(57)【要約】鼓膜に隣接する流体の特性評価のためのＯＣＴ装置および方法は、測定経路および基準経路を有する、スプリッタに結合される、低コヒーレンス源を有する。基準経路は、長さに関して時間的に変調され、基準経路および測定経路から組み合わせられた信号は、検出器に印加される。検出器は、随意の励起源が鼓膜に印加されると、応答の幅および時間変動を検査し、応答の幅および時間変動は、測定されている鼓膜に隣接する流体の粘度を示す、メトリックを形成する。
2019520185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射膜に隣接する流体の特性評価のための方法であって、前記方法は、
低コヒーレント光学源を第１のスプリッタに提供することであって、光学エネルギーの一部は、測定経路に指向され、前記光学エネルギーの一部は、基準経路に指向され、
前記基準経路は、時間的に変調された長さを有し、それによって、周期的間隔にわたって基準経路長を変化させ、
前記測定経路は、特性評価されるべき反射膜を含み、前記基準経路は、前記測定経路と実質的に等しい長さを有し、前記基準経路はまた、光学エネルギーを反射させるための反射体を有する、ことと、
前記測定経路から反射された光学エネルギーと、前記基準経路から反射された光学エネルギーを総和し、前記総和された光学エネルギーを検出器に印加することであって、
前記検出器は、基準経路変調器に対する検出器ピーク応答をコントローラに提供し、
前記コントローラは、検出器応答のペデスタル幅および前記検出器ピーク応答の到着時間を検査する、ことと、
現在のピーク検出器応答と前のピーク検出器応答とを比較することと、
鼓膜メトリックを現在のピーク検出器応答および前のピーク検出器応答から形成することであって、前記鼓膜メトリックは、前記ペデスタル幅が増加されると増加し、前記鼓膜メトリックは、前記検出器ピークの到着時間の変動が減少すると増加する、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記基準経路および前記測定経路は、完全反射ミラーおよび部分反射ミラーによって形成される自由空間光学経路である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準経路および前記測定経路は、導波管によって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基準経路および前記測定経路は、光ファイバによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
低コヒーレンス源は、発光ダイオードである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記検出器は、光学／電気コンバータである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記検出器は、複数の波長特有の出力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記時間的に変調された長さは、ミラーに結合される音声コイルアクチュエータを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記時間的に変調された長さは、ＰＺＴアクティブ化式変調器である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の波長特有の出力は、検出器応答とテンプレートメモリ内に保存された種々の材料タイプの波長応答との比較のために、前記テンプレートメモリに結合される、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記テンプレートメモリ材料タイプのうちの少なくとも１つは、耳垢に関する反射応答である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記耳垢の検出は、ユーザに対し、耳垢検出のインジケーションを発生させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
鼓膜の測定のためのデバイスであって、前記デバイスは、
低コヒーレンス光学出力を発生させる光学源と、
第１のスプリッタおよび第２のスプリッタであって、各スプリッタは、コンバイナポート、第１のポート、および第２のポートを有し、各スプリッタは、電力を、前記第１のポートから前記コンバイナポートに、そして前記コンバイナポートから前記第２のポートに結合し、
前記光学源は、前記第１のスプリッタの第１のポートに結合され、
第１のスプリッタのコンバイナポートは、前記第２のスプリッタのコンバイナポートに結合され、
前記第２のスプリッタの第１のポートは、光学エネルギーを、外部光学ポートに、そして特性評価されるべき膜に結合し、前記特性評価されるべき膜から前記第２のスプリッタの第１のポートまでの光学距離は、測定長であり、
前記第２のスプリッタの第２のポートは、測定光学長を中心として変調された光学長を有する光学基準経路に結合され、
それによって、前記外部光学ポートから反射された光学エネルギーは、前記第２のスプリッタのコンバイナポートを通して、前記第１のスプリッタのコンバイナポート、前記第１のスプリッタの第２のポート、および検出器に指向される、スプリッタと、
信号を前記検出器から受信し、現在の検出器応答と前の検出器応答とを比較し、反射メトリックを形成する、コントローラと
を有する、デバイス。
【請求項１４】
