言语康复构音障碍评定医生助手软件设计与实现

2021
11/25

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周勇 焦杨 席家宁 冯晓 刘爱贤 代欣 / 中国数字医学
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通过设计构音障碍信息管理系统,实现微信小程序端的言语构音障碍评定医生助手,患者可以通过系统实现远程构音障碍评定,丰富了构音障碍的康复训练手段,方便了构音障碍患者及医生之间非接触诊疗。

言语构音障碍(Dysarthria)是指由因与言语有关的神经-肌肉系统的器质性损害导致发音肌的肌力减弱或瘫痪、肌张力改变、协调不良等,引起字音不准、声韵不均、语流缓慢和节律紊乱等的言语障碍。其患病率在儿童群体中占1%~4%,常常影响到患者的交流、学习和生活,部分患儿还会产生一系列情绪与行为方面的问题。

言语构音障碍会对患者特别是儿童患者产生不利的影响,导致患者学习困难,甚至导致患者的交际圈狭窄,在社交中被边缘化,行为退缩;从长远来看,它会严重影响患者的社会适应能力,表现为较高的失业率和较低的社会经济地位。及时进行语音康复训练则会防止或减轻侧化构音对患者的教育、社会、职业等方面带来的不利影响。所以要对侧化构音患者做到早发现、早矫正。言语康复评估需要3位言语康复医师对构音患者发音进行康复评定,评判标准为:优秀(能基本发出正确语音)、良好(能发出接近正确的语音但不准确)、中等(发音可分辨,多数聆听者能听懂)、较差(发音不易听懂,但可区别与其他发音)以及劣等(能发出声音,但发音不正确),并根据康复评定结果制定康复治疗方案。

现有医疗行业信息化发展迅速,5G技术、智能终端越来越普及,笔者设计了一套基于微信小程序的言语康复构音障碍评定助手,通过该助手患者能够通过智能手机自主上传构音语音,言语康复医生在线出具评估报告,实现非接触康复诊疗,对提高我国临床康复水平,缓解临床康复专业人员不足的压力,推动我国康复事业的发展具有较大的意义,特别是新型冠状病毒肺炎疫情情况下对于防疫有重大意义。

系统架构

系统使用了微信小程序,微信小程序可简称为小程序(Mini Program),是可以通过“二维码”或者移动端微信平台“搜一搜”找到并能直接使用的应用,是一种不需要下载安装即可使用的应用。构音障碍评定医生助手小程序采用MINA框架,MINA是一个开源高性能IO框架,MINA框架虽简单,但功能非常齐全。MINA框架不但为微信小程序开发提供了开发基础,同时对微信小程序所有页面的路由进行管理并赋予页面生命周期。采用MINA框架把逻辑层和数据层相互独立,业务代码只解决业务逻辑,而不用处理其他逻辑,让开发者更加高效的在微信开发工具中进行开发。

言语康复构音障碍评定助手小程序系统架构如图1所示。整个系统可以分为视图层(View)和逻辑层(App Service),他们之间通过事件进行数据传输,如果需要对视图层进行更新,只需要再对应的逻辑层修改数据,小程序所用的服务器是云服务器,数据库使用MySQL数据库,组件使用了color UI和IVIEW。小程序每个页面有4个文件,分别是WXML(Wei Xin Mark Language)、WXSS(Wei Xin Style Sheet)、JS和JSON,前端的HTML文件对应的小程序的WXML文件,CSS对应小程序的WXSS文件,JS文件用来编写事件逻辑。

图1 言语康复构音障碍评定助手小程序系统架构

后台运用PHP语言,使用ThinkPHP框架,开发速度快,兼容性强,使用MVC模式,前后端分离使项目可以方便管理。接口简洁明了,方便与数据库建立连接,以及能够快速的查询搜索和添加删除。每个语音生成完整的录音能够完整保存在数据库中,前端的请求做到完整的判断和筛选,同时也具有良好的安全性。

系统设计

使用调查法、信息研究法、实验法等研究方法,在研究现有康复医院言语康复评定方案的基础上,并到一线临床与康复医师及康复治疗师进行沟通交流,根据计算机辅助评定的特点,进行计算机流程化方案设计,流程图见图2。

图2 言语康复构音障碍评定医生助手流程

系统由用户信息管理系统、构音障碍评定录入系统和数据管理系统组成。用户信息管理系统对患者的基本信息如姓名、性别、年龄、手机号、身份证号、籍贯、职业、文化程度、发病情况等信息进行记录。构音障碍评定录入系统进行构音录入及出具评定报告。数据管理系统记录评定的时间及结果。患者使用微信小程序进入系统并进行人机交互,治疗结果亦通过数据管理系统导出评测报告。

系统功能实现

根据前期调研及系统设计进行系统功能实现,包括了患者端和医生端程序功能实现。

  • 硬件环境安装

  • 服务器环境准备及状态检查 服务器操作系统采用centos7.2 1511,配置公网IP,配置防火墙,仅开放服务所需的端口,保证服务器与外网网络的畅通。检查小程序的域名、https证书、nginx配置,语音合成服务状态,数据库MySQL文件配置是否正确。

检查系统时间和时区。安装java服务,安装MySQL,安装小程序所需lnmp环境。安装centos,安装MySQL数据库,并启动检查运行状态,启动配置里设置登录密码。安装nginx,配置小程序域名,路径,配置ssl服务。安装php版本5.6,指定端口号。

