基于MATLAB 圖形用戶界面的聽覺言語康復(fù)效果評估系統(tǒng)設(shè)計

潘慧 陳雪清 徐天秋 劉海紅 孔穎 吳燕君

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國聽力殘疾人群數(shù)量龐大[1]，而助聽器、人工耳蝸等助聽設(shè)備在幫助聽力殘疾者學(xué)習并使用言語進行日常交流、回歸主流社會方面有重要作用[2～4]。如今，人工耳蝸和助聽器等助聽設(shè)備的使用越來越普遍[5，6]，評估使用群體使用助聽設(shè)備后的聽覺言語康復(fù)效果，對比不同助聽器、人工耳蝸產(chǎn)品的功能都具有重大意義。

為了能全面地評估聾兒的聽覺言語康復(fù)效果，目前臨床使用的量表有嬰幼兒有意義聽覺整合量表(infant-toddler meaningful auditory integration Scale, IT-MAIS)、有意義聽覺整合量表(meaningful auditory integration scale, MAIS)、有意義使用言語量表(meaningful use of speech scale, MUSS)、聽覺行為分級(categories of auditory performance, CAP)問卷、言語可懂度分級(speech intelligibility rating, SIR)問卷[7～11]。而目前廣泛使用紙質(zhì)版本的聽覺言語康復(fù)量表采集和存儲患者相關(guān)數(shù)據(jù)，造成大量紙張消耗、額外印刷成本支出和存儲空間占用，不利于后續(xù)對數(shù)據(jù)的查找及使用，嚴重浪費物力、人力。為此，本研究針對兒童聽力殘疾等級高、程度嚴重、處于言語學(xué)習關(guān)鍵期的這些特點，從兒童評估材料開始，利用MATLAB圖形用戶界面(graphical user interface, GUI)編程開發(fā)聽覺言語康復(fù)效果評估系統(tǒng)，將以上量表做成了便于臨床使用的聽覺言語康復(fù)評估軟件，設(shè)計了基本信息錄入界面、量表評估界面和患者數(shù)據(jù)查詢界面；使用本系統(tǒng)能夠有效提高聽力言語康復(fù)效果評估效率、降低成本，促進聽覺言語康復(fù)服務(wù)信息化發(fā)展。

1 聽覺言語康復(fù)評估軟件系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要分為三大功能模塊，分別為基本信息采集模塊、量表評估模塊、數(shù)據(jù)存儲及查詢模塊。

1.1基本信息采集模塊功能 基本信息采集模塊的功能為采集評估對象及評估過程所必需的基本信息，用于后續(xù)建檔和識別評估對象身份以及評估結(jié)果的分析?；拘畔ㄔu估對象姓名、性別、出生日期、助聽方式、測試者及測試日期、助聽設(shè)備使用時間等。

1.2量表評估模塊功能 量表評估模塊的功能包括進行量表評估和顯示評估結(jié)果兩部分。

1.2.1量表評估 進入評估階段，測試人員可以在系統(tǒng)中選擇評估量表，包括：嬰幼兒有意義聽覺整合量表(IT-MAIS)、有意義聽覺整合量表(MAIS)、有意義使用言語量表(MUSS)、聽覺行為分級(CAP)問卷、言語可懂度分級(SIR)問卷，選擇其中之一在系統(tǒng)上完成量表每一條目的評分，并進行必要的文字記錄。

1.2.2顯示評估結(jié)果 量表每一條目評分完成后，系統(tǒng)會計算評估對象使用該量表評估的總得分以及各模塊得分，將結(jié)果以文字及圖表兩種方式顯示在界面上；同時，系統(tǒng)還可以將評估對象的總得分、各模塊得分與相同年齡的聽力正常兒童、助聽器佩戴患兒、人工耳蝸植入患兒所得到的分值進行比較，并顯示在界面上。

1.3數(shù)據(jù)存儲及查詢模塊功能 數(shù)據(jù)存儲及查詢模塊包括數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)查詢兩部分。

1.3.1數(shù)據(jù)存儲 為了便于后續(xù)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，本系統(tǒng)將每個評估對象的評估結(jié)果保存在一個命名為“姓名-性別-出生日期”的EXCEL文件中。

1.3.2數(shù)據(jù)查詢 數(shù)據(jù)查詢時，可以通過姓名、性別、出生日期的基本信息查詢某個評估對象的歷史數(shù)據(jù)，評估人員根據(jù)歷史數(shù)據(jù)能夠更好的最終評估對象的康復(fù)效果，對之給出更全面的評價。

