RU2203621C1

RU2203621C1 - Method for evaluating stammering logocorrection effectiveness

Info

Publication number: RU2203621C1
Application number: RU2001134158/14A
Authority: RU
Inventors: ров О.П. Скл; О.П. Скляров; рова Т.Н. Скл; Т.Н. Склярова; И.А. Поварова
Original assignee: Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves recording spontaneous patient speech, selecting acoustic signal segments according to voice-no-voice principle and determining vocal segment durations, their mean value T, their variation coefficient std and deviation of the point having T,std coordinates from normal value. EFFECT: higher objectivity degree in evaluating diagnosis accuracy and correction effectiveness. 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и логопедии и может найти применение при профилактике и лечении заикания, а также при профотборе и массовых обследованиях учащихся общеобразовательных школ, детских садов и других организованных коллективов. The invention relates to medicine and speech therapy and can be used in the prevention and treatment of stuttering, as well as in professional selection and mass screening of students in secondary schools, kindergartens and other organized groups.

В настоящее время проводят диагностику и оценивают эффективность коррекции заикания преимущественно по изменению его выраженности с использованием неформализованных субъективных критериев. Это не дает возможности достаточно точно проследить динамику темпоритмических характеристик речи пациентов и не позволяет объективно сравнивать эффективность различных методов коррекции заикания. Currently, they are diagnosing and evaluating the effectiveness of stuttering correction mainly by changing its severity using informal subjective criteria. This makes it impossible to accurately track the dynamics of the temporal characteristics of the speech of patients and does not allow to objectively compare the effectiveness of various stutter correction methods.

Известен способ оценки тяжести заикания, основанный на количественных измерениях, проводимых во временной структуре речевого сигнала, полученного при чтении [1]. Авторы используют коэффициент вариации длительностей гласных на плавных участках речи заикающихся. Сегменты, соотносимые с гласными звуками, выделяются из речи заикающихся на участках плавности, отбираемых экспертным путем. Эти участки подчиняются списку довольно жестких ограничений: они должны состоять, по крайней мере, из двух слов, быть трехслоговой длины, слова должны произноситься без артикуляционных ошибок. Слова, входящие в эти участки, должны начинаться со стоп консонанты (например, русского "п") или с фрикатива (например, "с"), или так называемой смычной согласной (например, русского "т"), первая и вторая форманты, т.е. резонансные частоты артикуляторного тракта должны быть четко видны на спектрографе, сегментные и словесные границы должны быть четко идентифицируемы на экране дисплея. После выделения сегментов измеряют длительность гласных, используя при этом только участок стационарности. При этом анализируемый сигнал получают при чтении стандартного текста. Все перечисленное делает метод чрезвычайно сложным и трудоемким, при этом способ использует речь только при чтении стандартного теста и основывается на оценках эксперта. Все это делает невозможным широкое применение способа. A known method for assessing the severity of stuttering, based on quantitative measurements carried out in the time structure of the speech signal obtained by reading [1]. The authors use the coefficient of variation of vowel durations on smooth sections of stuttering speech. Segments correlated with vowels are distinguished from stuttering speech in areas of smoothness selected by experts. These sections are subject to a list of rather stringent restrictions: they must consist of at least two words, be of a three-syllable length, words must be pronounced without articulation errors. Words included in these sections should begin with stop consonants (for example, Russian “p”) or with a fricative (for example, “c”), or the so-called vocal consonant (for example, Russian “t”), the first and second formants, those. the resonant frequencies of the articulatory tract should be clearly visible on the spectrograph, segment and verbal boundaries should be clearly identifiable on the display screen. After isolating the segments, the duration of the vowels is measured using only the stationarity section. In this case, the analyzed signal is obtained when reading standard text. All of the above makes the method extremely complex and time-consuming, while the method uses speech only when reading the standard test and is based on expert estimates. All this makes impossible the widespread use of the method.

