KR100235170B1 - 귀의 음향 반사율 곡선의 형상을 발생 및측정하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

귀의 구성 요소의 음향 반사율 분석을 위한 장치 또는 방법은 귀 도관으로, 고막 등의 귀의 구성 요소의 공명 주파수를 포함하는 주파수 범위를 커버하는 음파를 향하게 하는 것을 수반한다. 측정은 귀 도관을 누르지 않고 이루어질 수 있고 장치와 귀 사이의 접촉은 기밀을 요하지 않는다. 따라서, 환자는 장치의 사용으로 인한 불편함을 본질적으로 경험하지 못한다. 장치는 입사파 및 반사파를 검출하고 결합하여 음향 반사율 곡선이라고 하는 것을 발생시킨다. 음향 반사율 곡선의 영역 형상은 음원과 고막 사이의 시선에 실질적으로 독립인 귀 상태의 척도가 얻어지도록 전자적으로 측정된다. 이 척도는 해석되는 고막 또는 다른 귀 구성 요소의 공명 특성 또는 움직임의 자유도의 측정값에 기초한다. 그러한 측정값 중의 하나는 주파수에 대한 음향 반사율의 변화율이다. 공명은 통상 음향 반사율 곡선에 널을 나타내게 하므로, 이러한 변화율의 측정값은 널 주이에서 측정되면 특히 유익하다. 널 주위에서 측정된 변화율은 각도 측정값, 기울기 또는 경사도 측정값, 폭 측정값 또는 널 형상의 다른 형태의 측정값으로서 제출될 수 있다. 하나의 실시예에서, 널 어느 한쪽의 가장 가파른 기울기는 스펙트럼 기울기라고 하는 각도를 규정하도록 사용된다. 중이의 이상적 압력 또는 유체가 있음 또는 전도성 청력 손실 과 같은 귀 병리 상태의 진단은 이 측정 기준에만 기촬 수 있다. 음향 반사율 측정값의 변화율이 주어진 귀에 관하여 비교적 일정하므로, 고막으로의 시선의 품질에 관계없이, 어쨋든 그러한 측정값을 훈련하는 사용자의 효과는 크게 감소된다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 귀의 병리 상태에 대하여 수 많은 종류의 진단 상황에 있어서 유용하지만, 심지어 훈련받지 않은 사람에 의해서도, 중이염 등의 일반적 병리 상태에 대하여 나이 어린 소아의 귀를 스크리닝하는 것을 수반한다.

Description

귀의 음향 반사율 곡선의 형상을 발생 및 측정하는 장치 및 방법{A DEVICE AND PROCESS FOR GENERATING AND MEASURING THE SHAPE OF AN ACOUSTIC REFLECTANCE CURVE OF AN EAR}

사람과 동물의 귀와 관련된 넓은 종류의 병리 상태가 확인되고 있다. 매우 빈번히 진단되는 병리 상태중에는 외이관(external ear canal)의 폐색(obstruction), 외이관의 폐쇄증(atresia), 고막(tympanic membrane)의 천공(perforation), 고막의 수축(retraction), 그의 다양한 형태의 이염(otitis)(점착(adhesive), 화농(purulent), 비화농(non-purulent)), 귀의 경화(otosclerosis), 등골(stapes)의 고착(fixation) 및 콜레스트아토마(cholesteatoma)가 있다. 소아에 있어서는 중이염이 가장 일반적인 병리 상태 중의 하나이다. 그것만으로, 중이염은 신속히 진단되어 치료되지 않으면 심각한 장기간의 청각 및 학습 장애를 일으킬 수 있는 상당한 고통이다. 또한, 중이염은 다른 병리 상태의 징후가 되는 일이 많으므로, 그들의 진단에 유용하다.

이들 귀의 병리 상태는 팀파노메트리(tympanometry), 기강 이경(pneumatic otoscopy) 또는 시각 이경(visual otoscopy) 등의 일반적인 진단 기술을 사용하여 진단되는 것이 일반적이다. 이들 기술의 유용성이 잘 인식되어 확립되고 있지만, 이들 기술은 몇가지 문제점을 갖는다. 예를 들면, 팀파노메트리 및 이경에 의하면, 테스트를 실행하여 결과를 해석하는 사람은 매우 훈련된 사람이어야 한다. 이들 기술이 비 의료인 또는 경험이 없는 사람에 의해 실행될 수 없으므로, 가정에서 또는 학교에서 소아 또는 유아의 효과적인 스크리닝(screening: 검사)은 이들 기술로는 불가능하다.

또한, 환자는 이들 이술을 실행하는 사람과 협력해야 하지만, 이들 기술을 받는 환자는 상당한 불편함을 경험할 것이다. 특히, 팀파노메트리 또는 기강 이경에 의한 불편함은 (1) 유용한 측정값을 얻기 위해 기밀(airtight seal)이 요구되고, (2) 프로브 어셈블리를 귀의 도관으로 깊숙히 삽입해야 하고, (3) 유용한 측정값을 얻기 위해 귀의 도관내 기압을 분위기압의 위아래로 변경해야하기 때문에 발생한다.

일반적인 진단 기술을 사용하여 나이 어린 소아의 중이염을 진단하는 것은 이들 기술과 관련한 공포, 불편함 또는 심각한 고통 때문에 매우 불편하다. 종래 기술에 의한 진찰의 유용성은 소아의 불편함이 최상의 경우 시험에 손상을 주는 소아의 움직임을 초래하고, 최악의 경우, 시험의 진행을 거부하게 하므로, 반감되는 일이 종종 있다. 이러한 문제는 다수의 환자를 비교적 단시간에 진찰하여야 하는 병원 진료소에서 발생하는 것과 같이 진찰이 대량의 스크리닝 환경에서 이루어질 때 특히 첨예하게 된다.

이들 일반적 진단 기술에 의한 수 많은 문제점은 중이(middle ear)의 복잡한 음향 임피던스(complex acoustic impedance)에 관한 양인 음향 반사율(acoustic reflectance)을 측정하는 장치에 의해 극복되었다. 음향 반사율을 측정하는 적당한 장치 및 방법론은 John H.Teele(The Teele patents)에 허여된 미국 특허 제4,601,295호 및 제4,459,966호에 기재되어 있다. 그러한 장치는 미국 매사추세츠주 웨어햄(Wareham) 소재의 이엔티 메디칼 디바이스사(ENT Medical Devices, Inc.) 및 미국 매사추세츠주 마리온(Marion) 소재의 엔데코사(Endeco, Inc.)에 의해 상업적으로 이용가능하게 되었다. 상기 문헌에 있어서, 이 진단 기술은 통상 음향 반사 측정(acoustic reflectometry)이라 하고, 그 장치는 통상 음향 반사계(acoustic reflectometer) 또는 음향 오토스코프(acoustic otoscope)라고 한다.

음향 반사 측정은 귀의 도관을 거쳐 고막으로의 음파(입사파라 함) 전송을 수반한다. 입사파의 일부는 고막 및 귀의 다른 구성 요소에서 반사된다. 입사파는 고막의 공명 주파수를 포함하는 주파수 범위내에서 선택되고, 이상적으로는, 입사파의 진폭도 같지만 달성되지 않는 일이 종종 있다. 이들 반사파와 입사파의 벡터합은 마이크로폰에 의해 얻어진다. 주파수 범위 이상의 입사파와 반사파의 벡터합의 엔벌로프는 본 명세서에서 음향 반사율 곡선이라고 하고, 이것은 소위, 널(null)이라고 하는 딥(dip)을 갖는다. 이 딥의 피크는 실제로 최소이고 널값(null value)으로 알려져 있다. 상기 문헌 및 그들의 상업적 사용에 있어서, 음향 반사계는 귀에 대한 음향 반사율 곡선을 산출하여, 그 딥 및 널값의 존재 및 주파수 중심선을 검출한다. 이 널값은 그러한 장치를 사용하는 귀 병리 상태 진단의 1차적인 기준이다. 상기 Teel 특허가 특유의 딥의 ＂형상(shape)＂를 그 딥의 존재, 주파수 및 진폭과 함께 검출할 수 있다 하더라도, 이들 특허는 딥이 어떻게 표현 또는 가파른 가를 그 형상이 의미하는 것 이외에 특유의 딥의 형상의 의미는 논의하지 않았다. Teele 특허는 딥의 형상이 검출 또는 측정되는 방법 또는 그것이 진단에 사용된는 방법은 논의하지 않았다.

상업적으로 이용가능한 음향 반사계 중의 하나로는 ＂T＂형 장치가 있고, 이 장치는 딥이 발생한 주파수를 나타내는 한 세트의 수평 다이오드 및 널값을 나타내는 한 세트의 수직 다이오드를 사용하여 그것이 발생한 입사 주파수 및 널값의 진폭을 제공하였다. 이 장치, 즉 이엔티 메디컬 디바이스사의 모델 501 어쿼스틱 오토스코프는 레코더 또는 프린터에 장착되어 전체 음향 반사율 곡선을 시각적으로 보여줄 수 있다.

상기 문헌의 몇가지 항목은 상업적으로 이용가능한 장치를 사용하여 얻은 음향 반사율 곡선의 널값이 귀의 병리 상태와 어떻게 서로 관계되는 가를 설명한다. 특히, 엄격한 중이 삼출(middle ear effusion: MEE)는 통상 높은 널값을 발생시키지만, 정상적인 귀는 낮은 널값을 발생시킨다. 그러나, 삼출이 방금 발병을 시작할 때와 같이 진단이 불확실한 예를 들면 아마도 MEE일 것 같은 측정값의 중요한 범위가 있다. 그러한 불확실한 범위는 프로세스 및 장치의 감도 및 특성을 제한한다. 상기 문헌은 MEE를 진단하는 장치의 특성 및 감도에 대하여 여러 가지 결론에 도달한 몇가지 연구를 포함한다.

음향 반사계에 의해 얻어진 널값의 측정 정확도는 기계의 끝에서 고막까지의 시선에 의존하는 것을 발견하였다. 직선 시선은 가장 정확한 결과를 제공한다. 직선 시선이 얻어지지 않을 때, 부적절한 조준으로 인해 또는 귀 자체 때문에, 널값의 측정은 건강하지 못한 귀를 나타낼 가능성이 줄어들고 또한 불확실한 범위로 될 가능성이 많아져서 겨우 MEE일 것 같은 것만 나타내게 된다. 건강하지 못한 귀가 건강하다고 진단될 수 있다.

