Onderzoek van de stemplooitrilling

Tijdens normale stemproductie in spraak trillen de stemplooien rond de 100 Hz (man) 200 Hz (vrouw) 300 Hz (kind). Bij zang kan de grondtoonfrequentie oplopen tot over de 1000 Hz (De bekende hoge c, de c3 ligt op 1046,5 Hz). Voor het onderzoek naar de stemplooitrilling zijn op het ogenblik de volgende methoden beschikbaar:

(A) Electromyografie (EMG)

(B) Stroboscopie en videostroboscopie

(C) Ultra-hoge snelheid filmopnames

(D) Photo-electrische glottografie (PGG)

(E) Electro-glottografie (EGG)

(F) Ultra-geluid glottografie (UGG)

Stroboscopie, met name videostroboscopie is in de kliniek het meest populair, al is het opvallend hoe veel er in sommige gevallen nog slechts alleen met een eenvoudige keelspiegel en onder normale belichting gewerkt wordt. Ultra-high speed filmopnames worden eigenlijk alleen gemaakt voor onderzoeks en onderwijs doeleinden. De apparatuur hiervoor is zo duur en de dataverwerking kost zo veel tijd dat de methode weinig klinisch belang heeft. Met de genoemde glottografische methodes wordt niet de stemplooibeweging zelf bekeken, maar een hiervan afgeleid (licht-, electrisch-, akoestisch-) signaal. Elke glottografische methode levert weer eigen informatie op over specifieke kenmerken van de stemplooitrilling. Het voordeel van de glottografische methoden is dat directe visuele interpretatie van de signalen mogelijk is. Voordat de technieken A t/m E ieder apart besproken worden, worden eerst enkele algemene termen/parameters geintroduceerd waarmee de glottisbeweging gewoonlijk karakteriseert wordt.

(A) Electromyografie (EMG) Top

Electromyografie is de enige methode waarmee direct spieractiviteit aangetoond kan worden. Het is niet alleen een methode voor wetenschappelijk onderzoek, EMG wordt ook klinisch toegepast, vooral in Japan en Europa. De methode is bruikbaar voor klinisch onderzoek van stemplooiverlammingen (bijvoorbeeld na een schildklier operatie), of voor onderzoek van patiŽnten met functionele stemstoornissen. Om de methode goed te beschrijven is het noodzakelijk eerst wat achtergrondinformatie te geven over het werkingsmechanisme van de zenuwaansturing van spieren.

Actiepotentiaal in zenuw en spier

Een zenuwvezel bestaat uit een buisvormig membraan waarover, in rusttoestand een constant potentiaal (spannings) verschil staat. Wanneer een zenuwimpuls die zich over dit membraan voortplant, een zogenaamde depolarisatie-golf, op een zenuw-uiteinde aankomt, dan wordt een chemische transmitter (boodschapper) stof, genaamd acetylcholine, vrijgemaakt aan de motorische "eindplaat" op de spier. Ook de membraan van de spiervezel wordt hierdoor gedepolariseerd waardoor op de spier een actiepotentiaal ontstaat. Deze actiepotentiaal wordt in beide richtingen doorgegeven langs de spiervezel met een snelheid van ongeveer 4 meter per seconde waardoor de eerst nog ontspannen vezel samentrekt. Dit samentrekken van de vezel gebeurd na ongeveer ťťn miliseconde 1.

Wanneer een elektrode aangebracht wordt aan de buitenkant van het spiermembraan dan kan de actiepotentiaal gemeten worden. Deze actiepotentiaal is zeer klein† en in de orde van 0,1 tot 1 mV (een microfoon produceert al hogere spanningen). Daarom moet een zeer gevoelige versterker gebruikt worden om het signaal te registreren. De weergave van het signaal, zoals dat meestal van verschillende vezels samen wordt verkregen, wordt een electromyogram genoemd. De meetmethode wordt electromyografie (EMG) genoemd en het apparaat voor de registratie wordt een electromyograaf genoemd. In een spier die normaal in ruste is, wordt geen actiepotentiaal geregistreerd. Dat wil niet zeggen dat we in het geheel geen signaal meten. De EMG signalen hebben zelf een sterk ruisachtig karakter, waarbij nog een flink portie achtergrondruis komt. Dit hindert een scherp onderscheid tussen wel of geen activiteit.

Een spier bestaat uit een aantal spiervezels die georganiseerd zijn in functionele eenheden die motor units worden genoemd. Elke motor unit bestaat uit een enkele zenuwcel die onderste motor neuron wordt genoemd, en de spiervezels die door de vertakking van deze neuron worden geinnerveerd (gestuurd/bedraad). Een motor neuron bestaat uit een cellichaam, met aan het uiteinde verschillende korte uitsteeksels genaamd dendrieten, en een lange centrale steel, de axon. Het aantal spiervezels dat door een enkele motor neuron wordt aangestuurd verschilt van spier tot spier. Dit aantal wordt ook wel de grootte van de motor unit genoemd. Soms wordt ook de reciproke waarde gehanteerd; de innervatie ratio.

Bij bewuste aantrekking van een normale spiervezel (dus geen kramp), werken alle spiervezels die door āān motor neuron aangestuurd worden samen. De slechts geringe actiepotentialen van de spiervezels tellen op waardoor een hogere actiepotentiaal ontstaat. De potentiaal die geproduceerd wordt door (of gemeten wordt van) āān enkele motor unit wordt een "motor unit potentiaal" genoemd.

Onder normale omstandigheden wordt elke motor-neuron telkens met willekeurige tussenpauzes geactiveerd. De diverse motor-neurons worden daarbij asynchroon aangestuurd. Tijdens een geringe aanspanning zijn slechts een deel van de motor-neurons actief. In de buurt van de opname elektrode (naald) kan dit soms maar een enkele eenheid zijn. Toename van de spierspanning kan veroorzaakt worden door de volgende drie mechanismen:

(1) Toename van het aantal geactiveerde motor-neurons (recruitment).

(2) Toename van de vuur-frequentie in elke motor-unit.

