JP2000516501A

JP2000516501A - 耳管内の音響パワー流量測定方法および装置

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Publication number: JP2000516501A
Application number: JP10509878A
Authority: JP
Inventors: ジェン，パトリシア，エス
Original assignee: ミモサアコースティックス
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2000-12-12
Also published as: GB9903098D0; AU728030B2; DE19781937B3; US6139507A; WO1998006324A1; GB2333601B; GB2333601A; AU4056097A; DE19781937T1

Abstract

(57)【要約】被検者の耳管内のパワー流量を正確に決定するシステムおよび方法。較正装置（300）を、空洞の周波数応答を測定するプローブ装置（400）と共に使用する。プローブ（400）はイヤホン（440）を備え、患者の耳に挿入される。変換器（460,470）は、周期的な信号を耳管に発射する。また、変換器（460,470）は、耳管の周波数応答を測定し、そのデータをデジタル信号処理装置に送る。その後、同じプローブ機構（400）を、既知の幾何学的形状を持つ複数の空洞（340a,340b,340c,340d）の周波数応答を測定することによって較正する。平均空洞長は、複数の空洞の既知の幾何学的形状に基づいて解かれる。また、ソース変換器発射による拡散質量波現象をも考慮される。較正のための空洞温度は、体温にできるだけ近く維持され、これによってさらなる誤差源が否定される。空洞インピーダンスと圧力反射率とを含むいくつかの測定値を、得られた周波数応答データから計算する。このデータは、次々に、ヒトの耳障害を決定するための貴重な診断情報をもたらす。本発明の方法および装置は、速くて、簡単で、そして効率的であり、よって臨床使用に適している。

Description

【発明の詳細な説明】耳管内の音響パワー流量測定方法および装置関連出願の記載本出願は、“METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE ACOUSTIC POWER FLOW WITHIN THE EAR CANAL”と称する１９９６年８月２日出願の米国仮出願第６０/ ０２３,８３４号に関連しその優先権を主張するものであり、その出願の内容はすべてこの中に織り込まれ言及されている。発明の背景１．発明の技術分野本発明は、ヒトの耳管内のいろいろな点で音響パワー流量を正確かつ迅速に測定するシステムと装置に向けられている。２．関連技術の記載聴覚学の分野において大抵の診断ツールの主な目的は、耳管パワー流量から推定される広帯域の中耳パワー流量を正確に測定することである。単位面積当たりのパワー流量は、音響強度として知られている。音響強度の正確な読取りは、ヒトの聴覚系の障害に関する臨床診断の向上に必要である。しかし、正確さだけでは、臨床的に容認できる診断システムを提供するには不十分である。測定値は、迅速にかつ費用効率のいい方法で得ることができなければならない。したがって、本発明の目的は、ヒトの聴覚系内の音響強度を測定する費用効率のよい、迅速で、かつ正確なシステムを提供することである。特に、そのようなシステムによって、耳の障害の早期発見をもたらす聴力スクリーニングプログラムに著しい利益が与えられる。気導聴力検査、骨導聴力検査、誘発反応聴力検査、および誘発耳音響放射などの診断ツールは、音響音場の正確な測定に強く依存している。もっとはっきり言うと、音響強度は、望ましい測定値である。音響強度は、単位面積当たりのパワー流量の測定値である。あいにく、直接に強度を測定することはきわめて困難である。もっと簡単にできる測定は、音響強度に対するものとしての音圧の測定である。聴覚学では圧力計が広く使われている。しかし、圧力は、定在波が存在しないとき、換言すれば、パワーが一方向にのみ、すなわち音響反射成分を持たない音場を流れているときには、ただ強度を推定するだけである。音響反射成分を持つ音場の場合には、定在波が生じ、圧力の測定は効果がない。反射が存在しないとき、パワー流量は、圧力の２乗に耳管に沿う面積を掛けたものに比例する。反射のない較正された圧力場では、パワーは周波数から独立していることができる。しかし、耳管内に反射が存在する場合には、たとえ圧力場が較正されたとしても、管インピーダンスは耳管内の位置の関数である。この場合、圧力の２乗はパワー流量の特性を示さない。耳管内に反射が存在するとき、音圧と音響強度とは複雑な関係を有する。したがって、ソース変換器の特性付けをしない限り、圧力を測定するだけでは耳管内の音響パワー流量を決定できない。ソース変換器は、耳管内に置かれた小型の、スピーカとレシーバを組み合わせたものである。これを行うためには少なくとも２つの独立した測定が必要である。特性付けは、ソース変換器の開路圧力およびそのソースインピーダンスを決定することを必要とする。しかし、信号強度の測度として圧力を用いることは、ソース変換器の開路圧力やソース変換器のインピーダンスを考慮に入れるものではなく、したがって反射のため定在波が存在する耳管内の実際の音響強度を決定することはできない。聴力検査の初期（１９３０年ごろ）には、音のレベルは、音圧と音響強度とが等価である自由音場（すなわち、定在波のない音場）において較正された。