Imaging of vocal fold vibration by digital multi-plane kymography

Tigges, Monika; Wittenberg, Thomas; Mergell, Patrick; Eysholdt, Ulrich

doi:10.1016/s0895-6111(99)00030-0

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“…Some of these features cannot be perceived without special tools, such as kymography. Several new image processing techniques [7,8,[10][11][12][13][14][15] allow for the registration and objective measurement of vocal fold features. However, the questions of selecting the most representative segments for applying these techniques, demonstrating their validity and reliability, and making them intuitive for clinical application, remain open.…”

Section: Methodological Challengesmentioning

confidence: 99%

“…Therefore, HSV by default overcomes the above limitations of stroboscopy and VKG providing for the possibility of more accurate objective quantification of the vocal fold vibratory behavior. Moreover, the existing duality between HSV and DKG [7,8] makes HSV uniquely suited for either spatial or kymographic representation of the same content. It is important to note that high-speed motion films have been used for studying the motion of the vocal folds [9] long before the development of commercial systems for laryngeal videostroboscopy.…”

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confidence: 99%

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Clinical Implementation of Laryngeal High-Speed Videoendoscopy: Challenges and Evolution

Deliyski

Petrushev

Bonilha

et al. 2007

Folia Phoniatr Logop

156

143

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High-speed videoendoscopy (HSV) captures the true intracycle vibratory behavior of the vocal folds, which allows for overcoming the limitations of videostroboscopy for more accurate objective quantification methods. However, the commercial HSV systems have not gained widespread clinical adoption because of remaining technical and methodological limitations and an associated lack of information regarding the validity, practicality, and clinical relevance of HSV. The purpose of this article is to summarize the practical, technological and methodological challenges we have faced, to delineate the advances we have made, and to share our current vision of the necessary steps towards developing HSV into a robust tool. This tool will provide further insights into the biomechanics of laryngeal sound production, as well as enable more accurate functional assessment of the pathophysiology of voice disorders leading to refinements in the diagnosis and management of vocal fold pathology. The original contributions of this paper are the descriptions of our color high-resolution HSV integration, the methods for facilitative playback and HSV dynamic segmentation, and the ongoing efforts for implementing HSV in phonomicrosurgery, as well as the analysis of the challenges and prospects for the clinical implementation of HSV, additionally supported by references to previously reported data.

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Section: Methodological Challengesmentioning

confidence: 99%

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Clinical Implementation of Laryngeal High-Speed Videoendoscopy: Challenges and Evolution

Deliyski

Petrushev

Bonilha

et al. 2007

Folia Phoniatr Logop

156

143

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“…Mittels HG-Aufnahmeserien lassen sich die von Titze vorhergesagten Kategorien von Irregularitäten unterscheiden: Seitendifferenzen entsprechen einer Rechts-links-Asymmetrie [27,15], und Schwingungen in Längsrichtung der Stimmlippen entsprechen einer dorso-ventralen Asymmetrie [29].…”

Section: Asymmetrie In Zwei Dimensionenunclassified

Heiserkeit durch irreguläre Stimmlippenschwingungen - von der theoretischen Vorhersage bis zum klinischen Nachweis

Eysholdt¹,

Toy²,

Lohscheller³

et al. 2005

Sprache Stimme Gehör

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ZusammenfassungHintergrund: Heiserkeit entsteht durch Luftverlust und irreguläre Stimmlippenschwingungen. Seitdem es möglich ist, Stimmlippenschwingungen mitsamt Irregularitäten in Echtzeit zu visualisieren, haben sie eine klinische Bedeutung erhalten. Methode: Die Stimmlippenschwingung wird mit 4000 Bildern/Sekunde aufgenommen (digitale Hochgeschwindigkeits-Videokamera). Bereits die Betrachtung der verlangsamt abgespielten Aufnahmen (¹Zeitlupeª) zeigt zwei wesentliche Kategorien von Irregularitäten: seitendifferente Stimmlippenschwingungen und longitudinale Schwingungsmoden, die sich von dorsal nach ventral ausbreiten. Mit einer eigens entwickelten BildverarbeitungsSoftware werden die Bilddaten zu Mehrlinien-Kymogrammen und Contour-Diagrammen komprimiert, die für Auswertung geeignet sind. Ergebnisse: Während Bildverarbeitung zum diagnostischen Standard von HG-Aufnahmetechniken gehört, ist die Interpretation mit einem biomechanischen Modell, also die numerisch-mathematische Lösung eines Systems von Differentialgleichungen bislang nur von experimenteller Bedeutung. Damit lassen sich irreguläre Schwingungsformen der Stimmlippen physikalisch erklären sowie ± indirekt ± Parameter berechnen, die entscheidend die Schwingung beeinflussen, aber einer direkten Messung nicht zugänglich sind: der subglottische Druck und der muskuläre Tonus rechts und links. Diskussion: Zwei Kategorien von Irregularitäten lassen sich klinischen Störungsbildern zuordnen: unterschiedliche Grundfrequenzen der beiden Stimmlippen (erklärbar durch Asymmetrie in mediolateraler Richtung) entsprechen am ehesten einer organischen Dysphonie. Schwingungsmoden in dorso-ventraler Richtung die auf inhomogene Spannungsverteilung innerhalb einer Stimmlippe zu- AbstractBackground: Irregular vibrations of the vocal folds are regarded as a main reason for the common symptom of hoarseness. With real time resolution, they can be observed only using highspeed recording techniques (8804; 10 000 images/s). Method: During the last years, we developed a recording device and an image processing software, dedicated for extraction of vocal fold motion curves from the image series. Irregular vibrations can be understood by using Hirano's ¹body-cover-modelª: one vocal fold is assumed to act as a system of two coupled oscillators (the vocal muscle and the epithelium, coupled by the connective tissue of Reinke's space). Results: By applying this biomechanical twomass model and inversely solving Bernoulli's equation, in selected cases the driving parameters of the vibration were computed from the highspeed image series. These parameters, like the subglottal pressure und the tension of the vocal muscle on both sides, can in general not be measured directly. Discussion: From the model it can be supposed, that laryngeal asymmetry (either in mass or tension) is the deeper reason causing irregularity. The consequence of asymmetry in medio-lateral direction are different fundamental frequencies on each side. Medio-lateral asymmetry corresponds to organic voice disorders. Asymmetry ...

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“…Die hier beschriebene digitale Kymographie hat gegenüber den eindimensionalen Vorläufern einen großen Vorteil: sie kann als Mehrlinien-Kymographie an mehreren Querschnittslinien der Glottis gleichzeitig berechnet werden [29,37] und damit auch Bewegungsabläufe erfassen, die an verschiedenen Stellen der Glottis unterschiedlich ablaufen. Solche Schwingungsmoden, die sich in dorsoventraler Richtung über die Stimmlippen ausbreiten,heißen "Longitudinal-" oder "ap-Moden".…”

Section: Bildverarbeitungunclassified

“…Mittels HGG-Aufnahmeserien und Modellierung lassen sich 2 Kategorien von Irregularitäten unterscheiden: Seitendifferenzen kann man in der Orientierung des Bildschirms als "horizontale" Asymmetrie bezeichnen [27], und Schwingungen in Längsrichtung der Stimmlippen als "vertikale" [29].…”

Section: Asymmetrien In 2 Dimensionenunclassified