Kehlkopfmodelle in der Stimmforschung und ihre Anwendung

Zusammenfassung

Die menschliche Stimme wird durch zwei vibrierende Stimmlippen im Kehlkopf erzeugt, was beim wachen Patienten nur eingeschränkt direkt im Kehlkopf untersucht werden kann. Experimentelle und numerische Modelle des Kehlkopfs können dabei helfen mehr Informationen zu gewinnen. In diesem Beitrag werden Modelltypen vorgestellt und ihr Einsatz in zwei Studien zur Funktion der Taschenfalten und zur endoskopischen Bestimmung der Gewebeeigenschaften erläutert.

Abstract

In this work, different types of larynx models are introduced and their applications with regard to voice generation are shown with two examples: ventricular folds impact and endoscopic evaluation of vocal fold tissue characteristics.

Lernziel

Dieser Beitrag gibt eine Einführung in Typen und Anwendungen experimenteller und numerischer Modelle des menschlichen Kehlkopfs. Anhand zweier Beispiele wird gezeigt, wie solche Modelle tiefe Einblicke in die Physiologie der Stimmgebung gewähren und sogar in den Diagnostikprozess von Stimmstörungen integriert werden können.

Kernaussagen

• Experimentelle und numerische Modelle sind wichtige Instrumente der Forschung, um einen physikalischen oder biologischen Prozess detaillierter untersuchen zu können.

• In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Kehlkopfmodelle in der Stimmforschung vorgestellt und deren Verwendung für die Medizin anhand von 2 Beispielstudien erörtert.

• Hierbei wird durch Kombination unterschiedlicher Modelltypen eine multimodale Strategie verfolgt, um den Informationsgewinn zu steigern.

Schlüsselwörter

Phonation - Kehlkopfmodelle - Experiment - Computersimulation

Keywords

Larynx models - voice generation - laryngeal endoscopy - computer simulation

Publication History

Article published online:
12 March 2024

• Literatur

• 1 Wendler J, Seidner W, Eysholdt U. Lehrbuch der Phoniatrie und Pädaudiologie. 4. Aufl. Stuttgart: Thieme; 2005
• 2 Ziethe A, Patel R, Kunduk M. et al. Clinical analysis methods of voice disorders. Curr Bioinform 2011; 6: 270-285
• 3 Alipour F, Brücker C, Cook DD. et al. Mathematical models and numerical schemes for the simulation of human phonation. Curr Bioinform 2011; 6: 323-343
• 4 Kniesburges S, Thomson SL, Barney A. et al. In vitro experimental investigation of voice production. Curr Bioinform 2011; 6: 305-322
• 5 Mittal R, Erath BD, Plesniak MW. Fluid dynamics of human phonation and speech. Ann Rev Fluid Mech 2013; 45: 437-467
• 6 Döllinger M, Kobler J, Berry DA. et al. Experiments on analysing voice production: Excised (human, animal) and in vivo (animal) approaches. Curr Bioinform 2011; 6: 286-304
• 7 Birk V, Sutor A, Döllinger M. et al. Acoustic impact of ventricular folds on phonation studied in ex vivo human larynx models. Acta Acust 2016; 102: 244-256
• 8 Birk V, Döllinger M, Sutor A. et al. Automated setup for ex vivo larynx experiments. J Acoust Soc Am 2017; 141: 1349-1359
• 9 Thornton F, Döllinger M, Kniesburges S. et al. Impact of subharmonic and aperiodic laryngeal dynamics on the phonatory process analyzed in ex-vivo rabbit models. Appl Sci 2019; 9: 1963
• 10 Gerstenberger C, Döllinger M, Kniesburges S. et al. Phonation analysis combined with 3d reconstruction of the thyroarytenoid muscle in aged ovine ex vivo. J Voice 2018; 32: 517-524
• 11 Kniesburges S, Birk V, Lodermeyer A. et al. Effect of the ventricular folds in a synthetic larynx model. J Biomech 2017; 55: 128-133
• 12 Scherer RC, Shinwari D, De Witt KJ. et al. Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees. J Acoust Soc Am 2001; 109: 1616-1630
• 13 Brücker C, Kirmse C, Triep M. Feedback of the glottal jet flow with supraglottal wall oscillations. Acta Acust 2016; 102: 240-243
• 14 Thomson SL, Mongeau L, Frankel SH. Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds. J Acoust Soc Am 2005; 118: 1689-1700
• 15 Döllinger M, Gomez P, Patel R. et al. Biomechanical simulation of vocal fold dynamics in adults based on laryngeal highspeed videoendoscopy. PloS ONE 2017; 12: e0187486
• 16 Sadeghi H, Döllinger M, Kaltenbacher M. et al. Aerodynamic impact of the ventricular folds in computational larynx models. J Acoust Soc Am 2019; 145: 2376-2387