Referat Elektroglottographie (EGG) - Lx-Wellenformen

Elektroglottographie (EGG)

Inhalt:

1. Einführung

2. Nachteile anderer Untersuchungsmethoden

3. EGG

3.1. EGG-Untersuchung

3.2. EGG-Auswertung

3.3. Lx-Wellenformen

3.4. Grundfrequenzaufzeichnung und Voiscope(R)

4. Quantitative Beschreibung der Stimmlippenvibration durch EGG-Aufnahmen

5. EGG beim pathologischen Sprechen

5.1. Abnormer Lx

5.2. Abnormitäten der Grunfrequenz

6. Klinische Anwenung des EGG

7. EGG-Studie von Haji u.a.

8. Literatur

1. Einführung

Die Elektroglottographie (auch Elektrolaryngographie) wurde ursprünglich für Personen mit Hörstörungen entwickelt. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Kehlkopfaktivität beim normalen und gestörten Sprechen zu beobachten, zu messen und sichtbar zu machen. Dargestellt wird der Vibrationszyklus der Stimmlippen.

Das EGG gibt sowohl quantitative als auch qualitative Informationen über Stimmlippenvibration und deren linguistischen Gebrauch, es ist außerdem nutzbar als klinisches Werkzeug für die visuelle Feedback-Therapie.

2. Nachteile anderer Untersuchungsmethoden

Andere Methoden, die Stimmlippenvibration zu untersuchen, haben den Nachteil, daß entweder komplexe Prozeduren zur Auswertung des akustischen Sprechsignals nötig sind oder ein Eingreifen in den Sprechvorgang vorgenommen wird:

Klassische indirekte Laryngoskopie:

Visuelles Verfahren, beinhaltet das Einführen eines Spiegels in den Rachen und das Herausstrecken der Zunge: nur künstlicher Vokalklang produzierbar. (Kehlkopfspiegelung mit Spiegel oder Lupenendoskop, manchmal mit Lokalanästhesie der Rachenwand gegen Würgereflex)

Direkte Laryngoskopie: (Autoskopie)

Einführung eines Stützlaryngoskops und eines Endoskops, das auch mit einem Mikroskop verbunden sein kann. Erkennbar: Farbe der Schleimhaut, Veränderungen, Auflagerungen und Beweglichkeit der Stimmlippen sichtbar, auch Lähmungen, Karzinome

Laryngostroboskopie:

Erzeugt in regelmäßigen Abständen kurze Lichtblitze, deren Frequenz variiert werden kann. Diese werden mit den Stimmlippenschwingungen über ein Kehlkopfmikrophon synchronisiert: Eindruck des scheinbaren Stillstands, bei Anderung der Blitzfrequenz kann ein stark verlangsamter Schwingungsablauf sichtbar gemacht werden.

Bei allen diesen Verfahren ist nur die Oberfläche der Stimmlippen sichtbar, während die vertikale Komponente der Stimmlippenschwingungen nicht gut beobachtet werden kann.

3. EGG

3.1. EGG-Untersuchung

Das EGG ist eine nicht-invasive Technik, bei der die sich ändernde elektrische Impedanz der vibrierenden Stimmlippen durch zwei Elektroden registriert wird. Diese Elektroden werden oberflächlich auf der Haut über den beiden Schildknorpel-Flügeln angebracht. Die Aufzeichnung der elektrischen Impedanz, die grundlegend für die Elekroglottographie ist, wurde von Fabre (1957) - wenn auch in noch etwas anderer Form - eingeführt.

3.2. EGG-Auswertung

Die aus der EGG-Untersuchung resultierende LX-Wellenform liegt für den zunehmenden Stimmlippenverschluß im positiven Bereich und jede Spitze entspricht dem maximalen Kontakt zwischen den Stimmlippen; die Hauptkante der Wellenform gibt einen präzisen Hinweis auf den Beginn der Schließphase. Die Lx-Wellenform gibt keine explizite Information über die Öffnungsweite der Stimmritze (Abberton/Fourcin nennen das EGG deshalb Elektrolaryngographie: 'Ein wahrer Glottograph gäbe Informationen über die Glottis, also über das Volumen zwischen den Stimmlippen.')

3.3. LX-Wellenformen

Die Stimmlippenvibration ist eine komplexe dreidimensionale Bewegung. Die horizontalen Öffnungs- und Schließbewegungen der Stimmlippen zu und von der Mittellinie sind bekannter (da relativ gut beobachtbar). Weniger gut beschrieben ist die vertikale Komponente des vibratorischen Zyklus.

Abb. 1 zeigt Registrierungen von Schalldruckverläufen und den korrespondierenden Lx-Wellenformen für Knarrstimme (Creaky Voice)(dicke, schlaffe Stimmlippen und geringe Luftstromrate) Modale Stimme (Chest Voice) und Falsett (dünne, gespannte Stimmlippen, reduzierte vertikale Komponente in der Vibration).