(3) Synchronisatie van verschillende motor-units. Dit treedt alleen op bij zeer sterke aanspanning of, wanneer het om normale spieren gaat, bij grote vermoeidheid (kramp).

Tijdens een sterke aanspanning, neemt het aantal pulsen over de verschillende motor-units zo sterk toe dat deze niet meer individueel waargenomen kunnen worden. Het resulterende (som)signaal-patroon wordt ook wel interferentie-patroon genoemd.

Apparatuur en elektrodes

Een electromyograaf bestaat uit elektrodes, versterker, oscilloscoop, luidspreker en opname systeem (schrijver of bandrecorder).

Er worden twee typen elektrodes gebruikt: een naald-elektrode of een z.g.n. "hooked wire" elektrode. Elk EMG signaal meet altijd het potentiaal verschil dat bestaat tussen twee elektrodes. Plaatsing van een elektrode op de huid en een naaldelektrode in de spier is weinig specifieke oplossing omdat alle spanningen die tussen beide elektrodes optreden een signaalbijdrage zullen leveren. Met een bipolaire elektrode (hooked wire) hebben we minder last van deze stoorspanningen omdat beide elektrodes dicht bij elkaar liggen. Dit type elektrode verdient de voorkeur, maar, omdat slechts enkele motor-units gevolgd worden, moeten we wel rekening houden met zeer lage signaalniveaus. Met deze methode kunnen opnames gemaakt worden op verschillende punten binnen āān spier, waarbij zelfs verschillende motor-unit patronen gevonden kunnen worden. Wanneer we het gedrag van een spier of de samenwerking van een groep spieren in de larynx willen bestuderen dan bieden hooked-wire elektroden grote voordelen (zie Fig 1).

Fig 1 Het maken van een bipolaire "hooked wire" elektrode

Deze elektroden hebben de volgende voordelen: (1) Ze veroorzaken weinig ongemak en hinderen de stemgeving daardoor weinig of niet. (2) De elektroden blijven, ondanks de snelle bewegingen van de stemplooien of verplaatsing van de larynx, tijdens fonatie redelijk goed op hun plaats zitten. (3) Ze maken het mogelijk om heel specifiek de gebieden van spieractiviteit te lokaliseren.

De elektrodes bestaan uit zeer dun koperdraad van minder dan 0.1 mm doorsnede en worden als volgt gemaakt: Een eind draad van twee keer de elektrode-lengte (ca. 50-60 cm) wordt omgeslagen en de twee draadeinden worden samen door een injectienaald getrokken totdat aan het uiteinde van de naald noch slechts een klein oog rest. Het oog wordt omgeslagen en afgeknipt zodat er nog net een dubbel haakje van 1 a 2 mm draad uitsteekt. De elektrode wordt met de naald ingebracht en aan de andere zijde worden de uiteinden schoongekrabd en met de versterker verbonden waarna de meting kan beginnen. Deze techniek is in de loop der tijd veel verbeterd. Er zijn nu dunnere, sterkere, en beter geÔsoleerde draadsoorten beschikbaar. Er blijft gelden dat de draad stug genoeg moet zijn om de haakvorm te behouden, maar ook soepel genoeg moet zijn om de bewegingen te volgen (en niet in het weefsel af te breken). Het is mogelijk om elke spiergroep afzonderlijk aan te prikken. Met behulp van EMG onderzoek kon bijvoorbeeld aangetoond worden dat de activiteit van de vocalis spier grotendeels wegvalt bij de overgang van modaal/borst naar het kop/falset register.

(B) Stroboscopie Top

Stroboscopisch onderzoek is de meest gebruikte praktische methode voor klinisch onderzoek van het trillingspatroon van de stemplooien. Al in 1895 werd de eerste laryngo-stroboscoop gebruikt om het normale trillingspatroon van de stemplooien te onderzoeken. In het eerste begin waren alleen mechanische oplossingen voorhanden om een knipperende lichtbron te verkrijgen (b.v. een draaiende schijf met gaten). Hierdoor was het niet goed mogelijk om de pathologische stemplooibeweging te observeren omdat hierbij juist van periode tot periode vaak sterke onregelmatigheden optreden die niet in fase te brengen zijn met de zeer regelmatige knipperfrequentie. Door de komst van flits-licht (gasontladings) lampen, waarmee korte en goed gesynchroniseerde pulsen geproduceerd kunnen worden, en door de ontwikkelingen in de elektronica, kon deze methode rond 1950 ook klinisch toegepast gaan worden. Op het ogenblik is het de meest populaire onderzoeksmethode.

Principe

Bij stroboscopie knippert de lichtbron nagenoeg synchroon met de stemplooitrilling. Met een elektronisch circuit wordt uit het EGG signaal of het stem signaal uit elke periode een stuur puls afgeleid waarmee de flits (frequentie) geregeld wordt. Wanneer de flits frequentie gelijk is aan de frequentie van de stemplooitrilling, dan worden de stemplooien ook telkens op hetzelfde moment in de trillingscyclus belicht waardoor het lijkt of de stemplooien in deze stand stil staan. Wanneer grondtoonfrequentie en flitsfrequentie exact gelijk zijn dan bepaalt het fase verschil tussen beide pulsen in welke stand de stemplooien gefixeerd lijken. Wanneer de flits frequentie net iets lager ligt dan de frequentie van de stemplooitrilling, dan treedt telkens iets later in de trillingscyclus de flits op. Hierdoor lijkt het alsof de stemplooitrilling zich vertraagd afspeelt (zie Fig 2).

Fig 2 Principe van stroboscopie, flits momenten gemarkeerd aan de hand van het glottogram.

Een net iets hogere flitsfrequentie zorgt er voor dat telkens iets eerder in de cyclus een flits optreedt. We kijken dan telkens naar een moment wat voor het vorige punt in de cyclus ligt, waardoor het lijkt of de trilling zich achterstevoren afspeelt. In zo'n geval lijkt het alsof de stemplooien zich snel openen terwijl ze zich snel sluiten! De meeste moderne apparatuur is zodanig beveiligd dat deze fout niet optreedt. Wanneer er tussen flits en grondtoonfrequentie 1% verschil is, dan zal het 100 periodes duren voordat een cyclus afgewikkeld is. Bij een grondtoonfrequentie van 100 Hz is dit precies een seconde.

