KR20230135179A - 중이염을 위한 광간섭 단층촬영 장치 - Google Patents

Abstract

고막에 인접한 유체의 특성화를 위한 OCT 장치 및 방법은, 측정 경로 및 기준 경로를 갖는 스플리터에 결합되는 저-간섭성 소스를 갖는다. 상기 기준 경로는 길이에 대해 일시적으로 변조되며, 상기 기준 경로 및 측정 경로로부터의 조합된 신호가 검출기에 적용된다. 상기 검출기는, 고막에 선택적 자극원이 적용되었을 때, 응답 폭 및 시간 변화를 검사하며, 상기 고막에 인접한 유체의 점도를 나타내는 계량값을 형성하는 상기 응답 폭 및 시간 변화가 측정된다.

Description

중이염을 위한 광간섭 단층촬영 장치{OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY DEVICE FOR OTITIS MEDIA}

본 발명은 광간섭 단층촬영(optical coherence tomography)(OCT)에 관한 것이다. 특히 본 장치는 중이염(otitis media)(OM)의 진단에 사용하기 위한 OCT에 관한 것이다.

중이염은 내이(inner ear)의 흔한 질병으로서, 조직 염증 및 고막(tympanic membrane)에 충돌하는 유체 압력을 포함한다. 중이염은 일반적으로 치료 없이 해결되는 바이러스성 감염이나, 또는 계속 진행되어 청력 상실이나 기타 유해하고 돌이킬 수 없는 상태를 일으킬 수 있는 박테리아성 감염에 의해 유발될 수 있다. 불행하게도, 현재 이용 가능한 진단 장치를 사용하여 바이러스성 또는 박테리아성 감염을 구별하는 것은 어려우며, 상기 두 가지 근본적인 감염에 대한 치료 방법은 매우 상이하다. 박테리아성 감염의 경우 항생제가 선택되지만, 바이러스 감염의 경우 감염 자체가 저절로 치료되는 경향이 있어서, 항생제는 효과가 없을 뿐만 아니라, 항생제 내성을 유발하여 차후의 박테리아성 감염 치료에 덜 효과적이다.

내이 감염에 대한 가장 확실한 진단 도구는 고주파 절개술(myringotomy)이며, 이는 유출 시 감염원을 확인하기 위해 고막 내로의 절개, 유체의 회수, 및 현미경으로 유출액의 검사를 포함하는 침습적인 절차이다. 이런 절차로부터의 합병증 때문에, 상기 절차는 심한 경우에만 사용된다. 바이러스 감염에 대한 항생제 처방이 박테리아의 항생제 내성에 영향을 미치는 것으로 여겨지기 때문에, 의료 종사자는 딜레마에 빠지며, 바이러스 감염에는 항생제가 효과가 없고 항생제 내성은 치료 효과가 없는 결과를 낳을 수 있어, 일상생활에 더욱 심각한 결과를 초래할 수 있다. 중이염 진단을 위한 개선된 진단 도구가 필요하다.

본 발명의 제1 목적은 고막에 인접한 유체 타입을 식별하기 위한 비침습적 의료 장치이다.

본 발명의 제2 목적은 고막에 인접한 유체를 식별하기 위한 방법이다.

본 발명의 제3 목적은 고막에 인접한 필름(film) 특성을 식별하기 위해 광간섭 단층촬영을 수행하기 위한 방법이다.

본 발명의 제4 목적은 고막에 인접한 유체 특성을 식별하기 위해 광간섭 단층촬영을 수행하기 위한 장치이다.

본 발명의 제5 목적은 압력 자극원(pressure excitation source)을 고막에 결합함으로써 고막 및 인접 재료를 특성화하기 위한 장치 및 방법이며, 여기서 상기 고막은 저-간섭성(low coherence)을 갖는 광원에 의한 측정 경로를 통해 조명되고, 상기 저-간섭성 광원은 기준 경로 및 거울에도 결합되며, 상기 거울로부터의 반사 및 상기 고막으로부터의 반사는 합산되어 검출기에 제공되고, 기준 경로 길이는 고막을 포함하는 범위에 걸쳐 변조되고, 이에 따라 검출기는 상기 측정 경로를 통해 고막으로부터, 그리고 상기 기준 경로를 통해 거울로부터 반사된 광 에너지를 수신하므로, 상기 기준 경로 길이를 충분히 높은 속도로의 변조는 압력 자극에 응답하여 고막 위치의 추정을 허용하며, 이에 따라 고막 및 인접 유체의 특성화를 제공한다.