低コヒーレンス源は、発光ダイオードである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記検出器は、ブロードバンド検出器である、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記検出器は、複数の出力を有し、各出力は、一意の波長範囲に応答する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第１のスプリッタおよび第２のスプリッタは、部分反射ミラーである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１のスプリッタおよび第２のスプリッタは、光ファイバである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記コントローラは、検出器応答幅、ペデスタル幅、または反射された波長プロファイルのうちの少なくとも１つに基づいて、滲出メトリックを形成する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記基準経路の光学長は、ミラーに結合される電圧または電流が制御されるアクチュエータを使用して変調される、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記基準経路の光学長は、光ファイバに結合されるＰＺＴアクチュエータを使用して、変調される、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ブロードバンド検出器である複数の検出器は、複数の検出器応答と既知の生物学的材料との比較のためのテンプレートメモリを含む、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項２３】
テンプレートメモリ検出器応答のうちの少なくとも１つは、耳垢、健康な鼓膜、炎症を起こした鼓膜、細菌流体、滲出流体、または粘着流体である、請求項２２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）に関する。特に、本デバイスは、中耳炎（ＯＭ）の診断において使用するためのＯＣＴに関する。
【背景技術】
【０００２】
中耳炎は、鼓膜に影響を及ぼす組織炎症および流体圧力を伴う、内耳の一般的疾患である。中耳炎は、概して、治療を伴わずに消散する、ウイルス性感染症、または進行し、聴覚喪失もしくは他の有害かつ不可逆的影響を引き起こし得る、細菌性感染によって生じ得る。残念ながら、現在利用可能な診断デバイスを使用して、ウイルスまたは細菌性感染を区別することは困難であって、２つの根本的感染症のための治療方法は、全く異なる。細菌性感染に関して、抗生物質が、治療選択肢である一方、ウイルス性感染症に関して、感染症は、自己消散する傾向にあって、抗生物質は、非効果的であるだけではなく、抗生物質抵抗をもたらし得、後続細菌性感染を治療する際にあまり効果的ではないものにするであろう。
【０００３】
内耳感染症のための決定的診断ツールは、侵襲性手技である、鼓膜切開術であって、滲出物中の感染因子を識別するために、鼓膜の切開、流体の抜去、および顕微鏡下での滲出流体の検査を伴う。本手技からの合併症のため、それは深刻な症例においてのみ使用される。これは、ウイルス性感染症のための抗生物質の処方が、細菌中の抗生物質抵抗の発展を担っていると考えられ、これが、後の人生においてより深刻な結果をもたらし得、有効な結果が伴わない場合、抗生物質を用いたウイルス感染因子の治療が、非効果的であるため、医療施術者にとってジレンマを提示する。中耳炎の診断のための改良された診断ツールが、所望される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（本発明の目的）
本発明の第１の目的は、鼓膜に隣接する流体タイプの識別のための非侵襲性医療デバイスである。
【０００５】
本発明の第２の目的は、鼓膜に隣接する流体の識別のための方法である。
【０００６】
本発明の第３の目的は、鼓膜に隣接する薄膜特性の識別のために光コヒーレンス断層撮影を実施するための方法である。
【０００７】
本発明の第４の目的は、鼓膜に隣接する流体特性の識別のために光コヒーレンス断層撮影を実施するための装置である。
【０００８】
本発明の第５の目的は、圧力励起源を鼓膜に結合することによって、鼓膜および隣接する材料の特性評価のための装置および方法であって、鼓膜は、低コヒーレンスを有する光学源によって、測定経路を通して照明され、低コヒーレント光学源はまた、基準経路およびミラーに結合され、ミラーからの反射および鼓膜からの反射は、総和され、検出器に提示され、基準経路長は、鼓膜を含む範囲にわたって変調され、検出器は、それによって、十分に高率における基準経路長の変調が、圧力励起に応答して、鼓膜位置の推定を可能にし、それによって、鼓膜および隣接する流体の特性評価を提供するように、反射された光学エネルギーを、測定経路を通して鼓膜から、また、基準経路を通してミラーから受信する。
【０００９】
本発明の第６の目的は、測定経路および基準経路を有する、光コヒーレンス断層撮影システムであって、基準経路は、長さにおいて変調され、測定経路および基準経路は、光学スプリッタを通して、低コヒーレンスを有する光学源に結合され、基準光学経路から反射された光学エネルギーおよび測定光学経路から反射された光学エネルギーは、総和され、波長スプリッタに、その後、複数の検出器に提供され、低コヒーレンス光学源の波長スペクトル内の波長のサブ範囲毎に、１つの検出器があって、複数の検出器は、波長特性によって、少なくとも２つの異なる反射材料に関する検出器応答を区別する、コントローラに結合される。
（発明の概要）
【００１０】