Bij stroboscopie gaan de fijne details in elke periode verloren, wat we zien als āān trillingsperiode is in feite het gemiddelde resultaat over 100 opeenvolgende cycli. Dit is een essentieel verschil tussen stroboscopie en hoge-snelheid film opnames. Ook al gaan de fijne details in elke periode verloren, wanneer de trillingscyclus onregelmatig is doordat er kleine willekeurige duurveranderingen optreden (jitter), dan zal de gehele cyclus zich wel voor het oog afwikkelen, maar niet meer zo vloeiend ogen doordat de stapgrootte waarmee we door de cyclus lopen gestoord is. Al zien we niet de storing per periode, we merken wel een verstoord beeld op.

Apparatuur

Er zijn verschillende soorten apparaten in de handel. Over het algemeen bestaat een stroboscoop uit: een microfoon (of EGG elektrodes, zie meetmethode (D), een (flits)lichtbron, stuurelektronica en een voetpedaal. Elk apparaat kent zeker drie functies: (1) Het extraheren van de periode pulsen voor de flits sturing, (2) Het regelen van de faseverschuiving van de lichtflitsen t.o.v. de trillingscyclus, (3) Het aangeven van de grondtoonfrequentie.

Hieronder volgt een lijst van kenmerken die van belang zijn bij een stroboscopische onderzoek van de stemplooitrilling. Voor elk kenmerk wordt beschreven waar op gelet kan worden, en de mogelijke interpretatie.

(1) Grondtoonfrequentie. De grondtoonfrequentie, die natuurlijk ook hoorbaar is, is nauwkeurig bekend voor het instellen van de flitsfrequentie en kan in de meeste gevallen op een display afgelezen worden. Doordat de apparatuur soms zelf redelijk wat geluid produceert (de bekende plof van een flitslicht, maar dan met een hoge frequentie) kan een tegelijk gemaakte geluidsopname storing bevatten. Wanneer tegelijkertijd geen geluidsopname is gemaakt, of geen Fo waarde is genoteerd, dan is deze informatie verloren omdat de oorspronkelijke Fo niet meer uit de vertraagde beelden is af te leiden. De volgende factoren zijn van belang voor het variŽren van Fo en kunnen deels waargenomen worden:

(a) Met het afnemen van de hoeveelheid weefsel dat aan de trilling deelneemt, neemt ook de grondtoonfrequentie toe.

(b) Hoe meer gespannen, hoe dunner de stemplooien, hoe hoger de Fo.

(c) Wanneer de massa van de stemplooien toeneemt, dan neemt de Fo af.

(d) Hoe groter de subglottale druk, hoe hoger de Fo (een onzichtbare factor dus!).

(2) Symmetrie in de tweezijdige beweging. Een van de eerste dingen waarop gelet moet worden bij een klinisch onderzoek is het feit of de beide stemplooien symmetrisch bewegen. Wat in dit geval belangrijk is om te beschrijven, is waarin de beweging asymmetrisch is, b.v. "De amplitude is links veel groter dan rechts" of, "Het lijkt of de beweging van de linker stemplooi wat achterloopt (uit fase) met de beweging van de rechter stemplooi".

Asymmetrie kan veroorzaakt worden doordat de stemplooien verschillen in mechanische eigenschappen. Dit kunnen verschillen zijn in positie, vorm, massa, elasticiteit, spanning en viscositeit. Gezien het groot aantal factoren dat van invloed is, mag het eigenlijk wel opmerkelijk heten dat stemplooien over een groot bereik symmetrisch bewegen.

(3) Regelmatigheid/Periodiciteit. Zoals eerder reeds opgemerkt, kan de stemplooitrilling onregelmatig worden en is deze verstoring zichtbaar onder stroboscopische belichting. Geen enkele stem trilt geheel regelmatig. Elke stem trilt in een bepaalde mate onregelmatig/a-periodiek, terwijl ook de mate waarin een stem a-periodiek is, over het bereik van de stem verandert.

De eerdergenoemde mechanische factoren die de symmetrie van de beweging beÔnvloeden, beÔnvloeden ook de periodiciteit. Voor het onderhouden van een periodieke beweging is het van belang dat mechanische eigenschappen en krachten die op het systeem werken (subglottische druk) constant en in balans zijn. Als aan deze voorwaarden is voldaan dan kan zelfs een asymmetrische beweging periodiek worden! De volgende condities kunnen de balans verstoren en een a-periodieke beweging veroorzaken.

(a) Onvermogen om een constante spier-tonus te handhaven.

(b) Onvermogen om een constante luchtdruk (longen) en luchtstroom te handhaven.

(c) Grote asymmetrie in de mechanische eigenschappen van de stemplooien.

(d) Grote afwijkingen in de homogeniteit van de stemplooien.

Waar we hier mee te maken hebben is een trillend systeem wat door zeer veel factoren beÔnvloed wordt. Naarmate deze omstandigheden beter gedefinieerd zijn (grotere spanning, hoge druk etc.) kan verwacht worden dat ook de trilling beter gedefinieerd is en dus meer periodiek wordt.

(4) Glottissluiting. Van groot belang voor de stem en de stemkwaliteit is het of, hoe, en in welke mate de stemplooien sluiten. Wanneer de glottis volledig sluit, dan is het van belang te weten hoe lang de gesloten fase is (OQ). Deze kan zeer lang zijn (kraak/puls register, geknepen stem), normaal (in modaal/borst regiser ca. 50%), of kort tot zeer kort (in kop/falset register ca 100%). Bij een onvolledige glottissluiting (heesheid ?) is het van groot belang de grootte, vorm en plaats van het overblijvende lek te beschrijven. Onvolledige glottissluiting tijdens de stemplooitrilling kan veroorzaakt worden door de volgende factoren:

(a) Een slechte adductie van de stemplooien (beide randen zijn niet ver genoeg naar elkaar gebracht, of voor (LCA-spier) en achter (IA-spier) niet in gelijke mate.

