专利名称：用于测量插入耳道内的器械离耳道鼓膜距离的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量插入耳道内的器械离耳道鼓膜距离的设备和方法。将 器械插入耳道内用于完全不同的检查和治疗目的，经常为了检查助听器或用于治疗听力障 碍。
背景技术：
例如在耳镜检查领域内借助检耳镜进行外耳道和鼓膜的检查。检耳镜有插入外耳 道内的细长镜筒或软管，借助它或直接或通过视频传输可获得来自耳道内部的图像。因此 尤其需要将检耳镜插入耳道中，因为耳道往往拐弯或地延伸，从而不可能从外部直接或直 线地观察。在助听治疗的领域内使用不同的助听器结构形式，它们将不同的设备部件深度不 同地插入耳道内。尤其所谓的HdO(耳后式)助听器有一个深深地进入耳道内的软管。软 管或用于将声信号从放在助听器携带者耳后的助听器外壳导入耳道内，或与之不同将电信 号导向放在耳道内的软管上的接收器。HdO助听器的软管可以深度不同地定位在耳道中，在 这里病人个性化的定位可通过试验确定。在实施检耳镜检查时，在定位HdO助听器软管的或在耳道内进行其他操作时，重 要的是不能触及病人或当事人的鼓膜。接触鼓膜使人感到不舒服或疼痛。为此目的需要监 控插入耳道中的器械与鼓膜之间的距离。监控所述距离最简单和常用的方式是，由手术医生或器械操作者光学监控。例如 在检耳镜检查时，在通过检耳镜获得的图像上总是能观察到鼓膜。在定位助听器部件，例如 接收器，或测量探针时，同样可以由声学家或手术医生实施光学监控。当然光学监控含有误 差，因为一方面距离的监控要求手术医生注意力特别集中，而注意力可能被转移。另一方面 基于失真的光学图像比例，这既涉及照明也涉及视角和光圈，所以器械离鼓膜的距离在光 学上往往只能困难地估算，尤其短的距离通常只是在具有丰富的经验和非常细心的条件下 才能检测。为了通过手术医生采取办法来应付光学距离监控的疑难问题，由出版物 W002/16867A1已知一种器械，它有一个碰撞探测器。此器械用于光学3D检测耳道，并为此 目的可以插入耳道中。碰撞探测器设在器械的远端，器械可以用软塑料，例如硅酮制成。没 有详细说明碰撞探测器的工作方式。由出版物DE102006057099A1已知一种用于检查耳道的全息照相器具。这种全息 照相器具记录耳道内部的光学图像，根据此图像可以获得耳道的3D图。一旦存在所述的3D 图，便也已知全息照相器具的位置并因而得知它离鼓膜的距离。然而并未实施距离的自动 监测，这就需要手术医生集中注意力。由出版物US5044373已知一种声学测量器械。这种器械在助听器与各自助听器携 带者个体条件相适应的背景下使用。它包括一个可以插入耳道内的测试件。所述测试件有 一个测量测试件到鼓膜距离的传感器。传感器可以在利用声波、电磁波或光波的条件下工作。在使用光波时，或实施反射光走行时间的测量，或进行反射光信号强度的测量。走行时 间测量可以保证高的测量精度；然而它在执行时比较复杂。测量信号强度可以花费比较低 的执行成本；然而测量精度比较低以及这种测量方法容易污染传感器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，对插入耳道中的器械与耳道鼓膜之间距离的测量， 应能自动进行并保证有足够的测量精度，以便在接触鼓膜前能可靠地报警。此外，本方法应 能用低的成本以及鉴于耳道内可供使用的微小空间能节省空间地执行。按照本发明的基本思想，用于测量在设计用于插入耳道内的器械远端与其中插入 器械的耳道终端，尤其鼓膜之间距离的设备，包括一个光学传感器和一个信号处理装置。按 本发明的这一基本思想，光学传感器检测所述终端的图像。信号处理装置在此图像中得出 一个横向于要测量的距离延伸的面积或间距，并根据所得出的面积或间距确定距离。在这 里用横向一词是为了强调，光学传感器基本上朝要测量的距离的方向，因而图像的图纸平 面并不平行于要测量的距离地定向。