CN111467757A - 一种基于语音发声的呼吸训练系统 - Google Patents

Abstract

一种基于语音发声的呼吸训练系统，包括佩戴装置、流量监测装置、集音装置和中央处理器，佩戴装置佩戴于患者头部，于佩戴装置上设置流量监测装置和集音装置，流量监测装置和集音装置均和中央处理器电连接或信号连接，中央处理器包括信息输入模块、流量监测模块、音量监测模块、训练方案模块、中央处理模块和数据显示模块。该系统要求患者同时进行吸气和发音的练习，改变了原有的单纯的呼吸训练模式，对吸气量和发音量实时监测，并且患者在整个训练过程中可以得到对应的视觉和听觉的反馈，以便患者实时调整吸气量和发音量，达到精准可控、最大程度调动呼吸功能的目的，并通过的趣味性训练方案，进一步激发患者的训练积极性，进而提升康复训练效果。

Description

一种基于语音发声的呼吸训练系统

技术领域

本发明涉及医疗领域，尤其涉及一种基于语音发声的呼吸训练系统。

背景技术

在临床上，呼吸系统疾病患者常会发生肺功能减退，表现为呼吸肌肌力下降、呼吸困难、气短气急等一系列症状，进而影响语言发声能力。说话状态比安静呼吸状态增加通气要求，肺功能差的病人如慢性阻塞性肺疾病患者，话语的连续性、语调和节奏控制都可能发生异常改变，产生说话无力、音量变小等表现，此外，说话中也较正常人更易引发疲劳和咳喘反应，疾病长期迁延会影响到患者与他人交流的积极性，造成生活质量下降。而对于长时间重症卧床患者来说，因语言交流减少导致调动呼吸肌肉做功更少，导致了肺功能废用性减退。所以，对呼吸功能障碍患者的康复，除了要训练呼吸肌肌肉力量，改善呼吸模式，也要加入针对语音的呼吸训练，全面提高康复效果。

临床上单次呼吸计数测试(SBCT)是一种快速肺功能评估法，单呼吸计数法测试与标准肺功能指标有较好的相关性，文献报道与肺疾病人群FEV1的相关系数达到0.68～0.75，单呼吸计数测试是通过发音来评估肺功能，更说明语音发声能力在肺功能表现中的重要性。此测试要求患者先尽最大努力深吸一口气，然后以自觉舒适的音量连续数出数字，节奏以每分钟120拍，一口气内尽可能长得数数字，数出的数字越长代表肺功能越好。单呼吸计数法测试要求患者尽最大努力吸气和最大程度把气体排出，具备深吸气和尽力呼气的呼吸训练属性，所以也可以作为一种肺功能训练方法。但是不同人群间的认知差异、个人的主观积极性、或者喉部主动调整策略等都可能影响单呼吸计数测试结果的稳定性，这些主观因素是影响测试结果真实性的重要原因，如果对吸气和发音都能实时量化，则可以减少主观因素造成的测量误差。

呼吸训练是肺康复的重要内容，但是目前呼吸训练主要针对呼吸肌肌力下降和呼吸模式改变，是在不发声的情况下训练。鉴于说话发声作为人体重要功能，又与肺功能的水平密切相关，把这种训练内容加入到呼吸训练体系中将给患者的呼吸功能带来更全面获益。目前，有关声音训练主要在音乐领域，声乐训练可以增加歌唱者肺活量，锻炼气流进出的控制能力，让声音更加洪亮悦耳。但是对肺功能下降的病人而言，语言交流就已经受到限制，而目前针对临床肺康复患者的语音训练设备尚又缺乏。

所以，需要设计出针对临床患者疾病特点的语音呼吸训练设备，来增加肺功能康复训练内容，并且如果能在训练过程中对气体吸入量、语音节奏和发音音量通过实时反馈，则能够更精准得评估和指导训练。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于语音发声的呼吸训练系统，该系统要求患者同时进行吸气和发音的练习，改变了原有的单纯的呼吸训练模式，对吸气量和发音量实时监测，并且患者在整个训练过程中可以得到对应的视觉和听觉的反馈，以便患者实时调整吸气量和发音量，达到精准可控、最大程度调动呼吸功能的目的，并通过的趣味性训练方案，进一步激发患者的训练积极性，进而提升康复训练效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于语音发声的呼吸训练系统，包括佩戴装置、流量监测装置、集音装置和中央处理器，所述佩戴装置佩戴于患者头部，于所述佩戴装置上设置流量监测装置和集音装置，所述流量监测装置和所述集音装置均和所述中央处理器电连接或信号连接，所述中央处理器包括信息输入模块、流量监测模块、音量监测模块、训练方案模块、中央处理模块和数据显示模块，所述信息输入模块用于信息的录入存储，所述流量检测模块和所述音量检测模块分别用于接收患者吸气流量和发声音量信息，所述训练方案模块用于训练方案的设置和选择，所述中央处理模块对吸气流量、发声音量以及训练方案和效果输出到所述数据显示模块上进行显示；

