專利名稱：生成和測(cè)量耳組織聲反射率曲線形狀的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為耳病診斷提供信息的裝置和方法。具體地說，本發(fā)明涉及測(cè)量耳組織的聲反射率的裝置和方法。
本發(fā)明的背景技術(shù)業(yè)已發(fā)現(xiàn)許多病癥與人和動(dòng)物的耳組織有關(guān)。較頻繁地診斷出的病理其中包括外耳道阻塞、外耳道閉鎖、鼓膜穿孔、鼓膜萎縮、各種形式的耳炎(粘連性的、有滲液的和無滲液的)、耳硬化癥、鐙骨固定(fixation of the stapes)、和鼓室珠光瘤。對(duì)于兒童，中耳炎是最常見的病癥之一。就病癥本身而言，中耳炎是一種重要的病癥(affliction)，如果沒有立即診斷和治療，可能導(dǎo)致長(zhǎng)期嚴(yán)重地失去聽力和學(xué)習(xí)的能力。此外，中耳炎經(jīng)常是其它病癥的癥兆，因此在診斷這些病癥中是有用的。
這些耳病一般采用通用的診斷技術(shù)診斷，例如鼓室儀(tympanometry)、氣動(dòng)耳鏡或直視耳鏡。雖然這些技術(shù)的效用已得到公認(rèn)，但這些技術(shù)還有某些困難。例如，對(duì)于鼓室儀和耳鏡，進(jìn)行試驗(yàn)并解釋結(jié)果的人必須接受嚴(yán)格的培訓(xùn)。由于這些技術(shù)不能由非醫(yī)務(wù)人員或缺乏經(jīng)驗(yàn)的人員完成，所以不可能用這些技術(shù)在家里或?qū)W校對(duì)兒童或嬰幼兒進(jìn)行有效的普查。
此外，病人必須與使用這些技術(shù)的人合作，而接受這些技術(shù)診斷的病人可能要經(jīng)受相當(dāng)大的不適。由于(1)為了獲得有用的測(cè)量結(jié)果需要?dú)饷苊芊猓?2)任何探針都必須插進(jìn)耳道的深處，以及(3)耳道內(nèi)的空氣壓力必須在大氣壓上下變化才能獲得有用的測(cè)量結(jié)果，所以經(jīng)受鼓室儀或氣動(dòng)耳鏡檢查特別不舒服。
采用常規(guī)診斷技術(shù)對(duì)幼兒作中耳炎診斷特別困難，因?yàn)樵S多這類技術(shù)會(huì)帶來恐懼、不適、甚至是痛苦。由于孩子不適，結(jié)果最好的情況是引起孩子亂動(dòng)，使檢查結(jié)果受損，而最壞的情況是孩子拒絕進(jìn)行檢查，所以常規(guī)技術(shù)檢查的效果往往被削弱。在進(jìn)行批量普查時(shí)這個(gè)問題特別突出，例如當(dāng)醫(yī)院門診必須在比較短的時(shí)間內(nèi)診治大批病人時(shí)，就可能出現(xiàn)這個(gè)問題。
采用這些通用診斷技術(shù)所遇到的許多問題可以借助于測(cè)量聲反射率的裝置得到解決，聲反射率是與中耳的復(fù)數(shù)聲阻抗相關(guān)的量。美國專利U.S4,601,295和U.S4,459,966(授權(quán)給John H.Teele)揭示并介紹了一種適合測(cè)量聲反射的裝置。這種裝置是工業(yè)產(chǎn)品，由ENT醫(yī)療設(shè)備公司和Endeco公司(ENT Medical Device Inc.ofWareham，Massachusetts，and Endeco Inc.，of Marion，Massachusetts)生產(chǎn)。在文獻(xiàn)中，這種診斷技術(shù)屬于聲反射技術(shù)并且這種裝置一般屬于聲反射儀或聲耳鏡。
聲反射儀涉及聲波(稱為入射波)通過耳道向鼓膜傳送。一部分入射波被鼓膜和耳組織的其它部分反射。入射波從包括鼓膜響應(yīng)頻率在內(nèi)的頻率范圍中選定；理論上入射波的振幅最好也同樣選定，但是這往往不能實(shí)現(xiàn)。這些反射波和入射波的矢量和被麥克風(fēng)獲得。在頻率范圍內(nèi)的入射波與反射波的矢量和的包絡(luò)(文中稱之為聲反射率曲線)有一凹谷(dip)，也被稱作靜值區(qū)。凹谷的“峰值”，實(shí)際上是最小值，被通稱為靜值。在文獻(xiàn)中和在它們的商業(yè)應(yīng)用中，聲反射儀計(jì)算耳組織的聲反射率曲線并探測(cè)凹谷和靜值的存在和中心頻率。靜值是利用這種裝置診斷耳病的主要基礎(chǔ)。盡管Teele的專利說特征凹谷的“形狀”能夠與該凹谷的出現(xiàn)、頻率和幅度一起測(cè)定，但是這些專利沒有討論特征凹谷形狀的重要性，而只是說形狀意味著該凹谷是如何地明顯或陡峭。Teele的專利也沒有討論如何探測(cè)或測(cè)量凹谷形狀，以及其在診斷中的利用價(jià)值。
一種市售的聲反射儀是T形裝置，它能夠提供靜值的幅度和入射頻率(在它們出現(xiàn)時(shí))，它利用一組水平二極管指示凹谷出現(xiàn)的頻率，用一組垂直二極管指示靜值。這種裝置，來自ENT醫(yī)療設(shè)備公司的501型聲學(xué)耳鏡，可以配備記錄儀或打印機(jī)，允許直觀地觀察完整的聲反射率曲線。
文獻(xiàn)中的幾篇文章敘述利用市售的裝置獲得的聲反射率曲線的靜值是怎樣同耳病相關(guān)的。特別是，嚴(yán)重的中耳滲液(MEE)通常造成高靜值，反之，正常耳組織的靜值都比較低。但是有一個(gè)重要的測(cè)量范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)的診斷是不確定的，即可能有中耳滲液，比如滲液恰好處于開始發(fā)展階段。這個(gè)不確定的范圍限制了該方法和裝置的靈敏度和專用性。文獻(xiàn)還包括幾項(xiàng)研究，這些研究獲得了各種關(guān)于MEE診斷裝置的專用性和靈敏度的結(jié)論。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，用聲反射儀獲得的靜值的測(cè)量精度取決于儀器端至鼓膜的視線。此視線是直線時(shí)，提供最精確的結(jié)果。由于不適當(dāng)?shù)拿闇?zhǔn)或因?yàn)槎M織本身的原因不能獲得直線時(shí)，靜值的測(cè)量結(jié)果不大可能指出不健康的耳組織，更可能落在不確定范圍，僅僅說明有中耳滲液的可能。而不健康的耳組織有可能被診斷為健康的。
由于這個(gè)不確定的區(qū)間，市售的聲學(xué)耳鏡最后提供一些操作規(guī)程，指導(dǎo)用戶在聲學(xué)耳鏡與記錄儀或打印機(jī)聯(lián)合使用時(shí)觀察凹谷的輪廓形狀。規(guī)程指出在不確定區(qū)時(shí)靜值的探測(cè)法，稍微呈圓弧形的凹谷意味著耳內(nèi)是干燥的，或鼓膜后面是負(fù)壓但沒有滲液；陡峭的凹谷谷底意味著中耳部分充填空氣，部分充填液體。
這些操作規(guī)程都以Jerome T.Combs的研究報(bào)告為基礎(chǔ)，該報(bào)告題目是“Predictive Value of the Angle of Acoustic Reflectometry”，發(fā)表在雜志“The pediatric Infectious Disease Journal”(Vol.10，no.3，pp.214-216，March 1991)上。這篇文章說明在靜值不確定的場(chǎng)合，聲反射率曲線的靜值位置形成的“角度”與靜值結(jié)合在區(qū)分健康的耳組織與不健康的耳組織時(shí)是有效的，該聲反射率曲線是501型聲學(xué)耳鏡在記錄儀上顯示的曲線。角度測(cè)量用量角器或測(cè)角儀在打印結(jié)果上人工完成。報(bào)告沒有敘述任何在打印曲線上定義待測(cè)角度采用的選擇點(diǎn)或線的方法。
這篇文章介紹了對(duì)203位兒童的406只耳朵進(jìn)行聲反射測(cè)量獲得的研究結(jié)果，這203位兒童中有96個(gè)女孩，107個(gè)男孩，年齡在4至16歲之間，測(cè)量采用帶記錄儀的501型聲學(xué)耳鏡。其中，A型鼓膜的耳朵75只、B型鼓膜的耳朵149只、C型鼓膜的耳朵182只。這項(xiàng)研究的目的是確定聲反射率曲線中凹谷形成的角度是否具有預(yù)測(cè)價(jià)值。盡管文章得出結(jié)論說“角度”顯然具有預(yù)測(cè)價(jià)值，但是，該研究有兩個(gè)問題，這兩個(gè)問題意味著有關(guān)預(yù)測(cè)價(jià)值的結(jié)論性結(jié)果缺乏統(tǒng)計(jì)意義。第一，被分析的客體數(shù)量不是任意選擇的?？腕w的實(shí)際數(shù)量從統(tǒng)計(jì)上說不足。更具有統(tǒng)計(jì)說服力的取樣應(yīng)該要大得多。第二，凹谷形成的角度是利用量角器在聲反射率曲線上人工測(cè)量的。由于報(bào)告沒有明確地說明定義角度時(shí)設(shè)置點(diǎn)的確定性方法，所以角度測(cè)量結(jié)果可能有頗大的方差，這進(jìn)一步削弱了結(jié)果的統(tǒng)計(jì)意義。
盡管聲反射儀是一種有用的診斷工具，但是在實(shí)現(xiàn)精確診斷中還有一些未解決的問題。第一，缺乏經(jīng)驗(yàn)的人更可能獲得不精確的結(jié)果，因?yàn)槁暦瓷潇o值的精確測(cè)量仍然需要從儀器一端至鼓膜成一條直線。第二，得了相同的耳病的幼兒與年齡大的兒童相比，前者的耳組織反射入射波要少一些。特別是六個(gè)月以下的幼兒，其鼓膜與耳道呈較小的角度。在明顯情況下，鼓膜的這個(gè)位置阻礙獲得直線。這兩個(gè)因素可能導(dǎo)致虛假的靜值測(cè)量結(jié)果，將不健康的耳組織劃在“健康”之列。
