Generierung einer Normkarte von Stimmlippenschwingungen basierend auf einer waveletbasierten Analyse von Phonovibrogrammen

Abstract

Hintergrund: In Verbindung mit der Hochgeschwindigkeits-Laryngoskopie ermöglicht das Phonovibrogramm (PVG) eine kompakte Visualisierung von Stimmlippen(SL)-Schwingungen. Mittels waveletbasierter PVG-Analyse lässt sich zudem eine präzise Quantifizierung der SL-Dynamik erreichen. Innerhalb des Verfahrens wird ein zu analysierender PVG-Datensatz in einen 3D-Referenzparameterraum projiziert, welcher aus 100 Videoaufnahmen stimmgesunder Probanden mittels Hauptkomponentenanalyse (engl.: PCA) generiert wurde. Der so konstruierte Parameterraum dient als physiologische Norm und stellt eine quantitative Repräsentation der charakteristischen Schwingungseigenschaften von SL dar. Infolge des Projektionsschrittes hängen die projizierten Ergebnisse (Eigenwerte) im PCA-Raum direkt von den verwendeten Referenzdatensätzen ab und sind daher nicht eindeutig.Material und Methoden: Es wird ein Verfahren zur Normierung der PCA-Raumrepräsentation vorgestellt, um eine direkte Vergleichbarkeit von auf Basis unterschiedlicher Referenzdaten ermittelten Ergebnissen zu ermöglichen. Die Normierung basiert auf synthetisch generierten eindeutigen PVG-Mustern, die in individuelle PCA-Räume projiziert und unter Verwendung eines Registrierungsansatzes auf einen normierten PCA-Raum abgebildet werden können.Die Validierung erfolgt über verschiedene Referenzdatensätzen, die aus einem Pool von 100 stimmgesunden Probanden als Stichproben unterschiedlicher Größe (N=10,...,90) gezogen werden. Die relative Abweichung der projizierten Ergebnisse von 20 Testdatensätzen (10 gesund, 5 Paresen, 5 funktionelle Dysphonien) in verschiedenen normierten Projektionen dient als Maß zur Beurteilung der Güte der Normierung.Ergebnisse: Für die Normierung der PCA-Räume ist eine affine Transformation als Registrierungsansatz hinreichend. Es zeigt sich ein systematischer Zusammenhang zwischen der Anzahl an verwendeten Referenzdatensätze und der Genauigkeit der Normierung. Für eine verlässliche Projektion der Schwingungsmuster in den PCA-Raum (relative Abweichung <1%) muss dieser aus mindestens 60 Probanden konstruiert werden.Diskussion: Der vorgestellte Normalisierungsansatz erweitert zuverlässig das von Unger et al. vorgestellte Verfahren zur waveletbasierten PVG-Analyse. Durch Registrierung synthetischer PVG-Formen auf einen normierten PCA-Raum lässt sich in Anlehnung an das Basisprotokoll der European Laryngological Society eine Normkarte generieren, welche die glottalen Schwingungstypen eindeutig repräsentiert