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Dreiländertagung D-A-CH
24. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

28. - 30.09.2007, Innsbruck, Österreich

Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Supraglottis auf Phonationseinsatz und Stimmlippendynamik bei gehaltener Phonation

Experimental investigation of epilaryngeal influences on the vocal fold dynamics during phonation and phonation onset

Vortrag

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  • corresponding author presenting/speaker Michael Döllinger - Universitätsklinikum Erlangen, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. Sektion Phoniatrie der Österreichischen Gesellschaft für HNO-Heilkunde, Kopf- und Halschirugie. Schweizerische Gesellschaft für Phoniatrie. Dreiländertagung D-A-CH, 24. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e.V.. Innsbruck, Österreich, 28.-30.09.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. Doc07dgppH01

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgpp2007/07dgpp34.shtml

Veröffentlicht: 28. August 2007

© 2007 Döllinger.
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Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss der Supraglottis auf die Stimmlippendynamik während gehaltener Phonation und auf den Phonationseinsatz. Der experimentelle Ansatz basiert auf exzidierten menschlichen Kehlköpfen in einem sogenanntem Hemilarynx-Setup. Durch die Entfernung einer Stimmlippe wird die Aufsicht auf die gesamte verbleibende Stimmlippe während der Phonation ermöglicht. Oberhalb des exzidierten Kehlkopfes wird ein künstlicher Vokaltrakt mit unterschiedlichen supraglottalen Konfigurationen angebracht. Die Aufzeichnung der dynamischen Vorgänge erfolgte mittels digitaler Hochgeschwindigkeitstechnik.

Die Studien zeigen, dass eine Vergrößerung des horizontalen supraglottalen Gebiets beim Phonationseinsatz zu erhöhtem Phonationsschwelldruck, Luftstrom, Intensität und Grundfrequenz führt.

Bei gehaltener Phonation zeigt sich, dass eine Erweiterung der Supraglottis – bei gleichem subglottalen Druck – eine Erhöhung des Luftstroms verursacht. Des weiteren erhöhen sich Intensität, vertikale und laterale Auslenkungen und maximale Geschwindigkeitswerte der Stimmlippen.

Die Studie bestätigt bisherige Annahmen, dass das Verkleinern des supraglottalen Querschnitts den Phonationsschwelldruck verringert. Ebenso zeigt die Studie, dass die Stimmlippenauslenkungen bei verengter Supraglottis verringert sind. Zukünftige Arbeiten sollen den Einfluss des supraglottalen Gebiets bei unterschiedlichen Pathologien untersuchen. Weiter sollen diese Experimente genutzt werden, um Stimmlippenmodelle und deren Simulationen zu validieren.


Text

Einleitung

Früher nahm die Stimmforschung an, dass die glottale Quelle (Kehlkopf) und der Vokaltrakt unabhängig voneinander agieren. Heute jedoch wird es als selbstverständlich angesehen, dass auftretende Stimmphänomene durch nichtlineare Kopplungen zwischen Quelle und Vokaltrakt hervorgerufen werden: Unterschiedliche Vokaltraktskonfigurationen können unterschiedlichen Einfluss auf die Stimmlippendynamik nehmen. Bei – zum Beispiel – sehr engem supraglottalem Gebiet wurden starke Interaktionen zwischen Vokaltrakt und Stimmlippenschwingungen beobachtet [1], [2].

Numerische Modelle, exzidierte und in vivo Kehlkopfexperimente untersuchten bereits den Einfluss des supraglottalen Gebiets auf Stimmqualität, Phonationseinsatz und Stimmlippendynamik. So zeigten numerische Simulationen, dass eine verengte Supraglottis den Phonationsschwelldruck verringert [1]. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss der Supraglottis auf die Stimmlippendynamik während gehaltener Phonation und auf den Phonationseinsatz. Der verwendete experimentelle Ansatz basiert auf exzidierten menschlichen Kehlköpfen in einem so genanntem Hemilarynx-Setup.

Methode

Das grundsätzliche Prinzip der hier verwendeten Hemilarynxmethode ist wie folgt [3]. 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.

Der Vokaltrakt (Abbildung 2 [Abb. 2]) wurde aus rechtwinkligen Hartplastikstücken gefertigt um die Impedanz ähnlich des Vokals /a/ zu simulieren [4]. Die supraglottale Ebene war als Verlängerung am unteren Ende des künstlichen Vokaltrakts angebracht. Für die Veränderung der supraglottalen Fläche wurden Hartgummieinsätze in das innere der Supraglottis eingebracht. Somit wurde die Fläche der Supraglottis (SG) folgendermaßen variiert: SG1=28.4 mm2, SG2=71.0 mm2, SG3=205.9 mm2, SG4= kein Vokaltrakt wurde verwendet. Eine detaillierte Beschreibung des Vokaltraktsetups ist in [4] zu finden.

Die Aufnahme der Schwingungen erfolgte mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera mit einer Frequenz von 1000 Hz. Die räumliche Auflösung betrug 1024 x 1024 Bildpunkte. Drei menschliche Kehköpfe (2 weibliche W1, W2; ein männlicher M1) wurden untersucht.

Ergebnis

Phonationseinsatz: Eine Vergrößerung des horizontalen supraglottalen Gebiets führt zu erhöhtem Phonationsschwelldruck, Luftstrom, Intensität und Grundfrequenz.

Gehaltene Phonation: Eine Erweiterung der Supraglottis – bei gleichem subglottalen Druck – verursacht eine Erhöhung des Luftstroms. Des weiteren erhöhen sich Intensität, vertikale und laterale Auslenkungen und maximale Geschwindigkeitswerte der Stimmlippen.

Diskussion

Die Studie bestätigt bisherige Annahmen, dass das Verkleinern des supraglottalen Querschnitts den Phonationsschwelldruck verringert. Ebenso zeigt die Studie, dass die Stimmlippenauslenkungen bei verengter Supraglottis verringert sind. Zukünftige Arbeiten sollen den Einfluss des supraglottalen Gebiets bei unterschiedlichen Pathologien untersuchen. Weiter sollen diese Experimente genutzt werden, um Stimmlippenmodelle und deren Simulationen zu validieren.


Literatur

1.
Titze IR, Story BH. Acoustic interactions of the voice source with the lower vocal tract. J Acoust Soc Am. 1997;101(4):2234-43.
2.
Titze IR. The physics of small-amplitude oscillation of the vocal folds. J Acoust Soc Am. 1988;83(4):1536-52.
3.
Döllinger M, Tayama N, Berry DA. Empirical Eigenfunctions and medial surface dynamics of a human vocal fold. Methods Inf Med. 2005;44(3):384-91.
4.
Döllinger M, Berry DA, Montequin DW. The influence of epilarynx area on vocal fold dynamics. Otolaryngology - Head and Neck Surgery. 2006;135:724-9.