所述基本思想的一项重要的特征在于，可以利用反正存在的光学传感器，因为对 有关图像寻常几何特征，亦即面积或距离方面的传感器图像数据进行分析。由此可以使用 可见的波长范围内的图像和在此范围内工作的传感器，所述传感器可能为其他目的反正存 在于例如检耳镜或其他器械中。毫无疑问可以使用一些光学传感器，例如微型图像传感器 或采用玻璃纤维电缆的传感器结构，它们为了在耳道内使用有足够小的尺寸。为此在信号处理装置中只需要一种确定距离的算法，而不需要作其他的调整。可 以毫无疑问地使用恰当的图像处理算法。特别有利的是在确定及分析图像几何数据时产生 低的误差，因为它们只遭受少量干扰因素。正是在利用反正为其地目的设置的光学传感器 的情况下，进一步提高了使用可靠性，因为可能干扰图像处理算法的实质性图像干扰也能 被手术医生察觉，为此在图像处理时他不断了解基于图像干扰的可能存在的问题。特别是，所建议的根据图像数据来分析图像信息也可以方便地执行，因为不必设 置附加的设备部分，以及因为在所述图像数据处理时距离和面积单独通过适用的图像数据 处理算法就能获得。此外也有利的是，要分析的图像主要基于已知的和对于所有病人类似 的基本结构和颜色，基本结构和颜色的微小的可变性使图像数据分析显著简化。按所述基本思想的一项有利的扩展设计，传感器的光圈是常数。光学传感器光圈 的意义在于，光圈的任何变化也促使改变图像尺寸。因此，为了在确定鼓膜距离而进行的图 像数据分析时能从同样的前提条件出发，恒定的光圈是有利的，因为它简化图像数据处理 算法中的处理。按另一项有利的扩展设计，信号处理装置附加地根据传感器的光圈确定距离。若 应使用以改变的光圈记录的光学传感器的图像数据，例如因为手术医生针对当时的检查目 的调整后改变了光圈，则通过图像尺寸当然也改变了所获得图像数据中的距离及面积，确 切地说与光圈的变化有关。这种改变可以按有利的方式通过信号处理装置加以考虑，从而 尽管改变了光圈，仍能实现可靠的距离分析。按另一项有利的扩展设计，信号处理装置在所述图像中得出终端的面积，并根据 此面积确定距离。因此只要鼓膜的颜色比较一致，能清楚识别形成的面积，以及与周围的耳道大多也能清楚地区别，便可计算在这些光学图像数据中提供的面积。由此，图像数据分析 可以保证可靠地识别鼓膜并与周围的耳道区别。根据光学投影几何常用的是，在不改变光 圈或图像尺寸的情况下，将较小的距离放大显示。因此，如果人们从总尺寸相同的图像出 发，则在距离减小时看起来更大的鼓膜占图像越来越大的面积份额。由此图像数据中鼓膜 所占的面积，与光学传感器到鼓膜距离的尺寸成反比。按另一项有利的扩展设计，信号处理装置在所述图像中得出不包含所述终端的面 积，并根据此面积确定距离。按另一项有利的扩展设计，设备包括光学投影器，它设计用于投射预定的投影图， 以及将此光学投影器配置为，它将投影图朝耳道终端的方向投射，以及信号处理装置在此 图像中得出一个在投影图与所述终端之间的间距，并根据此间距确定到终端或到鼓膜的距罔。采用预定和相同的投影图，能以有利的方式获得从传感器到鼓膜或到投影面距离 的绝对尺寸。即使在使用图像中鼓膜面积的情况下也能提供距离的相对尺寸，不过只有在 得知鼓膜真实面积和光圈时才能确定绝对距离。在恰当选择投射角时提供一个附加的信 息，例如投影图已知的形状和尺寸以及已知的投射角，借助它们可以确定绝对距离。可以必 要时在事先校准后，赋予投影图某一个典型的尺寸，例如直径或间距尺寸，一个距离。在不 适用于确定绝对距离尺寸的投影几何中，使用投影图有助于提高确定距离的精度。若投影图不是沿传感器光学的轴线方向投射，而是沿一个相对于它预定并已知的 角(视差)，则投影图相对于图像中心的偏移或间距，形成一个用于绝对距离的度量。按另一项有利的扩展设计，预定的投影图轮廓与终端预期的轮廓相匹配。通过投 影图轮廓所述的匹配，使投影图能更好地对准鼓膜的轮廓，这有助于避免因为未对准带来 误差。此外，类似的轮廓使得识别和分析投影图与所述终端之间典型的间距尺寸更加容易。