相应的，所述佩戴装置包括鼻罩和扣带，所述鼻罩的罩体上设置有通气管道，于所述鼻罩对称的两侧设置扣带用于所述鼻罩的固定；

相应的，所述流量监测装置包括单向进气阀和流量传感器，于所述佩戴装置的通气管道的管口设置所述单向进气阀，于所述单向进气阀的内侧的所述通气管道上设置所述流量传感器，所述流量传感器和所述中央处理器电连接或信号连接；

相应的，所述集音装置包括拾音器，所述拾音器设置于所述佩戴装置上并正对患者嘴部，所述拾音器和所述中央处理器电连接或信号连接；

相应的，所述信息输入模块中输入的信息包括患者个人信息和病例信息；

相应的，所述训练方案模块包含不同的语音训练方案，包括汉字、数字、音符、音量和节拍；

相应的，所述中央处理器还包括功能键模块，所述功能键模块包括开关键、切换键、触碰按键，所述开关键用于控制所述中央处理器的开关状态，所述切换键用于切换所述中央处理器的显示界面，所述触碰按键用于信息的输入和设置；

相应的，所述训练系统还包括声音反馈装置，所述声音反馈装置包括传输模块和耳机，所述耳机通过所述传输模块和所述中央处理模块连接，中央处理模块将患者发声音频输出到耳机上，供患者自行倾听其发音情况；

相应的，所述声音反馈装置还包括电池装置，所述电池装置为所述声音反馈装置提供必要电源。

本发明的有益效果为：

该系统要求患者同时进行吸气和发音的练习，改变了原有的单纯的呼吸训练模式，对吸气量和发音量实时监测，并且患者在整个训练过程中可以得到对应的视觉和听觉的反馈，以便患者实时调整吸气量和发音量，达到精准可控、最大程度调动呼吸功能的目的，并通过的趣味性训练方案，进一步激发患者的训练积极性，进而提升康复训练效果。

附图说明

图1是本发明一实施例所述的基于语音发声的呼吸训练系统的结构框架图；

图2是本发明一实施例所述的基于语音发声的呼吸训练系统的结构示意图；

图中：

11、鼻罩；12、扣带；

2、流量监测装置；21、单向进气阀；22、流量传感器；

3、集音装置；31、拾音器；

4、中央处理器；41、信息输入模块；42、流量监测模块；43、音量监测模块；44、训练方案模块；45、中央处理模块；46、数据显示模块；

5、耳机。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，基于语音发声的呼吸训练系统包括佩戴装置、流量监测装置2、集音装置3、中央处理器4和声音反馈装置；

佩戴装置包括鼻罩11和扣带12，鼻罩11的罩体上设置有通气管道，该通气管道可以是圆筒管，圆筒管和罩体可拆卸密封连接，便于鼻罩11的消毒清洗，于鼻罩11对称的两侧设置扣带12用于鼻罩11的固定；

流量监测装置2包括单向进气阀21和流量传感器22，于通气管道的管口设置单向进气阀21，于单向进气阀21的内侧设置流量传感器22，流量传感器22监测患者从单向进气阀21吸入的空气量，流量传感器22通将吸气量值转化为电信号传输到中央处理器4中。为了便于消毒和清洗，通常情况下，单向进气阀21和流量传感器22均为可拆卸设置于通气管道中。在其他实施例中，设置可以直接或间接用于监测吸气流量的传感器也可，例如，转速传感器，设置为转速传感器的，转速传感器用于测吸气时转动器的转数，并将转速转换成电信号，通过气量计算模块，将转速信息计算成吸气量值，再以电信号形式传输到中央处理器4中；

集音装置3包括拾音器31，拾音器31设置于鼻罩11罩体上且正对患者嘴部，在其他实施例中，拾音器31还可以设置为位置可调节的，例如，拾音器31通过连接杆固定设置于鼻罩11上，连接杆具备可弯曲性，具体可参照耳麦话筒中的连接杆，拾音器31可直接通过粘贴等方式固定于连接杆的一端，通过调节连接杆的弯曲度达到调节拾音器31位置的目的，在本实施例中，为了简化说明，采用电子拾音器，电子拾音器收录的语音通过音电信号的A/D转换模块传输到中央处理器4；

中央处理器4包括信息输入模块41、流量监测模块42、音量监测模块43、训练方案模块44、中央处理模块45和数据显示模块46，信息输入模块41用于信息的录入存储，该信息包括但不限于患者个人信息和病例信息，流量检测模块42和音量检测模块43分别用于接收流量检测装置2和集音装置3收录的患者吸气流量和发声音量信息(需要特别说明的是，通常情况下，流量检测装置和集音装置自带转换处理功能，如果不具备该功能的，只需在流量监测模块42和音量监测模块43设置相应的流量和音频处理转换器即可)，训练方案模块44用于训练方案的设置和选择，训练方案包括汉字、数字、音符、音量和节拍的设置，中央处理模块45对吸气流量、发声音量以及训练方案和效果输出到数据显示模块46上进行显示，常见的数据显示模块46为显示屏。此外，中央处理器4还包括功能键模块，功能键模块包括开关键、切换键、触碰按键，开关键用于控制中央处理器4的开关状态，切换键用于切换中央处理器4的显示界面，触碰按键用于信息的输入和设置；

