CN211862802U

CN211862802U - 基于多模态的同步多通道信号采集设备

Info

Publication number: CN211862802U
Application number: CN201922321788.7U
Authority: CN
Inventors: 徐文; 程丽宇; 陆洁宇
Original assignee: Beijing Tongren Hospital
Current assignee: Beijing Tongren Hospital
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2029-12-20

Abstract

本实用新型公开了一种基于多模态的同步多通道信号采集设备，包括多通道生理记录仪和与多通道生理记录仪连接的表面电极、语音检测装置、胸腹运动检测装置、气流检测装置；其中，表面电极、语音检测装置、胸腹运动检测装置和气流检测装置分别用于同步采集受试者的喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号；多通道生理记录仪用于对受试者的喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号进行信号整合、存储和输出。上述基于多模态的同步多通道信号采集设备，可以同步检测发音过程中喉肌的肌电活动、语音、口鼻气流、胸腹运动之间的关系，从而更全面地了解发声障碍患者的发音特点，对于临床辅助检查及诊断提供帮助。

Description

基于多模态的同步多通道信号采集设备

技术领域

本实用新型涉及一种基于多模态的同步多通道信号采集设备。

背景技术

由于发音过程是由多个系统参与的整体，包括发音动力系统、发声器官及参与共鸣和构音的器官、结构等，因此，我们在研究发声障碍的过程中，应当多方面进行分析，对各类影响因素进行整合研究。由于发声障碍发生机制较为复杂，生理机理认识不清晰，也没有快速、可靠的临床诊断依据。若单独进行各模态的独立研究，获得信息相对片面，存在其自身的局限性。

既往Mara等人认为需对发声障碍进行多方面分析，提出了多维度检查。上述检查方法同过去的诊疗过程类似，虽提出了多维度理念，但各项检查独立进行，且没有系统性的全面研究。因此，需要一种多维、实时、特异性的检查手段，对包括动力系统的胸腹部呼吸力量、发声器官的运动过程、共鸣及构音器官的形态及对发音的影响等方面分析，才能达到对该类疾病系统、全面的认识。

临床常以多模态方法进行多维、多方面观察，融合多个模态。目前，多模态方法较多应用于语言文字、计算机软件及应用、自动化技术、教育及临床医学等领域，如多模态图像技术、多模态人机交互、多模态磁共振成像等。

在医学领域中，多模态形式较多见于影像学，包括超声、核磁、核医学等，衍生出的多模态影像融合技术在临床诊疗领域已经开展了广泛的研究。另外，多模态在包括康复医学、神经生物学等领域也有一定价值。但目前，在嗓音医学领域并无多模态系统的应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于多模态的同步多通道信号采集设备。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于多模态的同步多通道信号采集设备，包括多通道生理记录仪和与所述多通道生理记录仪连接的表面电极、语音检测装置、胸腹运动检测装置、气流检测装置；其中，

所述表面电极、所述语音检测装置、所述胸腹运动检测装置和所述气流检测装置分别用于同步采集受试者的喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号；

所述多通道生理记录仪用于对受试者的喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号进行信号整合、存储和输出。

其中较优地，所述表面电极是金杯贴片电极。

其中较优地，所述语音检测装置是语音麦克风，所述语音麦克风连接到所述多通道生理记录仪中的放大器上。所述语音麦克风固定到口鼻面罩。

其中较优地，所述胸腹运动检测装置是呼吸绑带，用于记录呼吸肌发音时胸腔及腹腔的容积变化。呼吸绑带包括胸部绑带和腹部绑带。

其中较优地，所述气流检测装置是鼻导管或口鼻面罩。

其中较优地，所述多通道生理记录仪是Grael多通道生理记录仪。

本实用新型所提供的基于多模态的同步多通道信号采集设备，可以同步检测发音过程中喉肌的肌电活动、语音、鼻气流、胸腹运动之间的相互关系，从而更全面地了解声障碍患者发音特点，对于临床辅助检查及诊断提供帮助。