まもなく耳上のヘッドホンが、使いやすさの向上、音響分離、および低周波較正の変わりやすさの低減のために普及した。これらのヘッドホンは、一般に、標準化された音響カプラ（すなわち、人工の耳）によって較正された。この較正方法は、不適当にも、カプラの音響インピーダンスが検査される耳の音響インピーダンスとほとんど同じであると仮定していた。その結果、聴力損失を正確に指摘するための実用的で、なおかつ合理的な方法を発達させるに際して多大の困難に遭遇した。「聴力の標準閾値」を定義する際に持ち上がった一つの実際的な問題は、同じ被検者に対して異なる聴力検査用ヘッドホン、例えばアメリカ製のＴＤＨ−３９ヘッドホンとイキリス製のＳＴＬヘッドホンを使用したところ、両方のヘッドホンを同じ標準カプラで較正したにもかかわらず、聴力閾値について異なる値が得られたということである。実際的な妥協に至ったのは、１９６９年で、オージオメータに対する国際標準基準ゼロ（International Standard Reference Zero）の標準化によってであった。この標準は、今日、広く一般に受け入れられている。聴力レベルを測定するためには、標準カプラで較正された標準ヘッドホンを用いる必要がある。標準の一対のヘッドホンとカプラ以外の変換器またはカプラを使用する場合には補正係数が必要とされる。聴力レベルの測定に対する上記アプローチは、標準的な成人の耳に対して４ｋＨｚ未満で適度にうまくいくだけである実際的な妥協を表している。しかし、当該アプローチは、扱いにくく、誤差が生じやすいままである。二つの重要な誤差源は、被検者間で鼓膜の音響インピーダンスや耳管の断面積が変化しうる可能性と、鼓膜のインピーダンスと耳管の特性インピーダンスとの間のインピーダンス不整合に起因する耳管内の定在波とである。これらの誤差は、この方法を使えなくするほど十分に大きく、４ｋＨｚを超えている。上記の誤差源は、乳児や子供の聴力レベルを測定する際に特に重要である。彼らの耳管の身体的サイズはより小さく、音響インピーダンスが平均的な標準成人の耳の音響インピーダンスと違っているからである。同様に、中耳障害が存在するときの聴力レベルの測定もまた誤差をもたらすことがある。中耳の音響インピーダンスが正常な耳の音響インピーダンスから大きくはずれることがあるからである。これら二つの誤差源は、子供の中耳炎の発生率が高いため、小児聴覚学においてしばしばさらに度を増す。関連する問題は、補聴器によって生じる音響信号レベルを測定することである。耳型または管内補聴器の存在によって耳管内の音場に大きな変化が生じる。この状態にあっては、カプラによって測定される予測耳管音圧レベルは、間違った結果を非常に招きそうなところがある。現在の技術の範囲を前提とすれば、この問題に対する一つのアプローチは、耳管内の強度ではなく圧力の測定の正確さを上げることである。例えば、ここ１０年以内で「本物の耳」測定システムが普及してきた。これらのシステムは、標準カプラと検査される耳との間の不確実性を少なくしようとして耳管内の圧力を推定する。しかし、定在波が存在する場合には、鼓膜から離れている耳管内の圧力は鼓膜圧力と同じでなく、耳管内の音響パワー流量（すなわち、真の強度）の特性も示さない。ここ５年から１０年で、ひずみ成分などの誘発耳音響放射が、蝸牛の外毛細胞機能を特性付ける重要な新しい方法であることがわかった。ひずみ成分誘発耳音響放射は、小さな非線形蝸牛後退信号である。この非線形測定は、聴力損失を診断する際の重要で明確なステップを表すとともに、中耳反射のため定在波による影響も受ける。較正マイクロホンが、前進波を部分的に打ち消す反射（後進）圧力波によって生成される一次圧ゼロの状態にあるとき、測定点の圧力と鼓膜の圧力とが任意の大きな量だけ違っていることがある。最近、挿入変換器で密封された成人の耳において２０ｄＢの定在波が３. ５ｋＨｚと低い周波数で観測された。この状態では、耳管の音響強度は正確には較正されない。ひずみ成分誘発耳音響放射その他の臨床手段は刺激の強さに依存するため、較正の信頼性はきわどい。この問題は、新生児や乳児の場合は出生後の最初の数日以内の管のヴァネックス（vernex）のため、また、乳児や幼い子供の場合は中耳感染のために悪化させられる。これらの場合のすべてにおいて、音響エネルギーのかなりの割合が、中耳によって病理的な中耳インピーダンス不整合のために反射されるであろう。このインピーダンス不整合問題の実際上の結果は、重大である。例えば、乳児に対する一般的な聴力スクリーニングプログラムを考える。スクリーニングされた１０００人の乳児に対して、我々は、わずか２、３人の割合で蝸牛障害であり（すなわち、人口の０.２〜０.３％）、また、５０から１００人の割合で（５〜１０％）ある種の中耳障害を持っていると予想するかもしれない。これらグループの両方とも誘発耳音響放射スクリーニングプログラムにおいて陽性の評価を得るであろう。中耳「陽性」は、蝸牛障害に関して、同定が必要な疑似陽性の大きなグループを意味する。この理由は、プロセスの次の段階が、行動試験および／または聴覚脳幹誘発反応聴力検査（ＡＢＥＲ）のような、もっと時間のかかる高価な処置を用いて、すべての陽性の症例を評価することだからである。スクリーニングツールとしての誘発耳音響放射は、試験の速さ、容易さ、および本技術の客観性のため、急速にその利用が増大している。誘発耳音響放射を用いるスクリーニングプログラムの費用を実効あるものにするためには、中耳問題による蝸牛障害に関する疑似陽性の高い割合をかなり下げることが不可欠である。この問題に対する有効な解決策は、誘発耳音響放射スクリーニング段階で蝸牛「陽性」を中耳「陽性」から区別し、これら症例のおのおのに対して評価と介入の適当な形態を新たに立てることであろう。上記したすべての問題は、耳管内の音響パワー流量が分かれば、すっかりなくなるか、あるいは、少なくともかなり減らすことができる。