(b) Het niet glad zijn van de rand van de stemplooien.

(c) Een obstakel (knobbel, gezwel) dat de sluiting hindert.

(d) Een te strak gespannen rand van de stemplooien.

(5) Amplitude. Voor het beschrijven van de amplitude van de stemplooien moeten vooral subjectieve termen gebruikt worden. Doordat de afstand van het optiek tot de stemplooien verandert (beide bewegen) is het moeilijk een objectieve meting te doen. Objectieven met een, aan de focussering gekoppelde, geijkte maatverdeling zijn (nog)niet ontwikkeld. De termen die zoal gebruikt worden zijn "groter dan normaal", "normaal" en "kleiner dan normaal" of "nul". Wat normaal is, hangt af van de ervaring van degene die observeert. Dit vereist inherente kennis over hoe de amplitude moet zijn afhankelijk van toonhoogte, luidheid, en register. Eventuele verschillen in de amplitudes van beide stemplooien zijn natuurlijk ook van belang (asymmetrie). Verwacht mag worden dat:

(a) Hoe kleiner de hoeveelheid weefsel die aan de trilling kan deelnemen, hoe kleiner de amplitude.

(b) De meer gespannen de stemplooien (ook een hogere Fo), hoe kleiner de amplitude.

(c) Wanneer de massa toeneemt terwijl de andere condities gelijk blijven, dan neemt de amplitude af. De maximale amplitude die bij grote inspanning en lage Fo mogelijk is (condities veranderen) kan echter heel groot worden.

(d) Obstakels verkleinen meestal ook de amplitude

(e) Wanneer de subglottale druk toeneemt, neemt ook de amplitude toe.

Zoals eerder opgemerkt, een grote amplitude hoeft niet altijd een hoog geluidsniveau te betekenen. Stroomsnelheid en sluitingsflank zijn ook nog factoren die het geluidniveau bepalen.

(6) Mucosa golf. Voor het beschrijven van de mucosa golf geldt weer dat subjectieve termen als "groter dan normaal, normaal, gering, of geen" gebruikt moeten worden. Mochten er verschillen zijn in de golf zoals die zich over beide stemplooien voortplant dan is dit ook van belang (asymmetrie). De volgende factoren bepalen het optreden van een mucosa golf:

(a) Hoe meer gespannen de mucosa, hoe minder uitgesproken de mucosa golf.

(b) Wanneer de mucosa slechts deels gespannen is dan stopt de lopende golf meestal in het gespannen deel.

(c) Hoe groter de subglottische druk, hoe groter de mucosa golf.

(7) Niet trillend deel. Het komt voor dat delen van de stemplooien niet trillen, of zelfs dat een van de stemplooien in het geheel niet trilt tijdens de stemproductie. Het is van belang welk deel niet trilt, en onder welke omstandigheden dit deel niet trilt.

(8) Overige kenmerken. Het is van groot belang bij een stroboscopisch onderzoek (zoals bij elk onderzoek) zoveel mogelijk het specifieke en afwijkende te beschrijven, omdat daarmee juist kennis, inzicht en interesse van de onderzoeker het beste overgebracht worden. Opmerkingen zoals: "De polyp verwijdert zich traag van de goede stemplooi", of "De rand van de rechter stemplooi beweegt over de middellijn aan het einde van de mediale uitwijking", zijn van klinisch belang wanneer de stem over een bepaalde tijd gevolgd wordt. Opmerkingen zoals: "de linker stemplooi sluit beurtelings goed af", kunnen een belangrijke aanwijzing zijn om akoestische effecten (zoals diplofonia) te verklaren.

Extra mogelijkheden

Microscopie. De stemplooien zijn niet geweldig groot (enkele cm) en al zeer kleine afwijkingen kunnen duidelijke akoestische gevolgen hebben. Verschillende foniaters hebben zich aan de gewoonte gewend om de meeste onderzoeken en (kleine) behandelingen van stemafwijkingen onder een binoculaire operatiemicroscoop te werken (je ziet dus diepte) omdat dat hun nauwkeurigheid vergroot. Onder stroboscopisch licht kan het trillingsgedrag van de verschillende delen van de stemplooien zo zeer nauwkeurig geŽvalueerd worden. In Nederland gebeuren de meeste ingrepen aan de stemplooien toch onder volledige narcose. Door onder plaatselijke verdoving te werken en door gebruik te maken van stroboscopie, kan het effect van de chirurgische handelingen tegelijkertijd gevolgd worden doordat de patiŽnt gevraagd kan worden tussentijds stem te geven. Het spreekt voor zich dat hiervoor wel enig foniatrisch en chirurgisch vakmanschap nodig is.

Flexible scoop. Sinds enkele jaren bestaat er de mogelijkheid te werken met een zogenaamde flexibele scoop of fiberscoop. Deze bestaat uit dunne buigzame glasvezels waarmee zowel het flits-licht als het larynx-beeld onvervormd getransporteerd kunnen worden. Deze slang kan via de neus worden ingebracht. Vaak wordt de neus hierbij licht en plaatselijk verdoofd om irritatie te voorkomen. In een gewone spiegelmethode waarbij met een star objectief wordt gewerkt moet de proefpersoon/patiŽnt vaak in een onnatuurlijke houding stemgeven. Een flexibele scoop is, eenmaal ingebracht, weinig of niet belastend. Op deze manier zijn opnamen gemaakt van de stemplooitrilling van een aantal bekende zangers (en die zijn zuinig op hun stem!).

Video-stroboscopie. Door het nu zeer brede marktaandeel van videorecorders, videotapes en video (CCD) camera's, is het zeer eenvoudig en goedkoop geworden om de resultaten van ieder onderzoek op tape vast te leggen. Dit heeft de volgende voordelen:

(1) De arts kan de conditie van de patiŽnt uitleggen aan de hand van de net gemaakte beelden.

(2) Banden kunnen gemakkelijk gekopieerd worden en instructie materiaal is zodoende snel verzameld.

(3) Het is mogelijk een betere diagnose te stellen omdat meerdere artsen de beelden kunnen bekijken.

