本发明提出一种基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统及操作方法。该训练系统包括上位机、主机、瘘口气压气流采集装置、麦克风、基频可控式电子人工喉。使用者利用标准的语料库进行训练。通过瘘口气压气流采集装置和麦克风采集使用者发声时瘘口处的气压、气流与语音信号。上位机可在屏幕上显示气压、气流与语音信号,以及事先保存的标准语料的气压、气流与语音信息。主机根据上位机的命令可控制基频可控式电子人工喉的基频。使用者可根据屏幕上标准的气压与气流信号调节自己的瘘口气压与气流,训练自己控制电子人工喉的能力。本发明可让语音缺失患者能够通过使用该系统的训练尽快掌握基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉的使用方法,降低训练复杂度,减少训练时间。
1.基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练设备,其特征在于包括:上位机(1),主机(2),瘘口气压气流采集装置(3),麦克风(4),基频可控式电子人工喉(5,10),其中,主机(2)与上位机(1)进行通讯,通过瘘口气压气流采集装置(3)采集使用者发声时瘘口处的气压与气流信号,使用麦克风(4)采集使用者使用基频可控式电子人工喉(5,10)发出的语音信号,主机(2)根据上位机(1)的控制命令,调节基频可控式电子人工喉(5,10)的发声基频。
2.根据权利要求1的电子人工喉训练设备,其特征在于主机(2)包括:气流气压信号采集电路(6),语音信号采集电路(7),电子人工喉基频控制电路(8),其中,主机(2)通过气流气压信号采集电路(6)和语音信号采集电路(7)采集使用者发声时瘘口的气压信号、气流信号与语音信号,并将该气压信号、气流信号与语音信号传送给上位机(1);上位机(1)根据所述气压信号和气流信号发出基频调节指令给主机(2);主机(2)根据所述基频调节指令,利用电子人工喉基频控制电路(8)控制基频可控式电子人工喉(10)的发声基频。
3.根据权利要求2的电子人工喉训练设备,其特征在于上位机(1)包括用于显示采集到的所述气压信号、气流信号、语音信号的屏幕;所述屏幕还用于显示发出选定语音时的标准气压信号、气流信号和语音信号,供使用者参考学习。
4.根据权利要求2的电子人工喉训练设备,其特征在于主机(2)进一步包括:上位机通讯电路(9),用于将所述气压信号、气流信号与语音信号传送给上位机(1),和从上位机接收所述基频调节指令。
5.根据权利要求2的电子人工喉训练设备,其特征在于瘘口气压气流采集装置(3)包括:瘘口硅胶罩(12),用于供使用者在发声时将瘘口硅胶罩(12)贴紧瘘口,气压传感器(13),固定在瘘口硅胶罩(12)内,用于采集发声时瘘口处的气压变化,将气压信号转换为电信号,气流传感器(14),固定在瘘口硅胶罩(12)内,用于采集发声时瘘口处的气流变化,将气流信号转换为电信号。技术领域
本发明属于语音缺失患者的语音康复领域,并涉及一种基于气流气压信号调控的电子人工喉训练系统及操作方法。
背景技术
人类用于交流的各种手段中,语音是最基本、最有效和最重要的一种。目前世界上有数十万计的喉癌和其他严重的喉病患者,为了治疗喉部疾病而不得不进行喉头切除手术,这种方法在治疗的同时,也使患者丧失了发声能力,从而也就失去了运用语音进行语言交流的能力。电子人工喉作为一种语音缺失患者使用的外部语音康复方法已经有约40年历史。但是传统的电子人工喉语音声调单一,辐射噪声大,可懂度低。为了改进发音效果,研究者发明了使用各种生理参数对发声基频进行调节的电子人工喉。其中,基于瘘口气流与气压信号调节的电子人工喉具有调节快速,无创性,声音可懂度高等优点,成为未来电子人工喉调节方法的主流之一。但是,由于基于瘘口气压与气流信号调节的特殊性,患者在术后无法很快的适应电子人工喉的使用方法,需要很长时间的训练。并且目前针对电子人工喉使用者的康复训练主要以康复技师指导及自主训练为主,训练时间长,效果差。
发明内容
本发明人认识到,为了克服目前基于瘘口气流与气压信号调节的电子人工喉训练方法的缺陷,可以开发一套训练系统及其操作方法,使用可视化的手段,让患者可以在不需要别人帮助的条件下自主进行训练,降低训练复杂度,减少训练时间。按照这个思路,本发明人设计了基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统及操作方法。本发明的主要目的在于,提供一种基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统及操作方法,让语音缺失患者能够通过使用该系统的训练尽快掌握基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉的使用方法,降低训练复杂度,减少训练时间。