본 발명의 제6 목적은 측정 경로 및 기준 경로를 갖는 광간섭 단층촬영 시스템이며, 상기 기준 경로는 길이가 변조되고, 상기 측정 경로 및 기준 경로는 광 스플리터(optical splitter)를 통해 저-간섭성을 갖는 광원에 결합되며, 상기 기준 광 경로로부터의 반사된 광 에너지 및 측정 광 경로로부터의 반사된 광 에너지는 합산되어, 파장 스플리터에 제공되고, 그 후 다수의 검출기에 제공되며, 파장의 각각의 하위 범위를 위한 하나의 검출기는 저-간섭성 광원의 파장 스펙트럼 내에 있고, 상기 다수의 검출기는 적어도 2개의 상이한 반사 재료에 대한 검출기 응답을 파장 특성에 의해 판별하는 제어기에 결합된다.

광간섭 단층촬영(OCT) 장치는, 제1 스플리터에 그리고 그 후 제2 스플리터를 통해 결합되는 광 에너지를 발생시키는 저-간섭성 광원을 가지며, 상기 제2 스플리터는 고막으로의 측정 광 경로 및 상기 광 에너지를 제1 스플리터로 복귀시키는 반사기(reflector)로의 기준 광 경로를 가지며, 상기 반사된 광 에너지는 상기 측정 광 경로로부터 반사된 광 에너지에 추가된다. 그 후, 조합된 반사된 광 에너지는, 광 에너지를 검출기로 지향시키는 제1 스플리터에 제공된다. 상기 반사기는, 측정 광 경로 및 기준 광 경로가 경로 길이와 동일할 때, 검출기에 광 세기 및 선택적으로 특별한 측정 경로 깊이로부터의 연속적인 광 스펙트럼 밀도가 표시되도록, 기준 광 경로의 축선을 따른 변위 시 공간적으로 변조된다. 상기 장치가 외이도(ear canal) 내로 지향된 측정 경로에 위치되어, 광 에너지를 고막으로 지향시킬 때, 상기 기준 광 경로의 축선을 따라 상기 반사기의 위치의 병진을 통해 상기 기준 광 경로 길이를 변화시킴으로써, 고막의 광학 특성화 및 스펙트럼 특성화의 측정이 수행될 수 있다. 또한, OCT 측정 중 고막의 충동적 또는 정상 상태의 주기적 자극을 제공하기 위해, 외부 압력 자극이 적용될 수 있으며, 피크 응답 및 상기 피크 응답과 관련된 시간이 식별된다. 그 후, 상기 외부 압력 자극에 대한 고막 응답을 결정하기 위해, 고막의 일시적 특성 및 위치 변위가 검사될 수 있다. OCT 검출기 데이터로부터 고막 응답의 평가는, 차후에 특정한 점도 또는 생물막(biofilm) 특성과 관련될 수 있다. 상기 일시적 특성의 검사에 의해, 고막에 인접한 유체 점도의 추정이 결정될 수 있으며, 그 점도는 차후에 치료 가능한 박테리아성 감염의 가능성과 관련될 수 있다.