光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）デバイスは、第１のスプリッタを通して、その後、第２のスプリッタに結合される、光学エネルギーを発生させる低コヒーレンス光学源を有し、第２のスプリッタは、鼓膜への測定光学経路と、また、光学エネルギーを第１のスプリッタに返す、反射体への基準光学経路とを有し、反射された光学エネルギーは、測定光学経路から反射された光学エネルギーに追加される。組み合わせられた反射された光学エネルギーは、次いで、第１のスプリッタに提供され、これは、光学エネルギーを検出器に指向する。反射体は、測定光学経路および基準光学経路の経路長が等しいとき、検出器が、特定の測定経路深度からの光学強度と、随意に、一連の光学スペクトル密度とを提示するように、基準光学経路の軸に沿って変位して空間的に変調される。デバイスが、測定経路が外耳道の中に指向された状態で位置付けられ、基準光学経路の軸に沿った反射体の場所の平行移動を通して、基準光学経路長を変動させることによって、光学エネルギーを鼓膜に指向すると、鼓膜の光学特性およびスペクトル特性の測定が、実施され得る。加えて、外部圧力励起が、印加され、ＯＣＴ測定の間、鼓膜のインパルスまたは定常状態の周期的励起を提供し、ピーク応答およびピーク応答の関連付けられた時間が、識別され得る。鼓膜の時間的特性および位置変位が、その後、検査され、外部圧力励起に対する鼓膜応答を決定することができる。ＯＣＴ検出器データからの鼓膜応答の評価が、続いて、特定の粘度または生物膜特性と相関され得る。時間的特性の検査によって、鼓膜に隣接する流体の粘度の推定値が、決定され、粘度が、続いて、治療可能細菌性感染の可能性と相関され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、光コヒーレンス断層撮影特性評価システムのブロック図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、機械的アクチュエータ変位対アクチュエータ電圧のプロットを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、アクチュエータ電圧または電流によって制御されるにつれた基準経路長のプロットを経時的に示す。
【図３】図３は、鼓膜の検査に使用するための光コヒーレンス断層撮影特性評価システムのためのブロック図を示す。
【図４】図４は、多色性検出器を示す。
【図５】図５Ａは、基準長の変調のための例示的励起波形のプロットを示す。図５Ｂは、ＯＭＥ等からの流体に隣接する鼓膜に関する検出器信号および正常鼓膜に関する検出器信号を示す。
【図６】図６は、鼓膜の測定のための光学導波管システムを示す。
【図７】図７は、励起源を伴う、鼓膜の測定のための光学導波管システムを示す。
【図８Ａ】図８Ａは、反射された応答信号を伴う、変形可能表面または膜に印加される正弦波励起に関するプロットを示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、変形可能表面または膜に印加されるステップ励起およびステップ励起に対する応答に関するプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例による、光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）デバイスのためのブロック図を示す。１つの図面に現れる各参照番号は、異なる図面に提示されるとき、同一機能を有すると理解される。コリメートされた出力を伴う、ブロードバンド発光ダイオード（ＬＥＤ）等の低コヒーレンス源１０２は、光学エネルギーを経路１０４に沿って第１の光学スプリッタ１０６へと発生させ、光学エネルギーは、第２の光学スプリッタ１０８まで継続し、そこで光学エネルギーは、測定光学経路１１８および基準光学経路１１２に分割し、これは、第２のスプリッタ１０８から、ミラー１１０へ、そして経路長変調器１１４への区画を含む。測定光学経路１１８内の光学エネルギーは、鼓膜１２０と相互作用し、反射された光学エネルギーは、経路１１８を介して、検出器に逆伝搬し、そこでミラー１１０およびスプリッタ１０８から反射された基準光学経路１１２からの光学エネルギーによって結合され、組み合わせられた反射された光学エネルギーは、第１のスプリッタ１０６に、その後、ミラー１０５に、そして経路１２２を介して、検出器１２４に伝搬する。検出器１２４は、経路１２２上の検出された光学エネルギーの強度に対応する電気信号を発生させ、これは、鼓膜から反射された光学エネルギーのための経路長が、基準光学経路と正確に同一長であるとき、定常状態最大値であって、基準光学経路長が、経路長変調器１１４を経時的に作動させる等によって、ある範囲にわたって掃引される場合、一時的最大値である。各タイプの反射膜は、特性検出器信号を生じるであろう。例えば、基準経路長が、健康な鼓膜等の薄い膜境界を通して横断するにつれて、単一ピークが、鼓膜の単一反射領域に対応する結果となるであろう。基準経路長が、１つの低粘度感染性滲出物を含有するもの等の流体耳を通る場合、鼓膜反射の初期ピークは、続いて、反射された信号の光学減衰から降下する振幅を伴う、延長反射の領域を発生させるであろう。基準経路長が、細菌性感染を伴う鼓膜を通して横断する場合、細菌薄膜が、鼓膜の反対表面上に存在し得、これは、より大きい軸方向反射範囲を生じ、その後、高散乱係数および対応する増加された減衰を示す、ペデスタルが続き得る。加えて、鼓膜の背後の３つのタイプの流体粘度（空気対薄い流体対濃い流体）は、鼓膜上で発生された圧力励起に対して異なるように応答するであろう。故に、基準光学経路長および随意に鼓膜に隣接する圧力を変調させ、検出器出力信号の性質および励起圧力に対する応答を検査し、鼓膜に隣接する流体の有無、鼓膜に隣接する細菌等の生物膜の有無、および鼓膜に隣接する流体の粘度を決定することが可能であって、全て、検出器出力に提示されるような測定光学経路上の鼓膜の移動から生じる。
【００１３】
本発明の一実施例では、経路長変調器１１４は、特性評価されるべき鼓膜１１５の移動の領域に対応する、図１の１２６ａから１２６ｄまでの測定経路長に対応する距離だけ、基準経路長を変動させる。変調器１１４が、基準経路長を増加させるにつれて、検出器に送達される信号は、領域１２６ｄにより近くなり、変調器１１４が、基準経路長の距離を減少させるとき、検出器に送達される領域信号は、領域１２６ａ内にある。
【００１４】