(4) Aan de hand van de† beelden voor en na een operatie kan het succes van de behandeling afgelezen worden.

Kritische noot: alhoewel de bovenbeschreven techniek het meest populair, en voor de medicus zeer snel toe te passen is, komen er de laatste tijd ook veel kritische stemmen op. Stroboscopische beelden zouden te fragmentarisch zijn en snel tot een te eenvoudig oordeel kunnen leiden. Het is verleidelijk om een snelle diagnose te maken omdat een hoorbare stemafwijking snel met een weefselverandering in verband te brengen is. Iedere stemarts werkt toch nog vaak geÔsoleerd, en van een standaardisatie in de typering is weinig sprake. Tevens zijn er een zeer groot aantal gevallen bekend waarbij een weefselverandering of trillingsafwijking opgemerkt werd zonder dat dit tot een duidelijk afwijkende stemkwaliteit leidde, of gevallen waarbij een slechte stemkwaliteit niet met het stroboscopische beeld overeen kwam of gevallen waarbij stroboscopische evaluatie juist een overdreven slecht beeld opleverde.

(C) Ultra hoge snelheid filmopnames Top

In 1937 slaagden onderzoekers bij Bell-Labs er in voor het eerst hoge-snelheid filmopnames te maken van de trillende menselijke stemplooien. Naderhand hebben zeer veel onderzoekers deze techniek herhaald en hun eigen apparatuur daarvoor ontwikkeld. Beeld-voor-beeld analyses van de filmopnames hebben een schat van gegevens opgeleverd over het trillingsgedrag van de stemplooien onder normale en pathologische omstandigheden.

Bij deze methode worden de stemplooien gefilmd met een snelheid van 20 tot 30 keer de grondtoonfrequentie. Wanneer de stemplooien trillen met een frequentie van 120 Hz en gefilmd worden met een snelheid van 3000 beelden per seconde, dan zijn per periode 25 beelden beschikbaar (zie fig 3).

Hier Fig 3 Schematische voorstelling van het principe van hoge snelheid filmopnames.

Wanneer de film met een normale snelheid van 24 beelden per seconde wordt afgespeeld dan speelt de hele stemplooibeweging zich in slow-motion af. De tijdschaal is op deze manier met een factor 125 verlengd. Alhoewel zeer bewerkelijk, kunnen door beeld-voor-beeld analyse verschillende parameters van de stemplooitrilling zoals het openquotient, glottisoppervlakte, speedquotiŽnt in detail bepaald worden.

De hoge filmsnelheden (een film die normaal een uur duurt wordt in een halve minuut volgeschoten) en zeer krachtige belichting (de zeer korte belichtingstijden vragen om zeer geconcentreerde en snelle belichtingsflitsen) maken deze techniek, groot, duur en luidruchtig. Fig 4 geeft een schematische voorstelling van de gebruikte opstelling.

Fig 4. Schematische voorstelling van een systeem voor hoge snelheids filmopnames.

Xenon lamp en spiegels zorgen voor extreem felle en geconcentreerde lichtflitsen. Een halfdoorlatende spiegel maakt het mogelijk om met het oog, tijdens de opnames de larynx in beeld te houden. Speciale elektronica regelt de motorsnelheid van de camera en levert timerpulsen voor tijdsmarkering op de film. Het op gang brengen van de film om de hoge snelheid (3000 beelden van 16 mm = ca. 50 meter film per seconde) te halen kost ook nog tijd zodat het zaak is de opname in een keer goed te doen. Al deze factoren (snelheid, apparatuur, film, dataverwerking) maken dat deze methode klinisch niet toegepast wordt. Het is echter een belangrijke en zeer bruikbare techniek voor onderzoek en onderwijs doeleinden.

(D) Photo-Elektrische Glottografie (PGG) Top

We kunnen de variatie in glottis-oppervlak (area-functie) meten met behulp van een lichtbron en een licht-gevoelige cel die de lichtintensiteit omzet in een elektrische spanning. Daarvoor wordt de glottis of van bovenaf, of van onderaf belicht terwijl het licht dat de stemspleet passeert aan de andere zijde gemeten wordt (is de lichtbron boven de glottis dan moet de lichtcel dus op een of andere manier onder de glottis gebracht worden).

In 1960 werd deze methode door Sonesson voor het eerst toegepast voor het doen van metingen aan de menselijke larynx. Bij deze metingen wordt een krachtige lichtbron dicht aan de hals geplaatst vlak onder de larynx. Met een soort kraag wordt de lamp verder afgeschermd zodat geen strooilicht, dat via het weefsel boven de stemspleet binnenkomt, de lichtmeting stoort. Het lamplicht dringt door het hals-weefsel en bereikt sterk verzwakt het gebied onder de glottis. Een zeer gevoelige foto-cel of licht-geleidende glasvezelkabel met aan het andere uiteinde een licht-versterker buis, wordt vlak boven de stemplooien geplaatst om het restje licht dat (gemoduleerd) door de glottis schijnt op te vangen. Het "doorlichten" kan ook andersom. Daarbij worden de stemplooien van bovenaf op de hoogte van de epiglottis (strotteklepje) verlicht. Er wordt geen lamp ingebracht! Via een glasvezel kabel komt de sterke bundel licht gericht ter plaatse. Het opvangen van het doorschijnende licht kan op weer twee manieren: (1) Via een lichtgeleidende catheter (een doorschijnende plastic draad). De katheter wordt daarvoor in de slokdarm gebracht op een hoogte vlak onder de larynx. (2) Via een lichtgevoelige cel die vlak tegen de huid onder larynx geplaatst wordt. Slokdarm (oesophagus) en luchtpijp (trachea) liggen zeer dicht tegen elkaar in de hals zodat de eerste methode toch redelijk succesvol is.

Aan de lichtbronnen wordt een bijzondere eis gesteld. De lamp moet met gelijkstroom gevoed worden. Elke lamp die vanuit het lichtnet gevoed wordt, varieert in intensiteit met de frequentie van het lichtnet (50 Hz, twee maxima dus eigenlijk 100 Hz). Ons oog reageert te traag om deze variatie op te merken, maar een lichtcel die juist de trillingen in dit frequentie gebied volgen moet zal er sterk door gestoord worden. Elke direct uit het net gevoede lichtbron fungeert in principe als stoorzender voor dit type metingen.