이러한 불확실한 범위 때문에, 상업적으로 이용가능한 음향 이경에는 결국 조작 명령이 제공되고, 이것은 음향 이경이 레코더 또는 프린터와 함께 사용될 때 사용자가 딥의 전체 형상을 볼 것을 지시한다. 불확실한 범위내 널값의 검출이 주어질 때, 다소 둥글게 된 딥이 건조한 귀 상태 또는 고막 뒤의 부압력 그러나 삼출이 없는 것을 제시한다고 언급하였다. 또한, 날가롭게 뽀족한 딥은 중이에 부분적으로 공기가 차 있거나 또는 액체가 차 있는 상태를 제시한다고 언급하였다.

이들 조작 명령은 Jerome T. Combs저 The Pediatric Infectious Disease Journal의 제목 ＂Predictive Value of the Angle of Acoustic Reflectometry＂, vol. 10, no. 3, pp, 114-216, March 1991에 의한 연구 논문에 주로 기초하였다. 이 문헌은 레코더에 의해 모델 501 어쿼스틱 오토스코프에 표시되었을 때, 음향 반사율 곡선의 널에 형성된 ＂각도＂가 널값과 조합되어, 널값이 확정적이지 않은 건강하지 못한 귀와 건강한 귀를 구별하는 데 유용하다고 언급한다. 각도 측정은 분도기 또는 각도계를 사용하여 프린트된 출력 정보에 대하여 수동으로 실행되었다. 종이는 프린트된 음향 반사율 곡선 상의 점 또는 선이 선택되어 수동 측정되는 각도를 정하는 어떠한 제어 과정도 묘사하지 않는다.

상기 문헌은 레코더를 갖는 모델 501 어쿼스틱 오토스코프를 사용하여 4세부터 16세 사이의 203명의 소아(96명의 소녀와 107명의 소년)의 406개 귀에 대하여 음향 반사율 측정값을 얻은 연구 논문을 기재하였다. 이 개수 중, 고막 타입 A의 귀는 65개, 고막 타입 B의 귀는 149개, 고막 타입 C의 귀는 182개 였다. 상기 연구 논문의 목적은 음향 반사율 곡선의 딥에 의해 형성된 ＂각도＂가 예측값을 가졌는 가의 여부를 결정하는 것이었다. 상기 문헌은 그러한 ＂각도＂가 명확하게 약간의 예측값을 갖는 다고 결론을 내렸지만, 상기 논문에 의하면 결과가 이 예측값에 관하여 결론되는 적절한 통계학적 중요성이 결여된다고 제시하는 두가지 문제점이 발생한다. 먼저, 분석 대상의 수가 임의로 선택되었다. 이러한 대상의 실제수는 통계학적으로 무의미하다. 더 많은 수의 샘플은 통계학적으로 더욱 설득력이 있을 것이다. 두 번째로, 딥에 의해 형성된 각도는 음향 반사율 곡선의 출력 정보 상에서 분도기를 사용하여 수동으로 측정되었다. 종이는 각도를 정하는 점을 확립하는 결정론적인 방법의 기술이 없으므로, 각도 측정은 그들 내부에 상당한 양의 변동을 갖기 쉽고 더 나아가서 결과의 통계학적 중요성을 약화시킨다.

음향 반사계가 유용한 진단 기구라고 하더라도, 정확한 진단을 달성하는 데는 몇가지 해소되지 않은 문제가 있다. 먼저, 음향 반사계의 널값의 정확한 측정이 음향 반사계의 끝에서 고막까지의 직선 시선을 여전히 요구하므로, 비경험자가 부정확한 결과를 얻는 일이 많을 것이다. 두 번째로, 동일한 귀의 병리 상태를 가정할 때, 나이어린 소아의 귀는 나이 많은 소아보다 입사파를 덜 반사한다. 특히, 6개월 미만의 소아는 귀의 도관에 대하여 비교적 얕은 각도의 고막을 갖는다. 어떤 경우에는, 고막의 이 위치가 직선 시선이 얻어지는 것을 방지한다. 이들 두가지 요인은 건강하지 못한 귀에 대하여 널 값이 ＂건강한＂ 범위내로 되는 잘못된 측정의 원인으로 된다.

＜발명의 개요＞

본 발명은 귀의 구성 요소의 음향 반사율의 측정을 수반하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 특징에 있어서, 음향 반사율 곡선의 영역 형상은 음원과 고막 사이의 직선 시선에 실질적으로 독립인 귀 상태의 척도(indicator)가 얻어지도록 전자적으로 측정된다. 이 척도는 고막 또는 해석될 다른 귀의 구성 요소의 공명 특성 또는 움직임의 자유도에 기초한다. 그러한 측정값중 하나는 주파수에 대한 음향 반사율의 변화율이다. 공명은 통상 음향 반사율 곡선에 널이 나타나게 하므로, 이러한 변화율의 측정은 널을 중심으로 한 측정이면 특히 유익하다. 널을 중심으로 측정된 변화율은 각도 측정값, 경사도 또는 기울기 측정값, 폭 측정값 또는 널의 형상의 다른 형태의 측정값을 나타낼 수 있다. 하나의 실시예에서, 널 한쪽의 가장 가파른 기울기는 본 명세서에서 스펙트럼 기울기라고 하는 각도를 정의하는데 사용된다. 중이에 있어서의 비정상적 압력 또는 유체가 있는 것 또는 전도성 청력 손실 등의 귀의 병리 상태 진단은 이 측정값 에만 기초할 수 있다.

음향 반사율 측정값의 변화율이 주어진 귀에 대하여 비교적 일정하므로, 고막에 대한 시선의 품질에 관계없이, 어쨋든 그러한 측정에 대한 사용자 훈련의 효과는 종래 기술 이상으로 현저히 감소된다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 귀의 병리 상태에 대하여 수 많은 종류의 진단 상황에 있어서 유용하지만, 훈련받지 않은 사람에 의해서도, 중이염 등의 일반적 병리 상태에 대하여 나이 어린 소아의 귀의 스크리닝에 관하여 특히 유용하다.

따라서, 본 발명의 하나의 특징은 고막을 갖는 귀의 음향 반사율을 분석하는 장치이다. 이 장치는 소리가 음원에서 고막으로 향하게 하고 반사된 소리를 검출하는 것에 의해 다수의 주파수에 대하여 귀 구성 요소의 음향 반사율을 측정하고, 측정된 음향 반사율은 기울기를 갖는다. 측정된 음향 반사율의 영역 기울기는 귀 상태의 척도가 얻어지도록 전자적으로 측정되고, 상기 척도는 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관하다.

본 발명의 다른 특징은 고막을 갖는 귀의 음향 반사율을 분석하는 장치이다. 이 장치는 음향 반사율 측정 시스템을 포함하고, 이 시스템은 다수의 주파수의 소리가 고막으로 직접 향하게 하고 귀의 구성 요소에 의해 반사된 소리를 검출하여 기울기를 갖는 음향 반사율의 측정 기준(measure)을 제공한다. 하나의 기울기 분석기는 측정된 음향 반사율을 수신하도록 접속된 입력 및 귀 상태의 척도를 제공하는 출력을 갖고, 상기 척도는 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관하다.

본 발명의 또 다른 특징은 고막을 갖는 귀의 음향 반사율을 분석하는 방법이다. 상기 방법은 음원에서 고막으로 소리가 향하게 하고 반사된 소리를 검출하는 것에 의해 다수의 주파수에 대하여 귀 구성 요소의 음향 반사율을 측정하는 것을 포함하고, 상기 측정된 음향 반사율은 기울기를 갖는다. 측정된 음향 반사율의 기울기는 귀 상태의 척도가 얻어지도록 전자적으로 측정되고, 상기 척도는 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관하다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 척도는 주파수에 대한 음향 반사율 변화율의 측정 기준이다. 특히, 측정된 음향 반사율은 주어진 주파수 및 진폭에서 고막의 공명을 나타내는 널을 갖는다. 널을 중심으로 한 변화율의 측정 기준은 특별히 유용한 척도이다.

본 발명의 또 다른 특징에서 그리고 본 발명의 다른 특징과 조합되어, 음향 반사율은 다수의 입사 음파를 발생하는 것에 의해 측정되고, 각 입사 음파는 상이한 기본파 주파수를 갖는다. 음원에서의 음파 및 귀에 의해 반사된 음파가 수신되고 결합되어 수신된 음파의 합을 나타내는 전기 신호가 마련된다. 전기 신호의 엔벌로프는 측정된 음향 반사율을 제공한다. 상기 엔벌로프는 임사 음파의 주파수에 대응하여 트랜스듀서에서의 전기 신호의 주파수 영역 성분을 결정하는 것에 의해 검출될 수 있다. 특히, 그러한 주파수 영역 성분은 전기 신호를 나타내는 퓨리에 급수의 제1 계수에 대응하는 전기 신호의 에너지를 계산하는 것에 의해 결정될 수 있다.

측정된 음향 반사율의 영역 기울기의 측정은 음향 반사율의 주파수 영역 성분의 변화율을 측정하는 것에 의해서도 실행될 수 있다. 주파수 영역 성분은 음향 반사율을 나타내는 퓨리에 급수의 제1 계수일 수 있다. 측정된 음향 반사율이 입사파의 기본파 주파수에 대응하는 전기 신호의 에너지를 측정하는 것에 의해 결정될 때, 이 측정된 음향 반사율을 미분하여 기울기의 측정 기준을 얻을 수 있다. 하나의 실시예에서, 널 주위의 가장 가파른 기울기는 소망 기울기의 측정 기준을 제공하는 각도를 규정한다.

상기 기울기의 측정 기준은 진단의 기준으로서 단독 사용될 수 있다. 이 측정 기준은 사용자에게 단순히 표시되거나 또는 중이염, 중이 삼출, 중이의 비정상적 압력 또는 전도성 청력 손실 등의 특정 진단이 있을 것 같은 범위를 규정하는 하나 이상의 임계값과 비교될 수 있다.

본 발명은 귀(ear)의 병리 상태(pathology)를 진단하는 데 사용되는 귀의 상태에 관한 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 귀의 구성 요소의 음향 반사율(acoustic reflectance) 측정을 수반하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 정상적인 귀에 적용된 음향 반사율의 원리를 설명하는 귀의 단면도.

도 2는 다수의 주파수에 걸쳐 입사파와 반사파의 대표적 벡터합을 설명하는 개략도.

도 3은 도 2에 도시한 벡터합의 엔벌로프을 도시한 그래프.

도 4는 삼출이 있는 귀에 적용된 음향 반사율의 원리를 설명하는 귀의 단면도.

도 5A 내지 도 5D는 삼출된 귀에 대하여 얻어진 벡터합의 대표적 엔벌로프을 도시한 그래프.

도 6은 본 발명에 사용되는 적당한 테스트 헤드의 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 시스템을 설명하는 블록도.