図２Ａは、アクチュエータ電圧または電流と経路長変調器１１４の軸方向変位との間の例示的関係を示し、これは、ミラー１１４に結合され、１１２の光学軸を中心としてミラーを変調させる、音声コイルアクチュエータのための音声コイルドライバであり得る、機械的ドライバ回路１１６によって駆動される。ドライバおよび経路長変調器１１４のタイプは、経路長変調器１１４を変位させるためのエネルギーが、移動するミラーの場合のように、経路長変調器１１４の質量に関連するため、変位変調の最高周波数に依存する。ミラーおよびアクチュエータは、より低い反射体質量および対応してより高速のミラー応答のための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）であってもよい。ミラーの使用に限定されず、種々の他の経路長変調器を利用することが可能であり得る。
【００１５】
図２Ｂは、アクチュエータ電圧を段階的様式で発生させる、コントローラ１１７を示し、アクチュエータは、各深度において一時的に停止する。例えば、増加されるアクチュエータ駆動が、Ｔ１からＴ２までのより長い基準経路長をもたらす場合、アクチュエータ電圧は、図１の変位位置１２６ａに対応する２０２ａであり得、他の電圧２０２ｂ、２０２ｃ、および２０２ｄは、それぞれ、１２６ｂ、１２６ｃ、および１２６ｄの鼓膜に隣接する位置に対応し得る。
【００１６】
図３は、単一測定出力を提供するように配列される要素を伴う、例示的ＯＣＴ鼓膜特性評価システム３０２を示す。自由空間光学（光ファイバ等の導波管内に閉じ込められない、光学エネルギー）の場合、図１および３のシステムスプリッタおよびコンバイナは、部分反射ミラーである。図３に示される主要要素は、図１の同一機能要素に対応する。基準光学経路の再配列によって、システムの要素は、示されるように、封入されてもよい。
【００１７】
本発明の一実施例では、検出器１２４は、トータルの印加される光学強度に応答し、特性応答を有する、単一の全波長光学検出器であってもよい。本発明の別の実施例では、検出器１２４は、各反射された光学波長が別個に検出され得るように、単一波長フィルタまたは色彩スプリッタおよび複数の検出器要素を含んでもよい。図４は、色彩検出器１２４Ａに進入する、コリメートされた光学エネルギー１２２を示し、そこで屈折プリズム１２４Ｂによって異なる波長に分裂され、これは、波長λ１、λ２、λ３、λ４を線形または２Ｄ検出器１２４Ｃ上に分離し、次いで、波長別に反射された光学エネルギーに関する強度マップを提供することが可能である。波長の個々の検出は、波長吸収の識別特性が特定のタイプの細菌または鼓膜病理学に特有である場合、有用であり得る。検出器応答のスペクトルは、典型的には、数ｍｍを上回る深度測定能力を伴うＯＣＴシステムのためのＩＲ範囲内であり得る、反射された光学エネルギー応答に調整される。本発明の一実施例では、種々の生物学的材料に関する検出器スペクトル応答は、メモリ内に維持され、複数の光学検出器からの応答の重畳と比較される。例えば、耳垢（耳滓）、健康な鼓膜、炎症を起こした鼓膜（血液が注入された鼓膜）、細菌流体、滲出流体、および粘着流体の光学反射特性は、テンプレートメモリ内に維持され、データ入手の軸方向深度にわたって測定された鼓膜応答のスペクトル分布と比較されてもよい。基準光学経路長の範囲にわたる各軸方向深度における検出器応答が、次いで、コントローラによって、テンプレートメモリスペクトルパターンのそれぞれのスペクトル特性と比較されることができ、コントローラは、波長およびテンプレートメモリのコンテンツ毎に、検出器応答を検査し、本決定に基づいて、測定経路反射を提供する材料のタイプを推定する。耳垢に関するスペクトルパターンの検出は、検出器応答からの耳垢スペクトル応答の減算をもたらし得、および／またはユーザに、耳滓が応答において検出されたことのインジケーションをもたらし得、ユーザは、鼓膜の異なる領域内の測定光学経路をポイントすることによって排除し得る。
【００１８】
光コヒーレンス断層撮影の軸方向分解能は、光学波長の割合であるため、撮像されている構造がそれぞれ、わずか１００ミクロン軸方向厚である場合でも、光学スペクトルに基づいて、構造のそれぞれを別個に特性評価することが可能である。システムの軸方向分解能は、測定軸に沿って、かつ鼓膜の軸方向範囲にわたって、非常に狭い光学ビームに高空間エネルギーを提供することによって改良され得る。
【００１９】
図５Ａおよび５Ｂは、鼓膜の位置の経時的検出において使用するための本発明の実施例を示す。コントローラ１１７は、経路長変調器による使用のための三角波形５０２を発生させ、これは、光学エネルギーを鼓膜に指向し、これは、それに隣接する流体を有し得、流体は、特定の粘度を有し得、これは、細菌性感染の進行の間、増加することが公知であり得る。細菌性感染は、具体的光学反射特性を伴って、生物学的薄膜を鼓膜等の膜の表面上に提供することが公知である。光学信号は、外側外耳道を通して特性評価されるべき鼓膜に向かって指向され、図５Ｂの検出器応答は、図３のコントローラ１１７によって検査される。波形の第１のセット５０９は、時間ドメイン応答を示し、これは、第１の反射界面における鼓膜によって提供される鋭的反射光学界面の強い反射と関連付けられた初期ピーク５０７を含み、鼓膜の背後の流体もまた、傾きペデスタル５０８として示される、深度に伴って減衰する、信号を発生させる。ペデスタル５０８の存在は、鼓膜の背後の流体の存在を示す。これは、波形５２２のピーク等、正常鼓膜に関する応答の第２のセット５１１と対照的であり得、これは、反射流体が鼓膜の背後に存在しないため、比較的に狭く、短縮された持続時間５２０である。
【００２０】