本發(fā)明概要本發(fā)明涉及測(cè)量各種耳組織的聲反射率的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，為了顯示耳組織狀況，本發(fā)明采用電子學(xué)的方法測(cè)量聲反射率曲線的區(qū)段形狀，耳組織狀況的指示標(biāo)記實(shí)質(zhì)上與聲源和鼓膜之間的視線無關(guān)。這種指示標(biāo)記基于測(cè)量鼓膜或其它待分析的耳組織的諧振特性或運(yùn)動(dòng)游隙。一種測(cè)量結(jié)果是聲反射率相對(duì)頻率的變化速率。由于諧振通常使靜值在聲反射率曲線中出現(xiàn)，所以這種變化速率的測(cè)量圍繞靜值進(jìn)行是特別有意義的。圍繞靜值測(cè)出的變化速率可以表示成靜值形狀的角度測(cè)量、梯度或斜率測(cè)量、寬度測(cè)量、或另一種形式測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施方案中，用靜值的兩側(cè)最陡峭的斜線定義角度，文中稱為頻譜梯度。耳病的診斷(如耳壓不正常或中耳出現(xiàn)液體，或者傳導(dǎo)性聽力下降)可以只以這種測(cè)量為基礎(chǔ)。
因?yàn)閷?duì)于給定的耳組織，聲反射率測(cè)量結(jié)果的變化速率比較穩(wěn)定，而與聲源至鼓膜的視線質(zhì)量無關(guān)，所以在這種測(cè)量中用戶培訓(xùn)的作用與早期技術(shù)相比大大降低。因此，本發(fā)明提出的方法和裝置在許多種耳病診斷中都是有效的，尤其對(duì)幼兒的常見耳病如中耳炎進(jìn)行普查時(shí)特別有效，甚至可以用未受過培訓(xùn)的人員進(jìn)行滲析和普查。
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種分析有鼓膜的耳朵的聲反射率的裝置。這種裝置測(cè)量各種耳組織對(duì)多種頻率的聲反射率，其方法是用該裝置將來自聲源的聲音傳送至鼓膜，并探測(cè)反射的聲音，其中測(cè)出的聲反射率曲線具有某種形狀。被測(cè)的聲反射區(qū)的形狀用電子學(xué)的方法測(cè)量，以顯示耳組織的狀況，該顯示結(jié)果基本上與從聲源至鼓膜的視線無關(guān)。
本發(fā)明的另一方面是一種分析有鼓膜的耳朵的聲反射率的裝置。該裝置包括聲反射率測(cè)量系統(tǒng)，它將多種頻率的聲音傳送到鼓膜并探測(cè)由耳組織反射的聲音，以提供有某種形狀的聲反射率曲線。信號(hào)形狀分析儀有接收聲反射率測(cè)量結(jié)果的輸入部分和提供耳組織狀況指示標(biāo)記的輸出部分，其中，該指示標(biāo)記實(shí)質(zhì)上與從聲源至鼓膜的視線無關(guān)。
本發(fā)明的另一方面是一種分析有鼓膜的耳組織的聲反射率的處理程序。該程序涉及測(cè)量耳組織對(duì)多種頻率的聲反射率，其借助于將聲音從聲源傳送到鼓膜并探測(cè)由耳組織反射的聲音完成測(cè)量，所測(cè)出的是有某種形狀的聲反射率曲線。測(cè)出的聲反射率曲線形狀用電子學(xué)方法測(cè)量，以獲取耳組織狀況的指示標(biāo)記，其中，該指示標(biāo)記實(shí)質(zhì)上與從聲源至鼓膜的視線無關(guān)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該指示標(biāo)記是聲反射率相對(duì)頻率的變化速率的測(cè)量結(jié)果。具體地說，在給定的頻率和振幅下，測(cè)出的聲反射率有一個(gè)靜值，該靜值體現(xiàn)鼓膜諧振。對(duì)靜值區(qū)附近變化率的測(cè)量是特別有用的指示標(biāo)記。
利用本發(fā)明的一個(gè)方面或幾個(gè)方面結(jié)合，通過產(chǎn)生多個(gè)入射聲波測(cè)量聲反射率，其中，每一種入射聲波都具有不同的基本頻率。來自聲源的聲波與耳組織反射的聲波都被接收并且合成，以提供指示接收到的聲波總和的電信號(hào)。該電信號(hào)的包絡(luò)提供聲反射測(cè)量結(jié)果?？梢酝ㄟ^確定對(duì)應(yīng)于入射聲波頻率的來自于傳送系統(tǒng)的電信號(hào)的頻域分量測(cè)量到該包絡(luò)。這種頻域分量可以通過計(jì)算電信號(hào)的能量而予確定，該能量對(duì)應(yīng)于表示該電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
所測(cè)到的聲反射率曲線的區(qū)段形狀的測(cè)量也可以利用測(cè)量聲反射率的頻域分量的變化速率的方式實(shí)現(xiàn)。該頻域分量可以是代表該聲反射的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。在通過測(cè)量對(duì)應(yīng)入射波基本頻率的電信號(hào)中的能量確定測(cè)到的聲反射率時(shí)，為了獲得形狀的度量，可以計(jì)算這個(gè)測(cè)出的聲反射率的微分。在一個(gè)實(shí)施方案中，用靜值周圍最陡峭的斜線定義一個(gè)角度，該角度提供需要的形狀的度量。
測(cè)出的形狀可以單獨(dú)作為診斷的基礎(chǔ)。這個(gè)測(cè)量結(jié)果可以簡(jiǎn)單地向用戶顯示或者與一個(gè)或多個(gè)門限值進(jìn)行比較，該門限值定義具體診斷的范圍，比如中耳炎，中耳滲液，中耳有不正常的耳壓或傳導(dǎo)性聽力下降。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是耳組織的截面圖，它說明正常耳組織的聲反射原理；圖2是在多種頻率上典型的入射波與反射波矢量和的示意圖；圖3是圖2所示矢量和的包絡(luò)；圖4是耳組織的截面圖，它說明有滲液的耳組織的聲反射原理；圖5A-圖5D是說明由有滲液的耳組織得到的矢量和的典型包絡(luò)；圖6是在本發(fā)明中采用的試驗(yàn)探頭；圖7是一張方框圖，它說明本發(fā)明的系統(tǒng)；圖8A-圖8C是電路框圖，該電路用于產(chǎn)生控制圖7所示聲頻換能器的電信號(hào)；
圖9A-圖9C是該組電路用于實(shí)現(xiàn)圖7所示的包絡(luò)探測(cè)器的電路框圖；圖10A-圖10B表示矢量和以及對(duì)應(yīng)的聲反射率包絡(luò)，這是依據(jù)本發(fā)明的裝置對(duì)有滲液的耳朵獲得的試驗(yàn)結(jié)果；圖11是用于對(duì)非線性聲學(xué)系統(tǒng)中探測(cè)到的包絡(luò)規(guī)范化的電路方框圖；圖12是規(guī)范化的包絡(luò)信號(hào)的一個(gè)實(shí)例；圖13是用于測(cè)量聲反射率曲線靜值區(qū)形狀的一個(gè)實(shí)施方案的電路方框圖；圖14A-圖14B的圖形說明進(jìn)行角度測(cè)量的方法；圖15是直方圖，表示以聲反射率曲線靜值附近測(cè)出的角度為基礎(chǔ)得到的耳朵個(gè)數(shù)與最終診斷；圖16是直方圖，表示在靜值的基礎(chǔ)上對(duì)耳組織作出的大概的診斷，該靜值利用聲反射率曲線在靜值附近測(cè)出的角度作了校正，并且對(duì)不同的鼓膜類型作了比較；圖17是一個(gè)散布圖，圖示了一些患者的在靜值附近相對(duì)于音頻測(cè)聽門限值(用分貝(dB)表示)測(cè)出的角度的坐標(biāo)關(guān)系；圖18A-圖18C是用于將聲反射率曲線的測(cè)量結(jié)果輸出以供顯示的電路方框圖；圖19是一個(gè)表，對(duì)頻譜梯度和反射率作了比較，數(shù)據(jù)來源于大量的耳朵的聲反射率曲線；
圖20A和圖20B示出了根據(jù)本發(fā)明的診斷儀器的外形；以及圖20C和圖20D示出了根據(jù)本發(fā)明的普查儀器的外形。
通過下面詳細(xì)的敘述并結(jié)合附圖將更完整地理解本發(fā)明，其中，相同的代號(hào)表示相同的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的詳細(xì)描述首先結(jié)合圖1至圖5D敘述測(cè)量耳組織聲反射率的方法。圖1表示典型的耳組織100，它具有鼓膜102、耳道104、和中耳103。為了測(cè)量聲反射率，由聲頻換能器106產(chǎn)生給定頻率的低波幅的音波105。聲頻換能器產(chǎn)生多種頻率的聲波，通常是從500赫茲到20千赫。低幅聲波進(jìn)入耳道并抵達(dá)鼓膜102。該聲波被耳組織吸收一部分、反射一部分，耳組織包括鼓膜、小骨(Oscicles)、中耳裂隙和其他的中耳組織。由這些組織反射的聲波的幅度和相位是使用測(cè)試頻率和耳組織結(jié)構(gòu)的復(fù)數(shù)聲阻抗的函數(shù)。對(duì)于健康的耳組織，來自鼓膜和中耳的反射最小。中耳的復(fù)數(shù)聲阻抗依次取決于中耳內(nèi)的情況、特別是中耳內(nèi)究竟有無滲出物(如液體)或不正常的耳壓。正常的鼓膜振動(dòng)大約吸收入射波的一半，導(dǎo)致微弱的反射波，如107線所示。麥克風(fēng)108接收入射波105、反射波107、以及來自其它耳組織的反射波，最終獲得這些值的矢量和。
圖2表示掃描幾個(gè)頻率的矢量和，沿橫坐標(biāo)頻率降低。這張示意圖說明從測(cè)量仿真耳獲得的矢量和的時(shí)域原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。上升、急劇回落到靜值，然后再上升是耳內(nèi)鼓膜的特征諧振響應(yīng)，在此例中，則是仿真耳的響應(yīng)。然后確定這條曲線的包絡(luò)以便提供聲反射率測(cè)量結(jié)果。這條包絡(luò)可以用多種方式確定。對(duì)應(yīng)圖2曲線的包絡(luò)示于圖3。圖3的曲線中，縱坐標(biāo)表示包絡(luò)的數(shù)值，橫坐標(biāo)表示入射波的波長(zhǎng)。該圖類似于501型聲學(xué)耳鏡在記錄儀上的打印輸出。在包絡(luò)上觀察到靜值點(diǎn)111。在所示標(biāo)尺上這個(gè)靜值的大小大約是2.0個(gè)單位。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，該圖表示耳組織100有滲出物110。中耳的滲出物限制鼓膜振動(dòng)，引起反射波增強(qiáng)，反射波幅度增大，如109所示。入射波105和反射波109的矢量和的包絡(luò)在四分之一波長(zhǎng)處達(dá)到靜值，如圖5A所示。在圖5A中，反射率的最大值，即矢量和包絡(luò)的最小值，利用市售的501型聲學(xué)耳鏡作參照系統(tǒng)，大約是7.2個(gè)單位，如112所示。在這個(gè)實(shí)例中，最低值(即最高反射率)點(diǎn)是在來自麥克風(fēng)的矢量和信號(hào)包絡(luò)的所有頻率上的最小值。在501型聲學(xué)耳鏡的標(biāo)尺上，靜值點(diǎn)的反射率在大于5.0個(gè)單位時(shí)通常表明中耳有問題。