Abb. 1(nach Abberton/Fourcin, S. 66):

Modale Stimme: Schnelle Schließphase durch Bernoulli-Effekt und langsame Öffnungsphase
Falsett: Beinahe gleich lange Öffnungs- und Schließphase, Wellen sinusförmig.
Creaky Voice: Schnelle Schließphase und sehr langsame Öffungsphase, unterschiedlich lange Zyklen und Unterschiede in der Amplitude.

3.4. Grundfrequenzaufzeichnung und Voiscope (R)

Die Vibrationsfrequenz der Stimmlippen ändert sich kontinuierlich beim normalen Sprechen. Fx ist die Aufzeichnung dieser Grundfrequenzvariation. Fx bildet die prosodischen und paralinguistischen Tonhöhenveränderungen der Intonation ab.

Der Elektrolaryngograph, enthalten in einem Gerät, das Voiscope (R) genannt wird, setzt diese Muster sehr genau auf einem Oszilloskopbildschirm um. Display: Fallende und steigende Spur im Einklang mit der Grundfrequenz der Stimme. Diese Konturen werden auf einer logarithmischen Scala dargestellt, die mit unserer Wahrnehmung der Tonhöhe korreliert. Da die Ableitung der Fx von Lx in Echtzeit vor sich geht, zeigt Fx sowohl die Variation von Zyklus zu Zyklus als auch den gesamten Intonationsverlauf. So entstehen Lücken bei stimmlosen Segmenten. Normale, reguläre Stimmlippenschwingung führen zu einer ruhigen Linie mit nur kleinen Störungen durch stimmhafte Obstruenten. Am Ende der in Abb. 2 dargestellten Fx-Kontur wird auch bei der modalen Stimme ein Abschnitt mit creaky voice sichtbar.

Abb. 2 (nach Abberton/Fourcin, S. 67):

4. Quantitative Beschreibung der Stimmlippenvibration durch EGG-Aufnahmen

Lx kann auf einen normalen Kassettenrekorder aufgenommen werden (gewöhnlich stereo: Schalldruckverlauf auf dem einen, Lx auf dem anderen Kanal).

Abb. 3 (nach Abberton/Fourcin, S. 68):

Summarische Angaben über eine größere Menge gesprochener Sprache und statistische Analyse der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Grundfrequenz.
Linker Teil der Abbildung:
Nach oben: Wahrscheinlichkeit in %, mit der bestimmte Grundfrequenzen auftreten; Nach rechts: Fx in Hz. Die Beispiele zeigen die Analyse eines Standardtextes, gelesen von einer weiblichen und einer männlichen Person.
Rechter Teil der Abbildung:
Streuung zwischen benachbarten Grundfrequenzperioden; es werden immer aufeinanderfolgende Perioden betrachtet und zueinander ins Verhältnis gesetzt. Unterscheiden sie sich sehr (starker Jitter), ergibt sich keine Diagonale, sondern eine gestreute Darstellung.

5. EGG beim pathologischen Sprechen

Abberton und Fourcin nehmen an, daß sich der Elektrolaryngograph - wegen der direkten Wiedergabe der zyklischen Stimmlippenvibration - gut für die Bewertung der Stimmproduktion eignet. Störungen der Stimmbildung werden sehr wahrscheinlich in enger Relation mit dem Schließen und den geschlossenen Phasen der Stimmlippenvibration stehen.

5.1. Abnormer Lx

Abnorme Stimme: physikalisch: durchgäng irreguläre oder unvollständige Vibration oder kurze Abschnitte von abnormer oder irregulärer Vibration (auch im Höreindruck wahrnehmbar); tritt meist bei den Haupt-Tonhöhenänderungen auf oder im Zusammenhang mit bestimmten oralen Artikulationsvorgängen (z.B. bei velaren Konsonanten). Störung der Luftstromaerodynamik, keine symmetrische Stimmlippenvibration.

Normale Stimmlippen: gleiche Masse und Härte, Schleimschicht gleichbleibend zäh.
Pathologisch: größere Masse einer Stimmlippe (Polyp oder Karzinom), Unterschiede in der Steifigkeit durch einseitige Lähmung, Laryngitis: unterschiedlich starke Verschleimung der beiden Lippen oder besondere Trockenheit.

Abb. 4 (Abberton/Fourcin, S. 70):

Aufzeichnung der Stimme zweier Patienten, unten jeweils Lx.
1. Pat.: Lanyngitis: sehr irregulär von Periode zu Periode, Form der einzelnen Schließ-Spitzen anders als die der jew. benachbarten. Wo der Schließvorgang nicht richtig gelingt, geringere Steigung in der in der Schließphase, entsprechend geringerer Druck.
2. Pat.: Einseitige Lähmung. Nur eine Stimmlippe normal kontrolliert. Beim Versuch des Pat., seine Grundfrequenz zu ändern: Starke Irregularitäten beim Schließungsgrad. Form einzelner Spitzen aber nicht merklich unnormal, da die Stimmlippenoberflächen, die Kontakt haben, selbst gesund sind.

