JP2023545885A - 臨床聴力パラメータを測定するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ＭＥＭＳマイクロホン技術に基づき、また圧力－圧力型プローブによって音響圧力波とそれに対応する音響速度波を測定することに基づき、周囲圧力で広範囲の周波数における臨床聴力検査のために、中耳のイミッタンスを決定する装置及び方法に関する。本発明の方法は、患者の耳道の静圧を変更することなく、周囲圧力における耳の入口の音響アドミタンスを測定することができるので、侵襲的でない。もう一つの利点は、広い周波数範囲にわたって耳の機能状態を分析することができることである。さらに、耳の音響アドミタンスを測定するためにｐ－ｐ（圧力－圧力）手法を使用すると、ＭＥＭＳ技術に基づく圧力プローブ、すなわち、マイクロホンを使用できるため、インピーダンスプローブの製造コストを低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、簡単に非侵襲的で、信頼性が高く、経済的な方法で、臨床聴力検査のために中耳のイミッタンスを測定する装置及び方法に関する。

このような発明は、ＭＥＭＳマイクロホン技術と、圧力－圧力型プローブによる音響圧力波と対応する音響速度波の同時測定に基づいている。

本発明は、主に耳インピーダンス測定法（ティンパノメトリーとも呼ばれる）を指向しており、ヒト、又は例えば、イヌ又はネコのような耳介鼓膜系と外耳道を備えた他の動物における中耳の鼓膜の状態を決定するための診断用途に向けられている。

古典的なティンパノメトリーでは、外耳と中耳の機能状態を客観的に分析し、主要な病態を診断することが可能である。単周波音波（通常、約２２６、６７８、８００、１０００Ｈｚ）を送り、鼓膜レベルで測定される音響容積インピーダンスの変化を、外耳道に人工的に作られた圧力変動（通常、－６００～＋４００ｄａＰａの範囲に含まれる）の関数として評価するものである。

古典的なティンパノメトリー手法には、欠点がある。実際、古典的なティンパノメトリー試験は、単周波刺激による間接的な測定で、耳道内の静圧の外部誘発変動による侵襲的な方法により実施され、このことは、特に幼児や子供にとって厄介である。

古典的なティンパノメトリー手法に代わる手法として、ｐ－ｖ型マイクロプローブを用いた広帯域ティンパノメトリー手法が開発され、この手法では、一定の静圧で５０Ｈｚから８ｋＨｚまで変化する音波の周波数に対する耳道と鼓膜を含むシステムの固有アドミタンスの依存性を検出する。この手法は、外部刺激に対する圧力と速度の値を直接測定できるＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術を用いたｐ－ｖ（圧力－速度）型マイクロプローブをベースにしている。

しかしながら、この手法には、ｐ－ｖ型マイクロプローブのコストが高く、さらに速度プローブが脆く、破損しやすいという欠点もある。

Ｋｒｅｎ Ｍｏｎｒａｄ Ｎφｒｇａａｒｄ ｅｔ ａｌ．："Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｅａｒ－ｃａｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ａｄｕｌｔ ｅａｒｓ"， Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， ＵＳ， ｖｏｌ．１４７， ｎｏ．４，２０２０年４月１７日（２０２０－０４－１７）， ｐａｇｅｓ ２３３４－２３４４， ＸＰＯ１２２４６２３８， ＩＳＳＮ：０００１－４９６６， ＤＯＩ： １０．１１２１／１０．０００１０９４．

本発明の目的は、上述の欠点を克服し、信頼性が高く、非侵襲的で、経済的な方法で、耳の機能状態に関する臨床聴力検査を実施できるようにすることである。

従来の測定手法に関連する外耳道反射率の測定不確かさは、Ｋｒｅｎ Ｍｏｎｒａｄ Ｎφｒｇａａｒｄらによる非特許文献１で報告されているように、２つの異なる測定手法を使用して外耳道反射率測定を再現することによって調査された。

本発明の具体的な主題は、臨床聴力検査のために耳道のアドミタンスを決定する方法であり、前記方法は、手順の少なくとも１回以上の反復を含み、各反復は、インピーダンスプローブと耳道との間のそれぞれの結合構成（Ｑ、Ｑ１、Ｑ２）と関連し、前記手順は、
Ａ．既知の空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}を有する較正済の密封されたインピーダンスプローブを、その第一の端部（３）を介して、
・インピーダンスプローブの内部に密封された空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}と、耳道の内部の空気容積Ｖ_{ｃａｎａｌ}とが、全体の空気容積Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}を形成し、
・インピーダンスプローブの長手方向軸が、耳道の長手方向軸と実質的に一致する
ように、耳道と結合するステップと、
Ｂ．広帯域励起音信号ｓ（ｔ）をインピーダンスプローブのスピーカを介して耳道に送信するステップであって、そのようなスピーカはインピーダンスプローブの第一の端部とは反対側の第二の端部に配置されるステップと、
Ｃ．インピーダンスプローブに含まれ、電気信号ｒ_１（ｔ）、ｒ_２（ｔ）を出力するマイクロホンアレイ（８）によって、インピーダンスプローブの長手方向軸に沿って、間の距離がΔｘ_１２でそれぞれ位置する少なくとも２点ｘ_１、ｘ_２で、耳道から戻る音響圧力ｐ_１（ｔ）、ｐ_２（ｔ）を直接検出するステップ（２２０）と、
Ｄ．マイクロホンアレイから出力された電気信号ｒ_１（ｔ）及びｒ_２（ｔ）を取得して離散化し、