附图说明

图1是本实用新型所提供的基于多模态的同步多通道信号采集设备的信号采集框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行进一步地详细描述。

发音过程是由发音动力系统、发声器官及参与共鸣和构音的器官、结构等多个系统参与的整体，为此，本实用新型所提供的基于多模态的同步多通道信号采集设备，可以同时对受试者发音过程中的喉肌的肌电活动、语音、口鼻气流、胸腹运动等多个方面进行检测。

如图1所示，本实用新型所提供的基于多模态的同步多通道信号采集设备，包括多通道生理记录仪和与多通道生理记录仪连接的表面电极、语音检测装置、胸腹运动检测装置、气流检测装置；其中，表面电极、语音检测装置、胸腹运动检测装置和气流检测装置分别用于同步采集受试者的喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号；多通道生理记录仪用于对受试者的喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号进行信号整合、存储和输出。

具体来说，在该实施例中，多通道生理记录仪采用Grael多通道生理记录仪。表面电极是与Grael多通道生理记录仪连接的金杯贴片电极。语音检测装置是与Grael多通道生理记录仪连接的语音麦克风，所述语音麦克风连接到多通道生理记录仪中的放大器上。气流检测装置是与Grael多通道生理记录仪连接的鼻导管或口鼻面罩，其中，鼻导管进行鼻气流监测只能定性测量，而口鼻面罩可以分别监测口、鼻气流情况，以达到定量目的；语音麦克风可以固定到口鼻面罩。胸腹运动检测装置是呼吸绑带，用于记录呼吸肌发音时胸腔及腹腔的容积变化。呼吸绑带包括胸部绑带和腹部绑带。

目前应用多通道生理记录仪为康迪品牌Grael设备，该设备对于语音监测中语音-时间序列可以胜任。应用Grael多通道生理记录仪，同步进行喉肌表面肌电、语音、胸腹呼吸、口鼻气流监测，装置通过不同接口连接表面电极、语音监测装置、呼吸绑带、鼻导管气流监测装置。通过观察发声障碍患者在发音、讲话、阅读等过程中，喉肌的肌电活动与呼吸辅助、口鼻气流流量、语音等关系，所获得的各类信号数据经整合后存储及输出，供操作者分析数值分布特点，从而判断其发音是否协调，有无异常情况。

在上述基于多模态的同步多通道信号采集设备中，主要应用操作系统为多通道生理记录仪。多通道生理记录仪具有如下作用：调整各类信号输入标准，连接设备，进行定标、定时等处理，保证同步输入，将仪器连接至计算机，并进行实时监测，同时对采集到的多通道信号进行信号整合、存储和输出。

整合信号的过程，包括整合喉肌的表面肌电信号、语音信号、胸腹运动及口鼻气流流量信号。具体如下：

①基于表面肌电图的喉肌运动及协调性：将电极片放置于被测肌肉表面对应皮肤处，检测不同发音及运动状态下肌肉募集情况。

②口鼻气流及语音：将语音麦克风连接至口鼻面罩，将面罩置于受试者口鼻处，连接紧密，受试者发音过程中，除同步记录受试者口鼻气流流量外，可进行语音收集。同时观察气流与发音间的关系，及气流的构成对共鸣的影响。

③胸腹部呼吸支持：利用胸部绑带和腹部绑带记录受试者呼吸肌发音时胸腔及腹腔的容积变化。

在检测时，贴片电极的放置位置根据既往相关文献放置，并平行于肌纤维的方向，位于肌腹处。五组电极位置：1.斜方肌上缘；2.胸锁乳突肌；3.舌骨下肌群(胸骨舌骨肌、肩胛舌骨肌)；4.舌骨上肌群 (颏舌骨肌、二腹肌、下颌舌骨肌等)；5.环甲肌。使用Ten 20导电膏(Weaver and Company，USA)涂抹于金杯电极内，使其完全包裹电极与皮肤接触区域，进一步降低电极-皮肤阻抗。