Wanneer er met lichtgeleiders wordt gewerkt, maakt het in principe niet zoveel meer uit welke van de twee zender of ontvanger is. Het voordeel van een lichtbron boven de stemplooien is dat naast de PGG meting ook andere technieken zoals hoge-snelheidsfilm opnames toegepast kunnen worden. Dit soort gecombineerde metingen zijn door Coleman & Wendal (1968) verricht en leverden een belangrijke conclusie op: De area-golfvorm die verkregen wordt uit de filmopnames, is wel in fase, maar komt in vorm niet goed overeen met de golfvorm van het PGG signaal. Zij noemen de volgende factoren als mogelijke foutbronnen in PGG:

(1) De licht-intensiteit verdeling over de stemspleet kan ongelijk zijn. Hierdoor zal een vergroting van het glottisoppervlak geen evenredige vergroting van de lichtintensiteit opleveren.

(2) Niet alleen door de stemspleet, ook door de stemplooien schijnt licht. Ook de lichtdoorlaatbaarheid van de stemplooien zelf verandert tijdens de trilling.

(3) Licht reflecties van de mucosa zullen mede de totale lichtintensiteit variatie beÔnvloeden.

(4) Verticale beweging van de stemplooien ten opzichte van lichtbron en lichtcel worden niet verrekend.

(5) De plaatsing van de meetcel veroorzaakt verschillen in de PGG golfvorm.

Om deze redenen concluderen Coleman en Wendal dat, zonder goede evaluatie van deze stoorfactoren, elke interpretatie van PGG gegevens met de nodige scepsis benaderd moet worden, zeker wanneer het er om gaat om specifieke conclusies te trekken uit de fijnstructuur van de curve. De amplitude van de curve is nooit een maat voor de absolute grootte van het glottisoppervlak, noch is de minimale lichtintensiteit in het vlakke stuk van de curve (gesloten interval) een maat voor de volledigheid van de glottissluiting. Zelfs al zou de PGG curve zeer goed de area-curve benaderen, dan is de helling van de sluitingsflank geen maat voor de sterkte van de akoestische sluitingspuls omdat deze laatste mede door de stroomsnelheid bepaald wordt.

(E) Electroglottografie (EGG)2 Top

Electroglottografie meet de weerstandsveranderingen tussen twee op de hals geplaatste elektrodes zoals die veroorzaakt worden door veranderingen in contactoppervlak en vervorming van de stemplooien. De elektrodes worden daarvoor aan de hals aan beide zijden van het uitstekende deel van het schildkraakbeen (de adamsappel) geplaatst. Om een zo goed mogelijk elektrisch contact te krijgen wordt tussen elektrodes en de huid een geleidende pasta aangebracht. Bij de weerstandsmeting kan geen gelijkspanning over de elektrodes gezet worden omdat dan bij de spanningen die nodig zouden zijn elektrochemische polarisatie zou optreden. In plaats daarvan wordt een zwakke zeer hoogfrequente wisselspanning (ver boven het audiogebied) over de elektrodes gezet en wordt de stroom door de elektrodes gemeten. De verhouding tussen (wissel)spanning en (wissel)stroom; de elektrische weerstand, verandert met het openen en sluiten van de glottis en levert een signaal op wat in niveau varieert met de trillingscyclus van de stemplooien. Ook al lijkt het signaal wat zo ontstaat zeer veel op een area-functie of een volume-snelheids functie, het is beslist niet hetzelfde en representeert geheel andere fysische en fysiologische kenmerken.

De techniek is al redelijk oud en er werd voor het eerst over gepubliceerd door Fabre in 1957. Sindsdien zijn methode en de apparatuur sterk verbeterd. Eenvoud van methode en apparatuur als toepasbaarheid voor intonatie onderzoek door signaaleenvoud (het EGG signaal benadert een enkelvoudige trilling) maakt deze methode zeer populair voor zowel stem als spraak onderzoek. Er is, en er wordt nog steeds zeer veel over deze methode geschreven.

Uit het dissertatie werk van de Nederlandse KNO-arts F. Lecluse komt figuur 5. Samen met zijn collega's maakte hij in 1977 voor het eerst stroboscopische beelden parallel met het EGG signaal.

Hier Fig 5, Parallel opnames van het electroglottografie signaal en stroboscoop beelden.

We zien vooral in de eerste drie fases hoe het sluiten van de stemplooien een duidelijke toename in de electrische geleiding veroorzaakt om vervolgens in de fases 4 t/m 6 door een maximum te gaan. Bij fase 5 is het contact oppervlak en dus ook de geleiding maximaal (minimale weerstand). In de fases 7 t/m 9 neemt, met het contact oppervlak, de geleiding af tot een minimum wanneer de stemplooien helemaal van elkaar los komen. Gedurende het open zijn van de stemspleet (fases 9 t/m/12) treedt geen geleidingsverandering meer op omdat er geen contact meer is. De curve is in deze fase bij benadering vlak. In de open fase wanneer de area-functie en de volume-snelheids functie hun "bult" vertonen is het EGG signaal dus vlak. Wanneer er geen contact is levert het EGG signaal geen enkele informatie over het bewegen van de stemplooien (openings en sluitings fase) en dus over de vorm van de akoestische excitatie puls. Meestal is in de open fase de EGG curve niet echt vlak; er zit nog wat variatie in. Ook al raken de stemplooien  elkaar niet, toch veroorzaken de deformaties van de stemplooien zelf nog zeer kleine weerstandsveranderingen. Dit verklaart waarom, wanneer er zoals vaak in de falset trilling, geen contact is er soms toch nog een gering periodiek EGG signaal wordt gevonden.

