Phonovibrography: development of a computerized system for the diagnosis of dysphonia.

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Jörg Lohscheller; Professor Dr. Bernhard Schick
• Subject Area: Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
• Term: from 2008 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 81282454

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

In dem Projekt wurde ein Verfahren zur quantitativen Analyse von Stimmstörungen basierend auf der Auswertung endoskopischer Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen entwickelt. Hierbei ist es gelungen, die Schwingungsanalyse von Stimmlippen mittels Phonovibrogrammen (PVG) so zu generalisieren, dass erstmalig eine Analyse von sowohl stationären als auch nicht-stationären Phonationsparadigmen möglich ist. Auch lassen sich mit diesem Verfahren die Unterschiede während der Öffnungs- und Schließungsphase der Schwingungszyklen quantizieren, was einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis des Stimmgebungsprozesses leistet. Das Ziel der Arbeiten lag darin begründet, die klinische Bewertung des Stimmgebungsprozesses zu objektivieren. Dazu wurde das Potential der entwickelten Methodik in einer Reihe von Datenerhebungen an unterschiedlichen Patientenkollektiven untersucht. So konnte in einer ersten Studie gezeigt werden, dass die Analyse einer Grundfrequenzerhöhung neuartige Rückschlüsse auf die Symptomatik einer Stimmstörung ermöglicht und damit zusätzliche klinisch nutzbare Informationen über die Ausprägung eines Störungsbildes liefert. In einer in Cancer Research veröffentlichten Arbeit wurde gezeigt, dass mittels PVG-Analyse weiterhin eine Differenzierung prämaligner und maligner Stimmlippenveränderungen möglich ist. Nach einer weiteren in IEEE Trans Biomed Eng veröffentlichten Studie, erlaubt die PVG-Analyse auch eine Verlaufskontrolle phonochirurgischer Eingriffe, welche Änderungen in der Schwingungsdynamik sensitiver erfasst als bisherige Ansätze. An der quantitativen Bewertung konservativer stimmtherapeutischer Maßnahmen wird gegenwärtig noch gearbeitet. Die aus dieser Arbeit entstandene Promotion und hochrangigen Veröffentlichungen wurden sowohl von der Universität des Saarlandes mit den Eduard Martin-Preis 2016 als auch von der Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie mit dem GMDS-Förderpreis 2016 ausgezeichnet.

Publications

• A multiscale product approach for an automatic classication of voice disorders from endoscopic high-speed videos, 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2013
  J. Unger, M. Schuster, D. J. Hecker, B. Schick und J. Lohscheller
  
• Phonovibrographic wavegrams: Visualizing vocal fold kinematics, J Acoust Soc Am, Bd. 133, Nr. 2, S. 1055, 2013
  J. Unger, T. Meyer, C. T. Herbst, W. T. S. Fitch, M. Döllinger und J. Lohscheller
  
• Vocal fold vibration amplitude, open quotient, speed quotient and their variability along glottal length: Kymographic data from normal subjects, Logoped Phoniatr Vocol., Bd. 38, Nr. 4, S. 182-192, 2013
  J. Lohscheller, J. G. ’vec und M. Döllinger
  
• A Noninvasive Procedure for Early-Stage Discrimination of Malignant and Precancerous Vocal Fold Lesions Based on Laryngeal Dynamics Analysis, Cancer Res, Bd. 75, Nr. 1, S. 31-39, 2014
  J. Unger, J. Lohscheller, M. Reiter, K. Eder, C. S. Betz und M. Schuster
  
• Glottal opening and closing events investigated by electroglottography and super-high-speed video recordings, J Exp Biol, Bd. 217, Nr. 6, S. 955-963, 2014
  C. T. Herbst, J. Lohscheller, J. G. ’vec, N. Henrich, G. Weissengruber und W. T. Fitch
  
• Quantifying Spatiotemporal Properties of Vocal Fold Dynamics Based on a Multiscale Analysis of Phonovibrograms, IEEE Trans Biomed Eng, Bd. 61, Nr. 9, S. 2422-2433, 2014
  J. Unger, D. J. Hecker, M. Kunduk, M. Schuster, B. Schick und J. Lohscheller
  
• Automatische Klassifkation von Stimmstörungen anhand endoskopischer Hochgeschwindigkeitsaufnahmen - Towards a computer-aided diagnosis of voice disorders from laryngeal high-speed videos, PhD Thesis, Medizinische Fakultät der Universität des Saarlandes, 2015
  J. Unger
  
• A generalized procedure for analyzing sustained and dynamic vocal fold vibrations from laryngeal high-speed videos using phonovibrograms, Artif Intell Med, Bd. 66, S. 15-28, 2016
  J. Unger, M. Schuster, D. J. Hecker, B. Schick und J. Lohscheller
  
• A normalized non-stationary wavelet based analysis approach for computer assisted classication of laryngoscopic high-speed video recordings, 8th International Workshop on Biosignal Interpretation, Osaka, 2016
  M. K. Fehling, J. Unger, D. J. Hecker, B. Schick und J. Lohscheller
  
• Phasegram Analysis of Vocal Fold Vibration Documented With Laryngeal High-speed Video Endoscopy, J Voice, Bd. 30, Nr. 6, 771.e1-771.e15, 2016
  C. T. Herbst, J. Unger, H. Herzel, J. G. ’vec und J. Lohscheller