[發明專利]一種多維度智能人工喉

有效

• 申請號: 202110653573.4
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113317909B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 任天令;韋雨宏;楊其晟;李驍時;田禾;楊軼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61F2/20
• 分類號: A61F2/20;A61B5/22;A61B5/369;A61B5/389;H04R17/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 韓世虹

本發明涉及失聲患者輔助發聲技術領域，提供了一種多維度智能人工喉，包括：多維度信號采集模塊，包括第一信號采集單元和第二信號采集單元，第一信號采集單元用于采集喉部運動時的力學信號、肌電信號和頭部的腦電信號，第二信號采集單元用于采集通過空氣傳輸和骨傳導的聲音信號；云端信號處理模塊，用于經無線通訊模塊接收上述信號進行處理得到電學信號；發聲模塊為復合膜結構，包括壓電材料薄膜，壓電材料薄膜的上表面和下表面分別設有熱聲材料薄膜，發聲模塊用于經無線通訊模塊接收電學信號并將其轉化為聲音進行語音播放。本發明具有多維度信號采集、信號多樣準確、非機械音發聲和音質多樣可調等特點。

技術領域

本發明涉及失聲患者輔助發聲技術領域，尤其涉及一種多維度智能人工喉。

背景技術

由于先天或后天手術切除等因素，失聲患者發聲困難或基本喪失了發聲功能，從而不能與他人通過聲音交流。近百萬千萬的失聲患者無法負擔高額的科技成本，生活于失聲世界，逐漸脫離社會群體。在失聲患者群體里，有一種失聲患者因為罹患食管癌喪失了發聲功能。食管癌作為喉癌的一種，腫瘤位置位于喉部，危及生命。而患者若選擇動手術切除腫瘤時，也就不得不選擇將發聲單元聲帶切除，放棄了發聲能力。很多患者基于對發聲功能保留的考慮，往往選擇放棄化療方案，然而該種方法的癌癥復發性高，導致長期生存率偏低。恢復喉切除術后患者的發聲功能，是目前困擾頸段食管癌手術開展、提高生存率的最大障礙。因此，如何能夠幫助失聲患者重新獲得發聲能力，是亟待解決的問題。

現有的電子喉輔助發聲器有指壓操作式、假體植入式、氣流控制式、口內微音放大式等，這些電子喉因發音不準確、學習門檻高、音質機械難聽等問題而無法推廣至大規模人群使用。此外，使用電子喉需從單字母和數字開始重新學習發聲，輔助發聲過程中不能喘氣，需要人體不斷地適應學習使用輔助發聲器。并且現有電子喉信號采集形式單一，即輸入端采用單一通道采集信號，無法充分利用人體產生的可轉換為聲音的運動和微弱語音等信號，導致信號采集準確性低；并且在輸出端，現有電子喉受發聲原理限制，目前由電子喉發出的聲音多為機械音，與正常群體發聲音質有明顯不同，不利于使用電子喉人群與他人的正常交流。因此，亟需一種成本低、學習門檻低、音質清晰可選擇的智能人工喉輔助失聲患者重新發聲。

發明內容

本發明提供一種多維度智能人工喉，可以將失聲患者的喉部運動時的力學信號、肌電信號和頭部的腦電信號，以及通過空氣傳輸和骨傳導的聲音信號等多種信號轉換為相應的聲音，從而與他人正常交流，具有多維度信號采集、信號多樣準確、非機械音發聲、音質多樣可調、學習門檻低和受眾廣泛等特點。

本發明提供一種多維度智能人工喉，包括：多維度信號采集模塊，包括第一信號采集單元和第二信號采集單元，所述第一信號采集單元用于采集喉部運動時的力學信號、肌電信號和頭部的腦電信號，所述第二信號采集單元用于采集通過空氣傳輸和骨傳導的聲音信號；云端信號處理模塊，用于經無線通訊模塊接收所述力學信號、肌電信號、腦電信號和聲音信號進行分析處理，獲取對應的電學信號；發聲模塊，所述發聲模塊為復合膜結構，包括壓電材料薄膜，所述壓電材料薄膜的上表面和下表面分別設有熱聲材料薄膜，所述發聲模塊用于經所述無線通訊模塊接收所述電學信號并將其轉化為聲音進行語音播放。

根據本發明提供的一種多維度智能人工喉，所述壓電材料薄膜為具備逆壓電效應的壓電材料，所述壓電材料為聚偏二氟乙烯、鋯鈦酸鉛或壓電陶瓷。

根據本發明提供的一種多維度智能人工喉，所述熱聲材料薄膜為具備熱聲效應的納米材料，所述納米材料為石墨烯、銀納米線或碳化鈦。

根據本發明提供的一種多維度智能人工喉，所述第一信號采集單元包括復合傳感器和腦電信號傳感器，所述第二信號采集單元包括麥克風和骨聲紋識別傳感器。

根據本發明提供的一種多維度智能人工喉，還包括柔性穿戴件，所述多維度信號采集模塊、無線通訊模塊和發聲模塊設置于所述柔性穿戴件上。