Наиболее близким по техническому решению является способ диагностики и оценки эффективности коррекции заикания [2], который заключается в регистрации речи пациента при чтении стандартного текста, сегментировании акустического сигнала по принципу "есть голос - нет голоса" (принцип "Voice/Unvoice"), в определении длительностей сегментов, причем используют их среднее значение Т (темп), а также величину коэффициента вариации std (аритмия) на объединении множеств голосовых и неголосовых сегментов. Эти значения определяют у заикающихся каждые 10-15 дней в процессе коррекции заикания и по степени удаленности полученных точек {Т, std} от нормы судят об изменении степени выраженности заикания. Closest to the technical solution is a method for diagnosing and evaluating the effectiveness of stuttering correction [2], which consists in recording the patient’s speech while reading a standard text, segmenting the acoustic signal according to the principle “there is voice - no voice” (principle “Voice / Unvoice”), determining the duration of the segments, and using their average value of T (pace), as well as the magnitude of the coefficient of variation std (arrhythmia) at the union of the sets of voice and non-voice segments. These values are determined in stuttering every 10-15 days in the process of correcting stuttering and by the degree of remoteness of the received points {T, std} from the norm, a change in the severity of stuttering is judged.

Недостатком данного способа является то, что он непригоден для детей раннего дошкольного возраста, у которых еще нет навыков чтения стандартного текста. The disadvantage of this method is that it is unsuitable for children of early preschool age who do not yet have reading skills in standard text.

Целью предлагаемого способа является устранение недостатков аналога [1] и прототипа [2], препятствующих диагностике заикания у детей младшего возраста, повышение эффективности диагностики и коррекции заикания, автоматизация и объективизация процесса диагностики и оценки эффективности коррекции заикания. The aim of the proposed method is to eliminate the disadvantages of the analogue [1] and prototype [2], which impede the diagnosis of stuttering in young children, increasing the efficiency of diagnosis and correction of stuttering, automation and objectification of the diagnostic process and evaluating the effectiveness of stuttering correction.

Поставленная цель достигается тем, что регистрируется акустический сигнал спонтанной речи пациента, проводится сегментация сигнала по принципу "есть голос - нет голоса", прореживаются четные элементы в последовательности сегментов, соответствующие неголосовым сегментам в спонтанной речи, выделяется множество длительностей голосовых сегментов, определяются длительности этих сегментов, вычисляется их средняя величина Т и коэффициент их вариации std и определяется степень отклонения точки с координатами {Т, std} от нормы. The goal is achieved by registering the acoustic signal of the patient’s spontaneous speech, segmenting the signal according to the principle “there is a voice - there is no voice”, even elements in the sequence of segments corresponding to non-voice segments in spontaneous speech are thinned out, a lot of durations of voice segments are selected, the durations of these segments are determined , their average value T and their coefficient of variation std are calculated and the degree of deviation of the point with coordinates {T, std} from the norm is determined.

Существенное отличие от аналога [1] и прототипа [2] состоит в том, что при обследовании выделяют голосовые сегменты в спонтанной речи заикающегося. A significant difference from the analogue [1] and prototype [2] is that during the examination, voice segments are distinguished in the spontaneous speech of a stutter.

Новизна предлагаемого способа заключается в том, что только сочетание известного приема исследования спонтанной речи с ранее не применяемым приемом выделения голосовых сегментов позволяет достичь поставленную цель и получить положительный эффект при коррекции заикания. The novelty of the proposed method lies in the fact that only a combination of the known technique for studying spontaneous speech with the previously not used technique for isolating voice segments allows you to achieve your goal and get a positive effect when correcting stuttering.

Известно, что вербальный поток при спонтанной речи прерывается вневербальными хезитациями, или паузами молчания, связанными, как правило, с отвлечением внимания, обращением к невербальной памяти. В предлагаемом способе использование после сегментации акустического сигнала только лишь голосовых сегментов автоматически исключает такие хезитации и тем самым исключает ошибки, связанные с прерываниями вербального потока за счет таких невербальных актов. It is known that verbal flow during spontaneous speech is interrupted by extraverbal hesitations, or pauses of silence, associated, as a rule, with distraction, appeal to non-verbal memory. In the proposed method, the use of only voice segments after segmentation of the acoustic signal automatically excludes such hesitations and thereby eliminates errors associated with interruptions in the verbal flow due to such non-verbal acts.

