Article
Methodik: Analyse induzierter Asymmetrien mittels 3D-Rekonstruktion der Stimmlippenoberfläche bei in vitro Versuchen
Search Medline for
Authors
Published: | September 2, 2014 |
---|
Outline
Zusammenfassung
Hintergrund: Im Allgemeinen zeichnet sich eine gesunde Stimme durch periodische und links-rechts symmetrische Oszillation der Stimmlippen aus. Im Falle einer funktionellen Dysphonie weicht das Schwingungsmuster von dem einer gesunden Stimme ab, wobei die links-rechts Asymmetrie der Stimmlippen eine entscheidende Rolle einnimmt. Im Rahmen von in vitro Experimenten können die Versuchsbedingungen definiert eingestellt werden und ermöglichen eine systematische Untersuchung der Auswirkung von Asymmetrien auf den Phonationsprozess. Durch High-Speed-Endoskopie (HSE) kann die Stimmlippenbewegung verlangsamt dargestellt und analysiert werden. Hierbei ist die Untersuchung des Bewegungsmusters jedoch auf zwei Dimensionen (lateral und longitudinal) begrenzt.
Material und Methoden: Die Kombination von HSE und einem Laserprojektionssystem (LPS) ermöglicht es die dreidimensionale Bewegung der Stimmlippenoberfläche darzustellen. Das LPS erzeugt ein reguläres Punktegitter auf der sichtbaren Stimmlippenoberfläche. Diese Punkte werden genutzt, um mittels Stereotriangulation die Oberfläche dreidimensional zu rekonstruieren. Durch Rotation der Aryknorpel in einem in vitro Experiment, wurden Stimmlippenasymmetrien künstlich erzeugt, um eine funktionelle Dysphonie nachzustellen. Die Stimmlippenoberfläche wurde bei einer gehaltenen Phonation mit dem oben beschriebenen System aufgenommen.
Ergebnisse: Mit einem Aryknorpelmanipulator konnten definierte Asymmetrien der Stimmlippen induziert werden. Mit einem Fehler von weniger als 15 µm konnte die 3D-Stimmlippenbewegung rekonstruiert werden. Exemplarische Daten für symmetrische sowie asymmetrische Stimmlippenschwingungen im Rahmen eines in vitro Experiments werden vorgestellt.
Diskussion: Das vorgestellte System erlaubt es die Oberflächenbewegung der Stimmlippen dreidimensional darzustellen. Somit Im Folgenden können objektive, 3D-basierte Parameter aus der Stimmlippenbewegung extrahiert und zur (induzierten) Asymmetrie und zu akustischen Parametern korreliert werden.
Text
Hintergrund
Im Allgemeinen zeichnet sich eine gesunde Stimme durch periodische und links-rechts symmetrische Oszillation der Stimmlippen aus. Im Falle einer funktionellen Dysphonie weicht das Schwingungsmuster von dem einer gesunden Stimme ab, wobei die links-rechts Asymmetrie der Stimmlippenschwingungen eine entscheidende Rolle einzunehmen scheint [1]. Im Rahmen von in vitro Experimenten können die Versuchsbedingungen definiert eingestellt werden und ermöglichen somit eine systematische Untersuchung der Auswirkung von induzierten Asymmetrien auf den Phonationsprozess. Durch High-Speed-Endoskopie (HSE) kann die Stimmlippenbewegung verlangsamt dargestellt und analysiert werden. Hierbei ist die Untersuchung des Bewegungsmusters jedoch auf zwei Dimensionen (lateral und longitudinal) begrenzt. Folgende Methode ermöglicht es auch die Bewegung in der dritten bzw. vertikalen Raumrichtung der Stimmlippen zu berücksichtigen.
Material und Methoden
Die Kombination von HSE (4000 fps) inklusive Endoskop und einem Laserprojektionssystem (LPS), vgl. Abbildung 1 [Abb. 1], ermöglicht es die dreidimensionale Bewegung der Stimmlippenoberfläche darzustellen [2]. Das LPS emittiert ein Bündel von 20x20 Laserstrahlen, zur Erzeugung eines regulären Gitters auf der Stimmlippenoberfläche. Diese Punkte werden genutzt, um mittels Stereotriangulation die Oberfläche dreidimensional zu rekonstruieren. Abbildung 2 [Abb. 2] zeigt eine beispielhafte Aufnahme eines exzidierten menschlichen Kehlkopfes mit Lasergitter und die daraus interpolierte dreidimensionale Oberfläche der Stimmlippen inklusive Glottis.
In einem in vitro Experiment an exzidierten Kehlköpfen wurden durch Rotation der Aryknorpel Stimmlippenasymmetrien künstlich erzeugt, um funktionell basierte Dysphonien nachzustellen. Die dreidimensionale Bewegung der Stimmlippenoberfläche wurde bei gehaltener Phonation rekonstruiert.
Ergebnisse
Mit der oben beschriebenen Methode konnten definierte Asymmetrien der Stimmlippen induziert werden. Mit einem Fehler von weniger als 15 µm konnte die 3D-Stimmlippenbewegung rekonstruiert werden. Messergebnisse für symmetrische sowie asymmetrische Stimmlippenschwingungen im Rahmen eines in vitro Experiments werden vorgestellt.
Diskussion und Fazit
Das vorgestellte System erlaubt es die Oberflächenbewegung der Stimmlippen dreidimensional zu erfassen. Somit können objektive, 3D-basierte Parameter aus der Stimmlippenbewegung extrahiert und zur (induzierten) Asymmetrie und zu akustischen Parametern korreliert werden.
Literatur
- 1.
- Altman KW, Atkinson C, Lazarus C. Current and emerging concepts in muscle tension dysphonia: a 30-month review. J Voice. 2005 Jun;19(2):261-7. DOI: 10.1016/j.jvoice.2004.03.007
- 2.
- Luegmair G, Kniesburges S, Zimmermann M, Sutor A, Eysholdt U, Döllinger M. Optical reconstruction of high-speed surface dynamics in an uncontrollable environment. IEEE Trans Med Imaging. 2010 Dec;29(12):1979-91. DOI: 10.1109/TMI.2010.2055578