專利名稱：兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)及基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種新型的兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)及基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心。
背景技術(shù)：
兒童孤獨癥是一種日益常見的心理發(fā)育障礙性疾病。第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查結(jié)果顯示，我國0-6歲精神殘疾(含多重)兒童占0-6歲兒童總數(shù)的1. 10%。，約為11. 1萬人，其中孤獨癥導(dǎo)致的精神殘疾兒童占到36. 9%，約為4. 1萬人。兒童孤獨癥(childhood autism)作為一種兒童精神疾病嚴(yán)重影響患兒的社會功能，給患兒家庭和社會帶來沉重負擔(dān)。如何對其進行正確的治療，引導(dǎo)其走出孤獨，健康成長，是保障和貼近民生的重大科技需求。孤獨癥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(guī)范兒童孤獨癥診療康復(fù)行為，提高醫(yī)療質(zhì)量，使兒童孤獨癥患者得到及時診斷和有效的康復(fù)治療，衛(wèi)生部于2010年7月，制定了《兒童孤獨癥診療康復(fù)指南》。指南指出(1)目前兒童孤獨癥主要通過詢問病史、精神檢查、體格檢查、心理評估和其他輔助檢查，并依據(jù)診斷標(biāo)準(zhǔn)作出診斷。通過心理評估篩查量表判斷其心理狀態(tài)。(2)兒童孤獨癥的治療以教育干預(yù)為主，藥物治療為輔。因兒童孤獨癥患兒存在多方面的發(fā)育障礙及情緒行為異常，應(yīng)當(dāng)根據(jù)患兒的具體情況，采用教育干預(yù)、行為矯正、藥物治療等相結(jié)合的綜合干預(yù)措施。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，包括語音采集模塊、音頻回放模塊、生理信號采集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、主處理器、數(shù)據(jù)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(xùn)練內(nèi)容相關(guān)的音視頻訊息，語音采集模塊采集患兒的應(yīng)答語音信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳入主處理器；生生理信號采集模塊同步采集訓(xùn)練過程中患兒的生理信號，采集到的生理信號先經(jīng)信號前端處理模塊，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳入主處理器；主處理器分別和數(shù)據(jù)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，及生理信號特征提取和分析，并綜合提供反饋訊息；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(yù)處理步驟， 提取特征為應(yīng)答速度和應(yīng)答內(nèi)容，用來判斷患兒的參與程度；同步采集的生理信號經(jīng)去除噪聲、濾波后，提取相應(yīng)生理參數(shù)，用來分析患兒的情緒狀態(tài)；
綜合語音信號體現(xiàn)的語音因素和生理信號體現(xiàn)的生理因素，通過反饋訊息鼓勵患兒進一步的參與并改善情緒。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贊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(shù)據(jù)存儲單元采用SD 存儲卡或其他存儲設(shè)備，容量大、成本低，使用方便。可以存儲患兒資料、訓(xùn)練數(shù)據(jù)等，用于訓(xùn)練過程的回顧，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)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(yī)生進行詳細的分析、評價。所述顯示面板作為測試/訓(xùn)練過程中的監(jiān)測、反饋界面；觸控面板控制數(shù)據(jù)采集及評價訓(xùn)練系統(tǒng)過程的互動操作。應(yīng)用所述兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，包括集中監(jiān)控平臺和多個所述兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的主處理器連接有無線網(wǎng)絡(luò)模塊；集中監(jiān)控平臺上設(shè)有無線網(wǎng)絡(luò)模塊；各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)和集中監(jiān)控平臺進行無線通信。各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)采集的反映患兒情緒、語言的答語音信號反應(yīng)信號及生理信號實時傳輸?shù)结t(yī)生的集中監(jiān)控平臺；在集中監(jiān)控平臺的控制主機上相應(yīng)設(shè)有多用戶實時監(jiān)測模塊，該模塊提供多患兒監(jiān)控界面。各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的顯示模塊共用一個顯示器設(shè)備。所述集中監(jiān)控平臺的控制主機包括虛擬現(xiàn)實模塊、測試訓(xùn)練設(shè)置模塊、功能參數(shù)分析模塊和病人數(shù)據(jù)庫；先基于兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，通過功能參數(shù)分析模塊和病人數(shù)據(jù)庫，用測試訓(xùn)練設(shè)置模塊設(shè)置測試訓(xùn)練規(guī)程；天然后依據(jù)測試訓(xùn)練規(guī)程用虛擬現(xiàn)實模塊提供虛擬場景任務(wù)布置，并由各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的顯示模塊或立體視覺系統(tǒng)顯
