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HINTERGRUND
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Eine
Einrichtung, die allgemein akzeptiert worden ist und normalerweise
von Ärzten
und anderen Experten im Gesundheitsbereich verwendet wird, ist als
ein Strahlungs-Thermometer oder Infrarot-Thermometer bekannt. Derartige Einrichtungen sind
kommerziell erhältlich
von Thermoscan, Inc. aus San Diego, Kalifornien. Einrichtungen dieses
Typs werden zum Beispiel in den U.S. Patenten mit den Nummern 5,368,038
(Fraden), 4,797,840 (Fraden), 4,479,931 (Mooradian) 5,127,742 (Fraden), 5,178,464
(Fraden), 5,6262,147 (Lackey), 4,895,164 (Wood) und 5,199,436 (Pompei)
beschrieben. Ein Strahlungs-Thermometer
erfasst nicht invasiv eine thermische Strahlung von der Mittelohrmembran,
um die Körpertemperatur
des Patienten zu bestimmen. Eine Temperaturmessung, die mit dieser
Einrichtung durchgeführt
wird, kann sich in Abhängigkeit
von dem Winkel und der Tiefe einer Platzierung der Spitze der Einrichtung
in Bezug auf den Ohrkanal verändern. Insbesondere
beeinflusst die geometrische Beziehung zwischen dem Sensor und der
Mittelohrmembran das abschließende
Messergebnis durch den Sensor im Betrieb. Das Sichtfeld der Einrichtung, wenn
eine thermische Strahlung erfasst wird, beeinträchtigt ebenfalls die Temperaturmessung.
Die Technologie, die dem U.S. Patent Nr. 5,626,247 (Lackey) beschrieben
ist, zielt darauf ab, diese Probleme durch Verwendung einer Sensorgeometrie
zu lösen, die
breite und schmale Sichtfelder und eine Nachschlagtabelle mit Korrekturwerten,
um einen Körpertemperatur
anzeigenden Ausgang bereitzustellen, aufweist.
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Eine
andere Einrichtung, die zur Diagnose bei Ohrpathologien verwendet
wird, ist als ein akustisches Reflektometer bekannt. Derartige Einrichtungen
sind kommerziell von MDI Instruments, Inc. aus Woburn, Massachusetts,
unter der Marke „EARCHECK" und „EARCHECK
PRO." erhältlich.
Einrichtungen von diesem Typ werden zum Beispiel in den U.S. Patenten
mit den Nummern 4,601,295 (Teele), 4,459,966 (Teele), und 5,699,809
(Combs et al.) beschrieben, die als Anmelder alle MDI Instruments
Inc. haben. Die U.S. Patente mit den Nummern 5,594,174 (Keefe) und
5,651,371 (Keefe) beschreiben ebenfalls eine Einrichtung zum Messen
des akustischen Reflektionsvermögens
in einer Weise, die erlaubt, dass die einfallenden und reflektierten
akustischen Signale getrennt gemessen werden. Ein akustisches Reflektometer
misst Schallwellen, die von dem Ohr emittiert werden, im Ansprechen
auf eine Anregung, die auf das Ohr angewendet wird. Das gemessene Reflektionsvermögen kann
analysiert werden, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass
Fluid in dem Mittelohr vorhanden ist. Ohne eine Korrektur oder eine
geeignete Signalanalyse können
Messungen, die unter Verwendung eines akustischen Reflektometers
durchgeführt
werden, auch durch eine Sichtlinie von der Spitze der Einrichtung
zu der Mittelohrmembran beeinträchtigt
werden. Obwohl das U.S. Patent 5,699,809 (Combs et al.) eine Einrichtung
beschreibt, in der der Ausgang im Wesentlichen unabhängig von
der Sichtlinie ist, bestimmt die Einrichtung vorwiegend die Wahrscheinlichkeit,
dass Fluid in dem Ohr vorhanden ist. Jedoch ist bei der Erfassung von
Medien mit einer akuten Ohrenentzündung (Acute Otitis Media;
AOM), Ohrenentzündungen
mit einem Bluterguss oder Ausfluss (Otitis Media with Effusion;
OME) oder einer schwerwiegenden Ohrinfektion die Anwesenheit von
Fluid nur ein Faktor bei der Diagnose.
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Die
US-A-5673692 offenbart ein medizinisches Instrument, welches in
das Ohr eingefügt
werden kann und das einen Temperatursensor und ein Impuls-Sauerstoffmessgerät einschließt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein medizinisches Instrument zum Analysieren
eines Ohrs eines Individuums (Probanden) bereit, wie im Anspruch
1 aufgeführt.
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Eine
Anzeige über
einen Zustand eines Ohrs wird bereitgestellt durch Kombination von
Messungen der Temperatur in dem Ohr, des akustischen Reflektionsvermögens des
Ohrs, und/oder einer Charakteristik von irgend welchem Fluid in
dem Ohr. Jeweils zwei von diesen Messungen können kombiniert werden, um
eine verbesserte diagnostische Information bereitzustellen. Zum
Beispiel kann eine chemische Erfassung von Fluid mit einer akustischen
Reflektionsmessung oder einer Temperaturerfassung oder beiden kombiniert
werden, um eine verbesserte Diagnose von Ohrpathologien bereitzustellen.
Eine akustische Reflektionsmessung kann auch mit einer Temperaturerfassung
kombiniert werden. Eine chemische Erfassung bestimmt eine Charakteristik
des Fluids, wie beispielsweise ob ein Bakterium oder ein Virus vorhanden
ist. Eine Einrichtung kann eine diagnostische Information aus erfassten
Charakteristiken des Fluids, des gemessenen akustischen Reflektionsvermögens und/oder
der gemessenen Temperatur bereitstellen, um das Risiko einer Ohrentzündung anzuzeigen.
Zum Beispiel kann die Einrichtung bestimmen, ob irgend eine Fluid,
welches vorhanden ist, infiziert ist. Die Einrichtung kann auch
Bakterien in dem Fluid identifizieren. Der Temperatursensor kann auch
verwendet werden, um ein Ausrichtung zwischen der Einrichtung und
der Mittelohr-Membran zu verbessern, so dass die Genauigkeit von
Messungen verbessert wird.