で、離散化信号ｒ_１（ｎ）及びｒ_２（ｎ）をそれぞれ取得するステップと、
Ｅ．第一のインパルス応答

及び第二のインパルス応答

を以下の式

によって、計算するステップ（２４０）であって、
ｓ’（ｔ）は時間反転した広帯域音信号ｓ（ｔ）、ＦＦＴは高速フーリエ変換、ＩＦＦＴは逆ＦＦＴである、ステップと、
Ｆ．インピーダンスプローブの長手方向軸に沿った測定点ｘ０における音響圧力ｐ_１（ｔ）及びｐ_２（ｔ）のインパルス応答

と、空気粒子の速度のインパルス応答

を、

で計算するステップであって、
このような測定点ｘ_０は、点ｘ_１と点ｘ_２との間の中心点である、ステップと、
Ｇ．圧力及び速度のインパルス応答

を、それぞれ先験的に知られている較正定数α及びβを以下

のように乗じることによって、圧力及び速度の物理単位に変換するステップと、
Ｈ．高速フーリエ変換によって、圧力と速度それぞれのインパルス応答の周波数スペクトル

を以下

のように計算するステップ（２７０）であって、
ω_ｍは離散化された周波数で、ｍ∈［１；Ｎ／２］である、ステップと、
Ｉ．アドミタンス

を、音響圧力のインパルス応答のスペクトル及び音響速度のインパルス応答のスペクトルのクロススペクトル

と、音響圧力のインパルス応答のスペクトルのオートスペクトル

との間の比として、

で計算するステップと、
Ｌ．先験的に知られている較正関数Γ（ω_ｍ）を介して、アドミタンスの較正済周波数スペクトル

を、方程式

に従って、取得するステップと、
を含み、
前記ステップＤ～Ｌは、制御・処理デバイスによって実行される。

本発明の別の態様によれば、前記較正定数α及びβ、並びに前記較正関数Γ（ω_ｍ）は、先験的に既知であることができ、任意選択でマイクロホンの製造業者によって提供される。

本発明のさらなる態様によれば、前記励起音信号ｓ（ｔ）が、１０秒未満、任意選択で２秒に等しい、より任意選択で１秒に等しい時間Ｔ_{ｓｗｅｅｐ}にわたって１００Ｈｚより大きい最小周波数Ｆ_ｍｉｎから５０００Ｈｚより小さい最大周波数Ｆ_ｍａｘまで変化するスイープ信号、任意選択で線形又は対数の正弦波信号であることができる。

本発明の追加のさらなる態様によれば、前記距離Δｘ_１２は、１２ｍｍに等しくすることができる。

本発明の別の態様によれば、前記ステップＢは、
Ｂ．１．信号発生器によってデジタルスイープ信号ｓ（ｎ）を合成するサブステップと、
Ｂ．２．デジタルスイープ信号ｓ（ｎ）を、Ｄ／Ａ変換器を介してスピーカに入力されるべき広帯域励起音信号ｓ（ｔ）に変換するサブステップと、
を含むことができる。

本発明のさらなる態様によれば、前記ステップＤは、Ｄ／Ａ変換器と同期したＡ／Ｄ変換器を介して実施することができる。

本発明の追加の態様によれば、アドミタンスの前記較正された周波数スペクトル

は、表示されるべきディスプレイにさらに入力することができる。

本発明の別の態様によれば、前記インピーダンスプローブと前記耳道が第一の結合構成（Ｑ１）に結合され、前記励起音信号ｓ（ｔ）が１秒未満の時間

にわたって周波数が変化する高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）であり、第一の較正済アドミタンス

を取得することができ、前記手順は、さらに、
Ｍ．較正済アドミタンス

における共鳴条件が満たされるかどうかをチェックする追加ステップであって、それによって、前記第一の較正済アドミタンス

のモジュールのピークがその位相のゼロクロスに対応する、追加ステップを含み、
・共鳴条件が発生しない場合、ステップＡ～Ｍからなる前記手順の別の反復が実施され、インピーダンスプローブ及び耳道は、以前の結合構成（Ｑ１）とは異なる別の結合構成（Ｑ２）で結合され、励起音信号ｓ（ｔ）は高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）であり、
・共鳴条件が発生した場合、前記手順のステップＢ～Ｌが実施され、結合構成は、共鳴条件が発生するための構成であり、励起音信号ｓ（ｔ）は、高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）の前記時間

よりも長い時間にわたって周波数が変化するスイープ信号であり、前記手順の前記１回以上の反復は、終了する。

本発明の別の特定の主題は、本発明による耳道のアドミタンスを決定する方法を含む臨床聴力検査方法であって、検査は、最後の１回以上の反復の結合構成（Ｑ、Ｑ１、Ｑ２）で実施され、励起音信号ｓ（ｔ）は１秒以上の時間にわたって周波数が変化する。

本発明の追加の特定の主題は、請求項１～７のいずれか一項に記載の耳道のアドミタンスを決定する方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・耳道（６）と結合するように構成されたインピーダンスプローブであって、
・耳道に結合されるように構成された第一の端部を有する箱状本体と、
・箱状本体の第一の端部と対向する第二の端部の近くに位置し、励起音信号を発するように構成されたスピーカであって、箱状本体が密閉されて大気圧での空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}の内部に含まれる、スピーカと、
・箱状本体の内部に収容され、耳道からの戻り信号を検出するように構成されたマイクロホンアレイであって、前記励起音信号ｓ（ｔ）の周波数に依存する間の距離がΔｘ_１２で置かれた少なくとも第一のマイクロホン及び少なくとも第二のマイクロホンを備え、それぞれのマイクロホンが時間ｔの関数として戻り音響圧力ｐ（ｘ、ｔ）を直接検出し、電気信号ｒ（ｘ、ｔ）を出力するように構成された、マイクロホンアレイと、
を有する、インピーダンスプローブと、
・インピーダンスプローブの入力信号及び出力信号を制御して処理し、ステップＢ～Ｌを実施するように構成された制御・処理デバイスであって、
・デジタル信号ｓ（ｎ）を生成し、スピーカに着脱可能に結合されたＤ／Ａ変換ボードを介してスピーカに送信するように構成された生成ユニットと、
・マイクロホンアレイからの出力信号を、マイクロホンアレイ（８）に着脱可能に結合されるＡ／Ｄ変換ボードを介して取得するように構成された取得サウンドボードと、
を有する、制御・処理デバイスと、
を含む、装置であって、
インピーダンスプローブと制御・処理デバイスとは、それらの間で着脱可能に結合される。

