SISTEMA INTEGRAL PARA EL TRATAMIENTO LOGOPÉDICO

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
SISTEMA INTEGRAL PARA EL TRATAMIENTO
LOGOPÉDICO: VISUAL VOZ 2.0
J. A. García , G. Mesa, C. García, O. Cruz
Instituto de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar
Via Blanca No. 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, C. Habana, Cuba
Email: [email protected]
RESUMEN
En el presente trabajo se plantean las premisas que
motivaron la creación del Visual Voz 2.0 que no es
más que un sistema integral que permite rehabilitar
a personas con diferentes trastornos del lenguaje. Se
expone además la descripción técnica de dicho
equipo y el algoritmo empleado para la captación de
las señales sonoras. Finalmente se analizan sus
ventajas sobre otros analizadores visuales del
lenguaje utilizados en nuestro país
1. INTRODUCCIÓN
La aplicación de nuevas tecnologías a la corrección
y/o compensación de las deficiencias, con el
propósito de que estas puedan desarrollar una vida
más independiente, menos aislada y más
participativa en la sociedad, significa hacer efectivo
el principio de igualdad de oportunidades para ellos.
Una falla importante en la instauración y desarrollo
del lenguaje puede comprometer entonces el
desarrollo psicológico, afectar las relaciones
sociales, la adaptación escolar, el aprendizaje y la
armónica formación de la personalidad. Todo esto
nos conduce a reflexionar sobre la importancia que
tiene la ayuda a tiempo que se le preste a esos niños
y adolescentes con trastornos en el lenguaje, así
como la labor preventiva a desarrollar para evitar
estas anomalías. En la mayoría de los países
Latinoamericanos el empleo de nuevas tecnologías
que viabilicen la necesaria corrección y/o
compensación de las deficiencias sensoriales, físicomotoras o psicológicas de los sujetos con algún
grado de discapacidad es insuficiente debido a la
ausencia de una política científica para la creación
de una correcta infraestructura tecnológica y a la
carencia de fondos para adquirirla y/o desarrollarla.
En el mercado existen numerosos sistemas para la
rehabilitación logopédica, que se pueden dividir en 3
grupos:
- Sistemas para el estudio de la señal de voz. [4,7]
- Sistemas de rehabilitación. [1,2,4,8].
- Sistemas para evaluación de las pérdidas de
audición. [3].
En Cuba a finales de la década de los 80 como
resultado parcial de una investigación del Instituto
de Cibernética Matemática y Física, surgió el Video
Voz. Este brinda la posibilidad de graficar en
pantalla la información de la voz obtenida mediante
curvas que no son más que el comportamiento en
función del tiempo de parámetros extraídos de la
señal [8,10]. El Video Voz a diferencia de otros
analizadores visuales de voz, constituye un equipo
independiente, lo que le impide utilizar las
potencialidades de los ordenadores como lo hacen
otros de su clase (Speech y PCVOX) [1,2].
El Speech es un sistema, procedente de Canadá,
destinado para el tratamiento logopédico, similar a
los anteriores en cuanto a funciones a realizar y
objetivos a lograr.
El PCVOX y el Speech están formados por una
tarjeta interfaz que se acopla a la computadora y el
software correspondiente.
Todos ellos permiten comparar la curva que genera
la voz del logopeda con la emitida por la persona en
tratamiento, pues solo permiten realizar tratamientos
individuales. En el caso de los sistemas de
representación visual de la voz logran hacer
perceptibles determinados elementos, que como
resultado del daño auditivo o del trastorno en el
lenguaje
en
general
son
prácticamente
imperceptibles o se perciben con mucha dificultad
por parte del afectado.
Con este trabajo se pretende crear un sistema
integral para la rehabilitación del lenguaje que
herede los aspectos favorables de sus antecesores e
incluya nuevas características que contribuyan a una
mayor efectividad y eficiencia en el tratamiento.
Técnicas empleadas
Para poder desarrollar este proyecto se emplean una
serie de técnicas tales como:
API de Windows, Dinamic Link Library (DLL),
transferencia de datos por acceso directo a memoria
(DMA), uso de técnicas de animación, aplicación de
lenguajes de programación Borland C 4.0 16 bits y
Visual Basic 4.0 16 bits, Transformada Rápida de
Fourier (FFT) para el procesamiento de los datos de
las señales sonoras en el dominio de la frecuencia,
métodos estándares para el trabajo logopédico y
softwares para el diseño e implementación de
tarjetas interfaces.
