基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)及操作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)及操作方法。該訓(xùn)練系統(tǒng)包括上位機、主機、瘺口氣壓氣流采集裝置、麥克風(fēng)、基頻可控式電子人工喉。使用者利用標(biāo)準(zhǔn)的語料庫進行訓(xùn)練。通過瘺口氣壓氣流采集裝置和麥克風(fēng)采集使用者發(fā)聲時瘺口處的氣壓、氣流與語音信號。上位機可在屏幕上顯示氣壓、氣流與語音信號，以及事先保存的標(biāo)準(zhǔn)語料的氣壓、氣流與語音信息。主機根據(jù)上位機的命令可控制基頻可控式電子人工喉的基頻。使用者可根據(jù)屏幕上標(biāo)準(zhǔn)的氣壓與氣流信號調(diào)節(jié)自己的瘺口氣壓與氣流，訓(xùn)練自己控制電子人工喉的能力。本發(fā)明可讓語音缺失患者能夠通過使用該系統(tǒng)的訓(xùn)練盡快掌握基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉的使用方法，降低訓(xùn)練復(fù)雜度，減少訓(xùn)練時間。
【專利說明】基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)及操作 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于語音缺失患者的語音康復(fù)領(lǐng)域，并涉及一種基于氣流氣壓信號調(diào)控的 電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)及操作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]人類用于交流的各種手段中，語音是最基本、最有效和最重要的一種。目前世界 上有數(shù)十萬計的喉癌和其他嚴(yán)重的喉病患者，為了治療喉部疾病而不得不進行喉頭切除手 術(shù)，這種方法在治療的同時，也使患者喪失了發(fā)聲能力,從而也就失去了運用語音進行語言 交流的能力。電子人工喉作為一種語音缺失患者使用的外部語音康復(fù)方法已經(jīng)有約 40年 歷史。但是傳統(tǒng)的電子人工喉語首聲調(diào)單一，輻射噪聲大，可懂度低。為了改進發(fā)音效果， 研究者發(fā)明了使用各種生理參數(shù)對發(fā)聲基頻進行調(diào)節(jié)的電子人工喉。其中，基于瘺口氣流 與氣壓信號調(diào)節(jié)的電子人工喉具有調(diào)節(jié)快速，無創(chuàng)性，聲音可懂度高等優(yōu)點，成為未來電子 人工喉調(diào)節(jié)方法的主流之一。
[0003]但是，由于基于瘺口氣壓與氣流信號調(diào)節(jié)的特殊性，患者在術(shù)后無法很快的適應(yīng) 電子人工喉的使用方法，需要很長時間的訓(xùn)練。并且目前針對電子人工喉使用者的康復(fù)訓(xùn) 練主要以康復(fù)技師指導(dǎo)及自主訓(xùn)練為主，訓(xùn)練時間長，效果差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明人認(rèn)識到，為了克服目前基于瘺口氣流與氣壓信號調(diào)節(jié)的電子人工喉訓(xùn)練 方法的缺陷，可以開發(fā)一套訓(xùn)練系統(tǒng)及其操作方法，使用可視化的手段，讓患者可以在不需 要別人幫助的條件下自主進行訓(xùn)練，降低訓(xùn)練復(fù)雜度，減少訓(xùn)練時間。按照這個思路，本發(fā) 明人設(shè)計了基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)及操作方法。
[0005]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練 系統(tǒng)及操作方法，讓語音缺失患者能夠通過使用該系統(tǒng)的訓(xùn)練盡快掌握基于瘺口氣流氣壓 信號調(diào)控的電子人工喉的使用方法，降低訓(xùn)練復(fù)雜度，減少訓(xùn)練時間。
[0006]=種基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)，包括上位機、主機、瘺口 氣壓氣流采集裝置、麥克風(fēng)、基頻可控式電子人工喉；