在本發(fā)明中，至少由曲線上的兩個(gè)點(diǎn)定義的聲反射率曲線的區(qū)段形狀，是用電子學(xué)的方法測(cè)量，以獲得耳組織的情況的指示標(biāo)記，該指示標(biāo)記實(shí)質(zhì)上與聲源與鼓膜之間的視線無關(guān)。這個(gè)指示標(biāo)記可以是靜值的任一側(cè)或兩側(cè)，或靜值周圍的聲反射率相對(duì)頻率變化的變化速率的度量值，也可以作為曲線其它區(qū)段或整條曲線的反射率變化速率的度量值。靜值周圍的區(qū)域是曲線具有較大的負(fù)斜率的區(qū)域，它定義進(jìn)入靜值區(qū)的入口點(diǎn)恰好在靜值之前，并且在靜值之后，曲線具有較大的正斜率，它定義了靜值的出口。靜值通常發(fā)生在耳組織的諧振頻率附近。現(xiàn)在說明這種測(cè)量的重要性。
當(dāng)入射到鼓膜的聲波接近四分之一波長(zhǎng)時(shí)的頻率時(shí)，反射波的振幅與入射波的振幅疊加結(jié)果接近振幅的零點(diǎn)。一般地說，正常的耳鼓在中耳內(nèi)沒有液體也沒有不正常的壓力，它顯示比較平緩的靜值。反之，耳內(nèi)有液體或不正常的壓力引起較強(qiáng)的反射，因此有比較深的靜值。但是靜值的深度取決于視線。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中耳有液體或有不正常的壓力的耳組織，在靜值的入口和出口之間聲反射率的變化(速率)與健康的耳組織相比要急劇。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，由視線變化引起的這種變化速率的差別對(duì)于說明滲出物或不正常壓力并沒有什么影響。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5B，這張圖說明帶記錄儀的501型聲學(xué)耳鏡對(duì)于有滲出物的耳組織的典型的檢測(cè)結(jié)果。測(cè)量由有經(jīng)驗(yàn)的使用者進(jìn)行，他將視線直接指向鼓膜。但是，圖5C表示對(duì)同一耳組織、故意地降低視線的質(zhì)量獲得的輸出。最后是圖5D，它表示對(duì)同一耳組織，由典型的沒有經(jīng)驗(yàn)的使用者操作所獲得的輸出。比較圖5B至圖5D可知，同一耳組織輸出的振幅，按501型的標(biāo)尺從圖5C中的114點(diǎn)得到的是2.7，而圖5D中的115點(diǎn)對(duì)應(yīng)的5.0，圖5B中的113點(diǎn)則為7.6(通常被認(rèn)為是嚴(yán)重的中耳有滲出物)；反之，在靜值前后的變化率，即斜率(用作包絡(luò)形狀的指示值)基本保持不變。
隨入射聲波自由振動(dòng)的鼓膜(即健康的鼓膜)不僅產(chǎn)生較淺的靜值，而且在靜值頻率附近的斜率較平緩，因此產(chǎn)生較小的頻譜梯度。相對(duì)于接近靜值的頻率，不受限制的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較低反射率(值)，因此產(chǎn)生較低的表觀斜率。
當(dāng)鼓膜運(yùn)動(dòng)受限制(即耳組織不健康)時(shí)，靜值周圍斜率增大。因?yàn)槁暦瓷渎逝c鼓膜的復(fù)數(shù)聲阻抗相關(guān)，因此測(cè)量它相對(duì)于頻率輸入的變化速率與測(cè)量電路的“Q”值相似。所以，限制鼓膜導(dǎo)致較高的聲阻抗和較敏銳的Q值。對(duì)于給定的阻抗，不管由于視線限制引起的輸入能量如何變化，Q值相對(duì)恒定。
現(xiàn)在介紹按照本發(fā)明的裝置。圖6是依據(jù)本發(fā)明制作的儀器的測(cè)試頭的剖面圖。測(cè)試頭12包括換能器21，它在聲腔23內(nèi)建立聲場(chǎng)。聲腔23中的聲音通過探針25到耳道290附近。探針25有一個(gè)漏斗形的部分251和任選的線性部分252。部分252的大小可以選擇，使之與典型的受試的健康耳道的大小相匹配。借此使探針的頭部與典型的耳道的阻抗匹配。對(duì)于兒童，探針的線性段252的長(zhǎng)度A最好接近1cm，內(nèi)徑B應(yīng)當(dāng)介于0.25至0.75cm之間。類似地，當(dāng)探針漏斗形部分251側(cè)面長(zhǎng)度C大約是5cm、與聲腔連接的探針大頭直徑D接近7cm時(shí)，能夠獲得好的結(jié)果。采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，可以使用其它外徑的頭部。探針的延伸段不需要插入耳道。實(shí)際上，在測(cè)試頭探針頂端27與耳道290入口之間有狹窄的縫隙28。用裝配在探針頭部27上的海綿橡膠頭(未示出)可以很方便地控制這個(gè)縫隙。
在測(cè)試頭中，換能器21產(chǎn)生的入射聲波從測(cè)試頭探針25的頂端27發(fā)出，進(jìn)入耳道290。然后，一部分入射波被耳組織反射。來自健康的耳組織的反射極微弱，可以通過適當(dāng)?shù)倪x擇探針頭部?jī)?nèi)徑(比如對(duì)于兒童將它增大到1.0cm)得到抑制。
部分反射波從頂端27進(jìn)入測(cè)試頭的空心線性段252。麥克風(fēng)24位于探針25內(nèi)部，位于線性段252與漏斗形部分251的銜接處。所以，麥克風(fēng)24實(shí)際上測(cè)量這個(gè)點(diǎn)的凈聲壓；這個(gè)凈聲壓是入射信號(hào)和反射信號(hào)的矢量和。為了減少測(cè)試頭內(nèi)部的反射和諧振，可以用吸音材料充填聲腔23。
現(xiàn)在已經(jīng)敘述了聲反射儀的一般原理以及在聲反射儀中使用的測(cè)試頭，下面將結(jié)合圖7至圖12介紹適合本發(fā)明的電子電路?，F(xiàn)在結(jié)合圖7介紹按照本發(fā)明制作的設(shè)備的簡(jiǎn)要方框圖，包括設(shè)備的電路部分和機(jī)械部分。電路部分除了顯示器、聲換能器、和麥克風(fēng)之外都可以采用微處理器，也可以用模擬電路。圖7中，音調(diào)發(fā)生器121包括聲音發(fā)生器120，它產(chǎn)生供給音頻換能器122(如圖6中的測(cè)試頭的換能器21)的電信號(hào)。音頻換能器對(duì)電信號(hào)作出響應(yīng)，產(chǎn)生施于外耳道的低音量聲波(圖1和圖4中的105)。音頻換能器122可以是電子耳機(jī)、電磁耳機(jī)、或者其它類型的換能器。換能器也可以是小型揚(yáng)聲器，如在高保真頭帶送受話器中使用的小型揚(yáng)聲器。
如上所述，入射聲波被耳組織反射。由麥克風(fēng)108(如圖6中的麥克風(fēng)24)將這些反射波與入射波疊加。麥克風(fēng)可以是電容式話筒、靜電式話筒或者其它類型的話筒。由麥克風(fēng)輸出的信號(hào)代表入射波和反射聲波的矢量和，其電壓與反射波的振幅成反比，如圖2所示。
包絡(luò)探測(cè)器124將矢量和轉(zhuǎn)換成包絡(luò)信號(hào)，前者由麥克風(fēng)的輸出信號(hào)表示，后者用隨入射波頻率變化的電壓表示。包絡(luò)探測(cè)器124可以是峰值包絡(luò)探測(cè)器、均方根(RMS)電壓探測(cè)器、或者模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，如適當(dāng)?shù)目删幊涛⑻幚砥?。作為本發(fā)明的一個(gè)方面(下面將詳細(xì)介紹)利用關(guān)于矢量和的頻譜資料探測(cè)包絡(luò)。這樣探測(cè)出的包絡(luò)被稱之為聲反射率曲線。
為了獲得耳組織情況的指示標(biāo)記，形狀分析器126用電子學(xué)方法測(cè)量聲反射率曲線的區(qū)段形狀，該形狀本質(zhì)上與從聲源到鼓膜的視線無關(guān)。該信息可以是對(duì)包絡(luò)形狀的一種或多種測(cè)量，包括對(duì)聲反射率相對(duì)頻率變化的變化速率的測(cè)量，頻率變化指的是靜值周圍、靜值的任一側(cè)、或者一段曲線或整條曲線的頻率變化。例如，這種測(cè)量可以是角度、梯度、斜率、寬度、或者其確定方式下面將敘述的聲反射率曲線形狀的其它度量參數(shù)。然后以適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄟ^顯示部分130將這個(gè)信息顯示出來。
在圖7中，可以增加存儲(chǔ)器(未表示)，以便存儲(chǔ)一條聲反射率曲線的處理結(jié)果。有這樣的存儲(chǔ)器，電路運(yùn)行時(shí)能夠?qū)ΧM織自動(dòng)地依次完成多次試驗(yàn)，將這一系列試驗(yàn)中的最好的結(jié)果保存下來，其余的可以丟棄。例如，最好的結(jié)果可以定義為靜值最低的聲反射率曲線的形狀測(cè)量結(jié)果。以這種方式，設(shè)備用戶稍加努力就可以獲得最好的結(jié)果。
