СПОСОБ СЛУХОРЕЧЕВОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК A61F11/00 

Изобретение относится к сурдологии, точнее к аудиологии и сурдопедагогике, и может найти применение при лечении нарушений восприятия речи вследствие потери слуха.

Изобретение также относится к обучению и может быть использовано в педагогике, логопедии, психотерапии, практике актерской и дикторской работы, в самых широких бытовых и различных профессиональных условиях для улучшения атмосферы межличностного общения.

Сложившийся рынок слуховых аппаратов охватывает лишь часть потребителей, а именно лиц с незначительной степенью потери слуха (приблизительно 60% от общего числа глухих). Слуховые аппараты, работающие лишь по принципу усиления звука, не устраивают другую часть глухих людей (40% от общего числа глухих), имеющих остаточный слух в частотном диапазоне ниже 1000 Гц. Это положение является причиной их низкой социальной адаптации, отсутствия возможности получить полноценное образование, вести активный образ жизни, заниматься трудовой деятельностью.

Известен способ коррекции эмоционального состояния, речевой, слуховой и мыслительной деятельности человека с помощью специального, звуковоспроизводящего, радиоэлектронного устройства индивидуального пользования (патент №2177648, МПК G09B 19/04, опубл. 27.12.2001 г.), при котором на него воздействуют с помощью радиоэлектронного, звуковоспроизводящего устройства фонограммами, которые в качестве акустико-семантического образца содержат записи собственного в данный момент звучащего голоса человека в пассивном режиме, включающем постоянную запись и воспроизведение своего голоса в обычном или измененном виде, сразу или через определенное время, в качестве акустико-семантического образца используют дополнительно записи сигналов психофизиологических реакций своего организма, которыми, преобразовав их согласно заданной режимной программе, воздействуют на слуховые анализаторы, а через них - на различные отделы головного мозга для стимуляции его сознательной и бессознательной активности, при этом воздействие записями собственного голоса осуществляют в полуактивном и активном режимах, причем в полуактивном режиме записываемый голос озвучивают выборочно - в неизменном или искаженном виде воспроизводят только те фонемы, которые выходят за пределы нормальных голосовых параметров, а в активном режиме записываемый голос сопоставляют с внесенными в память звуковоспроизводящего устройства звукосочетаниями, нежелательными в употреблении, которые, при их произнесении, озвучивают выразительными тонами или речевыми формулами, воздействующими как условно-рефлекторные раздражители, подобным образом в активном режиме озвучивают и аномальные проявления физиологических реакций организма человека.

Основным недостатком данного способа является тот факт, что воспроизведение собственного голоса осуществляется через достаточно большой интервал времени, а именно до 5 секунд и более. Причем воздействие осуществляется не на слуховой аппарат пациента, а на психику пациента, причем выборочными отрывками, вырезанными из произнесенных пациентом фраз, произведшими определенные изменения психофизического его состояния, зарегистрированного соответствующими техническими средствами. При этом возможно применение искажения собственного голоса за счет ускорения или замедления воспроизведения записанной фразы, опять же для усиления психофизического воздействия.

Отличием же заявляемого способа является воздействие именно на слух пациента, причем упор делается на минимизацию задержки сигнала в процессе обработки в аппарате с целью исключения негативного, именно психофизического воздействия, обусловленного несинхронностью видеоинформации, воспринимаемой визуально при чтении с губ или собственными тактильными ощущениями при произнесении фразы, и аудиоинформации, воспринимаемой посредством слуха.

Известен способ слухоречевой реабилитации и ее оценки у пациентов с кохлеарными имплантами (патент №2209057, МПК A61F 11/00, опубл. 27.07.2003 г.), ближайший по технической сущности к заявляемому способу и принятый за прототип, осуществляемый путем подачи звуковых речевых сигналов и анализа ответных реакций, при подаче речевых сигналов используют переменные экстралингвистические параметры и локальные виды искажений, тренируют у пациентов умение инвариантно и помехоустойчиво распознавать речь, при этом не ранее чем через 3 дня после 1-го включения кохлеарного импланта и далее через 2-3 недели, а затем не реже 1 раза в 3 месяца в течение первого года и не реже 1 раза в год в дальнейшем речевые сигналы подают с одинаковыми изменениями частоты основного тона и темпа речи, определяют количество правильных ответов и время реакции пациента, причем данные анализа сопоставляют с ранее полученными у этого пациента и с таковыми у здоровых лиц и, если число правильных ответов статистически значимо выше, а время реакции пациента ниже, чем ранее полученные у него, динамику реабилитации считают удовлетворительной, но, если количество правильных ответов значимо ниже, чем у здоровых лиц, слухоречевую реабилитацию считают незавершенной.

