JP7307620B2 - 斜角イヤー・プローブ挿入検出方法及び診断ツール - Google Patents

Description

本開示は、斜角イヤー・プローブ挿入の検出及び補償のための、特に聴覚テスト診断セットアップにおけるデバイス及び方法に関する。より詳細には、本開示は、イヤー・プローブ測定から斜角イヤー・プローブ挿入を検出し、外耳道反射率に対するその影響を補償することに関する。

外耳道反射率は、伝音聴覚障害の識別、その場での刺激レベルの較正、及び耳から放出される圧力の推定に有用な量であることが分かっている。イヤー・プローブを用いた外耳道での測定は、エバネッセント・モードにより影響を受け、外耳道反射率は、更に、イヤー・プローブの位置における特性インピーダンスにも依存する。均一なウェーブガイドの特性インピーダンスは、その断面積に密接に関係しており、この断面積は、本質的に、様々な外耳道の間で挿入深度とともに変化する。エバネッセント・モードは、非伝搬モードが引き出されるように、狭い開口部を介して音響フローがウェーブガイド(例えば、外耳道)内へ投入される場合に発生し、イヤー・プローブとウェーブガイドとの間の幾何学的不整合に密接に関係している。従って、エバネッセント・モード及び特性インピーダンスの不正確な推定又は仮定は、外耳道反射率に誤差を生じさせるので、特により高い周波数に向かって外耳道反射率の正確な尺度を得るために、それぞれ補償及び推定されるべきである。

外耳道反射率に不正確さを導入する別の要因は、イヤー・プローブの外耳道への挿入角度に関係している。イヤー・プローブは通常、ゴム又は発泡性の耳先端部を用いて外耳道に挿入され、較正手順は制御されたセットアップを構成するが、外耳道への斜角イヤー・プローブ挿入を避けるために非侵襲的な予防措置をとることは困難である。外耳道自体は本質的に非一様であるが、更に、直線的なウェーブガイドでもない。外耳道の屈曲部の位置にイヤー・プローブ先端を置くと、外から見て垂直に見えても、斜角挿入になり得る。従って、例えば斜角プローブ挿入に起因する反射率測定において生じるエラーからの外耳道反射率の寄与を回避するために、診断セットアップにおける斜角イヤー・プローブ挿入の検出及び補償を可能にするソリューションに対するニーズが存在する。

従って、イヤー・プローブの前の物理的特徴(即ち、特にイヤー・プローブの挿入角度)が、外耳道の特性インピーダンス又は外耳道をシミュレートするウェーブガイドを定義及び推定するのに適した条件を提供するか否かを検出し、それによって、推定された特性インピーダンスを使用して有効な反射率尺度を取得することが可能な方法及び診断デバイスが開示される。

即ち、外耳道などの音響ウェーブガイドへの斜角イヤー・プローブ挿入を検出する方法が開示される。方法は：
イヤー・プローブをウェーブガイドへ挿入するステップ；
イヤー・プローブを介して音響的な刺激をウェーブガイド内へ放出するステップ；
イヤー・プローブ応答を測定するステップ；
イヤー・プローブ応答の複数の周波数レンジにおいて、測定されたイヤー・プローブ応答からウェーブガイドの特性インピーダンスを推定するステップ；及び
イヤー・プローブ挿入の斜度を特徴付けるために、複数の周波数レンジの各々について、推定された特性インピーダンスを利用するステップを含む。

ここに提示される方法を提供することによって、外耳道などのウェーブガイドにおけるイヤー・プローブ挿入の斜度の推定値を提供するだけでなく、そのような斜度を補償することも可能である。これは、例えば聴覚診断における複数の診断尺度は、例えば、外耳道反射率、刺激レベル、及び耳から放出される音響応答の正確な推定値を計算するために、外耳道の特性インピーダンスの正確な推定に依存するので重要である。従って、この方法では、イヤー・プローブ応答の測定値からイヤー・プローブ挿入を評価することが可能であり、これにより、例えば、外耳道での測定値が聴覚診断評価の観点において十分に正確であるか否かを、オーディオロジストが評価すること、又は所定の閾値アルゴリズムが検出することを許容する。

音響特性インピーダンスは、外耳道などの伝送ラインを記述するために使用され、そのラインに沿って伝わる単独波の音波及び体積流量の比率として定義されることに留意すべきであり；単独波は、即ち、他の方向に反射せずに或る方向に伝搬する波である。特性インピーダンスは、診断セットアップに外耳道の描写が必要な場合に、聴覚診断において興味深く、なぜならそれは複数のこれらの計算に使用されるからである。均一な伝送ラインの特性インピーダンスは、伝送ラインの断面積に密接に関係している。従って、外耳道の特性インピーダンスは、通常、不明であり、例えば、イヤー・プローブ測定及び/又はイヤー・プローブを特徴付けるイヤー・プローブの音響テブナン等価パラメータ（ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｈｅｖｅｎｉｎ－ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）に基づいて推定される必要がある。

従って、実施形態において、ウェーブガイドは、聴力検査又は診断が関連する人間の被検体の外耳道である。

本方法では、効率的なイヤー・プローブ応答が記録され得るように、刺激が構成されることに関連し、従って、実施形態では、刺激は、純音、チャープ、掃引、擬似ランダム雑音、又は類似の音響刺激として構成される。

より詳細には、斜角イヤー・プローブ挿入を検出する方法は、特性インピーダンスを推定するためにヒルベルト変換アプローチを利用する実施形態におけるものである。即ち、実施形態では、特性インピーダンスは、反射率又はインピーダンス測定値の虚部及び実部のヒルバート変換を利用することによって推定される。したがって、推定された特性インピーダンスを評価する前に、反射率又はインピーダンス測定値の実部及び虚部がヒルベルト変換から計算される。ここに記載される方法において、ウェーブガイド好ましくは外耳道についての複数の異なる周波数における未知の特性インピーダンスは、同一出願人の同時係属の公開された出願ＥＰ３２８８２９４に記載されるように、ヒルベルト変換を利用することによって見出される。