本発明の別の態様によれば、前記制御・処理デバイスは、前記ステップＭを実施するようにさらに構成することができる。

本発明のさらなる態様によれば、前記箱状本体は、中空円筒形状であることができる。

本発明の追加の態様によれば、前記装置は、１００Ｈｚから５０００Ｈｚの間の周波数範囲の広帯域励起音信号ｓ（ｔ）を入力されるように構成することができ、距離Δｘ_１２が１２ｍｍに等しい。

本発明の別の態様によれば、前記第二の端部は、耳道との容易な結合を得るように構成されたアダプタを備え、任意選択で前記アダプタは、着脱可能である。

本発明のさらなる態様によれば、前記アダプタは、円錐台形状であり、任意選択でゴムラテックス製である。

本発明による方法によって提供される利点は、先行技術の解決策に関して、多数あり、著しいものである。

本発明の方法は、患者の耳道の静圧を変更することなく、周囲圧力における耳の入口の音響アドミタンスを測定することができるので、侵襲的でない。もう一つの利点は、広い周波数範囲にわたって耳の機能状態を分析することができることである。さらに、耳の音響アドミタンスを測定するためにｐ－ｐ（圧力－圧力）手法を使用すると、ＭＥＭＳ技術に基づく圧力プローブ、すなわち、マイクロホンを使用できるため、インピーダンスプローブの製造コストを低減することができる。

音響インピーダンスの逆数である音響アドミタンスを測定するためには、耳道の入口で音刺激に対する応答として得られる圧力と速度の信号を測定する必要がある。ｐ－ｐ手法は、オイラー音響波動方程式に基づいており、音響圧力の勾配信号を時間的に数値積分することによって音響粒子の速度信号を再構成することができる。この選択は、計量学的な観点からは多くの点で最適とは言えないが、用途で必要とされる周波数範囲では満足のいくものであり、現在、圧力マイクロホンに適用されるＭＥＭＳ技術の商業的成功のおかげで、プローブの製造コストが大幅に削減されている。

ここで、本発明を、特に添付の図面の図を参照することにより、その好ましい実施形態に従って、限定ではなく例示の形で説明する。

本発明による耳の音響アドミタンスを測定するための装置の好ましい実施形態の概略ブロック図である。 本発明による耳の音響アドミタンスを測定するための方法の第一の好ましい実施形態によって実行されるアルゴリズムのフローチャートを示す。

図面において、同一の参照番号は、同様の要素に使用される。

耳道が変形しているため、空気は、実質的に耳道の長手方向軸に沿って振動するように拘束され、したがって、速度ベクトルを前記軸の方向に沿った速度で近似することが可能で、前記軸の方向をｘ方向、又はｘ軸として設定した。

図１を参照すると、装置１００は、外部測定環境と結合されるように構成された第一の端部３を有する箱状本体２を有するインピーダンスプローブ１を備え、図１に示す場合、外部測定環境は、患者の外耳道６である。箱状本体２は、その中に、第一の端部３の反対側にあるその第二の端部５に近接して配置された少なくとも１つのスピーカ４を含む。

スピーカ４は、外耳道６に入力するための音信号ｓ（ｔ）を発するように構成される。

図１の好ましい実施形態の箱状本体２は、中空円筒形状を有している。従来は、第一の端部３のｘ軸に沿った位置ｘ_ａをｘ軸の原点として、ｘ_ａ＝０と設定していた。

箱状本体２は、剛性を有し、任意選択で、真鍮製又は硬質製である。箱状本体２は密閉されており、その内部に大気圧における既知の空気量Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}が含まれている。インピーダンスプローブ１を、その第一の端部３を介して患者の外耳道と結合することは、空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}及び耳道内の空気容積Ｖ_{ｃａｎａｌ}が、大気圧における全体の空気容積Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}を形成する、すなわち、Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}＝Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}＋Ｖ_{ｃａｎａｌ}を形成するようなものである。言い換えれば、大気圧の空気を含む全体容積Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}は、インピーダンスプローブと耳道とが結合されたときに、それらによって境界を接する。

さらに、この結合は、第一の端部３と第二の端部５の幾何学的中心間を通る軸、従来は、インピーダンスプローブの長手方向軸が、耳道の軸、すなわち、ｘ軸と平行、実質的に一致するようなものである。

好ましい実施形態では、第一の端部３は、外耳道６への結合を容易にするように構成された、任意選択で、円錐台形状を有し、ゴムラテックス製のアダプタ７を備えている。アダプタ７は、異なる患者に使用する前に、交換又は洗浄するために、着脱可能であることができる。

マイクロホンアレイ８は、外耳道６からの戻り信号を検出するように構成されており、箱状本体２内に収容される。マイクロホンアレイ８は、第一のマイクロホン９と少なくとも１つの第二のマイクロホン１０とを備え、それぞれが、それぞれ第一の測定点ｘ_１及び第二の測定点ｘ_２において、時間ｔの関数として戻り音響圧力ｐ（ｘ，ｔ）を直接検出し、電気信号ｒ（ｘ，ｔ）を提供するよう構成される。