도 8A 내지 도 8C는 도 7의 음향 트랜스듀서를 제어하는 전기 신호를 발생하는 회로의 블록도.

도 9A 내지 도 9C는 도 7의 엔벌로프 검출기를 구현하는 회로의 블록도.

도 10A 및 도 10B는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 삼출된 귀에서의 반사율의 대응 엔벌로프 및 벡터합을 도시한 도면.

도 10C 및 도 10D는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 옥외에서의 반사율의 대응 엔벌로프 및 벡터합을 도시한 도면.

도 11은 음향 시스템의 비선형성에 대하여 검출된 엔벌로프을 정규화하는 데 유용한 회로의 블록도.

도 12는 정규화된 엔벌로프 신호의 하나의 예를 도시한 도면.

도 13은 음향 반사율 곡선에서 널의 형상을 측정하는 하나의 실시예를 구현하는 회로의 블록도.

도 14A 및 도 14B는 각도 측정을 실행하는 방법을 설명하는 그래프.

도 15는 최종 진단 및 음향 반사율 곡선의 널 주위의 측정된 각도에 따라 다수의 귀를 도시한 히스토그램.

도 16은 팀파노메트리 타입과 비교하여, 음향 반사율 곡선의 널 주위에서 측정된 각도에 의해 정정된 널값에 따라 귀에 대한 예상 진단을 도시한 히스토그램.

도 17은 다수의 환자에 대하여 데시벨인 임계 음성 청력 측정값에 대하여 널에 관하여 측정된 각도를 플로팅한 스캐터그램.

도 18A 내지 도 18C는 음향 반사율 곡선의 측정에 따라 표시부로 출력을 제공하는 회로 소자의 블록도.

도 19는 다수의 귀에 대하여 얻어진 음향 반사율 곡선에서의 반사성에 대하여 스펙트럼 기울기를 비교하는 표.

도 20A 및 도 20B는 본 발명에 따른 진단 기계의 적당한 패키지를 도시한 도면.

도 20C 및 도 20D는 본 발명에 따른 스크리닝 기계의 적당한 패키지를 도시한 도면.

본 발명은 유사한 참조 숫자가 유사한 구조를 나타내는 첨부 도면과 관련하여 이해되어야 하는 다음의 상세한 설명을 통해 더욱 완전하게 이해될 것이다.

귀의 음향 반사율을 측정하는 프로세스는 먼저 도 1 내지 도 5D와 관련하여 설명된다. 도 1은 고막[귀청(ear drum); 102], 귀 도관 (104) 및 중이(103)를 갖는 일반적인 귀(100)을 도시하고 있다. 음향 반사율을 측정하기 위해, 선(105)으로 나타낸 주어진 주파수의 저 진폭 톤을 (106)으로 개략적으로 나타낸 음향 트랜스듀서에 의해 발생시킨다. 음향 트랜스듀서는 통상 500 헤르쯔에서 20 킬로헤르쯔 범위내의 몇가지 주파수에 대하여 음파를 발생한다. 저진폭 음파는 귀 도관으로 들어가서 귀청(102)에 입사한다. 이 음파는 고막, 오시클즈(oscicles), 중이 클래프트(cleft) 및 중이의 다른 구성 요소를 포함하는 귀 구조에 의해 부분적으로 흡수되고 부분적으로 반사된다. 이들 구성 요소에서 반사된 음파의 진폭 및 위상은 사용된 테스트 주파수의 함수이고 귀 구조의 복잡한 음향 임피던스이다. 건강한 귀에서는 고막 및 중이에서 대략 극미한 반사가 기대된다. 또한, 중이의 복잡한 음향 임피던스는 중이 내의 상태, 특히 유체 등의 삼출, 중이 내에 존재하는 비정상적 압력이 있는 가의 여부에 매우 크게 의존한다. 정상 귀청의 진동은 대략 입사파의 절반을 흡수하므로, 선 (107)로 나타낸 약한 반사파가 발생된다. 마이크로폰(108)은 입사파(105), 반사파(107) 및 귀 구성 요소에서 반사된 파를 모두 수신하고, 그 결과 그 값 들의 벡터합이 얻어진다.

도 2는 횡좌표를 따라 주파수가 감소하게 도시된 몇가지 주파수의 스위프(sweep)에 걸쳐 벡터합을 도시하고 있다. 이 그래프는 귀상(ear phantom)을 측정하여 얻은 벡터합의 시간 영역 로우 데이터(time domain raw data)를 개략적으로 도시하고 있다. 상승 급변이 널로 하강하고 나서 다시 상승하는 것은 귀 또는 이 경우 귀상의 고막의 특정 공명 응답이다. 이 곡선의 엔벌로프는 음향 반사율의 측정값이 마련되도록 결정된다. 이 엔벌로프는 다수의 방식으로 결정될 수 있다. 도 2의 그래프에 대응하는 엔벌로프는 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 그래프에서, 엔벌로프의 값은 종축에 도시되고, 입사파의 파장은 횡축에 도시되어 있다. 이 그래프는 레코더를 갖는 모델 501 어쿼스틱 오토스코프에서 출력된 것과 유사하다. 널 포인트(111)은 이 엔벌로프에서 관찰된다. 도시한 스케일에서, 이 널의 레벨은 약 2.0 유닛에 있다.

도 4를 참조하면, 귀(100)이 삼출(110)을 갖도록 도시되어 있다. 중이 삼출은 중이 진동을 제한하여, 큰 반사파가 (109)로 나타낸 바와 같은 더 큰 진폭을 갖게 한다. 입사파(105)와 반사파(109)의 벡터합의 엔벌로프는 도 5A에 도시한 바와 같이 1/4 파장 포인트에서 널을 갖는다. 도 5A에서, 벡터합의 최대 반사율, 즉 벡터합의 최대 엔벌로프는 (112)로 나타낸 바와 같이, 상업적으로 이용가능한 모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 기본 시스템을 사용할 때 약 7.2 유닛이다. 이 예에서, 최저값 또는 최고 반사율을 갖는 포인트는 마이크로폰에서의 벡터합 신호의 엔벌로프의 모든 주파수에 걸처 최소값이다. 널 포인트에서 반사율은 모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 스케일로 5.0 유닛보다 클 때 일반적으로 중이 문제를 나타낸다.

본 발명에서, 곡선 상의 적어도 2개의 포인트에 의해 정해진 음향 반사율 곡선의 영역 형상은 귀 상태의 척도가 얻어지도록 전자적으로 측정되고, 이것은 음원과 고막 사이의 시선에 실질적으로 독립이다. 상기 척도는 곡선의 다른 영역 또는 전체 곡선의 널에 관하여 널의 한쪽 또는 양쪽에서 주파수 변화에 대한 음향 반사율의 변화율의 측정 기준일 수 있다. 널 주위의 영역은 널 직전의 포인트에 대하여 곡선이 현저한 음의 기울기를 가져서 널로의 입구를 정하는 곳과 널 다음의 곡선이 현저한 양의 기울기를 가져서 널의 출구를 정하는 곳이다. 널은 통상 귀의 공명 주파수 부근에서 발생한다. 이러한 측징의 중요성을 이하 설명한다.

고막에 입사하는 음파가 그의 1/4파와 일치하는 주파수에 접근할 때, 입사 음파와 합해진 반사된 음파의 진폭은 진폭 널에 접근한다. 일반적으로, 중이에 유체 또는 비정상적 압력이 없는 정상 전도성 귀청은 비교적 얕은 음향 널을 나타낸다. 그와 반대로, 귀내의 유체 또는 비정상적 압력은 더 강한 반사를 일으키므로, 음향 널이 더 깊어진다. 그러나, 이 널의 깊이는 귀청으로의 시선에 의존한다. 그러나, 널로의 이부와 널에서의 출구 사이의 음향 반사율의 변화율이 중이 유체 또는 압력을 갖는 귀에 대하여 건강한 귀 보다 더 가파르다는 것을 발견하였다. 또한, 시선 변경으로 인한 이러한 변화율의 차이가 삼출 또는 비정상적 압력의 징후에 영향을 덜 준다는 것을 발견하였다.

도 5B를 참조하면, 이 그래프는 삼출된 귀에 대하여 모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 통상의 출력을 도시하고 있다. 이 측정은 고막으로의 직선 시건을 갖는 노련한 사용자에 의해 이루어졌다. 그러나, 도 5C는 고의로 나쁜 시선을 갖고 동일한 귀에 대한 출력을 도시하고 있다. 마지막으로, 도 5D는 통상의 경험없는 사용자에의해 얻어진 것과 마찬가지인 동일한 귀에 대한 출력을 도시하고 있다. 도 5B 내지 도 5D에서 동일한 귀에 대한 출력의 진폭은 도 5C에서 모델 501 스케일에 따라 (114)로 나타낸 2.7부터(통상 정상으로 고려됨), 도 5D의 (115)로 나타낸 5.0을 거쳐 도 5B에 (113)으로 나타낸 7.6까지(통상, 심한 중이 삼출을 나타내는 것으로 고려됨) 변하고, 널(엔벌로프 형상의 척도로서 사용됨) 전후의 변화율, 즉 기울기는 비교적 변하지 않고 그대로 유지된다.

입사 음파에 의한 진동이 없는(즉, 건강한)귀청은 덜 깊은 널 뿐만 아니라 널 주위의 주파수에서 덜 가파른 기울기를 발생하므로, 스펙트럼 기울기가 더 작아진다. 억제되지 않은 움직임은 가까운 주파수에서 피크 널에 대하여 더 낮은 반사율값을 발생하므로, 명백하게 더 낮은 기울기가 발생된다.

귀청 움직임이 억제될 때(즉, 귀가 건강하지 못함), 널 주위의 기울기는 더 가파르게 된다. 음향 반사율이 고막의 복잡한 음향 임피던스와 관계되므로, 주파수 입력에 대한 그의 변화율의 측정 기준은 전기 회로의 ＂Q＂를 측정하는 것과 유사하다. 따라서, 귀청을 억제하는 것은 더 높은 음향 임피던스 및 더 날카로운 ＂Q＂의 원인으로 된다. ＂Q＂는 시선 제한으로 인한 에너지 입사량의 변동에 관계없이 주어진 임피던스에 대하여 비교적 일정하다.

