CN110876608A - 基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，尤其是基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器及方法，针对传统的设备对言语发音检测不方便，区别不明显，难以进行诊断的问题，现提出如下方案，基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器，包括实时处理单元、主控单元和实时基频视听反馈单元，还包括基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，包括以下步骤：A1言语信号采集处理、A2言语信号的判别、A3基频康复执行和存储、A4显示基频康复执行结果、A5基频疗效监控、A6基频测量数据与基频损伤程度的转换。本发明对患者进行检测诊断，有效的检测出患者的言语基频障碍类型以及诊断方法提高了患者的检测诊断效率。

Description

基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器及方法。

背景技术

言语治疗包括五个功能模块：呼吸、发声、共鸣、构音和语音，由于每个人的体制以及生长条件不一致，导致每个人的言语发音不一致，传统的设备对言语发音检测不方便，区别不明显，难以进行诊断，对于脑瘫患者，其普遍存在言语问题，说话时容易存在异常停顿，说话句长短，说话噪音粗糙，存在前位聚焦的问题，为此需要基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器及方法。

发明内容

本发明提出的基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器及方法，解决了传统传统的设备对言语发音检测不方便，区别不明显，难以进行诊断的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器，包括实时处理单元、主控单元和实时基频视听反馈单元，所述实时处理单元包括单通道低通滤波器和麦克风，所述主控单元包括康复模式内容存储模块、基频康复步骤和执行模块和实时基频测量判别模块，所述单通道低通滤波器与麦克风和实时基频测量判别模块连接，所述实时基频测量判别模块与实时基频视听反馈单元、康复模式内容存储模块和基频康复步骤和执行模块连接。

优选的，所述麦克风用于实时采集用户产生言语嗓音信息；单通道低通滤波器用于实时处理用户产生言语嗓音时的基频数据；康复模式内容存储模块用于存储康复过程中使用的基频康复模式、基频康复内容，及其音调实时反馈训练、降调训练、升调训练、增加音调变化范围训练和减少音调变化范围训练内容；基频康复步骤和执行模块用于设置基频康复模式与实时运行所述基频康复内容；实时基频测量判别模块用于实时判别用户产生言语嗓音时基频的情况，用于判别是否存在基频控制障碍，判别基频障碍类型；实时基频视听反馈单元采用基频实时视听反馈技术用于实时显示与反馈基频康复结果与相关信息。

优选的，所述实时基频测量判别模块，通过对言语嗓音信号采用实时言语多维建模技术进行基频的实时检测、处理，用于言语嗓音基频功能障碍的实时测量，言语嗓音基频感知过程中语音自反馈实时测量，其性能为：基频实时响应速率：≤6.0ms。

基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，包括以下步骤：A1言语信号采集处理、A2言语信号的判别、A3基频康复执行和存储、A4显示基频康复执行结果、A5基频疗效监控、A6基频测量数据与基频损伤程度的转换，其步骤如下

A1：实时基频测量单元实时测量用户的基频数据，测量时要求用户以自然放松的状态说出自己的姓名年龄，或自发地说一句陈述句，将数据实时发送至主控单元中的实时基频测量判别模块；

A2：实时基频判别模块根据基频数据与基频目标值及其相应范围进行判别，并将判别结果实时发送至基频康复步骤和执行模块以及康复模式内容存储模块中的基频数据库中；

A3：基频康复步骤和执行模块根据判别结果，设置基频康复模式，从康复模式内容存储模块读取并执行基频康复模式、基频康复内容，将康复执行结果传输至实时基频视听反馈单元；

A4：实时基频视听反馈单元实时显示基频康复执行结果；

A5：重复执行步骤A1至步骤A4，直至用户产生言语嗓音时的基频数据达到目标值及其相应范围时终止；

A6：在步骤A1同时实时基频测量判别模块根据用户基频数据转换为基频限定值，对基频损伤程度、基频变化损伤程度进行定性判别，实时基频测量判别模块将用户信息以及音调障碍类型信息发送至康复执行模块，实时基频测量判别模块根据用户信息以及基频数据与基频限定值进行判别，并对判别结果进行问题描述。