第一のマイクロホン９の第一の測定点ｘ_１と第二のマイクロホン１０の第二の測定点ｘ_２との間の距離Δｘ_１２は、対象信号の周波数に依存する。理想的には、２つのマイクロホンによって測定された圧力信号から速度信号を再構成するために、測定すべき音場の各周波数、すなわち、各波長に対して異なる距離Δｘを使用する必要がある。

好ましい実施形態では、動作周波数の範囲をカバーするために最適な距離が使用される。高周波数における有限差分近似の誤差による速度信号の再構成における実験誤差を低減するために、測定波長は、２つのマイクロホン間の距離の約６倍より大きくなければならない。例えば、プローブ間の距離が５０ｍｍに等しい場合、実験誤差が著しく増加する音場の高周波数の限界は、１．２５ｋＨｚとなり、その距離が１２ｍｍに等しい場合、高周波数の限界は５ｋＨｚとなり、その距離が６ｍｍに等しい場合、高周波数の限界は１０ｋＨｚとなる。

人間の耳の耳道内のインピーダンス測定の場合、距離Δｘ_１２は、１００～５０００Ｈｚの周波数範囲における音響アドミタンスの測定を最適化するために、１２ミリメートルに等しい。

発明の別の実施形態では、マイクロホンアレイ８は、周波数の各範囲について速度信号のより正確な再構成を得るように、互いに異なる距離Δｘ_ｉｊで配置された２より大きい複数個のマイクロホンを備える。

第二の端部５とマイクロホンアレイ８の中心点ｘ_０との間の長手軸上の最小距離、すなわち、第一の測定点ｘ_１と第二の測定点ｘ_２との間の距離は、音源に近接することによるマイクロホンアレイ８の測定誤差を最小化するようなものでなければならない。好ましい実施形態では、この距離は、３５ミリメートルに等しい。

インピーダンスプローブ１は、インピーダンスプローブ１からの入力信号及び出力信号を制御して処理するように構成された制御・処理デバイス１１と着脱可能に結合される。制御・処理デバイス１１は、デジタル信号ｓ（ｎ）を生成し、スピーカ４に着脱可能に接続されるＤ／Ａ変換ボード１３を介して前記スピーカ４に送信するように構成された生成ユニット１２と、マイクロホンアレイ８に着脱可能に接続されるＡ／Ｄ変換ボード１５によってマイクロホンアレイ８からの出力信号を取得するように構成された取得サウンドボード１４を含む。生成ユニット１２と取得サウンドボード１４とは、互いに接続されている。任意選択で、制御・処理デバイス１１は、例えば、ＰＣ、スマートフォン、タブレットなどの１つ以上のデバイス、及び／又は制御・処理デバイス１１によって制御され処理される信号を表示するように構成された１つ以上のスクリーン１６に着脱可能に接続することができる。

耳道内の音響アドミタンスを測定するためには、その入口で送られた音刺激、すなわち、入力信号に対する応答として得られる空気中の音響圧力信号及び粒子速度信号を測定することが必要である。インピーダンスプローブ１は、図１に示すように、プローブ自体の軸に沿って、互いに距離Δｘで検出された２つの音響圧力信号から開始して、速度信号を間接的に測定することができる。

実際、密度ρの媒質中の一次元音場を考えると、音場中のある点への音響圧力ｐ（ｘ，ｔ）と粒子速度ｖ（ｘ，ｔ）を結びつけるオイラー音響方程式は、

のように書くことができ、そこから、積分することによって速度信号を得ることができる。

有限差分近似法を用いると、圧力勾配

は、実際には、距離Δｘだけ離れた２点Ａ、Ｂの圧力を測定することにより、

のように推定することができる。

ただし、この近似は、Δｘが測定された音場の最短波長に比べて小さい場合にのみ、有効である。

式３を式２に代入すると、速度は、

のように計算される。

同様に、音響圧力は、圧力ｐ（Ａ）とｐ（Ｂ）との平均値として推定することができる。

したがって、インピーダンスプローブ１については、圧力の空間導関数をその増分比Δｘ_１２で近似し、時間積分を行うことにより、ｘ方向に沿った速度信号の成分を得ることができる。

また、圧力を

として、

を用いて計算する。ここで、ｐ_１（ｘ_１，ｔ）及びｐ_２（ｘ_２，ｔ）は、第一のマイクロホン９及び第二のマイクロホン１０を介して測定された圧力信号である。

式５～７により算出された圧力信号と速度信号は、２つのマイクロホンの間の中心点ｘ０を参照するのが普通であり、したがって、これが実際の測定点｛ｐ（ｘ_０，ｔ）；ｖ（ｘ_０，ｔ）｝となる。

ヒトや哺乳類の耳の耳道など、線形時不変音響システムを同定するためには、その伝達関数を知る必要があり、それによって、任意の周波数の音波に対する応答を解析することが可能になる。しかしながら、インピーダンスの研究には、周波数領域における音響圧力応答と音響速度応答の２つの知識が必要である。したがって、これらの応答を測定するための最適な刺激は、分析しようとする周波数の全範囲でシステムを励起できるものでなければならず、したがって、この刺激は、各周波数成分について平均時間エネルギーが同じである信号によって生成されなければならない。このため、アドミタンスの計算は、チャープ信号又はスイープ信号で励起した場の測定から算出した線形時不変音響システムのインパルス応答に基づいている。この信号は、瞬時周波数が時間に対して直線的に変化する周波数変調信号である。

