新生儿重症监护病房音效监测预警系统

新生儿重症监护病房音效监测预警系统
【技术领域】
1.本发明涉及新生儿重症监护领域，具体地说，是一种新生儿重症监护病房音效监测预警系统。


背景技术：

2.新生儿重症监护病房(neonatalintensivecareunit,nicu)内所包含的声音主要可以分为新生儿自身发出的声音和环境声音。新生儿自身发出的声音包括哭声、及少数类似于语言的“咿呀”声等，环境声音的主要来源为医疗器械声、操作声及医护人员谈话等。
3.在nicu中，环境音效控制是早产儿发育支持护理重要的照护措施。胎儿听力反应在妊娠24周左右出现，至出生前其听觉功能日趋成熟。随着妊娠周数的不断增加，胎儿听力逐渐提高，对声音的反应也逐渐增强，因此nicu内的早产儿自出生起便会不断受到不同于母体内的环境声音的影响，进而影响其早期生长发育。有研究显示，早产儿大脑发育成熟与正常新生儿有所不同。由于中枢神经系统调节能力不足，早产儿更容易受到环境声音的影响，同时环境声音音量过高会导致早产儿呼吸节律的改变、心律的改变、血压和血氧饱和度的改变等，环境声音频率过快会导致早产儿听力丧失的危险性增高，语言学习能力减弱等。长时间处于高分贝环境声音刺激下可导致早产儿生理状态紊乱、即时呼吸和心率不规则，远期会影响其神经系统的发育。
4.目前国内外均缺乏对于nicu声音进行检测和预警的设备，而现有的声音监测仪器也存在以下缺陷：
5.一，美国儿科学会(americanacademyofpediatrics，aap)推荐nicu环境噪声控制标准为：等效a声级(leq)＜45db，累积百分10声级(l10)＜50db，最大a声级(lmax)＜65db”，并建议处于暖箱内的环境声音应控制在＜45db的范围内，但现有的声音监测仪器往往只能监测一定空间范围内的声音总和，而无法对环境声音和婴儿哭声进行有效区分。
6.二，哭声是婴儿与外界沟通的重要信号之一，通常被认为是婴儿用于表达一定需求的方式。长时间的啼哭代表婴儿正处于应激状态下，会导致其生命体征的改变。因此将婴儿哭声从环境声音中区分开来，进而对具有潜在危害的环境声音进行分辨、预警，并做出及时的回应是婴儿早期发展性照顾的重要内容之一。但现有的声音监测仪器无法对监护病房内的新生儿哭声进行辨识及预警。
7.三，一项关于暖箱内、外声音同步测量的研究证实，暖箱具有一定的隔音功能；且由于箱体材质不同，暖箱内部相较于外部声音分贝数平均降低5.2～10.4db不等。但多数声音监测仪器更适用于暖箱外部，对于暖箱内的环境声音存在一定的测量误差。
8.四，既往研究已证实，不同频率的声音通过腹壁并进入母亲子宫内充满羊水的环境后会产生变化；低频声音(《500hz)相对容易传输，高频声音(＞2000hz)水平略有降低但未完全消除。换而言之，胎儿在母体内只能接触到低频声音，鲜少会接触到高频声音。而在nicu治疗场景中，一些治疗仪器设备可产生高频声音。在足月龄之前，宫内环境被视为婴儿生物学上理想的声学环境；因此，应通过对环境声音频率的持续监测，预警及有效控制，以
保护早产儿免受高频声音的影响。但是目前市售的大部分声音监测仪器仅可对声音的音量进行检测，而缺少对声音频率的检测。
9.五，目前的声音预警反馈机制存在以下缺陷：
①
基于发育支持为目的，应对环境声音和婴儿哭声进行区分，并进一步针对环境声音的分贝值或高频声音采取不同的预警标准，而目前市售的声音监测仪器仅可对一定空间范围内声音总和的分贝值采取唯一的预警标准；
②
nicu应用场景下应设置集合终端，以便医务人员实时监测多台声音监测设备，并对异常预警情况采取及时反应；
③
传统的音效报警会加重nicu环境噪音，个体床边预警装置应采取视觉报警的方式。
10.中国专利申请：cn114155833a，公告日：2022.03.08，公开了一种基于神经网络的婴儿哭声识别方法，首先获取不同类型的婴儿哭声音频和非婴儿哭声音频数据，并进行预处理；然后进行fbank特征提取；采用长短时特征融合的方法得到训练模型；将所有训练模型放置到神经网络中进行训练，通过模型综合投票技术将不同训练模型加权平均得到最终的预测模型；将预测模型由浮点模型转为定点模型，以便于嵌入式移植；利用拾音器采集环境音频数据，并判断环境音频数据是否为静音，如果不是静音则对其进行特征提取，然后利用步骤七得到的定点模型进行判断是否有婴儿哭声，若有婴儿哭声，则利用定点模型判断出婴儿哭声种类；根据不同种类婴儿哭声进行不同方式的安抚。其优点在于：简单可靠。虽然该方法是基于参数提取的识别婴儿哭声的，但是该方法仅分析环境音频中是否有婴儿哭声，不能根据婴儿的状态进行分级警示及判断不分析环境声音；且不能对环境声音进行分级及预警。
