CN115715667B - 用于耳鼓膜成像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于耳鼓膜成像的装置和方法。用于耳鼓膜成像的装置包括：耳鼓膜振动激励单元，所述耳鼓膜振动激励单元用于引起耳鼓膜振动；耳鼓膜表面成像单元，所述耳鼓膜表面成像单元用于对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；频域光学相干层析成像单元，所述频域光学相干层析成像单元用于发射光至所述耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测所述耳鼓膜的振动并获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。上述用于耳鼓膜成像的装置可以用于耳鼓膜检查，可以形成耳鼓膜表面二维图像，并检测耳鼓膜的振动并获取三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性，得到耳鼓膜更全面的影像信息，用于耳鼓膜或耳科疾病的精准诊断。

Description

用于耳鼓膜成像的装置和方法

技术领域

本发明涉及医疗成像技术领域，特别涉及一种用于耳鼓膜成像的装置和方法。

背景技术

耳鼓膜是人体听觉系统中重要的组成部分，其生理形态表现为富有光泽且半透明的膜性组织，由上皮层、纤维层和粘膜层构成。外界声音传递至外耳道，经过耳鼓膜振动向后传递。同时耳鼓膜也是屏障，可以将外界的灰尘、细菌、病毒隔离在外耳道，防止中耳感染。因此，若耳鼓膜受损，听力将受到损伤，并且还会造成中耳与外界直接接触，引发感染病变，严重影响听力。耳鼓膜的常规成像与检测方法主要包括耳内窥镜成像、耳鼓膜数字成像、激光多普勒测振仪。上述成像及检测方式只能观察耳鼓膜表面形貌，或检测耳鼓膜表面振动，不能检测耳鼓膜的三维结构特征和弹性分布。

发明内容

本发明实施方式提供了一种用于耳鼓膜成像的装置和方法。

本发明实施方式的一种用于耳鼓膜成像的装置包括：

耳鼓膜振动激励单元，所述耳鼓膜振动激励单元用于引起耳鼓膜振动；

耳鼓膜表面成像单元，所述耳鼓膜表面成像单元用于对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；

频域光学相干层析成像单元，所述频域光学相干层析成像单元用于发射光至所述耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测所述耳鼓膜的振动并获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

上述用于耳鼓膜成像的装置可以用于耳鼓膜检查，可以形成耳鼓膜表面二维图像，检测耳鼓膜的振动并获取三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性，得到耳鼓膜更全面的影像信息，用于耳鼓膜或耳科疾病的精准诊断，而且成像过程中参考光路长度不变，无需在时间上调制参考光路的长度，测量速度更快、系统更简便。

在某些实施方式中，所述耳鼓膜表面成像单元包括照明光源和面成像相机，所述照明光源用于照亮所述耳鼓膜表面，所述面成像相机用于采集所述耳鼓膜表面的散射光，并利用所述耳鼓膜表面的散射光形成所述耳鼓膜表面二维图像。

在某些实施方式中，所述频域光学相干层析成像单元包括扫频源光学相干层析成像单元，所述扫频源光学相干层析成像单元包括扫频激光光源、光纤耦合器、所述参考光路、样品光路和光电探测器，

所述扫频激光光源用于形成出射光入射至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于对所述出射光分光以使所述出射光的一部分进入所述参考光路，所述参考光路长度固定，将所述出射光的一部分投射至反射镜，所述光纤耦合器出射光的另一部分进入所述样品光路，所述样品光路将所述出射光的另一部分投影至所述耳鼓膜；

所述样品光路用于接收所述耳鼓膜的散射光并输出所述散射光至所述光纤耦合器，所述参考光路用于接收所述反射镜的反射光并输出所述反射光至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于使来自所述样品光路的散射光与来自所述参考光路的反射光实现干涉以形成干涉光，所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉信号序列。

在某些实施方式中，所述频域光学相干层析成像单元包括光谱域光学相干层析成像单元，所述光谱域光学相干层析成像单元包括宽光谱光源、光纤耦合器、所述参考光路、样品光路、光栅和光电探测器，

所述宽光谱光源用于形成出射光入射至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于对所述出射光分光以使所述出射光的一部分进入所述参考光路，所述参考光路长度固定，将所述出射光的一部分投射至反射镜，所述光纤耦合器出射光的另一部分进入所述样品光路，所述样品光路将所述出射光的另一部分投影至所述耳鼓膜；