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Demzufolge
umfasst ein medizinisches Instrument zum Analysieren eines Ohrs
eines Individuums in einem Aspekt ein Feld von chemischen Sensoren
und einem akustischen Reflektionsmessgerät. Das Feld bzw. die Anordnung
von chemischen Sensoren erfasst eine Charakteristik des Fluids.
Die Charakteristik kann sein, ob ein Bakterium oder ein Virus vorhanden
ist. Das akustische Reflektometer (Reflexionsmessgerät) umfasst
einen akustischen Wandler (Schallwandler) zum Erzeugen von akustischen
Wellen bei einer Vielzahl von Frequenzen und ein Mikrofon zum Empfangen
eines akustischen Signals, das akustischen Signalen entspricht,
die von dem Ohr reflektiert werden, um ein Ausgangssignal bereitzustellen.
Die Einrichtung koordiniert Messungen durch die Anordnung von chemischen
Sensoren und dem akustischen Reflektometer, um einen Ausgang bereitzustellen,
der eine Bedingung bzw. einen Zustand des Ohrs anzeigt.
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In
einem anderen Aspekt umfasst ein medizinisches Instrument zum Analysieren
eines Ohrs eines Probanden (eines Individuums) eine Anordnung von
chemischen Sensoren, ein akustisches Reflektometer (ein Schallreflektometer),
und einen Temperatursensor. Die Anordnung von chemischen Sensoren erfasst
eine Charakteristik des Fluids. Die Charakteristik kann sein, ob
ein Bakterium oder ein Virus vorhanden ist. Das akustische Reflektometer
umfasst einen akustischen Wandler zum Erzeugen von akustischen Wellen
bei einer Vielzahl von Frequenzen und ein Mikrofon zum Empfangen
eines akustischen Signals, das akustischen Signalen entspricht,
die von dem Ohr reflektiert werden, um ein Ausgangssignal bereitzustellen.
Der Temperatursensor erfasst die Temperatur im Ohr und stellt ein
Signal bereit, das diese anzeigt. Die Einrichtung koordiniert Messungen
durch die Anordnung von chemischen Sensoren, das akustische Reflektometer
und denm Temperatursensor, um einen Ausgang bereitzustellen, der
eine Bedingung des Ohrs anzeigt.
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Ein
Prozess zum Analysieren eines Ohrs umfasst eine chemische Erfassung
einer Charakteristik eines Fluids und das Messen des akustischen Reflektionsvermögens von
einem Ohr. Ein Prozess zum Analysieren eines Ohrs umfasst eine chemische Erfassung
einer Charakteristik des Fluids und eine Erfassung der Temperatur
in einem Ohr. Ein Prozess zum Analysieren eines Ohrs umfasst eine
chemische Erfassung einer Charakteristik eines Fluids, eine Erfassung
der Temperatur und eine Messung des akustischen Reflektionsvermögens von
einem Ohr. In einer Ausführungsform
ist der Temperatursensor ein Strahlungs-Thermometer. In einer anderen
Ausführungsform
wird die Temperatur unter Verwendung eines Thermistors erfasst.
Andere Arten von Temperatur empfindlichen Einrichtungen können verwendet werden.
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Die
verschiedenen Kombinationen von Messungen stellen eine Anzeige für ein Risiko
einer Ohrentzündung
bereit Insbesondere dann, wenn Bakterien und Viren und Fluid in
dem Ohr erfasst werden, kann eine Anzeige über ein Risiko einer Ohrinfektion bereitgestellt
werden. Wenn Bakterien und Viren und eine erhöhte Temperatur in dem Ohr erfasst
werden, kann eine Anzeige über
ein Risiko einer Ohrinfektion bereitgestellt werden. Wenn Bakterien
und Viren, eine erhöhte
Temperatur, und Fluid in dem Ohr erfasst werden, kann eine Anzeige über ein
Risiko einer Ohrinfektion bereitgestellt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm der elektronischen Komponenten der kombinierten Anordnung
von chemischen Sensoren, einem akustischen Reflektometer und einem
Temperatursensor;
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2 ein
Diagramm, das ein akustisches Reflektionsvermögen eines gesunden Ohrs darstellt;
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3 ein
akustisches Reflektionsvermögen und
ein Ohr mit Flüssigkeit
hinter der Mittelohrmembran;
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4 ein
Diagramm des Testkopfes, der für ein
akustisches Reflektionsvermögen
verwendet werden kann;
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5 ein
Blockdiagramm, welches eines elektronische Schaltung zum Messen
des akustischen Reflektionsvermögens
beschreibt;
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6 ein
Diagramm, das ein Strahlungsthermometer darstellt;
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7 ein
Diagramm, welches zwei Sensoren zur Verwendung mit einer Strahlungs-Thermometrie
darstellen;
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8 ein
Diagramm, das die physikalische Konstruktion der Anordnung von chemischen
Sensoren, des Mikrofons des akustischen Reflektionsmessgeräts und des
Temperatursensors innerhalb der akustischen Kammer in einer Ausführungsform darstellt;
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9 ein
Flussdiagramm, welches beschreibt, wie Messwerte von der Anordnung
von chemischen Sensoren, dem Temperatursensor und dem Mikrofon koordiniert
werden, um einen Ausgang für einen
Benutzer bereitzustellen;
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10 eine
Beispielhafte Ausgabe der Messwerte, die durch eine Einrichtung
bestimmt werden, die eine chemische Erfassung einer Charakteristik
eines Fluids ausführt;
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11 eine
Beispielhafteg Ausgabe der Messwerte, bestimmt durch eine Einrichtung,
die das akustische Reflektionsvermögen misst;
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12 eine
beispielhafte Ausgabe der Messwerte, bestimmt durch eine Einrichtung,
die Temperatur misst;
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13 eine
beispielhafte Nachschlagtabelle zum Anzeigen der Wahrscheinlichkeit
einer Ohrinfektion auf Grundlage einer Anzeige einer Charakteristik eines
Fluids und eines Maßes
der akustischen Reflektivität
(Reflexion);
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14 eine
beispielhafte Nachschlagtabelle zum Anzeigen der Wahrscheinlichkeit
einer Ohrinfektion auf Grundlage einer Identifikation einer Charakteristik
eines Fluids und einer Temperatur; und
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15A und B eine beispielhafte Nachschlagtabelle
zum Anzeigen der Wahrscheinlichkeit einer Ohrentzündung auf
Grundlage einer Identifikation einer Charakteristik eines Fluids,
einer Temperatur, und eines Maßes
des akustischen Reflektionsvermögens.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung sollte in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden,
in denen ähnliche
Bezugszeichen ähnliche
Strukturen anzeigen.