ここで、δ（ｔ）はインパルス応答、ＩＦＦＴは逆高速フーリエ変換、ＦＦＴ（ｓ’（ｔ））は時間反転したスイープ信号の高速フーリエ変換、ＦＦＴ（ｒ（ｔ））はスイープ信号刺激に対するシステムの応答として測定された信号の高速フーリエ変換である。

耳の音響アドミタンスを測定する方法の本発明の好ましい実施形態のフローチャートを図２に示し、そのブロックの内部は、図１の装置１００の制御・処理デバイス１１に対応している。

予備的に、インピーダンスプローブ１は、インピーダンスプローブ１内に含まれる空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}を計算するために、例えば、ティンパノメトリーで用いられる標準的な較正方法で較正される。例えば、古典的な方法は、当業者に知られている方法で、０．２ｃｃ、２ｃｃ、及び４ｃｃの３つの既知の空気容積を使用する。

最初のステップにおいて、較正されたインピーダンスプローブ１は、結合構成（Ｑ）において、その第一の端部（３）を介して耳道６に結合され、その結果、その空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}と耳道内の空気容積Ｖ_{ｃａｎａｌ}とが全体の空気容積Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}を形成し、すなわち、Ｖ_{ｃｏｍｐｌｅｓｓｉｖｏ}＝Ｖ_{ｓｏｎｄａ}＋Ｖ_{ｃａｎａｌｅ}であり、その長手軸が耳道の軸、すなわち、ｘ軸と平行、実質的に一致するようになる。

結合構成とは、インピーダンスプローブ１と耳道６との相互・接触配置を意味する。

ステップ２００において、生成ユニット１２は、励起チャープ又はスイープ信号ｓ（ｎ）を生成し、他の用語では、合成し、この信号は、１０秒未満、任意選択で２秒に等しい、さらに任意選択で１秒に等しい時間Ｔ_{ｓｗｅｅｐ}の間に、１００Ｈｚより大きい最小周波数Ｆ_ｍｉｎから５０００Ｈｚより小さい最大周波数Ｆ_ｍａｘまで周波数が変化する。好ましい実施形態では、励起スイープ信号ｓ（ｎ）は、対数又は線形正弦波スイープ信号である。信号ｓ（ｎ）は、ステップ２１０で、Ｄ／Ａ変換ボード１３を介してアナログ信号ｓ（ｔ）に変換された後、制御・処理デバイス１１からスピーカ４に送信される。

ステップ２２０において、時間の関数として第一の電気信号ｒ_１（ｔ）及び第二の電気信号ｒ_２（ｔ）をそれぞれ出力する第一のマイクロホン９及び第二のマイクロホン１０により、点ｘ_１及びｘ_２で第一の音響圧力ｐ_１（ｔ）及び第二の音響圧力ｐ_２（ｔ）が直接測定される。ステップ２３０において、取得サウンドボード１４を介して制御・処理デバイス１１は、第一の電気信号ｒ_１（ｔ）及び第二の電気信号ｒ_２（ｔ）を取得し、Ａ／Ｄ変換ボード１５を介して、対応する離散化値ｒ_１（ｎ）、ｒ_２（ｎ）に変換する。ここで、

である。

Ａ／Ｄ変換ボード１５は、Ｄ／Ａ変換ボード１３と同期しているので、電気信号ｒ_１（ｔ），ｒ_２（ｔ）は時間的に揃う。すなわち、励起信号ｓ（ｔ）に同期して取得される。言い換えれば、電気信号の取得は、励起信号が発せられた瞬間に正確に開始されなければならない。

離散化された値の数Ｎは、測定サンプリング、すなわち、取得の時間分解能に依存し、したがって、ステップ２００で合成された励起チャープ又はスイープ信号ｓ（ｎ）にも依存する。

ステップ２４０において、制御・処理デバイス１１は、式８に従って耳道６のインパルス応答を計算し、第一のマイクロホン９及び第二のマイクロホン１０からそれぞれ第一のインパルス応答

及び第二のインパルス応答

を得る。

制御・処理デバイス１１は、ステップ２５０において、このようなインパルス応答

を処理して、式５及び式６に従って、測定点ｘ_０における空気粒子の音響圧力インパルス応答

及び速度インパルス応答

をそれぞれ計算する。

圧力インパルス応答と速度インパルス応答の上付き文字「ａｕ」は、それらが任意単位［ａ．ｕ．］の量であることを示す。

次いで、圧力インパルス応答及び速度インパルス応答

は、ステップ２６０において、［Ｐａ］及び［ｍ／ｓ］のそれぞれの物理スケールで表すために、制御・処理デバイス１１により、それぞれに較正定数α及びβを乗じて物理単位に変換される。

較正定数α及びβは、文献で知られている方法によって得られる。例えば、Ｓｔａｎｚｉａｌ Ｄ．，Ｇｒａｆｆｉｇｎａ Ｃ．Ｅ．，「Ｐｒｏｔｏｃｏｌｌｏ ｄｉ ｃａｌｉｂｒａｚｉｏｎｅ ｉｎ ａｍｐｉｅｚｚａ ｅ ｆａｓｅ ｐｅｒ ｓｏｎｄｅ ｐｒｅｓｓｉｏｎｅ－ｖｅｌｏｃｉｔａ ｉｎ ｕｎ ｃａｍｐｏ ｄｉ ｒｉｆｅｒｉｍｅｎｔｏ ａ ｏｎｄｅ ｐｉａｎｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ」， Ａｓｓｏｃｉａｚｉｏｎｅ Ｉｔａｌｉａｎａ ｄｉ Ａｃｕｓｔｉｃａ， ４４° Ｃｏｎｖｅｇｎｏ Ｎａｚｉｏｎａｌｅ， Ｐａｖｉａ，２０１７年６月７日～９日，ＩＳＢＮ： ９７８－８８－８８９４２－５４－４を参照されたい。ここでは、速度信号はマイクロホンの圧力信号から再構成される信号である。言い換えれば、信号ｐ（ｘ_１）、ｐ_２（ｘ_２）から再構成される信号ｐ（ｘ_０）及び信号ｖ（ｘ_０）の両方が較正される。本発明のさらなる実施形態では、較正定数α及びβは、マイクロホンプローブの製造業者によって提供される。