これらの利点に加えて、耳管内の音響パワー流量を測定することができる器械の開発に対する他のもっと緻密な考慮がある。正常なヒトの中耳の場合、耳管と中耳の両インピーダンスは８００Ｈｚを超える周波数に対してほとんど整合しており、耳管から蝸牛への効率的なパワー流量を可能にしている。鼓膜のインピーダンスは、中耳が、例えば、中耳間隙内の静圧のために、または、耳海綿状態（耳硬化症）による小骨インピーダンスの変化や小骨靭帯の堅さの変化のようなもっと重大な状態にあって正常に働かないとき、変化する。インピーダンスの不整合が大きいとき、パワー反射率は１に近づく（すなわち、パワーの１００％が反射される）。この状態にあっては、出力される音響強度は入力された音響強度とほとんど等しく、また、前進波と後進波とは大きさがほとんど同じである。その結果、圧力は、１／４音響波長または反射点からの１／２波長ラウンドトリップに対応する周波数でほとんど相殺する。圧力は、この周波数に対して測定点で非常に小さくなり、誤った圧力較正をもたらす。なぜなら、この周波数に対する測定点での耳管圧力は、鼓膜圧力かまたは中耳や蝸牛で吸入されたパワーかどちらかの有益または正確な測度ではないからである。中耳や蝸牛で吸収されるパワーを測定することは、特に、中耳障害がある４ｋＨｚを超える周波数でのとき、または、耳の身体的サイズが標準的な成人の耳とかなり違っているときに、聴覚学に多くの利点を提供する。このことは、従来のカプラ測定が鼓膜の音圧レベルを誤って評価させるような場合に典型的である。正常な耳に対して三つの重要な情報が観察によって得られた。第一に、中耳のインピーダンス不整合はヒトからヒトへの変わりやすさの大きな原因である。第二に、ネコの中耳はほとんど無損失系である。第三に、アレチネズミの聴力閾値でのパワー流量は一定であることがわかった。第一の情報は、較正の変わりやすさの有意の身体的源を同定する。第二の情報は、中耳に流れ込むパワーはほとんどすべて蝸牛に伝達されることを意味している。第三の情報は、音響パワー流量は蝸牛聴力閾値と重要な相関があるという考えと矛盾しない。中耳によって吸収されたパワーを測定するためには、中耳の音響インピーダンスを測定することが必要である。しかし、耳の音響インピーダンスを測定する現在の臨床使用の器械は、音響インピーダンスを直接に測定するものではなく、相対インピーダンスの大きさ、すなわち、正常な耳のインピーダンスの大きさに対するインピーダンスの大きさを測定するものである。また、これらの器械は、しばしば、可聴周波数の範囲全体にわたって音響インピーダンスを測定するよりはむしろ数個の標準試験周波数（例えば、２２０Ｈｚと６００Ｈｚ）に限定される。変換器の開発の最近の進歩や、耳の音伝送特性の計算機化測定の付随的進歩は、音響インピーダンスと、そしてさらに重要なことには、耳による音パワーの吸入とを測定する実用的な手段を可能にする。本発明の器械は、Jont B．Allen,“ Measurement of Eardrum Acoustic Impedan ce”，Peripheral Auditory Mechanism，pp．44-51(1986)によって展開された技術に対して著しい改良を加えたものである。アレンの方法論では、２つの変換器を耳管に挿入する。一方の変換器は試験音を発生し、他方のマイクロホンは検査する耳の中の圧力を測定する。その後、２つの変換器を４つの空洞に置き、そこで空洞の圧力を測定する。その後、この情報を解析して管の反射率を推定する。上記の測定方法は、動物、成人、側頭骨、および乳児に適用される。しかし、アレンの実験で使用された計装は、高価、複雑であり、したがって臨床用のセッティングには利用できない。概要本発明の目的は、被検者の耳管内の音響強度を測定するための簡単な装置を提供することである。本発明は、信号発生手段と、該信号発生手段と接続されたイヤホン／マイクロホンを持つプローブ装置と、未知の平均長さの関数であり既知のインピーダンスを持つ複数の較正空洞とを有する。プローブは被検者の耳管に挿入され、信号発生手段はイヤホンを介して周期的信号を被検者の耳管に放射する。耳管の圧力応答を測定し記録する。較正空洞はその圧力応答が測定され、プローブは、較正応答を計算し未知の平均空洞長を探索しすなわち解くことによって較正される。この較正方法の基本仮定は、較正されているプローブ装置の線形性である。その後、被検者の耳管の圧力応答から、耳管内の音響インピーダンスと強度を推定することができる。本発明の方法および装置は、最小限度のトレーニングのみを必要とする臨床用のセッティングを目的とする。また、耳の障害の早期発見は、耳の損傷をさらに減らすのにも役立つ。図面の簡単な説明図１は、イヤホンのテビニン（Thevinin）パラメータを測定するための従来技術の較正機構を示している。図２は、図１の従来技術の機構をモデル化した、拡散質量表現なしに拡散質量 Msを示す等価電気回路を示している。図３は、本発明の好適な実施例による較正装置を示している。図４は、本発明の好適な実施例によるプローブ装置を示している。図５および図６は、プローブチップを含む本発明の好適な実施例によるプローブ装置を示している。図７は、空洞の較正中のプローブと較正装置を示している。図８は、被検者の耳のパワー流量を測定するためのステップを示している。図９は、空洞内のレシーバを較正するためのステップを示している。図１０は、耳管などの空洞内の点音源からの音の流れを示している。図１１は、本発明の他の実施例による較正装置を示している。図１２は、図１１の較正装置の正面図である。図１３は、較正装置の他の部分を除いた較正装置のシリンダの斜視図を示している。図１４は、図１３に示すシリンダの正面図である。