PL226429B1 - Sposób i urządzenie do regulacji oddechu - Google Patents

Abstract

Sposób regulacji oddechu polega na tym, iż równolegle dokonuje się pomiaru zawartości dwutlenku węgla w powietrzu wydychanym i mierzy się poziom ciśnienia akustycznego tak, że sygnały te stanowią przebiegi czasowe ze sobą zsynchronizowane i przetwarza się je w dziedzinie czasu rzeczywistego na sygnały elektryczne, a te - na formę graficzną oraz oblicza się parametr końcowo-wydechowej wartości dwutlenku węgla ETCO2, a do użytkownika, bądź w postaci graficznej przebiegu sygnału CO2 na tle przedziału normy dla parametru ETCO2, bądź w postaci wyświetlanego komunikatu tekstowego, przekazuje się informację o tym, czy wartość parametru ETCO2 dla ostatniego wydechu mieści się w przedziale normy, czy też nie, bądź też do użytkownika przekazuje się krótkie instrukcje, jak powinien on zmienić swój sposób oddychania, to jest zwiększyć bądź zmniejszyć częstotliwość wdechów lub/i zwiększyć bądź zmniejszyć objętość oddechową, lub komunikaty oceniające dotychczasowy sposób oddychania, a użytkownik uzyskując informację dotyczącą położenia otrzymanej dla ostatniego wydechu wartości ETCO2, względem położenia przedziału normy dla parametru ETCO2, wykorzystując kanał wydechowy, steruje wartością ETCO2 dobierając odpowiednio, metodą prób i błędów, częstotliwość oddechu i głębokość wdechu i kanałem wzrokowym kontroluje efekty sterowania. Przedmiotem zgłoszenia jest również urządzenie do regulacji oddechu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do regulacji oddechu podczas mówienia dla osób z zaburzeniami płynności mowy oraz mówców profesjonalnych (aktorów, spikerów, nauczycieli).

W przypadku osób z zaburzeniami płynności mowy, chodzi głównie o eliminację występujących u nich często zaburzeń oddechowych. Zaburzenia te ujawniają się poprzez brak koordynacji pomiędzy oddychaniem brzusznym i piersiowym, utratę większości powietrza wydechowego przed rozpoczęciem mówienia czy mowę na wdechu. Często obserwuje się również brak koordynacji pomiędzy tonacją, artykulacją i oddychaniem.

Natomiast w przypadku mówców profesjonalnych chodzi o doskonalenie techniki oddychania w toku mówienia, w celu ochrony narządu głosu przed nadmiernym przeciążeniem oraz podwyższenie komfortu mówcy - zmniejszenie wysiłku. Prawidłowy oddech nie powinien być ani widoczny, ani słyszalny. Z uwagi na wysokie wymagania techniczne jakim musi sprostać mówca profesjonalny jak na przykład: długie frazowanie - długie odcinki tekstu wypowiadane na jednym wydechu; często kilkanaście razy dłuższe niż u mówcy nieprofesjonalnego, szybkie tempo mówienia, głośność, wyrazistość mowy, jest on bardziej niż mówca nieprofesjonalny narażony na przeciążenie narządu głosu i jego schorzenia. Kluczem do sukcesu jest odpowiednia technika oddychania.

Z wynalazku „System i metoda oceny oddychania i wytwarzania dźwięków w trakcie głosowym użytkownika („System and metod for assesing breathing and vocal tract sound production of user; US Patent 6,423,013) znane jest rozwiązanie, w którym sygnały mowy i oddechowy, stanowiący superpozycję sygnałów uzyskiwanych z czujników elektrycznych, rejestrujących ruchy klatki piersiowej i brzucha, są podawane użytkownikowi na ekranie komputera PC wraz z rekomendowanym minimalnym i maksymalnym poziomem objętości. Stosując wizualne sprzężenie zwrotne użytkownik może kontrolować poziom objętości oddechowej podczas mówienia i łatwiej synchronizować mowę z wydechem.

Podobnie, wizualne sprzężenie zwrotne, w oparciu o akustyczny sygnał wypowiedzi i sygnał oddechowy obrazujący zmiany objętości płuc, wykorzystano w celu synchronizacji oddechu i mowy w wynalazku „System do terapii mowy” („Speech therapy system, US Patent 5,765,135).

