dB in the patient's position. Significant improvements were achieved particularly in the critical frequency range around 1000 Hz, which is perceived as particularly disturbing. The COCOON research project has thus been successfully completed and the findings contribute to the possibility of reducing the noise of medical imaging equipment, which not only noticeably reduces the workload of medical staff, but can also lead to an improvement in patient comfort - an important step towards a more pleasant and healthier working and treatment environment.