面向听障儿童语训的呼吸训练方法及其系统

摘要

本发明涉及一种面向听障儿童语言训练的呼吸训练方法及其系统，属于理疗训练仪器类，其主要技术是将计算机三维建模技术、传感器技术、数据库技术相结合，建立基于参数驱动的三维数据库，特别是一种基于视觉反馈的听障儿童呼吸训练方法及其系统，帮助听障儿童在发音训练过程中掌握正确呼吸方法；其面向听障儿童语言训练的呼吸训练系统，主要包括：数据采集装置、数据处理装置、信息存储及输入装置和信息显示及反馈装置。本发明应用逼真的三维动画效果可以充分指导听障儿童进行呼吸训练，并采用对传感器数据的分析、对听障儿童发音训练进行评估，统计出听障儿童呼吸训练的快慢程度，因材施教，提供个性化的训练方案，具有显著的训练效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向听障儿童语训的呼吸训练方法以及实现这种方法的系统，尤指一种利用计算机三维建模技术、传感器技术、数据库模块技术相结合进行听障儿童汉语发音训练的基于视觉反馈的面向听障儿童语训的呼吸训练方法及其系统。

背景技术

儿童的语言能力主要通过自然习得。听障儿童由于听力障碍,使得语言听说的能力远远落后于同龄健全儿童。而学龄前是儿童获得语言的关键时期，医学专家指出:0～3岁是儿童大脑发育最快的时期，也是学习语言的最关键期。如果此时发生耳聋，则严重影响儿童的听觉、言语发育,同时也影响其他方面的发展。

听障儿童语言训练(以下简称“语训”)主要针对学龄前听障儿童,旨在通过语训,帮助听障儿童学习语音,理解语词,培养语感及自主学习语言的意识，使其具有一定的懂话能力,说话能力,达到能听会说,聋而不哑,为其今后的知识学习和参与社会活动奠定基础。

呼吸方法训练是语言康复训练的重要组成环节，是学习发音方法、发音技巧以及养成良好发音习惯的训练基础，为听障儿童今后进行语言训练打下好的基础。呼吸方法训练关键是气流，气流的控制是发音时很重要的部分。传统的呼吸训练方式是教师通过让听障儿童做深呼吸训练，同时进行趣味性的呼吸训练，如走出去感受春的气息，闻一闻草的味道，闻一闻花的味道。进行吹蜡烛、吹水泡、吹纸屑比赛等。

中国发明专利申请号为200910170108.4，专利名称为“一种呼吸训练系统”涉及一种呼吸训练系统，用于辅助慢性阻塞性肺疾病患者进行康复训练，该系统包括服务器端装置和客户端装置，其客户端装置包括客户端通信部件、客户端存储部件、客户端显示部件、客户端输入部件和客户端处理部件，该客户端处理部件包括第一至第四阶段引导指示模块，分别引导进行第一至第四训练动作呼吸练习，其中第一训练动作采用缩唇腹式呼吸方式，第二训练动作采用握拳深吸气慢吹气呼吸方式，第三训练动作采用全身呼吸操练习方式，第四训练动作采用深吸气-闭气-慢呼气练习方式。中国发明专利申请号为200910301578.X，专利名称为“一种声乐呼吸训练仪”涉及一种声乐教学设备，尤其是涉及一种声乐呼吸训练仪。包括感应装置、显示装置，其特征在于所述的感应装置设有一个胸腔围带，该胸腔围带上设有一个或若干个气囊，该气囊通过管路分别与充气装置和显示装置相连。人在呼吸时肌群运动对气囊产生压力，对气囊的生挤压，使其内部的气压发生变化。这种气压的变化通过管路传递给显示装置，显示装置根据气压变化判断并显示出呼吸的力度、呼吸的次数和呼吸的持久性。中国发明专利申请号为201110140319.0，专利名称为“呼吸训练器”,由机箱、控制面板、过滤盒、缓冲罐、单向阀、输气软管、鼻罩、气体排放管、脉搏血压血氧检测仪、富氧发生装置、流量控制装置、管路切换阀门、压力传感器、流量传感器以及电路模块组成，本仪器智能化水平高，能够进行人机互动，增加锻炼的情趣，可根据用户输入的参数选择训练负荷和训练时间，达到循序渐近的锻炼效果。