Недостатком данного метода реабилитации является то, что он основан на введении предискажений во входной сигнал только для адаптации пациента к восприятию классифицированной информации различных дикторских свойств в условиях меняющейся помеховой обстановки и используют его периодически для пациентов с предварительно установленными дорогостоящими кохлеарными имплантами.

В заявляемом же способе, предискажения входного сигнала осуществляются целевым образом и постоянно в обеспечение акустического воздействия на нейросенсорные участки слухового аппарата пациента, способные к восприятию.

Известен цифровой слуховой аппарат (US 4791672 A, Audiotone, Ink, 13.12.88, МПК H04R 25/02), состоящий из микрофона, подключенного к предварительному усилителю, соединенному с блоком процессора, интерфейсы которого на входе и выходе осуществляют аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование сигнала, поступающего на усилитель преобразователя электрического сигнала в акустический.

Недостатками данного слухового аппарата являются: большой уровень искажений на малых уровнях громкости, наличие в спектре выходного сигнала сильно усиленных составляющих, которые не слышит больной человек, но, воздействуя на слуховой анализатор, они вызывают дальнейшее ухудшение слуха, наличие акустической обратной связи.

Известен слуховой аппарат для тугоухих и глухих с остатками нейросенсорной чувствительности (патент RU №2159099, МПК A61F 11/04, H04R 25/00, опубл. 20.11.2000), ближайший по технической сущности к заявляемому устройству и принятый за прототип, состоящий из микрофона, предварительного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, спецпроцессора, цифроаналогового преобразователя, выходного усилителя и микротелефона, соединенных последовательно, в предварительном усилителе введены цепи отрицательной обратной связи, выполненные с возможностью приведения характеристики усилителя к виду, характерному для биологической характеристики слухового анализатора здорового человека по передаточной функции, времени реакции и времени восстановления, спецпроцессор выполнен с возможностью трансформации сигнала по диапазону воспринимаемых частот, порогам слышимости и дискомфорта на всех частотах звукового диапазона по остаточным возможностям слухового анализатора.

Недостатком приведенного устройства является то, что в результате трансформации спектра выходной акустический сигнал довольно сильно изменяется, что требует привыкания пациента к новой форме звучания речи, но отсутствует возможность обучения пациента к распознаванию складывающихся звуковых образов, а также отсутствует возможность сравнения звучания собственно произносимых фраз со звучанием тех же фраз, произносимых здоровым человеком, с целью формирования навыков правильной речи.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение слуховосприятия речевой информации и повышение качества речи больного человека.

Для решения этой задачи разработано устройство с расширенными функциональными возможностями, работающее на принципе переноса информации из частотной области, где человек не слышит, в область сохранных волосковых клеток (аудиокоррекция).

Устройство позволяет уменьшить уровень искажений на малых уровнях громкости при отсутствии акустической обратной связи, усилить звуковой сигнал при полной безопасности для слуха больного человека, расширить спектр возможностей человека с нарушениями функций слуха.

Также устройство устойчиво к мелким механическим повреждениям, простое в обращении и обслуживании, что делает его удобным для пожилых людей.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение эффективности слухового восприятия больными людьми, формирование помехоустойчивого и инвариантного распознавания речевых сигналов и уменьшение длительности слухоречевой реабилитации у пациентов за счет специального тренинга слухового восприятия речевыми сигналами, а также объективной оценки способности пациента помехоустойчиво и инвариантно воспринимать речь и оценки динамики процесса его слухоречевой реабилитации.

Технический результат достигается тем, что в способе слухоречевой реабилитации, характеризующемся подачей звуковых речевых сигналов пациенту и анализом ответных реакций, новым является то, что предварительно с помощью процедуры аудиометрии оценивают амплитудно-частотную характеристику слуха пациента и выделяют частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента, формируют базу зрительных образов, озвученных соответствующими эталонными речевыми сигналами, зрительный образ выбирают из базы данных, воспроизводят его изображение и буквенное обозначение и одновременно озвучивают, при этом соответствующий ему эталонный речевой сигнал перед подачей к пациенту преобразуют путем переноса его спектра в частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента, после чего подают на органы слуха пациента, а анализ ответных реакций пациента ведут путем сравнения сигнала, поступившего от пациента после воспроизведения им эталонного речевого сигнала, с соответствующим ему эталонным речевым сигналом, и оценивают степень их совпадения, которую затем визуально отображают в виде числового значения уровня корреляции, по которому судят о правильном произношении пациента.

Речевой сигнал, поступивший от пациента после воспроизведения им эталонного речевого сигнала и его преобразования, снова подают на органы слуха пациента.