更に、別のセットアップにおいて、特性インピーダンスを推定するための他の方法を考慮することができ、好ましくは、例えば、フーリエ変換、逆フーリエ変換、又はヒルベルト変換を用いて反射率測定又はインピーダンス測定の因果関係を評価する方法は、特性インピーダンスを推定するための好ましい方法であると考えられ、なぜなら、そのような方法は、イヤー・プローブの位置における音響ウェーブガイドの局所的な物理的特徴を、ウェーブガイドの下方の特徴から分離することができるからであることに留意すべきである。しかしながら、因果関係の評価とは異なる原理に基づいて特性インピーダンスを推定する方法が使用されてもよい。

インピーダンス又は反射率測定の複数の周波数レンジに対する特性インピーダンスを推定するために、本方法は、複数の周波数レンジが一群の打ち切り周波数から定められるように構成される。

より詳細には、実施形態において、打ち切り周波数は、インピーダンス又は反射率測定値のエルミート対称周波数スペクトル（ａ Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ－ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）における微分可能性（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｂｉｌｉｔｙ）を許容する点から決定されてもよい。インピーダンス又は反射率測定のエルミート対称周波数スペクトルにおける微分可能性をもたらす点を見出すことによって、有限インピーダンス測定帯域幅に起因する特性インピーダンスの推定における誤差が、回避され得る。

代替的に、複数の周波数レンジは、特性インピーダンスを推定するための任意の他の方法の適切な要件から定義されてもよく、又は任意に予め定義されてもよい。

複数の周波数についての推定された特性インピーダンスに基づいて、説明されるように、斜角プローブ挿入の程度は、複数の周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスにおける変動を評価することによって見出されてもよい。

従って、実施形態において、複数の周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスに関数を適合させることによって、周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスの変動が見出され得る。好ましくは、適合される関数は多項式であり、この点については、詳細な説明において明らかになる。

更なる実施形態では、斜角のイヤー・プローブ挿入が検出された場合、本方法はそのような斜角挿入を補償するための補償ステップを更に含む。即ち、更なるステップにおいて、斜角プローブ挿入の程度を利用して、斜角プローブ挿入を補償する一組の補償パラメータを見出すことによって、斜角プローブ挿入は補償され得る。

実施形態において、斜角プローブ挿入を補償する方法は：
推定された特性インピーダンスの一群の離散値を信号プロセッサに入力するステップ；
推定された特性インピーダンスの一群の離散値に関数を適合させるステップ；
適合させた関数から入射インピーダンスを近似してインピーダンスを推定するステップであって、ウェーブガイドは当該特性インピーダンスにより終端される、ステップを更に含む。

従って、特性インピーダンスを単に見ることによって、斜角イヤー・プローブ挿入を補償することが可能である。

しかしながら、斜角イヤー・プローブ挿入に起因して生じる全てのエラーが補償されることをより精密に保証するために、本方法は、実施形態において更なるステップを含み、イヤー・プローブ挿入の傾斜における拡散流（ｔｈｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｆｌｏｗ）と共にエバネッセント・モードからの寄与も考慮される。したがって、更なるステップでは、慣性寄与が計算され、イナータンスは：
多数の打ち切り周波数における反射率又はインピーダンス測定における非因果性を最小化するイナータンス（ｉｎｅｒｔａｎｃｅｓ）の離散セットを更に推定すること；
イナータンスに対する推定された一群の離散値を信号プロセッサに入力すること；
イナータンスの推定された離散値の一群の離散値に関数を適合させること；
入射インピーダンスの推定値を描写するために、適合させた多項式に対する近似によって推定された実部及び虚部を結合すること；及び
反射率測定の計算で使用される推定された入射インピーダンスを出力することによって補償される。

上記のステップを適用することによって、斜角挿入イヤー・プローブから生じ得る全ての寄与が補償され得ることが保証される。
本開示の更なる態様では、斜角プローブ挿入を検出し補償するための方法ステップを実行するように構成される診断ツールが提供される。診断ツールは、聴覚スクリーナー、診断ツール、又は、被検者の聴覚を評価するためにイヤー・プローブ応答を測定するように構成される類似のデバイスとして構成されてもよい。

診断ツールはより詳細には：
プローブ先端を有し且つ被検者の外耳道に挿入されるように構成されるイヤー・プローブを含み、イヤー・プローブは更に
少なくとも１つの受信機及び少なくとも１つのマイクロフォンを含み、少なくとも１つの受信機は外耳道に刺激を放出するように構成され、マイクロフォンはイヤー・プローブ応答を測定するように構成され、診断ツールは更に
刺激を生成し、刺激を外耳道へ伝達するためにその刺激を受信機へ伝達するように構成される信号生成部；及び
マイクロフォンによって測定された被測定イヤー・プローブ応答を受信するように構成される信号プロセッサであって、信号プロセッサはここで記述される方法のステップを実行するように構成される信号プロセッサを含む。

即ち、診断ツールは、あるモードへ制御されるように構成され、信号生成部は刺激を受信機へ伝達し、それによって受信機はイヤー・プローブのプローブ先端を介して刺激を外耳道へ放出する。イヤー・プローブ応答がマイクロフォンによって測定され、診断ツールの信号プロセッサに入力される。信号プロセッサ内では、斜めに挿入された可能性のあるイヤー・プローブを検出して補償する方法を実行するように、コンフィギュレーションがセットアップされる。

イヤー・プローブは、外耳道に配置される受信機及びマイクロフォンによって構成されることが可能であり、外耳道壁にドーム状のシーリングが隣接していることに留意すべきである。

より詳細には、信号プロセッサは、複数の周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスの変動を評価することによって、斜角プローブ挿入の程度を計算するように構成され、及び/又は更に、診断ツールのディスプレイを介して、そのような変動をユーザーに表示するように構成される。これは、ユーザー、例えばオーディオロジスト又は他の聴覚専門家が、推定された特性インピーダンスは反射率などの聴覚関連パラメータの更なる計算に使用され得るか否かを評価することを許容する。このようにして、聴覚専門家は、更なる計算を劣化させ得る斜めに挿入されたイヤー・プローブに関して知らされることが可能であり、したがって、結果が正確であるように期待されるべき場合に、新たな記録又はその代わりに補償を要求する。