Теоретической основой исключения неголосовых сегментов явилась установленная возможность описания последовательности длительностей сегментов с помощью логистического отображения множества длительностей голосовых и неголосовых сегментов на себя. Оказывается, что такое отображение обладает свойством ренормгруппы, то есть допускается процедура прореживания множества, на котором определено данное отображение. The theoretical basis for the exclusion of non-voice segments was the established ability to describe the sequence of durations of segments using the logistic mapping of multiple durations of voice and non-voice segments to themselves. It turns out that such a map has the property of a renormalization group, i.e., the procedure of thinning out the set on which this map is defined is allowed.

В предлагаемом способе прореживают четные элементы в последовательности сегментов, соответствующие неголосовым участкам в спонтанной речи. In the proposed method, even elements are thinned out in a sequence of segments corresponding to non-voice sections in spontaneous speech.

Техническое решение заключается в создании четкой последовательности действий, а именно регистрации акустического сигнала спонтанной речи пациента, сегментации сигнала по принципу "есть голос - нет голоса", прореживании четных (неголосовых) элементов в последовательности сегментов, выделении множества длительностей голосовых сегментов, определении длительностей этих сегментов, вычислении их средней величины Т и коэффициента их вариации std и определении степени отклонения точки с координатами {Т, std} от нормы. The technical solution consists in creating a clear sequence of actions, namely, recording an acoustic signal of spontaneous speech of a patient, segmenting the signal according to the principle "there is a voice - there is no voice", thinning out even (non-voice) elements in a sequence of segments, highlighting the set of durations of voice segments, determining the durations of these segments , calculating their average value T and their coefficient of variation std and determining the degree of deviation of the point with coordinates {T, std} from the norm.

Положительный эффект способа состоит в том, что он, в отличие от прототипа, допускает диагностику заикания у детей младшего возраста, критического как с точки зрения возникновения заикания, так и его устранения. The positive effect of the method is that, unlike the prototype, it allows the diagnosis of stuttering in young children, which is critical both in terms of the occurrence of stuttering and its elimination.

Именно в этом возрасте, при правильной диагностике заикания, этот дефицит речи лучше всего корректируется вплоть до полного его устранения. Это как раз тот возраст, когда на фоне еще не установившихся навыков речеобразования могут возникать различные формы заикания, проявления которых нельзя отличить обычными способами диагностики от нерегулярностей речи, имеющих место вследствие ее недоразвития. С другой стороны, именно в этом возрасте возможно полное исправление заикания, при правильной его диагностике, вплоть до полного его устранения. При сложившихся навыках чтения заикание, как правило, уже переходит в хроническую стадию, когда возможна лишь его коррекция с конечным временем ремиссии (в наиболее благоприятных случаях период ремиссии заключен между 12 и 18 месяцами). Объективная диагностика заикания особенно важна при коррекционной работе с детьми, т. к. известно, что наиболее чревата последствиями неадекватная диагностика заикания в младшем дошкольном возрасте, так как надежно установлен факт возникновения так называемого "вторичного" заикания, когда у ребенка, у которого спонтанно прекратилось "первичное" заикание, развивается "вторичное" заикание под воздействием затянувшегося оказания терапевтических мероприятий [3]. It is at this age, with the correct diagnosis of stuttering, this speech deficit is best corrected up to its complete elimination. This is precisely the age when various forms of stuttering may occur against the background of not yet established speech-formation skills, the manifestations of which cannot be distinguished by the usual diagnostic methods from irregularities in speech occurring due to its underdevelopment. On the other hand, it is at this age that a complete correction of stuttering is possible, with its correct diagnosis, up to its complete elimination. With existing reading skills, stuttering, as a rule, already goes into the chronic stage, when only its correction with a finite remission time is possible (in the most favorable cases, the remission period is between 12 and 18 months). Objective diagnosis of stuttering is especially important during corrective work with children, because it is known that the inadequate diagnosis of stuttering at a young preschool age is most fraught with consequences, since the fact of the occurrence of the so-called "secondary" stuttering is reliably established when a child who spontaneously stopped “primary” stuttering, “secondary” stuttering develops under the influence of a prolonged provision of therapeutic measures [3].