一种基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统,包括上位机、主机、瘘口气压气流采集装置、麦克风、基频可控式电子人工喉;本发明的系统包括主机,瘘口气压气流采集装置,麦克风,基频可控式电子人工喉四个主要部分。主机中主要包括气流气压信号采集电路、语音信号采集电路、电子人工喉基频控制电路、上位机通讯电路。瘘口气压气流采集装置包括瘘口硅胶罩、气压传感器、气流传感器。主机由上位机控制,通过数据线与上位机进行通讯,可以采集使用者瘘口处的气压与气流信号以及患者使用电子人工喉发出的语音。同时可以根据上位机命令控制电子人工喉的基频。本申请人2009年8月24日提交的发明名称为“指压式基频调节电子人工喉”中国专利申请第200910090549.3号中,具体描述了基频可调式电子人工喉的工作原理及方式。在本发明中,发明人对其进行改进,使该电子人工喉可在主机的控制下调节基频。本发明的主要工作原理:使用者利用标准的语料库进行训练。主机由上位机控制,通过瘘口气压气流采集装置采集使用者发声时瘘口处的气压与气流信号,使用麦克风采集使用者通过电子人工喉发出的语音。同时主机将采集到的气压气流信号与语音信号通过数据线传送给上位机软件,上位机可在屏幕上显示气压、气流与语音信号,以及事先保存的标准语料的气压、气流与语音信息。同时根据基于瘘口气流与气压信号调节的电子人工喉的控制算法生成控制命令,该命令通过数据线传送给主机,主机根据该命令控制基频可控式电子人工喉的基频。使用者可根据屏幕上标准的气压与气流信号调节自己的瘘口气压与气流,训练自己控制电子人工喉的能力。本发明的工作特征如下:(1)主机由上位机控制,通过数据线与上位机进行通讯。主机可以通过瘘口气压气流采集装置采集使用者发声时瘘口处的气压与气流信号;可以通过麦克风采集使用者通过电子人工喉发出的语音;可以在上位机的控制下调节基频可控式电子人工喉的基频。(2)瘘口气压气流采集装置包括瘘口硅胶罩、气压传感器、气流传感器。可以将使用者发出语音时的气压与气流信号转换为电信号传送给主机。(3)上位机中储存有基于标准语料库发音的瘘口气压、气流与语音信息,可以将该信息与主机采集的相同语音的气压、气流与语音信息同时显示,引导使用者进行训练。(4)上位机可根据基于瘘口气流与气压信号调节的电子人工喉的控制算法生成控制命令,该命令通过数据线传送给主机,主机根据该命令控制基频可控式电子人工喉的基频。一种基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练方法,具体包括以下几个步骤:步骤一:将主机与上位机通过数据线连接,打开训练软件与主机电源;步骤二:将瘘口气压气流采集装置置于瘘口处,保证瘘口硅胶罩与颈部的良好接触;步骤三:选取标准语料库中的某一语句,利用基频可控式电子人工喉发声;步骤四:主机采集发声时瘘口的气压、气流信号与语音信号,通过数据线传送给上位机;步骤五:上位机在屏幕上显示采集到的信号与标准的气压、气流和和语音信号,同时通过主机控制基频可控式电子人工喉的发声基频;步骤六:使用者根据屏幕显示的结果调整发声时瘘口处的气压与气流,训练控制电子人工喉的能力;步骤七:重复步骤二至步骤六,直到使用者语音接近标准语音为止。根据本发明的一个方面,提供了一种基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练设备,其特征在于包括:上位机,主机,瘘口气压气流采集装置,麦克风,基频可控式电子人工喉,其中,主机与上位机进行通讯,通过瘘口气压气流采集装置和麦克风采集使用者瘘口处的气压与气流信号,并接收使用者使用基频可控式电子人工喉发出的语音信号,主机根据上位机的控制命令,调节基频可控式电子人工喉的发声基频。根据本发明的一个进一步的方面,提供了基于上述电子人工喉的一种操作方法,其特征在于包括:通过气流气压信号采集电路和语音信号采集电路采集使用者发声时瘘口的气压、气流信号与语音信号,并将该气压、气流信号与语音信号传送给上位机,由上位机在屏幕上显示采集到的使用者气压、气流信号与语音信号,根据该气压、气流信号发出基频调节指令,把基频调节指令传送给主机,主机根据所述把基频调节指令,利用电子人工喉基频控制电路控制基频可控式电子人工喉的发声基频。本发明的优点包括:(1)本发明的训练装置以及训练方法,采用可视化的训练方法,降低了训练难度,减少了训练的时间,提高了训练的效率。(2)本发明的训练装置以及训练方法,让患者可以在不需要别人帮助的条件下自主进行训练,节约了人力成本。
附图说明
