专利名称：儿童孤独症语言训练系统及基于物联网的集中训练中心的制作方法
技术领域：
本发明属于医疗器械领域，涉及一种新型的儿童孤独症语言训练系统及基于物联网的集中训练中心。
背景技术：
儿童孤独症是一种日益常见的心理发育障碍性疾病。第二次全国残疾人抽样调查结果显示，我国0-6岁精神残疾(含多重)儿童占0-6岁儿童总数的1. 10%。，约为11. 1万人，其中孤独症导致的精神残疾儿童占到36. 9%，约为4. 1万人。儿童孤独症(childhood autism)作为一种儿童精神疾病严重影响患儿的社会功能，给患儿家庭和社会带来沉重负担。如何对其进行正确的治疗，引导其走出孤独，健康成长，是保障和贴近民生的重大科技需求。孤独症患儿在言语交流和非言语交流方面均存在障碍。其中以言语交流障碍最为突出。为进一步规范儿童孤独症诊疗康复行为，提高医疗质量，使儿童孤独症患者得到及时诊断和有效的康复治疗，卫生部于2010年7月，制定了《儿童孤独症诊疗康复指南》。指南指出(1)目前儿童孤独症主要通过询问病史、精神检查、体格检查、心理评估和其他辅助检查，并依据诊断标准作出诊断。通过心理评估筛查量表判断其心理状态。(2)儿童孤独症的治疗以教育干预为主，药物治疗为辅。因儿童孤独症患儿存在多方面的发育障碍及情绪行为异常，应当根据患儿的具体情况，采用教育干预、行为矫正、药物治疗等相结合的综合干预措施。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明的技术方案如下一种儿童孤独症语言训练系统，包括语音采集模块、音频回放模块、生理信号采集模块、信号前端处理模块、A/D转换模块、主处理器、数据存储单元和显示模块；使用音频回放模块及显示模块，在主处理器的控制下为患儿提供训练内容相关的音视频讯息，语音采集模块采集患儿的应答语音信号，再经A/D转换模块后传入主处理器；生生理信号采集模块同步采集训练过程中患儿的生理信号，采集到的生理信号先经信号前端处理模块，再经A/D转换模块后传入主处理器；主处理器分别和数据存储单元、触控面板、音频回放模块和显示模块连接，所述主处理器完成语音信号的处理分析，及生理信号特征提取和分析，并综合提供反馈讯息；所述语音信号的处理分析包括噪声消除、背景抑制和语音提取这些预处理步骤， 提取特征为应答速度和应答内容，用来判断患儿的参与程度；同步采集的生理信号经去除噪声、滤波后，提取相应生理参数，用来分析患儿的情绪状态；
综合语音信号体现的语音因素和生理信号体现的生理因素，通过反馈讯息鼓励患儿进一步的参与并改善情绪。所述生理信号包括心电图的RR间期和脑电图的α频等；所述音视频反馈讯息包括赞赏的语言和笑脸符号等的音视频信息。主处理器是嵌入式处理器或PC平台。包括USB接口电路，该USB接口电路与主处理器通信。所述数据存储单元采用SD 存储卡或其他存储设备，容量大、成本低，使用方便。可以存储患儿资料、训练数据等，用于训练过程的回顾，系统采集的数据也可以通过即插即用的高速USB 口送入计算机，在回访时的可以供医生进行详细的分析、评价。所述显示面板作为测试/训练过程中的监测、反馈界面；触控面板控制数据采集及评价训练系统过程的互动操作。应用所述儿童孤独症语言训练系统的基于物联网的集中训练中心，包括集中监控平台和多个所述儿童孤独症语言训练系统，各个儿童孤独症语言训练系统的主处理器连接有无线网络模块；集中监控平台上设有无线网络模块；各个儿童孤独症语言训练系统和集中监控平台进行无线通信。各个儿童孤独症语言训练系统采集的反映患儿情绪、语言的答语音信号反应信号及生理信号实时传输到医生的集中监控平台；在集中监控平台的控制主机上相应设有多用户实时监测模块，该模块提供多患儿监控界面。各个儿童孤独症语言训练系统的显示模块共用一个显示器设备。所述集中监控平台的控制主机包括虚拟现实模块、测试训练设置模块、功能参数分析模块和病人数据库；先基于儿童孤独症语言训练系统提供的数据，通过功能参数分析模块和病人数据库，用测试训练设置模块设置测试训练规程；天然后依据测试训练规程用虚拟现实模块提供虚拟场景任务布置，并由各个儿童孤独症语言训练系统的显示模块或立体视觉系统显