圧力及び速度インパルス応答が物理単位に変換されると、ステップ２７０において、制御・処理デバイス１１によって、高速フーリエ変換がそれらに適用され、圧力及び速度インパルス応答の周波数スペクトル

を得ることができる。

ここで、ω_ｍは離散化された周波数で、ｍ∈［１；Ｎ／２］であり、アクセント記号＾はスペクトルが複素数であることを示す。上付き記号＊は、測定された信号のインパルス応答のスペクトルであること、すなわち、スペクトルが較正されていないことを示す。これは、通常、マイクロホンは周波数によって応答が異なるからである。

次に、ステップ２８０において、まだ較正されていないアドミタンス

が、制御・処理デバイス１１によって、音響圧力のインパルス応答スペクトル及び音響速度のインパルス応答スペクトルのクロススペクトル

と、音響圧力のインパルス応答スペクトルのオートスペクトル

との間の比として算出される。

最後に、ステップ２９０において、耳道６の較正済アドミタンスの測定値が、制御・処理デバイス１１によって、以下のように得られる。

ここで、Γ（ω_ｍ）は、平面波基準場における圧力－速度型プローブのために本発明者らによって開発された振幅及び位相較正プロトコルに従って得られる周波数較正曲線（Ｓｔａｎｚｉａｌ Ｄ．， Ｇｒａｆｆｉｇｎａ Ｃ．Ｅ．，「Ｆｕｎｚｉｏｎｅ ｄｉ ｃａｌｉｂｒａｚｉｏｎｅ ｉｎ ａｍｐｉｅｚｚａ ｅ ｆａｓｅ ｐｅｒ ｓｏｎｄｅ ｐｒｅｓｓｉｏｎｅ－ｖｅｌｏｃｉｔａ ｏｔｔｅｎｕｔａ ｉｎ ｃａｍｐｉ ｄｉ ｒｉｆｅｒｉｍｅｎｔｏ ｒｅａｔｔｉｖｉ」， Ａｓｓｏｃｉａｚｉｏｎｅ Ｉｔａｌｉａｎａ ｄｉ Ａｃｕｓｔｉｃａ， ４５° Ｃｏｎｖｅｇｎｏ Ｎａｚｉｏｎａｌｅ， Ａｏｓｔａ，２０１８年６月２０日～２２日，ＩＳＢＮ： ９７８－８８８９４２－５６－８）であり、そこで、速度信号がマイクロホンプローブの圧力信号から再構成されている。

較正曲線Γ（ω_ｍ）は、周波数の変化に伴うマイクロホンプローブの異なる応答を考慮に入れている。本発明のさらなる実施形態では、較正関数Γ（ω_ｍ）は、マイクロホンプローブの製造業者によって提供される。

アドミタンススペクトル

、大きさと位相は、任意選択で、ステップ２９５において、スクリーン１６に出力表示される。

音響アドミタンス

から、例えば、鼓膜の剛性、耳道の容積など、古典的なティンパノメトリーパラメータをすべて評価することができる。言い換えれば、聴覚臨床検査に使用されるパラメータは、耳道で測定されたアドミタンスによって得られる共鳴曲線から計算される。

音響アドミタンスの共鳴曲線の形状の解析から、耳道内の空気の容積とプローブ内の空気の容積の分離、鼓膜によるエネルギーの吸収など、診断に有用なパラメータを得ることができる。

本発明による方法の実施形態で、マイクロホンプローブ８が２より大きい複数のマイクロホンプローブを含む実施形態において、上述したステップは、互いに異なる距離Δｘ_ｉｊを有する一対のマイクロホンの各組み合わせについて実行される。その後、周波数アドミタンス曲線は、処理された各周波数セグメントについて再合成されることになる。

インピーダンスプローブ２と耳道６との結合が適切であること、すなわち、インピーダンスプローブ２の空気の容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}と耳道６内の空気の容積Ｖ_{ｃａｎａｌ}とが大気圧における空気の全体容積Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}を形成することが非常に重要であるので、任意選択で、耳道へのプローブの正しい結合を識別するために、予備的手順が実施される。この予備的手順は、アドミタンスの共鳴を特定することに基づいている。共鳴が特定されると、共鳴が発生する耳道とインピーダンスプローブの結合を維持しながら、臨床聴覚パラメータを得るために、より正確なアドミタンス測定が実施される。

この予備的手順は、インピーダンスプローブ（１）が、例えば、オペレータから、第一の結合構成（Ｑ１）で患者の耳道（６）と結合され、

が１秒未満の高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）が、任意選択で、約半秒に等しい方法を実施することを含む。本方法の上述のステップは、耳道６の第一の較正済アドミタンス

を得るために実行される。

アドミタンスの共鳴条件が満たされているかどうか、すなわち、アドミタンスモジュールのピークがその位相のゼロクロスに対応しているかどうかがチェックされる。

共鳴条件が発生した場合、第一の結合構成（Ｑ１）は、プローブと耳道との正しい結合に対応し、前記手順は終了する。

次に、方法は、第一の結合構成（Ｑ１）を維持し、較正された

を測定するために、遅いスイープ信号ｓ（ｔ）、すなわち、１０秒未満かつ１秒以上の時間Ｔ_{ｓｗｅｅｐ}送信することが実行され、そこから耳道の聴覚パラメータを取得する。