11.综上所述，亟需一种不仅能采集、分辨婴儿的音量，还能同时采集并分辨环境声音的音量和频率，降低患儿处于不适声效环境下的概率，减少患儿的应激状态的新生儿重症监护病房音效监测预警系统。


技术实现要素：

12.本发明的目的是，提供一种不仅能采集、分辨婴儿的音量，还能同时采集并分辨环境声音的音量和频率，降低患儿处于不适声效环境下的概率，减少患儿的应激状态的新生儿重症监护病房音效监测预警系统。
13.为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
14.一种新生儿重症监护病房音效监测预警系统，包括声源接收器、警示器和智能终端，所述声源接收器、警示器和智能终端内部均置入有数据传输模块，三个装置之间分别通过数据传输模块以无线通讯的方式进行双向通信连接；所述声源接收器包括吸盘、电子显示屏、话筒、主控制模块，所述主控制模块内置有smfcc参数和语音活性检测算法vad，所述电子显示屏和话筒均在声源接收器的内部与主控制模块电性连接。
15.作为本发明的一个优选例，所述smfcc参数用于把婴儿哭声与环境声音分离，所述语音活性检测算法vad用于判断婴儿哭声与环境声音。
16.作为本发明的另一优选例，所述声源接收器外设为边角圆滑的长方盒体，上表面设有一吸盘，正面设置有电子显示屏，背面中部一体化设置有一圆形洞板，内部接近洞板处设置有话筒，底部设置有一电池仓，里面放置有可更换的锂电池组；所述锂电池组与数据传输模块和主控制模块之间互相电性连接。
17.更优选地，所述声源接收器内部还设置有一干燥仓，所述干燥仓环绕设置在主控制模块的四周，干燥仓的内部放置有可替换的防潮剂。
18.作为本发明的另一优选例，所述警示器外设为一长方体的盒型机器，顶端设有一警示灯，一侧面设有警示器开关，底部设有电池仓，里面放置有可更换的锂电池组；所述警示器开关电性连接锂电池组、警示控制模块和数据传输模块。
19.作为本发明的另一优选例，所述智能终端设有服务器，所述服务器还包括信息储存模块，所述智能终端与服务器、信息储存模块之间采用电性连接。
20.更优选地，所述服务器能通过数据传输模块接收声源接收器和警示器生成的带有时间节点的数据信号，所述数据信号包括声音信号和报警信号，所述声音信号包括声音的种类、分贝值和频率值，所述报警信号包括报警的发生/结束时间和报警种类。
21.作为本发明的另一优选例，所述数据传输模块用于发射无线信号和接收数据信号。
22.作为本发明的另一优选例，所述声源接收器设置在婴儿暖箱内，所述警示器放置在婴儿暖箱的外顶部。
23.本发明优点在于：
24.1、本发明适用于nicu新生儿暖箱内部，能进行暖箱内部环境声音的持续监测，并帮助临床护理人员分辨环境声音的音量与新生儿哭声状态，有助于临床医护人员进行及时、有针对性的干预措施，从而大大降低患儿处于不适宜声效环境下的概率，减少患儿的应激状态，促进其近、远期体格及神经发育。
25.2、所述声源接收器内置有smfcc参数和语音活性检测算法vad，能够对收集到的暖箱内部的声音进行环境声音与婴儿哭声的区分，对提取出的环境音量进行音量及频率的监测，还可通过辨析哭声识别婴儿的应激状态，并发出数据信号以传达相应的警报。
26.3、所述警示器通过对警示灯的灯光颜色进行控制，产生对应的预警信息，以提醒医务人员对婴儿的应激状态进行识别，并采取恰当的干预措施。
27.4、所述智能终端为远程终端，可通过其实时监测多台暖箱内的声音情况，方便医护人员调取，从而使医务人员及时发现不适宜的暖箱内声音环境与婴儿产生的应激状态，带有时间节点的相应数据信息也能用于后续对暖箱内环境声音和婴儿哭声变化可能存在的周期性规律的分析，对噪音原因或婴儿哭泣原因的分析等。
【附图说明】
28.附图1是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统的使用说明图。
29.附图2是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统中所述声源接收器的结构示意图。
30.附图3是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统中所述声源接收器的内部结构图。
31.附图4是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统中所述警示器的结构示意图。
32.附图5是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统的局部流程图。
【具体实施方式】
33.下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