所述样品光路用于接收所述耳鼓膜的散射光并输出所述散射光至所述光纤耦合器，所述参考光路用于接收所述反射镜的反射光并输出所述反射光至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于使来自所述样品光路的散射光与来自所述参考光路的反射光实现干涉以形成干涉光，所述干涉光经所述光栅后，不同波长的干涉光在空间上分离，入射至所述光电探测器，所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉信号序列。

在某些实施方式中，所述频域光学相干层析成像单元包括处理单元，所述处理单元用于对所述干涉信号序列进行处理以获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

在某些实施方式中，所述耳鼓膜振动激励单元包括气流发生器和气流引导装置，所述气流发生器用于喷出气流，所述气流引导装置用于将所述气流导向至所述耳鼓膜。

在某些实施方式中，所述气流引导装置呈T形，所述气流引导装置包括垂直连接的第一管部和第二管部，所述第一管部的一端设有入气口，第二管部的一端设有出气口，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述第一管部背离所述第二管部的一侧入射至所述第二管部并由所述出气口出射，所述气流发生器喷出的气流由所述入气口进入所述第一管部并由所述出气口流出。

在某些实施方式中，所述气流引导装置呈漏斗形，所述气流引导装置包括大端和小端，所述气流引导装置的侧壁内设有气流通道，所述气流引导装置的侧壁围成有光通道，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述大端进入所述光通道并由所述小端出射至所述耳鼓膜，所述气流由所述大端进入所述气流通道并由所述小端喷出至所述耳鼓膜。

在某些实施方式中，所述耳鼓膜振动激励单元包括振动源和振动导管，所述振动导管内设有光通道，所述振动源设置在所述光通道的内壁，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述振动导管的一端入射至所述光通道并由所述振动导管的另一端出射至所述耳鼓膜，所述振动导管用于与外耳道接触以传递所述振动源的振动至所述耳鼓膜。

本发明实施方式的一种用于耳鼓膜成像的方法包括：

引起耳鼓膜振动；

对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；

发射光至所述耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测所述耳鼓膜的振动并获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

上述用于耳鼓膜成像的方法可以用于耳鼓膜检查，可以形成耳鼓膜表面二维图像，检测耳鼓膜的振动并获取三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性，得到耳鼓膜更全面的影像信息，用于耳鼓膜或耳科疾病的精准诊断，而且成像过程中参考光路长度不变，无需在时间上调制参考光路的长度，测量速度更快、系统更简便。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置的模块示意图；

图2是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置的另一模块示意图；

图3是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置的光路示意图；

图4是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置的另一光路示意图；

图5是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置的又一光路示意图；

图6是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置对组织弹性扫描的成像示意图；

图7是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置的又一模块示意图；

图8是本发明实施方式的气流引导装置的结构示意图；

图9是本发明实施方式的气流引导装置的另一结构示意图；

图10是本发明实施方式的气流引导装置的再一结构示意图；

图11是本发明实施方式的振动传导装置的结构示意图；

图12是本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，本文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在相关技术当中，耳内窥镜可以对耳鼓膜进行清晰的二维表面形貌成像，成像结果可用于诊断外伤性耳鼓膜穿孔，检测穿孔的大小、面积、部位、形态，并判断穿孔边界、出血状况等，为治疗一般外伤性以及其他原因造成的耳鼓膜穿孔提供重要的临床诊疗依据。几乎所有的中耳疾病都伴有耳鼓膜后和中耳内的细菌生物膜生长，生物膜很薄，常规耳镜检测的准确性较差，检测的灵敏度和特异性较低，无法对生物膜进行识别。

请参图1，本发明实施方式的一种用于耳鼓膜成像的装置100包括耳鼓膜振动激励单元12、耳鼓膜表面成像单元14和频域光学相干层析成像单元16。耳鼓膜振动激励单元12用于引起耳鼓膜振动。耳鼓膜表面成像单元14用于对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像。频域光学相干层析成像单元16用于发射光至耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测耳鼓膜的振动并获取耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

上述用于耳鼓膜成像的装置100可以用于耳鼓膜检查，可以形成耳鼓膜表面二维图像，检测耳鼓膜的振动并获取三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性，得到耳鼓膜更全面的影像信息，用于耳鼓膜或耳科疾病的精准诊断，而且成像过程中参考光路长度不变，无需在时间上调制参考光路的长度，测量速度更快、系统更简便。