共鳴条件が発生しない場合、方法は、前の結合構成（Ｑ１）に関して異なる第二の結合構成（Ｑ２）で反復され、例えば、オペレータはプローブと耳道との相互及び配置を変更し、高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）を用いて、第二の較正済アドミタンス

を得て、確認は反復される。

言い換えれば、アドミタンススペクトルの共鳴は、インピーダンスプローブが耳に対して正しく配置されていることを意味し、アドミタンスを決定するためのより正確な測定を実行することが可能である。

この方法の好ましい実施形態では、共鳴条件が確認された場合、制御・処理デバイス１１は、例えば音信号を発することによって、又はスクリーン上に信号を送ることによってオペレータに警告し、最終測定を実行しながら、共鳴が発生する結合の構成を維持できるようにする。本発明の好ましい実施形態を説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義されるその保護範囲から逸脱することなく、他の変形及び変更を行うことができることを理解しなければならない。

Claims (15)

1. 臨床聴力検査のために耳道（６）のアドミタンスを決定する方法であって、前記方法は、手順の少なくとも１回以上の反復を含み、各反復は、インピーダンスプローブ（１）と前記耳道（６）との間のそれぞれの結合構成（Ｑ、Ｑ１、Ｑ２）と関連し、前記手順は、
   Ａ．既知の空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}を有する較正済の密封された前記インピーダンスプローブ（１）を、その第一の端部（３）を介して、
   ・前記インピーダンスプローブ（１）の内部に密封された前記空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}と、前記耳道（６）の内部の空気容積Ｖ_{ｃａｎａｌ}とが、全体の空気容積Ｖ_{ｏｖｅｒａｌｌ}を形成し、
   ・前記インピーダンスプローブ（１）の長手方向軸が、前記耳道（６）の長手方向軸と実質的に一致する
   ように、前記耳道（６）と結合するステップと、
   Ｂ．広帯域励起音信号ｓ（ｔ）を前記インピーダンスプローブ（１）のスピーカ（４）を介して前記耳道（６）に送信するステップであって、前記スピーカ（４）は前記インピーダンスプローブ（１）の前記第一の端部（３）とは反対側の第二の端部（５）に配置されるステップと、
   Ｃ．前記インピーダンスプローブ（１）に含まれ、電気信号ｒ_１（ｔ）、ｒ_２（ｔ）を出力するマイクロホンアレイ（８）によって、前記インピーダンスプローブ（１）の長手方向軸に沿って、間の距離がΔｘ_１２でそれぞれ位置する少なくとも２点ｘ_１、ｘ_２で、前記耳道（６）から戻る音響圧力ｐ_１（ｔ）、ｐ_２（ｔ）を直接検出するステップ（２２０）と、
   Ｄ．前記マイクロホンアレイ（８）から出力された前記電気信号ｒ_１（ｔ）及びｒ_２（ｔ）を取得して離散化し（２３０）、
   

   

   で、離散化信号ｒ_１（ｎ）及びｒ_２（ｎ）をそれぞれ取得するステップと、
   Ｅ．第一のインパルス応答
   

   

   及び第二のインパルス応答
   

   

   を以下の式
   

   

   によって、計算するステップ（２４０）であって、
   ｓ’（ｔ）は時間反転した広帯域音信号ｓ（ｔ）、ＦＦＴは高速フーリエ変換、ＩＦＦＴは逆高速フーリエ変換である、ステップと、
   Ｆ．前記インピーダンスプローブ（１）の長手方向軸に沿った測定点ｘ_０における音響圧力ｐ_１（ｔ）及びｐ_２（ｔ）のインパルス応答
   

   

   と、空気粒子の速度のインパルス応答
   

   

   を、
   

   

   で計算するステップ（２５０）であって、
   このような測定点ｘ_０は、点ｘ_１と点ｘ_２との間の中心点である、ステップと、
   Ｇ．圧力及び速度の前記インパルス応答
   

   

   を、それぞれ先験的に知られている較正定数α及びβを以下
   

   

   のように乗じることによって、圧力及び速度の物理単位に変換するステップ（２６０）と、
   Ｈ．高速フーリエ変換によって、圧力と速度それぞれの前記インパルス応答の周波数スペクトル
   

   

   を以下
   

   

   のように計算するステップ（２７０）であって、
   ω_ｍは離散化された周波数で、ｍ∈［１；Ｎ／２］である、ステップと、
   Ｉ．アドミタンス
   

   

   を、音響圧力の前記インパルス応答の前記スペクトル及び音響速度の前記インパルス応答の前記スペクトルのクロススペクトル
   

   

   と、音響圧力の前記インパルス応答の前記スペクトルのオートスペクトル
   

   

   との間の比として、
   

   

   で計算するステップ（２８０）と、
   Ｌ．先験的に知られている較正関数Γ（ω_ｍ）を介して、前記アドミタンスの較正済周波数スペクトル
   

   

   を、方程式
   

   