2. DESARROLLO
Descripción del Visual Voz 2.0
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00200
La estación de trabajo: Visual Voz 2.0 está
concebida para dar tratamiento logopédico colectivo
a dos discapacitados al mismo tiempo. Presenta 3
puestos de trabajo, uno para el logopeda y dos para
los que reciben el tratamiento.
Visual Voz 2.0 está formado por una mesa de
madera diseñada para tres puestos de trabajo
logopédico (figura 1). En este diseño se tuvo en
cuenta el tamaño del monitor a emplear, pues la
visualización constituye la esencia de este equipo. A
partir de pruebas preliminares se ha considerado que
con un monitor de 20 pulgadas se disponen de las
condiciones mínimas necesarias para trabajar
adecuadamente en el mismo.
Fig 1. Estación Logopédica Visual Voz 2.0
Sobre dicha mesa hay 3 consolas de operación que
posibilitarán una manipulación práctica del equipo
durante la sesión y la comunicación entre los
puestos. La Interfaz RIGEL_AUD-I fue diseñada
para posibilitar la adquisición y reproducción de
sonidos estando acoplada a un ordenador que
constará de un software con múltiples opciones
encaminadas a la terapia del lenguaje, cuya principal
función es la representación visual del habla de cada
deficiente logopédico, permitiendo la comparación
con la curva patrón creada por el logopeda. Esta
intefaz está diseñada con el formato de máxima
longitud de las tarjetas para computadoras tipo IBMAT, que se insertan en los “Slots” interiores de esas
máquinas. La misma tiene 3 entradas y una salida
analógica, 24 líneas de entrada/salida digital y tres
contadores programables (figura 2). La frecuencia de
muestreo es programable por software (siendo la
máxima de 40 kHz por canal para entrada o salida).
La transferencia de datos es de 8 bits por DMA y se
puede realizar utilizando los canales de DMA: 0, 1,
5 ó 6, que pueden ser seleccionados por hardware.
La forma de transferencia de los datos de la tarjeta
hacia la memoria de la máquina es por demanda y
desde la memoria hacia la tarjeta es por
transferencia simple.
Fig.2. Tarjeta Interfaz Rigel_Aud-I
La consola del especialista consta de una serie de
aditamentos (figura 3). La opción "Aviso de los
puestos" está formada por 2 lámparas rojas que se
iluminan cuando desde alguno de los puestos de
tratamiento es oprimido el botón de "Listo". Justo
debajo de cada lámpara hay un interruptor para la
opción, “Comunicación con los puestos”, la cual
permite al terapeuta escuchar y hablar con el puesto
deseado.
Fig.3.Consola de operación del logopeda.
En el centro se encuentran 3 botones con doble
función: realizar la evaluación del ejercicio
logopédico ("Bien", "Regular" y "Mal") y para
comenzar a grabar la voz del especialista, del
discapacitado, e iniciar un nuevo ejercicio
respectivamente.
Para el caso de que se quiera utilizar un dispositivo
externo, por ejemplo, una grabadora, bien para
almacenar en el ordenador algún material audible,
para ser utilizado posteriormente o para realizar una
sesión logopédica previamente grabada en dicho
dispositivo externo, se debe conectar la salida de la
grabadora a la entrada identificada como
“periférico”.
Las entradas “micrófono” y “audífono”, permiten al
especialista la conexión de los aditamentos de
entrada y salida de audio. El logopeda tiene la
posibilidad de comunicarse con uno o con los dos
puestos simultáneamente, grabar su voz en el
ordenador y mezclar su voz al sonido que se esté
generando desde la computadora, el periférico o
alguno de los puestos de tratamiento.
Debajo de la opción “comunicación con los puestos”,
hay un interruptor con dos etiquetas una arriba que
dice “computadora” y otra debajo, “periférico”.
Cuando el interruptor esté en “computadora”,
cualquier señal de audio que envíe el ordenador será
escuchada por todos los puestos que sean
seleccionados en “salida del periférico”.En la otra
posición ocurrirá exactamente lo mismo, pero con la
señal sonora enviada por un dispositivo externo
conectado en la entrada: “periférico”.
Fig. 4. Consola de los discapacitados
El botón de encendido es el encargado de energizar
y desenergizar la alimentación eléctrica de las tres
consolas.