도 1은 광간섭 단층촬영 특성화 시스템의 블록도를 도시하고 있다.
도 2a는 기계적 액추에이터 변위 대 액추에이터 전압의 플롯을 도시하고 있다.
도 2b는 액추에이터 전압 또는 전류에 의해 제어되는 바와 같이, 시간에 대한 기준 경로 길이의 플롯을 도시하고 있다.
도 3은 고막 검사에 사용하기 위해 광간섭 단층촬영 특성화 시스템을 위한 블록도를 도시하고 있다.
도 4는 다색성(polychromatic) 검출기를 도시하고 있다.
도 5a는 기준 길이의 변조를 위한 예시적인 자극 파형의 플롯을 도시하고 있다.
도 5b는 OME 로부터의 유체에 인접한 고막에 대한 검출기 신호, 및 정상적인 고막에 대한 검출기 신호를 도시하고 있다.
도 6은 고막 측정을 위한 광 도파관 시스템을 도시하고 있다.
도 7은 자극원을 구비한 고막 측정을 위한 광 도파관 시스템을 도시하고 있다.
도 8a는 반사된 응답 신호를 구비한 변형 가능한 표면 또는 막에 적용된 정현파 자극에 대한 플롯을 도시하고 있다.
도 8b는 변형 가능한 표면 또는 막에 적용된 자극 단계 및 상기 자극 단계에 대한 응답에 대한 플롯을 도시하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 광간섭 단층촬영 장치에 대한 블록도를 도시하고 있다. 하나의 도면에 나타나는 각각의 도면부호는 다른 도면에 제시되었을 때 동일한 기능을 갖는 것으로 이해된다. 조준된 출력을 갖는 광대역 발광 다이오드(LED)와 같은 저-간섭성 소스(102)는 광 에너지를 경로(104)를 따라 제1 광 스플리터(106)에 발생시키고, 광 에너지는 제2 광 스플리터(108)에 계속되고, 상기 광 에너지는 측정 광 경로(118)와 기준 광 경로(112)로 분할되며, 이들은 제2 스플리터(108)로부터 경로 길이 변조기(114)에 대한 거울(110)까지의 세그먼트를 포함한다. 상기 측정 광 경로(118)에서의 광 에너지는 고막(120)과 상호 작용하고, 반사된 광 에너지(110)는 경로(122)를 통해 검출기(124)로 반대로 전파되며, 이는 거울(110) 및 스플리터(108)로부터 반사된 기준 광 경로(112)로부터의 광 에너지에 의해 결합되고, 조합된 반사된 광 에너지는 제1 스플리터(106)로 그리고 그 후 거울(105)로 진행되며, 경로(122)를 통해 검출기(124)로 진행된다. 상기 검출기(124)는 경로(122) 상에서 검출된 광 에너지의 세기에 대응하는 전기 신호를 발생시키는데, 이는 고막으로부터 반사된 광 에너지에 대한 경로 길이가 상기 기준 광 경로와 정확하게 동일한 길이일 때 안정된 상태에서 최대이고, 시간에 대해 경로 길이 변조기(114)를 동작시킴으로써, 기준 광 경로 길이가 범위에 걸쳐 스위핑되는 경우 일시적으로 최대이다. 각각의 타입의 반사 막은 특징적인 검출기 신호를 생성한다. 예를 들어, 상기 기준 경로 길이가 건강한 고막과 같은 얇은 막 경계를 통과함에 따라, 단일의 피크는 고막의 단일의 반사 영역에 대응할 것이다. 기준 경로 길이가 저-점도의 감염성 유출액을 포함하는 바와 같은 유체성 귀(fluidic ear)를 통과하였다면, 고막 반사의 초기 피크는 반사된 신호의 광 감쇠로부터 떨어지는 진폭을 갖는 연장된 반사 영역을 차후에 발생시킬 것이다. 상기 기준 경로 길이가 박테리아 감염된 고막을 통과하였다면, 고막의 반대편 표면에 박테리아성 필름이 존재할 수 있으며, 이는 축방향으로 더 큰 정도의 반사를 생성할 수 있으며, 높은 산란계수 및 대응의 증가된 감쇠를 나타내는 페데스탈(pedestal)이 이어질 수 있다. 또한, 고막 뒤의 3가지 타입(에어 대 얇은 유체 대 두꺼운 유체)의 유체 점도는, 고막에 발생된 압력 자극과는 상이하게 응답할 것이다. 따라서 검출기 출력에서 나타나는 측정 광 경로 상에서의 고막의 모든 움직임으로부터, 고막에 인접한 유체의 존재 또는 부존재, 고막에 인접한 박테리아와 같은 생물막의 존재 및 부재, 및 고막에 인접한 유체의 점도를 결정하기 위해, 상기 기준 광 경로 길이와 그리고 선택적으로 상기 고막에 인접한 압력을 선택적으로 변조하고, 또한 상기 검출기 출력 신호의 성질을 검사하여, 자극 압력에 응답하는 것이 가능하다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 경로 길이 변조기(114)는 특성화될 고막(115)의 이동 영역에 대응하는, 도 1의 도면부호 126a 내지 126d 로부터 측정 경로 길이에 대응하는 거리만큼 기준 경로 길이를 변화시킨다. 상기 변조기(114)가 기준 경로 길이를 증가시킬 때는, 검출기에 전달된 신호가 영역(126d)에 더 가까우며, 변조기(114)가 기준 경로 길이의 거리를 감소시킬 때는, 검출기에 전달된 영역 신호가 영역(126a)에 있다.

도 2a는 경로 길이 변조기(114)의 액추에이터 전압 또는 전류와 축방향 변위 사이의 예시적인 관계를 도시하고 있으며, 이는 거울(114)에 결합된 음성 코일 액추에이터를 위한 음성 코일 드라이버일 수 있는 기계적 드라이버 회로(116)에 의해 구동되어, 도면부호 112의 광 축선을 중심으로 거울을 변조시킨다. 드라이버 및 경로 길이 변조기(114)의 타입은 변위 변조의 가장 높은 주파수에 의존하는데, 그 이유는 경로 길이 변조기(114)를 변위시키는 에너지는 이동하는 거울의 경우처럼 상기 경로 길이 변조기(114)의 질량과 관련되기 때문이다. 상기 거울 및 액추에이터는, 낮은 반사기 질량 및 이에 대응하는 더 빠른 거울 응답을 위해, 미세 전자기계 시스템(micro electrical machined system)(MEMS)일 수 있다. 거울 사용에 대한 제한 없이, 다양한 또 다른 경로 길이 변조기를 이용하는 것이 가능할 수 있다.

도 2b는 액추에이터 전압을 단계적으로 발생시키는 제어기(117)를 도시하고 있으며, 상기 액추에이터는 각각의 깊이에서 순간적으로 정지된다. 예를 들어, 증가된 액추에이터 구동이 더 긴 기준 경로 길이로 나타났다면, T1 내지 T2에서, 액추에이터 전압은 도 1의 변위 위치(126a)에 대응하는 202a 일 수 있고, 다른 전압(202b, 202c, 202d)은 도면부호 126b, 126c 및 126d 의 고막에 인접한 위치에 각각 대응할 수 있다.