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Eine
Einrichtung stellt eine Anzeige über
einen Zustand eines Ohres durch Verwendung von zwei oder mehreren
der folgenden Kriterien bereit: Messen einer Temperatur in dem Ohr,
Messen eines akustischen Reflektionsvermögens des Ohrs, und Bestimmen
einer Charakteristik von irgendwelchem Fluid in dem Ohr. Die Charakteristik
des Fluids kann anzeigen, ob das Fluid infiziert ist. Die bakterielle
und virale Zusammensetzung des Fluids kann bestimmt werden. Durch
Messen der Temperatur unter Verwendung eines Infrarot-Sensors oder
eines Thermistors oder einer anderen temperaturempfindlichen Einrichtung
kann die Körpertemperatur
bestimmt werden. Aus akustischen Reflektionsmessungen kann die Wahrscheinlichkeit
bestimmt werden, dass Fluid in der Mitte des Ohrs vorhanden ist.
Eine Temperaturmessung kann verwendet werden, um die Einrichtung
mit der Mittelohrmembran auszurichten, so dass die Messung des akustischen
Reflektionsvermögens
verbessert wird. Die kombinierten Messungen und die erfasste Charakteristik
des Fluids, wie beispielsweise dessen bakterielle oder virale Zusammensetzung,
können
auch zusammen verwendet werden, um eine Diagnose von Ohrzuständen zu verbessern.
Insbesondere zeigt eine erhöhte
Temperatur bei der Anwesenheit von Fluid, welches Bakterien und
Viren enthält,
ein hohes Risiko einer Ohrinfektion an.
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1 zeigt
ein Schaltbild für
ein System in einer Ausführungsform.
Das System umfasst einen akustischen Wandler 20, der im
Ansprechen auf Eingänge 22 von
einem Mikroprozessor-Controller 38 akustische Wellen 24 in
beispielsweise den Ohrkanal hinein emittiert. Diese einfallenden
akustischen Wellen 24 und die reflektierten akustischen
Wellen 26 werden von einem Mikrofon 28 empfangen.
In einigen Ausführungsformen
ist es möglich,
die reflektierten akustischen Wellen von den einfallenden akustischen
Wellen zu trennen. Das Mikrofon 28 stellt diese Messung
an dem Mikroprozessor-Controller 38 bereit, wie bei 30 angezeigt.
Ein Temperatursensor 32 erfasst die Temperatur 34 in
dem Ohr und stellt ein Signal 36 an den Mikroprozessor-Controller 38 bereit.
Eine Anordnung bzw. ein Feld von chemischen Sensoren 31 erfasst
eine Charakteristik 33 des Fluids in dem Ohr und stellt
ein Signal 35 an dem Mikroprozessor-Controller bereit.
Zum Beispiel kann die Anordnung von chemischen Sensoren die Anwesenheit von
spezifischen Bakterien und Viren erfassen. Der Mikroprozessor-Controller 38 empfängt ein
Eingangssignal 40 von dem Benutzer, das anzeigt, ob eine
Messung genommen werden sollte. Der Mikroprozessor-Controller 38 steuert
dann den akustischen Wandler, das Mikrofon, den Temperatursensor und
das Feld von chemischen Sensoren, um Daten zu ermitteln. Der Mikroprozessor-Controller 38 verarbeitet
die Daten, um Ergebnisse zur Anzeige an den Benutzer bereitzustellen,
beispielsweise in Übereinstimmung
mit dem Prozess, der nachstehend in 9 beschrieben
wird.
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Eine
Schaltung, wie beispielsweise die in 1 gezeigt,
ist in dem U.S. Patent mit den Nummern 4,459,966, 4,601,295, 5,594,174,
5,651,371, der PCT Anmeldung mit der Nummer WO 96/23293, der PCT
Anmeldung mit der Nummer WO 98123205 und dem U.S. Patent mit der
Nummer 5.699,809 beschrieben. Andere Implementierungen können ebenfalls
verwendet werden.
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Der
Prozess zum Messen der akustischen Reflektion eines Ohrs wird in
einer Ausführungsform in
Verbindung mit den 2–5 beschrieben. 2 zeigt
ein typisches Ohr 100 mit einer Mittelohrmembran (einem
Trommelfell) 102, einem Ohrkanal 104 und einem
Mittelohr 103. Um das akustische Reflektionsvermögen (die
Reflektion) zu messen, wird durch einen akustischen Wandler, der
schematisch bei 106 gezeigt ist, ein Ton mit niedriger
Amplitude bei einer gegebenen Frequenz, angezeigt mit der Linie 105,
erzeugt. Der akustische Wandler erzeugt Schallwellen für mehrere
Frequenzen, typischerweise in dem Bereich von 500 Hertz bis 20 Kilohertz, oder
insbesondere von 1,8 Kilohertz bis 4,4 Kilohertz. Die Schallwelle
mit der niedrigen Amplitude tritt in den Ohrkanal ein und fällt auf
das Trommelfell 102 ein. Diese Schallwelle wird teilweise
absorbiert und teilweise durch die Ohrstrukturen, einschließlich der Mittelohrmembran,
der Knöchelchen,
dem mittleren Ohrkanal und anderen Komponenten des Mittelohrs, reflektiert.
Die Amplitude und die Phase der reflektierten Schallwellen von diesen
Komponenten sind eine Funktion der verwendeten Testfrequenz und
der komplexen akustischen Impedanz der Ohrstrukturen. In einem gesunden
Ohr wird eine gewisse minimale Reflektion von der Mittelohrmembran
und dem Mittelohr erwartet. Die komplexe akustische Impedanz des Mittelohrs
hängt wiederum
stark von den Bedingungen innerhalb des Mittelohrs und insbesondere
davon ab, ob eine Effusion (Ausfluss bzw. Bluterguss), wie beispielsweise
Fluid, oder ein abnormaler Druck in dem Mittelohr vorhanden ist.