이하, 본 발명에 따른 장치를 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 기계의 테스트 헤드의 단면도이다. 테스트 헤드(12)는 사운드 공동(sound cavity)(23)에 음장(sound field)을 만드는 트랜스듀서(21)을 포함한다. 캐비티(23) 내의 소리는 프로브(25)를 거쳐 귀 도관 (290) 부근으로 전달된다. 프로브는 깔때기 형상부(251) 및 임의의 선형부(252)를 갖는다. 임의의 선형부(252)의 치수는 테스트되는 통상의 건강한 귀 도관의 치수와 일치하도록 선택되는 것이 좋다. 이것에 의해 통상의 귀 도관 및 프로브 끝의 임피던스가 일치하게 된다. 소아의 귀인 경우, 브로브의 선형부(252)의 길이 A는 대략 1 cm인 것이 좋고, 동일한 부분의 내경 B는 대략 0.25 내지 0.75 cm 범위내에 있어야 한다. 마찬가지로, 프로브의 깔때기 형상부(251)의 측면을 따른 길이 C가 약 5 cm이고 사운드 공동과 접촉하는 프로브의 큰쪽 끝의 대략의 외경 D가 대략 7 cm일 때 양호한 결과가 얻어진다. 적절한 보정에 의해, 다른 출구 치수를 갖는 팁을 사용할 수 있다. 프로브 연장부는 귀 도관에 삽입될 필요가 없다. 실제로, 테스트 헤드 프로브 팁(27)과 귀 도관(290)으로의 입구 사이에는 좁은 갭(28)이 있다. 이 갭의 제어는 프로브 팁(27)의 끝에 부착된 스펀지 고무 스페이서(sponge rubber spacer)(도시하지 않음)에 의해 용이하게 될 수 있다.

테스트 헤드 내의 트랜스듀서(21)에 의해 발생된 입사 음파는 프로브(25)의 팁(27)에 있어서 테스트 헤드로부터 나와서 귀 도관(290)으로 들어간다. 그후, 입사파의 일부는 귀의 구조에 의해 반사된다. 건강한 귀로부터의 극미한 반사는 내부 프로브 팁 직경의 적절한 선택에 의해, 예를 들면 소아에 대하여 1.0 cm로 확대하는 것에 의해 억제될 수 있다.

반사파의 대부분은 팁(27)에 있어서 테스트 헤드의 속이 빈 선형부(252)로 들어간다. 마이크로폰(24)은 선형부(252)와 깔때기 형상부(251)의 연결부에 있어서 테스트 프로브(25) 내에 위치한다. 그 결과, 사실상 마이크로폰(24)는 이 점에서의 최종 음압(net sound pressure)을 측정하고, 이 최종 음압은 입사 신호와 반사 신호의 벡터합이다. 내부 소리 반사 및 테스트 헤드 내의 공명을 줄이기 위해, 사운드 공동(23)은 흡음재(acoustic absorbing materials)로 채우는 것이 좋다.

이상은 음향 반사계의 일반적 원리 및 음향 반사계에 사용되는 적당한 테스트 헤드를 설명하였고, 이하 본 발명을 실현하기에 적합한 전자 회로를 도 7 내지 도 12와 관련하여 설명한다. 본 발명에 따른 장치의 일반적 블록도는 그의 전기 및 기계 부품을 포함하여 도 7에 따라 설명될 것이다. 이 회로의 구성 요소는 표시 장치, 음향 트랜스듀서 및 마이크로폰을 제외하고 마이크로프로세서를 사용하여 구현될수 있다. 아날로그적 구현도 이루어질 수 있다. 도 7에서, 음성 톤 발생기(121)은 음성 발생기(120)을 포함하고, 음성 발생기는 음성 트랜스듀서(122)(도 6의 테스트 헤드 내의 트랜스듀서(21) 등)에 인가되는 전기 신호를 발생한다. 음성 트랜스듀서는 전기 신호에 응답하여, 저 레벨 음향 음파(도 1 및 도 4의 (105))를 발생하고, 이것은 외부 귀 도관에 인가된다. 음성 트랜스듀서(122)는 전자 이어폰, 전자기 이어폰 또는 다른 종류의 트래스듀서라도 좋다. 트랜스듀서는 고성능 사운드 헤드셋에 사용되는 것과 같은 소형 확성기라도 좋다.

입사 음파의 일부는 상술한 바와 같이 귀 구조에 의해 반사된다. 이들 반사파는 마이크로폰(도 6의 테스트 헤드의 마이크로폰(24) 등)에 의해 입사파와 더해진다. 마이크로폰은 콘덴서 마이크로폰, 정전형 마이크로폰 또는 다른 종류의 마이크로폰이라도 좋다. 마이크로폰에 의해 출력된 신호는 전압을 갖는 입사파와 반사 음파의 벡터합을 나타내고, 이것은 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이 반사파의 진폭에 역비례한다.

엔벌로프 검출기(124)는 마이크로폰에 의해 출력된 신호에 의해 표현된 벡터합을 전압에 의해 표현되는 엔벌로프 신호로 변환하고, 이것은 입사파의 주파수에 의해 변한다. 엔벌로프 검출기(124)는 피크값 엔벌로프 검출기, 실효치(root-mean square: RMS) 전압 검출기 또는 적절히 프로그램된 마이크로프로세서의 일부와 같은 아날로그-디지탈 변환기로서 구현될 수 있다. 다음에 더욱 상세히 설명되는 본 발명의 하나의 특징에 있어서, 엔벌로프는 벡터합의 주파수 스펙트럼에 관한 정보를 사용하여 검출된다. 그렇게 검출된 엔벌로프는 음향 반사율 곡선이라고 불리운다.

형상 분석기(126)은 음향 반사율 곡선의 영역 형상을 전자적으로 측정하여 귀 상태의 척도를 얻고, 이 척도는 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관하다. 이 정보는 전체 곡선 또는 곡선 영역 상의 또는 널의 양쪽에 있어서 널 주위의 주파수 변화에 대한 음향 반사율 변화율의 측정 기준을 포함하는 엔벌로프의 형상의 하나 이상의 측정 기준일 수 있다. 예를 들면, 이 측정 기준은 각도, 경사도 기울기, 폭 또는 상술한 방식으로 결정된 음향 반사율 곡선 형상의 다른 측정 기준이라도 좋다. 그후, 이 정보는 표시부(130)에 의해 적절한 형태로 표시된다.

도 7에서, 메모리(도시하지 않음)는 하나의 음향 반사율 곡선의 처리 결과를 저장하기 위해 추가될 수 있다. 그러한 메모리에 의해, 회로는 순차적으로 귀에 관한 다수의 테스트를 자동적으로 실행할 수 있도록 조작될 수 있다. 일련의 테스트의 최상의 결과는 유지되지만 나머지는 패기된다. 예를 들면, 최상의 결과는 가장 깊은 널값을 갖는 음향 반사율 곡선의 형상의 특정값으로 정해질 수 있다. 이 방식으로, 장치 사용자는 조금의 노력으로 최상의 결과를 얻으려고 시도할 수 있다.

이하, 도 8A 내지 도 8C를 참조하여 음성 발생기(120)을 더욱 상세히 설명한다. 음성 트랜스듀서(122)에 인가되는 음성 발생기(120)의 출력은 상이한 주파수 범위에 걸쳐 있는 일련의 사인파 스위프이다. 일반적으로, 스위프는 500 헤르쯔에서 약 20 킬로헤르쯔의 범위내에 있을 수 있다. 1 킬로헤르쯔에서 15 헤르쯔까지의 범위, 1.8 킬로헤르쯔에서 7 킬로헤르쯔까지의 범위, 1.8 킬로헤르쯔에서 4.4 킬로헤르쯔까지의 범위가 수용가능하다. 전체 스위프의 통상의 기간은 20 밀리초에서 약 10초까지의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 이들은 단지 예시만을 위한 것이다. 일반적으로, 중이에 의해 ＂종료되었을(terminated)＂ 때 귀 도관 ＂전송선(transmission line)＂의 하나 이상의 공명점을 커버하는 주파수 출력이 있어야 한다. 이들 점 들은 1/4 파장의 배수에서 규칙적으로 발생한다. 다음의 공명점은 즉, 1/4파, 1/2파, 3/4파 및 1 파장이 스크리닝 용도에 특히 유용하다는 것을 알았다. 정상적인 성인의 귀에 있어서, 이들 파장은 대략 3.5, 7, 10.5 및 14 킬로헤르쯔의 주파수에 대응한다.

도 8A에서, 음성 발생기(120)(도 6)은 램프 발생기(ramp generator)(140)에 의해 구현된다. 램프 발생기(140)은 램프 신호(141), 즉 단조 신호를 발생하고 이것은 전압 제어 발진기[voltage controlled oscillator: VCO(142)]를 구동한다. 램프 신호도 다음의 기술하는 바와 같이 엔벌로프 검출기(124) 및 표시부(130)에 의해 사용된다. VCO(142)는 램프 신호에 응답하여, 그 램프 신호에 의해 정해진 주파수 범위를 갖는 스위프된(swept) 사인파를 제공한다. 이 스위프된 사인파는 음성 트랜스듀서(122)에 인가된다.

도 8B는 연속 스위프 시스템으로 아날로그 기술을 사용하는 실시예의 음성 발생기(120)의 블록도이다. 스위프된 주파수 소스(31)은 선(312)상에 스위프된 주파수 출력을 제공한다. 스위프 신호 자체는 선(311) 상에 출력으로서 나타나서 엔벌로프 검출기(124) 및 표시부(130)을 제어하는 데 사용된다. 트랜스듀서로부터의 음압은 테스트 헤드에서 선(322)를 거쳐 감쇠기(32)로의 피드백에 의해 일정한 레벨로 유지된다. 이 실시예에서 전압 제어 감쇠기는 20 데시벨의 최대값으로 연속해서 조정될 수 있다. 그의 출력은 전력 증폭기(33)으로 제공되고, 이것은 음성 트랜스듀서를 구동한다.

도 8C의 실시예에서, 일련의 펄스 신호가 사용되고, 각 펄스는 주파수가 다르다. 도 8C와 관련하여 설명된 도면 부호에 대응하는 구성 요소 번호는 도 8B의 대응하여 번호가 매겨진 구성용소와 유사한 방식으로 기능한다. 그러나, 도 8C에 도시한 실시예에서, 테스트 헤드로의 신호는 펄스-스위프 발생기(51)에 의해 비롯된다. 이 펄스-스위프 발생기는 일련의 펄스를 제공하고, 펄스의 각각은 약 10 밀리초의 폭을 갖고, 약 100 헤르쯔의 펄스 반복율을 갖는다. 각 펄스는 상이한 중심 주파수를 갖고, 제1 펄스는 약 1.8 킬로헤르쯔의 주파수를 갖는다. 각각의 다음 펄스는 주어진 펄스열의 최종 펄스가 약 4.4 킬로헤르쯔의 주파수를 가질 때까지, 그의 이전 펄스보다 균형이 잡히게 더 높은 중심 주파수를 갖는다. 약 44개의 상이한 주파수의 펄스의 시퀀스가 적합하다. 완전한 스크리닝 측정은 이들 사인파 펄스의 0.5 초 길이 버스트에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 마이크로컨트롤러가 이산적 타임드 스텝(discretely timed steps)에 있어서 각 사인파 주파수에 대하여 수 사이클의 버스트를 합성한다. 펄스의 시퀀스는 신호 감쇠기(32)에 인가되고, 신호 감쇠기의 출력은 광대역 전력 증폭기(331)에 인가된다. 펄스 스위프 발생기에서의 트리거 출력 신호(313)은 표시부(130)에 의해 사용된다.

