儿童嗓音疾病评价方法研究与基于视听觉反馈的辅助治疗软件设计

发布时间：2020-04-17 12:30

【摘要】：嗓音疾病严重影响儿童的身心健康,但目前临床上的嗓音疾病评价与治疗方法大多用于成人,尚没有针对儿童嗓音疾病比较规范有效的治疗方法,评价方法也较为局限。根据儿童群体的特征,本文提出了适合儿童的嗓音疾病评价与治疗方法。本文第一部分是儿童嗓音疾病主客观评价方法的研究。目的:1.验证临床上广泛使用的客观评价参数是否适用于儿童;2.建立儿童嗓音疾病的主观评估方法。方法:选取52例声带小结儿童(年龄4~12岁,男性40例,女性12例)和43例嗓音正常儿童(年龄5~11岁,男性27名,女性16名)作为受试者,获取每位儿童的录音,对录音分别进行客观参数分析和主观听感知评估,另外,让每位儿童的父母或监护人填写中文版pVHI(Pediatric voice handicap index)量表,对数据进行如下统计分析:1.采用用独立样本t检验对患者组与对照组的客观参数进行差异性检验,2.通过内部一致性和重测信度验证中文版pVHI的信度,通过内容效度、效标效度和区分效度验证中文版pVHI的效度,3.采用Pearson相关系数检验客观参数和中文版pVHI的相关性。结果:1.患者组与对照组的频率微扰Jitter、振幅微扰Shimmer、谐噪比HNR(harmonics-to-noise ratio)和最长发音时长MPT(maximum phonation time)有显著性差异(P0.05);2.中文版pVHI具有很好的内部一致性(Cronbachα系数0.7)、重测信度(相关系数r=0.631~0.887,P0.01)、内容效度(r=0.373~0.946,P0.01)、效标效度(r=0.309~0.540,P0.01)和区分效度(P=0.000或P=0.001);3.客观参数(除F_0)与中文版pVHI均显著相关(||=0.374~0.436,P0.01)。结论:1.Jitter、Shimmer、HNR、MPT可以作为评价声带小结儿童嗓音状况的有效指标;2.中文版pVHI量表具有很好的信度和效度,可以作为儿童嗓音疾病主观评估的有效方法。本文第二部分研究分析了语音信号处理的相关理论并设计实现了一种辅助儿童嗓音训练的软件。该软件以具有视听觉反馈的卡通游戏进行嗓音训练,儿童可用声音控制软件中的动画,旨在通过自主控制加上视听觉反馈的方式达到嗓音训练的效果。基于嗓音客观评价方法和传统嗓音训练方法,软件设计了包括音调、音强、音长的三个训练项目,基于模块化程序设计,软件包含音频采集、语音特征参数提取、图形处理和用户界面UI四个模块,采用Direct X的图形和音频API(Application Programming Interface)以及语音数字化处理等技术对软件进行编程实现,并测试了软件的重要性能,结果显示软件能按预期功能运行,并且具有良好的性能。该软件的提出和设计实现为儿童嗓音疾病的治疗做出了探索性研究。最后,本文对研究的不足之处进行了总结并提出了后续研究的展望。
【图文】：

频谱,分帧,语音信号,窗函数

图 3-1 语音信号的分帧方法的实现，是给采样后的语音信号 ( )乘以一个有限长的窗函 ny n x m w n m ( )为分帧后的信号， ( )为窗函数。窗函数的特性一般为低通数可以减小频谱泄露，常用的窗函数有矩形窗（见式(3-2)）、汉明窗（见式(3-4)）[48]：1 0 1( )0n Lw n 其他0.5(1 cos(2 /( 1))) 0 1n L n L

语音波形,直流分量,趋势项

1 11( 1)( 1)k kan n n 消除线性趋势项的方法见式(3-13)：0 1 ( ) 1,2, ,k k k ky x x x a ak k n(3-13)当 m≥2 时为曲线趋势项，在实际语音信号处理中，通常取 m=1～3 来对采样数据进行多项式趋势项消除的处理。利用 Matlab 仿真研究语音信号趋势项和直流分量去除前后的区别。图 3-2 为一段带有直流分量的语音信号在直流分量消除前后的语音波形图和能熵比图，可以发现，在直流分量较小的情况下，尽管消除前后语音的有话段能熵比基本相同，但带有直流分量的信号无话段也具有较高的能熵比，因此无法有效区分有话段与无话段，，很容易将无话段误判为有话段；图 3-3 为一段带有线性趋势项的语音信号在趋势项消除前后的语音波形图和能熵比图，趋势项消除之前的能熵比图基本没有携带该段信号的特征，消除趋势项之后的情况就完全不同了。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R767.92;TP311.52

【参考文献】