[0007]本發(fā)明的系統(tǒng)包括主機，瘺口氣壓氣流采集裝置，麥克風(fēng)，基頻可控式電子人工喉 四個主要部分。主機中主要包括氣流氣壓信號采集電路、語音信號采集電路、電子人工喉基 頻控制電路、上位機通訊電路。瘺口氣壓氣流采集裝置包括瘺口桂膠罩、氣壓傳感器、氣流 傳感器。 W '
[0008]主機由上位機控制，通過數(shù)據(jù)線與上位機進行通訊，可以采集使用者瘺口處的氣 壓與氣流信號以及患者使用電子人工喉發(fā)出的語音。同時可以根據(jù)上位機命令控制電子人 工喉的基頻。
[0009]本 申請人:2009年8月24日提交的發(fā)明名稱為"指壓式基頻調(diào)節(jié)電子人工喉"中國 專利申請第20〇910090549· 3號中，具體描述了基頻可調(diào)式電子人工喉的工作原理及方式。 在本發(fā)明中，發(fā)明人對其進行改進，使該電子人工喉可在主機的控制下調(diào)節(jié)基頻。
[0010] 本發(fā)明的主要工作原理：
[0011]使用者利用標(biāo)準(zhǔn)的語料庫進行訓(xùn)練。主機由上位機控制，通過瘺口氣壓氣流采集 裝置采集使用者發(fā)聲時瘺口處的氣壓與氣流信號，使用麥克風(fēng)采集使用者通過電子人工喉 發(fā)出的語音。同時主機將采集到的氣壓氣流信號與語音信號通過數(shù)據(jù)線傳送給上位機軟 件，上位機可在屏幕上顯示氣壓、氣流與語音信號，以及事先保存的標(biāo)準(zhǔn)語料的氣壓、氣流 與語首 /[胃息。同時根據(jù)基于瘺口氣流與氣壓信號調(diào)節(jié)的電子人工喉的控制算法生成控制命 令，該命令通過數(shù)據(jù)線傳送給主機，主機根據(jù)該命令控制基頻可控式電子人工喉的基頻。使 用者可根據(jù)屏幕上標(biāo)準(zhǔn)的氣壓與氣流信號調(diào)節(jié)自己的瘺口氣壓與氣流，訓(xùn)練自己控制電子 人工喉的能力。
[0012] 本發(fā)明的工作特征如下：
[0013] (1)主機由上位機控制，通過數(shù)據(jù)線與上位機進行通訊。主機可以通過瘺口氣壓氣 流采集裝置采集使用者發(fā)聲時瘺口處的氣壓與氣流信號；可以通過麥克風(fēng)采集使用者通過 電子人工喉發(fā)出的語音；可以在上位機的控制下調(diào)節(jié)基頻可控式電子人工喉的基頻。
[0014] (2)瘺口氣壓氣流采集裝置包括瘺口硅膠罩、氣壓傳感器、氣流傳感器?？梢詫⑹?用者發(fā)出語音時的氣壓與氣流信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給主機。
[0015] (3)上位機中儲存有基于標(biāo)準(zhǔn)語料庫發(fā)音的瘺口氣壓、氣流與語音信息，可以將該 信息與主機采集的相同語音的氣壓、氣流與語音信息同時顯示，引導(dǎo)使用者進行訓(xùn)練。
[0016] (4)上位機可根據(jù)基于瘺口氣流與氣壓信號調(diào)節(jié)的電子人工喉的控制算法生成控 制命令，該命令通過數(shù)據(jù)線傳送給主機,主機根據(jù)該命令控制基頻可控式電子人工喉的基 頻。
[0017] 一種基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練方法，具體包括以下幾個步 驟：
[0018] 步驟一：將主機與上位機通過數(shù)據(jù)線連接，打開訓(xùn)練軟件與主機電源；
[0019] 步驟二：將瘺口氣壓氣流采集裝置置于瘺口處，保證瘺口硅膠罩與頸部的良好接 觸；
[0020] 步驟三：選取標(biāo)準(zhǔn)語料庫中的某一語句，利用基頻可控式電子人工喉發(fā)聲；
[0021] 步驟四：主機采集發(fā)聲時瘺口的氣壓、氣流信號與語音信號，通過數(shù)據(jù)線傳送給上 位機；
[0022] 步驟五：上位機在屏幕上顯示采集到的信號與標(biāo)準(zhǔn)的氣壓、氣流和和語音信號，同 時通過主機控制基頻可控式電子人工喉的發(fā)聲基頻；
[0023] 步驟六：使用者根據(jù)屏幕顯示的結(jié)果調(diào)整發(fā)聲時瘺口處的氣壓與氣流，訓(xùn)練控制 電子人工喉的能力；
[0024] 步驟七：重復(fù)步驟二至步驟六，直到使用者語音接近標(biāo)準(zhǔn)語音為止。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練設(shè)備，其特征在于包括：上位機，主機，瘺口氣壓氣流采集裝置，麥克風(fēng)，基頻可控式電子 人工喉，
[0026] 其中，
[0027]主機與上位機進行通訊，通過瘺口氣壓氣流采集裝置和麥克風(fēng)采集使用者瘺口處 的氣壓與氣流信號，并接收使用者使用基頻可控式電子人工喉發(fā)出的語音信號，