示本發(fā)明提出(1)兒童孤獨癥的診斷和康復(fù)治療，目前缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是定量化、自動化的指標(biāo)。(2)迫切需要提出有效的康復(fù)訓(xùn)練方法和康復(fù)輔具，以輔助藥物治療，以及時發(fā)現(xiàn)、規(guī)范診斷兒童孤獨癥，為其治療和康復(fù)贏得時間。(3)建立基于物聯(lián)網(wǎng)的康復(fù)中心，結(jié)合學(xué)校和家庭對患兒進行正確干預(yù)，通過更適合于兒童的身心狀態(tài)的康復(fù)訓(xùn)練措施，改善患兒預(yù)后，促進患兒康復(fù)。本發(fā)明的有益效果是以兒童孤獨癥患者研究對象，設(shè)計語言訓(xùn)練監(jiān)護系統(tǒng)的硬軟件平臺。根據(jù)兒童的心理、生理特點，研制基于虛擬現(xiàn)實的語言康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，將生物反饋訓(xùn)練與游戲趣味性集成一體；提出適合計算機的自動化、定量化評價方法；系統(tǒng)分為可獨立使用的簡單測試、訓(xùn)練子系統(tǒng)和復(fù)雜測試、訓(xùn)練、精細分析子系統(tǒng)兩大部分。設(shè)備可以單獨使用，用于家庭康復(fù)訓(xùn)練，或作為康復(fù)中心的訓(xùn)練終端；基于虛擬現(xiàn)實的高端測試與訓(xùn)練功能可以用于醫(yī)院臨床精細分析診斷與康復(fù)訓(xùn)練。


圖1為兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)框圖；圖2為基于物聯(lián)網(wǎng)的康復(fù)訓(xùn)練中心結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方案一種兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，包括語音采集模塊、音頻回放模塊、生理信號采集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、主處理器、數(shù)據(jù)存儲單元和顯示模塊；其特征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(xùn)練內(nèi)容相關(guān)的音視頻訊息， 語音采集模塊采集用戶的應(yīng)答語音信號；生理信號采集模塊同步采集訓(xùn)練過程中用戶的生理信號，采集的信號連接信號前端處理模塊，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳入主處理器；主處理器分別和數(shù)據(jù)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，及生理信號特征提取和分析，并綜合提供反饋訊息。系統(tǒng)的核心處理與控制單元由嵌入式平臺或PC平臺構(gòu)成。為適合脫機獨立使用， 檢測/訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計了數(shù)據(jù)存儲單元、顯示面板與觸控面板。數(shù)據(jù)存儲單元采用SD存儲卡或各類數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲卡設(shè)備，容量大、成本低，使用方便?？梢源鎯τ脩糍Y料、訓(xùn)練數(shù)據(jù)等，用于訓(xùn)練過程的回顧，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)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(yī)生進行詳細的分析、評價。顯示面板作為測試/訓(xùn)練過程中的監(jiān)測、反饋界面。觸控面板主要控制數(shù)據(jù)采集及評價訓(xùn)練系統(tǒng)過程的互動操作等。針對兒童孤獨癥患者，設(shè)置語言問答測試題、音樂測試題、圖片測試題、基于腦電的注意力測試題等多種評分測試內(nèi)容，并通過積分、獎勵等措施，給予反饋訓(xùn)練?？梢越⒒谖锫?lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，系統(tǒng)設(shè)計了無線網(wǎng)絡(luò)功能，主要用于實現(xiàn)康復(fù)中心實時集中監(jiān)控的功能?？梢詫⒍鄠€用戶訓(xùn)練過程中采集的各種情緒、語言反應(yīng)信號及生理信號實時傳輸?shù)结t(yī)生的集中監(jiān)控平臺。在控制主機上相應(yīng)設(shè)計了多用戶監(jiān)控界面，便于醫(yī)生對訓(xùn)練過程進行及時的介入與調(diào)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(wù)(包括語言、圖片、音樂、游戲任務(wù)題)。也可以用戶之間進行互動操作，完成訓(xùn)練題?；谟嬎銠C的精細分析訓(xùn)練，專業(yè)醫(yī)生可以通過該系統(tǒng)，根據(jù)測試訓(xùn)練規(guī)程，進行測試訓(xùn)練設(shè)置，虛擬現(xiàn)實模塊可以提供虛擬場景任務(wù)布置，功能參數(shù)分析模塊，本平臺可以提供同步采集的心電、腦電、皮膚電等電生理參數(shù)用于科學(xué)研究和診斷建議。具體到本實施例中，兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)工作原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)分為可獨立使用的簡單測試、訓(xùn)練子系統(tǒng)和復(fù)雜測試、訓(xùn)練、精細分析子系統(tǒng)兩大部分。其具體實施方案如下(1)適合于獨立病房/家庭，可以脫機獨立使用的檢測/訓(xùn)練系統(tǒng)系統(tǒng)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(gòu)成。ARM系統(tǒng)功能完備，數(shù)據(jù)處理功能強，成本較低，可以方便的實現(xiàn)系統(tǒng)所需的各種功能。
為適合脫機獨立使用，檢測/訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計了數(shù)據(jù)存儲單元、顯示面板與觸控面板。數(shù)據(jù)存儲單元采用SD存儲卡或各類存儲設(shè)備，容量大、成本低，使用方便?？梢源鎯τ脩糍Y料、訓(xùn)練數(shù)據(jù)等，用于訓(xùn)練過程的回顧，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)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(yī)生進行詳細的分析、評價。顯示面板作為測試/訓(xùn)練過程中的監(jiān)測、反饋界面。觸控面板主要控制數(shù)據(jù)采集及評價訓(xùn)練系統(tǒng)過程的互動操作等。針對兒童孤獨癥患者，設(shè)置語言問答測試題、音樂測試題、圖片測試題、基于腦電的注意力測試題等多種評分測試內(nèi)容，并通過積分、獎勵等措施， 給予反饋訓(xùn)練。同時可以采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)基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計了無線網(wǎng)絡(luò)功能，主要用于實現(xiàn)康復(fù)中心實時集中監(jiān)控的功能。如圖2所示。可以將多個用戶訓(xùn)練過程中采集的各種情緒、語言反應(yīng)信號及生理信號實時傳輸?shù)结t(yī)生的集中監(jiān)控平臺。