Die Vibration eines normalen Trommelfells absorbiert ungefähr die Hälfte der
einfallenden Wellen, was zu schwachen reflektierten Wellen führt, die
mit einer Linie 107 angezeigt sind. Ein Mikrofon 108 empfängt sowohl
die einfallende Welle 105, die reflektierte Welle 107 als
auch die reflektierten Wellen von Ohrkomponenten und ermittelt in
Folge dessen eine Vektorsumme der Werte. In anderen Ausführungsformen
kann der reflektierte Schall von dem einfallenden Schall getrennt
werden.
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Bezugnehmend
nun auf die 3 ist ein Ohr 100 gezeigt,
sowie es einen Ausfluss bzw. Bluterguss 110 aufweist. Der
Mittelohr-Ausfluss begrenzt eine Trommelfellvibration, was bewirkt,
dass große
reflektierte Wellen eine größere Amplitude
aufweisen, wie bei 109 angezeigt. Die Einhüllende einer
Vektorsumme von einfallenden Wellen 105 reflektierten Wellen 109,
was hier als eine akustische Reflektionskurve bezeichnet wird, weist
eine Null an den Viertelwellenlängenpunkten
auf.
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Die
Form eines Bereichs der Kurve für
die akustische Reflektion, definiert durch wenigstens zwei Punkte
auf der Kurve, wird elektronisch gemessen, um einen Anzeiger über eine
Ohrbedingung zu erhalten, die im Wesentlichen unabhängig von
der Sichtlinie zwischen der Schallkurve und der Mittelohrmembran
ist. Der Anzeiger kann ein Maß der Änderungsrate
der akustischen Reflektion in Bezug auf eine Änderung in der Frequenz auf
einer oder auf beiden Seiten der Null, um die Null herum, von anderen Bereichen
der Kurve oder der gesamten Kurve sein. Das Gebiet um die Null herum
ist, wo die Kurve eine signifikante negative Steigung aufweist,
was einen Eintritt in die Null definiert, an einen Punkt unmittelbar vor
der Null, und nach der Null, wo die Kurve eine signifikant positive
Steigung aufweist, wobei der Austritt der Null definiert wird. Die
Null tritt typischerweise in der Nähe der Resonanzfrequenz des
Ohrs auf. Die Signifikanz dieser Messung wird nachstehend nun beschrieben
werden.
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Wenn
sich die Schallwelle, die auf die Mittelohrmembran einfällt, einer
Frequenz annähert,
an der ihre Viertelwellen übereinstimmend
sind, nähert sich
die Amplitude der Vektorsumme der reflektierten Schallwellen und
der einfallenden Schallwellen einer Null an. Allgemein gesagt zeigen
normal leitende Trommelfelle ohne Fluid oder einen abnormalen Druck
in dem Mittelohr eine relativ seichte akustische Null auf. Im Gegensatz
dazu verursacht Fluid oder ein abnormaler Druck in den Ohren eine
stärkere
Reflektion und deshalb eine tiefere akustische Null. Die Tiefe dieser
Null ist jedoch von der Sichtlinie zu der Trommelfell abhängig. Es
ist jedoch entdeckt worden, dass die Änderungsrate der akustischen
Reflektion zwischen dem Eintritt in die Null und dem Austritt von
der Null für
Ohren mit einem Mittelohrfluid oder einem Druck steiler ist als
für gesunde
Ohren. Es wurde ferner entdeckt, dass Differenzen in dieser Änderungsrate
als Folge von Änderungen
in der Sichtlinie weniger Einfluss auf die Anzeige der Anwesenheit
eines Blutergusses bzw. Ausflusses oder eines abnormalen Drucks
haben.
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Trommelfelle,
die frei sind, um sich mit der einfallenden Schallwelle zu vibrieren
(d.h. gesund), erzeugen nicht nur eine weniger tiefe Null, sondern auch
eine weniger steile Flanke bei Frequenzen um die Null herum und
somit einen größeren spektralen Gradientenwinkel.
Die eingeschränkte
Bewegung erzeugt niedrigere Reflektionswerte relativ zu der Null bei
nahe gelegenen Frequenzen und deshalb eine offensichtlichere niedrigere
Steigung.
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Wenn
die Trommelfellbewegung eingeschränkt wird (d.h. das Ohr nicht
gesund ist), dann ist die Steigung um die Null herum steiler. Weil
eine akustische Reflektion sich auf die komplexe akustische Impedanz
der Mittelohr-Membran bezieht, ist das Maß von ihrer Änderungsrate
in Bezug auf den Frequenzeingang analog zum Messen des „Q" einer elektrischen
Schaltung. Somit führt
eine Einschränkung
des Trommelfells zu sowohl einer höheren akustischen Impedanz
als auch zu einem schärferen „Q". Der „Q" (Qualitätsfaktor)
ist relativ konstant für eine
gegebene Impedanz in Abhängigkeit
von Veränderungen
in der einfallenden Energiemenge wegen Sichtlinien-Beschränkungen.
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Eine
Einrichtung für
eine Ausführungsform wird
nun beschrieben werden. 4 ist ein Querschnittsdiagramm
eines Testkopfes für
ein Instrument in einer Ausführungsform.
Der Testkopf 40 enthält
einen Wandler 42, der ein Schallfeld in einem Schallhohlraum 44 erzeugt.
Der Schall in dem Hohlraum 44 wird durch die Sonde 48 in
die Nähe
des Ohrkanals 50 kanalisiert. Die Sonde weist einen trichterförmigen Abschnitt 52 und
einen optionalen linearen Abschnitt 54 auf. Die Dimensionen
des Abschnitts 54 können
so gewählt
werden, dass sie den Dimensionen des typischen Ohrkanals, der sich
unter einem Test befindet, angepasst sind. Dieser Abschnitt passt
die Impedanz der Sondenspitze und des typischen Ohrkanals an. Für Kinderohren
ist die Länge
A des linearen Abschnitts 54 der Sonde vorzugsweise gleich
zu ungefähr
1 cm und der innere Durchmesser B des gleichen Abschnitts sollte
in dem Bereich von ungefähr
0,25 bis 0,75 cm sein. In ähnlicher Weise
werden gute Ergebnisse erhalten, wenn die Länge C entlang der Seite des
trichterförmigen
Abschnitts 52 der Sonde ungefähr 5 cm und der ungefähre äußere Durchmesser
D des großen
Endes der Sonde, die in Kontakt mit der Schallhohlraumwand ist,
ungefähr
7 cm ist. Mit einer geeigneten Kompensation können Spitzen mit anderen Austrittsdurchmessern
verwendet werden. Die Sondenerstreckung muss nicht in den Ohrkanal
unbedingt eingefügt
werden. In der Praxis kann ein schmaler Spalt 56 zwischen
der Testkopf-Sondenspitze 58 und dem Eingang zu dem Ohrkanal 50 vorhanden
sein. Eine Steuerung dieses Spalts kann durch ein nachgebendes Gummiabstandsstück (nicht
gezeigt), das an dem Ende der Sondenspitze 58 angebracht
ist, ermöglicht
werden.