代替的に、この評価はまた、自動プロセスとして構成されてもよく、この場合、診断ツールは、マイクロフォンによって測定されるイヤー・プローブ応答を処理し、斜度を自動的に評価し、以下に説明されるような斜度を若しかすると補償する。

更なる実施形態では、診断ツールは、診断ツールを１つ以上のモードに設定することを、ユーザーに許容する制御セットアップとともに構成されてもよく、第１モードは、複数の周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスの変動をユーザーに表示することを含み；及び第２モードでは、補償制御がユーザーに提供され、診断ツールを補償モードに設定することをユーザーに許容し、それにより診断ツールは、ここで説明される補償ステップに従って補償計算を実行する。従って、診断ツールは、診断ツールのディスプレイ上に補償された反射率測定値を出力するように構成される。

本開示は添付図面に関連して行われる以下の詳細な説明から最良に理解され得る。図面は、明確性のため概略的かつ簡略化されたものであり、特許請求の範囲の理解を向上させるように詳細を示しているにすぎず、それ以外の詳細は省略されている。全体を通して、同一又は対応する部分には同一の参照番号が使用されている。各態様の個々の特徴は、各々、他の態様の全部又は何れかの特徴と組み合わされてもよい。これら及び他の態様、特徴、及び/又は技術的効果は、以下に説明される図面から明らかになり且つ解明される。
一実施形態によるアクリル・ガラス・ウェーブガイドに垂直に挿入されたイヤー・プローブを示す図。 一実施形態によるアクリル・ガラス・ウェーブガイドに斜めに挿入されたイヤー・プローブを示す図。 一実施形態による外耳道に垂直に挿入されたイヤー・プローブを示す図。 一実施形態による外耳道に斜めに挿入されたイヤー・プローブを示す図。 無響ウェーブガイドへの垂直及び斜角イヤー・プローブ挿入についての測定された入射インピーダンスを示す図。 複数の打ち切り周波数及び垂直挿入イヤー・プローブに対する閉塞耳シミュレータ（ａｎ ｏｃｃｌｕｄｅｄ－ｅａｒ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）の測定された反射率の大きさを示す図。 斜角挿入プローブに対する複数の打ち切り周波数に対して閉塞耳シミュレータの測定された反射率の大きさを示す図。 様々な角度でウェーブガイドに挿入されたイヤー・プローブの反射率の大きさを示す図。 任意のホーン負荷の解析入射インピーダンスの実部、任意のホーン負荷の解析入射インピーダンスの累積平均、及び累積入射インピーダンス平均に適合した多項式を示す図。 任意のホーン負荷の解析入射インピーダンスの周波数－正規化虚部、異なる打ち切り周波数に対する任意のホーン負荷の非因果性を最小化するイナータンスの累積平均、及び推定されたイナータンスに適合した多項式を示す図。 閉塞耳シミュレータ内に斜めに挿入されたイヤー・プローブに対する複数の打ち切り周波数における特性インピーダンスの推定された離散値と、適合された二次多項式とを示す図。 閉塞耳シミュレータ内に垂直に挿入されたイヤー・プローブに対する複数の打ち切り周波数における特性インピーダンスの推定された離散値と、適合された二次多項式とを示す図。 閉塞耳シミュレータ内に垂直に挿入されたイヤー・プローブについて、様々な打ち切り周波数における反射率の非因果性を最小化するイナータンスについての推定された離散値を示す図。 閉塞耳シミュレータに斜めに挿入されたイヤー・プローブについて、様々な打ち切り周波数における反射率の非因果性を最小化するイナータンスについての推定された離散値を示す図。 ここで説明される斜角イヤー・プローブ挿入を検出する方法ステップのフローチャートを示す図。 ここで説明される斜角プローブを補償するための更なる方法ステップのフローチャートを示す図。 垂直に挿入されたイヤー・プローブの場合の閉塞耳シミュレータの反射率測定値の大きさと、斜めに挿入されたイヤー・プローブの場合において斜角が補償されている反射率測定値の大きさとの比較を示す図。 垂直に挿入されたイヤー・プローブの反射率測定値と、斜めに挿入され補償されたイヤー・プローブの反射率測定値とに対する群遅延を示す図。 ここで説明される実施形態による方法を実行するように構成される診断ツールを示す。 斜度及び推奨されるアクションが表示される診断ツールのディスプレイを示す図。

添付図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図される。詳細な説明は、様々な概念の十分な理解をもたらす目的で具体的な詳細を含んでいる。しかしながら、これらの概念がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、当業者にとって明らかであろう。装置及び方法の幾つかの態様は、種々の機能ユニット、モジュール、コンポーネント、ステップ、プロセス、アルゴリズム等(「要素」と総称する)によって説明される。特定の用途、設計上の制約、又は他の理由に応じて、これらの要素は、電子ハードウェア、コンピュータ・プログラム、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実現されてもよい。

ここで説明される方法の完全な理解をもたらすために、先ず、音波及びウェーブガイドに関する幾つかのコメントを詳述する。知られているように、断面積Ａの無損失で一様なウェーブガイドに沿って伝搬する音波に関し、体積流Ｕに対する音波Ｐの比率は、ウェーブガイドの特性インピーダンスによって与えられる。

ここで、ρは空気の密度であり、ｃは音速である。イヤー・プローブが斜めの角度で一様なウェーブガイドに挿入される場合、イヤー・プローブの前でホーンのように見える負荷によって、測定は影響を受ける。このホーン負荷は、本願の発明の概要の欄で上述したように、数式（１）の定義を利用する特性インピーダンス等の音響的な量をその場で推定しようとする場合に問題を引き起こす。