도 3은, 단일 측정 출력을 제공하도록 설치된 부재를 구비하는 예시적인 OCT 고막 특성화 시스템(302)을 나타내고 있다. 자유 공간 옵틱(free space optics)(광섬유와 같은 도파관 내에 한정되지 않은 광학 에너지)의 경우에 대하여, 도 1 및 3의 시스템 스플리터와 콤바이너(combiner)는 부분적으로 반사하는 거울이다. 도 3에 도시된 주요 부재는 도 1에서 동일한 기능을 갖는 부재에 대응한다. 기준 광학적 경로를 재배치함으로써, 상기 시스템의 부재들은 도시된 바와 같이 둘러싸여질 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 검출기(124)는 적용된 전체 광 세기에 반응하고 특성화 반응성을 갖는 단일의 전체 파장의 광 검출기일 수 있다. 본 발명의 다른 예에 있어서, 검출기(124)는 단일 파장 필터, 또는 색 스플리터와 다수의 검출기 부재를 구비하며, 각각의 반사된 광 파장은 개별적으로 검출되도록 되어 있다. 도 4는 색 검출기(124A)로 들어가는 조준된 광 에너지(122)를 나타내며, 여기서 광은 굴절 프리즘(124B)에 의하여 다른 파장들로 분할되고, 굴절 프리즘은 상기 파장(λ1, λ2, λ3, λ4)을 선형 또는 2D 검출기(124C)로 나누고, 선형 또는 2D 검출기는 파장에 의하여 반사된 광 에너지에 대한 세기 맵(intensity map)을 제공할 수 있게 된다. 파장의 개별적인 검출이 유용한데, 여기서 파장 흡수의 신호는 박테리아 또는 고막 병증의 특정한 형태로 구체화된다. 검출기 반응의 스펙트럼은 반사된 광 에너지 반응에 통상적으로 맞춤되어 있고, 이는 수 mm의 깊이 측정 능력 이상을 가지고 OCT 시스템에 대한 적외선(IR) 범위 내에 있다. 본 발명에 대한 일 예에 있어서, 여러 가지 생물학적 재료에 대한 검출기 스펙트럼 반응이 메모리에 저장되고, 복수의 광 검출기로부터의 반응의 중첩과 비교된다. 예를 들어, 귀지(earwax)와, 건강한 고막, 염증성 고막(출혈성 고막), 박테리아액, 유출액, 및 접착성 액체의 광 반사특성이 템플레이트 메모리(template memory)에 저장되고, 데이터 획득의 축 깊이에 걸쳐 측정된 고막 반응의 스펙트럼 분포와 비교된다. 그 다음 기준 광 경로 길이의 범위에 걸쳐 각각의 축 깊이에서 검출기 반응이 제어기에 의하여 각각의 템플레이트 메모리 스펙트럼 패턴의 스펙트럼 특성과 비교될 수 있고, 상기 제어기는 각각의 파장에 대한 검출기 반응과 상기 템플레이트 메모리의 내용을 검사하고, 이러한 제어기의 결정에 기초한 측정 경로 반사를 제공하는 재료의 타입을 예상한다. 고막에 대한 스펙트럼 패턴의 검출은 검출기 반응으로부터 고막 스펙트럼 반응의 추출로 나타날 수 있고, 및/또는 검출기 반응에서 귀지가 검출된 것을 사용자에게 표시할 수 있고, 사용자는 고막의 다른 영역에서 측정 광 경로를 지적함으로써 귀지를 제거하게 된다.

광간섭 단층촬영의 축방향 해상도가 광 파장의 분수 또는 함수이기 때문에, 이미지화되는 각각의 구조가 축방향 두께에서 단지 백 단위 미크론 정도에 불과할지라도, 개별적으로 광 스펙트럼을 바탕으로 각각의 구조를 특성화하는 것이 가능하다. 상기 시스템의 축방향 해상도는, 측정 축을 따라 그리고 고막의 축방향 크기에 걸쳐 높은 공간 에너지를 갖는 아주 좁은 광 비임(beam)을 제공함으로써 개선될 수 있다