基于表面肌电图的喉肌运动及协调性：将电极片放置于受试者被测肌肉表面对应皮肤处，检测平静状态下肌肉募集情况，后嘱受试者进行相关功能运动，如耸肩、转头、低头/抬头、伸舌、深呼吸等，检查电极片及肌电图仪器连接是否正常，及肌肉是否存在功能异常。检测受试者发音时肌肉募集情况，与正常人进行对比。共选取五组肌肉，包括颈部肌肉(斜方肌、胸锁乳突肌)、呼吸肌(肋间肌、腹直肌，代替直接呼吸相关的膈肌)、颈前带状肌群、环甲肌、颏舌肌等。

表1受试者不同动作及发音任务所对应的肌肉观察项目

口鼻气流及共鸣：将语音麦克风连接至口鼻面罩，将面罩置于受试者口鼻处，连接紧密，受试者发音过程中，除同步记录受试者口鼻气流流量外，可进行语音收集。同时观察气流与发音间的关系，及气流的构成对共鸣的影响。

胸腹部呼吸支持：将胸部绑带、腹部绑带分别置于受试者下胸部第6-7肋间、腹部平脐处，记录受试者呼吸肌发音时胸腔及腹腔容积变化。

多通道生理记录仪：调整各类信号输入标准，连接设备，进行定标、定时等处理，保证同步输入，将仪器连接至计算机，进行实时监测，同时对采集到的多通道信号进行存储和输出。

上述基于多模态的同步多通道信号采集设备，可用于观察记录发声障碍患者发音过程中各参与指标，如喉肌活动、语音、胸腹呼吸、鼻气流流量等，分析其相互关系，以得到发声障碍特征，进行特征性分析，通过深度网络计算学习，获得诊断技术，以期应用于临床发声障碍尤其是功能性发声障碍的诊断研究。

上述基于多模态的同步多通道信号采集设备，可以应用于临床发声障碍的发音相关活动是否协调等检查中。多模态技术属于新兴项目，首次应用于喉部及嗓音疾病方面，可以同步监测多个方面信号，能够从多个角度反映患者的疾病状态，指导进一步的诊疗方案。

通过喉镜、嗓音评估等检查，将就诊的发声障碍患者分为正常对照组、功能性发声障碍组、器质性发声障碍组。同步监测患者发音时的颈肩部肌肉、胸腹运动、口鼻气流、语音等，运用多通道生理记录仪同步记录相关信号，将各个信号整合输出至计算机，通过进一步分析相关参数，从而获得发音时相关肌电、呼吸及气流、语音等信号的变化。通过多模态信号分析功能性发声障碍组与正常人、器质性发声障碍组对照，研究功能性发声障碍的多模态信号变化特点及每一模态信号变化的特征性参数及相关性，以提高诊断准确性及治疗有效性。病例筛选，进行多模态数据采集平台建设。

综上所述，本实用新型所提供的基于多模态的同步多通道信号采集设备，可以同步检测发音过程中喉肌的肌电活动、语音、口鼻气流、胸腹运动之间的相互关系，从而更全面地了解发声障碍患者的发音特点，对于临床辅助检查及诊断提供帮助。

以上对本实用新型所提供的一种基于多模态的同步多通道信号采集设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims

1.一种基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于包括多通道生理记录仪和与所述多通道生理记录仪连接的表面电极、语音检测装置、胸腹运动检测装置、气流检测装置；其中，

2.如权利要求1所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述表面电极是金杯贴片电极。

3.如权利要求1所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述语音检测装置是语音麦克风。

4.如权利要求3所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述语音麦克风连接到所述多通道生理记录仪中的放大器上。

5.如权利要求3所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述语音麦克风固定到口鼻面罩。

6.如权利要求1所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述胸腹运动检测装置包括胸部绑带和腹部绑带，用于记录呼吸肌发音时胸腔及腹腔的容积变化。

7.如权利要求1所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述气流检测装置是鼻导管或口鼻面罩。

8.如权利要求1所述的基于多模态的同步多通道信号采集设备，其特征在于：

所述多通道生理记录仪是Grael多通道生理记录仪。