先ず、外耳道のようなウェーブガイドへの斜角イヤー・プローブ挿入の反射率測定に対する効果を実証するために、半径ａ＝４ｍｍの一様な無エコー鋼ウェーブガイドにおいて、一群のインピーダンス測定が発明者等により実行された。イヤー・プローブの異なるアライメント及び機械的カップリングを例示するために、図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、アクリル・ガラス・ウェーブガイド２へのイヤー・プローブ１の垂直及び斜角挿入を示す。垂直に挿入されたプローブを参照すると、プローブ先端部１０は、ウェーブガイド２の断面平面に対して垂直に位置合わせされ、一方、斜めに挿入されたイヤー・プローブ１は、ウェーブガイドの断面平面とかなりずれたプローブ先端部１０を有していることが理解されるはずである、ということに留意すべきである。

図１Ａ及び図１Ｂにおける図はテストのセットアップであり、そのセットアップの下で、発明者等はここで説明される方法が機能していることをテストした。しかしながら、このセットアップは、図２Ａ及び２Ｂに概略的に示されている外耳道にも有効であり、これらの図においてもイヤー・プローブ１０１が耳１０３の外耳道１０２に配置されていることが分かる。図示されるように、イヤー・プローブ１０１は、図２Ａでは、図１Ａのテスト・セットアップに示されているように垂直に挿入されている。これに対して、図２Ｂでは、イヤー・プローブは、図１Ｂのテスト・セットアップにも示されているように、外耳道１０２において傾いた仕方で挿入されている。

傾斜イヤー・プローブ挿入の問題は、無響ウェーブガイドにける入射測定インピーダンスＺ_{ｍｅａｓ，０}の実部１１Ａ及び虚部１１Ｂを見ることで評価され得る。それに応じて、図３に示すように、斜角プローブ挿入（点線）が、インピーダンス測定値の実部（Ｒｅ｛Ｚ^∠ _{ｍｅａｓ，０}｝）１１Ａ及び虚部（Ｉｍ｛Ｚ^∠ _{ｍｅａｓ，０}｝）１１Ｂの挙動にどのように影響しているかを理解することができ、ここで、垂直挿入は、数式（１）に対応する測定インピーダンスのほぼ一定の実部（Ｒｅ｛Ｚ^⊥ _{ｍｅａｓ，０}｝）１２Ａと、他の寄与、中でもエバネッセント・モードによって生じるイナータンスに起因する測定インピーダンスの周波数比例性の虚部（Ｉｍ｛Ｚ^⊥ _{ｍｅａｓ，０}｝）１２Ｂとを示す。これに対して、斜角イヤー・プローブ挿入の場合、測定されたインピーダンスの実部１１Ａは、無響ウェーブガイドの実際のインピーダンスから逸脱して、周波数の関数として増加し、測定されたインピーダンスの虚部１１Ｂに対する見かけ上の追加的なイナータンスの寄与を受ける。本開示全体を通じて、垂直記号（⊥）は垂直な耳－プローブ挿入で実施される測定を示すために使用され、角度記号（∠）は斜めの耳－プローブ挿入を示すことに留意されたい。

斜角イヤー・プローブ挿入の影響、例えば以下のような反射率測定値に及ぼす影響を評価する。

ここで、エバネッセント・モード・イナータンスＬ^＾（ω_ｔ）及び特性インピーダンスＺ_０ ^＾（ω_ｔ）は、図４Ａ及び４Ｂに示すように、複数の打ち切り周波数に関して高々打ち切り周波数ω_ｔまでの利用可能なデータのみを用いて推定される。図４Ａ及び４Ｂはそれぞれ、垂直及び斜角のイヤー・プローブ挿入についての反射率の大きさ｜Ｒ^⊥ _ωｔ｜及び｜Ｒ^∠ _ωｔ｜を示す。図４Ｂから分かるように、Ｌ^＾（ω_ｔ）及びＺ_０ ^＾（ω_ｔ）を推定するために様々な打ち切り周波数ω_ｔを使用する場合に、斜角イヤー・プローブ挿入は、反射率測定値Ｒ^∠ _ωｔに大きな不確実性を導入してしまうことが明らかである。即ち図面から、反射率測定値は、少なくとも１ｋＨｚを超えると斜角イヤー・プローブ挿入によって影響を受けることが明らかであり、その少なくとも１ｋＨｚを超える場合に、斜角イヤー・プローブ挿入の反射率測定値は、様々な周波数で垂直イヤー・プローブ挿入から逸脱し始めている。これは、主に図３におけるＺ^∠ _{ｍｅａｓ，０}の挙動に起因するものである。逆に、垂直挿入を用いた測定は、様々な打ち切り周波数にわたって実質的に同様な反射率測定結果をもたらし、これはイヤー・プローブが垂直角度で挿入されていることを示す。

上述の考察は、更に、図４Ｃを参照することによって確認され、図４Ｃでは、複数の異なる挿入角度に対する反射率の大きさが、それぞれの角度に対して、可能な大きな打ち切り周波数を使用して示されている。また、イヤー・プローブの挿入角度は、少なくとも１ｋＨｚ以上の周波数において、反射率測定に大きく影響することも明確に理解される。

従って、聴覚スクリーニングにおける外耳道の診断セットアップにおいて実行される反射率測定が正確であることを確実にするために、イヤー・プローブ挿入のそのような傾斜を決定し、その後にそのような傾斜を補償するニーズは妥当なことである。

従って、音響ウェーブガイド（外耳道など）における斜角プローブ挿入を検出する方法が以下に示唆される。その後、斜めに挿入されたイヤー・プローブを補償するための方法が提案される。更に、これらの方法を実行するように構成されるデバイスも、以下のセクションで説明されることに留意されたい。