34.附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
35.1.声源接收器2.警示器3.智能终端4.数据传输模块11.吸盘12.电子显示屏13.话筒14.主控制模块21.警示灯22.警示控制模块23.警示器开关 36.实施例1
37.请参见图1，图1是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统的使用说明图。在本实施例中，优选所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统包括声源接收器1、警示器2和智能终端3，所述声源接收器1、警示器2和智能终端3内部均置入有数据传输模块4，三个装置之间分别通过数据传输模块4以无线通讯的方式进行双向通信连接，以实现智能终端3与声源接收器1、警示器2之间的交互控制；所述声源接收器1设置在婴儿暖箱内，所述警示器2放置在婴儿暖箱的外顶部。
38.请参见图2-3，图2是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统中所述声源接收器的结构示意图，图3是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统中所述声源接收器的内部结构图。在本实施例中，优选所述的声源接收器1包括吸盘11、电子显示屏12、话筒13、主控制模块14和数据传输模块4；优选所述的声源接收器1外设为边角圆滑的长方盒体，上表面设有一吸盘11，正面设置有电子显示屏12，背面中部一体化设置有一圆形洞板，内部接近洞板处设置有话筒13，底部设置有一电池仓，里面放置有可更换的锂电池组；所述电子显示屏12和话筒13均在声源接收器1的内部与主控制模块14电性连接；所述的声源接收器1内部还设置有一干燥仓，所述干燥仓环绕设置在主控制模块14的四周，干燥仓的内部放置有可替换的防潮剂。优选所述的吸盘11为真空吸盘，能够帮助将声源接收器1吸附于婴儿暖箱内部的上平面，可以减少对医务人员日常治疗及护理活动的干扰，同时可以减少由于设备的移动所产生的音频干扰；所述电子显示屏12可实时显示当前暖箱内部的环境声音的种类、音量和频率，便于医务人员从暖箱的外部直接查看；所述话筒13用于接收暖箱内部的声音，生成录音音频数据后，将其传输至主控制模块14中进行声音的分类和识别；所述锂电池组为整个声源接收器1进行供电，帮助声源接收器1内的所有部件正常运行；所述干燥仓内部放置有可替换的防潮剂，同时环绕在声源接收器1的四周，能够防止声源接收器1的组成电元件在婴儿暖箱内部因长期高温潮湿的环境而受到损坏。
39.在本实施例中，优选所述的声源接收器1内部设置有主控制模块14，所述主控制模块14与数据传输模块4和锂电池组之间互相电性连接。优选所述的主控制模块14内置有smfcc参数和语音活性检测算法vad，当话筒13生成的录音音频数据传输至主控制模块14后，先通过smfcc参数把婴儿哭声与环境声音分离，再用语音活性检测算法vad来判断婴儿哭声与环境声音，判断完成后再对其进行分别处理。优选所述的smfcc参数及音频分离办法与测控技术，2019，38(12)：46-51.公开的一种婴儿哭声识别优化算法的研究中的参数及特征提取等内容相同，且在现有技术中已应用广泛，在本说明书中不过多赘述。
40.在本实施例中，优选所述的语音活性检测算法vad实现过程为：s1、对环境声音录音音频数据按照预设的时间长度进行分割；s2、将分割后的每一环境声音录音片段音频数
据对应的分贝值和频率值与预设的基准分贝阈值和频率阈值进行比对；s3、将婴儿哭声音频数据的持续时长与预设的基准时长阈值进行比对。优选所述的基准分贝阈值分为安全阈值和危险阈值，所述安全阈值为45db，所述危险阈值为65db，所述基准频率阈值为2000hz，所述基准时长阈值为30s。
41.在本实施例中，优选在上述步骤s1进程结束后，主控制模块14将分割好的每一录音片段音频数据所对应的分贝值和频率值生成数据信号，再通过数据传输模块4实时更新上传至智能终端3的服务器内，同时也将数据信号实时更新显示在电子显示屏12上；在上述步骤s2、s3进程结束后，对超出阈值的音频数据分别生成对应的环境音报警数据信号，对超出阈值的音频数据生成哭声报警数据信号，主控制模块再将几类报警数据信号通过数据传输模块4传输至警示器2和智能终端3的服务器内。
42.在本实施例中，优选所述的智能终端3设有服务器，所述服务器还包括信息储存模块，所述智能终端3与服务器、信息储存模块之间采用电性连接；同时使用者可以通过数据传输模块4在app上对主控制模块14内预设的录音音频数据的时间长度进行修改。