具体地，耳鼓膜振动激励单元12可以包括振动源，振动源包括但不限于声波发生器、气流发生器、接触振动源、骨传导耳机等。振动源可以接触耳鼓膜，振动源工作时，可以引起耳鼓膜微小振动。振动源也可以不与耳鼓膜接触，通过声波、气流、传导等方式，引起耳鼓膜的微小振动。

频域光学相干层析成像（Fourier-domain Optical Coherence Tomography，Fourier-domain OCT）单元可以实现耳鼓膜的三维成像、二维断层截面成像以及表面形貌成像，进而获取耳鼓膜的三维图像、二维断层截面成像以及表面形貌图像。

当耳鼓膜振动激励单元12引起耳鼓膜振动时，频域光学相干层析成像单元16可以灵敏地检测耳鼓膜的振动，通过分析耳鼓膜的振动性质，如振动幅度、共振频率或者弹性波在耳鼓膜中的传播速度，测量耳鼓膜的弹性属性。

在某些实施方式中，请参图2，耳鼓膜表面成像单元14包括照明光源18和面成像相机20，照明光源18用于照亮耳鼓膜表面，面成像相机20用于采集耳鼓膜表面的散射光，并利用耳鼓膜表面的散射光形成耳鼓膜表面二维图像。如此，可以实现耳鼓膜表面二维图像的获取。

具体地，照明光源18可以是大视场照明光源18。大视场照明光源18发出的光，照亮耳鼓膜表面较大区域范围，经耳鼓膜表面反射后，进入面成像相机20，实现耳鼓膜表面二维成像进而得到耳鼓膜表面的二维图像。照明光源18可以是单个或多个方向的LED点光源或线光源，也可以是环形的LED光源。面成像相机20可以包括面阵光电探测器（如CCD相机或者CMOS相机）。

在某些实施方式中，请参图3，频域光学相干层析成像单元16包括扫频源光学相干层析成像单元22，扫频源光学相干层析成像单元22包括扫频激光光源24、光纤耦合器26、参考光路28、样品光路30和光电探测器32。扫频激光光源24用于形成出射光入射至光纤耦合器26，光纤耦合器26用于对出射光分光以使出射光的一部分进入参考光路28，参考光路28长度固定，将出射光的一部分投射至反射镜（图未示），光纤耦合器26出射光的另一部分进入样品光路30，样品光路30将出射光的另一部分投影至耳鼓膜。

样品光路30用于接收耳鼓膜的散射光并输出散射光至光纤耦合器26，参考光路28用于接收反射镜的反射光并输出反射光至所述光纤耦合器26，光纤耦合器26用于使来自样品光路30的散射光与来自参考光路28的反射光实现干涉以形成干涉光，光电探测器32用于将干涉光转换为干涉信号序列。如此，可以利用扫频源光学相干层析成像单元22来获取耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

具体地，光学相干层析成像是一种无创、高分辨率、非标记的三维医学成像技术，采用可见光或近红外光，利用光的干涉原理，对组织进行三维断层扫描成像，并灵敏地检测组织微小振动。频域光学相干层析成像包括扫频源光学相干层析成像（Swept-source OCT）单元。

扫频源光学相干层析成像采用扫频激光光源24，具体成像光路可以如图3所示。耦合器实现分光作用，使得一部分光进入参考光路28，一部分光进入样品光路30并投射至耳鼓膜表面。参考光路28带有反射镜，可以反射入射光至耦合器。来自参考光路28的反射光束与来自样品光路30的散射光束在耦合器中实现干涉。干涉光由光电探测器32检测。扫频激光光源24在每一时刻输出单波长（或窄带）激光，同时光电探测器32在每一时刻检测单波长（或窄带）干涉光的强度。成像过程中，不需要对参考光路28的长度进行时间调制，参考光路28长度不变。

在某些实施方式中，请参图4，频域光学相干层析成像单元16包括光谱域光学相干层析成像单元34，光谱域光学相干层析成像单元34包括宽光谱光源36、光纤耦合器26、参考光路28、样品光路30、光栅38和光电探测器32。宽光谱光源36用于形成出射光入射至光纤耦合器26，光纤耦合器26用于对出射光分光以使出射光的一部分进入参考光路28，参考光路28长度固定，将出射光的一部分投射至反射镜（图未示），光纤耦合器26出射光的另一部分进入样品光路30，样品光路30将出射光的另一部分投影至耳鼓膜；