음성 발생기(120)의 이들 실시예가 단지 예시적인 것이라는 것을 알아야 한다. 다른 실시예들도 가능하다. 예를 들면, 다음에 기술하는 엔벌로프를 발생하는 주파수 영역 방법은 각각의 이산 주파수에서 개별 측정을 갖는 프로브 주파수의 순차적 발생을 요구하지 않는다. 대상 주파수 범위에 적절한 주파수 분포를 갖는 광대역 음향 여기(excitation)도 퓨리에 변환 및 다른 유사한 방법 등의 주파수 영역으로의 변환을 사용하여 양호한 주파수 영역 측정으로 될 수 있다. 화이트 노이즈 발생은 이러한 스펙트럼 에너지 분포를 달성할 수 있다.

이하, 엔벌로프 검출기(124)를 도 9A 내지 도 9C에 따라 더욱 상세히 설명한다. 도 9A에 도시한 실시예에서, 엔벌로프는 실효치-직류(RMS-DC) 변환에 의해 결정된다. 도 9A에서, 마이크로폰에서의 출력은 선(341)상에서 테스트 헤드(34)에서 전치 증폭기(35)를 거쳐 대역 통과 필터(36)으로 전달된다. 대역 통과 필터는 통상 약 500 헤르쯔에서 20 킬로헤르쯔까지의 신호를 통과시킨다. 대역 통과 필더(36)의 출력은 RMS-DC 변환기(371)에 입력되고, 상기 변환기는 각 입사 음파의 주파수에 대하여 마이프로폰에서의 벡터합 신호의 총 에너지의 측정 기준을 출력한다. RMS-DC 변환기(371)은 이 실시예에서, 도 8B의 스위프된 주파수 소스에서와 같은 스위프 출력 신호(311)에 의해 제어된다.

도 9B의 실시예는 피크 검출에 기초한다. 도 9B에서는 도 9A와 마찬가지로, 광대역 전치 증폭기(35)는 마이크로폰의 출력을 수신한다. 전치 증폭기의 출력은 대역 통과 필터(36)을 통과한다. 대역 통과 필터의 출력은 피크 검출기(372)에 입력되고, 이 검출기는 각 입사 음파의 주파수에 대하여 피크값을 추출하는 것에 의해 엔벌로프를 발생한다. 이 피크 검출기는 예를 들면 도 8C에 도시한 펄스 스위프 발생기(51)에서와 같은 트리거 출력 신호에 의해 제어된다. 이 실시예의 어려움 중 하나는 노이즈 과도 현상에 특히 민감하다는 것이다.

도 9C에 도시한 실시예는 엔벌로프를 결정하기 위해 벡터합의 주파수 영역 정보를 사용한다. 이 실시예는 음향 또는 그의 전기적 아날로그가 상이한 주파수의 일련의 사인파(퓨리에 급수)에 의해 표현되는 원리에 기초한다. 각 주파수는 그의 전체 진폭을 결정하는 관련 계수를 갖는다. 퓨리에 급수의 모든 계수를 합하는 것에 의해 원래의 파 형상이 재생된다. 제1 계수는 기본파 주파수에 대응한다. 순수 사인파의 더 높은 계수는 제로이다. 이 실시예에서, 음향 반사율 기계에 의해 발생되는 일련의 음파는 수 사이클의 일련의 사인파 버스트이고, 각 퍼스트는 주파수가 다르다. 각 버스트의 기본파 주파수를 알 때, 그 신호의 제1 계수는 기본파 주파수만을 나타낸다. 모든 다른 주파수는 무시될 수 있다.

기본파 주파수 이외의 모든 주파수를 무시하는 것에 의해, 수신된 벡터합 신호의 에너지는 기본파 주파수의 퓨리에 계수의 제곱의 합으로서 표현될 수 있다. 이들 계수는 벡터합 신호와 기본파 주파수의 사인 및 코사인 간의 곱이다. 따라서, 에너지는 다음의 식 (1)과 같이 정의 된다.

여기서, E_f는 입사 주파수 f의 에너지이고, V_x는 입사 주파수에서의 벡터합 전압이다. 합 기호는 이 적이 벡터합 신호의 사이클의 정수 번호에 걸쳐 벡터합 전압의 각 샘플에 대하여 산출되는 것을 나타낸다. 음파의 기본파 주파수의 에너지는 도 9C의 에너지 측정부(37)에 의해 측정된다. 에너지값 E_f의 제곱근은 기본파 주파수 만을 포함하는 신호 성분의 RMS값을 산출한다. 엔벌로프는 각 입사 주파수에 대한 RMS값에 의해 규정된다.

이 실시예의 효과중 하나는 수 사이클에 걸친 기본파 주파수에 대한 벡터합 신호의 에너지 측정이 외부 노이즈의 효과를 실질적으로 줄이고 그 주파수와 관련된 의미 있는 양에 관한 값을 제공하는 것이다. 따라서, 입사 주파수 각각에 있어서 측정된 에너지는 일련의 입사 음파에 응답하여 고막의 공명 특성의 비교적 노이즈가 없는 엔벌로프를 제공한다. 따라서, 그들의 주파수 내용이 측정되는 기본파 주파수에 있지 않으면, 우는 아이 및 실내 소음으로 인한 소리가 제거된다.

또한, 본 발명에서는 벡터합이 얻어지는 팁, 음향실, 트랜스듀서 및 마이크로폰을 포함하는 음향 시스템의 비이상성이 설명되도록 엔벌로프 검출기(124)에 의해 검출된 엔벌로프를 정규화하는 것이 유용하다. 이러한 정규화는 입사파가 옥외에 인가되면, 측정되는 반사율이 없다는 가정에 기초한다. 따라서, 벡터합 및 그의 엔벌로프의 최종 곡선은 평탄해야 한다. 그러나, 음향 시스템의 비이상성으로 인해, 최종 곡선은 일반적으로 평탄하지 않다.

예를 들면, 도 10C는 옥외에 인가될 때 연속 스위프 음성 톤 발생기를 사용하는 장치에 의해 얻어진 실제 벡터합을 도시하고 있다. 이 도면에서, 횡축은 증가하는 입사파의 주파수 또는 시간을 임의의 단위로 나타낸다. 종축은 마이크로폰에 의해 출력된 벡터합의 진폭을 임의의 단위로 나타낸다. 도 10D는 도 9C와 관련하여 설명된 방법을 사용하는 벡터합의 엔벌로프를 나타낸다. 이 도면에서, 횡축은 입사파의 증가하는 주파수 또는 시간을 임의의 단위로 나타낸다. 종축은 엔벌로프를 임의의 단위로 나타낸다. 도 10D에 도시한 엔벌로프에 불규칙성이 있다는 것을 알 수 있다.

도 10A는 실제 귀와 음향적으로 유사한 귀상, 즉 기계적 구조에서 얻은 벡터합을 도시하고 있다. 이 도면에서, 횡축은 입사파의 증가하는 주파수 또는 시간을 임의의 단위로 나타낸다. 종축은 마이크로폰에 의해 출력된 벡터합의 진폭을 임의의 단위로 나타낸다. 도 10B는 도 9C와 관련하여 설명된 방법을 사용하여 검출된 도 10A에 도시한 벡터합의 엔벌로프를 도시하는 그래프이다. 이 도면에서, 횡축은 입사파의 증가하는 주파수 또는 시간을 임의의 단위로 나타낸다. 종축은 엔벌로프의 크기를 임의의 단위로 나타낸다.

도 10B에 도시한 곡선의 형상을 분석하기 전에, 도 10D에서 밝혀진 것과 같은 음향 시스템의 불규칙성의 이해를 사용하여 도시된 엔벌로프를 정규화하는 것이 바람직하다. 따라서, (도 10D에서) 옥외에 인가된 음향 시스템에 대하여 데이터가 저장되는 각 주파수에 대하여, 각 주파수에 대한 엔벌로프값의 역수를 사용하여 주어진 귀에 대하여 얻어진 곡선(예를 들면, 도 10B)의 대응하는 주파수에서 엔벌로프값을 스케일한다.

이 정규화를 실행하는 회로는 도 11에 도시되어 있다. 엔벌로프 검출기(124)는 멀티플렉서(MUX) 또는 다른 선택기(123)에 인가되는 출력을 갖고, 이 출력은 선(123A)를 거쳐 인가되는 모드 선택 신호에 따라 제어된다. 정규화 모드라고 하는 제1 동작 모드에서, 장치는 외기로 소리를 전달하도록 명령되어, 엔벌로프 검출기의 출력은 MUX(123)을 거쳐 메모리(125)로 공급되고, 메모리에 저장된다. 측정 모드라고 하는 제2 동작 모드에서, 귀에 관한 측정이 실행될 때, 엔벌로프 검출기의 출력은 멀티플렉서(123)을 거쳐 스케일링부(127)에 인가된다. 귀에 인가되는 입사파의 각 주파수에 대하여, 그 주파수에서 엔벌로프의 값은 메모리(125)에 저장된 동일한 주파수에 대한 값의 역수에 의해 스케일링되어 정규화된 엔벌로프 출력이 제공된다. 그러한 예시적으로 정규화된 엔벌로프는 도 12에 도시되어 있다. 이 도면에서, 종축은 증가하는 주파수를 임의의 단위로 나타낸다. 종축은 엔벌로프의 크기를 임의의 단위로 나타낸다. 도 12의 곡선이 도 10B의 엔벌로프 보다 실질적으로 더 완만하는 것에 유의한다.