Объективный способ оценки эффективности логокоррекции заикания именно в детском возрасте имеет большое теоретическое и практическое значение. Как показано в работе [4], переход от заикания к нормальной речи и наоборот представляет собой пример критического поведения сложной физической системы в условиях сильной неравновесности. Установление закономерностей возникновения заикания у детей позволило бы описать критическое поведение такой важной для выживания человека как биологического вида сложной физической системы, как система речеобразования. An objective way of assessing the effectiveness of logocorrection stuttering precisely in childhood is of great theoretical and practical importance. As shown in [4], the transition from stuttering to normal speech and vice versa is an example of the critical behavior of a complex physical system under conditions of strong nonequilibrium. Establishing patterns of the occurrence of stuttering in children would make it possible to describe the critical behavior of such an important biological component of a person’s survival as a biological species of a complex physical system, such as speech formation system.

Способ реализуется следующим образом. Речь испытуемых фиксируют на магнитную ленту магнитофоном ТЕАС-200 фирмы "Fillips" с помощью отечественного электродинамического микрофона 82А-12 производства объединения "ЛОМО". Характеристики микрофона: частотный диапазон - 5-12000 Гц; чувствительность на частоте 1 кГц - 1,8 mV/Pa; направленность - кардиоидная. The method is implemented as follows. The subjects' speech is fixed onto magnetic tape with a Fillips TEAC-200 tape recorder using a domestic 82A-12 electrodynamic microphone manufactured by the LOMO association. Microphone specifications: frequency range - 5-12000 Hz; sensitivity at a frequency of 1 kHz - 1.8 mV / Pa; orientation - cardioid.

Речевые сигналы оцифровывают стандартным компьютером типа "Pentium" в реальном времени. При этом используют блок предварительных усилителей входа-выхода и 12-разрядную плату АЦП-ЦАП с блоком предварительного усиления сигнала. Плата изготовлена Санкт-Петербургским ООО "Центр Речевых Технологий". Частота дискретизации сигнала 10 кГц. Оцифрованные сигналы подвергают контрольному прослушиванию путем вывода с ЦАП на усилитель динамика, а также визуальному контролю с помощью программного пакета "Sound Development Tools", изготовленного тем же обществом. Voice signals are digitized by a standard Pentium computer in real time. In this case, a block of input-output pre-amplifiers and a 12-bit ADC-DAC board with a signal pre-amplification unit are used. The board was manufactured by St. Petersburg Center for Speech Technology LLC. The sampling frequency of the signal is 10 kHz. The digitized signals are subjected to control listening by output from the DAC to the speaker amplifier, as well as visual control using the Sound Development Tools software package, made by the same company.

С помощью программы сегментации определяют длительности голосовых сегментов в речи испытуемых и вычисляют среднее значение длительностей Т и безразмерный коэффициент вариации std указанных длительностей. Точку с координатами { Т, std} наносят на планшет с соответствующими координатными осями. На этом планшете предварительно наносят компактную область точек {Т, std}, соответствующих речи лиц без явной речевой патологии. По удаленности текущей в ходе коррекции точки {Т, std} от области нормы производят текущую диагностику степени заикания и определяют эффективность его коррекции. Using the segmentation program, the duration of the voice segments in the subjects' speech is determined and the average value of the durations T and the dimensionless coefficient of variation std of the indicated durations are calculated. A point with coordinates {T, std} is applied to the tablet with the corresponding coordinate axes. On this tablet, a compact region of the points {T, std} corresponding to the speech of persons without obvious speech pathology is preliminarily applied. By the remoteness of the current point {T, std} from the normal range, current diagnostics of the degree of stuttering is carried out and the effectiveness of its correction is determined.

Пример. Для того чтобы проиллюстрировать преимущества данного метода по отношению к прототипу, в качестве примера проводится сравнение динамики темпоритмических характеристик речи при чтении у ребенка, уже обладающего навыками чтения, и при его же спонтанной речи. Example. In order to illustrate the advantages of this method with respect to the prototype, as an example, the dynamics of the temporal characteristics of speech is compared when reading in a child who already has reading skills and his spontaneous speech.