[0028]主機根據(jù)上位機的控制命令，調(diào)節(jié)基頻可控式電子人工喉的發(fā)聲基頻。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的方面，提供了基于上述電子人工喉的一種操作方法， 其特征在于包括：
[0030]通過^流氣壓信號采集電路和語音信號采集電路采集使用者發(fā)聲時痿口的氣壓、 氣流信號與語音信號，并將該氣壓、氣流信號與語音信號傳送給上位機，
[0031]由上位機在屏幕上顯示采集到的使用者氣壓、氣流信號與語音信號，
[0032]根據(jù)該氣壓、氣流信號發(fā)出基頻調(diào)節(jié)指令，
[0033]把基頻調(diào)節(jié)指令傳送給主機，
[0034]主機根據(jù)所述把基頻調(diào)節(jié)指令，利用電子人工喉基頻控制電路控制基頻可控式電 子人工喉的發(fā)聲基頻。
[0035]本發(fā)明的優(yōu)點包括：
[0036]⑴本發(fā)明的訓(xùn)練裝置以及訓(xùn)練方法，采用可視化的訓(xùn)練方法，降低了訓(xùn)練難度， 減少了訓(xùn)練的時間，提高了訓(xùn)練的效率。
[0037] (2)本發(fā)明的訓(xùn)練裝置以及訓(xùn)練方法，讓患者可以在不需要別人幫助的條件下自 主進行訓(xùn)練，節(jié)約了人力成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]為便于理解本發(fā)明的原理及其實際運作過程與狀況，結(jié)合一個實施例及附圖對本 發(fā)明作進一步描述。其中：
[0039]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖；
[0040]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的主機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練系統(tǒng)的配置示意圖；
[0042] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練系統(tǒng)的瘺口氣壓氣流采集裝置的示意圖；
[0043] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練方法的流程圖。
[0044]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練方法的訓(xùn)練與主機控制軟件界面示意圖。 具體頭施方式
[0045]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
[0046]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于痿口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖，其中顯示的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練系統(tǒng)包括 上位機1、主機2、瘺口氣壓氣流采集裝置3、麥克風(fēng)4、基頻可控式電子人工喉5。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，上位機1裝載有訓(xùn)練與主機控制軟件，并儲存有 基于標(biāo)準(zhǔn)語料庫的瘺口氣壓、氣流及語音信息、以及基于瘺口氣流與氣壓信號調(diào)節(jié)的電子 人工喉的控制算法。
[0048] i圖三為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的主機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中，主機2包括氣 SiLi壓彳η"1?米集電路6、語首彳畝號米集電路7、電子人工喉基頻控制電路8、上位機通訊電路 9。上位機通訊電路（9)，用于將所述氣壓信號、氣流信號與語音信號傳送給上位機 （1)，和 從上位機接收所述基頻調(diào)節(jié)指令。
[0049]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練系統(tǒng)的配置示意圖，其中所示的該系統(tǒng)包括主機2,瘺口氣壓氣流采集裝置3,麥克風(fēng)4， 基頻可控式電子人工喉10,數(shù)據(jù)線 n。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，主機2通過數(shù)據(jù)線11與上位機1進行通訊，主 機通過瘺口氣壓氣流采集裝置3和麥克風(fēng)4采集使用者瘺口處的氣壓與氣流信號，且主機 還接收使用者使用基頻可控式電子人工喉 10發(fā)出的語音信號。同時主機2接收上位機i 的控制命令，并根據(jù)該控制命令調(diào)節(jié)基頻可控式電子人工喉10的發(fā)聲基頻。