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Die
einfallende Schallwelle, die von dem Wandler 42 in dem
Testkopf erzeugt wird, geht von dem Testkopf an der Spitze 58 der
Sonde 48 aus und tritt in den Ohrkanal 50 ein.
Danach wird ein Abschnitt der einfallenden Welle durch Strukturen
des Ohrs reflektiert. Eine minimale Reflektion von einem gesunden
Ohr kann durch geeignete Auswahl des inneren Sondenspitzen-Durchmessers
unterdrückt
werden, z.B. durch Vergrößern davon
auf 1,0 cm für
Kinder.
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Abschnitte
der reflektierten Wellen treten in die Spitze 58 in den
hohlen linearen Abschnitt 54 des Testkopfs ein. Das Mikrofon 60 befindet
sich innerhalb der Testsonde 48 an dem Übergang des linearen Abschnitts 54 und
des trichterförmigen
Abschnitts 52. In Folge dessen misst das Mikrofon 60 im Grunde
genommen den netto Schalldruck an diesem Punkt; dieser netto Schalldruck
ist die Vektorsumme der einfallenden und reflektierten Signale.
Um eine interne Schallreflektion und Resonanzen innerhalb des Testkopfes
zu verringern, kann der Schallhohlraum 44 mit akustischen
absorbierenden Materialien gefüllt
werden.
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In
anderen Ausführungsformen
kann eine Übertragungsfunktion,
die die akustischen Charakteristiken des Ohrs beschreibt, bestimmt
und als die Basis für
eine Diagnose verwendet werden.
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Nachdem
nun die allgemeinen Prinzipien zum Messen der akustischen Reflektion
und ein geeigneter Testkopf zur Verwendung in einem akustischen
Reflektometer beschrieben worden sind, wird nun in Verbindung mit
der 5 nachstehend eine elektronische Schaltungsanordnung
beschrieben werden, die sich für
eine Ausführungsform
eignet. 5 ist ein allgemeines Blockdiagramm
einer Einrichtung einer Ausführungsform,
einschließlich
von ihren elektrischen und mechanischen Komponenten. Die Komponenten
dieser Schaltung können
unter Verwendung eines Mikroprozessors implementiert werden, mit
Ausnahme der Anzeige, des akustischen Wandlers und des Mikrofons.
Eine analoge Implementierung kann ebenfalls durchgeführt werden.
In 5 umfasst ein Audiotongenerator 121 einen
Audiogenerator 120, der ein elektrisches Signal erzeugt,
das an den Audiowandler 122 (wie beispielsweise einen Wandler 42 in
dem Testkopf der 4) angelegt wird. Der Audiowandler
erzeugt im Ansprechen auf das elektrische Signal eine akustische Schallwelle
mit niedrigem Pegel (105 in den 2 und 3),
die an dem äußeren Ohrkanal
angelegt wird. Der Audiowandler 122 kann ein elektronischer Ohrhörer, ein
elektromagnetischer Ohrhörer,
oder irgend ein anderer Typ von Wandler sein. Der Wandler kann ein
kleiner Lautsprecher sein, wie beispielsweise in HiFi-Schall-Headsets
verwendet.
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Ein
Teil der einfallenden Schallwelle wird durch Ohrstrukturen reflektiert,
wie voranstehend beschrieben. In dieser Ausführungsform werden diese reflektierten
Wellen mit einer einfallenden Welle über das Mikrofon 108 (wie
beispielsweise das Mikrofon 60 des Testkopfs der 4)
summiert. Das Mikrofon kann ein Kondensatormikrofon, ein elektrostatisches Mikrofon
oder irgend eine andere Art von Mikrofon sein. In dieser Ausführungsform
stellt der Signalausgang von dem Mikrofon die Vektorsumme der einfallenden
Welle und der reflektierten Schallwellen dar, mit einer Spannung,
die umgekehrt proportional zu der Amplitude der reflektierten Wellen
ist.
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Ein
Einhüllende-Detektor 124 wandelt
die Vektorsumme, die durch das von dem Mikrofon ausgegebene Signal
dargestellt wird, in ein einhüllendes Signal
um, das durch eine Spannung dargestellt wird, die sich mit der Frequenz
der einfallenden Welle verändert.
Der Einhüllende-Detektor 124 kann
als ein Spitzenwert-Einhüllende-Detektor,
ein Quadratwurzel-(Root-Mean-Square-RMS) Spannungs-Detektor, ein
Analog-zu-Digital-Wandler, wie beispielsweise ein Teil eines geeigneten
programmierten Mikroprozessors. implementiert werden. In einer Ausführungsform,
die nachstehend näher
beschrieben wird, wird die Einhüllende
unter Verwendung von Information über das Frequenz-Spektrum der
Vektorsumme erfasst. Die Einhüllende,
die so erfasst wird, wird als die akustische Reflektionskurve bezeichnet.
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Ein
Formanalysator 126 misst die Form eines Bereichs der akustischen
Reflektionskurve, um einen Anzeiger über einen Ohrzustand zu erhalten, der
im wesentlichen unabhängig
von der Sichtlinie von einer Schallquelle zu der Mittelohr-Membran
ist. Diese Information kann ein oder mehrere Messungen der Form
der Einhüllenden,
einschließlich
einer Messung der Änderungsrate
der akustischen Reflektion in Bezug auf eine Änderung in der Frequenz um
die Null herum, auf jeder Seite der Null oder auf einem Bereich
der Kurve oder neben der gesamten Kurve sein. Dieses Maß kann zum
Beispiel ein Winkel, ein Gradient, eine Steigerung, eine Breite
oder andere Maße
der Form der akustischen Reflektionskurve, die in einer Weise bestimmt
wird, die nachstehend noch beschrieben wird, sein. Diese Information
wird dann in einem geeigneten Format durch einen Anzeigeabschnitt 130 gezeigt.
