Erweiterte Schwingungsanalyse basierend auf der Segmentierung von Glottis und Stimmlippen

Abstract

Hintergrund: Bisherige Ansätze zur computergestützten Analyse der Stimmlippen-(SL-)schwingung aus endoskopischen Hochgeschwindigkeits-(HG-)aufnahmen basieren auf der segmentierten glottalen Fläche. Erfolgt hierbei kein vollständiges Öffnen entlang der gesamten SL-Länge, kann aus der segmentierten Glottis allein nicht auf die absolute Lage der glottalen Öffnung geschlossen werden, was zu Fehlinterpretationen bei der Schwingungsanalyse führt.Material und Methoden: Mittels eines Neuronalen Netzes werden sowohl die SL als auch die Glottis vollautomatisch segmentiert. Anschließend werden für jede SL die anatomischen Landmarken processus vocalis sowie vordere Kommissur bestimmt. Die dadurch definierten individuellen Schwingungsachsen erlauben eine exakte Lagebestimmung der glottalen Achse im Bezug zur SL-Länge und können in einer phonovibrogrammbasierten Analyse berücksichtigt werden. Anhand klinischer HG-Aufnahmen von gesunden und pathologischen Probanden (stationäre und nicht-stationäre Phonation) werden Ergebnisse dieser erweiterten Schwingungsanalyse exemplarisch vorgestellt und diskutiert.Ergebnisse: Die vollständige Segmentierung der SL ermöglicht erstmalig die Beschreibung der SL-Dynamik entlang der gesamten SL-Länge und ist nicht auf die Lage der Glottis beschränkt. Die abgeleiteten Phonovibrogramme ermöglichen sowohl für physiologische als auch für pathologische Schwingungen eine präzisierte Interpretation des zugrundeliegenden Schwingungsvorganges. Die Segmentierung der SL erlaubt weiterhin die Bewertung von Asymmetrien im Muskeltonus, wie sie beispielsweise bei einer einseitigen Recurrensparese vorliegen können. Analysierte Stimmeinsätze und Glissandi demonstrieren, dass mittels individueller Schwingungsachsen für stationäre sowie für nicht-stationäre Phonationen eine präzise Beschreibung der SL-Dynamik erzielt werden kann.Diskussion: Auf der Segmentierung der Glottis beruhende Ansätze erlauben lediglich die Analyse der Schwingungsdynamik für den sich öffnenden Bereich der SL. Durch die zusätzliche Segmentierung der SL ist es in dieser Arbeit erstmalig gelungen, die Lage und relative Größe der Glottis in direkten Bezug zur SL-Länge zu setzen. Dadurch wird eine präzisierte Beschreibung der SL-Dynamik erreicht, was einen verbesserten Vergleich der Schwingungsdynamik erlaubt.Fazit: Basierend auf den segmentierten SL erlaubt der vorgestellte Ansatz erstmalig eine präzise SL-individuelle Schwingungsanalyse entlang der gesamten SL-Länge und ermöglicht damit verbesserte intra- sowie interindividuelle Vergleiche