   に従って、取得するステップ（２９０）と、
   を含み、
   前記ステップＤ～Ｌは、制御・処理デバイス（１１）によって実行される、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記較正定数α及びβ、並びに前記較正関数Γ（ω_ｍ）は、先験的に既知であり、任意選択でマイクロホンの製造業者によって提供される、方法。
3. 前記励起音信号ｓ（ｔ）が、１０秒未満、任意選択で２秒に等しい、より任意選択で１秒に等しい時間Ｔ_{ｓｗｅｅｐ}にわたって１００Ｈｚより大きい最小周波数Ｆ_ｍｉｎから５０００Ｈｚより小さい最大周波数Ｆ_ｍａｘまで変化するスイープ信号、任意選択で線形又は対数の正弦波信号である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記距離Δｘ_１２が１２ｍｍに等しい、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. ステップＢは、
   Ｂ．１．信号発生器（１２）によってデジタルスイープ信号ｓ（ｎ）を合成するサブステップ（２００）と、
   Ｂ．２．前記デジタルスイープ信号ｓ（ｎ）を、Ｄ／Ａ変換器（１３）を介して前記スピーカ（４）に入力されるべき広帯域励起音信号ｓ（ｔ）に変換するサブステップ（２１０）と、
   を含む、請求項３に記載の方法。
6. ステップＤは、前記Ｄ／Ａ変換器（１３）と同期したＡ／Ｄ変換器（１５）を介して実施される、請求項５に記載の方法。
7. 前記アドミタンスの前記較正済周波数スペクトル
   

   

   が、表示されるべきディスプレイ（１６）にさらに入力される（２９５）、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記インピーダンスプローブ（１）と前記耳道（６）が第一の結合構成（Ｑ１）に結合され、前記励起音信号ｓ（ｔ）が１秒未満の時間
   

   

   にわたって周波数が変化する高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）であり、第一の較正済アドミタンス
   

   

   を取得し、前記手順は、さらに、
   Ｍ．前記較正済アドミタンス
   

   

   における共鳴条件が満たされるかどうかをチェックする追加ステップであって、それによって、前記第一の較正済アドミタンス
   

   

   のモジュールのピークがその位相のゼロクロスに対応する、追加ステップを含み、
   ・共鳴条件が発生しない場合、ステップＡ～Ｍからなる前記手順の別の反復が実施され、前記インピーダンスプローブ（１）及び前記耳道（６）は、以前の結合構成（Ｑ１）とは異なる別の結合構成（Ｑ２）で結合され、前記励起音信号ｓ（ｔ）は高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）であり、
   ・共鳴条件が発生した場合、前記手順のステップＢ～Ｌが実施され、前記結合構成は、共鳴条件が発生するための構成であり、前記励起音信号ｓ（ｔ）は、前記高速スイープ信号ｓ^ｆａｓｔ（ｔ）の前記時間
   

   

   よりも長い時間にわたって周波数が変化するスイープ信号であり、前記手順の前記１回以上の反復は、終了する、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の耳道（６）のアドミタンスを決定する方法を含む臨床聴力検査方法であって、検査は、最後の１回以上の反復の前記結合構成（Ｑ、Ｑ１、Ｑ２）で実施され、前記励起音信号ｓ（ｔ）は１秒以上の時間にわたって周波数が変化する、臨床聴力検査方法。
10. 請求項１～７のいずれか一項に記載の耳道（６）のアドミタンスを決定する方法を実施するための装置（１００）であって、
    ・耳道（６）と結合するように構成されたインピーダンスプローブ（１）であって、
    ・前記耳道（６）に結合されるように構成された第一の端部（３）を有する箱状本体（２）と、
    ・前記箱状本体（２）の前記第一の端部（３）と対向する第二の端部（５）の近くに位置し、励起音信号（６）を発するように構成されたスピーカ（４）であって、前記箱状本体（２）が密閉されて大気圧での空気容積Ｖ_{ｐｒｏｂｅ}の内部に含まれる、スピーカ（４）と、
    ・前記箱状本体（２）の内部に収容され、前記耳道（６）からの戻り信号を検出するように構成されたマイクロホンアレイ（８）であって、前記励起音信号ｓ（ｔ）の周波数に依存する距離Δｘ_１２で間に置かれた少なくとも第一のマイクロホン（９）及び少なくとも第二のマイクロホン（１０）を備え、それぞれのマイクロホンが時間ｔの関数として戻り音響圧力ｐ（ｘ、ｔ）を直接検出し、電気信号ｒ（ｘ、ｔ）を出力するように構成された、マイクロホンアレイ（８）と、
    を有する、インピーダンスプローブ（１）と、
    ・前記インピーダンスプローブ（１）の入力信号及び出力信号を制御して処理し、ステップＢ～Ｌを実施するように構成された制御・処理デバイス（１１）であって、
    ・デジタル信号ｓ（ｎ）を生成し、前記スピーカ（４）に着脱可能に結合されたＤ／Ａ変換ボード（１３）を介して前記スピーカ（４）に送信するように構成された生成ユニット（１２）と、
    ・マイクロホンアレイ（８）からの出力信号を、前記マイクロホンアレイ（８）に着脱可能に結合されるＡ／Ｄ変換ボード（１５）を介して取得するように構成された取得サウンドボード（１４）と、
    を有する、制御・処理デバイス（１１）と、
    を含む、装置（１００）であって、
    前記インピーダンスプローブ（１）と前記制御・処理デバイス（１１）とは、それらの間で着脱可能に結合される、装置（１００）。
11. 請求項８に記載の耳道（６）のアドミタンスを決定する方法を実施するために、前記制御・処理デバイス（１１）は、さらに、ステップＭを実施するように構成されている、請求項１０に記載の装置（１００）。
12. 前記箱状本体（２）が中空円筒形状である、請求項１０又は１１に記載の装置（１００）。
13. １００Ｈｚ～５０００Ｈｚの間の周波数範囲の広帯域励起音信号ｓ（ｔ）を入力するように構成され、前記距離Δｘ_１２が１２ｍｍに等しい、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の装置（１００）。
14. 前記第二の端部（５）は、前記耳道（６）との容易な結合を得るように構成されたアダプタ（７）を備え、任意選択で前記アダプタ（７）は着脱可能である、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
15. 前記アダプタ（７）は、円錐台形状であり、任意選択でゴムラテックス製である、請求項１４に記載の装置（１００）。

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