JPS649562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、微小な体積流量の測定、特に１秒
当りナノリツトルのオーダーの体積流量の測定に
関する。

一般的な機能表現を用いれば、本発明は、この
目的のために、自由な場の状態、即ち測定を受け
ている流れに背圧を及ぼすことがないような場の
状態に近い状況で測定がなされ得るような超微小
入力インピーダンスを有する装置を提供する。こ
のような装置の最近の開発によれば、この装置が
種々の科学技術分野での種々の状況下での応用に
対して適していることを示している。しかしなが
ら、このような装置についての最初の着想及び初
期の開発は人間の鼓膜の変位の研究に関するもの
であつたので、この発明を主としてこれに関連し
て記述するのが適当且つ好都合である。

過去十年間の大部分に亘つて、聴覚機能障害の
診断及び研究については、普通、電気音響学的イ
ンピーダンスブリツジ器機を用いる音響学的イン
ピーダンス測定技術に依存していた。これらの技
術を臨床的に応用するには、例えば、中耳筋力組
織の反射機能をテストするのが普通である。この
例では、患者の外耳管の一つがインピーダンス測
定装置に密封的に連結され、それによつて反射作
用を引き起こす刺激を耳に与え、この反射作用
を、通常は耳管と連通する装置内の空洞と接続し
たマイクロフオンによつて、耳管内に結果として
生じる音響学的インピーダンスの変化から検出す
る。しかしながら、これらの技術は有用なデータ
を与えるけれども、実際上種々の限界がある。例
えば、鼓膜の反射作用で誘導される運動によつて
耳管内に生じる圧力変動は、鼓膜に背圧を及ぼ
し、反射作用に対する応答を変えることになり、
個々の鼓膜管体積が音響学的インピーダンス測定
の十分な判断のために知られていなければなら
ず、今問題にしている技術では本質的に不変状態
の測定必要とし、反射作用の遷移状態の測定には
不向きである。

音響学的インピーダンス測定技術は、反射活動
以外の生理学的現象の結果としての鼓膜運動によ
るインピーダンス変化を含むような他の状況にも
用いることができるが、これにもやはり上述した
ような限界がある。

この発明は、かかる限界を取り除こうとするも
ので、一般的には類似した装置を提供するが、し
かし、それは音響的圧力レベル変動よりも周囲の
圧力変化に応答するD.C.型式のマイクロフオンを
備え、さらに空洞と作動的に接続された基準ダイ
ヤフラムを備え、このダイヤフラムが、マイクロ
フオンに応答するサーボコントロールの下で動く
ことにより空洞内圧力を一定に維持するようにな
つている。

従つて、この発明の装置の作動は、次の通りで
ある。即ち、反射作用強度を持つ音響学的刺激又
は他のいくつかの活動を与えることで鼓膜の運動
を起こして、耳管／空洞空間の全体積の変動と、
それに関連する圧力変動の開始とを生じさせ、一
方、マイクロフオンがこの変動に応答して基準ダ
イヤフラムを制御して動かし、空洞圧力を一定に
保つような大きさの等しい反対の補償体積変位を
生じさせる。それゆえ、ダイヤフラムサーボコン
トロール信号は、鼓膜の体積変位の直接的測定を
与える。この測定の直接的利点は、この測定が、
自由な場の状態で効果的に得られ、個々の外耳管
の体積に関係することなく、また遷移状態に適し
た作動によつて得られることにある。さらに、鼓
膜の体積変位は、音響インピーダンスよりも機械
的条件において中耳機能に対して関連づけられ
る。本発明をより完全に理解するために一つの実
施例を添付図面を参照して以下に記述する。

第１図に示す実施例には、一般的に参照番号１
０でもつて示された空洞が設けられ、空洞１０は
ブロツク１２内に形成された相互連通孔１１によ
つて作られる。これら孔のうちの１つの一端は、
可撓管１３によつて、外耳管内に位置させること
が可能な耳シール１４と接続され、これによりこ
の耳シールと前記空洞とが連結される。前記孔の
他端にはその内部にマイクロフオン１５が連結さ
れ、このマイクロフオンは、ブロツクの外部にお
いて、増幅器１６ａ、サーボコントロール１６ｂ
及び駆動回路１６ｃを備えた作動回路１６によつ
て基準ダイヤフラム１７に接続され、この基準ダ
イヤフラムは別の孔の一端と作動可能に連結され
る。なお、他の孔には常閉弁１８が連結してあ
る。