本発明の付加的実施形態では、鼓膜自体は、経時的に変調される、空気パフまたは空気圧源等の外部励起源によって変調されてもよい。外部圧力励起源が、提供され、圧力励起が、例えば、鼓膜の１％未満変位を提供するように選択された場合、ピーク光学信号の相対的時間的位置は、鼓膜の位置を示すであろう。システムのリフレッシュレートは、先行技術超音波デバイスの音響ではなく、光学であるため、鼓膜の照会速度は、経路長変調器１１４の変調率によってのみ限定され、これは、超音波システムより数倍高速であり得る。加えて、光学干渉法に依拠する、光学システムの軸方向分解能は、超音波システムの軸方向分解能をはるかに上回り、これは、変換器リングダウンによって支配される。加えて、空気と鼓膜との間の音響インピーダンス境界が、非常に大きいため、鼓膜を越えた構造までの超音波の超音波透過深度は、非常に限定される。対照的に、空気から鼓膜までの光学屈折率比は、本境界を横断した超音波屈折率比より何倍も低く、したがって、界面における光学エネルギー損失は、より低い。光学透過は、主に、鼓膜および鼓膜界面を越えた構造と関連付けられた散乱損失によって境界され、これらの損失は、部分的に、非常に高い光学エネルギーを使用することによって、軽減され得、これは、デューティサイクル変調でパルス化され、鼓膜に印加される平均電力を合理的平均電力範囲内に維持する。
【００２１】
図６は、光コヒーレンス断層撮影システム６００の光ファイバ実施例を示す。コントローラ６１８は、種々のサブシステムを協調させ、これは、低コヒーレンス源６０２を有効にすることを含み、該低コヒーレンス源は、光学エネルギーを光ファイバ６０４に結合し、該光ファイバは、本光学エネルギーを、その後、第１のスプリッタ６０６に送達し、その後、光ファイバ６０８および第２のスプリッタ６１０に送達する。第２のスプリッタ６１０からの光学エネルギーは、２つの経路に指向され、一方は、長さＬｍｅａｓ６１５を伴う、鼓膜までの測定経路６１２であって、他方は、長さＬｒｅｆを伴い、代替として、ミラー状研磨端部または光学反射終端であり得る、開放反射ファイバ端部６１９の中に終端する、基準光学経路６１７であって、光学経路６１７は、ＰＺＴ変調器６１４の周囲に巻着される光ファイバを含み、これは、励起電圧がＰＺＴに印加されると、寸法形状および直径を変化させる。ＰＺＴ変調器６１４が、正弦波または方形波励起をフィードされると、ＰＺＴ変調器６１４は、直径を増加および減少させ、それによって、可変長Ｌｒｅｆを提供する。ＰＺＴ変調器６１４はまた、周波数１００Ｋｈｚを超える高速ファイバ長変調が可能である。当技術分野において公知の他のファイバ長変調器も、Ｌｒｅｆ経路上の光ファイバの長さを急速に変化させるために使用されてもよく、ＰＺＴ変調器６１４は、参照のためだけに示される。Ｌｍｅａｓ経路およびＬｒｅｆ経路からの組み合わせられた光学エネルギーは、第２のスプリッタ６１０に到達し、ファイバ６０８上に戻り、ＰＺＴ変調器６１４から反射され、かつ鼓膜６５０から反射された光学エネルギーの総和を構成する。組み合わせられた光学エネルギーは、第１のスプリッタ６０６への経路６０８を辿って、ファイバ６２０を通して、検出器６２２まで進行し、そこでコヒーレント光学エネルギーは、重畳および減算され、適宜、検出器６２２出力を形成し、これは、分析のために、コントローラ６１８にフィードされる。コントローラ６１８はまた、図５Ａの電圧または電流波形５０２等のＰＺＴ変調器励起電圧６１６を発生させ、また、低コヒーレンス源６０２を有効にするための信号を発生させ、検出器６２２応答の分析を実施し得、これは、検出器６２２の波長応答にわたる単一強度値または図４のセンサによって提供される個々の波長出力であり得る。コントローラは、Ｌｒｅｆ変調機能と組み合わせて、検出器応答に作用し、流体が鼓膜に隣接して存在する可能性に相関され得る、滲出メトリックを決定し、また、鼓膜に隣接する流体の粘度のインジケーションを提供する。
【００２２】
図７は、好ましくは、鼓膜への印加のために、５０デカパスカル（ｄａＰａ）を下回るピーク圧力で音声コイルアクチュエータまたは他の圧力源によって作動される、微細な圧力変化を送達する、外部鼓膜励起発生器７０４を伴う、図６の拡張を示す。ＰＺＴ変調器６１４による基準経路長の変調は、励起発生器７０４の最高周波数コンテンツを少なくとも２倍超える率であって、ナイキストサンプリング要件を満たす。
【００２３】
本発明の一実施例では、基準経路長は、連続して動作する第１の変調器および第２の変調器によって変調され、第１の変調器は、大きいが、比較的低速な基準経路長変化を提供し、第２の変調器は、小さいが、比較的高速な基準経路長変化を提供する。このように、第１の変調器は、鼓膜に中心を合わせられる等、ＯＣＴ検査の領域を着目領域内に設置可能であって、第２の変調器は、圧力励起に応答した鼓膜移動の推定のために、経路長を迅速に変動させ、経路長の高変化率（故に、高サンプリングレート）を提供することが可能である。
【００２４】
図１および３では１１５として、図６および７では６５０として示される鼓膜では、鼓膜は、遠位頂点（図１および３の１１９、図６および７の６５１）を伴う円錐形形状を有することが分かり、これは、耳鼻咽喉学では、「光の円錐」として公知であって、これは、臨床検査の間、入射光学エネルギーに対する法線表面を提供する、鼓膜の唯一の領域であるためである。同様に、先行技術システムの超音波源を使用するとき、光領域の円錐は、有意な反射された信号エネルギーを提供する、鼓膜の唯一の部分である。本発明の光学システムは、表面から反射された光学エネルギーに作用し、これは、散乱された光学エネルギーのために、入射ビームに対して法線方向である必要はなく、それによって、超音波システムに優る別の利点を提供する。
【００２５】