43.在本实施例中，优选所述的服务器能通过数据传输模块4接收声源接收器1和警示器2生成的带有时间节点的数据信号，并将其显示在智能终端3上的app内，所述数据信号包括声音信号和报警信号，所述声音信号包括声音的种类、分贝值和频率值，所述报警信号包括报警的发生/结束时间和报警种类；所述的服务器在收到传输的数据信号的同时将所有数据信号储存于信息储存模块中。优选所述的信息储存模块中记录有带有时间节点的数据信号，方便医护人员调取，并用于后续对暖箱内环境声音和婴儿哭声变化可能存在的周期性规律的分析，对噪音原因或婴儿哭泣原因的分析等。
44.在本实施例中，优选所述的数据传输模块4用于发射无线信号和接收数据信号，所述数据传输模块4可选自wifi、zigbee、wlan、gprs、蜂窝网络、gsm网络、3g网络、lte网络或cdma网络、蓝牙、nfc、红外线、超声波、wirelessusb、rfid中的至少一种。所述的智能终端3选自智能手机、台式电脑、平板电脑、智能腕表等中的任意一种配备有无线通信功能的移动计算终端。由于智能手机具有普及范围广、有利于保护隐私以及便携的特点，更优选地，使用智能手机作为外部信号的来源。其通过安装带有相应的无线接收装置的智能终端3可通过服务器接收声源接收器1和警示器2生成的带有时间节点的数据信号，并将其显示在相应的app上。
45.请参见图4，图4是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统中所述警示器的结构示意图。在本实施例中，优选所述的警示器2外设为一长方体的盒型机器，顶端设有一警示灯21，一侧面设有警示器开关23，底部设有电池仓，里面放置有可更换的锂电池组；所述警示器开关23电性连接锂电池组、警示控制模块22和数据传输模块4。优选所述的警示控制模块22通过数据传输模块4接收主控制模块14传输的数据信号；所述的警示器开关23用于警示器2的开关操作。
46.在本实施例中，优选所述的警示器2通过警示控制模块22接收到的不同报警信号来控制警示灯21所显示的灯光信号的改变：当环境声音分贝值＞45db时，所述警示控制模块22发送电信号控制警示灯21显示黄色灯光；当环境声音分贝值＞55db和/或环境声音频率超过2000hz时，所述警示控制模块22发送电信号控制警示灯21显示红色灯光；当婴儿哭声持续时间＞30s时，所述警示控制模块22发送电信号控制警示灯21显示红色灯光；当音频
数据并未超过阈值和/或预设时间时，警示控制模块22不会控制警示灯2发光。
47.在本实施例中，优选所述的主控制模块14也会对通过语音活性检测算法vad判断处理过的音频进行响应，当环境声音分贝值＞45db时，所述主控制模块14控制电子显示屏12上的数值转变为黄色；当环境声音分贝值＞55db和/或环境声音频率超过2000hz时，所述主控制模块14控制电子显示屏12上的数值转变为红色；当婴儿哭声持续时间＞30s时，所述主控制模块14控制电子显示屏12上的数值变化为“应激状态”字样。
48.需要说明的是，本发明适用于nicu新生儿暖箱内部，能进行暖箱内部环境声音的持续监测，并帮助临床护理人员分辨环境声音的音量与新生儿哭声状态，有助于临床医护人员进行及时、有针对性的干预措施，从而大大降低患儿处于不适宜声效环境下的概率，减少患儿的应激状态，促进其近、远期体格及神经发育。所述声源接收器1内置有smfcc参数和语音活性检测算法vad，能够对收集到的暖箱内部的声音进行环境声音与婴儿哭声的区分，对提取出的环境音量进行音量及频率的监测，还可通过辨析哭声识别婴儿的应激状态，并发出数据信号以传达相应的警报。所述警示器2通过对警示灯21的灯光颜色进行控制，产生对应的预警信息，以提醒医务人员对婴儿的应激状态进行识别，并采取恰当的干预措施。所述智能终端3为远程终端，可通过其实时监测多台暖箱内的声音情况，方便医护人员调取，从而使医务人员及时发现不适宜的暖箱内声音环境与婴儿产生的应激状态，带有时间节点的相应数据信息也能用于后续对暖箱内环境声音和婴儿哭声变化可能存在的周期性规律的分析，对噪音原因或婴儿哭泣原因的分析等。
49.实施例2
