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3D-Visualisierung und Analyse von Stimmlippenschwingungen

3D visualization and analysis of vocal fold dynamics

  • Phoniatrie und Pädaudiologie
  • Published:
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Zusammenfassung

Hintergrund

Heutige visuelle Untersuchungsmethoden des Kehlkopfes und der Stimmlippenbewegung erlauben vorwiegend eine zweidimensionale Darstellung der real dreidimensionalen Strukturen und Bewegungen. Die vertikale Bewegungskomponente der Stimmlippen wird meist vernachlässigt, was zu einem Informationsverlust führt. Neuere Studien zeigen, dass die vertikale Komponente in einer ähnlichen Größenordnung wie die laterale Komponente liegt und einen nicht unerheblichen Anteil am Phonationsprozess hat.

Ziel der Arbeit

In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur zukünftigen 3D-Rekonstruktion und Visualisierung endoskopisch aufgezeichneter Stimmlippenschwingungen präsentiert.

Material und Methoden

Das Setup beinhaltet eine Hochgeschwindigkeitskamera (HGK) und ein Laserprojektionssystem (LPS) welches ein regelmäßiges Punktegitter auf die Stimmlippen projiziert. Das System ermöglicht die 3D-Rekonstruktion der Stimmlippenoberflächen und quantitative Aussage über dreidimensionale Auslenkungseigenschaften und Geschwindigkeitswerte. Die Anwendbarkeit der Methodik wird jeweils an einem humanen Kadaverkehlkopf, einem Schweinekehlkopf sowie an einem künstlichen Kehlkopfmodell mit Silikonstimmlippen demonstriert.

Ergebnisse

Der Versuchsaufbau ermöglicht die Rekonstruktion der Topographie der sichtbaren Oberfläche beider Stimmlippen zu jedem Aufnahmezeitpunkt der HGK, wodurch sich die dreidimensionale Oberflächenbewegung der Stimmlippen während der Phonation berechnen lässt. Das Setup erlaubt die quantitative Analyse der Stimmlippenphysiologie bzgl. Auslenkungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungseigenschaften.

Diskussion

Das nächste Ziel ist die Miniaturisierung des LPS für klinische Untersuchungen am Menschen. Hier erwarten wir uns neue Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen 3D-Schwingungseigenschaften und akustischer Signalqualität bei gesunder und kranker Stimmgebung.

Abstract

Background

Visual investigation methods of the larynx mainly allow for the two-dimensional presentation of the three-dimensional structures of the vocal fold dynamics. The vertical component of the vocal fold dynamics is often neglected, yielding a loss of information. The latest studies show that the vertical dynamic components are in the range of the medio-lateral dynamics and play a significant role within the phonation process.

Objectives

This work presents a method for future 3D reconstruction and visualization of endoscopically recorded vocal fold dynamics.

Materials and methods

The setup contains a high-speed camera (HSC) and a laser projection system (LPS). The LPS projects a regular grid on the vocal fold surfaces and in combination with the HSC allows a three-dimensional reconstruction of the vocal fold surface. Hence, quantitative information on displacements and velocities can be provided. The applicability of the method is presented for one ex-vivo human larynx, one ex-vivo porcine larynx and one synthetic silicone larynx.

Results

The setup introduced allows the reconstruction of the entire visible vocal fold surfaces for each oscillation status. This enables a detailed analysis of the three dimensional dynamics (i. e. displacements, velocities, accelerations) of the vocal folds.

Conclusions

The next goal is the miniaturization of the LPS to allow clinical in-vivo analysis in humans. We anticipate new insight on dependencies between 3D dynamic behavior and the quality of the acoustic outcome for healthy and disordered phonation.

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Authors and Affiliations

  1. Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie an der Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Universitätsklinikum Erlangen, Bohlenplatz 21, 91054, Erlangen, Deutschland

    C. Bohr, M. Döllinger & S. Kniesburges

  2. Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Universitätsklinikum Erlangen, Erlangen, Deutschland

    M. Traxdorf

Authors
  1. C. Bohr
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  2. M. Döllinger
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  3. S. Kniesburges
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  4. M. Traxdorf
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Correspondence to C. Bohr.

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Interessenkonflikt

C. Bohr, M. Döllinger, S. Kniesburges und M. Traxdorf geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Alle beschriebenen Untersuchungen am Menschen wurden mit Zustimmung der zuständigen Ethikkommission, im Einklang mit nationalem Recht sowie gemäß der Deklaration von Helsinki von 1975 (in der aktuellen, überarbeiteten Fassung) durchgeführt. Von allen beteiligten Patienten liegt eine Einverständniserklärung vor.

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Redaktion

M. Ptok, Hannover

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Bohr, C., Döllinger, M., Kniesburges, S. et al. 3D-Visualisierung und Analyse von Stimmlippenschwingungen. HNO 64, 254–261 (2016). https://doi.org/10.1007/s00106-016-0122-1

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