专利名称：用于检测耳部段结构的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测人耳的一部分、尤其是耳道的结构的设备。此外，本发明 还涉及一种用于检测耳部段的方法。
背景技术：
为了给耳内助听设备制造个别的壳体，或为制造个别的耳科塑性材料，需要精确 地测量并确定个别耳道的三维尺寸。迄今为止，耳道的结构通常通过将硅树脂材料注入耳道中来检测。该材料在几分 钟之后硬化。接着，将材料从耳道取出并扫描，以获得三维数据。然而，这一过程对于病人 而言并不舒服并且总体上费事。由申请号为PCT/EP2008/050929的专利文献公开了一种产生结构化的光线的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，简化个别的助听设备壳体或耳科塑性材料的制 造并且更舒适地构造。尤其要改进耳道的三维结构的测定。按照本发明，该技术问题通过一种用于检测人耳的一部分、尤其是耳道的构造的 设备解决，该设备包括拍摄装置，该拍摄装置用于检测待检测部段的第一和至少一个第二子部段的空间 结构，和用于检测第一和至少一个第二子部段相对于待检测部段的预定光学特征(如例 如血管、毛孔等自然特征)的各一个表征位置的参数，以及估值装置，该估值装置用于通过基于它的表征各自位置的参数对子部段的构造进 行的组合而获得待检测部段的结构信息。此外，按照本发明提供一种用于检测人耳的一部分、尤其是耳道的结构的方法，该 方法包括检测待检测部段的第一和至少一个第二子部段的空间结构，和检测第一和至少一个第二子部段相对于待检测部段的预定光学特征(如例如血 管、毛孔等的自然特征)的各一个表征位置的参数，以及通过基于它检测到的位置或它的表征各自位置的参数对子部段的结构进行组合 而获得待检测部段的结构信息。在一种有利的方式中，通过检测耳上一个或多个光学特征可以相互精确地配准多 个测量拍摄并且因此获得耳的一部分并尤其是耳道的三维结构。首先，不必再有通过材料 注入到耳中而造成的耳内挤压。拍摄装置优选具有一激光测量装置，通过该激光测量装置可产生一锥面状的测量 光束。因此可以通过三角测量法测量耳或耳道的一个环形子部段。
尤其可以通过激光装置同时产生多个锥面状的测量光束。因此可以同时检测耳或 耳道的多个子部段。激光测量装置的激光束的波长优选处于蓝色的光谱范围内。因此获得了对于皮肤 的较小射入深度以及有利的散射特性。在一种优选的实施形式中，根据反射的光量调节激光测量装置的激光强度。由此 可以实现更精确的测量。按照另一种扩展方案，可以用拍摄装置检测待检测部段的多个预定的光学特征。 因此，例如可以更好地确定拍摄装置的运动并且以更高的精度相互连接各个拍摄照片，以
获得三维图像。此外，拍摄装置可以具有用于散射对待检测部段的照明的照明装置。通过固有设 置的照明装置可以更好地拍摄光学特征。拍摄装置有利地设计为圆柱形并且具有小于IOmm的直接，优选小于5mm，因此该 拍摄装置可以在耳道中沿轴向移动。因此可以获得非常精确的耳道成像。在此，尤其有利 的是，拍摄装置在检测之前就被插进耳道并且为进行检测而向耳道外运动。然后，根据所述 光学特征确定一个或多个运动向量，借助于所述运动向量组合各个拍摄。
现在根据附图详细说明本发明。在附图中图1示出了用于检测人耳的一部分的结构的、按本发明的设备的拍摄装置的横截 面图。
具体实施例方式下面详细说明的实施例是本发明的一种优选的实施形式。在图中显示出的拍摄装置是按照本发明的设备的例如用于获取耳道的三维数据 的光学部分。拍摄装置1在此设计为圆柱形并且具有约几毫米的直径(例如2或3mm)。因 此，拍摄装置在通常的人耳道中至少能沿耳道的轴向自由运动。在当前的例子中，拍摄装置 1借助于玻璃纤维2连接在激光器上，该激光器产生用于测量光束的光线。此外，拍摄装置 例如以塑料光导体3连接在照明光源上，该照明光源提供用于检测耳道中的光学特征的光 线。照明光源和激光在所述的例子中位于拍摄装置的外部，但作为替代它们也可以集成在 拍摄装置内。此外，按本发明的设备具有在图中没有示出的估值装置，以便根据获得的(子部 段的)图像确定耳道的三维数据。估值装置优选通过(同样没有示出的)电缆与拍摄装置 1连接。因此，拍摄装置1可与估值装置无关地以及必要时也与光源无关地在耳道中运动。在附图中示出的拍摄装置1具有约圆柱形的透明体4，该透明体除了承担光导功 能也承担壳体的功能。