Model-based classification of non-stationary mechanisms in the human voice

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Ulrich Hoppe
• Subject Area: Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
• Term: from 2003 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5410286

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Im Projekt wurden die dynamischen Schwingungseigenschaften der Stimmlippen sowie das resultierende Stimmsignal während der nichtstationären Phonation quantifiziert und analysiert. Zu diesem Zweck wurde in einer umfangreichen Aufnahmeserie von einem Probandenkollektiv mittels HG-Videoendoskopie die Stimmlippendynamik und das erzeugte akustische Signal aufgezeichnet. Das hierfür ebenfalls angedachte Streifen-LPS kam aufgrund technischer Einschränkungen nur probeweise zum Einsatz. Allerdings bildeten die erfolgreich durchgeführten LPS-Vorarbeiten (Laserlinien-Segmentierungsalgorithmus, metrische Kalibrierung) einen direkten Ausgangspunkt für die Arbeiten der DFG-geförderten Forschergruppe FOR894. Für die Klassifikation des nichtstationären Stimmsignals wurden beschreibende quantitative Audiomerkmale extrahiert und mit hoher Genauigkeit einer der Klassen "Gesund“ oder "Pathologisch“ zugeordnet. Mithilfe eines zeitveränderlichen MMM und des zugehörigen Anpassungsalgorithmus konnten die extrahierten Stimmlippendynamiken sehr genau reproduziert werden. Hierfür wurde das biomechanische Modell aus der ersten Projektphase erweitert und hinsichtlich verschiedener Modellkonfigurationen evaluiert. Ein aus den optimierten Modellparametern abgeleitetes Asymmetriemaß ermöglichte die fehlerfreie Klassenzuordnung der untersuchten klinischen Fälle. Das nichtstationäre Phonationsparadigma erlaubt eine zuverlässigere objektive Erkennung von Stimmstörungen als es mit dem stationären Fall möglich ist.

Publications

• ”Automatic Evaluation of Tracheoesophageal Substitute Voices“
  Tino Haderlein
  
• ”Model-Based Quantification of Pathological Voice Production“
  Raphael Schwarz
  
• ”Reproduzierbarkeit und Reliabilität des Phonovibrogramms (PVG): Quantifizierung gesunder Stimmlippenschwingungen“
  Johannes Havla
  
• ”Speech of Children with Cleft Lip and Palate: Automatic Assessment“
  Andreas Maier
  
• ”Vocal Fold Dynamics – Quantification and Model-based Classification“
  Tobias Wurzbacher
  
• November 2005 : Habilitation an der Medizinischen Fakultät, Friedrich-Alexander-Universitüt Erlangen-Nürnberg für das Fachgebiet Phoniatrie und Pädaudiologie
  Maria Schuster
  
• Quantitative Auswertung und Interpretation von Stimmlippenschwingungen bei nicht-stationärem Phonationsparadigma. German Medical Science, 22. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Berlin, 2005, online veröffentlicht
  Wurzbacher T, Schwarz R, Toy H, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• A time-dependent multi-mass model for simulations of non-stationary vocal fold vibrations. 7th International Conference on Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research (AQL), Hamburg, 2006
  Wurzbacher T, Schwarz R, Döllinger M, Hoppe U, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Juli 2006 : Habilitation an der Medizinischen Fakultät, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg für das Fachgebiet Medizinische Mustererkennung
  Michael Döllinger
  
• Klassifzierung laryngealer Bewegungsmuster bei Dysphonie. German Medical Science, 23. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Heidelberg, 2006, online veröffentlicht
  Schwarz R, Wurzbacher T, Döllinger M, Toy H, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Model-based classi?cation of nonstationary vocal fold vibrations. J Acoust Soc Am, 120(2):1012-27, Aug 2006
  Wurzbacher T, Schwarz R, Döllinger M, Hoppe U, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Simualation von nicht-stationären Stimmlippenschwingungen mit einem zeitabhängigen Mehr-Massen-Modell. German Medical Science, 23. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Heidelberg, 2006, online veröffentlicht
  Wurzbacher T, Schwarz R, Döllinger M, Hoppe U, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Application of Phonovibrography in Normal and Dysphonic Voices. 5th Asia Pacific Conference on Speech, Language and Hearing, Brisbane, Australien, 2007
  Lohscheller J, Eysholdt U, Döllinger M
  