样品光路30用于接收耳鼓膜的散射光并输出散射光至光纤耦合器26，参考光路28用于接收反射镜的反射光并输出反射光至光纤耦合器26，光纤耦合器26用于使散射光与来自参考光路28的反射光实现干涉以形成干涉光，干涉光经光栅38后，不同波长的干涉光在空间上分离，入射至光电探测器32，光电探测器用于将干涉光转换为干涉信号序列。如此，可以利用光谱域光学相干层析成像（Spectral-domain OCT）单元来获取耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

具体地，光谱域光学相干层析成像单元34采用宽光谱光源36，具体成像光路可以如图4所示。光电探测器32可以是线阵光电探测器32或面阵光电探测器32。耦合器实现分光作用，使得一部分光进入参考光路28，一部分光进入样品光路30。参考光路28带有反射镜，可以反射入射光至耦合器。来自参考光路28反射的光束与样品光路30散射的光束在耦合器中实现干涉。由于宽光谱光源36同时发出不同波长的光束，因此干涉光具有不同波长。通过光栅38对不同波长的干涉光进行空间分离，投射到光电探测器32的不同位置，从而实现不同波长干涉光强度的同时检测。成像过程中，不需要对参考光路28的长度进行时间调制，参考光路28长度不变。

在一个实施方式中，耳鼓膜表面成像单元14和频域光学相干层析成像单元16通过耦合光路集成，不同波长的光在耦合光路中合并和分离，分别用于频域光学相干层析成像和耳鼓膜表面成像。

具体地，请参图5，耦合光路可以采用二向色镜40。例如，当频域光学相干层析成像单元16采用中心波长为1300 nm近红外光光源，耳鼓膜表面成像单元14采用波长为400-650nm可见光光源时，可以使用波长范围大于650nm且小于1300nm的长通二向色镜40。具体地，可以使用950 nm长通二向色镜40，实现光束的耦合。来自频域光学相干层析成像单元16样品光路30的1300 nm近红外光可以穿过长通二向色镜40，照射到耳鼓膜，经耳鼓膜散射后，返回频域光学相干层析成像单元16的样品光路30。而耳鼓膜表面成像单元14中大视场照明光源18发出的400-650 nm可见光，照射到耳鼓膜表面，经耳鼓膜表面散射后，被长通二向色镜40反射，进入耳鼓膜表面成像单元14的面成像相机20。

在某些实施方式中，频域光学相干层析成像单元16包括处理单元42，处理单元42用于对干涉信号序列进行处理以获取耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。如此，可以输出耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

具体地，处理单元42可以包括个人计算机，处理单元42包括数据采集卡，数据采集卡可以采集光电探测器32输出的干涉光光强信号输入至处理单元42。数据采集卡可以是模拟-数字转换卡。处理单元42连接耳鼓膜振动激励单元12、耳鼓膜表面成像单元14和频域光学相干层析成像单元16，用于控制耳鼓膜振动激励单元12、耳鼓膜表面成像单元14和频域光学相干层析成像单元16的运行，并采集耳鼓膜表面成像单元14和频域光学相干层析成像单元16的输出信号。

频域光学相干层析成像单元16采集到的某一位置在时间随波长变化的干涉信号序列，进行快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT），可得到随深度变化的复数信号，依赖成像深度变化的复数形式的信号序列可以表示为，包含幅度部分和相位部分。其中()表示与成像光束垂直平面的坐标，表示成像光束方向（深度方向）的坐标，如图6所示。

在得到光学相干层析成像信号的幅度和相位后，提取幅度信息，即可获得组织的结构图像。成像过程中，不需要对参考光路28的长度进行时间调制，参考光路28长度不变。依据扫描方式不同，A扫描得到沿深度方向的一维信息，B扫描可以得到二维截面图像，C扫描可以得到三维图像。

组织弹性用于描述组织对施加应力时非永久变形的抵抗力。通过弹性变形过程中应力-应变曲线的斜率计算组织的弹性模量，包括杨氏模量、剪切模量、体积模量和压缩模量等。在生物医学应用中，通常测量杨氏模量和剪切模量以评估软组织的弹性性质，同时简化组织生物力学性质，假定组织在小区域中被认为是机械均匀和不可压缩的材料。负荷应力和小变形应变的比率在不可压缩弹性组织的小均匀区域中保持恒定，其在各向同性组织中是方向无关的，在各向异性组织中是方向依赖性的。

