Stimmlippen-Analyse

In Zusammenarbeit mit der Richard Wolf GmbH (Knittlingen) sowie der Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie des Universitätsklinikums Erlangen hat das Fraunhofer IIS ein Kamerasystem entwickelt, das nun von der Firma Richard Wolf vertrieben wird.

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Aufzeichnung von Bewegungsabläufen im Kehlkopf und Schwingungen der Stimmlippen mit Hochgeschwindigkeitskameras

Stimmlippen

Sitmmlippenanalyse Glottis
© Foto Fraunhofer IIS

Sitmmlippenanalyse, Glottis

Die Stimmlippen des Menschen schwingen im Normalfall des Sprechens mit einer Grundfrequenz von etwa 120 Hz bei Männern und 250 Hz bei Frauen. Da das visuelle Wahrnehmungssystem des Menschen nur Bildfolgen mit einer Bildrate von bis zu 25 Einzelbildern pro Sekunde differenzieren kann, bedarf es zur klinischen Untersuchung von Stimmlippenschwingungen einer Methode, mit der die schnellen Bewegungsabläufe im Kehlkopf entsprechend hochfrequent aufgenommen und verlangsamt wiedergegeben werden können.

In Zusammenarbeit mit der Richard Wolf GmbH (Knittlingen) sowie der Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie des Universitätsklinikums Erlangen hat das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS ein Kamerasystem entwickelt, das nun von der Firma Richard Wolf vertrieben wird.

Kamerasystem

Stimmlippenanalyse, Einzelbild
© Foto Fraunhofer IIS

Stimmlippenanalyse, Einzelbild

Das Hochgeschwindigkeitsaufnahmesystem besteht aus einem Kamerakopf, einer Kamerasteuerung sowie einer Schnittstelle zu einem kombinierten Steuerungs-, Archivierungs- und Auswertungsrechner. Der CMOS-Bildsensor im Kamerakopf besitzt eine räumliche Auflösung von 256 x 256 Bildpunkten. Die maximale zeitliche Auflösung (Aufnahmebildrate) liegt bei 4000 Bildern pro Sekunde. Die maximale Aufnahmedauer beträgt in diesem System zwei Sekunden. An den Kamerakopf ist ein abnehmbares 90°-Lupenlaryngoskop der Firma Richard Wolf für die endoskopische Betrachtung des Kehlkopfes adaptiert.

Auswertung

Stimmlippenanalyse, Kymo
© Foto Fraunhofer IIS

Neben dem reinen Betrachten der archivierten Stimmlippenschwingungen im langsamen Wiedergabemodus stehen bei der Auswertung zwei Aspekte im Vordergrund: Die Visualisierung und Begutachtung der Bewegung mittels sogenannter digitaler Kymogramme, und die automatische Bewegungs- und Frequenzanalyse der Stimmlippenschwingungen. Beide Verfahren ermöglichen eine Datenreduktion der Aufnahme um circa 90 Prozent. Bei der digitalen Kymographie werden aus allen Einzelbildern einer Bildfolge Bildzeilen mit identischen Parametern (x, y, a) ausgetastet und um 90° rotiert zu einem Streifenbild zusammengesetzt.

Auf einem Kymogramm sind die Bewegungen der Stimmlippen mit einem einzigen Blick zu erfassen. Insbesondere Abweichungen von Symmetrie und Periodizität der Schwingung lassen sich leicht erkennen und für die Diagnose von funktionellen Stimmstörungen verwenden. Neben der Visualisierung steht die Parameterextraktion der Schwingungen. Mittels eines halbautomatischen Verfahrens zur Bewegungsanalyse lassen sich aus den aufgenommenen Bildsequenzen zunächst Bewegungskurven (Trajektorien) berechnen. Daraus werden wiederum aussagekräftige und objektive Parameter wie die phonatorische Grundfrequenz, die Einschwingzeit, Amplituden, Periodenlängen für beide Stimmlippen getrennt berechnet.

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Broschüre

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