図１５は、シリンダを取り除いた図１１の背面図を示し、また、空洞を一定の体温に維持するのに用いられる発熱体システムをも示している。詳細な説明以下、同じ番号を使用して本発明を記述するいろいろな図面上の同じ要素を説明する。実験は、正常聴力を持つ１０人のヒトの被検者に対して、０．１から１５．０ｋＨｚの間の音響耳管インピーダンスと反射率の大きさに関して行なった。これらの実験の結果は、スーザンＥ．ボスとジョンＢ．アレンによって「ヒトの耳管の音響インピーダンスと反射率の測定」95 J.ACOUST協会Am.372（1994 年１月）と題され、アメリカの音響学会によって新聞紙上に記録されている。図１の従来技術に示されるように、音響変換装置は、フォームイヤチップ(foa m ear tip）で終るイヤホンとマイクロホンから成る。耳管音響インピーダンスＺｅ（ｆ）を測定するためには、まず変換装置を較正しなければならない。このことは、テビニン(Thevenin)パラメータ（図２）、開回路源圧力Ｐ０（ｆ）とソースインピーダンスＺ０（ｆ）とを測定することを意味する。テビニンパラメータが解れば、耳管圧力Ｐｅの測定値から所望の耳管インピーダンスＺｅが決定できる。対応する空洞長Ｌ１とＬ２がわかれば、２つの空洞圧力値Ｐ１（ｆ）とＰ２（ｆ）のいずれからも、２つのテビニンパラメータＰ０とＺ０が計算できる。問題は、これらの音響長、すなわち図１０に示すような波（Ｍｓ）の拡散による長さが正確に知られていないことである。図１０から解るように、音響流量は出口開口部から広がり、伝わる長さは、出口開口部から空洞管の端部までの実際の物理的距離よりも長い。これは、有効音響長を生じる周波数依存効果である。この音響長は、図２における電気インダクター２３０としてモデル化し、一連の質量表現（Ｍｓ）に置き換えて表すことができる。このインダクタンスの大きさは拡散の角度に依存し、変換器と被検者の耳管の幾何学的形状に依存する。このように、この質量の大きさは、それそれの状態において知られてなく、未知のパラメータと見做さなければならない。たとえテビニンパラメータの基本方程式が線形であるとしても、空洞長（Δ１＝Ｌ１−Ｌ０）と拡散質量（Ms）の数学的な検索間隔は非線形である。このことは、うわべで多くの極小値や唯一ではない解答がされるという誤りを引き起こす。複数の次元を考察することが問題を含むことは知られている。異なる空洞長（Δ１＝Ｌ１−Ｌ０）を強いれば、一次元の長さについての探索を減らし、問題を単順化し、独特な全体的な最小限の解答をもたらす。拡散質量（Ms）は、テビニンパラメータが周波数の広い範囲に渡って正確な表現であれば、説明されなければならない空洞の周波数依存長を効果的に導く。拡散質量（ Ms）の大きさは、プローブの幾何学的形状と耳管の幾何学的形状に依存するため、拡散質量（Ms）の大きさを知ることはできない。拡散質量（Ms）はよく単一のパラメータで表されるが、本発明では、平均空洞長（Ｌ）を決定するために使用されるのと同様の探索方法を用いて推定することができるということを認識することによって、また、異なる空洞長（Δ１＝Ｌ１ −Ｌ０）は測定する空洞へのイヤホンの挿入深さの関数ではないということを認識することによって、1986年にアレンによって紹介され、ボスとアレンが記述した「ヒトの耳管の音響インピーダンスと反射率の測定」95 J.ACOUST協会Am.372 （1994年１月）の較正方法の正確さと有用性を大いに改良する。ボスとアレンが記述した方法には、本発明の本質を成す３つの重要な外延がある。第１は、平均空洞長の探索に限定すると、４次元探索から一次元探索にまで探索が減るということである。第２は、音の出口付近のより良い状態での方法の効果は、拡散質量の探索によって補償されることである。最後に、空洞は、室温ではなく耳管（すなわち体温）として同じ温度で維持されるということである。前述のアレンによる従来の実験では、１０人の被検者のそれそれが測定されたそれそれの耳管インピーダンスを持っていた。この測定は、７つの複合周波数応答、すなわち、４つの密封された空洞、２つの抵抗器空洞及び被検者の耳について行なった（図１参照）。個々の圧力周波数応答測定はそれそれ２．６秒とした。４つの空洞に対する４つの音響長Ｌ１からＬ４は、測定された空洞圧力から最小二乗勾配処理を用いて計算される。空洞イピーダンスは、音響ロッシイトランスミッション(lossy-transmission)線形方程式を用いて計算される。２つのテビニンパラメータ、ソースインピーダンスＺｓ（ω）、開回路圧力Ｐｓ（ω）、またはそれらのノートン等価Ｙｓ（ω）とＵｓ（ω）は、音響長が決まれば、それそれの周波数において、４つの測定された空洞圧力と計算された空洞負荷インピーダンスから解る。較正は、２つの抵抗器圧力から２つの音響抵抗器のインピーダンスを決定することによって行なわれた。測定された抵抗器反射率が許容範囲内にある場合には、被検者の耳管インピーダンスは測定された空洞圧力から計算される。許容範囲内にない場合には、較正と測定が繰り返される。このように、抵抗器は較正上の対象標準として用いられた。アレン／ボスの方法は、それそれの空洞長が解っていてそれを用いることを前提としている。これは、４次元探索間隔を構成する。本発明は、この探索間隔を１次元に減らす。減少させることができるのは、ペアになったときの４つの空洞間の長さの相違が解っており、正確に制御することができるからである。これはたとえプローブマイクロホンの先端から空洞の端部までの絶対的な長さが解らなかったとしても真実である。たとえば、たとえＬ１、Ｌ２、Ｌ３とＬ４が解らなかったとしても、Ｌ１−Ｌ０、Ｌ２−Ｌ０、Ｌ３−Ｌ０とＬ４−Ｌ０は解る。これは、空洞内のイヤホンの平均挿入深さＬ０を正確に制御することができないからである。