또 다른 디지털 신호 처리를 정규화된 엔벌로프에 실행하여 곡선 또는 그 곡선의 대상 영역에서의 노이즈를 줄일 수 있다. 예를 들면, 로우 패스 필터링을 예를 들면, 3단 필터를 사용하여, 널값 전에 음의 기울기를 갖는 영역에 대하여 실행할 수 있다. 널값 후에 양의 기울기를 갖는 영역도 예를 들면 5단 로우 패스 필터를 사용하여 필터링할 수 있다. 전체 곡선에 대한 정보는 널값에 대하여 불충분한 진폭이 얻어지면 폐기될 수 있다. 이들 및 다른 종류의 디지털 필터링을 실행해도 좋다. 예를 들면, 음향 반사율 엔벌로프는 각도 측정 및 파형 플로팅에 사용되도록 스케일될 수 있다. 이하, 적당한 형상 분석기(126)을 상세히 설명한다. 형상 분석기(126)은 음향 반사율 신호의 영역 형상을 전자적으로 측정한다. 영역의 수에 관심이 있다. 주된 관심 영역은 널 주위의 영역이다. 또한, 널의 입구에서 음의 기울기 부분도 중요하고 진단에 의해서 유용한 정보를 포함할 수 있다. 널 다음의 양의 기울기 및 공명 파형의 피크간 진폭도 유용하다. 파형 분석기(126)은 또한 최소 전압값을 검출하는 일종의 널 검출기를 사용하여 검출된 파형의 널의 위치 및 진폭을 검출한다.

도 13에서, 형상 분석기 검출기(126)은 널 전압을 결정하는 널 진폭 검출기(144)를 사용하여 구현된다. 널 전압은 전압 비교기(146)에 인가되고, 이 비교기는 오프셋 전압도 수신한다. 널 전압과 오프셋 전압의 조합은 다음에 설명하는 바와 같이 사용되도록 제어 신호를 (선 (146A)를 거쳐) 램프 발생기(140)으로 다시 제공하는 기능을 수행한다. 마찬가지로, 제어 신호는 다음에 기술하는 이유 때문에 적분기(148)에 인가된다. 벡터합도 마이크로폰(108)에서 적분기(148)에 인가될 수 있다.

이하, 램프 발생기(140), 전압 비교기(146) 및 적분기(148)의 동작 및 협동을 설명한다. 그들의 협동 동작은 상술한 적분법을 구현한다. 널 전압의 검출후, 널 전압 이상의 오프셋 전압이 결정된다. 램프 발생기는 하나의 추가 시간에 걸쳐 한 세트의 주파수를 거쳐 스위프가 허용된다. 마이크로폰의 출력 전압이 오프셋 전압과 맞을 때, 전압이 널 전압으로 감소하고 나서 오프셋 전압으로 백업됨에 따라 적분기(148)은 온되어 적분의 실행을 시작한다. 오프셋 전압의 두 번째 상승후 적분기의 출력 신호는 널의 각도에 비례하는 값을 제공한다. 이값은 전압 비교기(150)에 공급되고, 이 비교기는 그 각도가 하나 이상의 임계 각도보다 작은가 또는 큰가를 나타내는 출력을 제공한다. 이들 출력은 발광 다이오드(152) 및 (154) 등의 표시부에 인가된다.

경사도 또는 기울기를 포함하여 음향 반사율 곡선의 영역 형상을 측정하는 데는 몇가지 방식이 있다. 딥을 규정하는 영역의 형상은 딥 측면의 경사도 또는 기울기를 검사하는 것에 의해 또는 딥에 의해 규정된 각도를 측정하는 것에 의해 또는 딥의 폭을 측정하는 것에 의해 측정될 수 있다.

널 주위의 음향 반사율 곡선의 영역 형상을 측정하는 방법을 먼저 설명한다. 이들 방법은 예를 들면 볼트당 주파수에 대하여 널의 한쪽 선의 기울기를 측정하는 것과 관련되고, 마이크로폰에서 출력된 벡터합의 측정 기준은 전압이다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 널 형상의 측정은 곡선이 모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 레코더에 의해 프린트된 것처럼 음향 반사율 곡선의 널에 의해 형성된 각도의 측정값으로 제출된다. 이것을 달성하기 위해, 음향 반사율 곡선은 모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 스케일과 일치하도록 스케일된다. 그러한 스케일링을 실행하기 위해, 횡축에 표현될 각 주파수에 대하여, 횡축 상의 그의 실제 위치 L은 다음과 같이, 표시될 범위에서 제1 주파수 f₀에서의 그의 오프셋과 주파수 범위 f_r로 분할된 플롯의 폭, 예를 들면 84 mm의 적에 의해 결정된다

L = (f-f₀) * W/f_r

대응하는 반사율 값 R의 각각은 다음식에 따라 계산된다

R = A * H/A1800

여기서, A는 진폭이고, H는 플롯 높이, 예를 들면 40 mm이다. 이들 스케일링식은 모델 501 어쿼스틱 오토스코프를 단지 나타내는 것이다. 다른 스케일링식도 사용할 수 있다.

모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 표시 등의 적절한 기준 프레임으로 스케일된 값이면, 음향 반사율 곡선의 다른 영역 및 널 형상의 각도 또는 다른 측정값을 계산할 수 있다.

제1 방법은 주파수 경사도/진폭 기준을 수반한다. 먼저, 진폭값이 널 정점에 대하여 확립된다. 두 번째로, 진폭이 널값 이상의 기지 증가 전압값에 도달하는 널 각측의 위치에 대하여 주파수가 측정된다. 이 증가 전압은 통상 엔벌로프 검출기(124)(도 7)의 가능한 전압 출력 범위의 약 20%이다. 일반적으로, 이 증가 전압은 통상의 건강하지 못한 귀에 대하여, 널의 입구 다음이지만 널 포인트에 매우 밀접한 곡선에서 떠나기 전인 곡선 상의 포인트를 제공해야 한다. 예를 들면, 증가 전압은 모델 501 어쿼스틱 오토스코프에서 2개의 반사율값에 대응한다. 증가 전압은 널값에서의 전압에 비례하여 정규화 효과를 제공할 수도 있다. 이 전압에서의 주파수는 음성 발생기(120)(도 7) 또는 램프 발생기(140)(도 8A)의 출력을 샘플링하는 것에 의해 결정될 수 있다. 2개 주파수의 차이는 바라는 결과이다.

두 번째 방법은 주파수 증가 측정을 수반한다. 구체적으로, 널 정점의 주파수가 확립된다. 그후, 정점 주파수 이상의 기지 증가 주파수에서 상대적 진폭을 측정한다. 대응하는 상적 진폭은 정점 주파수 아래의 증가 주파수에 대하여 바련된다. 일반적으로, 통상의 건강하지 못한 귀에 대하여 증가 주파수는 널로의 입구 다음이지만 널 포인트에 매우 밀접한 곡선에서 떠나기 전인 곡선상의 포인트를 제공해야 한다. 증가 주파수는 일반적으로 10과 100 헤르쯔 사이에 있어야 한다. 상대적 진폭 및 대응하는 주파수의 벡터합은 소망 결과이다.

세 번째 방법은 통합 측정이라고 한다. 이 방법에 의하면, 널 정점의 진폭이 학립된 후, 주파수가 널 한쪽의 증가 전압 임계값에서 널 반대쪽의 동일 또는 유사한 값으로 스케일링된다. 증가 전압은 첫 번째 방법에서 사용된 것과 같을 수 있다. 전류 적분기는 2개의 임계값 사이에서 기동된다. 최종 적분된 전압은 상대적 수로서 사용된다. 또한, 음성 발생기(120)(도 7)의 출력 또는 램프 발생기(140)(도 8A)의 출력은 널의 반대쪽에서 샘플링될 수 있고, 그 차이도 소망 결과로서 사용될 수 있다.

또 다른 방법은 기울기 측정이라고 한다. 널 각도 정점의 주파수가 확립된 후, 그 각도의 한쪽 기울기는 곡선상의 다른 포인트에서의 전압 차이로 주파수 차이를 (또는 그 반대로) 분할함으로써 측정된다. 다른쪽의 기울기도 마찬가지로 측정된다. 기울기의 차이는 소망 결과로서 사용된다. 초월수의 함수를 사용하여 이 값에서의 도(degrees)로 각도를 결정할 수 있다. 예를 들면, 도 14A를 참조하면, 주파수 발생 및 널 전압 교정을 모두 아는 것에 의해 각도, 기울기 또는 경사도 측정을 허용할 수 있다. 널에서의 진폭값(V0) 및 대응 주파수(f0)는 메모리에 저장된다. 그후, 주어진 전압 오프셋에 대응하는 2개의 주파수는 f1 및 f2로서 측정된다. 도 14A를 참조하면, 각도 α₁= arctan[(f1-f0)/(V1-V0)] 그리고 α₂= arctan[(f0-f2)/(V0-V2)]이다. 그러면, 널 각도 α는 α₁과 α₂의 합이다. 음향 반사율 곡선을 나타내기 위해 사용되는 스케일이 모델 501 어쿼스틱 오토스코프의 표시에 사용된 것과 동일할 때, 그렇게 측정되는 각도는 모델 501의 표시부에 나타난 것과 같은 각도에 대응한다.

널의 형상을 측정하는 또 다른 방법은 퓨리에 변환 분석 또는 본 명세서에서 스펙트럼 기울기 측정이라고 하는 유사 변환 등의 주파수 영역 분석을 수반한다. 퓨리에 변환은 종래 시간 영역에 반하여 주파수 영역에서 전기 신호를 분석하는 수학적 방법이다. 벡터합의 엔벌로프가 도 9C와 관련하여 설명된 바와 같은 퓨리에 급수를 사용하여 발생될 때, 변환된 신호를 미분하는 것에 의해, 신호내 주파수 기울기의 직접 측정 기준이 발생된다. 널 양쪽의 가장 가파른 음 및 양의 기울기에 등하는 각도의 합은 널 주위의 각도의 직접 측정 기준을 제공한다. 특히, 도 14B에 도시한 바와 같이, 도시를 위하여, 점 A 및 점 B는 ＂a＂ 및 ＂b＂라고 하는 가장 가파른 기울기를 갖는 점으로 가정된다. 널의 형상을 규정하는 각도 α는 각도 α₁및 α₂의 합이다. 이 실시예에서는 도 14A와 반대로, α1 = ??/2-arctan(a) and α2 = ??/2-arctan(b)이다.

형상을 측정하는 다른 방법은 검출된 엔벌로프의 웨이브릿 분석(wavelit analysis)이다. 웨이브릿 분석은 엔벌로프에서 다수의 특징을 추출하기 위해 사용될 수 있다. 그렇게 얻어진 특징은 엔벌로프를 규정하도록 사용될 수 있으므로, 엔벌로프의 특유의 특징으로 된다. 이들 특징은 진단의 기준으로서 사용될 수 있다. 그러한 특징은 신경망 및/또는 기타의 패턴 인식 방법을 사용하여 여러 엔벌로프의 분류를 허용한다. 패턴 인식 방법도 엔벌로프에서 특징을 추출하기 위해 사용될 수 있다.

