兒童孤獨症語言訓練系統及基於物聯網的集中訓練中心的製作方法
2023-06-15 07:11:51 1
專利名稱：兒童孤獨症語言訓練系統及基於物聯網的集中訓練中心的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫療器械領域，涉及一種新型的兒童孤獨症語言訓練系統及基於物聯網的集中訓練中心。
背景技術：
兒童孤獨症是一種日益常見的心理髮育障礙性疾病。第二次全國殘疾人抽樣調查結果顯示，我國0-6歲精神殘疾(含多重)兒童佔0-6歲兒童總數的1. 10%。，約為11. 1萬人，其中孤獨症導致的精神殘疾兒童佔到36. 9%，約為4. 1萬人。兒童孤獨症(childhood autism)作為一種兒童精神疾病嚴重影響患兒的社會功能，給患兒家庭和社會帶來沉重負擔。如何對其進行正確的治療，引導其走出孤獨，健康成長，是保障和貼近民生的重大科技需求。孤獨症患兒在言語交流和非言語交流方面均存在障礙。其中以言語交流障礙最為突出。為進一步規範兒童孤獨症診療康復行為，提高醫療質量，使兒童孤獨症患者得到及時診斷和有效的康復治療，衛生部於2010年7月，制定了《兒童孤獨症診療康復指南》。指南指出(1)目前兒童孤獨症主要通過詢問病史、精神檢查、體格檢查、心理評估和其他輔助檢查，並依據診斷標準作出診斷。通過心理評估篩查量表判斷其心理狀態。(2)兒童孤獨症的治療以教育幹預為主，藥物治療為輔。因兒童孤獨症患兒存在多方面的發育障礙及情緒行為異常，應當根據患兒的具體情況，採用教育幹預、行為矯正、藥物治療等相結合的綜合幹預措施。
發明內容
為了解決現有技術中的問題，本發明的技術方案如下一種兒童孤獨症語言訓練系統，包括語音採集模塊、音頻回放模塊、生理信號採集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉換模塊、主處理器、數據存儲單元和顯示模塊；使用音頻回放模塊及顯示模塊，在主處理器的控制下為患兒提供訓練內容相關的音視頻訊息，語音採集模塊採集患兒的應答語音信號，再經A/D轉換模塊後傳入主處理器；生生理信號採集模塊同步採集訓練過程中患兒的生理信號，採集到的生理信號先經信號前端處理模塊，再經A/D轉換模塊後傳入主處理器；主處理器分別和數據存儲單元、觸控面板、音頻回放模塊和顯示模塊連接，所述主處理器完成語音信號的處理分析，及生理信號特徵提取和分析，並綜合提供反饋訊息；所述語音信號的處理分析包括噪聲消除、背景抑制和語音提取這些預處理步驟， 提取特徵為應答速度和應答內容，用來判斷患兒的參與程度；同步採集的生理信號經去除噪聲、濾波後，提取相應生理參數，用來分析患兒的情緒狀態；
綜合語音信號體現的語音因素和生理信號體現的生理因素，通過反饋訊息鼓勵患兒進一步的參與並改善情緒。所述生理信號包括心電圖的RR間期和腦電圖的α頻等；所述音視頻反饋訊息包括讚賞的語言和笑臉符號等的音視頻信息。主處理器是嵌入式處理器或PC平臺。包括USB接口電路，該USB接口電路與主處理器通信。所述數據存儲單元採用SD 存儲卡或其他存儲設備，容量大、成本低，使用方便。可以存儲患兒資料、訓練數據等，用於訓練過程的回顧，系統採集的數據也可以通過即插即用的高速USB 口送入計算機，在回訪時的可以供醫生進行詳細的分析、評價。所述顯示面板作為測試/訓練過程中的監測、反饋界面；觸控面板控制數據採集及評價訓練系統過程的互動操作。