P-VOCAD: A portable instrument for the diagnosis and follow up of vocal abuse disorders

Abstract

ÖZET P-VOCAD: SES YANLIŞ VE BOZUK KULLANIMINI TANISI VE TAKÎBÎ ÎÇÎN TAŞINABİLİR BİR CİHAZ Bu tezde, sesin kötü ya da yanlış kullanılmasından kaynaklanan işlevsel ses bozukluklarına tam koyabilmek ve tedavisi yapabilmek için, kolay kullanalıbilen, ufak ve taşınabilir P-VOCAD adlı bir cihaz tasarımı yapıldı ve gerçekleştirildi. Söz konusu işlevsel ses bozuklukları ses teUerinin zedelenmesine, ödem, nodul, polip ve ses kaybı gibi sorunların gelişmesine yol açabilmektedir. Varolan teşhis yöntemleri klinik muayeneye dayanmaktadır ve gerçek iş koşullan, günlük alışkanlıkları ve çevresel gürültü nedeni ile tetiklenen ses bozukluklarını inceleme özellikleri yoktur. P-VOCAD gelişmiş elektronik teknolojisi yardımıyla sesi günlerce ve haftalarca inceliyerek bu tam kısıdamalarım ortadan kaldırmaktadır. Cihazda iki mikrofon kullanılmaktadır, birincisi hastanın sesini algılamak amacıyla ağıza yakın yerleştirilmektedir; ikinci mikrofon ise çevresel gürültüyü algılamak için kullanılmaktadır. İki adet 110 dB CMRR'lı yükseltici kullanılarak giren sinyaller yükseltilmektedir. Sonraki aşamada aktif süzgeçlerden daha güvenilir olan üç adet sekizinci derece anahtarlamalı sığaçlı band geçiren süzgeçle algılanan sinyaller işlenmektedir. Süzgeçlerin ikisi sesin iki kHz'den fazla ve daha az olan harmoniklerini birbirinden ayırmakta, üçüncüsü ise çevresel gürültüyü süzmektedir. P-VOCAD'in ana işlemcisi içinde gömülü olan örnekselden sayısala çevirici, sinyalleri 15kHz'de örneklemektedir. İşlemci sesin frekans bantlarının güç dağılımı ve enerjisini gerçek zamanda hesaplayıp, ortalamaları almakta ve EEPROM'e kaydetmektedir. P-VOCAD'de bulunan bir gerçek zaman saati, ses aktivitelerin oluştuğu tarih ve zamanı belirlemektedir. Hasta sesi oluştuğunda uyandırma devresi aracılığı ile etken duruma geçmediği zamanlar, sistem enerji tasarrufu amacıyla, düşük güç uyku durumuna girmektedir. Sistemde toplanan ses velilerinin seri kapıdan bir kişisel bilgisayara aktarılabilmesi için bir arabirim de bulunmaktadır. Veriler bilgisayara aktarıldıktan sonra Excel ya da uygun başka bir yazılım kullanılarak çözümlenip değerlendirilebilinir. Anahtar sözcükler: Ses yanlış kullanımı ve bozuk kullanımını, ses hastalıkları, taşınabilir tanı cihazı

ABSTRACT P-VOCAD: A PORTSBLE INSTRUMENT FOR THE DIAGNOSIS AND FOLLOW UP OF VOCAL ABUSE DISORDERS IV In this thesis, a battery powered, easy to use, compact and wearable (portable) instrument called P-VOCAD has been designed and realized for diagnosing functional voice disorders such as vocal misuse and abuse. These disorders can lead to vocal cord injury, development of edema, nodules, polyps and loss of voice. The current diagnostic methods depend on clinical examination and lack the facility to inspect the actual abused voice, as triggered by work conditions, noisy environment and daily habits. P- VOCAD is designed to overcome these diagnostic limitations by monitoring the voice for extended periods that last days to weeks and uses advanced electronics technology. It has two microphones; one is placed close to patient's mouth and is used to capture voice continuously, while the other is used to sense environmental noise. Signals are amplified with two HOdB CMRR instrumentation amplifiers. Thereafter, three 8th order band-pass switched capacitor filters, which are more stable and accurate than active filters, process the captured signals. Two of the filters separate voice harmonics above and below 2Khz, while the 3rd filter separates the ambient noise. An ADC embedded within the microcontroller, which is the main processor in the P-VOCAD, samples the filtered signals at 15Kz. The microcontroller calculates the power spectrum and the energies of voice frequency bands in real time. The results are then averaged and stored on an EEPROM. A real time clock within the P-VOCAD provides the date and the time at which vocal activities occur. To minimize power utilization the whole system goes into a low power sleep mode unless activated by voice signals via a wake-up circuit. The system is also equipped with an interface for transmission of the acquired voice data to a PC over the serial port. Once the data is transferred to the PC Excel or other suitable software can be used to further analyze the data. Keywords: Voice abuse, misuse, vocal diseases, portable diagnostic instrument.