该透明体4的右端侧可以称为供给侧5，在该侧光线通过光导体3或 玻璃纤维2输入。透明体4对置的端侧可以称为拍摄侧6，因为测量所需的光线从该侧射 出，并且接收反射的光线。来自塑料光导体3的白光直接导入透明体4的供应侧部段。透明体4的该部段这 样地成型和构造，使得光线在透明体位于径向外部的区域朝拍摄侧6偏转。透明体4在拍摄侧6构造为环形，因此为白光形成了的环形出射面7。白光在此射出并且形成散射地扇 形散开的照明环8.该照明环用于对耳道壁进行照明，以便能检测皮肤上的光学特征，如斑 点、血管或毛发。将激光引入拍摄装置1的玻璃纤维2首先延伸经过透明体4的供应侧部段，并且 终止在金属箍9，该金属箍使玻璃纤维端部指向透明体4并固定玻璃纤维端部。玻璃纤维 2精确地在透明体4的轴线上延伸。从玻璃纤维端部射出的激光束10到达所谓的展像镜 11.在该展宽镜处，激光束展宽为环形的横截面并被准直。在该形式中，激光束对准将激光 分为三束的环形投影透镜12，所述激光被照射到耳道壁上。因此，在耳道壁上获得了三个激 光环13.在此，设置在环形投影透镜12内部的摄像机14具有广角物镜15，通过该物镜能够 检测一个较宽角度(例如直至45度)内的反射光线。所检测或接收的光线投影到摄像机 芯片16。通过摄像机14既可以拍摄耳道壁上的光学特征，也可以拍摄激光环13在耳道壁 上的反射。以下详细说明拍摄装置1以及整个按本发明的扫描装置的功能。如上所述，扫描 装置具有用于拍摄图像系列的摄像机14。此外，扫描装置具有对耳道进行照明的光导系统， 激光导引系统和光学透镜系统11和12，用于在耳道壁上投射结构化的激光(例如环13)。 关于结构化的光线的产生请参考文献PCT/EP2008/050929。激光环13标记耳道壁上的这样一些点，为其通过三角测量法获得间距信息。通过 拍摄装置从耳道向外的运动扫描整个耳道壁。通过摄像机14拍摄的各个图片借助于对耳 道壁自然特征的定位在三维空间中相互配准。这些自然的或光学的特征可以是血管、颜色 与周围的耳道壁有区别的皮肤斑点，毛孔等。这些特征也可以是如其它自然特征一样在耳 道中存在的毛发。为了能够实现对光学的自然特征的定位或跟踪，对耳道散射地进行照明，使得摄 像机14能检测到这些特征。这些特征最终借助于图像处理检测并被逐幅图片地进一步跟 踪，以获得摄像机14的运动向量。通过这些信息使各个图片相互配准，以获得一三维的散 点图作为耳道的模型。所述特征的数量和质量以恰当的软件确定，并且相应地控制或调节 耳道中的光量。根据激光环投影或其反射的清晰度调节激光束的强度。在激光束强度较高时，也 在较深的皮肤层反射明显可测量的份额，因此相应减小了清晰度。因此，调节允许了适应性 改善各个拍摄或测量的精度。同样的测量原理和同样的测量装置可以用于扫描人耳的外耳。在这种情况下，测 量或拍摄装置侧向地运动，因此投影的激光环经过所有待扫描的部段。按本发明的测量设备的一种特殊的实施形式的特征在于，散射的照明与激光照射 同时或交替进行。按照另一种实施例，结构化的照明(激光环13)在蓝色的光谱范围内进 行。这种蓝色的照明在对皮肤的侵入深度或散射特性方面具有优点。反之，散射的照明有 利地在白色的频谱范围内进行，以便能够更好地识别自然特征。如果要进一步提高特征识 别的质量，可以必要时使用彩色摄像机作为接受单元。在上述的例子中，发光在分开的功能单元中进行，并且通过光导系统2，3实现光 导引。作为替代，也可以如上所述地将一个或所有的光源(激光、LED)都包含在拍摄装置本身内。另一改进方案在于，摄像机14的前透镜与环形投影透镜一体地构造。然后，这种 构件具有照明和成像功能。这种实施形式的特殊优点在于，拍摄装置对于脏污(例如耳垢) 不敏感。形成激光环投影透镜和必要时形成摄像系统的鱼眼透镜的一体的光学元件尤其在 制造和系统精度方面也具有优点。估值装置优选使用三角测量法来确定希望的间距信息。这利用到了如下事实激 光束和视线相对光轴(拍摄装置的轴线)的角度和激光束和视线与光轴的两个交点之间的 间距对于分别使用的拍摄装置是已知的。激光束在耳道中不同地散射或反射。散射特性与耳道壁的组织类型有关。因此， 散射光的类型可以直接提供在耳道的皮肤后是骨材料还是软组织的信息。激光在软组织中 比在骨头区域中侵入皮肤下面更深。这也导致不同的照明梯度(即，较清晰的或较宽的散 射激光环)。通过无接触的测量方法对耳通道或耳道的这些区域进行的区分对于正确定位 助听器是重要的。