음향 반사율 곡선의 형상을 측정하는 것에 의해 얻은 정보를 가정할 때, 유망한 진단의 형태로 이 정보를 나타내어 출력하는 기계가 가능하다. 예를 들면, 도 18A에 도시한 바와 같이, 스크리닝 모듈(430)은 입력 형상 측정값과 임계값(432)를 비교하기 위해 사용될 수 있다. 이 비교의 결과는 ＂건강함＂ 또는 ＂건강하지 못함＂으로서 사용자에게 제출될 수 있다. 도 18B에 도시한 다른 가능한 구현은 얻어진 널 또는 반사율을 정정하기 위해 중량에 대항 각도 등의 형상 정보를 사용하는 것이다. 이 정정은 시선 차이로 인한 에러를 설명한다. 정정 모듈(434)는 각도 등의 형상 정보 및 널값을 수신하고 출력될 정정값을 계산한다. 도 18C는 스크리닝 모듈(430)과 정정 모듈(434)를 조합한 것이다.

이하, 정정 모듈(434)를 더욱 상세히 설명한다. 이 모듈은 수 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 수 많은 상이한 방식으로 정정을 실행할 수 있다. 측정된 각도에 의한 음향 반사율의 측정 기준의 정정(ACR)에 대한 적당한 함수의 대표적 형태는

ACR = (AR*N)/(M+각도)

이다. 여기서, AR은 음향 널에서의 음향 반사율, N은 선택된 상수 승수, M은 선택된 상수, Angle는 측정된 널 각도이다. 이 식은 다음에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, N을 200으로 설정하고 M을 118로 설정할 때, 82⁰의 각도에서 5.0의 중점 반사율에 있어서 적당한 임계값을 만든다. 이 함수의 파라미터의 선택은 주어진 임계값의 감도 및 특성이 최대화되도록 경험적으로 실행될 수 있다.

가중 함수를 구현하기 위해, 상술한 바와 같이 각도 및 반사율값이 이 식들 사용하여 입력될 때 정정된 값을 산출하기 위해 마이크로프로세서를 사용할 수 있다. 그러나, 상술한 정정 더하기 끝점 정정을 모두 실행하는 것은 불필요하게 복잡하게 만든다. 그러한 산출을 실시간으로 실행할 필요가 있는 마이크로프로세서의 복잡도는 기계의 비용 및 회로가 요구하는 전력을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 비용 효과적인 대안은 리드 온리 메모리 룩업 테이블을 사용하는 것으로, 그의 입력 어드레스는 두 개의 변수값, 기울기 및 반사율이고, 정정된 값은 그 입력 어드레스에 대응하는 리드 온리 메모리 내의 위치에 저장된다. 임의의 입력 어드레스가 주어질 때, 대응하는 가중값이 출력에 제공되어 표시되고 프린트된다.

본 발명은 비의료인에 의해 사용되는 스크리닝 기계에 특히 적합하다. 그러한 스크리닝 기계는 형상 측정을 위해 하나 이상의 임계값을 사용하여 ＂건강함＂, ＂계속 관찰＂ 또는 ＂조회＂ 등의 단순한 출력을 의사에게 제공한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 형상 측정값을 나타내는 각도에 대하여, 귀가 건강한 임계값 또는 적절한 컷 오프점은 약 95도이고, 여기서, 각도는 상술한 스펙트럼 기울기 방법을 사용하여 측정되는 것은 경험적으로 결정되었다. 도 15는 주어진 스페트럼 기울기 측정값을 갖고, 진단에 따라 함께 분류된 (498명 중의) 다수의 환자를 도시한 히스토그램, 즉 환자가 궁극적으로 중이염이 있다고 진단되었는 가 또는 그렇지않으면 건강하는 가의 여부를 설명한다. 사선이 쳐진 (160) 등의 막대기는 각각의 주어진 스펙트럼 기울기에 대하여, 스펙트럼 기울기 측정값을 가는 환자수를 나타내는 것으로 중이염이 있다고 진단된 것이다. 밑으로 줄이 쳐진 (161) 등의 막대기는 각각의 주어진 스펙트럼 기울기에 대하여, 스펙트럼 기울기 측정값을 갖는 환자수를 나타내는 것으로 건강한 귀를 갖는 다고 진단된 것이다. 절단점은 진단을 위한 임계값이 규정되도록 확립된다. 적당한 임계값은 환자가 높은 확률로 건강한 95도 및 환자가 높은 확률(약 90%)로 중이염을 갖는 75도이다. 75도와 95도 사이의 범위는 중이염이 발병할 가능성이 있어 감시가 요망되는 환자를 나타낸다. 75도 이하의 다른 임계값, 예를 들면 65도 및 55도 등도 진단의 가능성을 높이기 위해 사용할 수 있다. 이들 임계값은 감도와 특성이 동시에 최대화되도록 경험적으로 선택되었다.

도 16은 고막 종류에 따라 분류되고 측정된 스펙트럼 기울기에 의해 정정된 1393명의 환자의 귀에 대한 음향 반사율 측정에 기초한 히스토그램이다. 정정은 상술한 식을 사용하여 실행되었다. 이 도면에서, 곡선(133)은 고막형 A(674명 환자)에 대응하고, 곡선(131)은 고막형 C(462명 환자)에 대응하고, 곡선(132)는 고막형 b(257명 환자)에 대응한다. 5 보다 큰 음향 반사율 값이 정상 귀와 건강하지 못한 귀를 명확히 구별할 수 있는 것을 알 수 있다. 임계값으로의 이 값에 대하여, 0.94의 감도 및 0.97의 특성이 얻어졌다. 2개 이상의 임계값을 계속 하는 것도 효과적이다. 비의료인에 의해 사용되는 기계도 진단 기준으로서 이 정보를 사용할 수 있다.

도 17을 참조하면, 그 각도에 대한 전도성 청력 손실의 상관이 도시되어 있다. 도 17은 68명의 환자의 귀에 대한 임계값 보이스 음성메트릭 측정값과 음향 반사율 측정값의 각도에 기초한 스캐터그램이다. 이 도면에는 25 dB 이상의 음성측정 임계값을 갖는 모든 환자가 90도 이하의 널 각도 측정값을 갖는 것이 도시되어 있다. 이 데이터 세트에 대하여, 1.0의 감도가 얻어졌다. 따라서, 전도성 청력 손실의 가능성을 검출하는 비의료인에 의해 사용되는 기계도 만들 수 있다.

도 19를 참조하면, 진단용으로만 널값에 걸쳐 상술한 스펙트럼 기울기 측정값에 대한 시선에서 독립적인 것이 설명된다. 도 19의 데이터가 모아진 테스트에 있어서, 적어도 4개의 측정값을 각 귀에 대하여 취하였다. 스펙트럼 기울기 및 널값의 평균값을 취하고, 최대 및 최소값을 평균과 관련시켜 평균 이상, 평균 이하 및 전개값(spread value)을 얻는다. 전개값은 평균에서 최소와 최대 차이의 합이다. 전개값의 변화는 각 귀에 대하여 결정되고, 이것은 널값에서 스펙트럼 기울기 측정값으로의 전개값에 개선이 있는 것을 나타낸다.

칼럼 500에서 반사율값의 전개값이 커짐에 따라, 칼럼 502에서 스펙트럼 기울기 측정값의 전개값 개선도 커지는 것을 발견하였다. 이 개선은 스펙트럼 기울기 전개값에 대한 반사율 전개값의 평균 비율에 의해 규정된다. 즉, 비율, 즉 칼럼 502는 스펙트럼 기울기의 퍼센트 전개값으로 분할된 널값의 퍼센트 전개값이다. 50% 이상의 반사율 전개값을 갖는 귀에 대하여, 스펙트럼 기울기 측정값은 45.9 퍼센테이지 점에 의해 전개값을 개선하였고, 25.4 펴센테이지 점 개선은 30% 이상의 모든 반사율 전개값에 대하여 달성되었다. 따라서, 평균 개선은 30% 이상의 반사율 전개값에 대하여 1/3에 가깝다.

이하, 사용자에게 진단 출력을 제공하기 위해, 스펙트럼 기울기 측정값을 포함하여, 음향 반사율을 분석하여 형상 측정값을 얻는 기계의 실시예를 도 20A 내지 도 20D를 참조하여 설명한다. 이들 실시예는 단지 예시적인 것으로 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 다른 구성도 가능하고 진단하고자 하는 특정 상태, 예를 들면 중이염, 삼출, 청력 손실 또는 비정상적 압력 또는 다른 상태 및 사용자 예를 들면 의사, 훈련된 사람 또는 훈련되지 않은 사람에 좌우된다.

도 20A-도 20B는 본 발명에 따른 기계의 하나의 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예는 의사 및 다른 1차 진료 제공자 등의 훈련된 전문가에 의한 귀의 병리 상태 진단에 있어서 병원 또는 진료소 용도를 위한 진단 제품으로서 사용하고자 한다. 이장치는 배터리로 동작하는 것이 바람직하고, 전력 소비를 최소하기 위해 현대의 저전력 회로 및 전력 보호 기술을 사용한다. 예를 들면, 회로는 필요할 때만 사용하는 것이 바람직하고, 사용하지 않을 때는 시스템이 자동적으로 대기 모드로 된다.

이 실시예에서, 이 기계는 환자와 접촉하는 교환가능한 팁(402)가 있는 핸드 피스(hand piece)(400)을 갖는다. 핸드 피스의 형상은 어디에든 있는 오토스코프의 형상과 매우 닮게 한다. 디바운스드 측정 버튼(debounced measure button)(403)은 측정값이 얻어지도록 발진기에 의한 스위프를 개시하기 위해 마련된 것이다.

이 기계의 출력은 상업적으로 이용가능한 모델 501 어쿼스틱 오토스코프와 유사하지만, 곡선 형상의 측정값을 제공한다. 수치적 널값도 표시될 수 있고, 정정된 널값도 표시될 수 있다. 따라서, 핸드 헬드 기계는 그의 출력(412)에 문헌에 보고된 것과 같은 확립된 순서에 대응하는 상대 단위로 저전력 LCD 그래픽 표시부(418) 상에 음향 반사율 곡선(414) 및 수치 결과(416)을 표시한다. 모델 501 출력과 반대로, 전체 음향 반사율 곡선이 기계상에 그래프식으로 표시될 때 구 도관 길이 숫자를 도시할 필요가 없다.

후의 검색을 위해 데이터를 저장하는 추가 메모리(도시하지 않음)을 마련하는 것이 바람직할 수 있다. 충분한 메모리를 제공하는 것에의해, 다수의 측정된 데이터의 세트를 후의 플로팅을 위해 핸드 헬드 기계의 메모리에 저장할 수 있다. 메모리에 데이터를 저장 또는 그렇지않으면 액세스하기 위해 버튼을 제공할 수 있다. 예를 들면, 좌측 및 우측 귀 버튼(420 또는 422)를 제공할 수 있다. 이들 버튼은 후의 프린팅을 위해 최종 피크 데이터를 저장하는 메모리 위치로 널값을 향하게 하기 위해 사용될 수 있다. 테스트되는 귀는 프린트된 기록 상에서 좌측 또는 우측으로서 식별될 수 있다.