도 5a와 5b는 시간에 걸쳐 고막의 위치를 검출하는 데 사용되기 위한 본 발명의 예를 나타내고 있다. 제어기(117)는 경로 길이 변조기에 의하여 사용하기 위한 삼각 파형(502)을 생성하고, 상기 변조기는 고막으로 광 에너지를 유도하고, 고막 부근에 액체가 있을 수 있고, 상기 액체는 특정한 점도를 가지며, 상기 점도는 박테리아 감염의 진행 동안에 증가하는 것으로 알려져 있다. 박테리아 감염은 고막과 같은 막의 표면에, 특정한 광 반사 특성을 갖고, 생물학적 필름을 형성하는 것으로 알려져 있다. 광 신호는 외이도를 통하여 고막으로 안내되어 특성화되고, 도 5b의 검출기 반응은 도 3의 제어기(117)에 의하여 검사된다. 제1 세트의 파형(509)은 시간 영역 반응을 나타내는데, 이는 제1 반사 인터페이스에서 고막에 의하여 제공된 날카로운 반사 광 인터페이스의 강한 반사에 연관된 초기 피크(507)를 구비하고, 고막 뒤의 액체도, 경사 받침대(508)로서 표시되고, 깊이에 따라 약해지는 신호를 생성한다. 상기 경사 받침대(508)가 존재한다는 것은 고막 뒤에 액체가 존재한다는 것을 표시한다. 이는 파형(522)의 피크와 같은 정상적인 고막에 대한 제2 세트의 반응(511)과 대비될 수 있고, 고막 뒤에 반사하는 액체가 존재하지 않기 때문에, 상기 파형(522)은 비교적 좁고 짧은 주기(520)를 갖는다.

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 고막은 그 자체로, 에어 퍼프(air puff)와 같은 외부의 압력 자극원 또는 시간에 걸쳐 조정되는 공압원에 의하여 조정될 수 있다. 외부의 압력 자극원이 제공되면, 예컨대, 압력 자극이 고막의 1% 변위 이하로 제공되도록 선택되면, 상기 피크 광 신호의 상대적인 일시 위치는 고막의 위치를 나타낼 것이다. 종래의 초음파 장치의 음향과 달리 상기 시스템의 재생률(refresh rate)은 광이기 때문에, 고막의 탐문 속도는 경로 길이 변조기(114)의 조정률에 의해서만 제한되고, 이 속도는 종래의 초음파 시스템보다 몇 배정도로 빠를 수 있다. 추가로, 광간섭 측정에 의존하는 광 시스템의 축방향 해상도는, 변환기 신호(transducer ringdown)에 의해 지배되는 초음파 시스템의 축방향 해상도보다 훨씬 크다. 추가로, 에어와 고막 사이의 음향 임피던스 경계(acoustic impedance boundary)가 아주 크기 때문에, 고막 너머의 기관으로의 초음파의 침투 깊이가 아주 제한된다. 이에 비하여, 에어로부터 고막으로의 굴절률(refraction ratio)의 광 인덱스는 이 경계를 넘는 굴절률의 초음파 인덱스보다 몇 배의 크기로 낮아서, 인터페이스에서의 광 에너지 손실이 더 적다. 광 침투는 고막과 고막 너머 기관에 연관된 분산 손실에 의하여 주로 제한되고, 이러한 손실은, 타당한 평균 파워 범위에서 고막으로 인가된 평균 파워를 유지하기 위하여 듀티 사이클 변조로 박동되는 아주 높은 광 에너지를 사용함으로써 부분적으로 조정된다.

도 6은 광간섭 단층촬영 시스템(600)의 광섬유의 예를 나타내고 있다. 제어기(618)가 다양한 서브 시스템을 조절하고, 제어기는 저-간섭성 소스(602)를 가능하게 하고, 상기 저-간섭성 소스는 광 에너지를 광섬유(604)에 연결하고, 상기 광섬유는 상기 광 에너지를 제1 스플리터로 전달하고, 그 다음 광섬유(608)로, 그리고 제2 스플리터(610)로 전달한다. 제2 스플리터(610)로부터의 광 에너지는 아래로 2개의 경로로 인도되고, 하나는 고막까지 길이(Lmeas)를 갖는 측정 경로(612)이고, 다른 하나는 길이(Lref)를 갖는 기준 광 경로(617)로 인도되고, 개방 반사 섬유 단부(619)에서 마무리되고, 상기 섬유 단부는 상기 광 경로(617)가 PZT 변조기(614)를 둘러싸는 광섬유를 구비하면서, 선택적으로 거울식으로 광택처리된 단부 또는 광 반사 단부로 될 수 있으며, 상기 PZT 변조기는, 자극 전압이 PZT에 인가될 때 형상과 직경을 변경한다. 상기 PZT 변조기(614)에 정현파 또는 구형파 자극이 공급되었을 때, 상기 PZT 변조기(614)는 직경이 증감하며, 이에 따라 가변 길이(Lref)를 제공하게 된다. 상기 PZT 변조기(614)는 또한 주파수에 있어서 100Khz를 초과하여 고속의 섬유 길이 조정이 가능하다. Lref 경로에서 광섬유의 길이를 신속하게 변경하기 위하여 종래 기술에서 알려진 다른 섬유 길이 변조기가 사용될 수도 있고, 상기 PZT 변조기(614)는 단지 참고적으로만 도시되었다. Lmeas 경로와 Lref 경로로부터 조합된 광 에너지는 상기 제2 스플리터(610)에 도달하여 상기 광섬유(608)로 복귀하여, PZT 변조기(614)로부터 반사되고 고막(650)으로부터 반사된 광 에너지의 합을 구성하게 된다. 조합된 광 에너지는 경로(608) 아래로 제1 스플리터(606)로 이동하고, 광섬유(620)를 통하여, 검출기(622)로 이동하고, 여기서 간섭성 광 에너지는 중첩되고 추출되어 그에 따라 검출기(622) 출력을 형성하고, 이는 분석을 위하여 제어기(618)로 공급된다. 상기 제어기(618)는 또한, 도 5a의 전압 또는 전류 파형(502)과 같은 상기 PZT 변조기 자극 전압(616)을 생성하고, 또한 상기 저-간섭성 소스(602)를 가능하게 하는 신호를 생성하고, 상기 검출기(622) 반응의 분석을 수행하고, 상기 검출기(622) 반응은 검출기(622)의 파장 반응에 걸쳐 단일 세기의 값, 또는 도 4의 센서에 의해 제공된 개별 파장 출력이 될 수 있다. 상기 제어기는, 고막에 인접하게 있는 액체의 존재 가능성에 상관관계가 있고, 그리고 고막 근처의 액체의 점도의 표시를 제공하는, 유출물 측정계수를 결정하기 위하여, 상기 Lref 조정 함수와 결합되어 검출기 반응 상에서 작동한다.

