本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

聲音是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制下，由聲門下氣流擠壓聲帶產(chǎn)生振動，進(jìn)而通過上聲道共鳴腔的濾波作用產(chǎn)生的，此過程實際上是將空氣動力學(xué)能量轉(zhuǎn)化為聲能，這種能量的轉(zhuǎn)化效率就是發(fā)聲效率，發(fā)聲效率的大小與聲帶的具體結(jié)構(gòu)，發(fā)聲的方式等因素有關(guān)；此外，聲帶病變患者的發(fā)聲效率往往與正常人有較大差異，所以它也是檢驗發(fā)聲器官是否有病變的有效手段。

目前國內(nèi)外主要采用兩類方法對發(fā)聲效率進(jìn)行測量。一類是侵入式的直接測量方法，主要采用跨聲門壓導(dǎo)管和食管氣球的方法和氣管穿刺法直接測量聲門下壓，進(jìn)而計算發(fā)聲效率。Wilko Grolman等人曾將氣壓傳感器放置在受試者的食管和氣管處，對喉切除后患者的發(fā)聲效率進(jìn)行了直接測量，并計算了能量在傳遞過程中的損耗。另一類測量方法是非直接式的估算方法，主要包括聲門下壓測量法、聲門氣流AC/DC 比方法和波流指數(shù)法。前一類方法具有侵入性，其應(yīng)用范圍受到了一定的局限。后一類方法是估計值，操作簡便且對受試者沒有傷害，近幾年逐漸成為相關(guān)學(xué)者的重點研究方向。Shipp 在1973 年提出聲門下壓和聲門上壓在清音間隔的閉合期內(nèi)是相同的，在此期間口腔閉合而聲門打開，所以可以利用口腔內(nèi)壓來代替聲門下壓，從此唇音阻斷法成為間接測量聲門下壓的一種有效手段。在此基礎(chǔ)上，Anders 等人對此種方法的有效性和可靠性進(jìn)行了研究，他對同一受試者同時利用侵入和非侵入的方式提取聲門下壓值。將非侵入式方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值并與侵入式測量值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)非侵入式的間接測量方式與直接測量結(jié)果極其相似，從而證明了唇音阻斷法這種間接測量結(jié)果的有效性。隨后，Martin 等人又分別對聲門下壓的間接測量方式提出了改進(jìn)。然而，這些研究和探索還處于初步階段。首先，這些研究主要集中于具體方法的提出和論證，而缺乏專有測量系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用。其次，對聲門氣流、聲門下壓和聲級等重要參數(shù)的計算也往往集中于后期數(shù)據(jù)的處理，而缺乏實時準(zhǔn)確的測量和顯示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對上述難問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)；本發(fā)明發(fā)聲效率能夠反映正常與病理條件下的差異，為將該系統(tǒng)應(yīng)用于臨床發(fā)聲效率測量奠定了基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

本發(fā)明一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)，包括傳感器模塊、信號預(yù)處理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央控制模塊、鍵盤輸入及液晶顯示模塊、單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊、軟件處理模塊，其結(jié)構(gòu)要點是：所述傳感器模塊包括聲壓傳感器、氣流傳感器和聲級計，所述聲級計為麥克風(fēng)；所述聲壓傳感器、氣流傳感器和麥克風(fēng)的信號輸出端連接信號預(yù)處理模塊的信號輸入端，所述信號預(yù)處理模塊的信號輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，所述AD轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接中央控制模塊的信號輸入端，所述鍵盤輸入及液晶顯示模塊也與中央控制模塊的信號輸入端連接；所述中央控制模塊的信號輸出端連接單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊，所述單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊的輸出端連接軟件處理模塊。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述信號預(yù)處理模塊包括前置放大電路、低通濾波電路、工頻濾波電路，所述前置放大電路、低通濾波電路、工頻濾波電路依次連接。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述前置放大電路由三運(yùn)放差分放大器構(gòu)成，所述三運(yùn)放差分放大器采用OP07芯片構(gòu)成。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述低通濾波電路采用二階低通濾波電路，所述二階低通濾波電路采用LM324M構(gòu)成。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述工頻濾波電路采用F42N50IWP芯片構(gòu)成。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述單片機(jī)為PIC單片機(jī)，所述PIC單片機(jī)的型號為PIC16F877A。

本發(fā)明的有益效果是。

本發(fā)明一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)，發(fā)聲效率測量系統(tǒng)采用氣流傳感器、聲壓傳感器和聲級計測量人體在發(fā)聲過程中的聲門氣流、聲門下壓與聲強(qiáng)；通過前端硬件電路的處理，將這三路信號分時通過A/D 轉(zhuǎn)化模塊輸入到單片機(jī)中。單片機(jī)決定著信號采集和傳輸?shù)念l率并對采集過程進(jìn)行分時控制，通過單片機(jī)PC機(jī)交互模塊將信號輸入到PC機(jī)上并完成信號的接收與顯示，進(jìn)而進(jìn)行信號的處理和特征點識別，求取在發(fā)聲過程中的空氣動力學(xué)能量與發(fā)聲能量，并由此求得發(fā)聲效率。