初めに、斜角イヤー・プローブ挿入を検出する方法が詳しく説明される。本方法は、図１Ｂ及び図２Ｂにそれぞれ示されるように、イヤー・プローブ１、１０１をウェーブガイド２又は外耳道１０２に最初に挿入するステップを含む。イヤー・プローブ１、１０２は、斜めの仕方で図示されたように挿入される。次に、イヤー・プローブ１、１０１を介して音刺激がウェーブガイド（又は外耳道１０２）へ放出される。プローブ応答がイヤー・プローブ１０１によって測定され、測定されたイヤー・プローブ応答から、ウェーブガイドの特性インピーダンスＺ_０ ^＾が推定される。以下において、イヤー・プローブを用いて測定されるインピーダンスは、Ｚ_ｍｅａｓとして標記され、次いで、反射率測定値は以下のようになる。

イヤー・プローブ応答の測定値は、１つの周波数レンジについて行われ、イヤー・プローブ応答のその後の分析は、複数の周波数レンジについて行われる。

複数の周波数に対する特性インピーダンスを推定するために、いくつかの方法が使用され得る。そのような１つの方法は、
Ｎｏｒｇａａｒｄ ｅｔ ａｌ．，（２０１７）［Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ． Ａｍ．１４２（６），３４９７－３５０９］及び
同一出願人の公開済みの同時係属出願ＥＰ３２８８２９４
に記載されている時間ドメイン法を含み、この方法は、次式のインピーダンス・エラーの実部及び虚部それぞれを最小化することによって、エバネッセント・モード・イナータンスＬ^＾及び特性インピーダンスＺ_０ ^＾を推定する。

ここで、Ｈ［・］はヒルベルト変換演算子である。換言すれば、実施形態において特性インピーダンスは、反射率又はインピーダンス測定値の虚部及び実部のヒルベルト変換を利用することによって推定される。

特性インピーダンスを推定する他の方法を使用することが可能であることに留意すべきであり、そのような方法は、例えば、
Ｋｅｅｆｅ ｅｔ ａｌ．，（１９９２）［Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．９１（１），４７０－４８５］又は
Ｒａｓｅｔｓｈｗａｎｅ ｅｔ ａｌ．，（２０１１）［Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．１３０（６），３８７３－３８８１］
により説明されている方法を含む。

発明者等は、斜角イヤー・プローブ挿入の効果は、プローブの前方におけるホーン負荷（ａ ｈｏｒｎ ｌｏａｄｉｎｇ）として表現され得ることを発見した。このようなホーン負荷は、伝送線路・行列要素ａ_１１，ａ_１２，ａ_２１，及びａ_２２を有する非損失非一様２ポート・モデル（ａ ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｗｏ－ｐｏｒｔ ｍｏｄｅｌ）として表現されることが可能である。喉又は咽頭（即ち、イヤー・プローブ）の位置における平面波インピーダンスが既知である場合、口（即ち、外耳道）における平面波インピーダンスは、次式から計算され得る。

しかしながら、ホーン負荷のこれらの伝送線路・行列要素を直接的に推定することは実行不可能であることが分かった。口の位置における反射率は次式で与えられる。

これらの数式を組み合わせて整理すると次のような結果になる。

ここで、入射平面波咽喉インピーダンスは次式で与えられる。

入射平面波ホーン伝達関数は次式で与えられる。

即ち、ホーン負荷が口における特性インピーダンスＺ_{０，ｍｏｕｔｈ}により終端され、

である場合、即ち、実数及び虚数にそれぞれ帰属する場合、これは次のような結果をもたらす。

インピーダンスがエバネッセント・モードによって更に影響を受ける場合、ここでは直列エバネッセント・モードのイナータンスｊωＬ_ｅｍのインピーダンスとして表される場合、次式が得られる。

従って、エバネッセント・モードの影響を受ける入射咽喉インピーダンスが既知である場合には、ホーン負荷の効果は補償されることが可能であり、その結果、反射率の位相にわずかな遅延しか生じない結果となり、なぜなら、任意の複素数ｚをその複素共役ｚ^＊で割ると、単純に次のような結果をもたらすからである。

もちろん、この入射咽喉インピーダンスは、測定されたインピーダンスについては不明であり、以下、この量を推定する手順を説明する。

それに応じて、発明者等は、本方法の開発において、任意のイヤー・プローブ挿入を用いる一様なウェーブガイドにおいて推定される特性インピーダンスＺ_０ ^＾は、ある打ち切り周波数ω_ｔまで、測定される入射インピーダンスの累積的な平均化された実部を表現すること（次式）を認識し、

即ち、イヤー・プローブが測定したインピーダンスは、その特性インピーダンスにより終端される一様なウェーブガイドであった。一例として、図５は、任意の斜角イヤー・プローブ挿入のシミュレートされた入射インピーダンスの実部、及び様々な打ち切り周波数を有する推定された特性インピーダンスＺ_０ ^＾（ω_ｔ）を示す。ここでは、ｌ_ｈｏｒｎ／λ＜＜１である場合に、Ｚ_０ ^＾（ω_ｔ）は多項式として表現できることが分かる。

ここで、Ｚ^＾ _{０，ｍｏｕｔｈ}は、一様なウェーブガイドの入口における特性インピーダンスの推定値を表現する。

様々な打ち切り周波数を有する推定された特性インピーダンスは、測定された入射インピーダンスの累積平均Ｚ_{ｍｅａｓ，０}を表現するので、フィッティングさせた二次多項式は、Ｚ_{ｍｅａｓ，０}の実部を推定するために使用されることが可能である。

二次多項式の特定のケースでは、これは次のような結果になる。

同様のアプローチは、測定された入射インピーダンスＺ_{ｍｅａｓ，０}の虚部を推定するために使用されることが可能である。推定された特性インピーダンスＺ_０ ^＾が斜角プローブ挿入のための打ち切り周波数ω_ｔとともに変化するのと同様に、推定されたエバネッセント・モードのイナータンスもそのようになり、反射率とインピーダンスとの因果関係を回復させ、これは測定された入射インピーダンス推定誤差の観点から表現されることが可能である。