現(xiàn)在結(jié)合圖8A至圖8C較詳細(xì)地介紹聲音發(fā)生器120。聲音發(fā)生器120的輸出供給音頻換能器122，該輸出是一系列擴(kuò)展到不同頻率范圍的正弦波。通常擴(kuò)展范圍介于500赫茲至20千赫之間。頻率范圍在1千赫至15千赫之間，在1.8千赫至7千赫之間，在1.8千赫至4.4千赫之間都是可以接受的。對(duì)所有頻率掃描一次典型的周期是從20毫秒至大約10秒。但是這些圖僅僅是一些示范圖。一般地說，應(yīng)當(dāng)有頻率輸出，該頻率輸出覆蓋耳道“傳送線”上的一個(gè)或多個(gè)諧振點(diǎn)，該傳送線以中耳作為終點(diǎn)。這些諧振點(diǎn)按照四分之一波長(zhǎng)的倍數(shù)有規(guī)律地出現(xiàn)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)下述諧振點(diǎn)對(duì)于掃描分級(jí)特別有用，它們是1/4波長(zhǎng)、1/2波長(zhǎng)、3/4波長(zhǎng)以及一個(gè)波長(zhǎng)。在正常的成人耳組織中，這些波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的頻率近似于3.5千赫、7千赫、10.5千赫、和14千赫。
在圖8A中，利用斜率信號(hào)發(fā)生器140作為聲音發(fā)生器120(圖6)。斜率信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生斜率信號(hào)141，即單調(diào)信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓控制振蕩器(VCO)142。斜率信號(hào)還被包絡(luò)探測(cè)器124和顯示器130利用，下面將有介紹。電壓控制振蕩器142對(duì)斜率信號(hào)作出響應(yīng)，提供一展開的正弦波，其頻率展開的范圍由斜率信號(hào)定義。展開的正弦波供給音頻換能器122。
圖8B是一個(gè)實(shí)施方案中的聲音發(fā)生器120的方框圖，該實(shí)施方案利用帶連續(xù)掃描系統(tǒng)的模擬技術(shù)。展開的頻率源31在312線上提供擴(kuò)展的頻率輸出。掃頻信號(hào)本身作為輸出在311線上出現(xiàn)，該信號(hào)用于控制包絡(luò)探測(cè)器124和顯示器130。通過將來自測(cè)試頭在322線上的信號(hào)反饋到衰減器32而使來自換能器的聲壓波長(zhǎng)保持恒定。在這個(gè)實(shí)施方案中控制電壓的衰減器能夠連續(xù)地調(diào)整，使最大值為20分貝。衰減器的輸出供給功率放大器33，功率放大器馬區(qū)動(dòng)換能器。
在圖8C的實(shí)施方案中，采用一系列的脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖的頻率各不相同。零部件代碼與結(jié)合圖8C進(jìn)行討論時(shí)用的代碼一一對(duì)應(yīng)，代碼的作用與圖8B的討論相似。但是，在圖8C所示的實(shí)施方案中，給測(cè)試頭的信號(hào)源于脈沖-掃描發(fā)生器51。這個(gè)脈沖掃描發(fā)生器提供一系列脈沖，其中，每個(gè)脈沖寬度近似為10毫秒，脈沖再現(xiàn)率近似為100赫茲。每個(gè)脈沖有不同的中心頻率，第一個(gè)脈沖頻率近似1.8千赫。每個(gè)后續(xù)脈沖的中心頻率都按比例地高于前一個(gè)脈沖，直至給定的脈沖序列中的最后一個(gè)脈沖的頻率到達(dá)近似4.4千赫。大約44個(gè)不同頻率的脈沖組成一個(gè)序列是適當(dāng)?shù)?。用大約0.5秒長(zhǎng)的由這些正弦波脈沖組成的脈沖串能夠進(jìn)行完全的掃描測(cè)量。最好用微處理器以離散定時(shí)步進(jìn)將每個(gè)正弦波頻率的若干個(gè)周期的脈沖串同步。該脈沖序列供給信號(hào)衰減器32，信號(hào)衰減器的輸出供給寬頻帶功率放大器331。來自脈沖掃描發(fā)生器的輸出信號(hào)313由顯示器130使用。
應(yīng)當(dāng)理解，這些聲音發(fā)生器120的實(shí)施方案都僅僅是示范方案。其他的實(shí)施方案也可能采用。例如，用于產(chǎn)生包絡(luò)的頻域法不需要在每個(gè)離散的頻率上依次產(chǎn)生進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量的探針頻率。在感興趣的頻率范圍內(nèi)，以適當(dāng)?shù)哪芰糠植极@取寬頻帶聲激勵(lì)并通過對(duì)頻域進(jìn)行變換(如傅立葉變換或類似的其它變換)，也能導(dǎo)致良好的頻域測(cè)量結(jié)果。自噪聲信號(hào)發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)這種能譜分布。
現(xiàn)在結(jié)合圖9A至圖9C詳細(xì)介紹包絡(luò)探測(cè)器124。在圖9A所示實(shí)施方案中，包絡(luò)是利用均方根至直流(RMS-to-DC)轉(zhuǎn)換確定的。在圖9A中，麥克風(fēng)的輸出在從測(cè)試頭34引出的341線上經(jīng)前置放大器35被送到帶通濾波器36。帶通濾波器通常允許50赫茲至20千赫的信號(hào)通過。帶通濾波器36的輸出與RMS-to-DC轉(zhuǎn)換器371的輸入耦合，該轉(zhuǎn)換器的輸出是來自麥克風(fēng)的各種入射聲波頻率矢量和信號(hào)總能量的度量值。在這個(gè)實(shí)施方案中，RMS-to-DC轉(zhuǎn)換器371受掃頻輸出信號(hào)311(比如來自圖8B的掃頻源)控制。
圖9B所示實(shí)施方案基于峰值檢測(cè)。在與圖9A相似的圖9B中，寬頻帶前置放大器35接受麥克風(fēng)的輸出。前置放大器的輸出通過帶通濾波器36。帶通濾波器的輸出與峰值檢測(cè)器372的輸入耦合，該峰值檢測(cè)器針對(duì)每種入射聲波頻率提取峰值，由此產(chǎn)生包絡(luò)。這個(gè)峰值檢測(cè)器可以控制，例如受觸發(fā)輸出信號(hào)(比如來自圖8C的脈沖掃頻發(fā)生器)控制。在這個(gè)實(shí)施方案中有一個(gè)困難，即對(duì)于噪聲瞬變特別敏感。
圖9C所示實(shí)施方案使用矢量和的頻域信息確定包絡(luò)。這個(gè)實(shí)施方案基于頻譜分析原理，即聲音信號(hào)以及它的電模擬信號(hào)都可以用一系列不同頻率的正弦波(如傅立葉級(jí)數(shù))表示。每個(gè)頻率都與一組系數(shù)聯(lián)系，這組系數(shù)確定其總幅度。對(duì)傅立葉級(jí)數(shù)的所有的系數(shù)求和再現(xiàn)原始的波形。第一個(gè)系數(shù)對(duì)應(yīng)基本頻率。純正弦波的高階系數(shù)是零。在這個(gè)實(shí)施方案中，聲反射儀產(chǎn)生的一系列聲波是一系列正弦波脈沖，每個(gè)脈沖包含若干個(gè)周期的正弦波，而且每個(gè)脈沖中的頻率不同。識(shí)別每個(gè)脈沖的基本頻率，那個(gè)頻率信號(hào)的第一個(gè)系數(shù)僅僅代表基本頻率。所有其它的頻率都可以忽略。
忽略所有的不同于基本頻率的頻率，收到的矢量和信號(hào)的能量可以被表示成基本頻率的傅立葉系數(shù)的平方和。這些系數(shù)是矢量和信號(hào)與基本頻率的正弦和余弦的乘積。因此，能量由式(1)定義Ef＝[∑Vxsin(2πf)]2+[∑Vxcos(2πf)]2(1)其中，Ef是入射頻率為f的信號(hào)能量，Vx是在入射頻率處的矢量和電壓。求和符號(hào)表示針對(duì)矢量和信號(hào)的整數(shù)周期上的每個(gè)矢量和電壓取樣計(jì)算這個(gè)乘積。聲波的基本頻率的能量由圖9C中的能量測(cè)量部分37測(cè)量。能量值Ef的平方根給出信號(hào)分量的均方根值(RMS)，該信號(hào)只包含基本頻率。包絡(luò)由各種入射頻率的均方根值定義。
這個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)基本頻率測(cè)量在數(shù)個(gè)周期上求矢量和的信號(hào)能量應(yīng)當(dāng)大大減少外部噪聲的影響，并且給出與頻率相關(guān)的有意義的定量數(shù)值。因此，響應(yīng)一系列入射聲波在每個(gè)入射頻率處測(cè)出的能量給出了鼓膜諧振特性的包絡(luò)，而且該包絡(luò)基本無噪聲。如果來自哭鬧兒童的聲音和周圍房間的噪聲的頻率不在待測(cè)量的基本頻率上，那么這些聲音都被排除在外。
考慮到獲取矢量和的聲學(xué)系統(tǒng)(包括麥克風(fēng)、換能器、聲腔和探針頭)并不理想，在本發(fā)明中對(duì)包絡(luò)探測(cè)器124測(cè)出的包絡(luò)作規(guī)范化處理也頗有效果。規(guī)范化的基礎(chǔ)是假定如果將入射聲波傳送給開放空間，那么應(yīng)當(dāng)沒有反射被測(cè)量到。因此，最終的矢量和曲線和它的包絡(luò)都應(yīng)當(dāng)是平直的。但是，由于聲學(xué)系統(tǒng)不理想，所以最終獲得的曲線一般并不平直。
例如，采用連續(xù)掃描的音調(diào)發(fā)生器的裝置將聲音傳送到開放的空間，該裝置獲得的實(shí)際矢量和如圖10C所示。在這張圖中，橫坐標(biāo)表示遞增的時(shí)間或入射波頻率，坐標(biāo)的單位是任選的?？v坐標(biāo)表示由麥克風(fēng)輸出的矢量和的幅值，坐標(biāo)的單位是任選的。圖10D表示這個(gè)矢量和的包絡(luò)，它是采用結(jié)合圖9C說明的方法得到的。在這張圖中橫坐標(biāo)表示遞增的時(shí)間或入射波頻率，坐標(biāo)的單位是任選的?？v坐標(biāo)表示包絡(luò)的幅度，單位是任選的。值得注意的是圖10D所示的包絡(luò)中的不規(guī)則性。
圖10A表示從仿真耳獲取的矢量和，該仿真耳是一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，它在聲學(xué)特性上與真實(shí)的耳組織相似。在這張圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間增加或入射波頻率，坐標(biāo)的單位是任選的?？v坐標(biāo)表示由麥克風(fēng)輸出的矢量和的幅度，單位是任選的。圖10B說明圖10A所示矢量和的包絡(luò)，該包絡(luò)是采用結(jié)合圖9C說明的方法得到的。在這張圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間增加或入射波頻率，坐標(biāo)的單位是任選的?？v坐標(biāo)表示包絡(luò)的幅度，坐標(biāo)單位是任選的。