上述各种涉及呼吸训练的方法和装置，对因各种原因导致呼吸障碍的人群进行呼吸训练具有一定作用，但均有各自的缺点和应用的局限性，主要表现在上述专利的方法和装置主要针对呼吸系统损伤后进行呼吸系统训练的康复系统，主要是针对肺部、气管等呼吸器官的损伤修复等的康复，对于呼吸系统正常的听力损伤儿童进行语言训练过程中的呼吸训练没有涉及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向听障儿童语训的呼吸训练方法及其系统，克服目前听障儿童语言训练过程中呼吸训练方法及训练系统单调枯燥以及无反馈诊断过程的不足，提出一种面向听力损伤的儿童如何在语言训练过程中进行的呼吸训练方法及实现这种方法的系统，进而提高听障儿童发音训练的效率，提高发音训练的准确度，同时将三维建模与传感器技术相结合，建立基于视觉反馈模型及适合听障儿童语训的标准数据库，并在建立标准数据库的基础上，结合传感器技术对听障儿童发音过程的呼吸进行校正，以达到帮助听障儿童在恢复汉语发音过程中正确呼吸功能的目的，特别是辅助3-7岁听障儿童学习汉语发音，以便他们能够进入正常学校读书。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种面向听障儿童语训的呼吸训练方法及其系统，使听障儿童在呼吸练习中通过视觉直观看到显示屏幕上的三维头像模拟呼吸过程及动画显示气流运动效果，一边模仿一边练习，具体步骤包括：

a.通过显示屏幕向听障儿童播放其中一级别的呼吸训练基本素材单元 中呼吸训练画面，画面效果包括三部分，一部分是半透明的三维头像根据训练内容和等级做出对应呼气或吸气的练习过程，如吹气球、吹蜡烛等，三维头像半透明头像可以展示出呼吸器官中气流的运动方向等直观信息；第二部分是动画显示部分，当三维头像做对应的呼气或吸气内容时气流延伸处展示对应训练内容的效果，如吹蜡烛主要练习瞬时呼气部分，当三维头像吹起时展示蜡烛由点燃状态到熄灭状态；第三部分为文字显示部分，用文字叙述的方式指导听障儿童正确理解呼吸训练的全过程。本部分主要指导听障儿童进行相关的呼吸动作，接下来进行步骤b；

b.听障儿童根据屏幕显示的呼吸过程进行呼吸练习，其中通过文字可以知道正确的呼吸动作，如何来进行呼吸，通过三维头像模拟的各呼吸器官中气流的运动以及动画显示呼吸过程中气流的效果，同时系统通过传感器收集听障儿童练习过程的气流信息，通过流速传感器收集呼吸过程产生气流的流速，通过转速传感器收集单位时间内产生气流的平均速率。经过分析，给听障儿童相应的呼吸训练部分进行评分：优秀、合格、不合格，若合格进入步骤c，若优秀进入步骤d，若不合格进入步骤e；

c.鼓励学生继续进行练习，争取达到优秀标准，若听障儿童选择继续练习则返回到刚刚训练的内容，同时系统进入步骤b,若不想继续学习此内容则可选择进入下一训练环节，同时系统进入步骤b，或者进入步骤f；

d.给予听障儿童一定奖励，好看的图片或是动画，激励听障儿童继续努力学习，若想继续学习可选择进入下一训练环节，同时系统进入步骤b，或者进入步骤f；

e.给予听障儿童一定鼓励，同时重新播放正确的呼吸过程，通过对传感器获取信息进行分析，提示其在刚刚呼吸训练过程中的错误之处，并系统进入步骤b；

f.退出系统。

一种实现上述方法的面向听障儿童语训的呼吸训练系统，包括数据采集装置、数据处理装置、信息存储及输入装置和信息显示及反馈装置，其中：

数据采集装置，由各种传感器组成，包括可调节流速传感器、转速传感器以及可调节流量传感器。其中：

转速传感器主要用于接收转动器，所测得用户吹动转动器所得到的转数，转换成系统所需的信号信息，如电信号输送到系统中去；

气流接收装置及流量传感器，是将测得气流接收装置，如吹气筒的流量，通过流量传感器能够获取受训者呼气和吸气过程中产生气流的单位时间内的流量和总流量，转换成系统所需的信号后，如电信号输送到系统中去；