또 다른 기능으로서, 테스트되는 나이군을 선택하기 위해 2가지 이상 크기의 교환 가능한 팁 및 정규화 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들면, 좌측 및 우측 귀 버튼을 동시에 누르는 것에 의해 소아와 유아 팁 교정 사이의 토글이 발생될 수 있다. 유아 동작으로의 전환은 더 높은 스위프 주파수 범위 및 내부 회로 이득을 선택하고 유아 팁은 외관 도관 길이를 조정하고 음향 임피던스를 수정한다. 두 종류의 팁에 대한 정규화 데이터는 팁이 변경될 때마다 다시 정규화할 필요가 없도록 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 기계의 교정 상태는 예를 들면 플로트된 곡선 및 그래픽 표시 상에 대응하는 ＂C＂ 또는 ＂I＂를 표시하는 것에 의해 표시될 수 있다.

도 20C-도 20D는 본 발명에 따른 기계의 다를 실시예를 도시하고 있다. 그러한 기계는 소아의 진단 및 치료를 의뢰할 때를 결정하고 치료 섭생의 유효성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 스크리닝 기계는 비전문자에 의해 사용되는 저비용 대용량 스크리닝 기계이고자 한다. 이 스크리닝 기계의 주된 용도는 만성 중이 삼출(MEE) 또는 비정상적 압력에 대하여 6개월 이상의 소아를 스크리닝하기 위한 것이다. 이 장치는 교환가능한 배터리 또는 선택 재충전가능한 배터리를 갖는 저전력 독립형 배터리 동작 장치인 것이 바람직하다. 이것은 저전력 전자 회로 및 전력 보호 기술을 사용하여 전력 소비를 최소화한다. 예를 들면, 회로는 필요할 때만 사용하는 것이 바람직하고, 사용하지 않을 때는 시스템이 자동적으로 대기 모드로 된다.

바람직한실시예에서, 이 기계는 환자와 접촉하는 교환가능한 팁(402)가 있는 핸드 피스(hand piece)(400)을 갖는다. 핸드 피스의 형상은 어디에든 있는 오토스코프의 형상과 매우 닮게 한다. 디바운스드 측정 버튼(debounced measure button)(403)은 측정값이 얻어지도록 발진기에 의한 스위프가 발생되도록 사용자에 의해 눌려진다.

스크리닝을 목적으로, 그러한 기계의 출력은 2개의 발광 표시로 될 수 있다. 출력(404)는 색이 있는 빛으로서 표시된다. 녹색 LED(406)은 ＂액체가 존재하지 않음＂을 나타내고, 적색 LED(410)은 ＂액체가 존재함＂ 또는 다른 병리 상태를 나타낸다. 출력으로서 3개 이상의 발광체가 있는 스크리닝 장치를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 그러한 장치는 의사에게 문의되는 적색, 재 테스트 또는 계속적인 감시 실행을 제시하는 호박색 또는 황색, 및 액체가 존재하지 않음을 나타내는 적색의 발광체를 가질 수 있다. 그러한 장치에서는 70도 내지 90도 범위 내(예를 들면 75도)의 임계값과 80도 내지 100도 범위 내 예를 들면 약 95도의 임계값이 사용될 수 있다. 다른 병리 상태가 있는 것도 이 종류의 표시를 사용하여 나타낼 수 있다. 정정된 널값을 사용하여 임계값과 비교하여 마찬가지 출력을 제공할 수 있다.

도 20A-도 20D의 기계가 예시적인 것이라는 것을 이해해야 한다. 다른 기계도 본 발명에 따라 만들어져서 특정 사용자에게 지시되거나 또는 진단이 제공 또는 제안되게 할 수 있다.

이상으로 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 그 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims (24)

1. 고막을 갖는 귀의 음향 반사율을 분석하기 위한 장치로서, 다수의 주파수의 소리를 고막으로 직접 전달하고 귀의 구성 요소에 의해 반사된 소리를 검출하여, 형상을 갖는 측정 음향 반사율을 제공하는 음향 반사율 측정 시스템을 포함하는 장치에 있어서,

   상기 측정된 음향 반사율을 수신하도록 접속된 입력 및 상기 귀 상태의 척도를 제공하는 출력을 갖는 신호 형상 분석기를 더 포함하고,

   상기 신호 형상 분석기는 측정된 음향 반사율의 영역 형상을 전기적으로 측정하여 척도를 제공하고, 상기 척도는 음원에서 고막까지의 시선(line of sight)과 실질적으로 무관한 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호 형상 분석기는 주파수에 관하여 음향 반사율의 변화율을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정된 음향 반사율은 소정의 주파수 및 진폭에서 고막의 공명을 나타내는 널(null)을 갖고, 상기 신호 형상 분석기는 널 주위의 변화율을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음향 반사율 측정 시스템은

   각 입사 음파가 상이한 기본 주파수(fundamental frequency)를 갖는 다수의 입사 음파를 발생하는 음원;

   상기 음원에서의 음파 및 귀에 의해 반사된 음파를 수신하여 결합시키도록 위치 및 구성되며, 수신된 음파의 합을 나타내는 전기 신호를 발생하는 트랜스듀서; 및

   상기 측정된 음향 반사율을 제공하는 출력 및 상기 트랜스듀서로부터 전기 신호를 수신하도록 접속되는 엔벌로프 검출기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 엔벌로프 검출기는 입사 음파의 주파수에 대응하여 트랜스듀서로부터 전기 신호의 주파수 영역 성분을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 엔벌로프 검출기는 전기 신호를 나타내는 퓨리에 급수의 제1 계수에 대응하는 전기 신호의 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 신호 형상 분석기는 측정된 음향 반사율의 주파수 영역 성분의 변화율을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 주파수 영역 성분은 측정된 음향 반사율을 규정하는 퓨리에 급수의 제1 계수인 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 신호 형상 분석기는 널의 각 측면에서 측정 음향 반사율의 가장 가파른 기울기를 측정하고,

   상기 널의 각 측면에서 가장 가파른 기울기에 따라, 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관한 귀 상태의 척도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전자적으로 측정된 척도에만 기초하여 제시된 진단의 징후가 제공되도록 상기 신호 형상 분석기의 출력과 임계값을 비교하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 음향 반사율 측정 시스템은 옥외의 주파수 응답에 의해 검출 반사음을 스케일링하여 검출 반사음을 정규화하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 고막을 갖는 귀의 음향 반사율을 분석하기 위한 방법으로서, 음원에서 고막까지 소리를 직접 전달하고 반사음을 검출함으로써 다수의 주파수에 대하여 귀의 구성 요소의 음향 반사율을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 측정된 음향 반사율이 형상을 갖는 방법에 있어서,

    귀 상태의 척도를 제공하도록 측정 음향 반사율의 영역 형상을 전자적으로 측정하는 단계에서 상기 척도가 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관한 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 측정 단계는 주파수에 대하여 상기 음향 반사율의 변화율을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 측정된 음향 반사율은 소정의 주파수 및 진폭에서 상기 고막의 공명을 나타내는 널을 갖고, 상기 측정 단계는 널 주위의 변화율을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 음향 반사율을 측정하는 단계는

    각 입사 음파가 상이한 기본 주파수를 갖는 다수의 입사 음파를 발생하는 단계;

    상기 수신된 음파의 합을 나타내는 전기 신호를 발생하는 트랜스듀서에 의해 상기 음원으로부터의 음파 및 상기 음원으로부터 귀에 의해 반사된 음파를 수신 및 결합하는 단계; 및

    상기 측정된 음향 반사율을 제공하도록 상기 트랜스듀서로부터 전기 신호의 엔벌로프를 검출하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 엔벌로프를 검출하는 단계는 상기 입사 음파의 주파수에 대응하여 상기 트랜스듀서로부터 상기 전기 신호의 주파수 영역 성분을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 주파수 영역 성분을 결정하는 단계는 상기 전기 신호를 나타내는 퓨리에 급수의 제1 계수에 대응하는 전기 신호의 에너지를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 측정된 음향 반사율의 영역 형상을 측정하는 단계는 상기 측정된 음향 반사율의 주파수 영역 성분의 변화율을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 주파수 영역 성분은 상기 측정된 음향 반사율을 규정하는 퓨리에 급수의 제1 계수인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 전자적으로 측정하는 단계는

    상기 널의 각 측면에서 상기 측정 음향 반사율의 가장 가파른 기울기를 전자적으로 측정하는 단계;

    상기 널의 각 측면에서 가장 가파른 기울기에 따라 음원에서 고막까지의 시선과 실질적으로 무관한 귀 상태의 척도를 결정하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 전자적으로 측정된 척도에만 기초하여 제시된 진단의 징후를 제공하도록 상기 척도와 임계값을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 음향 반사율을 측정하는 단계는 옥외의 주파수 응답에 의해 상기 검출 반사음을 스케일링함으로써 상기 검출된 반사음을 정규화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 고막을 갖는 귀의 음향 반사율의 측정치를 얻기 위한 장치로서, 다수의 주파수의 성분을 포함하는 음파를 발생하고 상기 음파를 고막으로 직접 전달하기 위한 음원, 및 상기 음원에서의 음파 및 귀에서 반사된 음파를 수신하고 이 수신된 음파의 합을 나타내는 전기 신호를 발생하기 위한 트랜스듀서를 포함하는 장치에 있어서,

    상기 트랜스듀서로부터 상기 전기 신호를 수신하고 귀의 음향 반사율을 나타내는 상기 전기 신호의 엔벌로프의 척도로서 상기 입사파의 주파수에 대응하는 전기 신호의 적어도 하나의 주파수 영역 성분을 선택하기 위한 엔벌로프 검출기

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 고막을 갖는 귀의 음향 반사율의 측정치를 얻는 방법에 있어서,

    음원을 사용하여, 다수의 주파수의 성분을 포함하는 음파를 발생하고 그 음파를 상기 고막으로 직접 전달하는 단계;

    상기 음원에서의 음파 및 귀에서 반사된 음파를 수신하여 이 수신된 음파의 합을 나타내는 전기 신호를 발생하는 단계; 및

    귀의 음향 반사율을 나타내는 전기 신호의 엔벌로프의 척도로서 입사파의 주파수에 대응하는 전기 신호의 적어도 하나의 주파수 영역 성분을 선택하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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