本發(fā)明通過臨床實踐，對正常人和聲帶病變患者的發(fā)聲效率進(jìn)行了對比研究，表明該系統(tǒng)測量的發(fā)聲效率能夠反映正常與病理條件下的差異，為將該系統(tǒng)應(yīng)用于臨床發(fā)聲效率測量奠定了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)的框圖。

圖2是本發(fā)明一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)的信號預(yù)處理模塊的電路連接框圖。

具體實施方式

如圖1所示，為本發(fā)明一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)的框圖。包括傳感器模塊、信號預(yù)處理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央控制模塊、鍵盤輸入及液晶顯示模塊、單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊、軟件處理模塊，其結(jié)構(gòu)要點是：所述傳感器模塊包括聲壓傳感器、氣流傳感器和聲級計，所述聲級計為麥克風(fēng)；所述聲壓傳感器、氣流傳感器和麥克風(fēng)的信號輸出端連接信號預(yù)處理模塊的信號輸入端，所述信號預(yù)處理模塊的信號輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，所述AD轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接中央控制模塊的信號輸入端，所述鍵盤輸入及液晶顯示模塊也與中央控制模塊的信號輸入端連接；所述中央控制模塊的信號輸出端連接單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊，所述單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊的輸出端連接軟件處理模塊。

如圖2所示，為本發(fā)明一種聲帶振動發(fā)聲效率測量系統(tǒng)的信號預(yù)處理模塊的電路連接框圖。圖中，所述信號預(yù)處理模塊包括前置放大電路、低通濾波電路、工頻濾波電路，所述前置放大電路、低通濾波電路、工頻濾波電路依次連接；所述傳感器模塊的信號輸出端連接前置放大電路的輸入端。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述前置放大電路由三運(yùn)放差分放大器構(gòu)成，所述三運(yùn)放差分放大器采用OP07芯片構(gòu)成。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述低通濾波電路采用二階低通濾波電路，所述二階低通濾波電路采用LM324M構(gòu)成。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述工頻濾波電路采用F42N50IWP芯片構(gòu)成。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述單片機(jī)為PIC單片機(jī)，所述PIC單片機(jī)的型號為PIC16F877A。

本發(fā)明所述傳感器模塊采用聲壓傳感器、氣流傳感器和聲級計分別采集聲帶發(fā)聲時的特征參量，將氣壓傳感器放入口腔測量口腔內(nèi)壓，利用氣流傳感器測量口腔氣流，將聲級計固定在距離嘴唇30cm的位置測試發(fā)聲的聲級，并由此計算發(fā)聲時的聲功率。這三種傳感器協(xié)同采集發(fā)聲特征信號，實現(xiàn)多路信號的同步采集。所述傳感器輸出的生理信號幅值小、信噪比低，為了有效的對信號進(jìn)行觀察和處理，通過前置放大電路將信號放大；同時通過低通濾波和工頻濾波模塊提高其信噪比；經(jīng)過處理后的信號，幅值適中，信號穩(wěn)定，特征點明顯。

所述AD 轉(zhuǎn)換模塊將傳感器獲得的信號模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳送給單片機(jī)，在轉(zhuǎn)換過程中以5V作為參考電壓，完成信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換之前，對輸入信號進(jìn)行放大，保持量程的最大值接近5V，以提高模數(shù)轉(zhuǎn)化的精度。

所述中央控制模塊是整個系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)功能的選擇，信號采集控制以及數(shù)據(jù)的簡單計算和處理。在此模塊中實現(xiàn)三個功能，功能1對人體肺活量進(jìn)行測量；功能2對周圍環(huán)境噪聲進(jìn)行測量，這兩個功能的結(jié)果都將體現(xiàn)在單片機(jī)的液晶顯示屏上，并可利用鍵盤對功能進(jìn)行選擇和控制；功能3是測量發(fā)聲效率，將采集的數(shù)字信號直接通過交互模塊上傳到PC機(jī)上，利用PC機(jī)上相關(guān)軟件完成識別和處理。同時，中央控制模塊還利用定時器完成對整個信號采集過程的控制和通道的轉(zhuǎn)換，使得多路信號可以同步采集和實時處理。

所述鍵盤輸入及液晶顯示模塊實現(xiàn)使用者對系統(tǒng)的控制，使用者通過鍵盤對功能進(jìn)行自主選擇并可以對采樣時間和頻率進(jìn)行設(shè)置；所有設(shè)置和最終處理結(jié)果都能夠在液晶顯示屏上進(jìn)行顯示。

所述單片機(jī)與PC機(jī)交互模塊將轉(zhuǎn)換后的三種傳感器采集到的信號分時上傳到PC機(jī)上，并在上傳之前進(jìn)行標(biāo)記，以使PC機(jī)可以正確的識別各種信號。上傳的信號是經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，在PC機(jī)上可以完成對應(yīng)參量的識別和處理。

所述軟件處理模塊對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，以對其進(jìn)行合理的分類，分成三種不同的發(fā)聲參量，并對這些數(shù)據(jù)的特征點進(jìn)行識別和處理，最終得到聲功率、聲門下壓和聲門氣流的計算值，進(jìn)而對發(fā)聲效率進(jìn)行計算并加以顯示。

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。