El puesto de los que reciben tratamiento es algo más
sencillo (figura 4), presenta tres lámparas (verdebien, amarillo-regular y rojo-mal) que una vez que el
logopeda hace la evaluación de un ejercicio, de
acuerdo al resultado será la lámpara que se
iluminará.
Tiene además una cuarta lámpara que va a indicar,
cuando esté iluminado, que puede hablar o repetir el
ejercicio. Esta función se identificará como “salida
activada”. El botón de “listo” se utilizará para pedir
la palabra al especialista.
El software Visual Voz 2.0 es una aplicación
desarrollada en el lenguaje de programación Visual
Basic 4.0 (16 bits) que utiliza para su comunicación
con la tarjeta RIGEL-AUD-I una dll (“pds.dll”),
implementada en Borland C++ versión 4.52 para
Windows. Adicionalmente al software se dispondrá
de varias bases de datos que almacenan información
e imágenes que serán utilizadas en algunas de sus
opciones, que se explicarán más adelante.
Adicionalmente proporciona una serie de ficheros de
sonidos que incluyen a más de 300 palabras
comunes, además de 3 narraciones de cuentos con
representación visual y sonora.
Esta aplicación está desarrollada para correr en
ordenadores rápidos con velocidades superiores a
133 MHz, con sistema operativo Windows, 32
Mbytes de memoria RAM y un espacio mínimo en el
disco duro de 20 Mbytes. Se presenta en formato de
disco compacto adjunto a su instalador.
Entre las herramientas logopédicas fundamentales
de esta aplicación encontramos:
Historias Evolutivas; permite registrar todos los
datos acerca de la evolución del discapacitado.
Logopedia Asistida es la herramienta principal para
realizar las sesiones de rehabilitación del lenguaje.
Narrador de Historias, Editor de Pronunciación y
Video Juegos controlados por Voz son herramientas
de apoyo y sistematización de los ejercicios
realizados en la opción de Logopedia Asistida.
La Exploración Logopédica Diagnóstica permite
realizar un diagnóstico preliminar de la persona a
rehabilitar con técnicas estandarizadas.
Algoritmo de captación de la señal de voz
En esta sección se esboza el algoritmo asociado a la
captación y manipulación de las señales de voz.
La DLL o manipulador de la interfaz RIGEL_AUDI
se
declara:
PRELOAD,
FIXED
y
NONDISCARDABLE, es decir, la DLL se carga en
memoria del ordenador al iniciarse la aplicación y
no se va a mover ni descargar por el sistema
operativo Windows.
1- Se determina el tamaño del buffer de DMA que
no debe exceder de 64 kb para los canales de
DMA de 8 bits y 128 kb para los de 16 bits.
2- Solicitud del buffer de DMA utlizando el
servicio virtual de DMA.
3- Programación del 8255 para el control de los
dispositivos digitales ubicados en los puestos de
la estación logopédica Visual Voz. El puerto A
se va a utilizar como entrada dando dos tipos de
informaciones:
• Si ha sido presionado alguno de los 2
botones de listo en los puestos para las
personas que reciben la rehabilitación.
• La evaluación de bien, regular y mal que
viene de los 3 botones en el puesto del
logopeda.
El puerto B se va a utilizar de salida, teniendo
dos funciones:
• Activar o desactivar las 2 lámparas de listo
en los 2 puestos de tratamiento.
• Activar o desactivar los circuitos de entrada
y/o salida de audio.
El puerto C se utiliza como salida para activar o
desactivar la lámpara adecuada (bien, regular y
mal) en los puestos de tratamiento, en cada
intervalo de tiempo.
4- Programación del 8253. Aquí se programa la
frecuencia de muestreo de la señal de voz.
5- Programación del 8237 con autoinicialización
del canal programado.
6- Se habilita el convertidor.
Si se va a reproducir una señal almacenada, antes de
habilitar el convertidor, el buffer de DMA se llena
con los primeros N datos, de acuerdo al tamaño
predeterminado del mismo. Tanto para grabar como
para reproducir una vez que se habilita el
convertidor, comienza la función timer de la
aplicación a chequear el contador en el registro de
conteo para realizar las transferencias manteniendo
la continuidad en el recibo o suministro de los datos,
según sea la operación del DMA.