光学相干层析成像信号的相位变化，可以用来计算组织的振动速度和幅度。耳鼓膜中散射颗粒在时间间隔内的速度与相同空间位置信号相位变化的关系如下所示：

其中，表示组织的折射率，表示使用的光在真空中的中心波长，表示粒子运动方向与光学相干层析成像光束的夹角，表示散射颗粒沿成像光束方向的速度分量。

弹性属性可包括振动幅度、共振频率和弹性波在耳鼓膜中的传播速度等。从耳鼓膜的振动测量到弹性性能的分析，可以采用了三种方法，包括振动幅度测量、共振频率测量和弹性波速度测量。当相同的压力施加到不同的组织时，可以直接比较振动幅度以定性评估弹性性质，较软的组织将呈现较大的振动幅度。谐振频率与杨氏模量的平方根成近似线性关系，通过测量组织的共振频率，并对照标定的曲线，可以计算组织的杨氏模量。还可以测量弹性波传播速度，基于波速和弹性模量之间的量化关系，计算弹性模量。用这三种方法计算弹性属性时，都需要首先使用频域光学相干层析成像单元16检测到组织的微小振动。

（1）振动幅度的比较

杨氏模量作为生物医学应用中弹性性质表征的重要参数，是应力与应变的比值，可以描述为：

其中是施加的力，是施加力的面积，是沿力作用方向的组织厚度变化，是沿力作用方向的组织原始厚度。当外作用力在一定范围内均匀时，组织上单位面积所受到的力大致相同。由于外力引起小的物体位移，使得应变足够小，可以认为振动时，保持不变，因而，可以用近似评估相对杨氏模量。

为了计算，可以测量时间间隔内的振动速度，从时间到平行于成像光束方向的振动幅度可以通过以下等式确定：

通过振动幅度，可以评估相对杨氏模量的差异，越大，杨氏模量越小。

（2）共振频率检测

当忽略粘度并且变形相对较小时，作为弹性材料的软组织可以通过弹性弹簧建模。施加的力与成比例，其中是从原始位置的位移，是弹性常数。杨氏模量也可以通过以下式来描述：

其中，为组织的共振频率，为组织的质量，是沿力作用方向的组织原始厚度，是施加力的面积。因此，耳鼓膜的共振频率与杨氏模量的平方根成线性关系，并可用于量化杨氏模量。

为了测量耳鼓膜的共振频率，可以调制外力作用的频率，测量不同外力频率时，组织的振幅。组织最大振幅对应的外力频率即为组织的共振频率，也就是组织的特征频率。

（3）弹性波速度计算

当外作用力在一个位置激发耳鼓膜时，可以产生弹性波，在耳鼓膜上传播。使用光学相干层析成像单元对弹性波的传播进行成像，并计算波速，可以分析组织的弹性属性。由于耳鼓膜是薄层结构，在耳鼓膜中传播的弹性波近似为兰姆波，可以通过下面公式，由兰姆波波速计算耳鼓膜的杨氏模量：

其中，表示耳鼓膜的密度，表示弹性波的频率，表示耳鼓膜的厚度，表示兰姆波的传播速度。

在某些实施方式中，请参图7，耳鼓膜振动激励单元12包括气流发生器44和气流引导装置46，气流发生器44用于喷出气流，气流引导装置46用于使气流导向至耳鼓膜。如此，可以实现气流的导向。

具体地，使用气流发生器44作为耳鼓膜振动激励。气流引导装置46在使气流喷出方向与频域光学相干层析成像单元16的出射光同轴心，并且不影响出射光的传播。

在某些实施方式中，请参图8，气流引导装置46呈T形，气流引导装置46包括垂直连接的第一管部48和第二管部50，第一管部48的一端设有入气口52，第二管部50的一端设有出气口54，频域光学相干层析成像单元16的出射光由第一管部48背离第二管部50的一侧入射至第二管部50并由出气口54出射，气流发生器44喷出的气流由入气口52进入第一管部48并由出气口54流出。

具体地，在图8中，第一管部48的上下两端均设有入气口52，气流发生器44产生的气流可以从上下两个方向进入第一管部48，并在第一管部48与第二管部50的连接处转入第二管部50，并由第二管部50的出气口54喷出至耳鼓膜。

频域光学相干层析成像单元16的出射光大致垂直地从左侧入射第一管部48，第一管部48对频域光学相干层析成像单元16的出射光是透射的，并进入第二管部50内部，并最终在右侧的出气口54出射至耳鼓膜。