• März 2007 : Habilitation an der Medizinischen Fakultät, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg für das Fachgebiet Medizinische Mustererkennung
  Jörg Lohscheller
  
• Phonovibrography: A new clinical diagnosis tool for identifying voice disorders. 5th Asia Pacific Conference on Speech, Language and Hearing, Brisbane, Australien, 2007
  Döllinger M, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Quantifizierung gesunder Stimmlippendynamik mittels Phonovibrogrammen. German Medical Science, 24. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Innsbruck, 2007, online veröffentlicht
  Havla J, Döllinger M, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Unterscheidung zwischen gesunder und dysphoner Stimmgebung anhand eines biomechanischen Stimmlippenmodells. German Medical Science, 24. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Innsbruck, 2007, online veröffentlicht
  Wurzbacher T, Schwarz R, Döllinger M, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Visualization and quantitative Analysis of Vocal Fold Vibrations using Phonovibrograms. 7th Pan European Voice Conference (PEVOC), Groningen, Niederlande, 2007
  ohscheller J, Toy H, Eysholdt U, Döllinger M
  
• Automatic classification of highspeed recordings - modelling and phonovibrogram. 6th International Conference on Voice Physiology and Biomechanics (ICVPB), Tampere, Finnland, 2008
  Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Calibration of laryngeal endoscopic high-speed image sequences by an automated detection of parallel laser line projections. Med Image Anal, 12(3):300- 17, Jun 2008
  Wurzbacher T, Voigt I, Schwarz R, Döllinger M, Hoppe U, Penne J, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Classification of normal and pathological vocal fold vibrations using Phonvibrograms. J Acoust Soc Am 123(5):3738, May 2008
  Lohscheller J, Voigt D, Döllinger M
  
• Computergestützte Klassifikation von Phonovibrogrammen zur Diagnostik von Stimmstörungen - Automatische Erkennung von funktionellen Dysphonien. German Medical Science, 25. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Düsseldorf, 2008, online veröffentlicht
  Voigt D, Döllinger M, Yang A, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Effects of pitch and intensity variations on normal vocal fold dynamics detected by PVG analysis. UCSF Voice Conference, San Francisco, USA, 2008
  Kunduk M, Lohscheller J, McWhorter A, Döllinger M
  
• Objective Diagnosis of Voice Disorders by Computerized Classi?cation of Phonovibrograms. 8th International Conference on Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research (AQL), Stockholm, Schweden, 2008
  Voigt D, Döllinger M, Yang A, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Phonovibrograms: Fingerprints of Vocal Fold Vibrations. Second COST Action 2103 Workshop, Advanced Voice Function Assessment, Aachen, 2008
  Lohscheller J, Voigt D, Döllinger M, Eysholdt U
  
• Spatio-temporal quantification of vocal fold vibrations using high-speed videoendoscopy and a biomechanical model. J Acoust Soc Am, 123(5):2717-32, May 2008
  Schwarz R, Döllinger M, Wurzbacher T, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Spatiotemporal classification of vocal fold dynamics by a multimass model comprising time-dependent parameters. J Acoust Soc Am, 123(4):2324-34, Apr 2008
  Wurzbacher T, Döllinger M, Schwarz R, Hoppe U, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Automatische Diagnose gesunder und paralytischer Stimmlippenschwingungen mittels PVG-Klassi?kation. German Medical Science, 26. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Leipzig, 2009, online veröffentlicht
  Voigt D, Döllinger M, Yang A, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Merkmalsbasierte Analyse von Phonovibrogrammen zur Beschreibung von Stimmlippenschwingungen. German Medical Science, 25. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie, Düsseldorf, 2008, online veröffentlicht
  Lohscheller J, Voigt D, Yang A, Eysholdt U, Döllinger M
  
• Reproduzierbarkeit und Reliabilität des Phonovibrogramms (PVG): Quantifizierung gesunder Stimmlippenschwingungen. HNO, 57(2):160-8, Feb 2009
  Havla J, Döllinger M, Eysholdt U, Lohscheller J
  
• Voice pathology classification by using features from high-speed videos. Artificial Intelligence in Medicine, 12th Conference on Artificial Intelligence in Medicine (AIME 2009), Verona, Italien, 2009
  Voigt D, Döllinger M, Yang A, Eysholdt U, Lohscheller J