可调节流速传感器，其能够获取受训者呼气和吸气过程中产生气流的速度, 转换成系统所需的信号信息后输送到系统中去；

数据处理装置包括：呼吸训练基本素材单元、标准呼吸训练参数单元和呼吸训练单元，具体为：

一个发音训练中的呼吸训练基本素材单元 ，由若干三维头像模型模拟呼吸过程及模拟动画组成，每一组过程动画模拟正确的呼气和吸气过程，同时展示气流的运动方向及大小的示例，实际气流的运动效果（如蜡烛由亮到灭），对应的呼吸训练的文字说明；                                               

一个标准呼吸训练参数单元，用以驱动呼气和吸气过程模拟装置的参数，每一参数对应一组训练模块；

一个呼吸训练单元，按照听障儿童发音训练呼吸训练不同阶段分为高级、中级、初级三个等级，分别装载各自不同级别的呼吸训练单元；

信息存储及输入装置包括：受训练的听障儿童基本资料单元和一个判断模块，具体为：

一个受训练的听障儿童基本资料单元，记录受训者学习情况，并对受训者所学呼吸过程进行统计评估，通过评估认定受训者应该在哪个语训等级；

包括对受训练的听障儿童的呼吸训练过程的气流信息，包括流速、流量信息有关数据参数的应用，通过可调节流速传感器、转速传感器以及可调节流量传感器所提供的数据，以及对这些数据的分析和比较，可以知道受训者对呼吸中气流的掌握程度。

一个判断模块，通过流速、流量等传感器接收的信息判断听障儿童呼吸训练的级别：优秀或合格或不合格；

信息显示及反馈装置包括：信息反馈模块、图形显示模块，具体为：

一个信息反馈模块，根据判断模块的结果提取上述记录的听障儿童呼吸训练过程文件，或者提示听障儿童如何正确呼吸，或者播放正确的呼吸过程。进一步加以纠正 。

一个图形显示模块，为上述技术方案全部过程提供视觉反馈，其为一显示器，用于显示受训者的基本统计资料：显示呼吸训练过程的模拟动画，显示受训者训练时的实时数据。

其中信息存储及输入装置进一步包括吹气筒、轮式叶片、摄像头和麦

其中数据信息显示及反馈装置进一步为：LED显示器、3D显示器、LCD显示器类显示设备其中之一。

本发明的有益效果是，本发明应用逼真的三维动画效果可以充分指导听障儿童进行呼吸训练，让听障儿童循序渐进的从慢到快进行呼吸练习，通过奖励和鼓励措施调动听障儿童训练的兴趣，三维头像模拟呼吸过程的角度的不断变换可以使听障儿童从各个方向了解整个呼吸过程，能够缩短听障儿童发音训练所需时间，提高发音训练的效率。本发明采用对传感器数据的分析、对听障儿童发音训练进行评估，针对每一个听障儿童各自特点记录听障儿童训练过程和训练效果，统计出听障儿童呼吸训练的快慢程度，因材施教，提供个性化的训练方案，具有显著的训练效果。

附图说明

图1 为本发明语训的呼吸训练方法流程图。

图2为本发明语训的呼吸训练系统组成示意图。

图3为本发明语训的呼吸训练系统信息采集及框图。

具体实施方式

如附图1至附图3所示，一种基于视觉反馈的听障儿童语言训练呼吸训练方法，旨在使听障儿童在学习发音过程中的呼吸方法学习中通过视觉直观看到显示屏幕上的模拟呼气及吸气过程，通过传感器返回的数据可以分析听障儿童在进行呼吸联系过程中的不足之处，一边模仿一边练习。

如附图1为语训的呼吸训练方法流程图，如图所示，其按照如下操作步骤操作：首先进行系统初始化、开启系统，然后“进入用户相应呼吸训练等级”、“显示一组指定的呼吸训练单元”、用户点击某一特定训练单元”、“显示器模拟相对应模拟呼气吸气过程”、“用户模仿整个呼吸过程”、“评估模块判断用户呼吸训练等级”，如果“不合格”者，进入下一个环节：“鼓励并提示呼吸气流不足之处，记录用户语训信息”，并返回到“显示器模拟相对应模拟呼气吸气过程”步骤；合格、优秀者进入下一环节：奖励、记录用户呼吸训练信息；并进入选择操作或者退出；选择操作则进入新一轮的训练，完成全过程。