図８Ａは、１００ｄａＰａ（デカパスカル）ｐ−ｐによって鼓膜または表面圧力の局所領域を変調させるために十分な体積を変位させる音声コイルダイヤフラムアクチュエータを使用して印加される正弦波波形８２１等、鼓膜に印加される励起発生器７０４からの例示的正弦波圧力励起を示す。亜音速（２０Ｈｚを下回る）周波数は、励起表面の周囲の局所領域をシールすることを要求し得る一方、可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲内）および超可聴周波数（２０ｋＨｚを上回る）は、特性評価されるべき鼓膜につながる外耳道をシールせずに、発生器７０４からの可聴波として十分に伝搬され得る。正弦波圧力励起８２１は、表面の変調をもたらし、これは、プロット８３２として示され、表面位置における変調は、同一量の関連付けられたＬｒｅｆ経路長の変化に対応する。波形８３２の各離散円形は、Ｌｒｅｆ経路長および鼓膜位置の変化に対応する、ＯＣＴ測定システム７００からのサンプル点を表し、各点３３２は、１つのそのようなサンプルを表す。本発明の一例示的実施形態では、一連の正弦波変調励起８２１周波数が、印加され、それぞれ、異なる周期８２２を伴い、応答８３０の遅延およびＬｒｅｆのピーク変化は、組み合わせて使用され、鼓膜の延性もしくは弾性、流体粘度、または他の鼓膜もしくは流体性質を推定する。本実施例では、鼓膜の変位と基準経路の経路長の関連付けられた変化との間には、１：１関係が存在し、これは、ピーク応答をもたらす。例えば、図５Ｂのスケールが、０、−０．５ｍｍ、−１ｍｍ、−０．５ｍｍ、０ｍｍ、０．５ｍｍ等のシーケンスである場合、これは、これらの同一距離の鼓膜の対応する変位を表す。プロット８３２に示されるように、種々のサイクル時間８２２を伴って、一連の可聴および亜可聴トーンを印加し、Ｌｒｅｆの変化を測定することによって、鼓膜の変位を推定し、鼓膜の背後の流体の粘度または弾性等の周波数依存特性を抽出することが可能である。例えば、流体の変化する密度または粘度と関連付けられた例示的弾性メトリック測定は、段階変化に関する表面もしくは膜応答時間８７４の関連付けられた変化または正弦波周波数に関する位相遅延８３０であり得る。このように、表面の周波数ドメイン応答は、一連の励起８２１を使用して、一連の表面応答８３２を測定することによって成され得る。図６および７の基準経路変調器６１４または図３のミラー１１４は、鼓膜を含むように基準経路長の中心を合わせ、第１の経路長変調器と、基準経路長を急速に変動させ、鼓膜の軸方向移動の適正なサンプリングを提供する、第２の経路長変調器とを含んでもよい。
【００２６】
図８Ａは、一連のそのような励起において提供され、一連の測定から表面変位の位相対周波数応答プロットを発生させ得る、正弦波励起を示すが、図８Ｂは、図８Ａの時間ドメインステップ応答均等物を示し、５０ｄａＰａピークの表面ステップ圧力励起８６２が、鼓膜に印加され、これは、測定された鼓膜変位シーケンス８７２を発生させる。同様に、変位応答プロット８７２のための時間遅延８７４および振幅応答（０．５ｍｍとして示される）に基づいて、表面応答を特性評価することも可能である。
【００２７】
本発明の一実施例では、赤外線範囲源等の別個の低コヒーレンス光学源１０２または６０２が、透過深度増加のために使用され、別個の可視源（図示せず）が、鼓膜上の測定光学経路をポイントしながら、特性評価されている鼓膜の領域を示すために同軸方向に使用される。光学源１０２または６０２は、散乱を低減させ、それによって、透過の付加的深度を提供する、赤外線源であってもよい。本発明の別の実施例では、低コヒーレンス光学源１０２または６０２は、可視光学源であって、それによって、着目鼓膜領域の照明と、また、前述のように、鼓膜の変位の測定との両方を提供する。
【００２８】
本実施例は、本発明を理解するために提供され、本発明は、種々の異なる方法において、光学エネルギーを伝搬するための異なるタイプの導波管、ならびに異なる光学源、光学検出器、および基準経路長Ｌｒｅｆを変調させる方法を使用して、実践されてもよいことを理解されたい。本発明の範囲は、以下の請求項によって説明される。
【図１】
2019520185.tif 000003
【図２Ａ】
2019520185.tif 000004
【図２Ｂ】
2019520185.tif 000005
【図３】
2019520185.tif 000006
【図４】
2019520185.tif 000007
【図５】
2019520185.tif 000008
【図６】
2019520185.tif 000009
【図７】
2019520185.tif 000010
【図８Ａ】
2019520185.tif 000011
【図８Ｂ】
2019520185.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月26日(2019.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の特性評価のための方法であって、前記方法は、
（ａ）前記材料の膜または前記材料の近隣または前記材料のうちの１つ以上に空気媒体を通して非接触力を指向することと、
（ｂ）測定経路に沿って第１の光学エネルギーを指向することであって、前記測定経路は、前記膜と交差し、前記第１の光学エネルギーは、前記材料と相互作用する、ことと、
（ｃ）基準経路に沿って第２の低コヒーレンス光学エネルギーを指向することと、
（ｄ）前記第１の光学エネルギーが前記材料と相互作用し、前記第１の光学エネルギーおよび第２の光学エネルギーが、それぞれ、前記測定経路および基準経路を横断した後、前記第１の光学エネルギーおよび前記第２の光学エネルギーを検出器において組み合わせることであって、前記組み合わされた第１の光学エネルギーおよび第２の光学エネルギーは、前記検出器において検出器応答を発生する、ことと、
（ｅ）前記非接触力に応答して、前記検出器応答から膜メトリックを決定することであって、前記膜メトリックは、前記材料の弾性または粘度のうちの少なくとも１つを含む、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記材料は、流体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膜メトリックは、前記検出器応答の幅、前記検出器応答のペデスタル幅、または前記検出器応答の反射された波長プロファイルのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記検出器応答は、波長依存性応答を含み、随意に、前記波長依存性応答を少なくとも１つの既知の材料の温度応答と比較することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記非接触力は、圧力励起を含み、随意に、前記圧力励起は、空気パフを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記非接触力は、インパルス励起を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記非接触力は、周期的励起を含み、随意に、前記周期的励起の周波数は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