Преобразование сигнала осуществляют путем переноса спектра сигнала в частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента, ограничивая его частотный диапазон с помощью низкочастотной фильтрации, далее посредством прямого Фурье-преобразования переводят сигнал в спектральную область и осуществляют сжатие.

Непосредственно перед подачей на органы слуха пациента преобразованный сигнал посредством обратного Фурье-преобразования переводят из спектральной области во временную, подвергают цифроаналоговому преобразованию и усиливают.

Речевой сигнал, поступивший от пациента, для его анализа преобразуют в электрический, который далее предварительно усиливают и подвергают аналоговой низкочастотной фильтрации, полученный низкочастотный аналоговый сигнал S_вх(t), ограниченный верхней частотой f_в, преобразуют в цифровой x(t_n), где t_n - момент выборки n-го отсчета, (t_n-t_n-1)=1/f_д.

Процесс обучения повторяют до тех пор, пока уровень корреляции не достигнет 0,5-0,9.

Формируют базу речевых сигналов пациента и базу сравнительных характеристик эталонных речевых сигналов с речевыми сигналами пациента, с помощью которой по изменению уровня корреляции во времени судят о динамике обучения пациента.

Речевые сигналы пациента сопоставляют с ранее полученными у него же и с эталонными речевыми сигналами, и, если число речевых сигналов пациента с высоким уровнем корреляции статистически значимо выше, чем ранее полученные у него, динамику обучения считают удовлетворительной, но, если число таких сигналов значимо ниже, чем эталонных, обучение считают незавершенным.

Зрительные образы и эталонные речевые сигналы представлены в виде фотографий и аудиозаписей голоса здорового человека, озвучивающего данные визуальные образы.

Выделяют частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности к акустическим сигналам с уровнем, не превышающим 90-100 дБ относительно минимального порогового уровня чувствительности слуха здорового человека.

При выделении частотного диапазона остаточной нейросенсорной чувствительности к акустическим сигналам оценивают ширину полосы ΔF остаточной чувствительности слуха, нижнюю и верхнюю частоту F_н и F_в частотного диапазона остаточной чувствительности слуха, задают минимальный информативный диапазон частот и устанавливают при низкочастотной фильтрации верхнюю частоту полосы пропускания f_в не менее 4 кГц, устанавливают частоту дискретизации аналого-цифрового преобразования не менее f_д=2 f_в.

В соответствии с полученной оценкой ширины полосы частот ΔF остаточной чувствительности слуха пациента определяют коэффициент сжатия спектра K_сж=f_в/ΔF.

Технический результат также достигается тем, что в устройстве для реализации способа, содержащем микрофон, электронную плату и наушники, новым является то, что электронная плата выполнена с возможностью формирования базы данных для хранения обучающих изображений и аудиофайлов, вывода обучающих изображений на дисплей, и снабжена разъемом для подключения к компьютеру.

Электронная плата размещена в корпусе, состоящем из верхней и нижней крышек.

На верхней крышке корпуса выполнена накладка.

Электронная плата связана с сенсорным навигатором, выполненным с возможностью выборки слов и выражений из базы данных.

Технический результат также достигается тем, что аппаратно-программный комплекс пациента для реализации способа включает компьютер, снабженный разъемом для подключения электронной платы устройства, аудиокартой и компьютерно-читаемым носителем.

Технический результат также достигается тем, что интерактивный обучающий стенд, содержащий локальную сеть, включает аппаратно-программные комплексы пациентов и компьютер сурдопедагога.

Заявляемые способ и устройства предназначены для пациентов с глубокой потерей слуха, для тугоухих 3-й, 4-й степени и глухих с остатками слуха.

В основе способа обучения «Слышать и говорить» заложена функция «расширения слышимого диапазона», т.е. переноса информации из области, где глухой человек не слышит, в сохранную область слуха.

Поскольку для тугоухих 4-й степени и глухих с остатками слуха внутриушные и внутриканальные аппараты не применяются, разработано устройство, реализующее заявленный способ, а именно карманный слуховой аппарат.

В устройстве для реализации заявленного способа - карманном слуховом аппарате разработана специальная подсистема (блок памяти, ЖК-экран, манипулятор), позволяющая глухому человеку самостоятельно заниматься тренингом по многократному прослушиванию звуков, слов, выражений, произнесенных сурдопедагогом, близкими людьми, проговариванию глухим человеком этих фонем и прослушиванию собственного голоса, корректируя произношение.

