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The Visible Human Voice
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Autoren
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Jörg Lohscheller
- Hochschule Trier, Trier, Deutschland
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Jakob Unger
- Hochschule Trier, Trier, Deutschland
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Bernhard Schick
- Universität des Saarlandes, Homburg, Deutschland
| Veröffentlicht: | 2. September 2014 |
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Gliederung
Zusammenfassung
Hintergrund: Die Hochgeschwindigkeits-(HG)-Laryngoskopie ist gegenwärtig das Untersuchungsverfahren der Wahl zur Erfassung stationärer und nicht-stationärer Phonationsprozesse. Es existiert eine Vielzahl von Forschungsarbeiten, die unter Verwendung von Verfahren der Bild- und Signalverarbeitung, der Mustererkennung und des maschinellen Lernens eine objektive Analyse der Stimmlippendynamik anstreben. Ein direkter Vergleich der in der Literatur vorgestellten Analyseverfahren wird im Allgemeinen dadurch erschwert bzw. unmöglich gemacht, dass die Verfahren jeweils an individuellen Datensätzen validiert werden. Evidenzbasierte Aussagen über die Stärken und Schwächen der verschiedenen Ansätze, die auf Basis der Literatur gewonnen werden, sind gegenwärtig daher nur schwer möglich,
Material und Methoden: Eine allgemein zugängliche Datenbasis, welche der wissenschaftlichen Gemeinschaft zum einen das Datenmaterial und zum anderen die darauf beruhenden Ergebnisse als Rohdaten zur Verfügung stellt, ermöglicht unter wissenschaftlichen Aspekten einen verbesserten objektiven Vergleich von verschiedenen Forschungsansätze. Im Rahmen eines von der DFG geförderten Projektes zur Analyse der Stimmlippendynamik wurde eine internetbasierte Plattform zum Austausch von Forschungsergebnissen entwickelt. Gegenwärtig stellt die Plattform 100 HG-Videos gesunder und pathologischer Stimmlippenschwingungen zur Verfügung.
Ergebnisse: Neben den HG-Videos werden auf der Plattform ebenfalls die daraus gewonnenen Segmentierungsergebnisse sowie die extrahierten Phonovibrogramme (Lohscheller et al. 2008) bereitgestellt. Der Zugang ist Wissenschaftlern nach einer Registrierung möglich. Die Plattform erlaubt es Wissenschaftlern weiterhin, eigene Datensätze und Ergebnisse der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung zu stellen.
Diskussion: Erst eine gemeinschaftlich genutzte Datenbasis ermöglicht einen direkten Vergleich von Forschungsansätzen und fördert den Prozess des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns.
Text
Hintergrund
Eine Vielzahl nationaler und internationaler Forschergruppen arbeitet an der Entwicklung von Methoden, die zukünftig eine quantitative und damit evidenzbasierte Analyse der Stimmlippendynamik ermöglichen. Dabei werden unterschiedliche Ansätze verfolgt, die von numerischen Simulationen der zumeist isoliert betrachteten Stimmlippendynamik, über ex-vivo Experimente in Strömungskanälen bis zu klinisch orientierten in-vivo Untersuchungen von Stimmlippenschwingungen reichen. Allen Ansätzen liegt das gemeinsame Ziel zugrunde, ein verbessertes Verständnis über die Entstehung von Stimme und deren pathologischen Prozessen zu erlangen.
Die Plausibilitätsprüfung von Ergebnissen insbesondere bei numerischen Simulationen und ex-vivo Experimenten erfordert den Abgleich mit den in-vivo beobachteten Prozessen. Eine umfassende klinische Kenntnis der gesamten Bandbreite der im Menschen beobachtbaren physiologischen und pathologischen Prozesse der Stimmlippendynamik ist somit die grundlegende Voraussetzung für den gesamten Bereich der quantitativen Stimmforschung.