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In 5 kann
ein Speicher (nicht gezeigt) hinzugefügt werden, um Ergebnisse einer
Verarbeitung von einer akustischen Reflektionskurve zu speichern.
Mit einem derartigen Speicher kann die Schaltung betrieben werden,
um automatisch eine Anzahl von Tests sequenziell für das Ohr
durchzuführen.
Die besten Ergebnisse für
die Sequenz von Tests kann gehalten werden und die anderen können verworfen werden.
Zum Beispiel könnten
die besten Ergebnisse als die Messung der Form der akustischen Reflektionskurven
mit dem tiefsten Nullwert definiert werden. In dieser Weise kann
ein Benutzer der Einrichtung versuchen, das beste Ergebnis mit minimalen
Anstrengungen zu erreichen. Die Verwendung dieses Speichers wird
nachstehend mit näheren
Einzelheiten in Verbindung mit 9 beschrieben.
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Nachdem
eine Ausführungsform
eines akustischen Reflektometers beschrieben worden ist, wird nun
der Temperatursensor beschrieben werden. In einer Ausführungsform
wird der Temperatursensor als ein Strahlungssensor implementiert,
wie in den U.S. Patenten mit den Nummern 5,626,147; 5,368,038; 5,199,436;
5,178,464; 5,127,742; 4,797,840; und 4,479,931. Andere Ausführungsformen
der Strahlungssensoren sind bekannt und können ebenfalls verwendet werden.
Andere Arten von Temperatursensoren umfassen Thermistoren und andere
temperaturempfindliche Einrichtungen.
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Eine
Ausführungsform
des Strahlungs-Thermometers verwendet ein Sensorsystem, welches eine
Kompensation für
unterschiedliche Ohrkanalplatzierungsgeometrien dadurch bereitstellt,
dass ein IR Signal geschaffen wird, welches sowohl über breite
als auch schmale Sichtfelder gesammelt wird. Durch Verwendung von
IR Information, die auf ein breites Sichtfeld anspricht, in Verbindung
mit Information von einem schmalen Sichtfeld, können die Fehler bei der Temperaturmessung,
bedingt durch die Fehlanordnungen einer Sondenpositionierung in dem
Ohr, durch eine geeignet programmierte Signaleinstellung kompensiert
werden. Insbesondere gewichtet der Signalprozessor, der mit dem
Sensor integriert ist, den Eingang von beiden Quellen und legt unter
Verwendung einer Nachschlagtabelle Korrekturwerte an, um eine genaue
und wiederholbare Temperaturmessung zu ergeben. Dieser Wert zeigt
auch eine Ausrichtung der Einrichtung zu dem Ohr an.
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6 stellt
ein vereinfachtes Diagramm von Elementen in einer Ausführungsform
eines IR Thermometers dar. In diesem illustrativen Diagramm stellt die
Thermometereinrichtung ein Gehäuse 200 für die Betriebselemente
der Einrichtung bereit. Das Gehäuse
weist ein Abschlussende auf, an dem eine IR Anfangsöffnung 202 positioniert
ist, um eine ankommende Strahlung an einen Wellenleiter 204 zu
führen.
Es gibt eine Vielzahl von möglichen
Wellenleitern, die zur Verwendung verfügbar sind und die unterschiedliche
Betriebscharakteristiken aufzeigen, wie beispielsweise eine Verzerrung
im Bereich von glatten goldplattierten Röhren bis zu faseroptischen Bündeln. In
funktionaler Hinsicht ist der Wellenleiter so konstruiert, um eine
ankommende Strahlung zu sammeln und ungestört an den IR Sensor 206 zu übergeben.
Wiederum gibt es mehrere Wahlmöglichkeiten
in Sensorsystemen, einschließlich
von thermophilen Typen und pyroelektrischen Elementen. In der zu
beschreibenden Ausführungsform
ist der Sensor ein pyroelektrischer Sensor, der „angepasste Paare" verwendet, um Signalbeiträge herauszulöschen, die
eigentümlich
für die
pyroelektrischen Elemente sind.
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Des
weiteren ist in 6 der Sensor 206 mit dem
Prozessor 208 zum Umwandeln der IR Daten in einen hoch
Qualitäts-Temperaturmesswert
verbunden sowie mit näheren
Einzelheiten nachstehend beschrieben werden wird. Die Sensorkonstruktion
kann derart sein, dass sie Signale sowohl für breite als auch schmale Sichtfelder
bereit stellt. Diese Signale werden dadurch bereitgestellt, dass
zwei oder mehr Sensoren geschaffen werden, die jeweils getrennt
an den Prozessor Information über
die Strahlung berichten.
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Eine
derartige Sensorgeometrie ist in 7 dargestellt.
Insbesondere ist der Sensor 206 der 6 in der
Tat zwei getrennte Sensoren 210 und 212, die jeweils
mit dem Prozessor 208 verbunden sind. Der erste Sensor 210 ist
relativ kleiner und konzentrisch zu der Mittellinie des Wellenleiters 204,
so dass ein schmales Sichtfeld bereitgestellt wird. Der äußere Sensor 212 ist
andererseits etwas größer und außerhalb
des Umfanges des Wellenleiters positioniert, wodurch ein relativ
breiteres Sichtfeld bereitgestellt wird.
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Diese
Art von Strahlungs-Thermometer, oder ein anderer Typ, kann in Kombination
mit einem akustischen Reflektionsmessgerät verwendet werden. Die nicht
korrigierte Temperatur oder der Ausgang von zwei Strahlungssensoren
kann verwendet werden, um eine Ausrichtung für eine akustische Messung bereitzustellen.
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Mit
entweder einem akustischen Reflektionsmessgerät oder einem Temperatursensor
oder beiden kann eine Anordnung bzw. ein Feld von chemischen Sensoren
verwendet werden. Ein Feld von Sensoren kann verwendet werden, um
die chemische Zusammensetzung von Fluids zu analysieren. Die Fluids
können
der Art nach gasförmig
sein. Einrichtungen dieses Typs werden in den U.S. Patenten mit
den Nummern 5,571,401 (Lewis) und 5,698,089 (Lewis) beschrieben,
die dem California Institute of Technology übertragen wurden. Die Sensoren
sind Widerstände,
die aus abwechselnden leitenden und nicht-leitenden Materialien
bestehen, deren Widerstand sich bei der Anwesenheit von spezifischen
Verbindungen verändert.