W zgłoszeniu pt. „Sposób i urządzenie do udoskonalania mowy w systemie komunikacyjnym mowy” (PL 337717) przedstawiony jest system komunikacyjny mowy do uzyskiwania bardziej wyrazistego i zrozumiałego dla odbiorcy sygnału akustycznego mowy, co uzyskuje się poprzez odpowiednie przetwarzanie sygnału akustycznego z użyciem liniowych metod ekstrakcji cech, stosowanych w rozpoznawaniu mowy, tj. liniowego kodowania predykcyjnego (LPC) i liniowej spektralnej analizy częstotliwościowej (LSP).

Z wynalazku „Miniaturowe urządzenie do pomiaru rytmu oddechu (PL 208579) znane jest urządzenie do pomiaru rytmu oddechu, do umieszczenia na lub w wyrobach tekstylnych , którego zasada działania oparta jest na zjawisku fotoelektrycznym. Ruch klatki piersiowej wywołany oddychaniem powoduje oddalanie się i zbliżanie do siebie końców włókien optycznych nadawczego i odbiorczego. Zmiany położenia sąsiadujących ze sobą końców tych włókien powodują zmiany natężenia promieniowania oświetlającego fotodiodę, a więc i zmiany napięcia emitowanego przez nią prądu. Częstotliwość zmian napięcia prądu wytwarzanego przez fotodiodę, mierzona na częstościomierzu, stanowi miarę rytmu oddechu.

Pomiary zawartości CO₂ we krwi i gazach oddechowych pełnią ważną funkcję w medycynie. Są szczególnie przydatne przy zaburzeniach krążenia i wentylacji u chorych, podczas operacji czy reanimacji, do oceny czynnościowej płuc, stanu drożności dróg oddechowych czy skuteczności stosowanej terapii. Pomiary zawartości CO₂ w gazach oddechowych w postaci procentowej (ETCO₂), lub ciśnienia parcjalnego CO₂ (P_ETCO₂) podczas cyklu oddechowego określa się mianem kapnometrii, a w połączeniu z rejestracją graficzną - kapnografii.

Sposób regulacji oddechu, przez dobór częstotliwości oddechu i głębokości wdechu podczas mówienia, z wykorzystaniem metody kapnometrii, według wynalazku polega na tym, że równolegle dokonuje się pomiaru zawartości dwutlenku węgla w powietrzu wydychanym podczas mówienia i mierzy się poziom ciśnienia akustycznego mowy (rejestruje dźwięk), tak, że sygnał oddechowy i sygnał mowy stanowią przebiegi czasowe ze sobą zsynchronizowane i przetwarza się je w dziedzinie czasu rzeczywistego na sygnały elektryczne, a te - na formę graficzną, oraz oblicza się parametr końcowo-wydechowej wartości ETCO2 dwutlenku węgla, a do użytkownika, bądź w postaci graficznej przebiegu sygnału CO2 na tle przedziału normy dla parametru ETCO2, bądź w postaci wyświetlanego komunikaPL 226 429 B1 tu tekstowego, przekazuje się informację o tym, czy wartość parametru ETCO2 dla ostatniego wydechu mieści się w przedziale normy, czy też nie, bądź też do użytkownika przekazuje się krótkie instrukcje, jak powinien on zmienić swój sposób oddychania, tj. zwiększyć bądź zmniejszyć częstotliwość wdechów lub/i zwiększyć bądź zmniejszyć objętość oddechową lub komunikaty oceniające dotychczasowy sposób oddychania podczas mówienia, a użytkownik uzyskując z urządzenia informację dotyczącą położenia, otrzymanej dla ostatniego wydechu wartości ETCO2, względem położenia przedziału normy dla parametru ETCO2, wykorzystując kanał wydechowy, steruje wartością ETCO2 dobierając odpowiednio, metodą prób i błędów, częstotliwość oddechu i głębokość wdechu i kanałem wzrokowym kontroluje efekty sterowania.