Предлагаемый слуховой аппарат позволяет более комфортно воспринимать окружающие звуки, существенно повысить разборчивость речи, как в ближнем, так и в дальнем поле, уменьшить сроки привыкания к аппарату и практически исключить влияние аппарата на дальнейшее ухудшение слуха, т.о. позволяет расширить спектр возможностей человека с нарушениями функций слуха.

Слуховой аппарат легко перестраивается под конкретного человека путем смены программы обработки сигнала, что дает возможность автоматизировать процесс подбора и выдачи слуховых аппаратов.

Заявляемый способ слухоречевой реабилитации основан на трансформации спектра входного акустического сигнала, обеспечивающей перенос информативной части основных звуков речи в ту область частот, в которой у пациента осталась чувствительность, а также на обеспечении возможности говорить, слышать и сравнивать собственную и произнесенную здоровым человеком трансформированную речь.

На фиг.1 представлены кривые порогов чувствительности слухового аппарата здорового и больного человека (пациента), получаемые для каждого пациента стандартной процедурой аудиометрии.

На фиг.2 представлены фрагменты спектрального преобразования некоторых фонем.

На фиг.3 показан схематично процесс для коэффициента сжатия К_сж=2, где X1₁-X1₈ - комплексные отсчеты спектра входного сигнала, Х2₁-Х2₈ - комплексные отсчеты спектра входного сигнала.

На фиг.4 представлен общий вид устройства слухового аппарата для реализации заявленного способа.

Остатки нейросенсорной чувствительности у пациентов с глубокой потерей слуха наблюдаются, в основном, в диапазоне частот ниже 2 кГц. Поэтому если в нижнем частотном диапазоне путем усиления звука можно донести до сознания пациента звуковую информацию, то попытка доведения до пациента звуковой информации верхнего частотного диапазона путем только усиления сигнала приводит к возникновению у пациента ощущения сильного дискомфорта и к дальнейшему ухудшению слуха.

Поэтому, для обеспечения возможности восприятия звуковой информации, спектральный состав которой лежит выше диапазона частот остаточной слышимости (в данном случае 2 кГц), а тем более лежащей выше пересечения порога слышимости с порогом дискомфорта, эту информацию переносят в диапазон остаточной слышимости.

Основная часть акустической информации, необходимой для полноценных психофизических ощущений в повседневной деятельности человека, лежит в диапазоне частот до 8 кГц, однако возможно и даже целесообразно ограничиться минимальным информативным (телефонным) диапазоном частот, не превышающим 4-х кГц, который необходимо вложить в диапазон остаточной слухочувствительности пациента.

Осуществить это можно путем низкочастотной фильтрации входного сигнала, аналого-цифрового преобразования, перевода в спектральную область посредством прямого дискретного преобразования Фурье, сжатия спектра и перевода во временную область посредством обратного дискретного преобразования Фурье.

Ограничение частотного диапазона входного сигнала осуществляется путем аналоговой низкочастотной фильтрации, переводом сигнала в спектральную область посредством прямого дискретного преобразования Фурье, сжатием спектра в соответствующее число раз (определяемое отношением выбранного информативного диапазона частот входных полезных сигналов к диапазону частот остаточной слухочувствительности пациента), переводом сигнала из спектральной во временную область посредством обратного дискретного преобразования Фурье, усилением и выдачей на наушные телефоны, установленные на органы слуха пациента.

Сущность способа слухоречевой реабилитации пациентов с остатками нейросенсорной чувствительности органов слуха заключается в следующем.

С помощью процедуры аудиометрии оценивают аплитудно-частотную характеристику слуха пациента и определяют частотный диапазон ΔF остаточной нейросенсорной чувствительности к акустическим сигналам по уровню, не превышающему, например, 90 дБ относительно минимального порогового уровня чувствительности слуха здорового человека, задаются минимальным информативным частотным диапазоном входных акустических сигналов с верхней частотой f_в, определяют коэффициент сжатия спектра K_сж=f_в/ΔF входного сигнала и далее, перед подачей акустического сигнала на органы слуха пациента осуществляют амплитудно-частотную трансформацию сигналов, включая низкочастотную фильтрацию входного акустического сигнала в диапазоне частот, например, до f_в=4 кГц, аналого-цифровое преобразование входного сигнала с частотой дискретизации не менее f_д=2 f_в, прямое преобразование Фурье и получение спектра входного сигнала, сжатие спектра входного сигнала и перенос его в частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности, обратное преобразование Фурье и получение цифрового сигнала, цифроаналоговое преобразование и получение аналогового выходного сигнала, далее подаваемого на органы слуха пациента.