かくて、

は、ｌ_ｈｏｒｎ／λ＜＜１である場合に、斜角プローブ挿入及びエバネッセント・モードから生じる組み合わされたイナータンスを表す。図６は、任意のシミュレートされた斜角イヤー・プローブ挿入の入射インピーダンスＺ_{ｔｈｒｏａｔ，０}の周波数正規化された虚部と、推定されたエバネッセント・モードのイナータンスＬ^＾（ω_ｔ）とを様々な打ち切り周波数とともに示す。推定された特性インピーダンスＺ_０ ^＾（ω_ｔ）と同様に、Ｌ^＾（ω_ｔ）は多項式によって近似できることが分かる。

ここで、目下のＬ_０ ^＾は、ｌ_ｈｏｒｎ／λ＜＜１である場合に、斜角プローブ挿入及びエバネッセント・モードから生じるイナータンスの組み合わせの推定値を表現する。測定される入射インピーダンスの虚部は今や以下のように推定されることが可能である。

従って、発明者等は、複数の周波数レンジで推定された複数の特性インピーダンス及びエバネッセント・モード・イナータンスを使用することによって、斜角プローブ挿入を検出できることを認識し、一実施形態において複数の周波数レンジは一群の打ち切り周波数ω_tから定められる。

従って、方法ステップにおいて、閉塞耳シミュレータ内に斜めに挿入されたイヤー・プローブに関する図７におけるドットとして、及び閉塞耳シミュレータ内に垂直に挿入されたイヤー・プローブに関する図８におけるドットとして示されるように、複数の打ち切り周波数に対する推定された一群の離散的な特性インピーダンスを計算するために、上述の仮定及び考察が利用される。図７及び図８に見られるように、ここでは、斜めに挿入されたイヤー・プローブは推定された特性インピーダンスに不正確さを導入することも明らかである。

更なるステップでは、各周波数レンジについて推定された特性インピーダンスの挙動が、斜角イヤー・プローブ挿入の程度を特徴付けるために使用される。従って、本方法は、測定されたプローブ応答の複数の周波数レンジ内に見出される複数の推定された特性インピーダンスを利用して、イヤー・プローブが斜めに挿入されているか否か、従って、後続の反射率測定又は他の診断測定がどの程度正確であると言えるかを評価する。より詳細には、複数の周波数レンジに対する特性インピーダンスの各々は、次いで、打ち切り周波数まで見出される。より詳細には、これは、斜角プローブ挿入については図７に、垂直プローブ挿入については図８に示されるように、離散的な推定された特性インピーダンスのセットに多項式をフィッティングさせることによって行われる。

これに対して図９及び図１０は、上述したような類似のアプローチを示し、様々な打ち切り周波数で因果関係を回復するイナータンスについての離散値を推定することに焦点を当てている。従って、図９は垂直に挿入されたイヤー・プローブのイナータンスの推定された離散値を示し、図１０は斜めに挿入されたイヤー・プローブのイナータンスの推定された離散値を示す。特性インピーダンスの挙動と同様に、イナータンスは、イヤー・プローブが斜めに挿入されると、イナータンスは打ち切り周波数とともに変化することを示す。これは、図５及び図６に関連して説明した仮定に整合している。

一実施形態では、図４Ｂでのような反射率の変動が、プローブ挿入の斜度を定量化するために使用され得る。実際には、推定された特性インピーダンス又はイナータンスに基づいて計算される任意の変数は、切り捨て周波数に関するこれら変数の変動、したがってイヤー・プローブ挿入の斜度をある程度反映することになる。

より詳細には、上述の打ち切り周波数は、インピーダンス又は反射率測定値のエルミート対称周波数スペクトルにおける微分可能性を許容する点から決定される。即ち、外耳道のような有限長のウェーブガイドでは、特性インピーダンスの推定は、周波数スペクトルを打ち切ることによって、合成された時間ドメイン伝達関数を再度サンプリングすることに大きく依存し、その結果、各々の打ち切り周波数ω_ｔで微分可能性が回復される。これは、ヒルベルト変換を計算する場合に、エルミート対称周波数スペクトルが複製される周波数である。これは、有限数Ｎの打ち切り周波数のみが存在することを意味する。

ここで、ｌ（エル）は音響負荷の全長であり、ω_ｍは最大測定周波数であり、ｃは音速である。従って、本方法は、上記で定義される所与の打ち切り周波数のセットを適用して、打ち切り周波数によって与えられる複数の周波数レンジのそれぞれについて複数の特性インピーダンスを推定する。

上述のように特性インピーダンスとイナータンスとの両方を推定した場合、得られる２つの多項式は、イヤー・プローブの位置において測定される入射インピーダンスを記述するように組み合わせられることができる。

ここで説明される方法を要約するために、ここで説明される方法ステップのフローチャートを示す図１１及び１２を参照する。

初めに図１１を参照すると、斜角イヤー・プローブ挿入を検出する方法は、以下のように要約することができる。

第１のステップ２０１では、イヤー・プローブ応答の尺度が、診断ツールの信号プロセッサ等の信号プロセッサに入力される。

第２に、それぞれ斜めに挿入されたイヤー・プローブ及び垂直に挿入されたイヤー・プローブそれぞれに関して図７及び図８に示されているように、信号プロセッサは、測定されたイヤー・プローブ応答から、複数の周波数レンジに対する特性インピーダンスの一組の離散値を推定する。

第３のステップ２０３では、多項式が、推定された特性インピーダンスの一群の離散値に適合される。

第４のステップ２０４において、信号プロセッサは、適合させた多項式を診断ツールのディスプレイ２０９に出力し、ユーザーが多項式の挙動をマニュアルで推定し、あるいは代替的に第４のステップ２０４において、例えば適合させた多項式の傾斜を発見すること挙動を自動的に評価し、多項式が実質的に変化する挙動を有する場合（「Ｙｅｓ」の経路２０５）、プローブは外耳道に斜めに挿入されていると考えられる（２０６）、という基準を適用することができる。これに対して、傾斜が増加していない場合（「Ｎｏ」の経路２０７）、プローブは外耳道に垂直に挿入されていると考えられる（２０８）。