声音反馈装置包括传输模块和耳机5，耳机5通过传输模块和中央处理模块45连接，中央处理模块45将患者发声音频输出到耳机5上，例如，通过蓝牙传输模块将音频输出到无线耳机中，供患者自行倾听其发音情况，进一步的，还对耳机5提供电池装置，例如锂电池，为耳机5的持续使用提供必要电能。

根据本实施例所述的基于语音发声的呼吸训练系统，可以得到如下实施方式：

1)患者佩戴好鼻罩11，并戴上耳机5，正对中央处理器4的显示屏；

2)开启中央处理器4，通过切换键切换到所需的操作模块，例如切换至信息输入模块41，点击触碰按键，显示屏界面显示触屏键盘；

3)在信息输入模块41输入患者个人信息和病例信息，包括年龄、性别、病程、疾病诊断；

4)切换到训练方案模块44，训练方案模块44内存储有已预先设定的训练方案，例如，方案1为数字方案：“1、2、3、4……”，“方案2为汉字方案：“锄禾日当午，汗滴禾下土……”，方案3为字母方案：“ABCD……”，并且每个方案均可对应设置节拍数，例如，每分钟60-180拍，初始可根据患者主观舒适度选择节拍数，随着训练进行可根据患者的耐受程度逐步增加节拍数，此外，因为患者会随着发音的先后时间，气量逐渐减少，音量也会不断减小，因此还可以对音量的高低进行设置，例如，前10个音节为20分贝值，中间10个音节为10分贝值，后面的音节为5分贝值，再如，前十个音节为10分贝值，后面音节为5分贝值，抑或不设定目标分贝值。从多种训练方案中选择一个进行训练；

5)待选择完毕后，切换至数据显示模块46，显示屏上显示出所选择的训练方案，启动吸气发声训练程序；

6)患者嘴巴紧闭，做最大努力进行吸气，显示屏上显示吸气流量图，例如可以柱状图，患者吸气结束后，即可根据所选择的训练方案的词汇、音量高低和节拍开始发音；

7)屏幕上会生成完成一次训练的结果，分别包括一口吸气量、总吸气时间、实际发音次数，完成达到要求的发音，未达要求发音，总的发音时间等，与此同时，患者可以从耳机中接收自己发音的情况，对自己的发音状态有个直观感受。本回合结束后，返回开始菜单进行下一回合训练。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于语音发声的呼吸训练系统，包括佩戴装置、流量监测装置、集音装置和中央处理器，其特征在于，所述佩戴装置佩戴于患者头部，于所述佩戴装置上设置流量监测装置和集音装置，所述流量监测装置和所述集音装置均和所述中央处理器电连接或信号连接，所述中央处理器包括信息输入模块、流量监测模块、音量监测模块、训练方案模块、中央处理模块和数据显示模块，所述信息输入模块用于信息的录入存储，所述流量检测模块和所述音量检测模块分别用于接收患者吸气流量和发声音量信息，所述训练方案模块用于训练方案的设置和选择，所述中央处理模块对吸气流量、发声音量以及训练方案和效果输出到所述数据显示模块上进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述佩戴装置包括鼻罩和扣带，所述鼻罩的罩体上设置有通气管道，于所述鼻罩对称的两侧设置扣带用于所述鼻罩的固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述流量监测装置包括单向进气阀和流量传感器，于所述佩戴装置的通气管道的管口设置所述单向进气阀，于所述单向进气阀的内侧的通气管道上设置所述流量传感器，所述流量传感器和所述中央处理器电连接或信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述集音装置包括拾音器，所述拾音器设置于所述佩戴装置上并正对患者嘴部，所述拾音器和所述中央处理器电连接或信号连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述信息输入模块中输入的信息包括患者个人信息和病例信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述训练方案模块包含不同的语音训练方案，包括汉字、数字、音符、音量和节拍。

7.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述中央处理器还包括功能键模块，所述功能键模块包括开关键、切换键、触碰按键，所述开关键用于控制所述中央处理器的开关状态，所述切换键用于切换所述中央处理器的显示界面，所述触碰按键用于信息的输入和设置。

8.根据权利要求1所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述训练系统还包括声音反馈装置，所述声音反馈装置包括传输模块和耳机，所述耳机通过所述传输模块和所述中央处理模块连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于语音发声的呼吸训练系统，其特征在于，所述声音反馈装置还包括电池装置，所述电池装置为所述声音反馈装置提供必要电源。

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