Automated experimental setup for phonation investigation in ex vivo larynges

Die Stimme ist ein fundamentales Mittel der menschlichen Kommunikation. Stimmstörungen haben nicht nur negativen Einfluss auf die Lebensqualität, sondern können auch eine existentielle Bedrohung darstellen. Deswegen ist eine effektive Diagnose sowie Behandlung von Stimmstörungen unabdingbar. Die Basis dafür ist ein grundlegendes Verständnis der Stimmerzeugung.

Für eine systematische Untersuchung des Phonationsprozesses haben sich exzidierte Kehlkopfversuche etabliert. Die Versuchsdurchführung basiert bisweilen auf manuellen, zeitaufwändigen Methoden. Die Manipulation der laryngealen Knorpelstellung, welche zur Variation der Stimmlippenkonfiguration dient, wird durch mechanische Geräte bewerkstelligt. Eine stabile Phonation wird durch ein manuelles Erhöhen des Luftstroms erreicht und der Beginn der Stimmlippenoszillation subjektiv (Onset) detektiert. Die manuellen Verfahren zur Parameterveränderung sind sehr zeitintensiv und schränken somit die Versuchs durchführung erheblich ein.

Um die Methoden zu optimieren, wird ein eigens konzipierter experimenteller Aufbau vorgestellt, welcher aus diversen elektro-mechanischen Aufbauten besteht. Diese ermöglichen eine kontrollierte Manipulation der Knorpelstellung und des Luftstroms mit Hilfe einer zentralen Regelung des Aufbaus. Verschiedene integrierte Messfunktionen ermöglichen eine schnelle, standardisierte Versuchsdurchführung sowie eine automatisierte Detektion des Onsets in Echtzeit. Die Funktionalität wird mit Hilfe exzidierter Schweinekehlköpfe validiert und die prinzipiellen aerodynamischen Eigenschaften nachgebildet.

Die Arbeit umfasst zudem zwei Studien mit menschlichen und Schweinekehlköpfen in welchen der Einfluss des Glottisschlusses und der Taschenfalten auf den Phonationsprozess untersucht werden.