按另一项有利的扩展设计，信号处理装置在所述图像中得出在投影图轮廓与终端 轮廓之间的间距，并根据此间距确定距离。按本发明另一个基本思想，一种用于测量在设计用于插入耳道内的器械远端与其 中插入器械的耳道终端，尤其鼓膜之间距离的方法，包括步骤(S1)检测所述终端的图像；(S2)在此图像中得出横向于要测量的距离地延伸的面积或间距；(S3)根据所得出的面积或间距确定距离。按一项有利的扩展设计，在确定距离时，附加地考虑与使用于检测图像的光学传 感器光圈的关系。按一项有利的扩展设计，本方法包括步骤(S4)在所述图像中得出终端的面积；(S5)根据此面积确定距离。按一项有利的扩展设计，本方法包括步骤(S6)在所述图像中得出不包含所述终端的面积；(S7)根据此面积确定距离。按一项有利的扩展设计，本方法包括步骤(S8)将预定的投影图朝终端的方向投射；
(S9)在此图像中得出在投影图与终端之间的间距；(S10)根据此间距确定距离。按一项有利的扩展设计，预定的投影图轮廓与终端预期的轮廓相匹配。按一项有利的扩展设计，本方法包括步骤(S11)在所述图像中得出在投影图轮廓与终端轮廓之间的间距；(S12)根据此间距确定距离
由下面借助附图对实施例的说明中可知其他有利的扩展设计。其中图1表示耳朵和器械；图2表示器械和图像投影；图3表示距离减小时的感知角；图4表示投影图和鼓膜；以及图5表示鼓膜的面积关系。
具体实施例方式图1表示部分插入耳道11中的器械20。器械20可以涉及检耳镜、声测量探针或 其他任何检查及治疗仪。器械20有细长的镜筒或软管21，因此它可以设计为硬性或柔性 的。在器械20的远端，亦即远离手术医生或使用者那一端，设光学传感器22。尤其在具有 电子图像数据获取和传输装置的检耳镜情况下，它可以是检耳镜的图像传感器。然而它也 可以涉及一种本身独立设置的传感器。信号处理装置23以图中未表示的方式与所述光学 传感器连接。耳道11弯折或曲折延伸，以及包括作为终端的鼓膜12。鼓膜12将耳道11以及进 而外耳与未表示的中耳及内耳隔开。若例如通过器械20的远端触及鼓膜12，病人会感到不 舒服或甚至疼痛。此外存在损伤鼓膜12的危险。为避免损害或破坏，任何时候都必须保持器械20远端离鼓膜12有足够的距离。因 此将光学传感器22组合在一个自动确定距离的系统内。由传感器22产生的耳道终端鼓膜 12的图像由信号处理装置23分析。在这里按以下的说明确定图像内部的间距或面积。图2表示器械的带有光学传感器22的镜筒或软管21。此光学传感器或器械端头 还包括一个图中没有表示的光学投影器，它可例如设计为激光投影仪，用于投射投影图31。 若如图所示，器械对准设在耳道11终端的鼓膜12的方向，因此投影图31也投射在鼓膜12 区内。此投影图可例如包括一个面或多个线条。在图示的实施例中投射一条线，它的轮廓 与鼓膜12的轮廓相同。鼓膜12通常看起来近似圆形或椭圆形，因此也投射出一个圆的或 椭圆的投影图31。投影图31的投影用一些虚线表示。从光学传感器22出发观察鼓膜12 的视角同样通过一些线条表示。根据图像的光学几何，通常观察鼓膜12的视角随传感器22与鼓膜1之间距离D 的减小而增大。另一方面可以看出，由于耳道11的形状，投影图的投射角随距离的减小而 减小。也就是说，在所选择并举例表示的图像几何中，投影图起先看上去大于鼓膜12的图 像；然而随着距离的减小使两者的尺寸相等。