應用所述兒童孤獨症語言訓練系統的基於物聯網的集中訓練中心，包括集中監控平臺和多個所述兒童孤獨症語言訓練系統，各個兒童孤獨症語言訓練系統的主處理器連接有無線網絡模塊；集中監控平臺上設有無線網絡模塊；各個兒童孤獨症語言訓練系統和集中監控平臺進行無線通信。各個兒童孤獨症語言訓練系統採集的反映患兒情緒、語言的答語音信號反應信號及生理信號實時傳輸到醫生的集中監控平臺；在集中監控平臺的控制主機上相應設有多用戶實時監測模塊，該模塊提供多患兒監控界面。各個兒童孤獨症語言訓練系統的顯示模塊共用一個顯示器設備。所述集中監控平臺的控制主機包括虛擬實境模塊、測試訓練設置模塊、功能參數分析模塊和病人資料庫；先基於兒童孤獨症語言訓練系統提供的數據，通過功能參數分析模塊和病人資料庫，用測試訓練設置模塊設置測試訓練規程；天然後依據測試訓練規程用虛擬實境模塊提供虛擬場景任務布置，並由各個兒童孤獨症語言訓練系統的顯示模塊或立體視覺系統顯
示本發明提出(1)兒童孤獨症的診斷和康復治療，目前缺乏統一的標準，尤其是定量化、自動化的指標。(2)迫切需要提出有效的康復訓練方法和康復輔具，以輔助藥物治療，以及時發現、規範診斷兒童孤獨症，為其治療和康復贏得時間。(3)建立基於物聯網的康復中心，結合學校和家庭對患兒進行正確幹預，通過更適合於兒童的身心狀態的康復訓練措施，改善患兒預後，促進患兒康復。本發明的有益效果是以兒童孤獨症患者研究對象，設計語言訓練監護系統的硬軟體平臺。根據兒童的心理、生理特點，研製基於虛擬實境的語言康復訓練系統，將生物反饋訓練與遊戲趣味性集成一體；提出適合計算機的自動化、定量化評價方法；系統分為可獨立使用的簡單測試、訓練子系統和複雜測試、訓練、精細分析子系統兩大部分。設備可以單獨使用，用於家庭康復訓練，或作為康復中心的訓練終端；基於虛擬實境的高端測試與訓練功能可以用於醫院臨床精細分析診斷與康復訓練。
圖1為兒童孤獨症語言訓練系統的工作原理結構框圖；圖2為基於物聯網的康復訓練中心結構框圖。
具體實施方案一種兒童孤獨症語言訓練系統，包括語音採集模塊、音頻回放模塊、生理信號採集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉換模塊、主處理器、數據存儲單元和顯示模塊；其特徵是使用音頻回放模塊及顯示模塊在主處理器的控制下為用戶提供訓練內容相關的音視頻訊息， 語音採集模塊採集用戶的應答語音信號；生理信號採集模塊同步採集訓練過程中用戶的生理信號，採集的信號連接信號前端處理模塊，再經A/D轉換模塊後傳入主處理器；主處理器分別和數據存儲單元、顯示模塊連接，所述主處理器完成語音信號的處理分析，及生理信號特徵提取和分析，並綜合提供反饋訊息。系統的核心處理與控制單元由嵌入式平臺或PC平臺構成。為適合脫機獨立使用， 檢測/訓練系統設計了數據存儲單元、顯示面板與觸控面板。數據存儲單元採用SD存儲卡或各類數據數據存儲卡設備，容量大、成本低，使用方便。可以存儲用戶資料、訓練數據等，用於訓練過程的回顧，系統採集的數據也可以通過即插即用的高速USB 口送入計算機，在回訪時的可以供醫生進行詳細的分析、評價。顯示面板作為測試/訓練過程中的監測、反饋界面。觸控面板主要控制數據採集及評價訓練系統過程的互動操作等。針對兒童孤獨症患者，設置語言問答測試題、音樂測試題、圖片測試題、基於腦電的注意力測試題等多種評分測試內容，並通過積分、獎勵等措施，給予反饋訓練。