通过T形气流引导装置46的引导之后，气流与出射光共轴，并垂直作用于耳鼓膜表面，引起耳鼓膜振动。

在某些实施方式中，请参图9，气流引导装置46呈漏斗形，气流引导装置46包括大端56和小端58，气流引导装置46的侧壁内设有气流通道60，气流引导装置46的侧壁围成有光通道62，频域光学相干层析成像单元16的出射光由大端56进入光通道62并由小端58出射至耳鼓膜，气流由大端56进入气流通道60并由小端58喷出至耳鼓膜。

具体地，漏斗形气流引导装置46的内壁与外壁之间带有夹缝的气流通道60。频域光学相干层析成像单元16的出射光从漏斗形的导管中心的光通道62通过，气体从气流通道60中通过，出射光束与出射气流共轴，垂直作用在耳鼓膜表面。其中频域光学相干层析成像单元16的出射光垂直照射在耳鼓膜表面，气流呈环形垂直作用在耳鼓膜的四周。为了防止在气流激励耳膜振动时，密闭环境气体不能逸出，从而形成瞬时性压强上升对耳鼓膜造成损伤，因此在漏斗形气流引导装置46下方增加了缺口64，如图10所示，使外耳道与气流引导装置46形成半密闭环境。

在某些实施方式中，请参图11，耳鼓膜振动激励单元12包括振动源66和振动导管68，振动导管68内设有光通道62，振动源66设置在光通道62的内壁，不影响样品光路30光的出射，频域光学相干层析成像单元16的出射光由振动导管68的一端入射至光通道62并由振动导管68的另一端出射至耳鼓膜，振动导管68用于与外耳道接触以传递振动源66的振动至耳鼓膜。如此，可以将振动源66和频域光学相干层析成像单元16进行小型化集成。

具体地，振动源66和振动导管68可以构成振动传导装置，振动传导装置可安装在频域光学相干层析成像单元16的样品光路30中。振动导管68内部中空形成光通道62，频域光学相干层析成像单元16的出射光从导管中心射出，垂直照射到耳鼓膜表面。微振源可以是振动马达，振动马达可带动刚性振动导管68振动，振动导管68与外耳道接触并带动外耳道振动，从而将振动传递至耳鼓膜，使耳鼓膜产生振动。

请参图12，本发明实施方式的一种用于耳鼓膜成像的方法包括：

步骤101，引起耳鼓膜振动；

步骤103，对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；

步骤105，发射光至耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测耳鼓膜的振动并获取耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

上述用于耳鼓膜成像的方法可以用于耳鼓膜检查，可以形成耳鼓膜表面二维图像，并检测耳鼓膜的振动并获取三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性，可得到耳鼓膜更全面的影像信息，可用于耳鼓膜或耳科疾病的精准诊断，而且成像过程中参考光路长度不变，无需在时间上调制参考光路的长度，测量速度更快、系统更简便。

需要指出的是，上述对用于耳鼓膜成像的装置100的实施方式和有益效果的解释说明，也适应用于本实施方式的用于耳鼓膜的方法，为避免冗余，在此不再详细展开。

综上，本发明实施方式的用于耳鼓膜成像的装置100和方法，相较于现有技术，具有优势。

具体地，现有技术当中，耳内窥镜可以对耳鼓膜进行清晰度的二维表面形貌成像，成像结果可用于诊断外伤性耳鼓膜穿孔，检测穿孔的大小、面积、部位、形态，并判断穿孔边界、出血状况等，为治疗一般外伤性以及其他原因造成的耳鼓膜穿孔提供重要的临床诊疗依据。几乎所有的中耳疾病都伴有耳鼓膜后和中耳内的细菌生物膜生长，生物膜很薄，常规耳镜检测的准确性较差，检测的灵敏度和特异性较低，无法对生物膜进行识别。

在本发明实施方式中，频域光学相干层析成像技术可以获取耳膜的高分辨、三维结构成像，并且可以检测和量化生物膜的微观结构，同时OCT图像还可以观察到耳镜检查中对耳鼓膜表面形貌成像时观察不到的由于外伤或其他原因引起的耳鼓膜的微小孔洞，并且可以准确观察到孔洞边界。外耳接收外界能量（声音），并沿着听神经传到大脑。耳鼓膜是外耳和中耳的分界线，厚度和纸一样薄，但却非常坚韧，且具有一定弹性。当声波（空气颗粒）撞击鼓膜时，会引起鼓膜的震动。如果耳鼓膜弹性降低，或完全失去弹性，将导致声音在传入外耳后无法引起耳鼓膜震动，从而无法向后传递声波能量，最终导致听力功能受损或丧失。