Ewentualnie równocześnie obserwuje się czasowe przebiegi sygnału oddechowego, w postaci przebiegu CO2, którego kształt wyodrębnia fazę wdechową i wydechową każdego, kolejnego cyklu oddechowego oraz czasowe przebiegi sygnału akustycznego, przedstawionych równolegle w postaci graficznej i synchronizuje się mowę z oddechem, to jest dopasowuje się długość frazy wypowiadanego tekstu do długości fazy wydechowej, obserwując wzrost koncentracji CO₂ wydychanego podczas mówienia i odnosząc aktualny chwilowy poziom wydychanego CO₂ do ustalanych, uwidocznionych graficznie w postaci równoległych linii poziomów dolnej i górnej granicy przedziału normy dla parametru ETCO₂, ustala się czas końca wydechu i kończy się daną frazę w chwili przypadającej na koniec wydechu, precyzując jeśli aktualny poziom CO2 jest niższy od poziomu dolnej granicy normy to kontynuuje się wypowiedź co najmniej do osiągnięcia poziomu dolnej granicy normy dla parametru ETCO ₂, jeśli natomiast aktualny poziom CO₂ przyjmuje wartość bliską wartości poziomu górnej granicy normy dla parametru ETCO₂ niezwłocznie kończy się daną frazę i wraz z nią kończy się bieżącą fazę wydechową co zapobiega głośnym wdechom (po zbyt długiej frazie) i mowie na wdechu.

Urządzenie do regulacji oddechu, przez dobór częstotliwości oddechu i głębokości wdechu podczas mówienia, z wykorzystaniem metody kapnometrii, według wynalazku składa się z części dokonującej pomiaru zawartości dwutlenku węgla (CO2) w powietrzu wydychanym podczas mówienia, z części mierzącej poziom ciśnienia akustycznego mowy (rejestratora dźwięku) oraz części łączącej dwie wyżej wymienione. Wyjście części dokonującej pomiaru zawartości CO₂ w powietrzu wydychanym połączone jest przewodem elektrycznym z wejściem części łączącej - sygnał CO₂, jako sygnał elektryczny jest przesyłany do wejścia części łączącej i jest uwidoczniany w postaci graficznej na wyświetlaczu części łączącej, równocześnie z zadanym przedziałem normy dla końcowo-wydechowej wartości CO2 (EtCO2).

Użytkownik urządzenia ma kontakt z urządzeniem również za pośrednictwem kanału wydechowego. Powietrze wydychane przez użytkownika kanałem wydechowym stanowiącym plastikową giętką rurkę trafia do części dokonującej pomiaru zawartości CO2 w powietrzu wydychanym. Wejście plastikowej giętkiej rurki jest połączone z zaworem wydechowym półmaski twarzowej, umieszczonej na twarzy użytkownika. Wyjście plastikowej giętkiej rurki jest połączone z wejściem części mierzącej zawartość CO₂ w powietrzu wydychanym.

Regulacja oddechu użytkownika urządzenia odbywa się w pętli sprzężenia zwrotnego, którą tworzą: użytkownik i urządzenie połączeni ze sobą kanałem wzrokowym i wydechowym użytkownika.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig.1 schematycznie przedstawia w postaci bloków: część dokonującą pomiaru wydychanego podczas mówienia CO₂, część dokonującą pomiaru zmian ciśnienia akustycznego mowy, część łączącą (integrującą) współpracujące z użytkownikiem urządzenia. Jak pokazuje Fig. 1, użytkownik urządzenia śledząc na wyświetlaczu części łączącej 3 przebieg sygnału CO₂ może kontrolować i sterować własnym oddechem poprzez kontrolowanie i sterowanie wartością parametru ETCO₂. Pętla sprzężenia zwrotnego stosowanego do regulacji oddechu obejmuje przebieg informacji od użytkownika 4 do części dokonującej pomiaru CO₂ 2, stąd do części łączącej 3 i powrót do użytkownika 4. Przy czym informacja zwrotna z części 3 do użytkownika 4 może przebiegać kanałem wzrokowym lub/i słuchowym. Na Fig. 2 przedstawiono schematycznie trzy sposoby korekty oddechu użytkownika z wykorzystaniem różnych funkcji wyboru oferowanych przez urządzenie według wynalazku. Pierwszy sposób 5 polega na wykorzystaniu wizualnej informacji w postaci przebiegu CO₂ 6 na tle przedziału normy 7. Pętla 8 ilustruje sytuację, gdy uzyskana wartość ETCO₂ jest niższa od dolnej granicy przedziału normy - korekta oddechu powinna polegać na wydłużeniu frazy wypowiadanego tekstu (wzroście czasu wydechu). Pętla 9 obrazuje jak na następnym wydechu użytkownik urządzenia wydłuża frazę, ale fraza jest teraz zbyt długa, w stosunku do głębokości poprzedzającego ją wdechu, w efekcie zostaje osiągnięta wartość ETCO₂ wykraczająca poza górną granicę przedziału normy (pik 3.). Reak4