도 7은 외측의 고막 자극 생성기(704)를 구비하면서, 도 6의 연장을 나타내는 것으로, 상기 고막 자극 생성기(704)는 극소의 압력 변화를 전달하고, 음성 코일 작동기 또는 다른 압력원에 의하여 작동되고, 바람직하게는 고막에 적용하기 위하여 50 데카-파스칼(daPa) 이하의 피크 압력을 갖는다. 상기 PZT 변조기(614)에 의한 기준 경로 길이의 조정은, Nyquist 샘플링 요건을 만족하기 위하여 적어도 팩터 2에 의하여 상기 자극 생성기(704)의 최고 주파수 내용(highest frequency content)을 초과하는 비율로 실시된다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 기준 경로 길이는 연속적으로 작동되는 제1 변조기와 제2 변조기에 의하여 조정되고, 여기서 제1 변조기는 큰 그러나 비교적 느린 기준 경로 길이 변경을 제공하고, 제2 변조기는 작은 그러나 비교적 빠른 기준 경로 길이 변경을 제공한다. 이러한 방식으로, 상기 제1 변조기는 OCT 검사의 영역을 고막 주위에 중심을 둔 관심 영역 안에 둘 수 있도록 하고, 상기 제2 변조기는 상기 경로 길이를 빠르게 변경할 수 있어서, 압력 자극에 반응하여 고막 이동의 예상을 위하여, 높은 속도로 경로 길이의 변경(그에 따라 높은 샘플링 비율)을 제공한다.

도 1과 도 3에서 도면 부호 115로, 도 6과 도 7에서 도면부호 650으로 도시된 고막에서, 고막은 먼 꼭지점(도 1과 도 3의 119, 도 6과 도 7의 651)을 갖는 원뿔 형태를 가지고, 이는 이비인후과에서 "광의 원뿔(cone of light)"로 알려져 있고, 임상 검사 동안 고막의 영역에만 있으며, 임상 검사는 입사 광 에너지에 수직한 또는 법선인 면을 제공한다. 비슷하게, 종래 기술의 시스템의 초음파 소스(ultrasonic source)를 사용할 때, 상기 빛의 원뿔 영역은 고막의 유일한 부분이고, 이는 상당한 반사된 신호 에너지를 제공한다. 본 발명에 따른 광 시스템은 상기 표면으로부터 반사된 광 에너지 위에 작동하고, 상기 표면은 분산된 광 에너지를 위하여 입사 광에 대하여 수직일 필요가 없으며, 이에 따라 종래의 초음파 시스템에 비하여 다른 유리한 점을 제공한다.