Для ускорения слухоречевой реабилитации путем автотренинга обеспечивают возможность визуализации образов предметов и прослушивания их вербальных обозначений, записанных голосом нормального здорового человека и далее подвергшихся указанной выше амплитудно-частотной трансформации, а также возможность самостоятельно проговорить вербальное обозначение увиденного образа, услышать собственную речь, подвергшуюся той же амплитудно-частотной трансформации, и сравнить собственную речь с речью здорового человека.

В устройстве слухоречевой реабилитации пациентов с остатками нейросенсорной чувствительности органов слуха происходит следующее.

Входной сигнал с микрофона, осуществляющего преобразование акустического сигнала в электрический, подают на предварительный усилитель и аналоговый низкочастотный фильтр, с выхода которого низкочастотный сигнал, ограниченный верхней частотой f_в, подают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), осуществляющий преобразование аналогового сигнала S_вх(t) в цифровой x(t_n), где t_n - момент выборки n-го отсчета, (t_n-t_n-1)=1/f_д.

Далее отсчеты цифрового сигнала x(t_n) поступают в буфер обмена оперативной памяти цифрового процессора размерностью N_буф ячеек, где осуществляется накопление цифровых отсчетов. По заполнении буфера обмена цифровые отсчеты передаются во второй буфер той же размерности, а первый буфер очищается и начинает вновь заполняться поступающими из АЦП отсчетами. Полученная реализация второго буфера подвергается Фурье-преобразованию с переводом в комплексный вид и получением амплитудно-частотного спектра, отсчеты которого далее подвергаются сжатию в К_сж раз путем комплексного суммирования нескольких соседних спектральных отсчетов и сответственно переноса высокочастотных компонент спектра в низкочастотную область (фиг.3).

На фиг.3 показан пример, на котором видно, каким образом из комплексного ряда X1, представляющего собой комплексные отсчеты спектра входного сигнала, формируются комплексные отсчеты ряда Х2 спектра выходного сигнала, в котором оказываются заполненными только низкочастотные спектральные отсчеты, а высокочастотные спектральные отсчеты оказываются незаполненными. Соответственно спектр выходного сигнала оказывается сжатым в два раза.

Далее полученный спектр Х2 подвергается обратному Фурье-преобразованию с получением комплексной цифровой реализации, действительные отсчеты которой поступают на цифроаналоговый преобразователь, на выходе которого появляется выходной аналоговый сигнал S_вых(t), поступающий через выходной усилитель мощности на головные телефоны (наушники) слухового аппарата.

Учитывая, что в процессе трансформации спектров существенно меняется форма звучания отдельных фраз и звуков и возникает необходимость обучения пациента восприятию этих фраз и звуков в новом звучании и правильному их произношению.

Существенной особенностью пациентов с детства развитой глухотой является слабое умение говорить или даже его полное отсутствие. Поэтому важным шагом является обучение пациента правильно говорить.

Для этого в аппарат введена дополнительная функция визуального обучения пациента по принципу «Видеть-Слышать-Говорить».

Реализация данной функции заключается в обеспечении возможности демонстрации пациенту изображений некоторых предметов и озвучивании слов их обозначающих. Обеспечивается возможность выборки из базы данных аппарата и воспроизведения на дисплее некоторого изображения, например Слона. Одновременно обеспечивается возможность появления читаемой надписи «Слон» и звукового воспроизведения этого слова. Причем записанная нормальным человеческим голосом с хорошей дикцией и хранящаяся в базе данных фраза «Слон», проходит через все преобразования и трансформации спектра, соответствующие текущим настройкам слухового аппарата, обеспечивающим восприятие пациентом звуков. У пациента вырабатывается четкое соответствие представляемых видео- и аудиорядов.

После прослушивания пациентом аудиозаписей, соответствующих видеоизображениям, пациенту представляется возможность самому озвучивать только что услышанные фразы. Его голос воспринимается микрофоном, преобразуется в электрический сигнал, над которым осуществляются те же преобразования и трансформации спектра, соответствующие текущим настройкам слухового аппарата. Одновременно воспринятый микрофоном и оцифрованный сигнал поступает на коррелятор, где оценивается степень совпадения (похожести) фразы, озвученной диктором (из памяти аппарата) и воспроизведенной пациентом, и в виде числового значения уровня корреляции отображается на экране дисплея. Уровень корреляции, или коэффициент корреляции, измеряется в относительных единицах и лежит в диапазоне от 0 до 1.

При положительной динамике в обучении уровень корреляции должен находиться в диапазоне от 0 до 1 и должен постепенно расти и остановиться на каком-то значении 0.5, 0.7 или даже 0.9.