Die Hochgeschwindigkeits-(HG)-Laryngoskopie ist gegenwärtig das Untersuchungsverfahren der Wahl zur klinischen Beobachtung und Beschreibung stationärer und nicht-stationärer Phonationsprozesse. Es existiert eine Vielzahl von Arbeiten, die unter Verwendung von Verfahren der Bild- und Signalverarbeitung, der Mustererkennung und des maschinellen Lernens eine objektive Analyse der Stimmlippendynamik anstreben [1]. Ein direkter Vergleich der verschiedenen in der Literatur vorgestellten Analyseverfahren wird im allgemeinen dadurch erschwert bzw. unmöglich gemacht, dass die vorgestellten Verfahren jeweils an individuellen Datensätzen validiert werden. Evidenzbasierte Aussagen über die Stärken und Schwächen der verschiedenen Ansätze, die auf Basis der Literatur gewonnen werden, sind daher gegenwärtig nur schwer möglich, was den wissenschaftlichen Wissenstransfer und -gewinn erheblich limitiert.
Eine allgemein zugängliche Datenbasis, welche der wissenschaftlichen Gemeinschaft zum einen das klinische Datenmaterial und zum anderen die darauf beruhenden Ergebnisse zur Verfügung stellt, ermöglicht unter wissenschaftlichen Aspekten einen verbesserten objektiven Vergleich der verschiedenen Forschungsansätze.
Material und Methoden
Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes (DFG LO1413/2-1) zur Analyse der Stimmlippendynamik wurde eine internetbasierte Plattform zur Bereitstellung und zum Austausch von Forschungsergebnissen entwickelt. Initial stellt die Plattform 100 HG-Videos gesunder und pathologischer Stimmlippenschwingungen zur Verfügung. Alle endoskopischen Hochgeschwindigkeitsuntersuchungen wurden mit den System Endocam 5562 der Firma Richard-Wolf mit 4000 Bildern pro Sekunde erhoben.
Ergebnisse
Auf der Plattform werden neben den klinischen Daten als zugehörige Ergebnisse weiterhin die extrahierten Stimmlippenkonturen [2] sowie die damit verbundenen Phonovibrogramme [3] zur Verfügung gestellt. Alle Ergebnisse werden entweder als MATLAB®-Datendatei (*.mat) oder als Binärdatei als Download bereitgestellt. Weiterhin kann auf die erforderlichen Matlab-Skripte und Funktionen zugegriffen werden, mit denen die heruntergeladenen Daten innerhalb der MATLAB®-Entwicklungsumgebung geladen werden können. Dies ermöglicht einen einfachen Zugriff auf die Daten und die Möglichkeit einer individuellen Datenverarbeitung.
Der passwortgeschützte Zugang zu dem Portal ist Wissenschaftlern erst nach einer Registrierung möglich. Die Plattform erlaubt es diesen Wissenschaftlern, auch weitere Untersuchungsdaten bzw. zu jedem bereits vorliegenden Datensatz eigene Ergebnisse hochzuladen und so der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung zu stellen.
Diskussion
Die hier vorgestellte Plattform verfolgt entsprechend dem „Visible Human Projekt“ das Ziel, zur Förderung der Transparenz und der Vergleichbarkeit von Forschungsansätzen eine Plattform für eine gemeinschaftlich genutzte wissenschaftliche Datenbasis zur Verfügung zu stellen. Diese Plattform soll in Zukunft einen objektiven Vergleich von Forschungsansätzen fördern und den Prozess des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns bereichern.
Literatur
- 1.
- Deliyski DD, Hillman RE. State of the art laryngeal imaging: research and clinical implications. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 2010 Jun;18(3):147-52. DOI: 10.1097/MOO.0b013e3283395dd4
- 2.
- Lohscheller J, Toy H, Rosanowski F, Eysholdt U, Döllinger M. Clinically evaluated procedure for the reconstruction of vocal fold vibrations from endoscopic digital high-speed videos. Med Image Anal. 2007 Aug;11(4):400-13. DOI: 10.1016/j.media.2007.04.005
- 3.
- Lohscheller J, Eysholdt U, Toy H, Döllinger M. Phonovibrography: mapping high-speed movies of vocal fold vibrations into 2-D diagrams for visualizing and analyzing the underlying laryngeal dynamics. IEEE Trans Med Imaging. 2008 Mar;27(3):300-9. DOI: 10.1109/TMI.2007.903690