Die Widerstände
weisen einen anderen Widerstand auf, wenn sie mit einem Fluid in Kontakt
gebracht werden, welches einen chemischen Stoff bei einer ersten
Konzentration umfasst, im Vergleich dazu, wenn sie mit einem Fluid
in Kontakt gebracht werden, das den chemischen Stoff bei einer zweiten
Konzentration umfasst. Zuleitungen, die an den Sensoren angebracht
sind, sind mit einer elektrischen Messeinrichtung verbunden. Die
Einrichtung misst Änderungen
in dem spezifischen Widerstand an jedem Sensor der Anordnung über der Zeit.
Eine Anordnung von chemischen Sensoren kann in vielerlei Vorgehensweisen
implementiert werden, um eine Analyse einer Charakteristik des Fluids, wie
beispielsweise den bakteriellen und viralen Inhalt, hinter der Mitte
des Ohrs an den Mikroprozessor-Controller
bereitzustellen.
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Die
physikalische Anordnung des Mikrophons, des Temperatursensors und
der Anordnung der chemischen Sensoren innerhalb einer akustischen
Kammer in einer Einrichtung wird nun mit näheren Einzelheiten in Verbindung
mit der 8 beschrieben werden. 8 zeigt
einen Querschnitt der Einrichtung in einer Ausführungsform. Die Einrichtung
umfasst eine akustische Kammer 300, in der ein Temperatursensor 302,
ein Feld von chemischen Sensoren 301, und ein Mikrophon 304 angeordnet sind.
Der Temperatursensor 302 ist zu einer Achse 306 durch
die Spitze 308 der Einrichtung ausgerichtet. Ein akustischer
Widerstand 310 und ein Lautsprecher 312 erzeugen
die akustischen Wellen aus der Einrichtung heraus. Die Einrichtung
umfasst auch eine gedruckte Schaltungsplatine 314, die
eine analoge Schaltung 316 zur Verarbeitung und Steuerung des
Lautsprechers, des Mikrophons, des Felds von chemischen Sensoren
und des Temperatursensors einschließt. Die Einrichtung kann über Batterien 322 mit
Energie versorgt werden. Ein Mirkoprozessor 318 wird verwendet,
um diese Ergebnisse zu verarbeiten und einen Ausgang an einenm Benutzer
unter Verwendung der LCD Anzeige 320 im Ansprechen darauf,
dass der Benutzer eine Eingabetaste 324 drückt, zu
erzeugen. Geeignete Konstruktionen für die LCD Anzeige umfassen
eine Anzeige der Temperatur, ein Maß der Wahrscheinlichkeit, dass
Fluid in dem Ohr vorhanden ist und/oder eine Charakteristik des
Fluids, wie in den voranstehend angegebenen Patenten beschrieben.
Die Einrichtung kann in der Weise kalibriert werden, die in dem
U.S. Patent mit der Nummer 5,699,809 beschrieben wird.
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9 ist
ein Flussdiagramm, das beschreibt, wie der Mikroprozessor-Controller 36 (1)
das Lesen von Information von dem Mikrophon, dem Feld von chemischen
Sensoren und dem Temperatursensor koordiniert, um einen Ausgang
an den Benutzer bereitzustellen. So lange wie der Benutzer ein Eingangssignal
bereitstellt, das anzeigt, dass eine Messung vorgenommen werden
sollte, zum Beispiel durch Drücken
der Eingabetaste, werden Daten von dem Temperatursensor im Schritt 330 gelesen.
Der Benutzer sollte die Einrichtung mit der Spitze an die Öffnung des
Ohrkanals drehen, während
die Taste gedrückt
wird. Irgendeine Ohrmuschel des Ohrs kann auch leicht zurückgezogen
werden, um zu einer Ausrichtung der Einrichtung beizutragen. Eine
nicht korrigierte Temperatur wird dann berechnet aus den Temperatursensordaten
unter Verwendung bekannter Techniken im Schritt 322. Eine
Charakteristik des Fluids, wie beispielweise dessen bakterieller
oder viraler Inhalt, wird dann aus den Daten der chemischen Sensoren
unter Verwendung von bekannten Techniken im Schritt 333 berechnet.
Das akustische Signal wird auch im Schritt 334 emittiert
und ein Signal wird von dem Mirkophon im Schritt 336 gelesen.
Ein Maß der
Wahrscheinlichkeit über
die Anwesenheit von Fluid wird dann im Schritt 338 bestimmt.
Zum Beispiel kann dieses Maß durch
Berechnen des Maßes der
Form der Kurve der akustischen Reflexion oder durch Messen der Spitze
der Kurve der akustischen Reflexion bestimmt werden. Wenn die im
Schritt 332 berechnete Temperatur größer als irgendeine gespeicherte
Temperatur ist, wie im Schritt 340 bestimmt, dann wird
die gegenwärtig
gemessene Temperatur in Schritt 342 gespeichert, die bestimmte Charakteristik
des Fluids wird im Schritt 343 gespeichert und das berechnete
akustische Reflexionsmaß wird
ebenfalls im Schritt 344 gespeichert. Alternativ kann im
Schritt 340 ein minimaler Winkel oder Spitzenwert verwendet
werden. Wenn das Benutzereingabesignal noch anzeigt, dass eine Messung
genommen werden sollte, wie im Schritt 346 bestimmt, dass wird
der Prozess der Schritte 330–344 wiederholt. Ansonsten
wird dann ein Maß der
Wahrscheinlichkeit über
die Anwesenheit einer Mittelohrinfektion im Schritt 347 bestimmt.
Der resultierende Ausgang wird an die LCD Anzeige im Schritt 348 bereitgestellt, wobei
möglicherweise
eine korrigierte Temperatur bereitgestellt wird, wie in dem U.S.
Patent mit der Nummer 5,626,147 gezeigt.
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Die
Kombination eines Felds (einer Anordnung) von chemischen Sensoren,
eines Temperatursensors und eines akustischen Reflexionsmessgeräts (Reflektometers)
verbessert die Genauigkeit der Einrichtung in Bezug auf die Sichtlinie
zu der Mittelohrmembran hin und verbessert eine diagnostische Verwendbarkeit.