Из анамнеза. From the anamnesis.

М. А., 1983 г.р., и/б 275/2429 от 07.10.99, обратилась с жалобами на заикание и его "переживание". M.A., born in 1983, and / b 275/2429 of 10/07/99, complained of stuttering and his "experience".

Раннее психомоторное и речевое развитие без особенностей. Заикается с начала развития фразовой речи. Наследственность не отягощена речевой патологией. Данные ЭЭГ свидетельствуют о повышенной возбудимости моторной коры левого полушария. Экспрессивная речь с пароксизмами заикания. Строение и подвижность органов артикуляционного аппарата без особенностей. В спонтанной речи отмечаются повторения и пролонгации звуков, запинки судорожного характера, затруднения преимущественно в начале высказывания. Early psychomotor and speech development without features. Stutters from the beginning of the development of phrasal speech. Heredity is not burdened by speech pathology. EEG data indicate increased excitability of the motor cortex of the left hemisphere. Expressive speech with stuttering paroxysms. The structure and mobility of the organs of the articulation apparatus without features. In spontaneous speech, repetition and prolongation of sounds, convulsions of a convulsive nature, difficulties mainly at the beginning of the utterance are noted.

Уточненный диагноз в ходе обследования: заикание клонотонической формы, судороги смешанного вида (дыхательно-инспираторные), артикуляционные судороги на губных звуках умеренной степени выраженности. An updated diagnosis during the examination: stuttering of the clonotonic form, mixed-type convulsions (respiratory-inspiratory), articulatory convulsions on the labial sounds of moderate severity.

Сравнение динамики темпоритмических характеристик данного пациента, полученных при чтении способом прототипа и при спонтанной речи способом, предлагаемым в настоящем изобретении, представлено на чертеже. A comparison of the dynamics of the temperature characteristics of this patient obtained by reading the prototype method and spontaneous speech by the method proposed in the present invention is presented in the drawing.

В случае с М.А. проявляется способность данного способа не только качественно, но и количественно адекватно отражать динамику, получаемую при отслеживании темпоритмических характеристик на речи, полученной при чтении (см. чертеж, слева) и на спонтанной речи (см. чертеж, справа). Траектория, соответствующая спонтанной речи, обработанной по предлагаемому способу, явно демонстрирует приведение темпоритмических характеристик в область нормы, что свидетельствует о большей доказательной силе предлагаемого способа. Предлагаемый способ позволил определить курс коррекции, даже более эффективный, чем у прототипа. Действительно, способ, описанный в прототипе, оптимизировал темпоритмические характеристики только в отношении чтения, и то лишь приближая их к норме. В случае предлагаемого способа темпоритмические характеристики спонтанной речи (а она-то как раз и используется в повседневной жизни) приводятся уверенно в область нормальных значений. Это обстоятельство свидетельствует в пользу предлагаемого способа по сравнению с прототипом. И та, и другая траектории соответствуют эффективности проведенного курса коррекции применительно к данному больному, причем в случае спонтанной речи эта эффективность выше. In the case of M.A. the ability of this method manifests itself not only qualitatively, but also quantitatively adequately reflect the dynamics obtained by monitoring the temporal characteristics of speech obtained by reading (see drawing, left) and spontaneous speech (see drawing, right). The trajectory corresponding to spontaneous speech processed by the proposed method clearly demonstrates the reduction of the temporal characteristics to the normal range, which indicates a greater evident force of the proposed method. The proposed method allowed to determine the correction rate, even more effective than that of the prototype. Indeed, the method described in the prototype optimized the temporal characteristics only with respect to reading, and only bringing them closer to normal. In the case of the proposed method, the tempo-rhythmic characteristics of spontaneous speech (and it is precisely used in everyday life) are confidently brought into the range of normal values. This fact is in favor of the proposed method in comparison with the prototype. Both the one and the other trajectory correspond to the effectiveness of the course of correction applied to this patient, and in case of spontaneous speech this efficiency is higher.