可以建立基於物聯網的集中訓練中心，系統設計了無線網絡功能，主要用於實現康復中心實時集中監控的功能。可以將多個用戶訓練過程中採集的各種情緒、語言反應信號及生理信號實時傳輸到醫生的集中監控平臺。在控制主機上相應設計了多用戶監控界面，便於醫生對訓練過程進行及時的介入與調整。各用戶可以同時集中一起觀看大屏幕，進行搶答、合作完成任務(包括語言、圖片、音樂、遊戲任務題)。也可以用戶之間進行互動操作，完成訓練題。基於計算機的精細分析訓練，專業醫生可以通過該系統，根據測試訓練規程，進行測試訓練設置，虛擬實境模塊可以提供虛擬場景任務布置，功能參數分析模塊，本平臺可以提供同步採集的心電、腦電、皮膚電等電生理參數用於科學研究和診斷建議。具體到本實施例中，兒童孤獨症語言訓練系統工作原理結構框圖如圖1所示。系統分為可獨立使用的簡單測試、訓練子系統和複雜測試、訓練、精細分析子系統兩大部分。其具體實施方案如下(1)適合於獨立病房/家庭，可以脫機獨立使用的檢測/訓練系統系統的核心處理與控制單元可由ARM等各類嵌入式平臺或PC平臺構成。ARM系統功能完備，數據處理功能強，成本較低，可以方便的實現系統所需的各種功能。
為適合脫機獨立使用，檢測/訓練系統設計了數據存儲單元、顯示面板與觸控面板。數據存儲單元採用SD存儲卡或各類存儲設備，容量大、成本低，使用方便。可以存儲用戶資料、訓練數據等，用於訓練過程的回顧，系統採集的數據也可以通過即插即用的高速 USB 口送入計算機，在回訪時的可以供醫生進行詳細的分析、評價。顯示面板作為測試/訓練過程中的監測、反饋界面。觸控面板主要控制數據採集及評價訓練系統過程的互動操作等。針對兒童孤獨症患者，設置語言問答測試題、音樂測試題、圖片測試題、基於腦電的注意力測試題等多種評分測試內容，並通過積分、獎勵等措施， 給予反饋訓練。同時可以採集存儲多路的生理信號(主要包括心電、腦電、皮膚電)以供精細分析和診斷參考。(2)基於物聯網的集中訓練中心，兒童孤獨症語言訓練系統系統設計了無線網絡功能，主要用於實現康復中心實時集中監控的功能。如圖2所示。可以將多個用戶訓練過程中採集的各種情緒、語言反應信號及生理信號實時傳輸到醫生的集中監控平臺。在控制主機上相應設計了多用戶監控界面，便於醫生對訓練過程進行及時的介入與調整。各用戶可以同時集中一起觀看大屏幕，進行搶答、合作完成任務(包括語言、圖片、音樂、遊戲任務題)。也可以用戶之間進行互動操作，完成訓練題。(3)基於計算機的精細分析訓練，專業醫生可以通過該系統，根據測試訓練規程， 進行測試訓練設置，虛擬實境模塊可以提供虛擬場景任務布置，功能參數分析模塊，可以結合心電、腦電、皮膚電等用於給出自動化、定量化的指標和診斷建議，多用戶實時監測模塊可以進行多用戶操作設置。
權利要求
1.一種兒童孤獨症語言訓練系統，其特徵是包括語音採集模塊、音頻回放模塊、生理信號採集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉換模塊、主處理器、數據存儲單元、觸控面板和顯示模塊；使用音頻回放模塊及顯示模塊，在主處理器的控制下為患兒提供訓練內容相關的音視頻訊息；語音採集模塊採集患兒的應答語音信號，經A/D轉換模塊後傳入主處理器；生理信號採集模塊同步採集訓練過程中患兒的生理信號，採集到的生理信號先經信號前端處理模塊，再經A/D轉換模塊後傳入主處理器；主處理器分別和數據存儲單元、觸控面板、音頻回放模塊和顯示模塊連接，所述主處理器完成語音信號的處理分析，及生理信號特徵提取和分析，並綜合提供反饋訊息；所述語音信號的處理分析包括噪聲消除、背景抑制和語音提取這些預處理步驟，提取特徵為應答速度和應答內容，用來判斷患兒的參與程度；同步採集的生理信號經去除噪聲、濾波後，提取相應生理參數，用來分析患兒的情緒狀態；綜合語音信號體現的語音因素和生理信號體現的生理因素，通過反饋訊息鼓勵患兒進一步的參與並改善情緒。