操作については、上述の冒頭説明から明らかな
ように、好ましくは参照番号１９で示した拡声器
を用いて測定対象に対して音響的刺激が加えられ
る。この刺激が耳の機能活動を生じさせ、シール
１４が連結された耳の中の鼓膜の運動を引き起こ
す（Encyclopadeia of Medical Devices and
Instrumentation 1988.Vol1.P160〜163を参照）。
次いで、この運動によつて外耳管、シール１４及
び可撓管１３によつて形成された体積の変化が生
じ、これに伴う空気圧の変化をマイクロフオン１
５で検出する。作動回路１６はマイクロフオン１
５の出力に反応し、空気圧の変化を補償するよう
に、すなわち関連した体積が元の体積値に戻るよ
うに、ダイヤフラム１７を調節する。この操作が
マイクロフオンの出力及びサーボコントロール信
号に対して常に体積補償する仕方で続き、その結
果鼓膜の体積変位を直接測定することができる。

実際に、生理学上の他の測定形態及び測定領域
における信号と同様に、関心あるサーボコントロ
ール信号は、呼吸や心臓血管活動のような他の生
理学的プロセスや外部雑音源から生じるかなりの
量の雑音を伴う。さらに、反射閾値近くの筋肉活
動による信号は、それに伴う雑音で乱され得る。

このような状況では、本発明においては反復す
る事象から一連の類似した信号を得てこれらの一
連の信号を平均し重要な信号を雑音の中から抽出
するのが当を得ている。このような平均化する手
法を用いる基礎となるものは、雑音を含む全信号
の内の関心ある部分は相関させられて強められ、
その一方で雑音は、性質が比較的ランダムである
から、事象の数が増えた場合平均すればゼロに近
づく値となるであろうというところにある。この
ような手法は、関心ある信号それ自体は事象毎に
変わるけれども平均値や標準偏差は挙動をより代
表するものであるという事実を考慮に入れると、
どのような場合でも有益なものである。

この平均化処理機能及びその他の適当に設定さ
れた処理機能を、全体的に参照番号２０で示した
適当なコンピユータ装置に組み込んでもよい。こ
のコンピユータ装置が同時に、刺激発生信号を所
望の順序で拡声器１９に対して供給するのが都合
がよい。第１図で、コンピユータ２０は、音響的
刺激発生器２０ａ、平均化回路２０ｂ及び記録・
出力表示装置２０ｃを備えている。

関発初期においては、この発明は、汎用ハイブ
リツド電子計算機に関連して用いられてきたが、
その後の開発によつて適当なマイクロプロセツサ
を用いるようになつた。また、現在開発したもの
では、被検査者の耳シール１４の適用側とは反対
側の耳に対しては刺激発生拡声器をヘツドフオン
の形で用いる。しかし、空洞１０と作動的に接続
した補聴器型の小型拡声器を用いるような特に同
側性の機器を他の刺激機器として採用することも
できる。

第１図の他の構成要素を見るに、耳シール１４
は扱いやすさや大きさの変化に対して耳管係合部
分を容易に交換できるものであればどのような既
知のものでもよい。マイクロフオン１５は、可聴
周波数から低周波までの帯域に広がる応答を持
つ、例えば航空機から出る衝撃波測定用に普通に
用いられるものが好ましく、Ｂ＆Ｋタイプ
2631D.C.マイクロフオンとキヤリア出力システム
が用いられる。基準ダイヤフラム１７はヘツドフ
オンによるのが適切であり、現在開発中のもので
はTDH39が用いられ、それは±５マイクロリツ
ターの体積変位補償能力を備える。弁１８は、刺
激を与える前に耳シールをまず配置した時、及び
刺激を与えるのが終了した後で耳シールを取り外
す前に、耳管／空洞空間を大気に連通することの
できるものであればどのようなものでもよい。

これまで開発された発明における別の重要な特
徴は、この装置の患者に対する支持方法である。
この支持方法は、第２図に示してあるが、ブーム
２２の一端から吊り下げたヘルメツト２１を使用
し、このブーム２２は他端に釣合い錘り２８を持
ち、ブームの中央点で自在継手２４を介してスタ
ンド２５に支持される。ヘルメツトは、その一方
側に空洞、マイクロフオン；基準ダイヤフラム及
び弁を持ち、このとき耳シールと相互連結管とが
そこから垂下して耳のそばに位置している。拡声
器は、他方の耳のそばに位置するヘツドフオンの
形として、ヘルメツトの他側から調節可能に吊り
下げてある。ヘルメツトの左右反対側にある装置
の各構成要素は相互に交換可能に接続され、この
ため一方又は両方の耳を検査することができる。