PL 226 429 B1 cja użytkownika urządzenia na tę sytuację jest zobrazowana w postaci pętli sprzężenia zwrotnego 10. Tym razem, użytkownik urządzenia właściwie dobiera długość frazy do głębokości poprzedzającego ją wdechu i uzyskana wartość ETCO₂ (dla 4. w kolejności piku CO₂) mieści się w zaznaczonym przedziale normy. Cel został osiągnięty. Drugi sposób 11 korekty oddechu polega na wykorzystaniu informacji słuchowej 12 - komunikatu emitowanego przez wyjście audio urządzenia według wynalazku, dotyczącego sugerowanego sposobu oddychania, w celu osiągnięcia przez parametr ETCO₂ wartości z zakresu przedziału normy. Trzeci sposób 13 korekty oddechu polega na wykorzystaniu wizualnej informacji dotyczącej sposobu oddychania, w postaci wyświetlanego komunikatu 14.

Fig. 3 pokazuje na czym polega synchronizowanie mowy z oddechem sposobem według wynalazku. Realizuje się to, poprzez równoczesną obserwację sygnału mowy 15 i sygnału oddechowego 16, ze sobą zsynchronizowanych i zobrazowanych w tej samej dziedzinie czasu 17. W obrębie sygnału mowy wyodrębnia się frazy mówione 18 i odcinki ciszy 19, a z sygnału oddechowego - fazę wdechową 20 i fazę wydechową 21. Sposobem według wynalazku dobiera się długość frazy 18 do długości wydechu 21. W sytuacji 22 mowa jest zsynchronizowana z oddechem, a sytuacji 23 i 24 nie jest. W sytuacji 23 fraza jest zbyt długa w stosunku do długości wydechu, co skutkuje mową na wdechu. W sytuacji 24 fraza jest zbyt krótka w stosunku do długości wydechu. Wysokość bloku 21 odpowiada wartości EtCO₂. W sytuacji 22 odpowiadająca wysokości bloku 21 wartość EtCO₂ mieści się w przedziale normy, w sytuacji 23, wysokość 21 odpowiada wartości EtCO₂ poniżej przedziału normy, a w sytuacji 24 wysokość 21 odpowiada wartości EtCO₂ powyżej przedziału normy.

Rozwiązanie według wynalazku posiada dwie bardzo istotne zalety (właściwości). Pierwsza z nich to jego zindywidualizowany charakter, to znaczy dostosowany do psychofizycznej kondycji organizmu i jego struktury morfologicznej. Oddech pacjenta podczas mówienia odnoszony jest do jego oddechu spoczynkowego, podczas którego częstotliwość i głębokość oddechu są regulowane i ustawiane samoistnie przez organizm na optymalnych dla niego, w danej chwili, indywidualnych poziomach, odpowiadających najniższemu kosztowi energetycznemu oddychania, które determinują poziom wydychanego CO₂ (ETCO₂).

Druga, istotna właściwość sposobu regulacji według wynalazku to jego uniwersalność. To znaczy, że mogą z niego korzystać zarówno osoby z niepłynności mowy, jak i osoby mówce płynnie z mówcami profesjonalnymi włącznie, zarówno do likwidacji zaburzeń oddechowych jak i do doskonalenia warsztatu technicznego, a ponadto może być on stosowany w sytuacjach nie związanych czynnością mówienia, w celu relaksacji w stanach zdenerwowania czy pobudzenia.