优选的，所述基频数据库存储的言语嗓音的基频数据包括不同性别、各年龄段的基频均值F₀、基频标准差F₀SD、基频变化范围和基频限定值。

优选的，所述基频限定值用于确定基频损伤程度，基频限定值为非连续百分数，以0％、5％、25％、50％、96％、100％为固定限定值，4％、24％、49％、95％为辅助限定值，基频限定值0定义为没有损伤0-4％，1定义为基频轻度损伤5-24％，2定义为基频中度损伤25-49％，3定义为基频轻度损伤50-95％，4定义为基频完全损伤96-100％，8定义为所获得的信息不足以定量问题的严重性，9定义为不适用。

优选的，所述音调障碍类型包括音调过低障碍、音调过高障碍、音调变化单一障碍、音调变化过大障碍，其中F₀和F₀SD为同性别、各年龄段的基频均值、基频标准差。

优选的，所述问题描述包括对声带振动次数的描述、判定等级的描述、基频正常范围的描述、基频损伤程度的描述。

本发明中，

实时采集患者的言语信息，然后采集的言语信息进行处理判定形成基频数据，根据年龄性别对基频数据进行判别然后形成基频障碍类型，然后根据设置康复模式，选择康复内容和执行康复步骤，对患者进行检测诊断，有效的检测出患者的言语基频障碍类型以及诊断方法，方便对患者的言语嗓音进行诊断治疗，提高了患者的检测诊断效率。

附图说明

图1为本发明提出的基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器的结构示意图；

图2为本发明提出的基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-2，基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器，包括实时处理单元、主控单元和实时基频视听反馈单元，实时处理单元包括单通道低通滤波器和麦克风，主控单元包括康复模式内容存储模块、基频康复步骤和执行模块和实时基频测量判别模块，单通道低通滤波器与麦克风和实时基频测量判别模块连接，实时基频测量判别模块与实时基频视听反馈单元、康复模式内容存储模块和基频康复步骤和执行模块连接。

麦克风用于实时采集用户产生言语嗓音信息；单通道低通滤波器用于实时处理用户产生言语嗓音时的基频数据；康复模式内容存储模块用于存储康复过程中使用的基频康复模式、基频康复内容，及其音调实时反馈训练、降调训练、升调训练、增加音调变化范围训练和减少音调变化范围训练内容；基频康复步骤和执行模块用于设置基频康复模式与实时运行基频康复内容；实时基频测量判别模块用于实时判别用户产生言语嗓音时基频的情况，用于判别是否存在基频控制障碍，判别基频障碍类型；实时基频视听反馈单元采用基频实时视听反馈技术用于实时显示与反馈基频康复结果与相关信息。

实时基频测量判别模块，通过对言语嗓音信号采用实时言语多维建模技术进行基频的实时检测、处理，用于言语嗓音基频功能障碍的实时测量，言语嗓音基频感知过程中语音自反馈实时测量，其性能为：基频实时响应速率：≤6.0ms。

基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，包括以下步骤：A1言语信号采集处理、A2言语信号的判别、A3基频康复执行和存储、A4显示基频康复执行结果、A5基频疗效监控、A6基频测量数据与基频损伤程度的转换，其步骤如下：

A1：实时基频测量单元实时测量用户的基频数据，测量时要求用户以自然放松的状态说出自己的姓名年龄，或自发地说一句陈述句，将数据实时发送至主控单元中的实时基频测量判别模块；产生基频数据包括不同性别、各年龄段：2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17岁各段，18-70岁合为成人段，共17段的基频均值(赫兹)、基频标准差(赫兹)、基频限定值(％)；

A2：实时基频判别模块根据基频数据与基频目标值及其相应范围进行判别，并将判别结果实时发送至基频康复步骤和执行模块以及康复模式内容存储模块中的基频数据库中；

A3：基频康复步骤和执行模块根据判别结果，设置基频康复模式，从康复模式内容存储模块读取并执行基频康复模式、基频康复内容，将康复执行结果传输至实时基频视听反馈单元；