2 MATLAB圖形用戶界面(GUI)設(shè)計

MATLAB-GUI 界面是一種包含多種圖形對象的界面，典型的圖形界面包括圖形(圖像)的顯示區(qū)域、功能控件空間和用戶自定義的功能菜單等等，GUI中所有圖形對象都可通過編程來實現(xiàn)不同功能，滿足客戶多種多樣的需求[12]。

MATLAB中，所有圖形對象都可以使用M文件進行編寫，對于作為MATLAB對象之一的GUI來說，使用M文件創(chuàng)建GUI的方法也是最基礎(chǔ)的。除此之外，MATLAB同時為用戶提供一種更加方便高效的GUI集成開發(fā)環(huán)境—— GUIDE。使用GUIDE創(chuàng)建GUI時，完成GUI界面的設(shè)計后，MATLAB會自動生成為一個FIG資源文件及其對應(yīng)的M文件，該M文件包含了GUI初始化代碼和界面內(nèi)所有控件的控制代碼，用戶可以直接利用生成的M文件對GUI界面的圖形對象進行編程。相對于第一種創(chuàng)建方法，第二種方法更為直觀，同時更易于管理文件和調(diào)整代碼，故而采用GUIDE方法實現(xiàn)MATLAB-GUI 的界面設(shè)計，詳細步驟如下：①確定設(shè)計任務(wù)；②從用戶角度出發(fā)，設(shè)計圖形界面布置初始圖；③使用GUIDE根據(jù)初始圖構(gòu)建靜態(tài)界面，并完成相關(guān)控件屬性設(shè)定；④編寫并測試各圖形對象的回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)界面動態(tài)功能；⑤運行界面，檢測界面整體功能。

整個設(shè)計過程中，各步驟間需要交叉反復(fù)進行，經(jīng)過多次調(diào)試才能實現(xiàn)相應(yīng)功能。

2.1主界面設(shè)計 為了系統(tǒng)美觀和向用戶簡明介紹系統(tǒng)用途，設(shè)計一個個性化主界面，設(shè)計的GUI主界面見圖1。實現(xiàn)代碼如下：

BckGrd=axes('units','normalized','position',[0 0 1 1]);

I=imread('bgp.jpg');

image(I);

text(53,180, '聽覺言語康復(fù)效果評估系統(tǒng)','FontName', '宋體', 'FontSize', 44, 'FontWeight', 'bold', 'color', 'b','SelectionHighlight','on');

......

圖1 聽覺言語康復(fù)效果量表評估系統(tǒng)主界面

2.2基本信息錄入界面設(shè)計 基本信息錄入界面實現(xiàn)系統(tǒng)的基本信息采集功能，通過get函數(shù)獲取評估對象的基本信息，并使用setappdata函數(shù)將其賦值到相應(yīng)變量中。圖2為信息獲取流程圖，基本信息錄入界面見圖3。

圖2 獲取患者信息流程圖

圖3 基本信息錄入界面

基本信息采集過程中系統(tǒng)會判斷信息是否完整，若輸入信息不完整則不允許進入下一階段。界面中測試時間不需要測試人員填寫，系統(tǒng)自動獲取計算機系統(tǒng)時間。信息輸入完成后，測試人員通過選擇界面下方相應(yīng)量表進入量表評估界面。

2.3量表評估界面設(shè)計 量表評估界面實現(xiàn)系統(tǒng)的量表評估功能，同時為了符合一般操作習慣將數(shù)據(jù)存儲功能也放入此界面中，圖4為量表評估流程圖，量表評估界面見圖5。為了獲取量表評估所需的評估對象基本信息，采用getappdata函數(shù)來實現(xiàn)兩個GUI界面之間的參數(shù)傳遞。評估結(jié)束后，使用xlswrite函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入EXCEL文件中。

圖4 量表評估流程圖

另外，在界面中設(shè)計了“返回”按鍵，點擊會詢問是否中斷評估過程，若是則回到基本信息錄入界面，在返回按鈕控件回調(diào)函數(shù)中通過questdlg函數(shù)創(chuàng)建詢問對話框?qū)崿F(xiàn)。

2.4數(shù)據(jù)查詢界面設(shè)計 數(shù)據(jù)查詢界面實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢功能。在評估界面測試人員可以點擊“查詢”按鈕查詢評估對象的歷史成績。圖6為數(shù)據(jù)查詢流程圖，數(shù)據(jù)查詢界面見圖7。