Interpretatie van EGG signalen

Het vlakke gedeelte van het EGG signaal vertoont meestal een helling. Deze helling wordt veroorzaakt doordat het signaal hoogdoorlaat gefilterd is. De weerstandsveranderingen ten gevolge van de stemplooisluiting zijn meestal klein in verhouding tot de weerstandsveranderingen die kunnen optreden ten gevolge van veranderingen in elektrodepositie, glottispositie en instelling. Deze laatste variaties mogen dan wel groot zijn in amplitude, maar de snelheid waarmee ze optreden is meestal klein. Een ongefilterd EGG signaal ziet er uit als een laagfrequente slingering met daarbovenop de rimpeling van de weerstandsverandering veroorzaakt door de glottissluiting. Inschakeling van het hoogdoorlaatfilter levert ons het "schone" maar iets vervormde EGG signaal op.

Dat deel van de cyclus waarin het EGG signaal de grootste variatie vertoont en dus ook de meeste informatie oplevert is gedurende het gesloten zijn van de stemplooien. De weerstand begint al te veranderen als de stemplooien elkaar net raken, voordat de luchtstroom geheel gestopt is en de area en flow functie aan hun minimum zijn. Ook al is de glottis geheel voor lucht gesloten dan treden er nog karakteristieke veranderingen op in de EGG curve omdat het contact oppervlak varieert doordat de stemplooi beweging zich verder afwikkelt (verticale faseverschillen). Op het bovenbeschreven EGG basispatroon zijn zeer veel variaties mogelijk en nog steeds wordt er veel onderzoek uitgevoerd om relaties te leggen tussen trillingspatroon van de stemplooien en karakteristieken van de EEG curve.

Sluiten van de stemplooien gaat meestal sneller dan openen. De weerstandsafname verloopt daardoor sneller dan de weerstandstoename. De steile flank ligt in de EGG curve achter het vlakke gedeelte terwijl deze in de volume-snelheids curve voor het vlakke deel ligt. De steilheid van de EGG flank is er wel aan gerelateerd, maar blijkt in de praktijk een slechte maat voor de sluitingssnelheid van de glottis. Het EGG signaal levert wel betrouwbare informatie op over de duur waarover de stemspleet gesloten is (OQ). Het EGG signaal wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het "poorten" van de LPC analyse die, wanneer deze alleen op het gesloten interval wordt toegepast, betere resultaten oplevert. Beide signalen moeten daarvoor synchroon worden opgenomen en er is een kleine tijd-correctie nodig. Met een mond-microfoon afstand van ca. 5 cm, een aanzetstuk lengte van ca. 27 cm (totaal 0,330 m) en een geluidssnelheid van 330 m/s zal het akoestische signaal een vertraging laten zien van 1 miliseconde ten opzichte van het EGG signaal.

Samengevat meet het EGG signaal het contact oppervlak van de stemplooien. In welke mate externe factoren, zoals elektrode positie, huidweerstand etc. van belang zijn voor de signaalvorm en amplitude is niet volledig bekend. Wanneer er veel vetweefsel in de nek voorkomt (speknek) dan kan, door de slechte geleiding van vetweefsel, de totaal weerstand zo hoog oplopen dat weerstandsveranderingen bij de glottis niet of nauwelijks meer te meten zijn. Over het algemeen treden over het hele toonhoogtebereik sterke veranderingen op in signaalvorm en amplitude. Laag in modaal\borstregister is het EGG signaal krachtig en laat de golfvorm sterk karakteristieke patronen zien. Hoog in de kop/falset stem is het EGG signaal bijna sinusachtig doordat de stemplooien elkaar nauwelijks dan wel kort raken. Vaak valt bij hoge Fo het signaal weg of verdrinkt het in de achtergrondruis.

Het niveau van het EGG signaal geeft nooit enige absolute informatie over de amplitude van de stemplooitrilling. In een bepaalde mate zal een grotere trillingsamplitude ook een iets breder contactoppervlak opleveren en dus een grotere amplitude van het EGG signaal. Een eventueel verband tussen EGG amplitude en geluidsniveau kent nog meer onzekere factoren. Omdat het geen absolute meting is, is nooit aan de piek waarde van het EGG signaal af te lezen of de stemplooien volledig sluiten of dat er nog een lek overblijft. Afhankelijk van de adductie zal bij een trilling meer of minder weefsel elkaar in het midden raken. Te sterke adductie (extreem dichtknijpen) is dus ook een factor die de maximale amplitude van het EGG signaal kan beÔnvloeden. Het EGG signaal is goed te gebruiken voor het meten van de periodiciteit van de stemplooitrilling. Voorwaarde is wel dat het signaal een redelijk niveau heeft (een goede signaal ruis verhouding). Voor een beperkt deel van het F0 bereik en bij voldoende krachtige stemgeving wordt aan deze voorwaarde voldaan. Toch zijn er veel proefpersonen waarbij in het geheel geen goed signaal verkregen wordt. De bruikbaarheid van het EGG signaal voor periodiciteitmetingen blijft beperkt.

Simultane metingen. De figuren 7 t/m 8 laten een aantal resulten zien van metingen waarbij meerdere signalen simultaan geregistreerd werden. Bij de interpretatie van EGG signalen is het van groot belang eerst uit te zoeken welke polariteit het signaal heeft langs de verticale as: Representeert een signaaltoename een weerstandstoename (impedantie toename) of een toename van het geleidingsvermogen? Beide zijn elkaars tegenovergestelde en worden door elkaar gebruikt, er bestaat geen echte consensus over de representatie en in veel gevallen ontbreekt zelfs enige aanwijzing wat er uitgezet is en in welke richting. Het wordt dan aan de lezer overgelaten om dit zelf uit te zoeken aan de hand van karakteristieken in de signaalvorm. Deze klus levert gewild of ongewild meestal ook meer inzicht op in de resultaten. De voornaamste handwijzing hierbij is: zoek het meest vlakke deel in de EGG curve (open fase), de (sluitings-) flank die hierop volgt moet in de richting van maximale geleiding/minimale weerstand zijn.

Fig 6 Simultaan registraties van EGG (boven) en PGG signaal (onder) van een mannenstem in modaal register, comfortabel niveau. EGG: impedantie neemt naar onder toe, PGG: sensor in pharynx, licht flux neemt toe naar onderen. Idem rechter afbeelding, maar nu met PGG sensor aan de nek.

