[发明专利]气压式基频调节电子人工喉

说明书

技术领域

本发明属于语音缺失患者的语音康复领域，并涉及一种气压式基频调节的电子人工喉。

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，对于某些严重喉疾患者，必须进行全喉切除术，全喉切除术后，患者完全丧失了发声能力，从而也就失去了运用语音进行语言交流的能力，全喉切除术中通常会在气管造瘘口用于患者术后呼吸。全喉切除术后患者多依靠电子人工喉发声。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，目前存在的电子人工喉工作原理简单。患者把设备顶在喉部，控制开关所产生的脉冲通过振动施加到患者颈部，经组织传到声道，经调制后产生语音。目前的电子人工喉存在语音缺乏变化，尤其是缺乏声调变化，带有明显机器味道，背景噪声大等诸多缺点。

为改进发音效果，目前的研究者把主要精力放在电子人工喉背景噪声的去除上，以及通过肌电等信号进行电子人工喉脉冲产生的控制上，由于肌电信号产生与分析的复杂性，效果并不理想。一些研究者运用语音信号、图像信号和噪声信号的采集、分析来调控电子人工喉语音，机构复杂，成本增加、且可靠性低。基于目前存在的电子喉技术的局限性，电子人工喉产生的声音的声调在整个说话过程中没有变化，这是造成电子人工喉语音和正常语音质量不同的主要原因。

发明内容

本发明人认识到，在患者说话过程中实时调节声门波基频，改变说话声调，才可以提高语音的可懂度。按照这个思路，本发明人设计了气压式基频调节电子人工喉设备。

本发明的主要目的在于，提供一种气压控制声门波基频的电子人工喉，其提高了语音缺失患者的语音可懂度。

借助本发明的方案，使用电子人工喉的患者可以借助其说话动作本身，来对其所发出的声门波的基频进行调制，从而可以形成有机的人-机互动，使患者所发出的声音不仅富于变化，而且这种变化可以由患者进行自主操控，更接近正常人的发声效果。

本发明的主要工作原理基于：

波形产生与处理系统中可以存储具有个人发声特征的声门波形(个人发声特征可以是先前录制、处理的)，在声门波信号产生的过程中可以加入幅度扰动和频率扰动；气压感应部分用于在声门波信号产生过程中实时调节声门波信号基频；波形产生与处理系统所产生的波形通过系统中的数模转换模块转换为模拟信号；通过模数转换器输出的信号波形与功率放大电路连接，经过功率放大后施加于电-力能量转换器。放大后的信号通过高磁场的电-力能量转换器转换为机械振动，该振动通过振动膜施加于患者颈部，产生声门波，该波形经过患者舌、鼻腔、口腔、唇等器官的调制，在唇外形成语音，声门波基频的改变可产生不同的声调，增加语言可懂度。

本发明采用了如下的技术设计方案：

本发明的一个特征是提供气压调频的电子人工喉，该设备主要由气压感应部分、波形产生与处理系统、功率放大电路、可调控的微型电-力转换器组成。本发明的另一个特征是利用气压信息，实时改变声门波频率。

本发明的特征包括：

-在波形产生与处理系统中预先存储具有个人语音特征的声门波形，波形产生与处理系统按照该波形产生连续的声门波信号，该信号按照算法加入幅度波动和频率扰动；

-气压感应部分将瘘口处气罩内的气压信号转化为电信号，气压大小决定电信号的幅度，此电信号需经过AD转换后传输给波形产生与处理系统用于调节所产生的声门波信号的基频。

-波形产生与处理系统所产生的数字信号通过系统中的DA数模转换电路转换为模拟信号，模数转换电路由专用的DA芯片实现；

-通过模数转换器输出的信号波形与功率放大电路连接，经过功率放大到可以驱动电-力转换系统工作。

经过放大的信号，经过高磁场的电-力能量转换器转换为机械振动，该转换器经过特殊设计，可以最小失真的实现电压波形到机械振动的转换。

由电-力转换器所产生的振动通过振动膜施加于患者颈部，产生声门波。该声门波经过患者舌、鼻腔、口腔、唇等器官的调制，在唇外形成语音。

系统由可充电锂电池供电。

根据本发明的一个方面，提供了一种气压式基频调节电子人工喉，其特征在于包括：

气压感应部分，用于检测患者喉咽部的一个瘘口外的气压，并产生与该气压对应的气压检测信号，

波形产生与处理部分，用于产生声门波信号，其中所述声门波信号的基频根据所述气压检测信号而变化，

功率放大电路，用于对所述声门波信号进行功率放大，