50.请参见图5，图5是本发明新生儿重症监护病房音效监测预警系统的局部流程图。本发明的使用方法和原理为：使用前，医护人员先打开警示器开关23，并通过点击电子显示屏12将声源接收器1和警示器2相互配对，配对好后，通过吸盘11将声源接收器1安置在暖箱内部的上平面，与之配对的警示器2放置在同一暖箱的上面。此时话筒13开始收集暖箱内部的声音，收集到声音后，转化为声音数据信号传输给主控制模块14，主控制模块14对声音数据信号采用smfcc参数与语音活性检测算法vad按顺序进行暖箱内部声音的分类和识别，并在识别后由数据传输模块4发送包括环境声音和婴儿哭声的不同的数据信号及报警信号给警示器2和智能终端3，令其作出相应的响应，同时也会控制电子显示屏12显示相关的报警信息。警示器2收到主控制模块14传输的报警信号后，由内部的警示控制模块22发送电信号给警示灯21，通过显示不同颜色的光照达到不同的警示作用。智能终端3在接到上述相同的数据信号及报警信号之后，将带有全部时间节点的数据信号及报警信号现在在app内，同时将其存入信息储存模块中，方便后续医务人员进行调取。使用完毕即可关闭警示器开关23，并通过电子显示屏12关闭声源接收器1。所述声源接收器1和警示器2均设置有电池仓，内部有可更换的锂电池组，医护人员可通过更换锂电池组保证整个装置的运行。
51.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，包括声源接收器、警示器和智能终端，所述声源接收器、警示器和智能终端内部均置入有数据传输模块，三个装置之间分别通过数据传输模块以无线通讯的方式进行双向通信连接；所述声源接收器包括吸盘、电子显示屏、话筒、主控制模块，所述主控制模块内置有smfcc参数和语音活性检测算法vad，所述电子显示屏和话筒均在声源接收器的内部与主控制模块电性连接。2.根据权利要求1所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述smfcc参数用于把婴儿哭声与环境声音分离，所述语音活性检测算法vad用于判断婴儿哭声与环境声音。3.根据权利要求1所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述声源接收器外设为边角圆滑的长方盒体，上表面设有一吸盘，正面设置有电子显示屏，背面中部一体化设置有一圆形洞板，内部接近洞板处设置有话筒，底部设置有一电池仓，里面放置有可更换的锂电池组；所述锂电池组与数据传输模块和主控制模块之间互相电性连接。4.根据权利要求3所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述声源接收器内部还设置有一干燥仓，所述干燥仓环绕设置在主控制模块的四周，干燥仓的内部放置有可替换的防潮剂。5.根据权利要求1所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述警示器外设为一长方体的盒型机器，顶端设有一警示灯，一侧面设有警示器开关，底部设有电池仓，里面放置有可更换的锂电池组；所述警示器开关电性连接锂电池组、警示控制模块和数据传输模块。6.根据权利要求1所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述智能终端设有服务器，所述服务器还包括信息储存模块，所述智能终端与服务器、信息储存模块之间采用电性连接。7.根据权利要求6所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述服务器能通过数据传输模块接收声源接收器和警示器生成的带有时间节点的数据信号，所述数据信号包括声音信号和报警信号，所述声音信号包括声音的种类、分贝值和频率值，所述报警信号包括报警的发生/结束时间和报警种类。8.根据权利要求1所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述数据传输模块用于发射无线信号和接收数据信号。9.根据权利要求1所述的新生儿重症监护病房音效监测预警系统，其特征在于，所述声源接收器设置在婴儿暖箱内，所述警示器放置在婴儿暖箱的外顶部。

技术总结
本发明涉及一种新生儿重症监护病房音效监测预警系统，包括声源接收器、警示器和智能终端，所述声源接收器、警示器和智能终端内部均置入有数据传输模块，三个装置之间分别通过数据传输模块以无线通讯的方式进行双向通信连接；所述声源接收器中的主控制模块内置有SMFCC参数和语音活性检测算法VAD；所述警示器包括警示灯、警示器开关和警示控制模块；所述智能终端包括服务器和信息储存模块。本发明能对暖箱内的环境声音和婴儿哭声进行区分、判断、预警，有利于医护人员及时发现不适宜的环境声音状态，并判断婴儿是否处于应激状态，进而及时采取干预措施，能满足婴儿早期发展性照顾理念，促进其近、远期体格及神经系统发育。远期体格及神经系统发育。远期体格及神经系统发育。


技术研发人员：汤晓丽 沙莎 朱稚玉 沈君怡 杨晓辰
受保护的技术使用者：上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/6/3