在分析圖10B所示曲線的形狀之前，最好利用有關(guān)聲學(xué)系統(tǒng)不規(guī)則性的知識(shí)(如圖10D所示)將圖10B中所示的包絡(luò)規(guī)范化。因此，對(duì)于其數(shù)據(jù)已為聲學(xué)系統(tǒng)在開放空間時(shí)所存儲(chǔ)的每個(gè)頻率的數(shù)據(jù)(來自圖10D)而言，每個(gè)頻率的包絡(luò)的數(shù)值互逆，被用于換算對(duì)于給定的耳組織獲得的曲線中的相應(yīng)頻率處的包絡(luò)的數(shù)值(來自圖10B)。
實(shí)現(xiàn)這種規(guī)范化的電路如圖11所示。包絡(luò)探測(cè)器124的輸出送入多路調(diào)制器(MUX)或其它的選擇器123，該調(diào)制器或選擇器受來自123A線的模式選擇信號(hào)控制。在被稱作規(guī)范化模式的第一操作模式中，讓裝置將聲音傳送到開放空間并且將包絡(luò)探測(cè)器的輸出經(jīng)多路調(diào)制器123供給存儲(chǔ)器125，在那里將數(shù)據(jù)保存起來。在被稱作測(cè)量模式的第二操作模式中，在完成對(duì)耳組織的測(cè)量后，包絡(luò)探測(cè)器的輸出經(jīng)多路調(diào)制器123供給換算部分127。針對(duì)每個(gè)施于耳組織的入射波頻率，借助存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器125中的相同頻率的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的反數(shù)，對(duì)在該頻率處的包絡(luò)的數(shù)值進(jìn)行換算，以提供規(guī)范化的包絡(luò)輸出。經(jīng)過規(guī)范化的示范包絡(luò)示于圖12。在這張圖中，橫坐標(biāo)表示遞增的頻率，坐標(biāo)的單位是任選的。縱坐標(biāo)表示包絡(luò)的幅度，單位是任選的。注意，圖12中的曲線實(shí)質(zhì)上比圖10B中的包絡(luò)光滑。
進(jìn)一步的數(shù)字信號(hào)處理可以在規(guī)范化的包絡(luò)上完成，以降低曲線中的噪聲，或者降低曲線中感興趣的區(qū)段的噪聲。例如，可以在靜值前的負(fù)斜率區(qū)段完成低通濾波，比如采用三通濾波器(athree-tap filter)。在靜值之后的正斜率區(qū)段也可以經(jīng)過濾波，比如采用五通低通濾波器(five-tap low pass filter)。如果獲取的靜值幅度不足，還可以舍棄完整曲線的信息。這些類型和其它類型數(shù)字濾波都可以采用。例如，為了用于角度測(cè)量中和繪制波形，聲反射率的包絡(luò)還可以分度。
現(xiàn)在較詳細(xì)地介紹適當(dāng)?shù)男螤罘治銎?26。形狀分析器126采用電子學(xué)的方法測(cè)量聲反射率信號(hào)的區(qū)段形狀。可能有許多區(qū)段是感興趣的區(qū)段。主要感興趣的區(qū)段是靜值附近的區(qū)段。此外，在靜值區(qū)段入口處的負(fù)斜率區(qū)段可能也是重要的，而且包含著對(duì)診斷有用的信息。靜值之后的正斜率和諧振波形的峰-峰幅值可能也有用。形狀分析器126可以用電子學(xué)的方法確定被測(cè)波形的靜值的位置和幅度，這些工作由靜值探測(cè)器完成，該探測(cè)器探測(cè)波形并測(cè)量最低的電壓值。
有若干種測(cè)量聲反射率曲線的區(qū)段形狀的方法，包括測(cè)量梯度或斜率。定義凹谷區(qū)域形狀可以采用考核凹谷兩側(cè)的梯度或斜率的方法，或者采用測(cè)量凹谷定義的角度的方法，或者采用測(cè)量凹谷的寬度的方法。
首先討論聲反射率曲線上靜值附近區(qū)段的形狀的測(cè)量方法。這些方法與測(cè)量靜值兩側(cè)曲線斜率有關(guān)，比如，麥克風(fēng)輸出的矢量和是用電壓度量的，那么就要確定曲線段上每伏電壓對(duì)應(yīng)的頻率，即頻率/電壓。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，靜值區(qū)形狀測(cè)量結(jié)果是聲反射率曲線中由靜值區(qū)形成的角度的測(cè)量結(jié)果，就如同在501型聲學(xué)耳鏡的記錄儀打印的曲線上測(cè)量角度一般。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，聲反射率曲線需要換算，以與501型聲學(xué)耳鏡的標(biāo)尺匹配。為了完成這個(gè)換算，橫坐標(biāo)表示頻率f，每個(gè)頻率的實(shí)際位置L由下式確定
L＝(f-f0)*W/fr其中，f0是待顯示曲線范圍中的第一頻率，fr是曲線的頻率范圍，W是曲線圖寬度，比如84mm。每個(gè)對(duì)應(yīng)的反射率數(shù)值R按照下式計(jì)算R＝A*H/A1800其中，A是幅值，H是曲線圖高度，如40mm。這些分度公式僅僅是針對(duì)501型聲學(xué)耳鏡的說明。其它的分度公式也可以使用。
象501型聲學(xué)耳鏡那樣給定適當(dāng)?shù)膮⒖枷抵?，靜值區(qū)的角度測(cè)量或其它形狀測(cè)量以及聲反射率曲線的其它區(qū)段的形狀測(cè)量都可以計(jì)算。
第一種方法涉及頻率梯度/幅度參考系。首先確定靜值頂點(diǎn)的幅度值。其次測(cè)量靜值兩側(cè)位置的頻率，在這個(gè)位置上，幅值高于靜值一個(gè)已知的電壓增量。該電壓增量通常可以是包絡(luò)探測(cè)器124(圖7)可能實(shí)現(xiàn)的電壓輸出范圍的20％左右。一般地說，對(duì)于不健康的耳組織獲得的曲線，這個(gè)電壓增量應(yīng)當(dāng)在曲線上提供一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)位于靜值區(qū)入口之后且在非常接近靜值點(diǎn)曲線變平之前。例如，電壓增量可以與501型聲學(xué)耳鏡上的兩個(gè)反射率數(shù)值相對(duì)應(yīng)。電壓增量也可以與靜值電壓成比例以保證規(guī)范化的效果。在這個(gè)電壓下的頻率可以借助對(duì)音頻發(fā)生器120(圖7)或斜率信號(hào)發(fā)生器140(圖8A)的輸出采樣予以確定。兩個(gè)頻率的差值即為需要的結(jié)果。
第二種方法涉及頻率增量測(cè)量。更具體地說，是確定靜值頂點(diǎn)處的頻率。然后在高于頂點(diǎn)頻率一已知頻率增量處測(cè)量相對(duì)幅值。在低于峰值頻率一已知頻率增量處找出對(duì)應(yīng)的相對(duì)幅值。一般地說，對(duì)于不健康的耳組織獲得的曲線，這個(gè)頻率增量應(yīng)當(dāng)在曲線上提供一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)位于靜值區(qū)入口之后且在非常接近靜值點(diǎn)曲線變平之前。頻率增量通?？梢越橛?0赫茲至1000赫茲之間。相對(duì)幅值和對(duì)應(yīng)的頻率的矢量和是需要的結(jié)果。
第三種方法被稱之為積分法測(cè)量(integration measurement)。采用這種方法，在確定靜值頂點(diǎn)的幅度之后，進(jìn)行頻率掃描，從靜值一側(cè)的電壓增量的門限值掃到靜值另一例相同或類似的電壓值。電壓增量可以與第一種方法采用的電壓增量相同。在兩個(gè)門限值之間，電流積分器被激活。積分獲得的電壓作為相對(duì)數(shù)值使用。另一種替代方法，是可以在靜值兩側(cè)對(duì)音頻發(fā)生器120(圖7)的輸出或斜率信號(hào)發(fā)生器140(圖8A)的輸出進(jìn)行采樣，差值也可以作為需要的結(jié)果使用。在圖13中，形狀分析器的探測(cè)器126由靜值幅度探測(cè)器144實(shí)現(xiàn)，它用于確定靜值電壓。靜值電壓輸送給電壓比較器146，該比較器還接受偏置電壓。靜值電壓與偏置電壓結(jié)合起作用，將控制信號(hào)反饋給斜率信號(hào)發(fā)生器140(經(jīng)由146A線)，其用途將在后面敘述。類似地，控制信號(hào)輸送給積分器148，其理由也將在后面敘述。矢量和還可以從麥克風(fēng)108傳送給積分器148。
現(xiàn)在介紹斜率信號(hào)發(fā)生器140、電壓比較器146、以及積分器148的工作情況和它們的合作情況。它們合作提供上述的積分方法。在檢測(cè)到靜值電壓之后，確定高于靜值電壓的偏置電壓。讓斜率信號(hào)發(fā)生器再工作一段時(shí)間，掃過該組頻率。當(dāng)麥克風(fēng)的輸出電壓與偏置電壓相符時(shí)，積分器148啟動(dòng)并開始積分，此時(shí)電壓下降到靜值電壓，然后再上升到偏置電壓。在第二次升至偏置電壓之后，此時(shí)積分器的輸出信號(hào)提供一個(gè)與靜值的角度成正比的數(shù)值。這個(gè)值供給電壓比較器150，該比較器提供的輸出說明該角度究竟是小于還是大于一個(gè)或多個(gè)角度門限值。這些輸出供顯示(如發(fā)光二極管152和154)使用。