Сравнение с аналогом также свидетельствует о преимуществе данного способа, так как в аналоге приводится вывод о том, что степень выраженности заикания, установленная описанным в [1] способом применительно к речи при чтении, уменьшается при увеличении параметра std. Этот вывод противоречит как результатам, описанным в прототипе [2], так и данным, приведенным в данной заявке. Об опасности неадекватной процедуры диагностики у детей мы говорили выше. Comparison with an analogue also indicates the advantage of this method, since the analogue concludes that the degree of stuttering established by the method described in [1] as applied to speech during reading decreases with increasing parameter std. This conclusion contradicts both the results described in the prototype [2] and the data given in this application. The danger of an inadequate diagnostic procedure in children was discussed above.

Таким образом, предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:
- его применение позволяет произвести диагностику заикания и получить оценки эффективности того или иного курса коррекции заикания по спонтанной речи и без применения субъективных суждений, основываясь на объективной диагностике состояния темпоритмических характеристик в ходе коррекции;
- длительность обследования практически соответствует длительности спонтанной речи (принцип "реального времени"), что имеет важное значение при терапии детей младшего возраста;
- способ абсолютно неинвазивен, то есть не сопряжен с использованием каких-либо транквилизаторов и опасных воздействий типа электростимуляции мозга;
- способ позволяет быстро проводить массовое обследование детей и взрослых с целью диагностики темпоритмических нарушений, характерных для заикания.Thus, the proposed method has the following advantages:
- its application allows you to diagnose stuttering and obtain estimates of the effectiveness of a particular stuttering correction course by spontaneous speech and without the use of subjective judgments, based on an objective diagnosis of the state of temporal characteristics during correction;
- the duration of the examination almost corresponds to the duration of spontaneous speech (the principle of "real time"), which is important in the treatment of young children;
- the method is absolutely non-invasive, that is, it is not associated with the use of any tranquilizers and dangerous effects such as electrical stimulation of the brain;
- the method allows you to quickly conduct a mass examination of children and adults in order to diagnose the temporal rhythmic disorders characteristic of stuttering.

ЛИТЕРАТУРА
1. Мах L. , Caruso, A.J. Adaptation of Stuttering Frequincy During Repeated Readings: Associated Changes in Acoustic Parameters of Perceptually Fluent Speech //. J. Speech Lang. Hear. Res. - 1998. - Vol.41. - P.1265-1281.LITERATURE
1. Mach L., Caruso, AJ Adaptation of Stuttering Frequincy During Repeated Readings: Associated Changes in Acoustic Parameters of Perceptually Fluent Speech //. J. Speech Lang. Hear. Res. - 1998 .-- Vol.41. - P.1265-1281.

2. О. П. Скляров. Программа сегментирования речевого сигнала как объективное средство планирования коррекционных мероприятий при заикании // Новости оторинолар. и логопатол. - 1998. - 2(14). - С.61-65. 2. O. P. Sklyarov. The program for segmenting a speech signal as an objective means of planning corrective measures for stuttering // News of the otorhinolar. and logopathol. - 1998 .-- 2 (14). - S. 61-65.

3. Bloodstein О. A handbook on stuttering. - Fifth ed.-San Diego; London: Singular Publ. Group, Inc., 1995. - 606 p. 3. Bloodstein O. A handbook on stuttering. - Fifth ed.-San Diego; London: Singular Publ. Group, Inc., 1995. - 606 p.

4. О. П. Скляров. Элементы теории ритма речи на основе физической феноменологии его нарушений // Автореф. дисс....доктора физ. - мат. наук, СПб. 1999. 4. O. P. Sklyarov. Elements of the theory of speech rhythm based on the physical phenomenology of its disorders // Abstract. diss .... doctors phys. - mat. sciences, St. Petersburg. 1999.

Claims

A method for evaluating the effectiveness of stuttering logocorrection, including recording the patient’s speech, highlighting the segments of the acoustic signal according to the principle “there is a voice - no voice”, determining the duration of the segments, their average value T, their variation coefficient std and the degree of deviation of the point with coordinates {T, std} from norms, characterized in that they determine the duration of only the voice segments in the spontaneous speech of the patient.