在控制主機上相應(yīng)設(shè)計了多用戶監(jiān)控界面，便于醫(yī)生對訓(xùn)練過程進行及時的介入與調(diào)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(wù)(包括語言、圖片、音樂、游戲任務(wù)題)。也可以用戶之間進行互動操作，完成訓(xùn)練題。(3)基于計算機的精細分析訓(xùn)練，專業(yè)醫(yī)生可以通過該系統(tǒng)，根據(jù)測試訓(xùn)練規(guī)程， 進行測試訓(xùn)練設(shè)置，虛擬現(xiàn)實模塊可以提供虛擬場景任務(wù)布置，功能參數(shù)分析模塊，可以結(jié)合心電、腦電、皮膚電等用于給出自動化、定量化的指標(biāo)和診斷建議，多用戶實時監(jiān)測模塊可以進行多用戶操作設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征是包括語音采集模塊、音頻回放模塊、生理信號采集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、主處理器、數(shù)據(jù)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(xùn)練內(nèi)容相關(guān)的音視頻訊息；語音采集模塊采集患兒的應(yīng)答語音信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳入主處理器；生理信號采集模塊同步采集訓(xùn)練過程中患兒的生理信號，采集到的生理信號先經(jīng)信號前端處理模塊，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳入主處理器；主處理器分別和數(shù)據(jù)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，及生理信號特征提取和分析，并綜合提供反饋訊息；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(yù)處理步驟，提取特征為應(yīng)答速度和應(yīng)答內(nèi)容，用來判斷患兒的參與程度；同步采集的生理信號經(jīng)去除噪聲、濾波后，提取相應(yīng)生理參數(shù)，用來分析患兒的情緒狀態(tài)；綜合語音信號體現(xiàn)的語音因素和生理信號體現(xiàn)的生理因素，通過反饋訊息鼓勵患兒進一步的參與并改善情緒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征是主處理器是嵌入式處理器或PC平臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征是包括USB接口電路，該 USB接口電路與主處理器通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征是所述顯示面板作為測試 /訓(xùn)練過程中的監(jiān)測、反饋界面；觸控面板控制數(shù)據(jù)采集及評價訓(xùn)練系統(tǒng)過程的互動操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征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贊賞的語言和笑臉符號的音視頻 fn息ο
6.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，其特征是包括集中監(jiān)控平臺和多個所述兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的主處理器連接有無線網(wǎng)絡(luò)模塊；集中監(jiān)控平臺上設(shè)有無線網(wǎng)絡(luò)模塊；各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)和集中監(jiān)控平臺進行無線通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，其特征是各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)采集的反映患兒情緒、語言的答語音信號反應(yīng)信號及生理信號實時傳輸?shù)结t(yī)生的集中監(jiān)控平臺；在集中監(jiān)控平臺的控制主機上相應(yīng)設(shè)有多用戶實時監(jiān)測模塊，該模塊提供多患兒監(jiān)控界面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，其特征是各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的顯示模塊共用一個顯示器設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，其特征是所述集中監(jiān)控平臺的控制主機包括虛擬現(xiàn)實模塊、測試訓(xùn)練設(shè)置模塊、功能參數(shù)分析模塊和病人數(shù)據(jù)庫；先基于兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，通過功能參數(shù)分析模塊和病人數(shù)據(jù)庫， 用測試訓(xùn)練設(shè)置模塊設(shè)置測試訓(xùn)練規(guī)程；天然后依據(jù)測試訓(xùn)練規(guī)程用虛擬現(xiàn)實模塊提供虛擬場景任務(wù)布置，并由各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)的顯示模塊或立體視覺系統(tǒng)顯示。
全文摘要
一種兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，包括語音采集模塊、音頻回放模塊、生理信號采集模塊、信號前端處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、主處理器、數(shù)據(jù)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(xùn)練內(nèi)容相關(guān)的音視頻訊息，語音采集模塊采集患兒的應(yīng)答語音信號傳入主處理器；生理信號采集模塊采集到的生理信號傳入主處理器；主處理器分別和數(shù)據(jù)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，及生理信號特征提取和分析，并綜合提供反饋訊息；一種基于物聯(lián)網(wǎng)的集中訓(xùn)練中心，包括集中監(jiān)控平臺和多個所述兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)，各個兒童孤獨癥語言訓(xùn)練系統(tǒng)和集中監(jiān)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(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者卞春華, 宋仁亮, 楊子龍, 申云海, 馬千里 申請人:南京大學(xué)