为便于理解本发明的原理及其实际运作过程与状况,结合一个实施例及附图对本发明作进一步描述。其中:图1为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统的构成原理图;图2为根据本发明的一个实施例的主机的内部结构示意图;图3为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统的配置示意图;图4为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统的瘘口气压气流采集装置的示意图;图5为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练方法的流程图。图6为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练方法的训练与主机控制软件界面示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例。图1为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统的构成原理图,其中显示的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统包括上位机1、主机2、瘘口气压气流采集装置3、麦克风4、基频可控式电子人工喉5。根据本发明的一个具体实施例,上位机1装载有训练与主机控制软件,并储存有基于标准语料库的瘘口气压、气流及语音信息、以及基于瘘口气流与气压信号调节的电子人工喉的控制算法。图2为根据本发明的一个实施例的主机的内部结构示意图,其中,主机2包括气流气压信号采集电路6、语音信号采集电路7、电子人工喉基频控制电路8、上位机通讯电路9。上位机通讯电路(9),用于将所述气压信号、气流信号与语音信号传送给上位机(1),和从上位机接收所述基频调节指令。图3为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统的配置示意图,其中所示的该系统包括主机2,瘘口气压气流采集装置3,麦克风4,基频可控式电子人工喉10,数据线11。根据本发明的一种具体实施方式,主机2通过数据线11与上位机1进行通讯,主机通过瘘口气压气流采集装置3和麦克风4采集使用者瘘口处的气压与气流信号,且主机还接收使用者使用基频可控式电子人工喉10发出的语音信号。同时主机2接收上位机1的控制命令,并根据该控制命令调节基频可控式电子人工喉10的发声基频。图4为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练系统中瘘口气压气流采集装置3的结构示意图。包括瘘口硅胶罩12(例如,本发明的一个实施例中使用的是定制的硅胶罩,生产公司为驼人集团)、气压传感器13(例如,本发明的一个实施例中使用的是霍尼韦尔公司生产的SSCMLN025MDAA5型气压传感器)、气流传感器14(例如,本发明的一个实施例中使用的是霍尼韦尔公司生产的AWM2300V型气流传感器)。其中,根据本发明的一个实施例,气压传感器13与气流传感器14使用密封胶固定在瘘口硅胶罩接口处,进气口指向瘘口硅胶罩前端,以方便采集瘘口处的气压与气流信号;这些传感器的输出信号通过后部的导线引出。根据本发明的一种具体实施方式,使用者在发声时将瘘口硅胶罩12贴紧瘘口,使气压传感器13与气流传感器14能够采集到发声时瘘口处的气流与气压信号。图5为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练方法的流程图,其中包括以下步骤:步骤一:将主机2与上位机1通过数据线12连接,启动训练与主机控制软件与主机2电源;步骤二:将瘘口气压气流采集装置3置于瘘口处,保证瘘口硅胶罩12与颈部的良好接触;步骤三:选取标准语料库中的某一语句(例如,来自《汉语口语习惯用语教程》、《日常用语900句》等常用语音训练语料库,该语料库包含全部24个韵母和11个组合韵母的四声24个韵母:a,o,e,i,u,ü,ai,ei,ui,ao,ou,iu,ie,üe,er,an,en,in,un,ün,ang,eng,ing,ong;11个组合韵母:ia,ua,uo,ian,uan,uang,iong,uai,iao,iang,üan),例如“请你再说一遍。”。使用者将基频可控式电子人工喉10顶在喉颈部,按动开关,做出发声时口型:“请你再说一遍。”在发声的同时控制自己瘘口处的气压与气流,使其与上位机1屏幕上显示的标准气压气流尽量一致;步骤四:主机2通过气流气压信号采集电路6和语音信号采集电路7采集使用者发声时瘘口的气压、气流信号与语音信号,通过数据线11传送给上位机1;步骤五:上位机1在屏幕上显示采集到的使用者气压、气流、语音信号;同时根据该气压气流信号发出基频调节指令,通过数据线11传送给主机2;主机2根据指令,利用电子人工喉基频控制电路8控制基频可控式电子人工喉10的发声基频。同时,上位机1可在屏幕上显示发该语音(如训练语句“请你再说一遍。”)时标准的气压、气流和和语音信号,供使用者参考学习;步骤六:使用者根据屏幕显示的结果调整发声时瘘口处的气压与气流,训练控制电子人工喉的能力;步骤七:重复步骤二至步骤六,直到使用者语音接近标准语音为止。图6为根据本发明的一个实施例的基于瘘口气流气压信号调控的电子人工喉训练方法的训练与主机控制软件界面示意图。根据本发明的一种具体实施方式,训练与主机控制软件可显示训练语句,主机2采集到的使用者发声时的语音、气压和气流信号以及该训练语句的标准语音、气压和气流信号。