В результате пациент может слышать свой же трансформированный голос и сравнивать его с голосом нормально говорящего человека, а также видеть формальную оценку степени совпадения его голоса и голоса нормального человека (эталона). По значению отображаемого уровня корреляции (чем выше - тем лучше) пациент может судить о достигнутом им уровне обучения.

При этом он инстинктивно будет добиваться максимального совпадения его личного восприятия результирующих звуковых образов и повышения значения уровня корреляции, а это, соответственно, будет означать, что для людей с нормальным слухом его фразы будут максимально разборчивы.

Возможность визуализации предметов и одновременное их озвучивание с соответствующей предварительной трансформацией обеспечивает более быстрое привыкание пациента к восприятию трансформированной речи.

Достижение положительного эффекта, выражающегося в обеспечении реализации функции «Видеть-Слышать-Говорить», достигается путем введения в состав аппарата дисплея, на который из базы данных аппарата выводятся изображения отдельных предметов с визуализацией их буквенных обозначений и одновременного озвучивания слов, обозначающих визуализируемые предметы, путем выборки из базы данных временных реализаций фраз, озвучивших данные предметы нормальным языком, а также тем, что озвучиваемые слова, обозначающие визуализируемые предметы, проходят цифровую обработку в соответствии с параметрами, подобранными для данного пациента.

По повышению уровня корреляции судят о положительной динамике в обучении пациента говорить.

В устройстве, реализующем заявленный способ, должна быть обеспечена возможность выполнения следующих функций:

- ввод сигнала с микрофона или внешнего устройства;

- аналого-цифровое преобразование введенного сигнала;

- цифровая обработка сигнала, включая:

- преобразование временного сигнала в спектральную область;

- сжатие спектра входного сигнала;

- преобразование сигнала из спектральной во временную область;

- цифроаналоговое преобразование сигнала;

- регулировка уровня выходного сигнала по двум каналам;

- вывод аналогового сигнала на головные телефоны.

Устройство, реализующее заявленный способ, состоит из накладки 1, верхней крышки корпуса 2, платы электронной 3, дисплея 4, разъемов для подключения микрофона и телефонов 5, сенсорного навигатора 6, аккумуляторной батареи 7, разъема подключения к компьютеру 8, нижней крышки корпуса 9.

Нижняя и верхняя крышки 2, 9 корпуса устройства выполнены из пластмассы.

Сенсорный навигатор 6 является пультом управления типа джойстика.

Разъем 8 для подключения к персональному компьютеру обеспечивает возможность перепрограммирования устройства, формирования и пополнения базы данных обучающих слов, из которой осуществляется перекачка соответствующих файлов изображений и звуковых файлов.

Работает устройство следующим образом.

Устройство в корпусе, состоящем из верхней крышки 2 с накладкой 1 и нижней крышкой 9, подключается к компьютеру через разъем подключения к компьютеру 8.

В память устройства, расположенную на плате электронной 3, заносятся аудиограмма пациента, программа цифровой обработки с заданными параметрами преобразования и трансформации спектров входных сигналов, а также видео- и аудиофайлы для обучения пациента.

В рабочем режиме сигнал с микрофона, подключенного к устройству через разъем 5, поступает на вход платы электронной 3, где осуществляется его низкочастотная фильтрация, аналого-цифровое преобразование, цифровая обработка, включая перевод сигнала в спектральную область, сжатие спектра и перенос в область частот остаточной нейросенсорной чувствительности, корректировка амплитудно-частотной характеристики с учетом реальной аудиограммы пациента, цифроаналоговое преобразование, усиление аналогового сигнала и подача на головные наушники пациента, соединенные с устройством через разъем телефонов 5.

В режиме обучения пациент с помощью сенсорного навигатора 6 осуществляет выборку из базы данных устройства любого изображения объекта, поступающего на дисплей 4, а реализация аудиофайла, соответствующая отображаемому объекту, поступает на вход устройства цифровой обработки информации, расположенного на плате электронной 3, где подвергается преобразованиям с заданными параметрами трансформации спектра сигнала в соответствии с аудиограммой пациента и далее через цифроаналоговый преобразователь поступает на наушники пациента.

Параметры преобразования спектра сигнала подобраны таким образом, чтобы пациент мог услышать доносимую до него информацию. В процессе обучения пациент привыкает к звучанию слов, обозначающих отображаемый объект, и далее пытается произносить эти слова, звук которых через микрофон, аналого-цифровой преобразователь, устройство цифровой обработки, цифроаналоговый преобразователь попадает в наушники, добиваясь максимального совпадения произнесенных самим пациентом фраз и фраз, выведенных из базы данных.