Die Bestimmung über
die Anwesenheit oder Abwesenheit einer abnormalen Temperatur in
Verbindung mit der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit
von Fluid, das infiziert ist, kann einem Arzt bei der Diagnose einer
akuten Mittelohrentzündung
mit einem Bluterguss bzw. Ausfluss helfen. Insbesondere zeigen eine
erhöhte
Temperatur und die Anwesenheit von Fluid, welches Bakterien und
Viren enthält,
ein hohes Risiko einer Ohrinfektion an.
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Die
gemessene Temperatur, das Maß,
welches sich auf die akustische Reflexion bezieht, wie beispielsweise
einen Winkel, und die Maße,
die sich auf die Charakteristik des Fluids beziehen, können getrennt
angezeigt und/oder kombiniert werden, um ein zusätzliches diagnostisches Maß bereitzustellen. Dieses
diagnostische Maß kann
in vielerlei Weisen berechnet werden, beispielsweise mit einer Nachschlagtabelle,
die Bereiche des bakteriellen und viralen Inhalts, die Temperatur,
und die akustische Reflexion auf die Wahrscheinlichkeit abbilden,
dass eine Ohrinfektion vorhanden ist.
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Es
gibt zahlreiche Anzeigeformate, von quantitativen numerischen Messwerten
bis zu Bereichen eines Risikoniveaus. Zum Beispiel könne die quantitativen
Messungen, die in den 10, 11, und 12 gezeigt
sind, und die Bereiche eines Risikoniveaus, wie in den 13, 14,
und 15A–B
gezeigt, einem Benutzer angezeigt werden, wie nachstehend beschrieben.
Alternativ könnten
auch die absoluten Werte der Temperatur und der akustischen Reflexion
und der bakterielle und virale Inhalt ebenfalls dem Benutzer angezeigt
werden.
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Bezugnehmend
nun auf 10, wo die Charakteristik des
Fluids die Anwesenheit eines Bakteriums und/oder eines Virus ist,
kann die Anwesenheit des Bakteriums oder Virus durch ein Balkendiagramm
angezeigt werden. Auf der horizontalen Achse 400 ist eine
Anzeige für
jedes Bakterium oder jeden Virus gezeigt. Auf der vertikalen Achse
von 402 ist ein Bereich von Werten, die die Anwesenheit
oder Abwesenheit des Bakteriums oder des Virus anzeigen, vorgesehen.
Zu jedem Bakterium oder Virus gehört ein Wert, z.B. 404,
der die Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit dieses Bakteriums in
irgendeinem Fluid in dem Ohr anzeigt.
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Bezugnehmend
auf 11 kann der spektrale Gradientenwinkel unter Verwendung
eines Balkens 410 mit Demarkationen 412, zu denen
jeweils ein Winkel gehört,
angezeigt werden. Eine Linie 414 wird auf dem Balken 410 angezeigt,
um den berechneten Winkel anzuzeigen.
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Bezugnehmend
auf 12, kann die Temperatur unter Verwendung einer ähnlichen
Skala oder einem ähnlichen
Balken angezeigt werden, wie bei 420 gezeigt. Demarkationen 422 sind
bereitgestellt, wobei jede zu einer Temperatur gehört. Eine
Linie 424 wird auf dem Balken 420 angezeigt, um
die gemessene Temperatur anzuzeigen.
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13 ist
eine Tabelle 430, die Bereiche des Risikoniveaus darstellt,
die einem Benutzer angezeigt werden können, und zwar für eine Einrichtung, die
ein Feld von chemischen Sensoren mit einer akustischen Reflexionsmessung
kombiniert. Jede Zeile 432 gehört zu einem Bereich von spektralen Gradientenwinkeln.
Jede Spalte 434 gehört
zu der Anwesenheit und Abwesenheit eines Bakteriums oder Virus.
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Bezugnehmend
nun auf 14, kann einem Benutzer eine ähnliche
Tabelle 440 für
eine Einrichtung angezeigt werden, die ein Feld von chemischen Sensoren
mit einer Temperaturmessung kombiniert. Insbesondere gehört jede
Zeile 442 zu einem Bereich von Temperaturen. Jede Spalte 444 gehört zu der Anwesenheit
oder Abwesenheit eines Bakteriums oder Virus, oder wenn kein Fluid
vorhanden ist.
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Bezugnehmend
nun auf die 15A und B können die Tabellen 450 und 452 als
der Ausgang einer Einrichtung angezeigt werden, die irgendein Feld von
chemischen Sensoren mit sowohl einer akustischen Reflexionsmessung
als auch einer Temperaturmessung kombiniert. 15A ist
eine Anzeige, die gezeigt wird, wenn ein Bakterium oder ein Virus vorhanden
ist. 15B ist eine Anzeige, die gezeigt wird,
wenn ein Bakterium oder ein Virus nicht vorhanden ist. Jede Zeile 454 gehört zu einem
Bereiche von spektralen Gradientenwinkeln. Jede Spalte gehört zu Bereichen
von Temperaturen.
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Der
Wert in jeder Zelle in den Tabellen der 13, 14, 15A-B zeigt den Grad des Risikos (entweder niedrig,
mittel oder hoch) von Mittelohrentzündungen mit einem Bluterguss
oder Ausfluss (Otitis Media mit Effusion; OME) oder einer akuten
Mittelohrentzündung
(Acute Otitis Media; AOM) an. Viele andere Anzeigen können bereitgestellt
werden. Zum Beispiel kann der bestimmte Risikograd dem Benutzer
angezeigt werden, anstelle der Tabelle, die verwendet wird, um der
Risikograd anzuzeigen. Eine derartige Anzeige stellt ein verbessertes
diagnostisches Maß zum
Auswerten des Risikos von diesen oder anderen Ohrpathologien bereit.
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Nachdem
einige wenige Ausführungsformen beschrieben
worden sind, sollte für
Durchschnittsfachleute offensichtlich sein, dass die voranstehende Beschreibung
lediglich zur Illustration gedacht ist und nicht zur Beschränkung, wobei
sie nur beispielhaft angeführt
worden sind. Zahleiche Modifikationen und anderen Ausführungsformen
fallen in den Gedankenbereich von Durchschnittsfachleuten und werden
so angesehen, dass sie in den Umfang der Erfindung fallen.