[0051]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練系統(tǒng)中瘺口氣壓氣流采集裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖。包括瘺口硅膠罩12 (例如，本發(fā)明的一個 實施例中使用的是定制的硅膠罩，生產(chǎn)公司為駝人集團）、氣壓傳感器13(例如，本發(fā)明的 一個實施例中使用的是霍尼韋爾公司生產(chǎn)的SSCMLN025MDAA 5型氣壓傳感器）、氣流傳感器 14 (例如，本發(fā)明的一個實施例中使用的是霍尼韋爾公司生產(chǎn)的AWM2300V型氣流傳感器）。 其中，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，氣壓傳感器 13與氣流傳感器14使用密封膠固定在瘺口硅 膠罩接口處，進氣口指向瘺口硅膠罩前端，以方便采集瘺口處的氣壓與氣流信號；這些傳感 器的輸出信號通過后部的導(dǎo)線引出。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，使用者在發(fā)聲時將瘺口硅膠罩12貼緊瘺口，使 氣壓傳感器13與氣流傳感器14能夠采集到發(fā)聲時瘺口處的氣流與氣壓信號。
[0053]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練方法的流程圖，其中包括以下步驟：
[0054]步驟一：將主機2與上位機1通過數(shù)據(jù)線12連接，啟動訓(xùn)練與主機控制軟件與主 機2電源；
[0055] 步驟二：將瘺口氣壓氣流采集裝置3置于瘺口處，保證瘺口硅膠罩12與頸部的良 好接觸；
[0056] 步驟三：選取標(biāo)準(zhǔn)語料庫中的某一語句（例如，來自《漢語口語習(xí)慣用語教程》、 《曰常用語900句》等常用語音訓(xùn)練語料庫，該語料庫包含全部24個韻母和11個組合韻母 的四聲24個韻母：a， 〇, e, i, u, il, ai, ei, ui, ao, ou, iu, ie, lie, er, an, en, in, un, iln, ang, eng ，ing，ong ;11個組合韻母 :ia，ua，uo, ian，uan，uang，iong，uai，iao, iang，Uan)，例如 "i青{爾 再說一遍。"。使用者將基頻可控式電子人工喉10頂在喉頸部，按動開關(guān)，做出發(fā)聲時口型： "請你再說一遍。"在發(fā)聲的同時控制自己瘺口處的氣壓與氣流，使其與上位機1屏幕上顯示 的標(biāo)準(zhǔn)氣壓氣流盡量一致；
[0057]步驟四：主機2通過氣流氣壓信號采集電路6和語音信號采集電路7采集使用者 發(fā)聲時瘺口的氣壓、氣流信號與語音信號，通過數(shù)據(jù)線11傳送給上位機1 ;
[0058] 步驟五：上位機1在屏幕上顯示采集到的使用者氣壓、氣流、語音信號；同時根據(jù) 該氣壓氣流信號發(fā)出基頻調(diào)節(jié)指令，通過數(shù)據(jù)線ii傳送給主機2 ;主機2根據(jù)指令，利用電 子士工喉基頻控制電路8控制基頻可控式電子人工喉1〇的發(fā)聲基頻。同時，上位機1可在 屏幕上顯示發(fā)該語音（如訓(xùn)練語句"請你再說一遍。"）時標(biāo)準(zhǔn)的氣壓、氣流和和語音信號， 供使用者參考學(xué)習(xí)；
[0059]步驟六：使用者根據(jù)屏幕顯示的結(jié)果調(diào)整發(fā)聲時瘺口處的氣壓與氣流，訓(xùn)練控制 電子人工喉的能力；
[0060]步驟七：重復(fù)步驟二至步驟六，直到使用者語音接近標(biāo)準(zhǔn)語音為止。
[0061]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn) 練力·法的訓(xùn)練與主機控制軟件界面示意圖。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，訓(xùn)練與主機控制軟件可顯示訓(xùn)練語句，主機2 采集到的使用者發(fā)聲時的語音、氣壓和氣流信號以及該訓(xùn)練語句的標(biāo)準(zhǔn)語音、氣壓和氣流 信號。