材料の測定のためのシステムであって、前記システムは、
前記材料の膜または前記材料の近隣または前記材料のうちの１つ以上に空気媒体を通して指向されるべき非接触変位力を発生するように構成された励起発生器と、
基準経路および測定経路に沿って光エネルギーを指向するように構成された干渉計であって、前記基準経路は、前記材料と交差する、干渉計と、
前記干渉計から検出器信号を受信し、応答して、メトリックを決定するように構成されたコントローラであって、前記メトリックは、前記材料の粘度または弾性のうちの少なくとも１つを含む、コントローラと
を含む、システム。
【請求項９】
前記メトリックは、検出器応答の幅、前記検出器応答のペデスタル幅、または前記検出器応答の反射された波長プロファイルのうちの少なくとも１つに基づく、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記材料は、流体を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記メトリックは、検出器応答幅、ペデスタル幅、または反射された波長プロファイルのうちの少なくとも１つに基づく、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記非接触変位力は、圧力励起を含み、随意に、前記非接触変位力は、空気パフを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記干渉計は、光源を含み、随意に、前記光源は、発光ダイオードを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記干渉計は、ブロードバンド検出器を含み、随意に、前記検出器は、複数の出力を発生するように構成されており、各出力は、一意の波長範囲に応答する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
前記干渉計は、前記光エネルギーを前記基準経路および前記測定経路に分割する第１のスプリッタと、前記基準経路および前記測定経路を組み合わせる第２のスプリッタとを含み、随意に、（ｉ）前記第１のスプリッタおよび前記第２のスプリッタは、部分反射ミラーを含む、または、（ｉｉ）前記第１のスプリッタおよび前記第２のスプリッタは、光ファイバを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
前記基準経路の長さまたは前記測定経路の長さは、（ｉ）ミラーに結合される電圧または電流が制御されるアクチュエータを使用すること、または、（ｉｉ）光ファイバに結合されるＰＺＴアクチュエータを使用することによって変調される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラは、複数の既知の生物学的材料のうちの１つの温度応答を格納するメモリを含み、随意に、前記温度応答は、耳垢、健康な鼓膜、炎症を起こした鼓膜、細菌流体、滲出流体、または粘着流体のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）デバイスは、第１のスプリッタを通して、その後、第２のスプリッタに結合される、光学エネルギーを発生させる低コヒーレンス光学源を有し、第２のスプリッタは、鼓膜への測定光学経路と、また、光学エネルギーを第１のスプリッタに返す、反射体への基準光学経路とを有し、反射された光学エネルギーは、測定光学経路から反射された光学エネルギーに追加される。組み合わせられた反射された光学エネルギーは、次いで、第１のスプリッタに提供され、これは、光学エネルギーを検出器に指向する。反射体は、測定光学経路および基準光学経路の経路長が等しいとき、検出器が、特定の測定経路深度からの光学強度と、随意に、一連の光学スペクトル密度とを提示するように、基準光学経路の軸に沿って変位して空間的に変調される。デバイスが、測定経路が外耳道の中に指向された状態で位置付けられ、基準光学経路の軸に沿った反射体の場所の平行移動を通して、基準光学経路長を変動させることによって、光学エネルギーを鼓膜に指向すると、鼓膜の光学特性およびスペクトル特性の測定が、実施され得る。加えて、外部圧力励起が、印加され、ＯＣＴ測定の間、鼓膜のインパルスまたは定常状態の周期的励起を提供し、ピーク応答およびピーク応答の関連付けられた時間が、識別され得る。鼓膜の時間的特性および位置変位が、その後、検査され、外部圧力励起に対する鼓膜応答を決定することができる。ＯＣＴ検出器データからの鼓膜応答の評価が、続いて、特定の粘度または生物膜特性と相関され得る。時間的特性の検査によって、鼓膜に隣接する流体の粘度の推定値が、決定され、粘度が、続いて、治療可能細菌性感染の可能性と相関され得る。
本明細書は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
反射膜に隣接する流体の特性評価のための方法であって、上記方法は、
低コヒーレント光学源を第１のスプリッタに提供することであって、光学エネルギーの一部は、測定経路に指向され、上記光学エネルギーの一部は、基準経路に指向され、
上記基準経路は、時間的に変調された長さを有し、それによって、周期的間隔にわたって基準経路長を変化させ、