此外，光学传感器22与投影器没有设在一条公共的光学轴线上，所以投射角不平 行于光学传感器2的定向(视差)。借助已知的在中间位置的角度和投影图31离由光学传 感器22记录的图像中心的距离，可以确定离鼓膜12绝对距离的尺寸。图3表示鼓膜12在图像中呈现的尺寸随距离的减小处于什么状况。取决于光学 成像镜片的特性，图像中的尺寸随距离成线性变化。图4表示与上面已说明的图2类似的情况。器械的镜筒或软管21对准鼓膜12，所 以光学传感器与它相对置。图中未表示的光学投影设备在这里朝鼓膜12的方向投射一个 投影图31。投影图31的轮廓与鼓膜12的轮廓基本上是圆形或椭圆形，就此而言它们是类 似的。如前面已说明的那样，当镜筒或软管21端部与鼓膜12之间的距离改变时，鼓膜12 与投影图31在图像中的尺寸以不同的方式改变。各自轮廓的区别可通过作为举例画出的 间距dl、d2、d3检测。因此可以利用这些间距或从这些间距中选择一个或平均值之类的，确 定一个用于光学传感器22与鼓膜12之间距离的度量。图5示意表示鼓膜12的由光学传感器22获得的图像。鼓膜12在此图像中占有 一个确定的、取决于光学传感器22到鼓膜12距离的面积A2。如前面已说明的那样，所述面 积随距离减小而增大。余留的不包含鼓膜12的面积Al随距离缩短相应地减小。因此，根 据Al与A2的比值可以确定一个用于距离的尺寸；更准确地说，Al与A2之比随距离缩短而 减小。如前面已说明的那样，尤其通过使用投影图，例如通过激光投影，可以根据投影图 和鼓膜12在光学传感器图像中的图像数据，确定一个非常准确的、甚至可能是用于传感器 与鼓膜之间距离的绝对尺寸。为此的前提条件是恰当的光学几何关系，投影图在这种情况 下沿相对于器械例如检耳镜中心线预定的角度投射。也就是说，采用这种光学投影一方面 为了尽可能精确地测量距离；另一方面它尤其可以在器械无需附加费用的情况下执行，这 些器械以相应的投影数据为基础扫描耳道。这种方法例如一般用于检测耳道的3D图像，以其为基础制作IdO助听器或实施耳 成形术，它们应尽可能准确地与个体的耳道形状相匹配。因此，为了优化外壳形状以及为了 在声学上优化助听器，使用与用于距离确定的相同的光学部件。仅仅为了确定距离而得出 投影图以及为了确定鼓膜轮廓，才必须附加地调整信号处理装置。本发明的基本思想可归纳如下本发明涉及一种用于测量鼓膜距离的设备和方 法。设备包括光学传感器22和信号处理装置23。按本发明的基本思想，光学传感器22检 测所述终端的图像，信号处理装置23在此图像中得出横向于要测量的距离D地延伸的面积 A1、A2或间距dl、d2、d3，并根据所得出的面积A1、A2或间距dl、d2、d3确定离鼓膜12的距 离D。按本发明的基本思想，方法包括步骤S1检测鼓膜12的图像；S2在此图像中得出横 向于要测量的距离D延伸的面积Al、A2或间距dl、d2、d3 ；以及S3根据所得出的面积Al、 A2或间距dl、d2、d3确定距离D。按一项有利的扩展设计，将投影图投射在鼓膜12上或其 附近；然后可以有利地根据投影图31与鼓膜12或图像中心之间的间距dl、d2、d3确定距 离D。有利地，可以利用可能为其他目的反正已存在的光学传感器。有利地提供图像处理算 法，用于分析有关图像普通几何特征的图像数据，亦即面积或间距，而在设备方面不需要特 殊的措施。此外，这种图像处理算法基本上与图像质量的缺陷无关地工作。
8
权利要求
一种用于测量在设计用于插入耳道内的器械(20)的远端与其中插入器械(20)的耳道的终端，尤其与鼓膜(12)之间的距离(D)的设备，其包括光学传感器(22)和信号处理装置(23)，其特征为光学传感器(22)检测所述终端的图像，信号处理装置(23)在此图像中得出横向于要测量的距离(D)地延伸的面积(A1、A2)或间距(d1、d2、d3)，并根据所得出的面积(A1、A2)或间距(d1、d2、d3)确定所述距离(D)。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为，光学传感器(22)的光圈是常数。
3.按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为，信号处理装置(23)附加地根据光 学传感器(22)的光圈确定距离(D)。
4.按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为，信号处理装置(23)在所述图像中 得出所述终端的面积(A2)，并根据此面积(A2)确定所述距离(D)。