圖5 IT-MAIS評估界面(二)

圖6 數(shù)據(jù)查詢流程圖

2.5GUI界面之間的相互調(diào)用 系統(tǒng)的設(shè)計涉及多個GUI界面，實現(xiàn)不同GUI之間的相互調(diào)用，是必須解決的問題。本系統(tǒng)通過在相應(yīng)控件的回調(diào)函數(shù)內(nèi)使用run(‘m文件’)來實現(xiàn)各GUI界面之間的相互調(diào)用。

圖7 數(shù)據(jù)查詢界面

3 討論

當代社會，計算機多媒體技術(shù)蓬勃發(fā)展，在繼承傳統(tǒng)聽力康復(fù)理論研究和技術(shù)基礎(chǔ)的同時，計算機輔助聽覺言語評估及康復(fù)系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于臨床及科研[13]。目前，國外針對人工耳蝸、助聽器等助聽設(shè)備應(yīng)用設(shè)計的聽覺言語評估訓(xùn)練軟件有：計算機跟蹤模擬培訓(xùn)軟件(computer - assisted tracking simulation, CATS)[14]、聆聽交流強化軟件(Listening and communication enhancement, LACE)[15]、計算機輔助言語訓(xùn)練(computer assisted speech training, CAST)[16]、計算機言語感知測試和訓(xùn)練(computer - assisted speech - perception testing and training, CASPERsent)[17]。這些軟件主要用于患者的康復(fù)訓(xùn)練，有的包含測試功能。

國內(nèi)計算機輔助聽覺言語評估及康復(fù)系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)研究近年來也逐漸增多。2001年，陳雪清等[18]開發(fā)了一套成人聽力康復(fù)漢語計算機化訓(xùn)練及評價系統(tǒng)。2003年，孫喜斌等[19]開發(fā)了計算機導(dǎo)航-聾兒聽覺言語評估學(xué)習系統(tǒng)；段家德[20]于同年開發(fā)了漢語言語聽力測試系統(tǒng)。2007年，劉海紅等[21]開發(fā)了可實現(xiàn)練習、測試、訓(xùn)練等項目的兒童聽力言語訓(xùn)練及評估康復(fù)漢語視聽系統(tǒng)。郗昕等[22]于2010年開發(fā)了計算機輔助中文言語測聽平臺，用于漢語普通話的言語測聽。張華等[23]2013年開發(fā)了普通話言語測聽系統(tǒng)。2018年，武文芳等[24]開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的漢語聽力康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的聽力言語康復(fù)理念通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)，能夠大大提高康復(fù)效率和效果，是順應(yīng)時代發(fā)展的必然趨勢。目前，國內(nèi)的言語評估測試軟件在臨床上使用比較廣泛，而由于多方面原因，聽覺言語康復(fù)訓(xùn)練效果評估類系統(tǒng)在臨床上尚未很好的推廣及應(yīng)用，本研究基于MATLAB-GUI設(shè)計聽覺言語康復(fù)效果評估系統(tǒng)與傳統(tǒng)評估模式相比更智能，更便捷。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能夠容納大量量表和評估對象資料，評估人員通過本系統(tǒng)可以方便的調(diào)用所需要的評估量表進行評估，并且能夠更全面、更直觀地了解評估對象的動態(tài)康復(fù)效果。該系統(tǒng)目前僅包含兒童評估量表，未來計劃擴大評估系統(tǒng)內(nèi)容，將評估范圍擴展至成人；該系統(tǒng)已初步投入臨床使用，有較好的適應(yīng)性，隨著未來在臨床中的不斷應(yīng)用，將根據(jù)臨床需求進一步改進。

本系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)聽覺康復(fù)效果評估模式，實現(xiàn)了紙質(zhì)評估量表轉(zhuǎn)化為電子評估系統(tǒng)，人工轉(zhuǎn)化為智能，為評估人員提供了一種新的思路。與使用傳統(tǒng)評估方法相比，本系統(tǒng)評估對象的數(shù)據(jù)便于存取，大大節(jié)省了紙張、印刷成本以及存儲空間，避免了在查找數(shù)據(jù)上浪費的大量人力。隨著科技飛速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，還可以考慮利用網(wǎng)路資源對系統(tǒng)功能進行拓展，將線下發(fā)展為線上，從PC端普及到手機端，進一步提高評估效能和效率，讓評估工作更信息化、人性化、智能化。