3. DISCUSIÓN
Al diseñar e implementar la estación de tratamiento
logopédico Visual Voz 2.0, se ha pretendido hacer
un pequeño aporte en aras de mejorar la calidad de
vida de personas con discapacidad en el lenguaje
incluyendo a los sordos e hipoacúsicos. Con este
sistema se puede tratar cualquier tipo de trastorno
logopédico.
El Video Voz, al que ya nos hemos referido, ha sido
muy utilizado y aceptado en los tratamientos del
lenguaje en nuestro país y fuera de este también.
Numerosos han sido los ejercicios y terapias
diseñadas por los logopedas, presentados año tras
año en eventos nacionales e internacionales.
La superioridad del Visual Voz 2.0 respecto a sus
similares empleados en Cuba se extracta en unas
pocas palabras: optimización del tiempo a emplear
por individuo tratado, calidad y variedad del servicio
rehabilitador. Este por cada sesión de tratamiento
atiende 2 deficientes logopédicos mientras que los
otros atienden a 1.
La gran cantidad de recursos con que cuenta Visual
Voz 2.0 para enfrentar cualquier trastorno
logopédico (control de la persona bajo tratamiento a
través de la historia evolutiva, narrador y editor de
cuentos, explorador diagnóstico del lenguaje,
logopedia asistida y los videojuegos) contra la única
opción que presenta el Video Voz, que no llega al
nivel de la opción equivalente “Logopedia Asistida”,
deja clara esta superioridad. Mientras, el Speech,
incluyendo además de la representación visual de la
voz, varios videojuegos, evidentemente no llega a la
mitad de las opciones que se puede hacer con Visual
Voz.
Ahora después de toda la potencialidad que se ha
implementado en el Visual Voz 2.0 y constatando el
éxito que tuvo el Video Voz no es difícil hacer un
buen vaticinio sobre la utilidad y éxito del primero.
En pruebas preliminares en algunos niños con
problemas logopédicos, es significativo el nivel de
estimulación que se logra, demandando un mayor
esfuerzo por parte del niño y con gran motivación.
Sin esta u otra herramienta de este tipo, resulta
monótono y aburrido el tratamiento. Todo esto se
refleja en la calidad y menor tiempo de
rehabilitación de esas personas.
El potencial humano para este equipo en nuestro
país asciende a varios miles de personas que hoy en
día asisten a centros de rehabilitación, escuelas
especiales y hospitales en general. Pero su
representación más importante la encontramos en
los niños y adolescentes. En Latinoamérica, Visual
Voz 2.0 podría encontrar gran aceptación debido a
la carencia de medios técnicos adecuados para
enfrentar la educación especial.
Pero de todas las virtudes de las que tiene Visual
Voz, la más importante es la cobertura a la
imaginación y a la creatividad que le brinda al
especialista. Por ejemplo: "el narrador de cuentos"
está diseñado para contar cuentos que el especialista
puede crear según los intereses lingüísticos que
quiera explotar, pero también se puede usar como
laminario y enriquecerlo de acuerdo a los objetivos y
estilos de trabajo. En “Logopedia Asistida” se
pueden generar centenares de tipos de ejercicios
según el criterio de cada especialista con su aporte
personal y creativo.
Visual Voz ha comenzado su etapa más decisiva, al
integrarse como herramienta logopédica en la
escuela especial para trastornos del lenguaje "Miguel
Basilio", ubicada en el municipio del Cerro, C.
Habana.
4. CONCLUSIONES
A pesar del poco tiempo de creado, en el pequeño
círculo de logopedas que lo ha utilizado en calidad
de prueba, se han emitido opiniones alentadoras
acerca del mismo. El camino ha sido muy difícil,
nuestro mejor aliado fue la perseverancia ante las
numerosas contingencias que en estos dos años
enfrentamos. Pero finalmente Cuba cuenta con un
equipo integral para el tratamiento de personas con
patologías logopédicas, competente por su calidad
con los pocos existentes en el orbe y superior a los
existentes en nuestro país lo que cumplimentan
nuestros objetivos iniciales.
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SISTEMA INTEGRAL PARA EL TRATAMIENTO
LOGOPÉDICO: VISUAL VOZ 2.0
ABSTRACT
In this paper, the premises that motivated the creation of the Visual Voz 2.0 are exposed. It is an integral
system designed to rehabilitate people with different problems of the language. The technical description of
this equipment and the algorithm used to record and play the sound signals is exposed. Finally, the advantages
of the Visual Voz over the equipments that have been used in Cuba are discussed