Claims (3)

1. Sposób regulacji oddechu, przez dobór częstotliwości oddechu i głębokości wdechu podczas mówienia, znamienny tym, że równolegle dokonuje się pomiaru zawartości dwutlenku węgla w powietrzu wydychanym podczas mówienia i mierzy się poziom ciśnienia akustycznego mowy tak, że sygnał oddechowy i sygnał mowy stanowią przebiegi czasowe ze sobą zsynchronizowane i przetwarza się je w dziedzinie czasu rzeczywistego na sygnały elektryczne, a te - na formę graficzną, oraz oblicza się parametr końcowo-wydechowej wartości dwutlenku węgla ETCO₂, a w postaci graficznej przedstawia się przebieg sygnału CO₂ na tle przedziału normy dla parametru ETCO₂, bądź w postaci wyświetlanego komunikatu tekstowego generowana jest informacja o tym, czy wartość parametru ETCO2 dla ostatniego (w stosunku do chwili bieżącej) wydechu mieści się w przedziale normy, czy też nie, bądź też generowane są krótkie instrukcje (w postaci słuchowej lub wizualnej), jak należy zmienić sposób oddychania, to jest zwiększyć bądź zmniejszyć częstotliwość wdechów lub/i zwiększyć bądź zmniejszyć objętość oddechową (głębokość wdechu), lub komunikaty dotyczące dotychczasowego sposobu oddychania, a informacja o wartości ETCO₂ otrzymanej dla ostatniego wydechu i jej położeniu względem położenia przedziału normy dla parametru ETCO2 służy do sterowania wartością ETCO₂, poprzez dobór, metodą prób i błędów, częstotliwości oddechu i głębokości wdechu

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że równocześnie obserwuje się czasowy przebieg sygnału oddechowego podczas mówienia, w postaci przebiegu CO2, którego kształt wyodrębnia fazę wdechową i wydechową każdego, kolejnego cyklu oddechowego oraz czasowy przebieg sygnału akustycznego mowy, przedstawione równolegle w postaci graficznej

PL 226 429 B1 (w tej samej dziedzinie czasu) i synchronizuje się mowę z oddechem poprzez dostosowanie długości frazy wypowiadanego tekstu do długości fazy wydechowej, to znaczy obserwując wzrost koncentracji CO2 wydychanego podczas mówienia i odnosząc jego aktualny (chwilowy) poziom do poziomów dolnej i górnej granicy przedziału normy dla parametru ETCO2, uwidocznionych graficznie w postaci równoległych linii, w zależności od aktualnego położenia poziomu CO2 w relacji do granic przedziału normy, ustala się czas końca wydechu i wypowiadaną frazę kończy się w chwili przypadającej na koniec wydechu, to znaczy jeśli aktualny poziom CO2 jest niższy od poziomu dolnej granicy normy dla parametru ETCO2, to kontynuuje się daną frazę, co najmniej do osiągnięcia poziomu dolnej granicy normy ETCO₂, jeśli natomiast aktualny poziom CO2 przyjmuje wartość bliską wartości poziomu górnej granicy normy dla parametru ETCO2 niezwłocznie i równocześnie kończy się wypowiadaną frazę i bieżącą fazę wydechową.

3. Urządzenie do regulacji oddechu, przez dobór częstotliwości oddechu i głębokości wdechu podczas mówienia, znamienne tym, że składa się z części (1) dokonującej pomiaru sygnału oddechowego, w postaci zawartości dwutlenku węgla w powietrzu wydychanym, z części (2) mierzącej poziom ciśnienia akustycznego sygnału mowy oraz części (3) łączącej dwie wyżej wymienione, przy czym wyjście części (1 dokonującej pomiaru zawartości CO₂ w powietrzu wydychanym połączone jest przewodem elektrycznym z wejściem części (3) łączącej a sygnał CO₂, jako sygnał elektryczny przesyłany na wejście części (3) łączącej jest uwidoczniany w postaci graficznej na wyświetlaczu części łączącej, równocześnie z zadanym przedziałem normy dla końcowo-wydechowej wartości dwutlenku węgla ETCO₂, a jednocześnie sygnał ciśnienia akustycznego mowy z wyjścia części (2) rejestrującej przesyłany jest na wejście części (3) łączącej, w której sygnał ten jest uwidaczniany w postaci graficznej na wyświetlaczu części łączącej i jednocześnie sygnał ten jest kierowany przewodem elektryc znym na wyjście części łączącej (3), połączone przewodem elektrycznym z wejściem do słuchawek lub głośnika.