Режим обучения «Видеть-Слышать-Говорить» ускоряет процесс привыкания пациента к необычному звучанию слов и фраз и способствует скорейшей психологической адаптации пациента к устройству (аппарату) и ускорению его слухоречевой реабилитации.

Все составные части устройства, включая плату электронную 3, элементы конструкции и покупные электронные компоненты и изделия отработаны в условиях серийных производств.

Заявляемое устройство является универсальным цифровым программируемым аппаратом с возможностью трансформации звуков в любую слышимую область частотного диапазона пациента.

Заявляемый способ также может быть реализован в аппаратном обеспечении, встроенном программном обеспечении или в любой их комбинации (аппаратно-программный комплекс или целая сеть аппаратно-программных комплексов).

В программном обеспечении все необходимые функции могут быть сохранены или переданы на компьютерно-читаемый или процессорно-читаемый носитель как одна или более команда или код.

Компьютерно-читаемый и процессорно-читаемый носители включают в себя и компьютерные носители данных, и среду передачи для переноса программы из одного места в другое.

Носитель данных может быть любым доступным носителем, к которому может осуществлять доступ компьютер или процессор. Такой носитель может содержать RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM или другой оптический дисковый накопитель, магнитный дисковый накопитель или другие магнитные устройства хранения, или любой другой носитель, который может быть использован для переноса или хранения желаемого программного кода в виде команд или структур данных, и к которому может осуществлять доступ компьютер или процессор.

Программное обеспечение может передаваться с веб-сайта, сервера, или другого удаленного источника с использованием коаксиального кабеля, оптоволоконного кабеля, витой пары, цифровой абонентской линии (DSL) или беспроводной технологии, например инфракрасной, радио- и микроволновой, то подключение коаксиальным кабелем, оптоволоконным кабелем, витой парой, DSL или с помощью беспроводных технологий, например инфракрасной, радио- и микроволновой.

Оптический диск и магнитный диск могут включать в себя компакт-диск (CD), лазерный диск, оптический диск, цифровой универсальный диск (DVD), гибкий диск и blu-ray диск, причем магнитные диски обычно воспроизводят данные магнитным образом, а оптические диски воспроизводят данные оптическим образом с помощью лазеров. Комбинации таких дисков также являются компьютерно-читаемыми носителями.

Для реализации способа также может быть использован интерактивный обучающий стенд, состоящий из объединенных в локальную сеть компьютера сурдопедагога и компьютеров обучающихся с подключенными к ним аппаратно-программными комплексами.

Преимущества заявляемого изобретения:

а) позволяет слышать всем глухим людям, кроме людей с полной глухотой;

б) обеспечивает понимание 85-90% речевой информации без чтения с губ;

в) не ведет к дальнейшему ухудшению слуха;

г) исключает появление «лишних» шумов и дискомфорта;

д) значительно снижает время адаптации к слуховому аппарату;

е) обеспечивает возможность самостоятельного тренинга в режиме «Видеть-Слышать-Говорить», существенно ускоряющего процесс слухоречевой реабилитации.

Для обучения глухих в режиме «слышать и говорить» применяется специальный языковый словарь, состоящий из «запоминающихся» слов и выражений русского (или любого другого) языка.

В результате использования изобретения достигается ускорение привыкания пациента к восприятию трансформированной информации и развитие у него речевых способностей.