【權(quán)利要求】
1. 基于瘺口氣流氣壓信號調(diào)控的電子人工喉訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于包括： 上位機（1)， 主機（2)， 瘺口氣壓氣流采集裝置（3)， 麥克風(fēng)（4)， 基頻可控式電子人工喉（5,10)， 其中， 主機（2)與上位機（1)進行通訊，通過瘺口氣壓氣流采集裝置（3)和麥克風(fēng)（4)采集 使用者瘺口處的氣壓與氣流信號，并接收使用者使用基頻可控式電子人工喉（5,1〇)發(fā)出 的語音信號， 主機（2)根據(jù)上位機（1)的控制命令，調(diào)節(jié)基頻可控式電子人工喉（5,10)的發(fā)聲基 頻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的電子人工喉訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于主機（2)包括： 氣流氣壓信號采集電路（6)， 語音信號采集電路（7)， 電子人工喉基頻控制電路（8)， 其中， 主機（2)通過氣流氣壓信號采集電路（6)和語音信號采集電路（7)采集使用者發(fā)聲時 瘺口的氣壓信號、氣流信號與語音信號，并將該氣壓信號、氣流信號與語音信號傳送給^立 機⑴； 上位機（1)根據(jù)所述氣壓信號和氣流信號發(fā)出基頻調(diào)節(jié)指令給主機（2); 主機（2)根據(jù)所述基頻調(diào)節(jié)指令，利用電子人工喉基頻控制電路（8)控制基頻可控式 電子人工喉（10)的發(fā)聲基頻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的電子人工喉訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于 上位機（1)包括用于顯示采集到的所述氣壓信號、氣流信號、語音信號的屏幕； 所述屏幕還用于顯示發(fā)出選定語音時的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號、氣流信號和和語音信號，供使 用者參考學(xué)習(xí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的電子人工喉訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于主機（2)進一步包括： 上位機通訊電路（9)，用于將所述氣壓信號、氣流信號與語音信號傳送給上位機（1)， 和從上位機接收所述基頻調(diào)節(jié)指令。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的電子人工喉訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于瘺口氣壓氣流采集裝置（3)包 括： 瘺口硅膠罩（12)，用于供使用者在發(fā)聲時將瘺口硅膠罩（12)貼緊瘺口， 氣壓傳感器（13)，固定在瘺口硅膠罩（12)內(nèi)，用于采集發(fā)聲時瘺口處的氣壓變化，將 氣壓信號轉(zhuǎn)換為電信號， 氣流傳感器（14)，固定在瘺口硅膠罩（12)內(nèi)，用于采集發(fā)聲時瘺口處的氣流變化，將 氣流信號轉(zhuǎn)換為電信號。
6. 基于根據(jù)權(quán)利要求2 - 5之一的電子人工喉的操作方法，其特征在于包括： 通過氣流氣壓信號采集電路（6)和語音信號采集電路（7)采集使用者發(fā)聲時瘺口的氣 壓、氣流信號與語音信號，并將該氣壓、氣流信號與語音信號傳送給上位機（D， 由上位機（1)在屏幕上顯示采集到的使用者氣壓、氣流信號與語音信號， 根據(jù)該氣壓、氣流信號發(fā)出基頻調(diào)節(jié)指令， 把基頻調(diào)節(jié)指令傳送給主機（2)， 主機⑵根據(jù)所述把基頻調(diào)節(jié)指令，利用電子人工喉基頻控制電路⑶控制基頻可控 式電子人工喉（10)的發(fā)聲基頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進一步包括 上位機（1)在屏幕上顯不發(fā)相關(guān)語音時的標(biāo)準(zhǔn)的氣壓、氣流信號和和語音信號。
【文檔編號】A61F2/20GK104188736SQ201410351169
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】牛海軍, 王立, 李立峰, 樊瑜波, 李陽 申請人:北京航空航天大學(xué)