還有一種方法叫做斜率測(cè)量。在確定靜值角度頂點(diǎn)的頻率之后，可以用與曲線上另一個(gè)點(diǎn)的頻率差除以對(duì)應(yīng)的電壓差來確定該角一個(gè)邊的斜率(反之亦然)。斜率差作為需要的結(jié)果使用。超越函數(shù)可以用于將這個(gè)數(shù)值變成角度。例如，已知頻率生成和靜值電壓標(biāo)定值就允許測(cè)量角度斜率或梯度(參照?qǐng)D14)。靜值處的幅度值(V0)和相應(yīng)的頻率(f0)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后測(cè)量對(duì)應(yīng)給定的偏置電壓的兩個(gè)頻率f1和f2。參照?qǐng)D14，角度α1＝arctan[(f1-f0)/V0]，和α2＝arctan[(f2-f0)/V0]。靜值角α是α1與α2的和。當(dāng)用于表示聲反射率曲線的分度與501型聲學(xué)耳鏡所用的分度相同時(shí)，這樣測(cè)出的角度與在501型聲學(xué)耳鏡上出現(xiàn)的角度相對(duì)應(yīng)。
還有另一種測(cè)量靜值區(qū)形狀的方法，該方法涉及頻域分析，諸如傅立葉變換或其他的變換，在此稱之為頻譜梯度測(cè)量。傅立葉變換是一種按頻域分析電信號(hào)的數(shù)學(xué)方法，它相對(duì)于更常用的時(shí)域分析法。當(dāng)矢量和的包絡(luò)以傅立葉級(jí)數(shù)表示(如前面結(jié)合圖9C所述)時(shí)，計(jì)算變換后的信號(hào)差值導(dǎo)致該信號(hào)中的頻率梯度的直接測(cè)量。將靜值兩側(cè)最大的負(fù)梯度和正梯度對(duì)應(yīng)的角度加起來得到靜值角的直接測(cè)量。為了說明，假定點(diǎn)A和點(diǎn)B是梯度最大的兩個(gè)點(diǎn)，梯度分別用a和b表示(如圖14B所示)。定義靜值區(qū)形狀的角度α是角度α1和α2的和。在這個(gè)實(shí)施方案中，α1＝π/2-arctan(a)，α2＝π/2-arctan(b)(與圖14A對(duì)比)。
另一種測(cè)量形狀的方法是包絡(luò)的子波分析(a waveletanalysis)。采用子波分析能夠從包絡(luò)中提取多個(gè)特征。如此獲得的特征是包絡(luò)有特色的特征，因?yàn)樗鼈兡軌蛴糜诙x包絡(luò)。然后，將這些特征用作診斷的基礎(chǔ)。這樣的特征還允許利用中性網(wǎng)絡(luò)法(neural network)和/或其它的圖形識(shí)別方法對(duì)各種類型的包絡(luò)分類。圖形識(shí)別方法也可以用于從包絡(luò)上提取特征。
給出聲反射率曲線的形狀測(cè)量獲得的信息，儀器就有可能以診斷的形式輸出這些信息。例如，普查模塊430可以用于將輸入的形狀測(cè)量結(jié)果與門限值432進(jìn)行比較(如圖18A所示)。比較的結(jié)果能夠告知用戶“健康”或“不健康”。另一種則是使用形狀信息(如待加權(quán)的角度)校正獲得的反射率和靜值。這種校正考慮到視線差異造成的誤差。校正模塊434接收靜值和形狀信息(如角度)然后計(jì)算待輸出的校正結(jié)果。圖18C將普查模塊430和校正模塊434結(jié)合起來。
現(xiàn)在詳細(xì)地介紹校正模塊434。這個(gè)模塊能夠以許多不同的方式實(shí)現(xiàn)，并且能夠以許多不同的方法進(jìn)行校正。利用測(cè)出的角度校正聲反射率的適當(dāng)?shù)男Ｕ瘮?shù)(ACR)的典型公式如下ACR＝AR*N/(M+Angle)其中，AR是靜值處的聲反射率；N是選定的因子(常數(shù))；M是選定的常數(shù)；而Angle是測(cè)出的靜值角。在N和M分別為200和118時(shí)，這個(gè)公式在82°角處建立一個(gè)中點(diǎn)發(fā)射值為0.5的門限值，下面將詳細(xì)敘述。這個(gè)函數(shù)中的參數(shù)選擇可以通過實(shí)驗(yàn)選定，以使給定門限值的靈敏度最大且最有專用性。
為了實(shí)現(xiàn)該加權(quán)函數(shù)，當(dāng)角度和反射值是輸入時(shí)，采用微處理器利用上述公式計(jì)算校正值。但是，完成上述校正和進(jìn)行端點(diǎn)校正將導(dǎo)致不必要的復(fù)雜性。進(jìn)行這樣的實(shí)時(shí)計(jì)算需要復(fù)雜的微處理器，這將大大增加儀器成本和電路需要的功率。成本低的替代方案是利用只讀存儲(chǔ)器查表，它的輸入地址是兩個(gè)可變的數(shù)值，梯度和反射率，校正值存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器的與輸入地址相對(duì)應(yīng)的位置。給定輸入地址，相應(yīng)的加權(quán)值就提供給輸出，用于顯示或打印。
本發(fā)明是很適合供非醫(yī)務(wù)人員使用的普查儀器。這種普查儀器使用至少一個(gè)用于形狀測(cè)量的門限值以提供簡(jiǎn)單的輸出，如“健康”、“繼續(xù)觀察”、或“送交”醫(yī)生。這是通過實(shí)驗(yàn)確定的，如圖1 5所示，形狀測(cè)量得出的角度表示，或者說門限值或適當(dāng)?shù)姆纸琰c(diǎn)(在這個(gè)點(diǎn)以上耳組織是健康的)，大約是95度，角度測(cè)量采用上述的頻譜梯度法。圖15是一張直方圖，它表示具有給定的頻譜梯度測(cè)量結(jié)果的患者的數(shù)目(總數(shù)498人)，并且按照診斷分組，即按患者最后確診是患有中耳炎還是健康的進(jìn)行分組。有斜線的直方條(如160)表示患者數(shù)，這些患者都具有該給定的頻譜梯度測(cè)量結(jié)果并被診斷患有中耳炎。有垂直線條的直方條(如161)也表示患者數(shù)，這些患者具有該給定的頻譜梯度測(cè)量結(jié)果并被確定耳組織是健康的。分界點(diǎn)是通過定義診斷門限值建立起來的。適當(dāng)?shù)拈T限值是95度和75度，高于95度時(shí)，判斷患者是健康的概率很高；低于75度時(shí)，判斷患者患有中耳炎的概率很高(大約是90％)。在75至90度之間表示患者應(yīng)當(dāng)繼續(xù)觀察，中耳炎有可能發(fā)展。其他的低于75度的門限值(比如65度和55度)也可以使用，以提高診斷概率。這些門限值是通過實(shí)驗(yàn)選定的，所以靈敏度和專用性都最佳。
圖16是一張以聲反射率測(cè)量結(jié)果為基礎(chǔ)的直方圖，它是對(duì)1393個(gè)患者的耳組織進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果，并利用實(shí)測(cè)的頻譜梯度進(jìn)行了校正，而且依據(jù)鼓膜類型進(jìn)行分類。校正利用上述公式進(jìn)行。在這張圖中，曲線133對(duì)應(yīng)A型鼓膜(647個(gè)患者)，曲線131對(duì)應(yīng)C型鼓膜(462個(gè)患者)，曲線132對(duì)應(yīng)B型鼓膜(257個(gè)患者)。這張圖表示聲反射率數(shù)值大于5便能夠清楚地區(qū)分正常的耳組織和不健康的耳組織。這個(gè)數(shù)值作為門限值，可獲得的靈敏度為0.94，專一性為0.97。連續(xù)地采用兩個(gè)或多個(gè)門限值是有利的。非醫(yī)務(wù)人員使用的儀器也可以利用這些信息作為診斷基礎(chǔ)。
選擇參照?qǐng)D17，說明傳導(dǎo)性聽力下降與靜值區(qū)定義的角度相關(guān)性。圖17是一張散布圖，它以聲反射率測(cè)量的靜值區(qū)定義的角度和音頻聽力計(jì)門限值測(cè)量結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)68個(gè)患者進(jìn)行測(cè)量。在這張圖中表明，聽力計(jì)門限值為25dB或高于這個(gè)值的患者的靜值角測(cè)量結(jié)果都低于90度。對(duì)于這個(gè)數(shù)據(jù)組，靈敏度達(dá)到1.0。因此，適合非醫(yī)務(wù)人員使用的檢查傳導(dǎo)性聽力下降的儀器也能制作。
現(xiàn)在參照?qǐng)D19介紹在擺脫視線影響方面所作的改進(jìn)，為了診斷目的采用上述的跨越靜值的頻譜梯度測(cè)量。在收集圖19數(shù)據(jù)的試驗(yàn)中，對(duì)每只耳朵至少測(cè)量4次。計(jì)算出靜值和頻譜梯度的平均值，然后最大值和最小值參照該平均值以獲得平均值以上、平均值以下和散布的值。散布值是最小值和最大值與平均值的差值的和。確定每只耳朵散布值的變化，它表示從靜值到頻譜梯度測(cè)量結(jié)果在分散程度方面的改進(jìn)。
重要的發(fā)現(xiàn)在于當(dāng)反射率的散布值增大(列號(hào)500)時(shí)，頻譜梯度測(cè)量結(jié)果的散布情況卻逐步得到改善(列號(hào)502)。這種改進(jìn)是由反射率的散布值與頻譜梯度的散布值的比值的平均值定義的。即，比值(列號(hào)502)是靜值的散布百分比除以頻譜梯度的散布百分比。對(duì)于聲反射率散布值為50％或更高的耳朵而言，頻譜梯度的測(cè)量結(jié)果改進(jìn)了散布情況，平均提高45.9個(gè)百分點(diǎn)；對(duì)于聲反射率散布值為30％或更高的耳組織，頻譜梯度的散布情況得到改進(jìn)，平均提高25.4個(gè)百分點(diǎn)。因此，對(duì)于聲反射率散布值為30％或更高者，平均改進(jìn)接近3比1。
現(xiàn)在結(jié)合圖20a至圖20d敘述儀器的實(shí)施方案，為了向用戶提供診斷輸出，這些儀器都分析聲反射率，以便獲取形狀測(cè)量(包括頻譜梯度測(cè)量)的結(jié)果。應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方案僅僅是一些范例而不是對(duì)本發(fā)明的約束。可能有其他的結(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)將取決于具體的需要診斷的病癥，如中耳炎、滲出物、聽力下降、耳壓不正常或其他的癥狀，還與用戶，如醫(yī)生、經(jīng)過培訓(xùn)的人員、或者沒受過培訓(xùn)的人員有關(guān)。