このように、空洞長の探索は、たとえば４つの空洞の内の最も短い１つの空洞長のための検索に拘束される。較正のために使用される空洞の数は変わることがある。空洞の数を増加すると、より正確な長さの測定ができるが、非常に多くの時間が必要になる。実験に基づく結果は、４つの空洞長が正確さと測定に要求される時間との間の合理的な妥協であることを示している。アレン／ボスの方法論の第２の外延は、音の出口付近の音響拡散の影響を訂正することである。図１０は、点音源開口部のため音響が耳管のすみずみまでどのように拡散するかを示している。音波の拡散は、図２に示されるように、拡散質量表現Msとして取り扱われ、空洞インピーダンスに加えられる。そのため、まさしく、未知の平均空洞長Ｌ０が探索され非常に詳細なテビニン方程式において見逃し誤差を最小限度にするように、それを探索することによってこの知られていない質量表現を推定することができる。未知のパラメータMsを加えると２次元の探索間隔（すなわち、Ｌ０とMs）となる。拡散質量Msと全長Ｌ０に対する２次元探索を“収束”させた後、既知の異なる長さを仮定し、全ての５次元（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ３及びMs）のオプションの最終の探索が真の極小であると決定される。拡散質量（MS）は、空洞の周波数依存長を効果的に導き、したがって、広範囲の周波数に渡って測定する際には解っていなければならない。この質量の大きさはプローブと耳管の幾何学的形状に依るので、その大きさを予め知ることは不可能である。その大きさが単一のパラメータによって適切に表され、空洞長を補償するために用いる同一の探索方法によって推定することができるということを認識することによって較正方法の正確さと有用性を大いに改良している。第３の外延は、耳管としての空洞を同じ温度で維持する必要があるということである。予め空洞は室温になっており、一方、耳管は体温またはそれに近い。結果として、小さな周波数依存誤差は、開回路圧力とテビニンソースインピーダンスで導かれる。空洞を体温に維持することによって、これらの誤差は不必要な人為的な周波数を減らすことによって除去することができる。テビニンパラメータは、また、温度の平方根によって音響放射管の音速を評価することによって変換器の温度を変更するための補正をすることができる。図３は、本発明の好適な実施例における較正装置３００を示す。較正装置３００は、Ｌ型の基部とスタンド３１０を有し、スタンド３１０は、回転可能に連結されスタンド３１０から伸延するシリンダ３２０を有している。シリンダ３２０は、零点Ｌ０を同じにしシリンダ３２０に伸延する４つの空洞を有する。それそれの空洞は、シリンダ３２０に異なる長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）でシリンダ３２０に伸延し、それによってそれそれの空洞を異なる幾何学形状としている。零点は、シリンダ３２０には伸延しない。どちらかと言えば、プローブ／イヤホンの組み合わせが較正装置内に深く挿入されることから防止する。正しい深さに挿入されると、シリンダは、それそれの空洞に回転され測定が行なわれる。空洞は堅い壁内で終り、既知の音響インピーダンスを有する。スタンド３１０は、４つの空洞の直径と等しい寸法の環状の内径３４０を有する。シリンダ３２０は、シリンダがスタンドの背面に対して平らになるように、また独自の軸について回転できるように、スタンド３１０の前面からシリンダ３２０の軸の全長に及ぶねじによってスタンド３１０に接続される。プローブヘッドレストバー３３０はスタンド３１０の面全体を伸延し、プローブヘッドを受ける半円に形づくられた切断部分を有している。この切断部分は、環状の内径３４０に対して一直線に配置される。図４は、図３の較正装置３００と共に使用されるプローブ装置４００を図示する。プローブ装置４００は、一端がデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）に他端がプローブヘッド４２０に接続されたプローブケーブルを有する。プローブヘッド４２０は円筒状に形成され、プローブヘッドレストバー３３０の切断部分にぴったり合うように設計されている。図５と図６を参照すると、プローブヘッド４２０は、プローブ先端４３０にテーパを付けている。プローブ先端４３０は、一対のレシーバ管４６０とマイクロホン管４７０で終っている。イヤホン４４０は、プローブ先端４３０に取り付けられた音響放射管４５０を有する。音響放射管４５０は、イヤホン４４０の全長に渡って縦に伸延し、レシーバ管４６０とマイクロホン管４７０の両方から受け取るための３つのレセプタクルを有する。較正装置の空洞を室温よりむしろ体温に維持するために、小さい環状の発熱体３７５は、スタンド３１０の垂直部分に埋め込まれている。これはヒートポケットを避けるのと均等な方法でシリンダ３２０に熱が伝わることを許す。これらの発熱体３７５は、較正装置３００のプラグアダプタ３８５によって電気的に駆動される。空洞温度は、正常体温で空洞を維持するためのスタンド３１０に埋め込まれる温度フィードバックサーボ機構３８０によって絶えずモニターされる。温度表示３９０は、また、オペレータに現在の空洞温度を知らせるために含めてもよい。先端がプローブ先端４３０に適合するような形状のイヤホン４４０とすれば、プローブ装置は使用の準備ができる。それは、被検者の耳の中にイヤホンを挿入し、記録され分析された耳管内に周期的な信号を放射することによって、ヒトの耳管の周波数応答を測定することに使用することができる。図７に示されるように、較正空洞（３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ）のすべての周波数応答を測定することに使用することもできる。