A4：实时基频视听反馈单元实时显示基频康复执行结果。

A5：重复执行步骤A1至步骤A4，直至用户产生言语嗓音时的基频数据达到目标值及其相应范围时终止；

A6：在步骤A1同时实时基频测量判别模块根据用户基频数据转换为基频限定值，对基频损伤程度、基频变化损伤程度进行定性判别，实时基频测量判别模块将用户信息以及音调障碍类型信息发送至康复执行模块，实时基频测量判别模块根据用户信息以及基频数据与基频限定值进行判别，并对判别结果进行问题描述。

优选的，基频数据库存储的言语嗓音的基频数据包括不同性别、各年龄段的基频均值F₀、基频标准差F₀SD、基频变化范围和基频限定值。

优选的，基频限定值用于确定基频损伤程度，基频限定值为非连续百分数，以0％、5％、25％、50％、96％、100％为固定限定值，4％、24％、49％、95％为辅助限定值，基频限定值0定义为没有损伤0-4％，1定义为基频轻度损伤5-24％，2定义为基频中度损伤25-49％，3定义为基频轻度损伤50-95％，4定义为基频完全损伤96-100％，8定义为所获得的信息不足以定量问题的严重性，9定义为不适用。

优选的，音调障碍类型包括音调过低障碍、音调过高障碍、音调变化单一障碍、音调变化过大障碍，其中F₀和F₀SD为同性别、各年龄段的基频均值、基频标准差。

优选的，问题描述包括对声带振动次数的描述、判定等级的描述、基频正常范围的描述、基频损伤程度的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

基频边界值，根据不同障碍类型、不同性别、不同年龄段得出以下基频边界值：

第一，对于基频过低障碍，14-70岁男性的基频边界值为70Hz、13岁男性基频边界值为130Hz、11-12岁男性以及13-70岁女性的基频边界值为150Hz、4-10岁男性与女性以及11-12岁女性的基频边界值为200Hz；

第二，对于基频过高障碍，14-70岁男性的基频边界值为300Hz、11-13岁男性以及15-70岁女性的基频边界值为350Hz、13-14岁女性的基频边界值为400Hz、4-10岁男性与女性以及11-12岁女性的基频边界值为550Hz；

第三，对于基频变化单一障碍，各年龄段不同性别的基频标准差边界值0Hz；

实施例二：

基频损伤程度、基频变化损伤程度进行定性判别的判别方法，根据不同性别、各年龄段的中国人言语基频参考数据得出以下公式，对于同性别的每个年龄段，用于判别音调过低障碍时的基频损伤程度公式：基频均值-基频标准差-(基频均值-基频标准差-基频边界值)*基频限定值；对于同性别的各个年龄段(共17段)，用于判别音调过高障碍时的基频损伤程度公式：基频均值+基频标准差+(基频边界值-基频标准差-基频均值)*限定值；对于各个年龄段，用于判别音调变化单一障碍时的基频变化损伤程度公式：F₀SD均值-(F₀SD均值-F₀SD边界值)*限定值，其中：F₀SD为基频标准差；对于同性别的各个年龄段(男、女各17段)，用于判别音调变化过大障碍时的基频变化损伤程度公式：F₀SD均值+(F₀SD边界值-F₀SD均值)*限定值，其中：F₀SD为基频标准差；对于固定限定值5％与辅助限定值4％之间的数据、固定限定值25％与辅助限定值24％之间的数据、固定限定值50％与辅助限定值49％之间的数据、固定限定值96％与辅助限定值95％之间的数据按照规则衔接起来成为连续等级，即避免每组限定值有数据的重复或断层；衔接规则为以固定限定值0％、5％、25％、50％、96％、100％为基准，扩大辅助限定值4％、24％、49％、95％的数据至相应固定限定值5％、25％、50％、96％的数据，使固定限定值与辅助限定值衔接为连续等级。

该设计实时采集患者的言语信息，然后采集的言语信息进行处理判定形成基频数据，根据年龄性别对基频数据进行判别然后形成基频障碍类型，然后根据设置康复模式，选择康复内容和执行康复步骤，对患者进行检测诊断，有效的检测出患者的言语基频障碍类型以及诊断方法，方便对患者的言语嗓音进行诊断治疗，提高了患者的检测诊断效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器，包括实时处理单元、主控单元和实时基频视听反馈单元，其特征在于，所述实时处理单元包括单通道低通滤波器和麦克风，所述主控单元包括康复模式内容存储模块、基频康复步骤和执行模块和实时基频测量判别模块，所述单通道低通滤波器与麦克风和实时基频测量判别模块连接，所述实时基频测量判别模块与实时基频视听反馈单元、康复模式内容存储模块和基频康复步骤和执行模块连接。