示本发明提出(1)儿童孤独症的诊断和康复治疗，目前缺乏统一的标准，尤其是定量化、自动化的指标。(2)迫切需要提出有效的康复训练方法和康复辅具，以辅助药物治疗，以及时发现、规范诊断儿童孤独症，为其治疗和康复赢得时间。(3)建立基于物联网的康复中心，结合学校和家庭对患儿进行正确干预，通过更适合于儿童的身心状态的康复训练措施，改善患儿预后，促进患儿康复。本发明的有益效果是以儿童孤独症患者研究对象，设计语言训练监护系统的硬软件平台。根据儿童的心理、生理特点，研制基于虚拟现实的语言康复训练系统，将生物反馈训练与游戏趣味性集成一体；提出适合计算机的自动化、定量化评价方法；系统分为可独立使用的简单测试、训练子系统和复杂测试、训练、精细分析子系统两大部分。设备可以单独使用，用于家庭康复训练，或作为康复中心的训练终端；基于虚拟现实的高端测试与训练功能可以用于医院临床精细分析诊断与康复训练。
图1为儿童孤独症语言训练系统的工作原理结构框图；图2为基于物联网的康复训练中心结构框图。
具体实施方案一种儿童孤独症语言训练系统，包括语音采集模块、音频回放模块、生理信号采集模块、信号前端处理模块、A/D转换模块、主处理器、数据存储单元和显示模块；其特征是使用音频回放模块及显示模块在主处理器的控制下为用户提供训练内容相关的音视频讯息， 语音采集模块采集用户的应答语音信号；生理信号采集模块同步采集训练过程中用户的生理信号，采集的信号连接信号前端处理模块，再经A/D转换模块后传入主处理器；主处理器分别和数据存储单元、显示模块连接，所述主处理器完成语音信号的处理分析，及生理信号特征提取和分析，并综合提供反馈讯息。系统的核心处理与控制单元由嵌入式平台或PC平台构成。为适合脱机独立使用， 检测/训练系统设计了数据存储单元、显示面板与触控面板。数据存储单元采用SD存储卡或各类数据数据存储卡设备，容量大、成本低，使用方便。可以存储用户资料、训练数据等，用于训练过程的回顾，系统采集的数据也可以通过即插即用的高速USB 口送入计算机，在回访时的可以供医生进行详细的分析、评价。显示面板作为测试/训练过程中的监测、反馈界面。触控面板主要控制数据采集及评价训练系统过程的互动操作等。针对儿童孤独症患者，设置语言问答测试题、音乐测试题、图片测试题、基于脑电的注意力测试题等多种评分测试内容，并通过积分、奖励等措施，给予反馈训练。可以建立基于物联网的集中训练中心，系统设计了无线网络功能，主要用于实现康复中心实时集中监控的功能。可以将多个用户训练过程中采集的各种情绪、语言反应信号及生理信号实时传输到医生的集中监控平台。在控制主机上相应设计了多用户监控界面，便于医生对训练过程进行及时的介入与调整。各用户可以同时集中一起观看大屏幕，进行抢答、合作完成任务(包括语言、图片、音乐、游戏任务题)。也可以用户之间进行互动操作，完成训练题。基于计算机的精细分析训练，专业医生可以通过该系统，根据测试训练规程，进行测试训练设置，虚拟现实模块可以提供虚拟场景任务布置，功能参数分析模块，本平台可以提供同步采集的心电、脑电、皮肤电等电生理参数用于科学研究和诊断建议。具体到本实施例中，儿童孤独症语言训练系统工作原理结构框图如图1所示。系统分为可独立使用的简单测试、训练子系统和复杂测试、训练、精细分析子系统两大部分。其具体实施方案如下(1)适合于独立病房/家庭，可以脱机独立使用的检测/训练系统系统的核心处理与控制单元可由ARM等各类嵌入式平台或PC平台构成。ARM系统功能完备，数据处理功能强，成本较低，可以方便的实现系统所需的各种功能。
为适合脱机独立使用，检测/训练系统设计了数据存储单元、显示面板与触控面板。数据存储单元采用SD存储卡或各类存储设备，容量大、成本低，使用方便。可以存储用户资料、训练数据等，用于训练过程的回顾，系统采集的数据也可以通过即插即用的高速 USB 口送入计算机，在回访时的可以供医生进行详细的分析、评价。显示面板作为测试/训练过程中的监测、反馈界面。触控面板主要控制数据采集及评价训练系统过程的互动操作等。针对儿童孤独症患者，设置语言问答测试题、音乐测试题、图片测试题、基于脑电的注意力测试题等多种评分测试内容，并通过积分、奖励等措施， 给予反馈训练。同时可以采集存储多路的生理信号(主要包括心电、脑电、皮肤电)以供精细分析和诊断参考。(2)基于物联网的集中训练中心，儿童孤独症语言训练系统系统设计了无线网络功能，主要用于实现康复中心实时集中监控的功能。如图2所示。可以将多个用户训练过程中采集的各种情绪、语言反应信号及生理信号实时传输到医生的集中监控平台。在控制主机上相应设计了多用户监控界面，便于医生对训练过程进行及时的介入与调整。各用户可以同时集中一起观看大屏幕，进行抢答、合作完成任务(包括语言、图片、音乐、游戏任务题)。也可以用户之间进行互动操作，完成训练题。(3)基于计算机的精细分析训练，专业医生可以通过该系统，根据测试训练规程， 进行测试训练设置，虚拟现实模块可以提供虚拟场景任务布置，功能参数分析模块，可以结合心电、脑电、皮肤电等用于给出自动化、定量化的指标和诊断建议，多用户实时监测模块可以进行多用户操作设置。