次に、図１２を参照し、本方法の更なるステップを説明する。即ち、イヤー・プローブ挿入の傾斜を検出した場合、プローブを手動で再配置する代わりに、信号プロセッサがこのような傾斜を自動的に補償し得ることが好ましい。即ち、一実施形態では、補償モード３０１が選択され得る。更なるステップ３０２におけるこのモードでは、推定された特性インピーダンスの一群の離散値が、信号プロセッサに入力される。

更なる第３のステップ３０３では、上述のように、多項式が、推定された特性インピーダンスの一群の離散値に適合され、更なる第４のステップ３０４では、適合された多項式が、測定された入射インピーダンスを推定するために、ウェーブガイドにおける入射インピーダンスの累積平均に近似される。

前述のように、虚数成分の寄与を見出すために、更なる第５のステップ３０５は、測定されたイヤー・プローブ応答のイナータンスについての推定された一群の離散値を入力することを含む。以後の第６のステップ３０６では、多項式が、イナータンスの推定された離散値についての一群の離散値に適合される。

最終処理ステップ３０７、３０８では、ここに記載されるように、適合された多項式に対する近似によって推定される実部及び虚部は、測定される入射インピーダンスの推定値を記述するために組み合わせられる。その後、ステップ３０８において、例えば反射率測定で使用されるように、推定された入射インピーダンスが出力される。

従って、斜角プローブ挿入によって影響されない反射率の測定値は、今や次式により計算することができる。

ここで、アスタリスクの上付文字は複素共役を示す。以下のような代替的な形式が用いられてもよい。

主な差異は、斜角イヤー・プローブ挿入を表すホーン負荷により純粋な遅延を完全には補償できないことに起因する、反射率位相のわずかな差である。

ここで説明され、図１１及び図１２に関連して要約されるステップを実行した場合、出力は、図１３の点線として示されるような補償された反射率測定値である。図１３では、斜角イヤー・プローブ挿入に対する補償された反射率測定値の大きさ（点線）が、垂直に挿入されたイヤー・プローブの反射率測定値の大きさと共にプロットされている。このように、補償された反射率測定値は、垂直挿入の反射率測定値に正確に従っている。従って、この方法が斜角イヤー・プローブ挿入を補償できることは明らかである。

更に、図１４は、ホーン負荷による周波数依存遅延に対処しないにもかかわらず、垂直及び斜角プローブ挿入についての結果的に生じる反射率群遅延

は非常に類似しており、図４Ａ及び４Ｂのケースと比較して著しく改善されていることを示している。

本開示の一態様では、ここで説明される方法ステップを実施するように構成される診断ツールが開示される。診断ツールは、図１５に概略的に示され、図示のセットアップでは、プローブ先端１０を有するイヤー・プローブ１、１０１を含み、このプローブ先端１０は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明されるように、テスト・セットアップにおけるウェーブガイド２に、及び／又は聴覚テスト・セットアップにおける外耳道１０２に挿入されるように構成される。更に、イヤー・プローブ１、１０１は、外耳道内へ刺激を発するように構成される受信機１８と、外耳道から発せられるイヤー・プローブ応答を、刺激信号に対する応答として測定するように構成されるマイクロフォン１４とを含む。診断ツール３は、更に、受信機１８によって放射される刺激を生成するように構成される信号生成部３４を含む。したがって、図１５に示すように、信号発生器から発生された刺激は、図１５に示されるように、伝送線路３７を介して受信機１８へ伝送される。マイクロフォン１４からの測定されたイヤー・プローブ応答を処理するために、診断ツールは信号プロセッサ３５を備え、信号プロセッサ３５は、マイクロフォン１４からの測定されたイヤー・プローブ応答を伝送線路３６を介して受信するように構成される。信号プロセッサ３５に入力されると、測定されたイヤー・プローブ応答は、ここで説明される方法ステップにより信号プロセッサ３５で処理される。従って、診断ツールは、斜角イヤー・プローブ挿入を検出し、診断聴覚セットアップにおけるそのような斜角プローブ挿入を補償するように構成された信号プロセッサ３５内にある。

図１５に更に示されるように、診断ツールは構成され、それにより、測定されたイヤー・プローブ応答を受信すると、信号プロセッサ３５が、複数の周波数レンジにわたる推定特性インピーダンスの変動を推定することによって、斜角イヤー・プローブ挿入の程度を計算し、診断ツール３のディスプレイ３８を介してユーザーにそのような変動を表示するように構成される。したがって、図１５に示されるように、診断ツール２のディスプレイ３８と信号プロセッサ３５との間に通信４０が存在する。

更なる実施形態では、診断ツール３は、測定されたイヤー・プローブ応答の信号処理を制御又は実行することを、ユーザーに可能にする制御セットアップ３９を有するように構成される。従って、診断ツールは、１つ以上のモードに設定されることが可能であり、少なくとも第１モードは、ディスプレイ３８において、斜角プローブ挿入の程度を表示することを含む。斜角プローブ挿入の程度は、図１６に示されるように表示され、複数の周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスの変化として、傾斜がどのように示されるかが眺められ、推定された特性インピーダンスに二次多項式が適合されている。前述のように、斜めに挿入されたイヤー・プローブは、特に、図１６に示すように複数の周波数レンジに対する推定された特性インピーダンスの挙動により特徴付けられる。信号プロセッサ３５によって実行される計算に基づいてそのような曲線を示すことによって、オーディオロジスト又は他の聴覚ケア専門家は、イヤー・プローブ測定値が正確であり、且つ例えば聴覚診断の更なる評価に使用されることが可能であるか否かを容易に評価し得る。斜角プローブ挿入の程度を説明する他の適切な方法は、本開示の範囲に属するように理解されるべきである。即ち、挿入された斜角プローブの度合いは、反射率測定値、超過したシンプルな閾値、又は他の適切な手段のプロットとして図示されることも可能である。

更に、診断ツール３は補償モードに設定されてもよく、それにより、診断ツールは、前述の補償方法に従って方法ステップを実行する。補償モードに設定されると、補償方法ステップは、信号プロセッサ３５によって処理され、信号プロセッサは、処理する際に、補償された反射率測定値を診断ツールのディスプレイに出力する。