  • 语音合成所需环境安装 导入语音合成编码包,手动编译安装,上传测试用的语音文件,配置语音合成所需参数,然后合成语音,并测试语音合成结果。调用java启动语音合成的服务,使用小程序调用语音合成接口,查看执行合成后的文件。

  • 软件功能实现

  • 微信授权登录 在医院就诊过的患者可以在微信小程序里找到言语评测小程序,然后根据自己的身份证登录,医生可以根据自己的工号登录后台查看患者信息和患者测评的数据,并对患者进行关注及动态管理。

患者、医生和管理员登录的方式不同,患者第一次登录需注册,依次输入正确信息,点击客户登录,如填写信息有格式错误,则弹出错误提示。医生由管理员维护账后使用账户和密码登录。管理员直接输入账号密码即可登入,如账号或密码错误,则弹出错误提示。用户第一次登录后,相关信息被写入数据库中,当用户再次登录时,小程序自动把用户openid与数据库匹配,如存在则直接登录。

  • 言语康复构音障碍评定数据输入

(1)患者检测前提示:患者进入后首先出现检测前提示,包含测试说明和注意事项,患者阅读完毕后,知晓注意事项后可点击开始检测按钮,开始检测。

(2)个人信息录入:填写个人信息:姓名、性别、年龄、手机号、身份证号、籍贯、职业、文化程度、发病情况均为必填项。

(3)声韵母检测:用文字和语音示例提示用户在声韵母检测时需要遵守的规则,点击开始进行声韵母检测。用户可以点击小喇叭听取播音示例,按住话筒开始录音。用户录音完毕,可点击播放听取自己的录音,不满意可重新录制,点击完成进行下一个字母的录制,直至检测完毕。

声韵母检测录制完毕,需要有1 min的休息。1 min倒计时完毕前,按钮是置灰的,倒计时完毕后按钮呈正常颜色,可进行点击。

(4)词组检测:参照声韵母检测,词组检测的功能一样。播放词组读音示例;用户录音。录音完毕后,可听取用户录音,可点击重新录音按钮重新录制该词组的读音,或点击完成,进行下一个词组的录音。

(5)短语检测:参照词组检测,短语检测的功能一样。不同的是测试患者短语发音能力。测试完毕后,可点击提交按钮,将检测报告提交;也可点击提交并查看检测报告,进入报告详情页。

(6)检测报告:如医生已出检测报告,患者能够通过微信小程序看到医生出具的检测报告,还可以看到每一项的评分和总评分。

  • 医生端程序

(1)待处理检测列表:医生端能够查看未处理检测列表。可向下滑查看其它未处理的内容。待处理报告列表展示的内容包含姓名、性别、年龄、提交时间。

(2)检测报告出具:医生在未处理报告详情页中能够查看患者提交的用户信息,听取录音,并进行评分。评分完毕提交检测报告。如患者进行多次测评,医生可通过历史报告查看患者曾经提交的报告。

(3)已处理报告列表:医生可通过首页已处理按钮,进入已处理列表查看患者的历史报告,已处理列表包含患者姓名、性别和身份证号。同时,医生可通过左右滑动查看患者不同时间提交的报告详情。其中包含患者提交的信息详情和每次报告的评分。

应用效果

本课题自2017年立项,言语康复构音障碍评定系统经过系统调研、详细设计、开发设计、系统测试,于2019年开发完成,经用户测试后正式上线,已稳定运行1年多。言语构音障碍患者在日常生活交流中存在很多困难,给工作、生活、学习带来诸多不便,已成为越来越受人们关注的全球性健康问题。

常规言语康复评估需要3位言语康复医师对构音患者发音进行康复评定,使用系统后患者不需要等待3位言语康复医师同时在场,通过自助或者在家人帮助下录入个人信息,按照提示进行声韵母检测、词组检测、短语检测录音,系统将录音传送给言语康复医生端,医生端根据待处理检测列表选择患者,听取录音后进行康复评价,出具康复评定结果。系统已经使用1 300余人次,言语康复患者使用系统进行构音障碍评定,患者平均等待时间减少25 min,并且录音长期保存,基础数据电子化,大大减少语言康复医生工作量,有效提高了工作效率。

结论

通过调查访问,对医生和患者双方需求进行了分析,采用小程序技术构建了言语康复构音障碍评定医生助手软件,不仅使康复评定流程得到优化,而且患者和医生可以非接触进行言语康复评定,患者的音频数据能够长期保存,丰富了构音障碍的数据采集手段,使得患者和医生及其方便,深受欢迎;同时,微信活跃用户数量多,智慧医院小程序更容易推广。

展望

通过上述过程可以实现在疫情情况下构音障碍患者与康复医生非接触远程治疗过程,从而达到在疫情情况下医生快捷得到患者构音发音的数据,同时患者能够在线得到构音报告,缩短了言语构音障碍康复患者就医时间。

随着5G发展,将“空中医院”建设与疫情下满足人民群众健康需求、复工复医工作紧密结合,探索形成老百姓喜闻乐见的工作模式提升获得感和兴趣感。该项技术结合人工智能发展,将缓解我国构音患者众多、言语康复医师缺乏的问题,对于建设现代化医疗服务体系有巨大作用。


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关键词:
构音障碍,非接触远程治疗,康复评定

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