Группа изобретений относится к области медицины и медицинской техники, а именно к сурдологии. Проводят аудиометрию, оценивают амплитудно-частотную характеристику слуха и выделяют частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха. Формируют базу зрительных образов, озвученных соответствующими эталонными речевыми сигналами. Зрительный образ выбирают из базы данных, воспроизводят его изображение и буквенное обозначение и одновременно озвучивают. При этом соответствующий ему эталонный речевой сигнал перед подачей к пациенту преобразуют путем переноса его спектра в частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента и подают на органы слуха. Анализ ответных реакций пациента ведут путем сравнения сигнала, поступившего от пациента после воспроизведения им эталонного речевого сигнала, с соответствующим ему эталонным речевым сигналом, и оценивают степень их совпадения, которую затем визуально отображают в виде числового значения уровня корреляции, по которому судят о правильном произношении пациента. Способ осуществляют с помощью устройства, которое содержит микрофон, электронную плату и наушники. При этом электронная плата выполнена с возможностью формирования базы данных для хранения обучающих изображений и аудиофайлов, вывода обучающих изображений на дисплей и снабжена разъемом для подключения к компьютеру. Изобретение позволяет сократить длительность слухоречевой реабилитации, что достигается за счет формирования помехоустойчивого и инвариантного распознавания речевых сигналов, а также объективной оценки способности пациента воспринимать речь в процессе динамики реабилитации. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ слухоречевой реабилитации, характеризующийся подачей звуковых речевых сигналов пациенту и анализом ответных реакций,
отличающийся тем, что
предварительно с помощью процедуры аудиометрии оценивают амплитудно-частотную характеристику слуха пациента и выделяют частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента,
формируют базу зрительных образов, озвученных соответствующими эталонными речевыми сигналами,
зрительный образ выбирают из базы данных, воспроизводят его изображение и буквенное обозначение и одновременно озвучивают,
при этом соответствующий ему эталонный речевой сигнал перед подачей к пациенту преобразуют путем переноса его спектра в частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента,
после чего подают на органы слуха пациента,
а анализ ответных реакций пациента ведут путем сравнения сигнала, поступившего от пациента после воспроизведения им эталонного речевого сигнала, с соответствующим ему эталонным речевым сигналом, и оценивают степень их совпадения, которую затем визуально отображают в виде числового значения уровня корреляции, по которому судят о правильном произношении пациента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что речевой сигнал, поступивший от пациента после воспроизведения им эталонного речевого сигнала и его преобразования, снова подают на органы слуха пациента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что преобразование сигнала осуществляют путем переноса спектра сигнала в частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности слуха пациента, ограничивая его частотный диапазон с помощью низкочастотной фильтрации, далее посредством прямого Фурье-преобразования переводят сигнал в спектральную область и осуществляют сжатие.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что непосредственно перед подачей на органы слуха пациента преобразованный сигнал посредством обратного Фурье-преобразования переводят из спектральной области во временную, подвергают цифроаналоговому преобразованию и усиливают.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что речевой сигнал, поступивший от пациента, для его анализа преобразуют в электрический, который далее предварительно усиливают и подвергают аналоговой низкочастотной фильтрации, полученный низкочастотный аналоговый сигнал S_вх(t), ограниченный верхней частотой f_в, преобразуют в цифровой x(t_n), где t_n - момент выборки n-го отсчета, (t_n-t_n-1)=1/f_д, где f_д - частота дискретизации аналого-цифрового преобразования.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс обучения повторяют до тех пор, пока уровень корреляции не достигнет 0,5-0,9.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют базу речевых сигналов пациента и базу сравнительных характеристик эталонных речевых сигналов с речевыми сигналами пациента, с помощью которой, по изменению уровня корреляции, во времени судят о динамике обучения пациента.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что речевые сигналы пациента сопоставляют с ранее полученными у него же и с эталонными речевыми сигналами и, если число речевых сигналов пациента с высоким уровнем корреляции статистически значимо выше, чем ранее полученные у него, динамику обучения считают удовлетворительной, но, если число таких сигналов значимо ниже, чем эталонных, обучение считают незавершенным.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что зрительные образы и эталонные речевые сигналы представлены в виде фотографий и аудиозаписей голоса здорового человека, озвучивающего данные визуальные образы.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделяют частотный диапазон остаточной нейросенсорной чувствительности к акустическим сигналам с уровнем, не превышающим 90-100 дБ относительно минимального порогового уровня чувствительности слуха здорового человека.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что при выделении частотного диапазона остаточной нейросенсорной чувствительности к акустическим сигналам оценивают ширину полосы ΔF остаточной чувствительности слуха, нижнюю и верхнюю частоту F_н и F_в частотного диапазона остаточной чувствительности слуха, задают минимальный информативный диапазон частот и устанавливают при низкочастотной фильтрации верхнюю частоту полосы пропускания f_в не менее 4 кГц, устанавливают частоту дискретизации аналого-цифрового преобразования не менее f_д=2 f_в.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в соответствии с полученной оценкой ширины полосы частот ΔF остаточной чувствительности слуха пациента определяют коэффициент сжатия спектра K_сж=f_в/ΔF.

13. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее микрофон, электронную плату и наушники, отличающееся тем, что электронная плата выполнена с возможностью формирования базы данных для хранения обучающих изображений и аудиофайлов, вывода обучающих изображений на дисплей, и снабжена разъемом для подключения к компьютеру.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что электронная плата размещена в корпусе, состоящем из верхней и нижней крышек.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что на верхней крышке корпуса выполнена накладка.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что электронная плата связана с сенсорным навигатором, выполненным с возможностью выборки слов и выражений из базы данных.

17. Аппаратно-программный комплекс пациента для реализации способа по п.1, включающий компьютер, снабженный разъемом для подключения электронной платы устройства по п.13, аудиокартой и компьютерно-читаемым носителем.

18. Интерактивный обучающий стенд, содержащий локальную сеть, включающую аппаратно-программные комплексы пациентов по п.17 и компьютер сурдопедагога.