Fig 6 is afkomstig uit een publicatie van de heer Dejonckere (sinds enige tijd de foniater bij het AZU). Zowel een EGG en PGG signaal zijn gemeten (EGG boven, PGG curve daar telkens onder). In borstregister is het goed mogelijk alleen aan de hand van de informatie welk van de signalen bij welke meetmethode hoort een uitspraak te doen over dimensie en polariteit van de verticale as. In de open fase is de EGG curve vlak, in de gesloten fase de PGG curve. Bij een weerstands afname door sluiting (stijgende flank in de bovenste EGG curve) neemt ook de lichtintensiteit af (stijgende flank onderste curve).

Fig 7 Simultaan registraties van EGG (boven) en PGG signaal (onder) van een mannenstem in falset register, comfortabel niveau. EGG: impedantie neemt naar onder toe, PGG: sensor in pharynx, licht flux neemt toe naar onderen. Idem rechter afbeelding, maar nu met PGG sensor aan de nek.

Bij de falset stem (Fig 7) is het onmogelijk geworden de juristgenoemde truc toe te passen.

Fig 8 Gesynchroniseerde signalen van PGG en EGG signaal (boven) en akoestisch signaal en EGG signaal (onder).

Figiguur 8 laat behalve het EGG en PGG signaal ook het akoestisch signaal zien. We zien dat de sluitingsflank samenvalt met een (excitatie) piek in het geluidsignaal.

(F) Ultrageluid Glottografie (UGG) Top

Ultrasone geluidsgolven hebben trillingsfrequenties die liggen in het gebied van 1 tot 10 MHz. Deze golven passeren gemakkelijk door verschillende media en planten zich vanuit de transducer sterk gebundeld voort. Op de grensvlakken tussen verschillend materiaal kan de golf weerkaatst worden. De mate waarin weerkaatsing optreedt hangt af van de akoestische impedantie van de twee media. De impedantie-overgang hangt nauw samen met de dichtheid van beide materialen. Een grensvlak van water en lucht zal de bundel grotendeels terugkaatsen. Wanneer een ultrasone bundel niet loodrecht, maar onder een bepaalde hoek invalt, dan zal de bundel, net als licht in een spiegel, onder eenzelfde hoek weerkaatsten. Het feit dat ultrasoon geluid op een grensvlak van stemplooiweefsel en lucht sterk weerkaatst, wordt gebruikt in ultrageluid glottografie om het openen (veel weerkaatsing) en sluiten (weinig weerkaatsing) van de stemspleet te volgen. Figuur 9 geeft een schema van de gebruikte opstelling en het resulterende signaal.

Fig 9 Dubbelopname van zowel reflectie als transmissie van ultrasone geluidbundels aan de larynx.

Beide transducers kunnen zowel zenden als ontvangen. De transducer links is direct aan de hals geplaatst. Tussen de rechter transducer en de hals is een met water gevulde buis (geen impedantie-overgang) geplaatst. Door deze verlenging van de afstand waarop echo's optreden kunnen de signalen van links en rechts beter onderscheiden worden. Beide transducers aan weerszijden van de glottis zenden tegelijkertijd zeer korte pulsen (bursts) uit en meten vlak daar opvolgend de optredende reflecties. De tijdsafstand tussen de burst en reflectie is een maat voor de afstand tussen de transducer en het grensvlak. Beide ontvangen signalen, afkomstig van zowel linker als rechter transducer zijn langs dezelfde as in de figuur uitgezet. De zwarte balk links in de opname (T) is de burst en naar mate we verder naar rechts gaan vinden we de achtereenvolgende reflecties. Op een tijdsafstand die het geluid er over doet om de 2 cm heen en terug af te leggen vinden we de eerste reflectie aan het grensvlak van de linker stemplooi en de lucht. Dit signaal is verzonden en opgevangen door de linker transducer. In deze curve is de beweging van de rand van de linker stemplooi zichtbaar. De curve geheel rechts is de reflectie aan het grensvlak van de rechter stemplooi en de lucht zoals die verzonden en opgevangen is door de rechter transducer. Beide curves hebben dezelfde polariteit omdat ze ieder, vanaf hun eigen transducer gezien, op hetzelde moment zich verwijderen dan wel naderbij komen. De donkere onderbroken band in het midden is geen reflectie maar een transmissie signaal. Op het moment dat de stemplooien sluiten kunnen de bursts de stemplooien passeren en de tegenoverliggende transducer bereiken. Omdat we hier met een transmissie en niet met een reflectie te doen hebben hoeft de weg maar een keer afgelegd te worden. Gemeten in de reflectie afstand komen de transmissie burst op de helft van de afstand tussen de transducers te liggen (3,5 cm i.p.v. de echte 7 cm).

Door gebruik te maken van deze opstelling kan zowel de beweging van elke stemplooien afzonderlijk, als het sluiten van de stemplooien worden gemeten. De meting levert absolute waardes voor de uitwijking van ieder stemplooi! Toch is het interpreteren van de gegevens niet eenvoudig en zijn er veel factoren die de meting kunnen storen. De gecompliceerde vorm van het bewegende, reflecterende stemplooi oppervlak en de verticale beweging van de larynx ten opzichte van de transducers kan alle soorten artefacten veroorzaken. Omdat er nog geen goedkope en gemakkelijk te gebruiken apparatuur voorhanden is en de meetresultaten complex zijn wordt de methode slechts sporadisch toegepast.

1Volgens de theorie van Husson, die door veel zangers nog wordt aangehangen, zou het trillen van de stemplooien veroorzaakt worden door een aansturing van de spieren in een bepaalde herhalingsfrequentie. Door de genoemde reactietraagheid wordt het genereren van zeer hoge grondtoonfrequenties wel erg problematisch, dit is een van de argumenten die gebruikt wordt om deze theorie te "ontzenuwen" Volgens deze theorie zouden de stemplooien ook moeten trillen zonder dat er lucht door de stemspleet stroomt. Dit is niet het geval.

2 Wordt ook wel laryngografie genoemd

Top