5.按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为，信号处理装置(23)在所述图像中 得出不包含所述终端的面积(Al)，并根据此面积(Al)确定所述距离(D)。
6.按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为，所述设备包括光学投影器，该光学 投影器设计用于投射预定的投影图(31)；此光学投影器配置为，它将投影图(31)朝所述终 端的方向投射；信号处理装置(23)在所述图像中得出在所述投影图(31)与所述终端之间 的间距(dl、d2、d3)，并根据此间距(dl、d2、d3)确定所述距离(D)。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征为，预定的投影图(31)的轮廓与所述终端预期 的轮廓相匹配。
8.按照权利要求6或7所述的设备，其特征为，信号处理装置(23)在所述图像中得出 在投影图(31)轮廓与终端轮廓之间的间距(dl、d2、d3)，并根据此间距(dl、d2、d3)确定所 述距离⑶。
9.一种用于测量在设计用于插入耳道内的器械(20)的远端与其中插入器械(20)的耳 道的终端，尤其与鼓膜之间距离(D)的方法，包括步骤(51)检测所述终端的图像；(52)在所述图像中得出横向于要测量的距离(D)地延伸的面积(A1、A2)或间距(dl、 d2、d3)；(53)根据所得出的面积(A1、A2)或间距(dl、d2、d3)确定所述距离(D)。
10.按照权利要求9所述的方法，其中，在确定所述距离(D)时，附加地考虑与使用于检 测图像的光学传感器(22)光圈的关系。
11.按照权利要求9或10之一所述的方法，包括步骤(54)在所述图像中得出所述终端的面积(A2)；(55)根据此面积(A2)确定所述距离(D)。
12.按照权利要求9至11之一所述的方法，包括步骤(56)在所述图像中得出不包含所述终端的面积(Al)；(57)根据此面积(Al)确定所述距离(D)。
13.按照权利要求9至12之一所述的方法，包括步骤(58)将预定的投影图(31)朝所述终端的方向投射；(59)在所述图像中得出在投影图(31)与所述终端之间的间距(dl、d2、d3)；(SlO)根据此间距(dl、d2、d3)确定所述距离(D)。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，预定的投影图(31)轮廓与终端预期的轮廓相匹配。
15.按照权利要求13或14之一所述的方法，包括步骤(511)在所述图像中得出投影图(31)的轮廓与所述终端的轮廓之间的间距(dl、d2、d3)；(512)根据此间距(dl、d2、d3)确定所述距离(D)。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量插入耳道内的器械(20)的远端与鼓膜距离的设备和方法。设备包括光学传感器(22)和信号处理装置(23)。按照本发明，光学传感器(22)检测所述终端的图像，信号处理装置(23)在此图像中得出横向于要测量的距离(D)延伸的面积(A1、A2)或间距(d1、d2、d3)，并根据所得出的面积或间距确定离鼓膜(12)的距离(D)。本发明的方法包括步骤(S1)检测鼓膜(12)的图像；(S2)在此图像中得出横向于要测量的距离(D)地延伸的面积(A1、A2)或间距(d1、d2、d3)；以及(S3)根据所得出的面积或间距确定所述距离(D)。
文档编号A61B1/227GK101889855SQ20101022915
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者亚历山大·格拉芬伯格, 尤维·拉斯, 弗兰克·瓦格纳, 马丁·孔兹 申请人:西门子医疗器械公司