図８は、被検者の耳管の臨床診断に関係している手順を説明している。まず試験装置をセットアップする。セットアップは、局所のコンピュータ上のデジタル信号処理（ＤＳＰ）基盤を配列することから成る。プローブ電線４１０は、ＤＳＰ基盤に直接接続される。コンピュータがスイッチを入れられ、流量測定アプリケーションがスタートする。後述するように、流量測定アプリケーションがプローブ４００からデータを受け取り、それを複合周波数、インピーダンス、反射率及び送信されたパワ一測定値に変換する。次に、テストされる被検者または個人は、彼のまたは彼女の耳管の障害が検査され、耳聴管観察の下に明確にされる。適切なイヤホン４４０を有するプローブヘッド４２０は、被検者の耳管内に挿入される。適切なイヤホンは、耳管を完全に密封するのに十分大きいものである。プローブ４００は、被検者のために快適であるように耳管に深く挿入されるべきである。通常、イヤホンのフォームチップ(form tip)は、挿入前にきつくしぼることが可能なフレキシブルな材料で製造される。そして、挿入された後、イヤホンはその原形に戻るべく拡張し、それによって良好なシール与える。それそれのイヤホンは、異なるが既知の寸法であり、その寸法は、テビニンパラメータの後の計算のために記憶しておくことが重要である。そして、被検者の耳管の圧力周波数応答が測定される８２０。被検者は、耳のまわりの繊細な筋肉を固めることによって、変化した測定値にならないようにするために口を僅かに開けて２、３秒の間静かにするように頼まれる。一様なパワースペクトラムを有する周期的信号は、生成され耳管内に放射される。周期的信号は、チャープ(chirp)、掃かれた正弦曲線またはノイズであるかもしれない。一様なパワースペクトラムは、音響放射管４５０の伝達物質または出力であり、それによって、音圧の点源拡散質量が作られる。挿入されたプローブ４００は、プローブケーブル４１０を介してＤＳＰ基盤が捕らえるデータを伝送するマイクロホン４７０を有することによって耳管の周波数応答を決定する。周波数応答を得るには２、３秒だけかかる。それから周波数応答は分析され、フォームチップと耳管の間のシールにおいていかなる漏れがあるかを決定するために表示される。漏れのあるシールの明らかな表示は、表示結果において、１００Ｈｚと３００Ｈｚの間または３００Ｈｚ以下の低い圧力で鋭いノッチ部を示す。漏れのあるシールがみつかると、プローブを元通りに差し込まれなければならないし、また、再び検査し直さなければならない。避けられるべき他の誤差源は、プローブケーブル４１０の過剰な操作である。プローブケーブル４１０のわずかな動揺でさえも結果としてこのノイズによる誤差になる。次の手順は、それそれの空洞を較正するために周波数応答を測定することである８３０。好適な実施例では較正される４つの空洞があるが、これらは２つと同じ位小さくできる。空洞を付加すると精度が増すが、増加された精度の効果は、４つ以上の空洞が用いられるときに要求される作業と比較しても無視し得る程度である。空洞の周波数応答は、被検者の耳であったと同様に正確に測定される。プローブ４００は、イヤホン４４０に接続され、プローブヘッドレストバー３３０に位置され、零点Ｌ０に相当するＬ型のスタンドの内径３４０にプローブがそれ以上挿入できなくなるまでさし込まれる。シリンダ３２０は、４つのうちの１つの空洞位置まで回転され、周期的な信号は較正する空洞に入れられ、周波数応答が測定される。この作業は、それそれの空洞に対して繰り返される。再度、正確な周波数の測定値を得るためには、自由に漏れてしまうようなシールは危険である。次に、被検者の他の耳は、彼または彼女の１番目の耳のように適格な方法で周波数応答の測定がされる８４０。較正空洞では、イヤチップが２番目の耳に対して替えられなければならないいかなる理由があっても８５０、新しいチップはまた測定されなければならない８６０。−方、同じチップが両方の耳を測定するために使用される場合には、空洞の較正の手順は一回実行されなければならないだけである。今我々は、被検者の両方の耳に対してまた４つのそれぞれの空洞の較正に対して周波数応答の読みを有する。テスターがフォームイヤチップの寸法または型を入力すると、既存のデータファイルが空洞の平均長さＬ０、２つの異なる空洞長（Δｉ＝Ｌｉ−Ｌ０、ｉ＝１，２，３，４）、検査空洞Ｄの直径、拡散質量ＭSについてアクセスされる。これらの７つのパラメータは、Ｌ０とＭSの新しい値のための勾配探索を初期化するために使用される。較正空洞の周波数応答の測定値は、ソース変換器の開回路圧力Ｐｓ（ω）とソースインピーダンスＺｓ（ω）に変換される。被検者の耳管内において測定された圧力応答とともにこれらの２つの応答は、被検者の耳管インピーダンスおよび／または反射率を計算するのに十分である。装置の設計において重要な考察は、音響パワー流量の放射において、インピーダンスよりむしろ反射率の使用である。反射率は２つの主要な理由のために使用される。第一に、反射率は、測定値の見通しから適切なパワー流量に関して直接の解釈を有する。第２の、そして、より重要なのは、音響インピーダンスが一つのポートシステム（例えば鼓膜インピーダンス）の完全な説明を用意するものではないということである。たとえば、インピーダンスはそれらの間、すなわち入射から反射まで間の相違を説明するだけであるから、鼓膜インピーダンスの知識では入射と反射の間のパワー流量の区別ができない。このように、インピーダンスは一つのポートシステムのためのパワー変換関数（伝送／入射）の不完全な説明となる。しかしながら、圧力反射率は、大きさと位相の両方に関してパワー伝達機能を明確にする。