通过频域光学相干层析成像单元16和耳鼓膜振动激励单元12对耳鼓膜进行弹性成像，通过分析耳鼓膜的振动性质，获得耳鼓膜的弹性属性，这对临床医学中耳鼓膜病变的预防和治疗有着重要的意义和使用价值。

本发明将耳内窥镜技术和频域光学干层析成像技术相结合，可以同时及获取耳鼓膜的二维表面形貌信息、三维结构信息以及耳鼓膜的横截面信息，同时还添加了耳鼓膜振动激励单元12。使用频域光学相干层析成像单元16和耳鼓膜振动激励单元12可以对耳鼓膜进行弹性成像，获取耳鼓膜的弹性信息。为了更好的使耳鼓膜产生振动检测弹性信息，本发明还设计了两种气流引导装置46，可以使气体作用在鼓膜表面。本发明还设计了一种振动传导装置，来模拟声音传递到外耳道并向后传递振动作用于耳鼓膜的过程。三种装置都可与频域光学相干层析成像单元16相结合集成在样品臂中，有利于系统的小型化。在检测过程中，本发明用于耳鼓膜成像的方法能更全面的获取耳鼓膜的信息，大大减少测试的时间以及其他成本，并且要远小于单独进行耳鼓膜二维表面形貌成像、三维结构成像、弹性成像检测的成本总和。

本发明可以用于耳鼓膜检查，包括耳鼓膜三维结构成像、二维表面形貌成像和弹性成像。可以得到耳鼓膜上皮层、纤维层和粘膜层不同层的三维结构、表面形貌和弹性分布。本发明将多种检查手段整合，可得到耳鼓膜更全面的影像信息，可用于耳鼓膜或耳科疾病的精准诊断。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一者实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，包括：

耳鼓膜振动激励单元，所述耳鼓膜振动激励单元用于引起耳鼓膜振动；

耳鼓膜表面成像单元，所述耳鼓膜表面成像单元用于对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；

频域光学相干层析成像单元，所述频域光学相干层析成像单元用于发射光至所述耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测所述耳鼓膜的振动并获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性；

所述频域光学相干层析成像单元包括扫频源光学相干层析成像单元，所述扫频源光学相干层析成像单元包括扫频激光光源、光纤耦合器、所述参考光路、样品光路和光电探测器，

所述扫频激光光源用于形成出射光入射至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于对所述出射光分光以使所述出射光的一部分进入所述参考光路，所述参考光路长度固定，将所述出射光的一部分投射至反射镜，所述光纤耦合器出射光的另一部分进入所述样品光路，所述样品光路将所述出射光的另一部分投影至所述耳鼓膜；

所述样品光路用于接收所述耳鼓膜的散射光并输出所述散射光至所述光纤耦合器，所述参考光路用于接收所述反射镜的反射光并输出所述反射光至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于使来自所述样品光路的散射光与来自所述参考光路的反射光实现干涉以形成干涉光，所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉信号序列。

2.根据权利要求1所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述耳鼓膜表面成像单元包括照明光源和面成像相机，所述照明光源用于照亮所述耳鼓膜表面，所述面成像相机用于采集所述耳鼓膜表面的散射光，并利用所述耳鼓膜表面的散射光形成所述耳鼓膜表面二维图像。

3.根据权利要求1所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述频域光学相干层析成像单元包括处理单元，所述处理单元用于对所述干涉信号序列进行处理以获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

4.根据权利要求1所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述耳鼓膜振动激励单元包括气流发生器和气流引导装置，所述气流发生器用于喷出气流，所述气流引导装置用于将所述气流导向至所述耳鼓膜。

5.根据权利要求4所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述气流引导装置呈T形，所述气流引导装置包括垂直连接的第一管部和第二管部，所述第一管部的一端设有入气口，第二管部的一端设有出气口，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述第一管部背离所述第二管部的一侧入射至所述第二管部并由所述出气口出射，所述气流发生器喷出的气流由所述入气口进入所述第一管部并由所述出气口流出。

