[发明专利]一种基于阵列式表面肌电的发音功能评估系统

说明书

本发明属于发音评估技术领域，尤其涉及一种基于阵列式表面肌电的发音功能评估系统，该系统包括下位机和上位机，其中：下位机，用于通过阵列式肌电电极获取发音过程中的面颈部肌电信号，并将面颈部肌电信号传输至上位机；上位机，用于分析发音过程中面颈部阵列式肌电信号变化特征与发音功能的生理相关性，建立发音过程中面颈部肌肉运动的三维动态能量分布图，获取发音肌群的动态可视化时空信息，提取肌电特征值，建立正常发音功能面颈部肌电特征分布标准化数据库，采用模板匹配与差异化分析算法，解析发音肌群的功能异常情况以及受损程度。更加完全、客观的解析发音过程中发音肌群的电生理特性，实现对发音功能实时、客观、精准评估。

技术领域

本发明属于发音评估技术领域，尤其涉及一种基于阵列式表面肌电的发音功能评估系统。

背景技术

语音是人类信息交流的重要工具，它包含了人们的感情和情绪等信息，是社会交往能力的重要体现。语音交流更是人类社会生存的基本功能，能否无损地发出声音是表达自身情感的关键。发音时，来自肺部的气流通过喉部，肌肉收缩，使软骨活动起来，也同时带动声带活动，使声带放松或拉紧，声门随之打开或关闭，从而产生声音。声音的高低不同是控制声带的松紧造成的。而声调决定于振动时声带的长度、张力、质量和位置。发音器官之间能正常、有序的工作依赖于中枢神经系统对其控制，其间任何一个环节发生异常，都会导致发音功能障碍。

发音功能障碍是常见疾患，且很可能会成为相关疾病的后遗症或并发症，有调查表明有近75％～90％的帕金森病患者伴有发音方面的障碍，在脑卒中患者的发生率为30％～40％，并且严重的情况下，发音功能障碍在15％的脑卒中患者中长期存在。这些症状严重影响了患者的日常交流能力，给家庭和社会造成严重负担。另一方面随着时代的进步与发展，人们的生活愈发多样化，从事语音和歌唱以及教育类职业的人数渐多，这些人群在工作中也需要高质量的声音，从而提高他们的专业水平。有研究表明将近31％的销售人员、44％的运动教练以及58％的教师均有不同程度的构音障碍。构音障碍严重影响相关领域人员的工作，有相关报道表明美国大约2800万的职业是与嗓音密切相关，每年约有7.2％的人员由于构音障碍而失业，其中教师职业人员高达20％，由于构音障碍而导致失业造成的经济损失高达25亿美元的。据不完全统计，目前我国约有137万患者因发音功能丧失而不能正常说话。因此对发音功能及时、准确地评价与检测，对社会发展以及医疗的进步都具有巨大的意义。

现有语音功能的检测大多基于语音信号，但是语音信号对环境要求较高，一旦测试环境嘈杂语音信号就难以准确传递；对语音信号处理需要获取声学参数，而清音在发音时，声带不发生振动，没有明显的语音特征，以至于发音检测准确性不高；发音是复杂的神经肌肉活动，单纯的语音信号无法检测发音过程的生理特性。

发音是一个非常复杂的神经肌肉运动过程，需要中枢神经系统对各个发音器官以及与发音运动的相关发音肌肉协同控制来完成。与发音功能相关的肌群多达40多个，其中主要发音肌群集中在颈部和面部。相关肌群运动的速度、力量、范围、方向和协调性影响着发音功能，其间任何一个肌肉功能发生异常都会导致发音功能障碍，声音损害的程度与神经肌肉受损的程度密切相关。

肌电信号是肌肉收缩时产生的电信号，肌电信号与肌肉的活动情况和功能状态间有着较强的关联性，所以可以在不同程度上体现出相应神经肌肉的活动水平。表面肌电信号是肌肉在产生兴奋发生收缩时，在肌肉表面被表面电极记录的生物电信号。由于表面肌电具有无创、操作简单、成本低和能提供定量定性分析等优点，被广泛应用于医学检测和生物反馈治疗中。现有的表面肌电检测手段都是基于单个或几个电极来完成，对于发音肌群，从声带运动到共鸣构音器官的运动，涉及到的肌群大部分为小肌肉群的精细运动，因此很难用单个或几个电极来对构音功能进行评价。临床上缺乏早期准确识别个体发声功能特征的手段，导致现有嗓音康复训练策略缺乏个体化和精细化，影响康复效果。

发明内容