釣合い錘りは調節可能であり、従つてこのヘル
メツトは、それに組合わされた装置のために不当
に重く感じることなく、患者の頭にしつかりと座
着するのに充分な重さとなる。こうすることによ
つて、患者もある程度頭を動かすことができる。
患者は検査中に動かないように注意されるが、物
理的に頭が拘束された感じがなくリラツクスでき
る。このことで、検査結果が無効となるような反
応を引き起す過度の緊張を避けることができる。

第３図及び第４図は図示の実施例を用いて得ら
れた鼓膜の体積変位の測定結果の例である。これ
らのグラフはそれぞれ異なつた患者の測定結果で
あつて、両患者とも周波数1000Hz、各関連する患
者の反射閾値より10dB高い強度の音響刺激を600
ｍｓ巾のパルスとして20回続けて与えた。図示の
結果は、各刺激の開始ののち１秒間記録した信号
の平均値をナノリツトル（ｎ）の単位で示した
もので、標準偏差が、実線のグラフを縁取る破線
のグラフとして示してあり、刺激終了を示す線が
縦の破線で示してある。

この発明は、上記のとおり聴覚機能障害の診断
のための装置に関して記載したが、冒頭で言及し
たように他のものにも応用することができる。こ
の装置自身は、ほんの少し変更するだけで、閉鎖
系内のガスの発生や吸収の測定、及び膜や毛細管
を通る流体流量の測定に用いることができる。ま
た、直線変位測定のための二次トランスデユーサ
としても用いることができる。この二次トランス
デユーサの場合、及び上記流量測定の場合も、流
体が空洞とは又は少なくともマイクロフオンやダ
イヤフラムとは非接触であることが必要な液体又
はその他の形態であるとき、研究の対象となつて
いる運動又は体積変化は、管１３へ接続する孔１
１を適宜シールするプランジヤによつて空洞に伝
達される。このような装置は、100オングストロ
ーム以上の分析度が可能な非電気的直線変位トラ
ンスデユーサとなる。このトランスデユーサの感
度はプランジヤの断面積を変更することによつて
容易に変更できる。

また、別の応用例では、ダイヤフラムの最大変
位によつて表わされる以上の大きな体積を測定す
ることが望まれる。このことは、空洞を弁１８を
介して外気と連通することによつてダイヤフラム
をその既知位置に断続的にリセツトすることによ
つてある状況の下で達成でき、これは、電子計算
機１９によつて制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による一実施例の概略図。
第２図は、第１図々示のものを用いる装置の概略
図。第３図及び第４図は、第１図と２図の装置で
得られた測定結果の例を示すグラフ。 １０……空洞、１５……マイクロフオン、１７
……基準ダイヤフラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定すべき可変体積部と作動的に連通可能な
   空洞を形成する手段と、前記空洞に接続されて前
   記体積部の変化に基づく前記空洞内の流体圧力変
   化に応答する直流マイクロフオンと、前記空洞に
   作動的に接続された調節可能なダイヤフラムと、
   前記マイクロフオンとダイヤフラムとの間に作動
   的に接続されて前記マイクロフオンの出力に応答
   して前記ダイヤフラムを調節するサーボコントロ
   ールと、前記サーボコントロールに接続されて前
   記ダイヤフラムの調節を表す信号を出力する手段
   と、を備えたことを特徴とする体積流量測定装
   置。 ２ 前記空洞を外気に開放する弁を有する特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ３ 可撓管によつて前記空洞と接続し、前記可変
   体積部としての外耳管を前記空洞と連通する耳シ
   ールを有する特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 前記空洞構成手段、マイクロフオン、ダイヤ
   フラムを支持するヘルメツト等の頭部装着構造体
   からなり、前記可撓管と耳シールが該ヘルメツト
   等から自由な状態で垂下している特許請求の範囲
   第３項記載の装置。 ５ 前記頭部装着構造体は、さらにヘツドフオン
   型の拡声器を備える特許請求の範囲第４項記載の
   装置。 ６ 前記頭部装着構造体は、該構造体に備えた他
   の要素の位置とは反対側に前記拡声器を有し、こ
   の拡声器とその他の要素とが相互に交換自由であ
   る特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 前記頭部装着構造体は、ブームの一端で吊り
   下げられ、該ブームの他端に釣合い錘りを設けて
   ある特許請求の範囲第４項乃至第６項のうちいず
   れか１項に記載の装置。 ８ 前記空洞と前記可変容積との間に可動かつシ
   ール自在に配置したプランジヤを有する特許請求
   の範囲第１項記載の装置。