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23. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

15. - 17.09.2006, Heidelberg

Experimentelle Untersuchung der dreidimensionalen Stimmlippendynamik

Vortrag

  • corresponding author presenting/speaker Michael Döllinger - Universitätsklinikum Erlangen, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Germany
  • author Arno Bößenecker - Universitätsklinikum Erlangen, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Germany
  • author Frank Rosanowski - Universitätsklinikum Erlangen, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Germany
  • author Ulrich Eysholdt - Universitätsklinikum Erlangen, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Germany
  • author Jörg Lohscheller - Universitätsklinikum Erlangen, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Germany

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. 23. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. Heidelberg, 15.-17.09.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. Doc06dgppV44

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgpp2006/06dgpp65.shtml

Veröffentlicht: 5. September 2006

© 2006 Döllinger et al.
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Zusammenfassung

Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der gesunden dreidimensionalen Stimmlippendynamik bei unterschiedlichen Phonationsanregungen. Speziell wurde der mediale und obere Teil der Stimmlippen auf die vorkommenden dynamischen Vorgänge hin analysiert. Die verwendete experimentelle Methode basiert auf der Untersuchung an einem sogenannten Hemilarynx Aufbau. Hierbei wurde ein exzidierter menschlicher Kehlkopf verwendet, bei dem durch die Entfernung einer Stimmlippe die Aufsicht auf die gesamte verbleibende Stimmlippe ermöglicht wurde. Dies erlaubte die Beobachtung der Stimmlippendynamik entlang des gesamten freien Stimmlippenrandes. Die Aufzeichnung der dynamischen Vorgänge erfolgte mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera. Die vorkommenden dreidimensionalen Bewegungsrichtungen und die daraus errechneten Geschwindigkeiten der Stimmlippe wurden ausgewertet.

Diverse dynamische Eigenschaften konnten unterschiedlichen Stimmlippenbereichen zugeordnet werden. Die Auslenkungen der Stimmlippe erhöhten sich von inferior nach superior. Eine 180° Phasenverschiebung von inferior nach superior in lateraler Bewegungsrichtung konnte identifiziert werden. Ebenso wurde eine weniger ausgeprägte Phasenverschiebung in vertikaler Bewegungsrichtung - von inferior nach superior - bestimmt.

Da die Zusammenhänge und das Zusammenspiel der auftretenden dreidimensionalen Stimmlippendynamiken immer noch wenig bekannt sind, sollen die hier präsentierten Ergebnisse weiteren Aufschluss darüber ermöglichen.


Text

Einleitung

Die Dynamik der Stimmlippen wird klinisch mittels endoskopischer Stroboskopie- oder Hochgeschwindigkeitstechnik untersucht. Hierbei wird der von oben sichtbare Anteil der Stimmlippen eingesehen und analysiert [1]. Die beobachtbaren Gewebeschwingungen als auch die Randkantenverschiebung resultieren jedoch aus einem von kaudal nach kranial verlaufenden Bewegungsvorgang der Stimmlippen. In den letzten Jahren wurden diverse synthetische und numerische Ansätze entwickelt, um die Randkantenverschiebung entlang der gesamten Stimmlippenoberfläche zu untersuchen. Der in dieser Studie verwendete Hemilarynxansatz erlaubt ebenfalls die Untersuchung der Stimmlippendynamik entlang der gesamten freien Stimmlippenoberfläche bei exzidierten Kehlköpfen und liefert neue Erkenntnisse über die auftretenden Vorgänge [2].