2.根据权利要求1所述的基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器，其特征在于，所述麦克风用于实时采集用户产生言语嗓音信息；单通道低通滤波器用于实时处理用户产生言语嗓音时的基频数据；康复模式内容存储模块用于存储康复过程中使用的基频康复模式、基频康复内容，及其音调实时反馈训练、降调训练、升调训练、增加音调变化范围训练和减少音调变化范围训练内容；基频康复步骤和执行模块用于设置基频康复模式与实时运行所述基频康复内容；实时基频测量判别模块用于实时判别用户产生言语嗓音时基频的情况，用于判别是否存在基频控制障碍，判别基频障碍类型；实时基频视听反馈单元采用基频实时视听反馈技术用于实时显示与反馈基频康复结果与相关信息。

3.根据权利要求1所述的基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器，其特征在于，所述实时基频测量判别模块，通过对言语嗓音信号采用实时言语多维建模技术进行基频的实时检测、处理，用于言语嗓音基频功能障碍的实时测量，言语嗓音基频感知过程中语音自反馈实时测量，其性能为：基频实时响应速率：≤6.0ms。

4.基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，包括以下步骤：A1言语信号采集处理、A2言语信号的判别、A3基频康复执行和存储、A4显示基频康复执行结果、A5基频疗效监控、A6基频测量数据与基频损伤程度的转换，其步骤如下：

A1：实时基频测量单元实时测量用户的基频数据，测量时要求用户以自然放松的状态说出自己的姓名年龄，或自发地说一句陈述句，将数据实时发送至主控单元中的实时基频测量判别模块；

A2：实时基频判别模块根据基频数据与基频目标值及其相应范围进行判别，并将判别结果实时发送至基频康复步骤和执行模块以及康复模式内容存储模块中的基频数据库中；

A3：基频康复步骤和执行模块根据判别结果，设置基频康复模式，从康复模式内容存储模块读取并执行基频康复模式、基频康复内容，将康复执行结果传输至实时基频视听反馈单元；

A4：实时基频视听反馈单元实时显示基频康复执行结果；

A5：重复执行步骤A1至步骤A4，直至用户产生言语嗓音时的基频数据达到目标值及其相应范围时终止；

A6：在步骤A1同时实时基频测量判别模块根据用户基频数据转换为基频限定值，对基频损伤程度、基频变化损伤程度进行定性判别，实时基频测量判别模块将用户信息以及音调障碍类型信息发送至康复执行模块，实时基频测量判别模块根据用户信息以及基频数据与基频限定值进行判别，并对判别结果进行问题描述。

5.如权利要求4所述基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，其特征在于，所述基频数据库存储的言语嗓音的基频数据包括不同性别、各年龄段的基频均值F₀、基频标准差F₀SD、基频变化范围F₀和基频限定值。

6.如权利要求5所述基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，其特征在于，所述基频限定值用于确定基频损伤程度，基频限定值为非连续百分数，以0％、5％、25％、50％、96％、100％为固定限定值，4％、24％、49％、95％为辅助限定值，基频限定值0定义为没有损伤0-4％，1定义为基频轻度损伤5-24％，2定义为基频中度损伤25-49％，3定义为基频轻度损伤50-95％，4定义为基频完全损伤96-100％，8定义为所获得的信息不足以定量问题的严重性，9定义为不适用。

7.如权利要求4所述基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，其特征在于，所述音调障碍类型包括音调过低障碍、音调过高障碍、音调变化单一障碍、音调变化过大障碍，其中F₀和F₀SD为同性别、各年龄段的基频均值、基频标准差。

8.如权利要求4所述基频实时测量和视听反馈技术的发声康复仪器使用方法，其特征在于，所述问题描述包括对声带振动次数的描述、判定等级的描述、基频正常范围的描述、基频损伤程度的描述。

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