この定義は、特性インピーダンス（Ｚ０）と、以下のような式で示されるスペクトル（ω）及び空間（spatial）（χ）の合成を有するエネルギーで供給された速度（ｃ）とを有する分散しない伝送線によって説明されるパワー放射システムの付加的な思想を必要とする。ここで、Ｐ＋は、伝送線上の前方に進行している圧力波であり、ωは、角周波数であり、χは伝送線に沿った位置であり、ｔは時間である。有効電力II＋は、鼓膜の方へ進行しているパワーとして耳管内で前方に進行している圧力波Ｐ＋に関して明確にされる。それは、ここで、Ｚ０＝ρｃ／Ａは、耳管の特性インピーダンスであり、ρは、空気の密度であり、ｃは、音の速度であり、Ａは、耳管の横断面積である。同様に、反射と非線形蝸牛メカニズムのための逆行するまたは後方に後退しているパワーII −は、入射圧力と逆戻りのものの比は、以下のように圧力反射率を明確にするそして、その二乗の大きさはパワー反射率を下記のように明確にし、そして、関係する緩衝パワーは、正常な耳は、約８００Ｈｚから８ｋＨｚまでのパワーを吸収する。吸収される II＋/IIＡに関係するパワーがいくつかの閾値、たとえば０．２５未満であるときには、耳または中耳は機能しない。吸収される関係パワーの標準値は、０．７５よりも大きい。この標準値よりも低いいかなる値も障害を示し、吸収されるパワーの割合により重くなる。上記に由来する測定値の特に有効な他の使用は、耳の障害を診断すること以外に、それらを必要とする個人の補聴器を正確に較正し合わせることである。補聴器を頼りにする人は、正確に補聴器を調節する方法を決定するために、彼等の耳で測定される音響パワー流量を持つことができる。前述のシステムと方法を使用することによって、補聴器のユーザーの補聴器を最適化する方法を提供できる。代わりの較正装置設計は、図１１〜１４に示される。その理由は、異なる寸法のイヤホンを適応させるためである。このように、装置は、乳児（非常に小さいイヤホン）のために、子供（小さいイヤホン）のために、大人（より大きいイヤホン）のために動く。図１１は、図３に示されるのと同様の較正装置を示す。しかし、これは、それそれの角に１本づつ合計４本のネジ３９０によって、スタンド３１０の直立した部分に取り付けられる付加面板３７０を有する。面板３７０は、詰め物がされた材料３８０によって包囲される切断部分に似た「４つ葉のクローバ」を有する。それそれのクローバの「葉」は、プローブ／イヤホンの組み合わせを受けるように設計される。詰め物がされた材料３８０、好ましくはゴムは、較正過程の間プローブ４００を保持し、そこに位置させる。図１２は、図１１の正面図である。直径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）が異なる４つの穴は、スタンド３１０の直立した部分に示される。ねじ３６０は、スタンド３１０にシリンダ３２０を連結し、シリンダの回転を許すメカニズムとして役立つ。最初の一対の穴（より小さい直径）Ｄ１とＤ２は、シリンダ３２０内で同心円を分配し、第２の一対の穴（より大きい直径）Ｄ３とＤ４は、シリンダ３２０内でわずかにより大きい同心円を分配する。これらの同心円は、図１３〜１４を見るときに難無く明らかになる。図１３は、較正装置の残りの部分とは別のシリンダアタッチメントの斜視図である。シリンダ３２０は、スタンド３１０の直立した部分のそれぞれの４つの穴（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）が５つのそれぞれのシリンダ位置（Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）に合わせられるように回転可能になっている。図１１に図示した１つの較正装置を結果として達成するためには、図３において図示されるような４つの分離した較正装置が必要になる。本発明は、従来技術を越える多くの有意な利点を提供する。第一に、中耳において吸収される音響強度は、簡単な使いやすい機器において直接測定することができる。第２に、音響強度の測定は、中耳内の可変音響インピータンスに付随する問題を排除する。第３に、正常の中耳機能を持つ成人の耳の聴力レベル測定値が変わりすくなることを、被験者間の音響インピーダンスの差により変わりやすい較正を減らすことによって抑えている。第４に、中耳の障害と同様に、子供と乳児の耳を測定する際の誤差が減少する。第５に、広い周波数範囲（すなわち４０〜１２，０００Ｈｚ）に渡る蝸牛に至る音声パワーの比較的正確な測定値を得ることができる。最後に、上記の目的の全ては魅力的なコストで達成することができ、一般的なものよりも時間を省いて達成することができる。結果は、従来技術の代表的なＡＢＥＲシステム３〜４時間に対しておよそ２〜３分で得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ【要約の続き】床使用に適している。

Claims