但这些信息也可以用于构造助听器壳体或耳科塑性材料。因此，通过按本发明的测量设备可以在不使用辅助材料的情况下获得耳道或外耳 的三维结构。基于对自然特征的定位，测量系统的绝对位置以及相对头部的相对位置都不 必是已知的。所述位置仅根据图片计算，其中光学测量系统的特性是已知的。这些特性在 制造是通过校准程序确定。因此，由使用者徒手移动系统是可能的。耳蜗或外耳通常的形状可以用于确定摄像机方向(上或下)。这用于获得在监视 器上的正确定向，而无需知道摄像机是如何插入耳道的。但这也可以通过位置传感器或加 速度传感器实现。在本实施例中，散射的照明通过使光线例如从四个圆柱形地围绕摄像机的中心光 纤导出而实现，使得在测量头形成光环。这样做的优点在于可以利用具有较小衰减的较厚 的光导体。激光也在中心传递到测量头，并且圆形地环绕摄像机导引，以便到达产生激光环 的环形投影透镜。这提高了测量头的稳定性。测量设备同时可以用做视频耳镜和测量设备。在观察耳道时采集三维数据。视频 耳镜的屏幕上可以例如用颜色标记所扫描的部分。因此可以将扫描数据用于助听器的咨询 和选择，这通常是在耳镜(Ohrenspiegelung)之后进行的。
权利要求
一种用于检测人耳的一部分、尤其是耳道的构造的设备，该设备包括拍摄装置(1)，该拍摄装置用于检测待检测部段的第一和至少一个第二子部段的空间结构，并用于检测所述第一和至少一个第二子部段相对于所述待检测部段的预定的光学特征的各一个表征位置的参数，以及估值装置，该估值装置用于通过基于它所检测到的位置或者它的表征各自位置的参数对子部段的构造进行的组合而获得所述待检测部段的结构信息。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述拍摄装置(1)具有激光装置(2，11，12)，用该 激光装置可产生锥面状的测量光束(13)。
3.如权利要求2所述的设备，其中，用所述激光装置(2，11，12)可同时产生多个锥面状 的测量光束(13)。
4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述激光装置(2，11，12)的激光束(10)的波 长位于蓝色的光谱区域中。
5.如权利要求2至4之一所述的设备，其中，根据反射的光量调节所述激光装置(2， 11，12)的激光强度。
6.如前列权利要求之一所述的设备，其中，用所述拍摄装置(1)可检测所述待检测部 段的多个预定的光学特征。
7.如前列权利要求之一所述的设备，其中，所述拍摄装置(1)具有用于散射地对所述 待检测部段进行照明的照明装置(3，4，7)。
8.如前列权利要求之一所述的设备，其中，所述拍摄装置(1)设计为圆柱形并且具有 小于5mm的直径以及小于15mm的长度，使得该拍摄装置能在耳道中轴向移动。
9.一种用于检测人耳的一部分、尤其是耳道的结构的方法，其特征在于，检测待检测部段的第一和至少一个第二子部段的空间结构和检测第一和至少一个第二子部段相对于所述待检测部段的预定光学特征的各一个表 征位置的参数，以及通过基于它检测到的位置或它的表征各自位置的参数对子部段的结构进行的组合而 获得所述待检测部段的结构信息。
10.如权利要求9所述的方法，其中，用拍摄装置(1)检测耳道的构造和耳道中至少一 个光学特征，方式是在检测之前将拍摄装置(1)插入耳道中并为了进行检测而使该拍摄装 置从所述耳道中运动出。
全文摘要
为了能够舒适地确定患者耳并尤其是耳道的三维结构，建议一种用于检测人耳部段构造的设备，该设备包括拍摄装置(1)，该拍摄装置用于检测待检测部段的第一子部段和至少一个第二子部段的空间结构，以及用于检测第一子部段和至少一个第二子部段相对于待检测部段的预定光学特征的位置或者表征位置的参数。此外，该设备具有估值装置，该估值装置用于通过基于它检测到的位置或它的表征有关位置的参数对子部段构造进行的组合而获得待检测部段的结构信息。尤其可以根据耳道中的自然特征(如皮肤斑点或血管)将多个单独的图片综合成一张三维图片。
文档编号A61B5/107GK101984915SQ20101024324
公开日2011年3月16日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者安顿·希克, 尤维·拉斯, 弗兰克·福斯特, 马丁·昆兹, 鲁道夫·霍尔兹纳 申请人:西门子医疗器械公司