Methode

Das grundsätzliche Prinzip der hier verwendeten Hemilarynxmethode ist wie folgt [2]. Der verwendete Kehlkopf wird zunächst freigelegt. Anschließend wird die Luftröhre ca. 5 cm unterhalb des Kehlkopfes abgetrennt. Der kraniale Resektionsrand wird so gewählt, dass dieser im Bereich des kaudalen Abhanges der Taschenfalten liegt. Die Aufsicht auf die mediale Oberfläche einer Stimmlippe wird ermöglicht, indem die gegenüberliegende Stimmlippe entfernt wird (Abbildung 1 [Abb. 1]). Schwarze Nylonnähte werden entlang der gesamten freien Stimmlippenoberfläche platziert, um aus deren Bewegungen später die Auslenkungen der Stimmlippe berechnen zu können. Die Luftröhre wird über ein Stahlrohr gestülpt, durch das Luft insuffliert wird, um die Stimmlippe analog der physiologischen Bedingungen zu Schwingungen anzuregen. An Stelle der entfernten Stimmlippe wird als „Ersatz“ eine Glasplatte angebracht, welche das Entweichen der Luft verhindert. Am Aryknorpel werden unterschiedliche Gewichte mit Nylonfäden fixiert und entsprechend der physiologischen Situation die Adduktionsprozesse der Stimmlippen simuliert. Die zur Phonation benötigte Luft wird mit 37°C warmen Wasser erwärmt und angefeuchtet.

Die Aufnahme der Schwingungen erfolgte mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera mit einer Frequenz von 4000 Hz. Die räumliche Auflösung beträgt 512 x 512 Bildpunkte.

24 Aufnahmen wurden bei gehaltener Phonation über ein Zeitfenster von 100 ms durchgeführt und die Ergebnisse darüber gemittelt. Die maximalen Auslenkungs- und Geschwindigkeitsverteilungen entlang der Stimmlippenoberfläche wurden untersucht.

Der Schwerpunkt lag in der Analyse der zeitlichen Phasenunterschiede der auftretenden Schwingungsamplituden, was einen Einblick in die Randkantenverschiebung und Stimmlippengeometrien während der Phonation ermöglicht.

Ergebnis

Die maximalen Auslenkungen der Stimmlippen erhöhten sich von inferior nach superior und waren vor allem in den medialen Bereichen (C3,C4) besonders ausgeprägt. Die größten Auslenkungen wurden lateral entlang L5 und L6 berechnet (ca. 1,9 mm). Vertikal waren die Auslenkungen entlang L5 am größten (ca. 1,2 mm). Die sagittalen Bewegungen waren hingegen deutlich reduziert (ca. 0,3 mm). Die Verteilung der maximalen Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte war ähnlich der Verteilungen für maximale laterale/vertikale Auslenkungen.

Eine 180° Phasenverschiebung der Schwingungsamplituden von inferior nach superior in lateraler Bewegungsrichtung konnte identifiziert werden. Hierbei war ein besonders deutlicher Phasenunterschied beim Übergang von medial (L4) zu superior (L5) zu erkennen (60°-80°). Eine etwas weniger ausgeprägte Phasenverschiebung in sagittaler Bewegungsrichtung wurde ermittelt (ca. 140°). In vertikaler Bewegungsrichtung trat eine Phasenverschiebung von lediglich 70° zwischen inferior und superior auf.

Das Auftreten der maximalen Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte zeigte ebenfalls eine deutliche zeitliche Verzögerung (Phasensprung) beim Übergang von medialer (L4) zu oberer (L5) Stimmlippenfläche (40°-80°)

Diskussion

Die vorgestellte Arbeit liefert Daten über die 3D-Dynamik entlang der Stimmlippenoberfläche, welche sich vorwiegend von inferior nach superior ausbreitet. Wie in früheren theoretischen Modellen errechnet, konnte gezeigt werden, dass die Randkantenverschiebung im unteren Teil der Stimmlippen entsteht und sich nach oben hin vergrößert. Die gegenläufige Bewegung zwischen unterem und oberen Teil der Stimmlippen sowie der deutliche „Phasensprung“ zwischen medialer und oberer Stimmlippenfläche deutet auf eine Veränderung der dynamischen Eigenschaften der Randkantenverschiebung während des Ausbreitens hin.


Literatur

1.
Rasp O, Lohscheller J, Doellinger M, Eysholdt U, Hoppe U. The Pitch Rise Paradigm: A New Task for Real-Time Endoscopy of Non-Stationary Phonation. Folia Phoniatr Logop. 2006;58:175-85.
2.
Döllinger M, Berry DA. Computation of the three-dimensional medial surface dynamics of the vocal folds. J Biomech. 2006;39(2):369-74.