圖20a至圖20b說明依據(jù)本發(fā)明的儀器的一種實(shí)施方案。這個(gè)實(shí)施方案的目的是作為診斷產(chǎn)品供醫(yī)院或臨床使用，由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員(如醫(yī)生和其他的醫(yī)務(wù)工作者)用于耳病診斷。這個(gè)裝置最好是電池供電，并且采用低功率的電路和功率轉(zhuǎn)換技術(shù)以使功率消耗最低。例如，電路只是在需要時(shí)才被使用，不用時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式。
在這個(gè)實(shí)施方案中，儀器有手柄400和可更換的端頭402，該端頭與患者接觸。手柄的形狀要較嚴(yán)格地模仿耳鏡手柄。觸按式測(cè)量按鈕403通過振蕩器啟動(dòng)掃頻以獲取測(cè)量結(jié)果。
這個(gè)儀器的輸出類似于市售的501型聲學(xué)耳鏡，但是增加了曲線形狀測(cè)量。它可以顯示靜值的數(shù)值，或校正后的靜值。所以，這種手持儀器在它的低功率LCD圖形顯示屏418上顯示其輸出412，包括顯示聲反射率曲線414和數(shù)字結(jié)果416，采用相對(duì)的單位并與文獻(xiàn)中報(bào)道的數(shù)字對(duì)應(yīng)。與501型聲學(xué)耳鏡輸出相比，在儀器上有完整的聲反射率曲線圖形顯示，不再需要顯示耳道長(zhǎng)度的數(shù)值。
提供附加的存儲(chǔ)器(未示出)存儲(chǔ)以后需要檢索的數(shù)據(jù)也是符合需要的。提供足夠的存儲(chǔ)器，可以在手持儀器的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)多組測(cè)量數(shù)據(jù)供以后繪制曲線?？梢蕴峁┛刂茢?shù)據(jù)存取的按鈕。例如，可以提供左耳按鈕420和右耳按鈕422。這兩個(gè)按鈕可以用于將靜值寄存到指定的存儲(chǔ)位置，該位置存儲(chǔ)最后的峰值數(shù)據(jù)供以后打印。在打印記錄上可以區(qū)分被測(cè)試的耳朵是左耳還是右耳。
作為附加特征，還可以提供兩種或多種可更換的端頭和規(guī)范化數(shù)據(jù)，以便選擇受試的年齡組。例如，同時(shí)按壓左右耳按鈕可以在兒童(C)和嬰兒(I)端頭標(biāo)定結(jié)果之間切換。當(dāng)嬰兒端頭調(diào)整耳道長(zhǎng)度并修正聲阻抗時(shí)，切換到嬰兒運(yùn)行，選擇較高的掃頻范圍和內(nèi)部電路的增益。適合兩種類型端頭的規(guī)范化數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在永久性存儲(chǔ)器中，每次更換端頭不需要重新規(guī)范化。儀器的標(biāo)定狀態(tài)也可以顯示，例如在圖形顯示器上和在繪出的曲線上顯示相應(yīng)的字樣“C”或“I”。
圖20c和圖20d說明依據(jù)本發(fā)明的儀器的另一種實(shí)施方案。當(dāng)兒童應(yīng)當(dāng)接受診斷和處理時(shí)，這種儀器能夠用于確定兒童何時(shí)應(yīng)當(dāng)接受診斷和治療，并且可以確定治療的效果。依據(jù)本發(fā)明的這種普查儀器旨在成為低成本的、適合普查的儀器，并由非專業(yè)人員使用。普查儀器的主要用途是對(duì)六個(gè)月以上的兒童進(jìn)行普查，檢查慢性中耳炎(MEE)或不正常的耳壓。這種裝置最好是低功率的、可以獨(dú)立應(yīng)用的、并且由電池供電的儀器，采用可更換的電池和可充電電池。它采用低功率的電路和功率轉(zhuǎn)換技術(shù)以使功率消耗最低。例如，電路只是在需要時(shí)才被使用，不用時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式。
在較佳的實(shí)施方案中，儀器有手柄400和可更換的端頭402，該端頭與患者接觸。手柄的形狀要較嚴(yán)格地模仿耳鏡手柄。觸按式測(cè)量按鈕403通過振蕩器啟動(dòng)掃頻以獲取測(cè)量結(jié)果。
為了普查目的，這種儀器的輸出可以是雙色顯示。輸出404為彩色燈光顯示綠色的發(fā)光二極管406表示正常，紅色的發(fā)光二極管410表示聽力下降或其它病癥。有三種或多種燈光的篩分裝置是符合需要的。例如，這種裝置可以有各種燈光顯示紅色表示要看醫(yī)生；琥珀色或黃色，意味著要重新測(cè)試或要繼續(xù)觀察；綠色表示聽力正常。在這種裝置中，將采用兩個(gè)門限值，通常，一個(gè)在70至90度之間(如75度)，另一個(gè)在80至100度之間(如95度)。有其它病癥存在也可以用這類顯示指出。校正的靜值也被使用并且與門限值進(jìn)行比較，以便提供類似的顯示。
應(yīng)當(dāng)理解，圖20a至圖20d所示的儀器都是示范實(shí)例。按照本發(fā)明能夠制作其他的儀器并提供給特殊的用戶，或者提供待采用的或改進(jìn)的診斷功能。
雖然本文已經(jīng)介紹了幾種實(shí)施本發(fā)明的方案，但熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技工應(yīng)當(dāng)清楚前面的內(nèi)容僅僅是說明性的，本發(fā)明并不僅限于已經(jīng)提出的示范例。許多改進(jìn)方案和其他的實(shí)施方案都只在技巧上略有變化但并未超出權(quán)利要求書規(guī)定的發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于分析有鼓膜的耳朵的聲反射率的裝置，其特征在于包括測(cè)量耳組織對(duì)多個(gè)頻率的聲反射率的裝置，它將聲音從聲源送至鼓膜并探測(cè)反射的聲音，其中，被測(cè)量的聲反射率曲線有某種形狀；以及用電子學(xué)方法測(cè)量聲反射率曲線的形狀以顯示耳組織的狀況的裝置，該顯示結(jié)果基本與從聲源到鼓膜的視線無關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種裝置，其中所述的測(cè)量裝置包括用于測(cè)量聲反射率相對(duì)頻率的變化速率的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種裝置，其中所述的被測(cè)量的聲反射率在給定的頻率和幅值處有一體現(xiàn)鼓膜諧振特性的靜值，并且該測(cè)量裝置用于測(cè)量靜值周圍的變化速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種裝置，其中所述的測(cè)量聲反射率的裝置還包括一種產(chǎn)生多種入射聲波的裝置，其中，每種入射聲波的基本頻率各不相同；一種換能器，該換能器用于接收來自聲源的聲波和耳組織反射的來自聲源的聲波并且將這兩種聲波合并，其中，該換能器產(chǎn)生指示標(biāo)記被接收聲波之和的電信號(hào)；以及一種探測(cè)包絡(luò)的裝置，該裝置檢測(cè)自換能器的電信號(hào)包絡(luò)，以提供被測(cè)量的聲反射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種裝置，其中所述的探測(cè)包絡(luò)的裝置包括確定來自換能器的電信號(hào)的頻域分量的裝置，所述頻率分量與入射聲波頻率相對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種裝置，其中所述的確定頻域分量的裝置包括計(jì)算電信號(hào)的能量的裝置，該能量與描述該電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)相對(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的一種裝置，其中所述的用于測(cè)量聲反射率曲線形狀的裝置包括測(cè)量來自換能器的電信號(hào)的頻域分量的變化速率的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一種裝置，其中所述的頻域分量是定義來自換能器的電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的一種裝置，其中所述的測(cè)量聲反射率曲線某一區(qū)段的形狀的裝置包括被測(cè)聲反射率的頻域分量的變化速率的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的一種裝置，其中所述的頻域分量是定義被測(cè)聲反射率的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