2.根據權利要求1所述的兒童孤獨症語言訓練系統，其特徵是主處理器是嵌入式處理器或PC平臺。
3.根據權利要求1所述的兒童孤獨症語言訓練系統，其特徵是包括USB接口電路，該 USB接口電路與主處理器通信。
4.根據權利要求1所述的兒童孤獨症語言訓練系統，其特徵是所述顯示面板作為測試 /訓練過程中的監測、反饋界面；觸控面板控制數據採集及評價訓練系統過程的互動操作。
5.根據權利要求1所述的兒童孤獨症語言訓練系統，其特徵是所述生理信號包括心電圖的RR間期和腦電圖的α頻；所述音視頻反饋訊息包括讚賞的語言和笑臉符號的音視頻 fn息ο
6.應用權利要求1所述的兒童孤獨症語言訓練系統的基於物聯網的集中訓練中心，其特徵是包括集中監控平臺和多個所述兒童孤獨症語言訓練系統，各個兒童孤獨症語言訓練系統的主處理器連接有無線網絡模塊；集中監控平臺上設有無線網絡模塊；各個兒童孤獨症語言訓練系統和集中監控平臺進行無線通信。
7.根據權利要求6所述的基於物聯網的集中訓練中心，其特徵是各個兒童孤獨症語言訓練系統採集的反映患兒情緒、語言的答語音信號反應信號及生理信號實時傳輸到醫生的集中監控平臺；在集中監控平臺的控制主機上相應設有多用戶實時監測模塊，該模塊提供多患兒監控界面。
8.根據權利要求7所述的基於物聯網的集中訓練中心，其特徵是各個兒童孤獨症語言訓練系統的顯示模塊共用一個顯示器設備。
9.根據權利要求1所述的基於物聯網的集中訓練中心，其特徵是所述集中監控平臺的控制主機包括虛擬實境模塊、測試訓練設置模塊、功能參數分析模塊和病人資料庫；先基於兒童孤獨症語言訓練系統提供的數據，通過功能參數分析模塊和病人資料庫， 用測試訓練設置模塊設置測試訓練規程；天然後依據測試訓練規程用虛擬實境模塊提供虛擬場景任務布置，並由各個兒童孤獨症語言訓練系統的顯示模塊或立體視覺系統顯示。
全文摘要
一種兒童孤獨症語言訓練系統，包括語音採集模塊、音頻回放模塊、生理信號採集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉換模塊、主處理器、數據存儲單元、觸控面板和顯示模塊；使用音頻回放模塊及顯示模塊，在主處理器的控制下為患兒提供訓練內容相關的音視頻訊息，語音採集模塊採集患兒的應答語音信號傳入主處理器；生理信號採集模塊採集到的生理信號傳入主處理器；主處理器分別和數據存儲單元、觸控面板和顯示模塊連接，所述主處理器完成語音信號的處理分析，及生理信號特徵提取和分析，並綜合提供反饋訊息；一種基於物聯網的集中訓練中心，包括集中監控平臺和多個所述兒童孤獨症語言訓練系統，各個兒童孤獨症語言訓練系統和集中監控平臺進行無線通信。
文檔編號A61B5/16GK102184661SQ20111006514
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者卞春華, 宋仁亮, 楊子龍, 申雲海, 馬千裡 申請人:南京大學