Interpretation normaler Lx-Wellenformen nach 5 Merkmalen (Fourcin 1982). Art und Grad der Störung werden als Abweichung von den Merkmalen der modalen Stimme beschrieben.

a) Gleichmäßige Lx-Spitzen: Einheitlicher akkustischer Output

b) Klar abgegrenzter Lx-Kontakt: Gute akustische Anregung des Vokaltrakts

c) Lange Verschlußdauer (Kontakt plus Trennung): Gut definierte relativ ungedämpfte Teiltöne

d) Klar abgegrenzte Spitze: Regelmäßige und scharf abgegrenzte Kontaktperioden

e) Progressive Veränderung in klar definierten Lx-Periodenlängen: glatter Stimmtonwechsel.

Es existiert keine einheitliche Beziehung zwischen einer pathologischen Lx- Wellenform und einem bestimmten anatomischen oder physiologischen Befund. Eine physikalische Interpretation ist möglich (Masse, Spannung, Symmetrie, Leitfähigkeit u.ä.), kann aber nicht die visuelle Standarduntersuchung mit dem Laryngoskop ersetzen.

5.2. Abnormitäten der Grundfrequenz:

Charakteristika der normalen Grundfrequenz:

- Glätte der Fx-Kontur (Keine Abbrüche der Fx-Linie, keine großen Schwankungen)

- Konturform des Fx (kontrastive Ton- und Rhythmusmuster)

- Fx-Bereich

- Fx-Frequenzverteilung im gesamten Fx-Bereich

Vor allem die ersten beiden: Besonders gute Ergebnisse des EGG bei Beschreibung, Messung und Heilung abnormer Grundfrequenzen bei Hörgeschädigten SprecherInnen (Voiscope-Training. Regelmäßigkeit der Vibration und die kontrastiven Ton- und Rhythmusmuster sind besonders schwierig für Hörgeschädigte.)

Die letzten beiden: Bei gesunden SprecherInnen gibt es immer einen festen Frequenzbereich und eine kleine Anzahl an dominanten Anteilen. Leicht sichtbar: Verlust der hohen oder tiefen Anteile des Sprechbereichs (z.B. inadäquate Schleimschicht: Verlust der hohen oder tiefen Enden der Grundfrequenz. Oder Raucherstimme: Ausdehnung der niederen Frequenz und Fehlen von Spitzen.

6. Klinische Anwendung des EGG:

-bei Gehörlosen und Hörgeschädigten bereits erfolgreich

-Bei Dysphonie

-Elektrokochleare Stimulation bei Personen mit erworbener Taubheit, aus EGG gewonnene Prothese zusätzlich zum Lippen-Lesen

7. EGG-Studie von Haji u.a.

Haji et al. haben das EGG auf Fälle von 'hoarse voice' angewandt. Versuch, durch Vergleich der EGG-Ergebnisse mit jeweils auditivem Urteil Kriterien für Grad und Qualität der Störung herauszuarbeiten. 30 Gesunde/33 Kranke, EGG- und Mikrofonaufnahme; Spektrogrammdarstellung . Gemessen wuren Frequenzschwankungen und Amplitudenschwankungen von Lx.

Nach dieser Untersuchung unterscheiden sich Männer und Frauen nicht signifikant in bezug auf die Frequenzschwankung, aber größere Amplitudenschwankungen wurden bei Frauenstimmen festgestellt.

Durch Vergleich mit Spektrogamm: Amplitudenschwankung besserer Indikator für 'Hoarseness' als Perturbationsfrequenz des EGG. Im Vergleich mit der auditorischen Wahrnehmung zeigt sich, daß die Schwankungsanalyse mit der auditorischen Wahrnehmung gut korreliert. Die visuelle Bewertung anhand von Sonagrammen zeigte eine geringere Übereinstimmung mit den auditiven Befunden.

Drei Gruppen wurden gebildet: leicht, mäßig und extrem 'rauh'.

Beide Schwankungsarten konnten signifikant zwischen extremen und mäßigen 'hoarse voices' unterscheiden. EGG-Messungen konnten aber nicht zwischen leichter hoarse voice und normalen Stimmen unterscheiden.

8. Literatur

Haji, T. et al. 'Frequency and amplitude perturbation analysis of electroglottograph during sustained phonation.' In: JASA 80 (1), 1986, 58-62

Abberton, E.; Fourcin, A.J. 'Electroglottography.' In: Experimental clinical phonetics. Ed.: C. Code, M. Ball, Worcester: Billing & Sons 1984, 62-78

Fourcin, A.J. 'Laryngographic Assessment of Phonatory Function.' In: ASHA Reports, 11, 116-127