【特許請求の範囲】１．空洞内の音響パワー流量を測定するシステムで、信号処理手段と、前記信号処理手段と接続されたプローブ手段と、複数の不等長キャリブレーションを持つ空洞較正手段とを有し、前記プローブ手段を前記空洞に挿入し、周期的な信号を前記プローブ手段によって前記空洞に導入して、前記空洞の周波数応答を測定して前記信号処理手段に送り、その後、前記プローブ手段を各較正空洞に挿入し、周期的な信号を各前記較正空洞に導入して、各前記較正空洞の周波数応答を測定して前記信号処理手段に送り、前記信号処理手段は、前記測定された空洞周波数応答および前記較正空洞周波数応答を利用して前記空洞の音響パワー流量を計算する、前記システム。２．前記プローブ手段と取外し自在に接続可能なイヤホン手段をさらに有し、当該イヤホン手段は、前記プローブ手段と前記空洞との間および前記プローブ手段と前記較正空洞との間に気密シールを提供する軟質弾性材料からなり、また、当該イヤホン手段は、該イヤホン手段の軸に沿って伸長し前記周期的信号を前記空洞または前記較正空洞に中継する音伝達管手段をさらに有する、請求の範囲第１項に記載のシステム。３．前記空洞較正手段は、さらに、Ｌ字形のベースおよびスタンド構造体と、当該スタンドは円形穴を持っている、前記スタンドから外側に伸長し前記複数の不等長空洞を持つシリンダと、前記複数の不等長空洞は当該シリンダの軸と平行である、シリンダ軸の長さだけ伸長して前記スタンド内を貫通し、前記シリンダを前記スタンドに固定するとともに前記シリンダがその軸の回りに回転するのを許容するねじ手段と、を有する、請求の範囲第２項に記載のシステム。４．前記空洞較正手段は、さらに、前記スタンドを横切って伸長するプローブヘッド台架手段を有し、当該プローブヘッド台架手段は、前記プローブ手段を前記円形穴に受け入れて固定するため、前記スタンドに前記円形穴と一列に並べられた部分的に切り取られた半円形部分を有する、請求の範囲第３項に記載のシステム。５．前記プローブ手段は、プローブチップの所で終わり、当該プローブチップは、マイクロホンと１対のレシーバとからなり前記信号処理手段と電気的に接続されているソース変換器を有する、請求の範囲第４項に記載のシステム。６．前記イヤホン音伝達管手段は、前記ソース変換器を受け入れるように構成されている、請求の範囲第５項に記載のシステム。７．前記較正空洞は、該較正空洞をヒトの体温とおおよそ等しいほぼ一定の温度に維持するために複数の発熱体に近くにある、請求の範囲第６項に記載のシステム。８．前記較正空洞は、堅い壁の所で終わっている、請求の範囲第７項に記載のシステム。９．前記較正空洞は、既知のインピーダンスの所で終わっている、請求の範囲第７項に記載のシステム。１０．前記信号処理手段は、デジタル信号処理装置である、請求の範囲第１項に記載のシステム。１１．前記空洞は、ヒトの耳管である、請求の範囲第１項に記載のシステム。１２．前記空洞較正手段は、さらに、Ｌ字形のベースおよびスタンド構造体と、当該スタンドは複数の不等直径円形穴を持っている、前記スタンド上に重ねて取り付けられ、前記複数の不等直径円形穴を露出させるパッド切抜き部分を持つ面板と、前記スタンドから外側に伸長し前記複数の不等長空洞を持つシリンダと、前記複数の不等長空洞は当該シリンダの軸と平行である、シリンダ軸の長さだけ伸長して前記スタンド内を貫通し、前記シリンダを前記スタンドに固定するとともに前記シリンダがその軸の回りに回転するのを許容するねじ手段と、を有する、請求の範囲第２項に記載のシステム。１３．耳管内の音響パワー流量を測定するシステムで、信号処理装置と、プローブチップの所で終わり、マイクロホンと１対のレシーバとからなり前記信号処理装置と電気的に接続されているソース変換器を有するプローブと、前記プローブと取外し自在に接続可能で、前記ソース変換器を受け入れるように構成されているイヤホンと、当該イヤホンは、前記プローブと前記耳管との間に気密シールを提供する軟質弾性材料からなり、また、当該イヤホンは、該イヤホンの軸に沿って伸長し周期的な信号を前記耳管に中継する音伝達管をさらに有している、円形穴を持つＬ字形のベースおよびスタンド構造体と、前記スタンドから外側に伸長し当該シリンダの軸と平行である複数の不等長空洞を持つシリンダと、前記シリンダを前記スタンドに固定するとともに前記シリンダがその軸の回りに回転するのを許容するためにシリンダ軸の長さだけ伸長して前記スタンド内を貫通するねじ手段とを有する較正装置と、前記スタンドを横切って伸長し、前記プローブを前記円形穴に受け入れて固定するために前記スタンドに前記円形穴と一列に並べられた部分的に切り取られた半円形部分を有するプローブヘッドレストバーと、を有し、前記プローブを前記耳管に挿入し、周期的な信号を前記変換器によって前記耳管に導入して、前記耳管の周波数応答を測定して前記信号処理装置に送り、その後、前記プローブを各較正空洞に挿入し、周期的な信号を各前記較正空洞に導入して、各前記較正空洞の周波数応答を測定して前記信号処理装置に送り、前記信号処理装置は、前記測定された耳管周波数応答および前記較正空洞周波数応答を利用して前記耳管の音響パワー流量を計算する、前記システム。１４．ヒトの耳管内の音響パワー流量を測定する方法で、ａ．周期的な信号をソース変換器から前記耳管内に導入してその周期的信号の周波数応答を記録することによって、被検者の耳管の周波数応答を測定するステップと、ｂ．前記周期的信号をソース変換器から既知の幾何学的形状を持つ複数の空洞内に導入してその周期的信号の周波数応答を記録することによって、前記複数の空洞の周波数応答を測定するステップと、ｃ．被検者の耳管の測定周波数応答および前記複数の空洞の測定周波数をソース変換器の開路圧力Ｐｓ（ω）およびソースインピーダンスＺｓ（ω）に変換するステップと、ｄ．下式に従って耳管内の有効パワーII＋を決定するステップと、ここで、Ｐ＋は、鼓膜に向かって進む耳管内の前進圧力波であり、 ωは、角周波数であり、ｚ０は、ρを空気の密度、ｃを音の速度、Ａを耳管の断面積としたとき、ｚ０＝ρｃ／Ａによって計算される耳管の特性インピーダンスである、ｅ．下式に従って耳管内の後進パワーII−を決定するステツプと、ここで、Ｐ−は、耳管内の後進圧力波であり、 ωは、角周波数であり、ｚ０は、ρを空気の密度、ｃを音の速度、Ａを耳管の断面積としたとき、ｚ０＝ρｃ／Ａによって計算される耳管の特性インピーダンスである、ｆ．下式に従って圧力反射率を決定するステップと、ｇ．下式に従ってパワー反射率を決定するステップと、ｈ．下式に従って耳管内の相対吸収音響パワー流量を決定するステップと、を有する、前記方法。