従って、図１６に示されるように、診断ツールは、例えば「再・測定」、「プローブ再配置」及び／又は「補償実行」を含む一組の制御アクション４１とともに、イヤー・プローブの斜度４２の尺度を表示する（３８）ように構成される。これらの一組の制御アクション４１に基づいて、オーディオロジストは、傾斜の程度の評価を考慮してアクションを行うように案内され、上述のように１つ以上のモードを実行するように制御３９をアクティブにすることができる。例えば、ここで説明されるような補償方法を実行するか、あるいは代替的に、イヤー・プローブを再配置した後に、信号発生器及び信号プロセッサを起動することによって、測定を再実行するように、制御２９を起動する。

Claims (16)

1. 音響ウェーブガイドへの斜角イヤー・プローブ挿入を検出する方法であって：
   ウェーブガイドに挿入されたイヤー・プローブを介して音響的な刺激を前記ウェーブガイド内へ放出するステップ；
   イヤー・プローブ応答を測定するステップ；
   前記イヤー・プローブ応答の複数の周波数レンジにおいて、測定された前記イヤー・プローブ応答から前記ウェーブガイドの特性インピーダンスを推定するステップ；及び
   前記斜角イヤー・プローブ挿入の斜度を特徴付けるために、前記複数の周波数レンジの各々について、推定された前記特性インピーダンスを利用するステップ；
   を含む方法。
2. 前記ウェーブガイドは、人間の被験者の外耳道である、請求項１に記載の方法。
3. 前記刺激は、純粋なトーン、チャープ、掃引、又は擬似ランダム雑音として構成されている、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記特性インピーダンスは、反射率又はインピーダンス尺度の虚部及び実部のヒルベルト変換を利用することにより推定される、請求項１－３のうち何れか１項に記載の方法。
5. 前記特性インピーダンスは、反射率又はインピーダンス尺度を周波数の関数として評価することによって推定される、請求項１－３のうち何れか１項に記載の方法。
6. 前記複数の周波数レンジは、一群の打ち切り周波数から決定される、請求項１－５のうち何れか１項に記載の方法。
7. 前記打ち切り周波数は、前記特性インピーダンス又は反射率尺度のエルミート対称周波数スペクトルにおける微分可能性を許容する点から決定される、請求項６に記載の方法。
8. 前記斜角イヤー・プローブ挿入の程度は、前記複数の周波数レンジにわたる推定された特性インピーダンスの変動を推定することによって見出される、請求項１－７のうち何れか１項に記載の方法。
9. 前記変動は、前記複数の周波数レンジにわたる前記推定された特性インピーダンスに関数を適合させることにより推定される、請求項８に記載の方法。
10. 更なるステップにおいて、前記斜角イヤー・プローブ挿入は、前記斜角イヤー・プローブ挿入の程度を利用して、前記斜角イヤー・プローブ挿入に対する一群の補償パラメータを見出すことによって補償される、請求項１－９のうち何れか１項に記載の方法。
11. 前記斜角イヤー・プローブ挿入に対する補償のための前記方法は：
    前記推定された特性インピーダンスの一群の離散値を信号プロセッサに入力するステップ；
    前記推定された特性インピーダンスの前記一群の離散値に関数を適合させるステップ；
    適合させた前記関数から入射インピーダンスを近似して前記特性インピーダンスを推定するステップ；
    を含む請求項１０に記載の方法。
12. 更なるステップにおいて、複数の打ち切り周波数において反射率又はインピーダンス尺度が一定となる離散的な一群のイナータンスを更に推定することにより、イナータンスの寄与が計算及び補償され；
    前記方法は：
    イナータンスに対する推定された一群の離散値を前記信号プロセッサに入力するステップ；
    イナータンスの推定された離散値のうちの前記一群の離散値に関数を適合させるステップ；
    前記入射インピーダンスの推定を描写するために、適合させられた多項式に対する前記近似により、推定された実部及び虚部を結合するステップ；及び
    イナータンスの尺度に使用される推定された入射インピーダンスを出力するステップ；
    を含む、請求項１１に記載の方法。
13. プローブ先端部を有するイヤー・プローブを含む診断ツールであって、前記イヤー・プローブは被験者の外耳道に挿入されるように構成されており；
    前記イヤー・プローブは更に：
    少なくとも１つの受信機と少なくとも１つのマイクロフォンとを含み、前記受信機は前記外耳道内に刺激を放出するように構成され、前記マイクロフォンはイヤー・プローブ応答を測定するように構成され、
    前記診断ツールは更に：
    刺激を生成し、前記刺激の前記外耳道内への送信のために前記刺激を前記受信機へ送信するように構成された信号生成部；及び
    前記マイクロフォンにより測定される測定された前記イヤー・プローブ応答を受信するように構成された信号プロセッサであって、前記信号プロセッサは請求項１－１２のうち何れか１項に記載の方法を実行するように構成された信号プロセッサ；
    を含む、診断ツール。
14. 前記信号プロセッサは更に、前記複数の周波数レンジにわたって推定された特性インピーダンスの変動を評価することによって斜角イヤー・プローブ挿入の程度を計算し、当該変動を、前記診断ツールのディスプレイによりユーザーのために表示する、請求項１３に記載の診断ツール。
15. 前記診断ツールは、前記診断ツールのユーザーが診断を第１モードに設定することを許容する制御セットアップとともに構成され；
    前記ユーザーには、前記複数の周波数レンジにわたって推定された特性インピーダンスの変動が表示される、請求項１３又は１４に記載の診断ツール。
16. 前記診断ツールは、ユーザーにより補償モードで設定されることが可能であり、前記診断ツールは請求項１０－１２のうち何れか１項に記載の方法を実行し；
    補償された反射率の尺度が前記診断ツールのディスプレイに出力される、請求項１３－１５のうち何れか１項に記載の診断ツール。

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