도 8a는 고막에 적용된 자극 생성기(704)로부터의 예시적인 정현파 압력 자극을 나타내고, 고막의 국부적 영역을 조정하기에 충분한 체적을 변위시키는 음성 코일 다이아프램 액추에이터 또는 100 daPa(dekapascals) p-p에 의한 표면 압력을 사용하여 적용된 정현파형(821)과 같은 정현파 압력 자극을 나타낸다. (20Hz 이하의) 저음파 주파수(Sub-sonic frequencies)는 자극 표면 둘레의 국부 영역을 밀봉할 필요가 있고, 가청 주파수(20Hz 내지 20kHz의 범위) 및 초음파 주파수(super-audio frequencies, 20kHz 이상)는 이도를 밀봉하지 않고, 발생기(704)로부터 특성화될 고막까지 진행하는 청각파로서 충분히 전진할 수 있다. 상기 정현파형 압력 자극(821)은 상기 표면의 조정을 초래하고, 이는 플롯(832)으로 도시되어 있고, 표면 위치에서 조정은 관련된 Lref 경로 길이에서의 변화에 동일한 값으로서 대응하게 된다. 파형(832)의 각각의 이산된 원(circle)은 Lref 경로 길이 및 고막 위치의 변화에 대응하는 OCT 측정 시스템(700)으로부터의 샘플 지점을 나타내며, 각각의 지점(332)은 이러한 하나의 샘플을 나타내고 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 일련의 정현파 변조 자극(821) 주파수가 각각 상이한 주기(822)로 인가되며, 고막의 연성 및 탄성, 유체 점도, 또는 다른 고막이나 유체 특성을 평가하기 위해, 응답 지연(830) 및 Lref 의 피크 변화가 조합되어 사용된다. 본 예에 있어서, 고막의 변위와 기준 경로의 경로 길이의 관련 변화 사이에는 1:1 관계가 존재하여, 피크 응답으로 나타난다. 예를 들어 도 5b의 척도가 0, -0.5mm, -1mm, -0.5mm, 0mm, 0.5mm 등의 순서라면, 이는 이들 동일한 거리만큼 고막에서의 대응 변위를 나타낸다. 일련의 오디오 및 서브-오디오(sub-audio) 톤(tone)을 다양한 사이클 시간(822)에 적용하고, 플롯(832)으로 도시된 바와 같이 Lref 의 변화를 측정함으로써, 고막의 변위를 추정하고 또한 고막 뒤에 있는 유체의 점도 또는 탄성과 같은 주파수 의존형 특성을 추출하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유체의 변화된 밀도 또는 점도와 관련된 예시적인 탄성 계량값 측정은 스텝 변화(step change)에 대한 표면이나 막 응답 시간(874)의 관련 변화 또는 정현파 주파수에 대한 위상 지연(830)일 수 있다. 이런 방식으로, 표면의 주파수 도메인 응답은 일련의 자극(821)을 사용하여 일련의 표면 응답(832)을 측정함으로써 이루어질 수 있다. 도 6 및 7의 기준 경로 변조기(614) 또는 도 3의 거울(114)은, 상기 고막을 포함하기 위해 상기 기준 경로 길이를 중심으로 하는 제1 경로 길이 변조기, 및 상기 고막의 축방향 이동의 적절한 샘플링을 제공하기 위해 상기 기준 경로 길이를 신속하게 변화시키는 제2 경로 길이 변조기를 포함한다.

도 8a는 일련의 측정으로부터 표면 변위의 위상 대 주파수 응답 플롯을 발생시키기 위해 이러한 일련의 자극에 제공될 수 있는 정현파 자극을 도시하고 있는 반면에, 도 8b는 도 8a의 시간 도메인 스텝 응답 등가물을 도시하고 있으며, 여기서 50 daPa 피크의 표면 스텝 압력 자극(862)이 고막에 적용되며, 이는 측정된 고막 변위 시컨스(872)를 발생시킨다. 마찬가지로 변위 응답 플롯(872)을 위해 시간 지연(874) 및 진폭 응답(0.5 mm로 도시됨)에 기초하여 표면 응답을 특징화하는 것도 가능하다.

본 발명의 일 예에 있어서, 적외선 범위 소스와 같은 별도의 저-간섭성 광원(102 또는 602)은 침투 깊이를 증가시키기 위해 사용되고, 또한 별도의 가시성 소스(도시되지 않음)는 고막 상에 측정 광학 경로를 지시할 동안 측정화된 고막의 영역을 나타내기 위해 동축으로 사용된다. 상기 광원(102 또는 602)은 산란을 감소시키기 위한 적외선 소스일 수 있으며, 이에 따라 추가적인 침투 깊이를 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 저-간섭성 광원(102 또는 602)은 가시성 광원이며, 이에 따라 전술 한 바와 같이 관심 있는 고막 영역의 조명 및 상기 고막의 변위 측정 모두를 제공한다.

본 예는 본 발명을 이해하기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 광 에너지를 전파하기 위해 상이한 타입의 광원, 광 검출기뿐만 아니라 상이한 타입의 도파관으로, 또한 기준 경로 길이(Lref)를 변조하는 방법을 사용하여 다양한 상이한 방법으로 실시될 수도 있음을 인식해야 한다. 본 발명의 범위는 이하의 청구 범위에 의해 설명된다.

Claims (23)