6.根据权利要求4所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述气流引导装置呈漏斗形，所述气流引导装置包括大端和小端，所述气流引导装置的侧壁内设有气流通道，所述气流引导装置的侧壁围成有光通道，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述大端进入所述光通道并由所述小端出射至所述耳鼓膜，所述气流由所述大端进入所述气流通道并由所述小端喷出至所述耳鼓膜。

7.根据权利要求1所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述耳鼓膜振动激励单元包括振动源和振动导管，所述振动导管内设有光通道，所述振动源设置在所述光通道的内壁，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述振动导管的一端入射至所述光通道并由所述振动导管的另一端出射至所述耳鼓膜，所述振动导管用于与外耳道接触以传递所述振动源的振动至所述耳鼓膜。

8.一种用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，包括：

耳鼓膜振动激励单元，所述耳鼓膜振动激励单元用于引起耳鼓膜振动；

耳鼓膜表面成像单元，所述耳鼓膜表面成像单元用于对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；

频域光学相干层析成像单元，所述频域光学相干层析成像单元用于发射光至所述耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测所述耳鼓膜的振动并获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性；

所述频域光学相干层析成像单元包括光谱域光学相干层析成像单元，所述光谱域光学相干层析成像单元包括宽光谱光源、光纤耦合器、所述参考光路、样品光路、光栅和光电探测器，

所述宽光谱光源用于形成出射光入射至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于对所述出射光分光以使所述出射光的一部分进入所述参考光路，所述参考光路长度固定，将所述出射光的一部分投射至反射镜，所述光纤耦合器出射光的另一部分进入所述样品光路，所述样品光路将所述出射光的另一部分投影至所述耳鼓膜；

所述样品光路用于接收所述耳鼓膜的散射光并输出所述散射光至所述光纤耦合器，所述参考光路用于接收所述反射镜的反射光并输出所述反射光至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器用于使来自所述样品光路的散射光与来自所述参考光路的反射光实现干涉以形成干涉光，所述干涉光经所述光栅后，不同波长的干涉光在空间上分离，入射至所述光电探测器，所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉信号序列。

9.根据权利要求8所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述耳鼓膜表面成像单元包括照明光源和面成像相机，所述照明光源用于照亮所述耳鼓膜表面，所述面成像相机用于采集所述耳鼓膜表面的散射光，并利用所述耳鼓膜表面的散射光形成所述耳鼓膜表面二维图像。

10.根据权利要求8所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述频域光学相干层析成像单元包括处理单元，所述处理单元用于对所述干涉信号序列进行处理以获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。

11.根据权利要求8所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述耳鼓膜振动激励单元包括气流发生器和气流引导装置，所述气流发生器用于喷出气流，所述气流引导装置用于将所述气流导向至所述耳鼓膜。

12.根据权利要求11所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述气流引导装置呈T形，所述气流引导装置包括垂直连接的第一管部和第二管部，所述第一管部的一端设有入气口，第二管部的一端设有出气口，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述第一管部背离所述第二管部的一侧入射至所述第二管部并由所述出气口出射，所述气流发生器喷出的气流由所述入气口进入所述第一管部并由所述出气口流出。

13.根据权利要求11所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述气流引导装置呈漏斗形，所述气流引导装置包括大端和小端，所述气流引导装置的侧壁内设有气流通道，所述气流引导装置的侧壁围成有光通道，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述大端进入所述光通道并由所述小端出射至所述耳鼓膜，所述气流由所述大端进入所述气流通道并由所述小端喷出至所述耳鼓膜。

14.根据权利要求8所述的用于耳鼓膜成像的装置，其特征在于，所述耳鼓膜振动激励单元包括振动源和振动导管，所述振动导管内设有光通道，所述振动源设置在所述光通道的内壁，所述频域光学相干层析成像单元的出射光由所述振动导管的一端入射至所述光通道并由所述振动导管的另一端出射至所述耳鼓膜，所述振动导管用于与外耳道接触以传递所述振动源的振动至所述耳鼓膜。

15.一种基于权利要求1至14任意一项所述装置的用于耳鼓膜成像的方法，其特征在于，包括：

引起耳鼓膜振动；

对耳鼓膜表面形貌进行成像以获得耳鼓膜表面的二维图像；

发射光至所述耳鼓膜表面并利用长度固定的参考光路检测所述耳鼓膜的振动并获取所述耳鼓膜的三维图像、二维断层截面图像以及弹性属性。