上記測定経路は、特性評価されるべき反射膜を含み、上記基準経路は、上記測定経路と実質的に等しい長さを有し、上記基準経路はまた、光学エネルギーを反射させるための反射体を有する、ことと、
上記測定経路から反射された光学エネルギーと、上記基準経路から反射された光学エネルギーを総和し、上記総和された光学エネルギーを検出器に印加することであって、
上記検出器は、基準経路変調器に対する検出器ピーク応答をコントローラに提供し、
上記コントローラは、検出器応答のペデスタル幅および上記検出器ピーク応答の到着時間を検査する、ことと、
現在のピーク検出器応答と前のピーク検出器応答とを比較することと、
鼓膜メトリックを現在のピーク検出器応答および前のピーク検出器応答から形成することであって、上記鼓膜メトリックは、上記ペデスタル幅が増加されると増加し、上記鼓膜メトリックは、上記検出器ピークの到着時間の変動が減少すると増加する、ことと
を含む、方法。
（項目２）
上記基準経路および上記測定経路は、完全反射ミラーおよび部分反射ミラーによって形成される自由空間光学経路である、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記基準経路および上記測定経路は、導波管によって形成される、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記基準経路および上記測定経路は、光ファイバによって形成される、項目１に記載の方法。
（項目５）
低コヒーレンス源は、発光ダイオードである、項目１に記載の方法。
（項目６）
上記検出器は、光学／電気コンバータである、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記検出器は、複数の波長特有の出力を有する、項目１に記載の方法。
（項目８）
上記時間的に変調された長さは、ミラーに結合される音声コイルアクチュエータを含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記時間的に変調された長さは、ＰＺＴアクティブ化式変調器である、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記複数の波長特有の出力は、検出器応答とテンプレートメモリ内に保存された種々の材料タイプの波長応答との比較のために、上記テンプレートメモリに結合される、項目７に記載の方法。
（項目１１）
上記テンプレートメモリ材料タイプのうちの少なくとも１つは、耳垢に関する反射応答である、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
上記耳垢の検出は、ユーザに対し、耳垢検出のインジケーションを発生させる、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
鼓膜の測定のためのデバイスであって、上記デバイスは、
低コヒーレンス光学出力を発生させる光学源と、
第１のスプリッタおよび第２のスプリッタであって、各スプリッタは、コンバイナポート、第１のポート、および第２のポートを有し、各スプリッタは、電力を、上記第１のポートから上記コンバイナポートに、そして上記コンバイナポートから上記第２のポートに結合し、
上記光学源は、上記第１のスプリッタの第１のポートに結合され、
第１のスプリッタのコンバイナポートは、上記第２のスプリッタのコンバイナポートに結合され、
上記第２のスプリッタの第１のポートは、光学エネルギーを、外部光学ポートに、そして特性評価されるべき膜に結合し、上記特性評価されるべき膜から上記第２のスプリッタの第１のポートまでの光学距離は、測定長であり、
上記第２のスプリッタの第２のポートは、測定光学長を中心として変調された光学長を有する光学基準経路に結合され、
それによって、上記外部光学ポートから反射された光学エネルギーは、上記第２のスプリッタのコンバイナポートを通して、上記第１のスプリッタのコンバイナポート、上記第１のスプリッタの第２のポート、および検出器に指向される、スプリッタと、
信号を上記検出器から受信し、現在の検出器応答と前の検出器応答とを比較し、反射メトリックを形成する、コントローラと
を有する、デバイス。
（項目１４）
低コヒーレンス源は、発光ダイオードである、項目１３に記載のデバイス。
（項目１５）
上記検出器は、ブロードバンド検出器である、項目１３に記載のデバイス。
（項目１６）
上記検出器は、複数の出力を有し、各出力は、一意の波長範囲に応答する、項目１３に記載のデバイス。
（項目１７）
上記第１のスプリッタおよび第２のスプリッタは、部分反射ミラーである、項目１３に記載のデバイス。
（項目１８）
上記第１のスプリッタおよび第２のスプリッタは、光ファイバである、項目１３に記載のデバイス。
（項目１９）
上記コントローラは、検出器応答幅、ペデスタル幅、または反射された波長プロファイルのうちの少なくとも１つに基づいて、滲出メトリックを形成する、項目１３に記載のデバイス。
（項目２０）
上記基準経路の光学長は、ミラーに結合される電圧または電流が制御されるアクチュエータを使用して変調される、項目１３に記載のデバイス。
（項目２１）
上記基準経路の光学長は、光ファイバに結合されるＰＺＴアクチュエータを使用して、変調される、項目１３に記載のデバイス。
（項目２２）
上記ブロードバンド検出器である複数の検出器は、複数の検出器応答と既知の生物学的材料との比較のためのテンプレートメモリを含む、項目１５に記載のデバイス。
（項目２３）
テンプレートメモリ検出器応答のうちの少なくとも１つは、耳垢、健康な鼓膜、炎症を起こした鼓膜、細菌流体、滲出流体、または粘着流体である、項目２２に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2019520185.tif 000013
2019520185.tif 000014
2019520185.tif 000015