1. 반사 막에 인접한 유체를 특성화하기 위한 방법으로서:
   제1 스플리터에 저-간섭성 광원을 제공하는 단계로서, 광 에너지의 일부가 측정 경로로 지향되고, 상기 광 에너지의 일부는 기준 경로로 지향되며;
   상기 기준 경로는 일시적으로 변조된 길이를 가지며, 이에 따라 주기 간격에 대해 기준 경로를 변화시키고,
   상기 측정 경로는 특성화되는 반사 막을 가지며, 상기 기준 경로는 상기 측정 경로와 실질적으로 동일한 길이를 가지며, 상기 기준 경로는 광 에너지를 반사하기 위해 반사기를 가지며,
   상기 측정 경로로부터 반사된 광 에너지와 상기 기준 경로로부터 반사된 광 에너지를 합하고, 그 총합의 광 에너지를 검출기에 적용하는 단계;
   상기 검출기는 기준 경로 변조기에 대한 검출기 피크 응답을 제어기에 제공하며, 상기 제어기는 검출기 응답의 페데스탈 폭 및 상기 검출기 피크 응답의 도착 시간을 검사하며,
   현재의 피크 검출기 응답을 이전의 피크 검출기 응답과 비교하는 단계;
   현재의 피크 검출기 응답 및 이전의 피크 검출기 응답으로부터 고막 계량값을 형성하는 단계를 포함하며,
   상기 고막 계량값은 상기 페데스탈 폭이 증가되었을 때 증가하고, 상기 고막 계량값은 상기 검출기 피크의 도착 시간이 감소되었을 때 증가하는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준 경로 및 상기 측정 경로는 완전 반사 및 부분 반사 거울에 의해 형성된 자유 공간 광 경로인, 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준 경로 및 상기 측정 경로는 도파관에 의해 형성되는, 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준 경로 및 상기 측정 경로는 광섬유에 의해 형성되는, 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 저-간섭성 소스는 발광 다이오드인, 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출기는 전기 컨버터로의 옵티칼인, 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출기는 다수의 도파관-특정 출력을 갖는, 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 일시적으로 변조된 길이는 거울에 결합된 음성 코일 작동기를 포함하는, 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 일시적으로 변조된 길이는 PZT 활성화 변조기인, 방법.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 다수의 도파관-특정 출력은 검출기 응답을, 템플레이트 메모리에 세이브된 다양한 재료 타입의 도파관 응답과 비교하기 위해 템플레이트 메모리에 결합되는, 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 템플레이트 메모리 재료 타입 중 적어도 하나는 귀지에 대한 반사 응답인, 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    귀지의 검출은 귀지 검출의 사용자에 대한 표시를 발생시키는, 방법.
13. 고막의 측정을 위한 장치로서:
    저-간섭성 광 출력을 발생시키는 광원;
    제1 스플리터 및 제2 스플리터로서, 각각의 스플리터는 콤바이너 포트, 제1 포트, 및 제2 포트를 가지며, 각각의 스플리터는 상기 제1 포트로부터 상기 콤바이너 포트로, 그리고 상기 콤바이너 포트로부터 상기 제2 포트로 파워를 결합하며;
    상기 광원은 상기 제1 스플리터의 제1 포트에 결합되고,
    상기 제1 스플리터의 콤바이너 포트는 상기 제2 스플리터의 콤바이너 포트에 결합되고,
    상기 제2 스플리터의 제1 포트는 광 에너지를, 특성화될 막으로의 외부 광 포트에 결합하고, 상기 특성화될 막으로부터 상기 제2 스플리터의 제1 포트로의 광 거리는 측정 거리이며,
    광 기준 경로에 결합된 상기 제2 스플리터의 제2 포트는 측정 광 길이에 대해 변조된 광 길이를 가지며,
    따라서 상기 외부 광 포트로부터 복귀하는 반사된 광 에너지는, 제2 스플리터의 콤바이너 포트를 통해, 상기 제1 스플리터의 콤바이너 포트, 제1 스플리터의 제2 포트, 및 검출기로 지향되며,
    상기 검출기로부터 신호를 수신하여, 반사 계량값을 형성하기 위해 현재의 검출기 응답을 이전의 검출기 응답과 비교하는 제어기를 포함하는, 측정 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    저-간섭성 소스는 발광 다이오드인, 측정 장치.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출기는 광대역 검출기인, 측정 장치.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출기는 다수의 출력을 가지며, 각각의 출력은 고유의 파장 범위에 응답하는, 측정 장치.
17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 스플리터 및 제2 스플리터는 부분 반사 거울인, 측정 장치.
18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 스플리터 및 제2 스플리터는 광섬유인, 측정 장치.
19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기는 검출기 응답 폭, 페데스탈 폭, 또는 반사된 도파관 프로필 중 적어도 하나에 기초하여 유출 계량값을 형성하는, 측정 장치.
20. 제 13 항에 있어서,
    상기 기준 경로의 광 길이는 거울에 결합된 전압 또는 전류 제어형 액추에이터를 사용하여 변조되는, 측정 장치.
21. 제 13 항에 있어서,
    상기 기준 경로의 광 길이는 광섬유에 결합된 PZT 액추에이터를 사용하여 변조되는, 측정 장치.
22. 제 15 항에 있어서,
    다수의 검출기 중 광대역 검출기는 다수의 검출기 응답을, 알려진 생물학적 재료와 비교하기 위해 템플레이트 메모리를 포함하는, 측정 장치.
23. 청구항 22에 있어서,
    템플레이트 메모리 검출기 중 적어도 하나는, 귀지, 건강한 고막, 염증성 고막, 박테리아성 유체, 유출 유체, 또는 접착성 유체인, 측정 장치.