如附图2所示，一种实现上述方法的听障儿童发音训练的呼吸训练系统，包括语训的呼吸训练系统的数据采集装置1、数据处理装置2、信息存储及输入装置3和信息显示及反馈装置4。其中：

数据采集装置1其由各种传感器组成，包括转速传感器11、气流接收装置12、可调节流速传感器13、以及可调节流量传感器14，用于实现受训练的听障儿童的有关数据参数的采集，其中：

转速传感器11主要用于接收转动器的数据，如将测得用户吹动轮式叶片所得到的转数，转换成系统所需的信号后输送到系统中去；

气流接收装置12及流量传感器14，是将测得气流接收装置12（如吹气筒）的流量，通过流量传感器14将获取受训者呼气和吸气过程中产生气流单位时间内的流量和总流量，转换成系统所需要的信号信息后输送到系统中去；

可调节流速传感器13将获取受训者呼气和吸气过程中产生气流的速度, 转换成系统所需的信号信息输送到系统中去；

本装置主要主要用于实现语训的呼吸训练方法的步骤b。

数据处理装置2包括：呼吸训练基本素材单元、标准呼吸训练参数单元和呼吸训练单元，具体为：

一个发音训练中的呼吸训练基本素材单元 ，由若干三维头像模型模拟呼吸过程及模拟动画组成，每一组过程动画模拟正确的呼气和吸气过程，同时展示气流的运动方向及大小的示例，实际气流的运动效果（如蜡烛由亮到灭），对应的呼吸训练的文字说明；                                               

一个标准呼吸训练参数单元，用以驱动呼气和吸气过程模拟装置的参数，每一参数对应一组训练模块（吹气球、吹蜡烛、闻花香等）；

一个呼吸训练单元，按照听障儿童发音训练呼吸训练不同阶段分为高级、中级、初级三个等级，分别装载各自不同级别的呼吸训练单元；

本装置主要用于实现语训的呼吸训练方法的步骤a。 

信息存储及输入装置3包括：受训练的听障儿童基本资料单元和一个判断模块，具体为：

一个受训练的听障儿童基本资料单元，记录受训者学习情况，并对受训者所学呼吸过程进行统计评估，通过评估认定受训者应该在哪个语训等级；

包括对受训练的听障儿童的呼吸训练过程的气流信息，包括流速、流量信息有关数据参数的应用，通过可调节流速传感器（如采用光电风速传感器）、转速传感器（如采用光电式转速传感器），以及可调节流量传感器（如采用叶片式空气流量传感器）所提供的数据，以及对这些数据的分析和比较，可以知道受训者对呼吸中气流的掌握程度；

一个判断模块，通过流速、流量等传感器接收的信息判断听障儿童呼吸训练的级别：优秀或合格或不合格；

本装置主要用于实现语训的呼吸训练方法的步骤b。

信息显示及反馈装置4包括：信息反馈模块、图形显示模块，具体为：

一个信息反馈模块，根据判断模块的结果提取上述记录的听障儿童呼吸训练过程文件，或者提示听障儿童如何正确呼吸，或者播放正确的呼吸过程。进一步加以纠正；

一个图形显示模块，为上述技术方案全部过程提供视觉反馈，其为一个显示器，用于显示受训者的基本统计资料：显示呼吸训练过程的模拟动画，显示受训者训练时的实时数据。

本装置主要用于实现语训的呼吸训练方法的步骤e。

其中信息存储及输入装置3进一步包括吹气筒、轮式叶片、摄像头和话筒；

其中数据信息显示及反馈装置4进一步为：LED显示器　、3D显示器、LCD显示器类显示设备其中之一。

如附图3所示，为本发明语训的呼吸训练系统信息采集流程框图，转速其中传感器11、流速传感器13工作流程为：

“用户”——“可调节流速传感器13”——“数据处理装置2”——信“息存储及输入装置3”——“信息显示及反馈装置”；

其中气流接收装置12及流量传感器14的工作流程为：

“用户”——“气流接收装置12”——“可调节流量传感器14”——“数据处理装置2”——“信息存储及输入装置3”——“信息显示及反馈装置”。