11.一種用于分析有鼓膜的耳組織的聲反射率的處理，其特征在于包括下述步驟測(cè)量耳組織對(duì)多種頻率的聲反射率，其方法是將聲音從聲源傳送到鼓膜并探測(cè)反射的聲音，其中，被測(cè)量的聲反射率曲線有某種形狀；以及采用電子學(xué)方法測(cè)量聲反射率曲線形狀，以便顯示耳組織的狀況，這種顯示基本上與從聲源到鼓膜的視線無關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一種處理，其中所述的測(cè)量步驟包括測(cè)量聲反射率相對(duì)頻率的變化速率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的一種處理，其中所述的被測(cè)量的聲反射率在給定的頻率和幅值下有一體現(xiàn)鼓膜諧振特性的靜值，并且所述測(cè)量步驟包括測(cè)量靜值周圍的變化速率。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的一種處理，其中所述的測(cè)量聲反射率的步驟還包括下述步驟產(chǎn)生多種入射聲波，其中，每種入射聲波的基本頻率各不相同；用換能器接收來自聲源的聲波和耳組織反射的來自聲源的聲波并且將這兩種聲波合并，其中，該換能器產(chǎn)生一體現(xiàn)被接收聲波之和的特征的電信號(hào)；以及探測(cè)來自換能器的電信號(hào)的包絡(luò)，以提供被測(cè)量的聲反射率曲線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的一種處理，其中所述的探測(cè)包絡(luò)的步驟包括確定來自換能器的電信號(hào)與入射聲波頻率對(duì)應(yīng)的頻域分量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的一種處理，其中所述的確定頻域分量的步驟包括計(jì)算電信號(hào)的能量的步驟，該能量與描述電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)第一系數(shù)相對(duì)應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的一種處理，其中所述的測(cè)量聲反射率曲線區(qū)段形狀的步驟包括測(cè)量來自換能器的電信號(hào)的頻域分量的變化速率的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的一種處理，其中所述的頻域分量是定義來自換能器的電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的一種處理程序，其中所述的測(cè)量聲反射率曲線區(qū)段形狀的步驟包括測(cè)量聲反射率頻域分量的變化速率的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的一種處理程序，其中所述的頻域分量是定義聲反射率的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
21.一種用于分析有鼓膜的耳朵的聲反射率的裝置，其特征在于包括一個(gè)聲反射率測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)將多種頻率的聲音送至鼓膜并探測(cè)由耳組織反射的聲音，以便提供具有某種形狀的被測(cè)聲反射率曲線；以及一個(gè)信號(hào)形狀分析器，該分析器的輸入端接收被測(cè)量的聲反射率曲線，輸出端提供耳組織狀況的指示標(biāo)記，其中，所述指示標(biāo)記本質(zhì)上與從聲源到鼓膜的視線無關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的一種裝置，其中所述的信號(hào)形狀分析器包括用于測(cè)量聲反射率相對(duì)頻率的變化速率的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的一種裝置，其中所述的被測(cè)量的聲反射率在給定的頻率和幅值下有一體現(xiàn)鼓膜諧振特性的靜值，而且其中的測(cè)量裝置測(cè)量靜值周圍的變化速率。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的一種裝置，其中所述的聲反射率測(cè)量系統(tǒng)還包括一個(gè)聲源，該聲源產(chǎn)生多種入射聲波，其中，每種入射聲波的基本頻率各不相同；一個(gè)換能器，該換能器的位置和結(jié)構(gòu)適合接收來自聲源的聲波和耳組織的反射聲波并且將這兩種聲波合成，而且該換能器產(chǎn)生體現(xiàn)被接收聲波之和的電信號(hào)；以及一個(gè)包絡(luò)探測(cè)器，該探測(cè)器接收來自換能器的電信號(hào)并提供被測(cè)量的聲反射率輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的一種裝置，其中所述的包絡(luò)探測(cè)器包括用于確定來自換能器的電信號(hào)的頻域分量的裝置，該頻域分量與入射聲波頻率相對(duì)應(yīng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的一種裝置，其中所述的確定頻域分量的裝置包括計(jì)算電信號(hào)的能量的裝置，該能量與描述電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)第一系數(shù)相對(duì)應(yīng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的一種裝置，其中所述的信號(hào)形狀分析器包括測(cè)量來自換能器的電信號(hào)的頻域分量變化速率的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的一種裝置，其中所述的頻域分量是定義來自換能器的電信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的一種裝置，其中所述的形狀分析器包括測(cè)量聲反射率的頻域分量變化速率的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的一種裝置，其中所述的頻域分量是定義聲反射率的傅立葉級(jí)數(shù)的第一系數(shù)。
31.一種獲取有鼓膜的耳朵的狀況信息的裝置包括一個(gè)聲源，用于產(chǎn)生包含多種頻率分量的聲波，并將該聲波向鼓膜發(fā)送；一個(gè)換能器，用于接收兩種聲波，一種來自聲源、另一種來自耳組織，并且用于產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)表現(xiàn)出兩種聲波之和的特征；以及一個(gè)包絡(luò)探測(cè)器，用于接收來自換能器的電信號(hào)并提供輸出，該輸出表現(xiàn)耳組織的聲反射率；該裝置的特征在于包括一個(gè)信號(hào)形狀分析器，用于接收包絡(luò)探測(cè)器的輸出信號(hào)并測(cè)量該輸出信號(hào)的形狀，以提供耳組織狀況的顯示，其中，形狀分析器的輸出本質(zhì)上與從聲源到鼓膜的視線無關(guān)。
32.一種由聲反射率信息獲取關(guān)于有鼓膜的耳組織狀況信息的處理包括下述步驟用一個(gè)聲源產(chǎn)生多種聲波，其中每種聲波的基本頻率各不相同；接收來自聲源和來自耳組織(反射時(shí)耳組織作為第二聲源)的兩種聲波并將它們合并，以產(chǎn)生表現(xiàn)它們的和的電信號(hào)；探測(cè)該電信號(hào)的包絡(luò)，該包絡(luò)體現(xiàn)耳組織的聲反射率特性，該處理的特征在于用電子學(xué)的方法測(cè)量聲反射率信號(hào)的區(qū)段形狀以獲取體現(xiàn)耳組織狀況的信息，并且該信息本質(zhì)上與從聲源至鼓膜的視線無關(guān)。
33.一種測(cè)量有鼓膜耳組織的聲反射率裝置包括一個(gè)聲源，用于產(chǎn)生包含多個(gè)頻率分量的聲波，并將該聲波向鼓膜發(fā)送；一個(gè)換能器，用于接收兩種聲波，一種來自聲源、另一種來自耳組織，并且用于產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)表現(xiàn)出兩種聲波之和的特征；該儀器的特征在于包括一個(gè)包絡(luò)探測(cè)器，它用于接收來自換能器的電信號(hào)并至少選擇一個(gè)與入射波頻率對(duì)應(yīng)的電信號(hào)頻域分量作為代表耳組織聲反射率特征的電信號(hào)包絡(luò)的指示標(biāo)記。
全文摘要
一種分析耳組織聲反射率的裝置或方法,該裝置(或方法)涉及將聲波引入耳道,聲波頻率覆蓋引起耳組織(如鼓膜)諧振的頻率范圍。測(cè)量時(shí)裝置不壓迫耳道,裝置與耳組織之間不需要?dú)饷?。因?在使用該裝置檢查時(shí)患者基本上沒有不適。該裝置探測(cè)入射聲波和反射聲波并將它們結(jié)合起來,以便產(chǎn)生所謂的聲反射率曲線。采用電子學(xué)的方法測(cè)量聲反射率曲線的區(qū)域以顯示耳組織狀況,該顯示實(shí)際上與聲源至鼓膜的視線無關(guān)。這種顯示以測(cè)量被分析的鼓膜和其它耳組織的諧振特性或自由移動(dòng)為基礎(chǔ)。一種測(cè)量結(jié)果是聲反射率相對(duì)于頻率的變化速率。由于諧振通常使靜值出現(xiàn)在聲反射率曲線上,所以,如果在靜值周圍測(cè)量,這種變化速率的測(cè)量結(jié)果是特別有益的。靜值周圍變化速率的測(cè)量結(jié)果可以表示為靜值區(qū)形狀的角度測(cè)量結(jié)果、梯度或斜率測(cè)量結(jié)果、寬度測(cè)量結(jié)果、或者其它形式的測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施方案中,靜值兩側(cè)的最大斜率被用于定義一個(gè)角度,文中稱該斜率為頻譜梯度。耳病的診斷(如不正常的耳壓或中耳內(nèi)有液體或傳導(dǎo)性聽力下降)可以單獨(dú)以這種測(cè)量為基礎(chǔ)。因?yàn)閷?duì)于給定的耳組織聲反射率的變化速率的測(cè)量結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定,且與至鼓膜的視線質(zhì)量無關(guān),所以在這種測(cè)量中要求培訓(xùn)使用者的作用(如果有)大大減小。因此,本發(fā)明提出的方法和裝置在許多類型的耳病診斷中是有效的,在幼兒常見病(如中耳炎)的普查方面特別有效,甚至可以由未受培訓(xùn)的人員進(jìn)行。
文檔編號(hào)G01H15/00GK1169774SQ9619163
公開日1998年1月7日 申請(qǐng)日期1996年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月26日
發(fā)明者杰羅姆·T·科姆斯, 休·W·伯希 申請(qǐng)人:Mdi儀器公司