权利要求
1.一种儿童孤独症语言训练系统，其特征是包括语音采集模块、音频回放模块、生理信号采集模块、信号前端处理模块、A/D转换模块、主处理器、数据存储单元、触控面板和显示模块；使用音频回放模块及显示模块，在主处理器的控制下为患儿提供训练内容相关的音视频讯息；语音采集模块采集患儿的应答语音信号，经A/D转换模块后传入主处理器；生理信号采集模块同步采集训练过程中患儿的生理信号，采集到的生理信号先经信号前端处理模块，再经A/D转换模块后传入主处理器；主处理器分别和数据存储单元、触控面板、音频回放模块和显示模块连接，所述主处理器完成语音信号的处理分析，及生理信号特征提取和分析，并综合提供反馈讯息；所述语音信号的处理分析包括噪声消除、背景抑制和语音提取这些预处理步骤，提取特征为应答速度和应答内容，用来判断患儿的参与程度；同步采集的生理信号经去除噪声、滤波后，提取相应生理参数，用来分析患儿的情绪状态；综合语音信号体现的语音因素和生理信号体现的生理因素，通过反馈讯息鼓励患儿进一步的参与并改善情绪。
2.根据权利要求1所述的儿童孤独症语言训练系统，其特征是主处理器是嵌入式处理器或PC平台。
3.根据权利要求1所述的儿童孤独症语言训练系统，其特征是包括USB接口电路，该 USB接口电路与主处理器通信。
4.根据权利要求1所述的儿童孤独症语言训练系统，其特征是所述显示面板作为测试 /训练过程中的监测、反馈界面；触控面板控制数据采集及评价训练系统过程的互动操作。
5.根据权利要求1所述的儿童孤独症语言训练系统，其特征是所述生理信号包括心电图的RR间期和脑电图的α频；所述音视频反馈讯息包括赞赏的语言和笑脸符号的音视频 fn息ο
6.应用权利要求1所述的儿童孤独症语言训练系统的基于物联网的集中训练中心，其特征是包括集中监控平台和多个所述儿童孤独症语言训练系统，各个儿童孤独症语言训练系统的主处理器连接有无线网络模块；集中监控平台上设有无线网络模块；各个儿童孤独症语言训练系统和集中监控平台进行无线通信。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的集中训练中心，其特征是各个儿童孤独症语言训练系统采集的反映患儿情绪、语言的答语音信号反应信号及生理信号实时传输到医生的集中监控平台；在集中监控平台的控制主机上相应设有多用户实时监测模块，该模块提供多患儿监控界面。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的集中训练中心，其特征是各个儿童孤独症语言训练系统的显示模块共用一个显示器设备。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的集中训练中心，其特征是所述集中监控平台的控制主机包括虚拟现实模块、测试训练设置模块、功能参数分析模块和病人数据库；先基于儿童孤独症语言训练系统提供的数据，通过功能参数分析模块和病人数据库， 用测试训练设置模块设置测试训练规程；天然后依据测试训练规程用虚拟现实模块提供虚拟场景任务布置，并由各个儿童孤独症语言训练系统的显示模块或立体视觉系统显示。
全文摘要
一种儿童孤独症语言训练系统，包括语音采集模块、音频回放模块、生理信号采集模块、信号前端处理模块、A/D转换模块、主处理器、数据存储单元、触控面板和显示模块；使用音频回放模块及显示模块，在主处理器的控制下为患儿提供训练内容相关的音视频讯息，语音采集模块采集患儿的应答语音信号传入主处理器；生理信号采集模块采集到的生理信号传入主处理器；主处理器分别和数据存储单元、触控面板和显示模块连接，所述主处理器完成语音信号的处理分析，及生理信号特征提取和分析，并综合提供反馈讯息；一种基于物联网的集中训练中心，包括集中监控平台和多个所述儿童孤独症语言训练系统，各个儿童孤独症语言训练系统和集中监控平台进行无线通信。
文档编号A61B5/16GK102184661SQ20111006514
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者卞春华, 宋仁亮, 杨子龙, 申云海, 马千里 申请人:南京大学