26dgpp07 10.3205/26dgpp07 urn:nbn:de:0183-26dgpp075 Vortrag Traser Traser L. L PD Dr.

Freiburger Institut für Musikermedizin, Hochschule für Musik Freiburg, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburger Forschungs- und Lehrzentrum Musik, Freiburg, DeutschlandFreiburger Institut für Musikermedizin, Hochschule für Musik Freiburg, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburger Forschungs- und Lehrzentrum Musik, Freiburg, DeutschlandMedizinische Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland

louisa.traser@uniklinik-freiburg.de author Stritt Stritt F. F

Freiburger Institut für Musikermedizin, Hochschule für Musik Freiburg, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburger Forschungs- und Lehrzentrum Musik, Freiburg, Deutschland Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland

author Jordan Jordan P. P

Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Institut für Medizinphysik, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Deutschland

author Priegnitz Priegnitz D. D

www.vocalsontherocks.de, Freiburg, Deutschland

author Aaen Aaen Mathias M

Complete Vocal Institute, Kopenhagen, Dänemark Department of Ear, Nose and Throat, Nottingham University Hospitals NHS Trust, Nottingham, Vereinigtes Königreich

author Sadolin Sadolin Cathrine C

Complete Vocal Institute, Kopenhagen, Dänemark

author Richter Richter B. B

Freiburger Institut für Musikermedizin, Hochschule für Musik Freiburg, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburger Forschungs- und Lehrzentrum Musik, Freiburg, Deutschland Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland

author Bock Bock M. M

Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Institut für Medizinphysik, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Deutschland

author Fischer Fischer J. J

Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Institut für Medizinphysik, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Deutschland

author German Medical Science GMS Publishing House

Düsseldorf

610 20260826 germ This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 License. Dieser Artikel ist ein Open-Access-Artikel und steht unter den Lizenzbedingungen der Creative Commons Attribution 4.0 License (Namensnennung). M0654 07 Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie 42. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie (DGPP) Stimme: Stimmphysiologie Starnberg 20260916 20260919 V05 Hintergrund: Doppeloszillationen von Stimmlippen (SL) und Taschenfalten (TF) treten sowohl ungewollt bei malregulativer Dysphonie, als auch gewollt als musikalisches Ausdrucksmittel im Metal-Gesang sowie in asiatischen Gesangstechniken auf. Auch dienen TF-Oszillationen als supraglottaler Stimmersatz, wenn die Schwingung der SL beeinträchtigt ist. Die endoskopische Darstellung dieser Oszillationsmechanismen mittels Stroboskopie oder Hochgeschwindigkeitsvideo erlauben zwar eine zweidimensionale Beurteilung, verdecken jedoch in der Schlußphase der TF zwangsläufig die darunterliegenden SL. Eine Quantifizierung der SL-Kontaktfläche bei geschlossenen TF sowie eine dreidimensionale Darstellung waren daher bisher nicht möglich. Ex-vivo-Modelle konnten eine aerodynamische Kopplung zwischen SL und TF nachweisen, vermochten jedoch nicht alle beobachteten Phänomene der Periodenverdopplungs-Phonation zu erklären.Material und Methode: Erstmals wurde die dynamische 3D-MRT der SL zur Untersuchung periodischer Doppeloszillationen eingesetzt. Zwei männliche Metal-Sänger führten in Rückenlage 2:1-Periodenverdopplungs-Phonationen auf verschiedenen Grundfrequenzen [123:69 Hz bzw. 128:64 Hz] über jeweils 5 Minuten bei Atmung nach Bedarf durch. Es erfolgte eine schwellenwertbasierte Segmentierung der 3D-Bewegung sowie eine zeitaufgelöste Analyse der SL-Kontaktfläche und des SL- bzw. TF-Kontakts in mittlerer koronarer Schnittebene als Kymogramm.Ergebnisse: Die Daten zeigen erstmals in vivo, dass sich die Oszillation der SL über den sinus morgagni auf die TF fortpflanzen kann. Die Mukosawelle propagiert dabei zeitlich so abgestimmt nach kaudal, dass im Moment des maximalen TF-Kontakts ein erneuter SL-Kontakt induziert wird. Diese Zwischenoszillation der SL ist in Amplitude und Kontaktfläche reduziert und propagiert nicht nach kaudal. Schlussfolgerung: Die dynamische 3D-MRT der SL ermöglicht neue Einblicke in das mechanistische Verständnis von Doppeloszillationen. Die Befunde legen nahe, dass für das Verständnis neben aerodynamischen Kräften auch die zeitliche Propagation der Mukosawelle nach kaudal eine wichtige Rolle spielen könnte. Neben dem Grad der TF-Adduktion als determinierenden Faktor für den Kopplungsgrad und damit das Periodenverhältnis könnten auch die Beschaffenheit und muskuläre Anspannung der TF sowie die Geometrie des sinus morgagni wichtige Steuerungsfunktionen einnehmen. Die Methode eröffnet damit neue Perspektiven für das Verständnis erweiterter stimmlicher Ausdrucksmöglichkeiten. TextEinleitung und HintergrundDie menschliche Stimme entsteht überwiegend durch die regelmäßige Schwingung beider Stimmlippen (SL); daneben können auch supraglottale Strukturen mitschwingen, insbesondere die Taschenfalten (TF), die aryepiglottischen Falten und die Epiglottis . Solche Doppeloszillationen treten sowohl ungewollt bei malregulativer Dysphonie, als auch gezielt als musikalisches Ausdrucksmittel – etwa im Metal-Gesang oder in asiatischen und mediterranen Gesangstechniken – auf , , , , , . Klinisch relevant ist, dass supraglottale Oszillationen als Stimmersatz dienen können, wenn die Schwingungsfähigkeit der SL eingeschränkt ist (z.B. durch Narbenbildung); ihr gezieltes Erlernen ist daher ein potenzieller Weg der Stimmrehabilitation . Aus Sicht der nichtlinearen Dynamik lassen sich SL und TF als zwei gekoppelte, selbsterhaltende Oszillatoren beschreiben, die aerodynamisch und mechanisch interagieren und je nach Kopplungsstärke synchronisierte Schwingungen, Bifurkationen, Biphonationen oder chaotische Muster erzeugen , , , . Für die vokal-ventrikuläre Phonation (VVP) wurde eine besonders enge Kopplung angenommen, da sie selbst im Glissando ein festes Verhältnis von 2:1 (SL:TF) über einen gewissen Stimmumfang aufrechterhält . Dabei zeigte sich ein mehrgipfliges supraglottales Bewegungsmuster: Zwischen zwei vollständigen TF-Schlüssen tritt eine zusätzliche mediale Bewegung auf mit geringerer Amplitude ohne vollständigen TF-Kontakt . Die Hochgeschwindigkeits-Videoendoskopie (HSV) kann den SL-Kontakt in der Schlussphase jedoch nicht erfassen, da die TF die SL verdecken, und erlaubt keine dreidimensionale Beurteilung. Die Kopplungsmechanismen – aerodynamisch, akustisch oder mechanisch – bleiben unklar. Ex-vivo- und physikalische Modelle wiesen eine aerodynamische Kopplung nach, erklären jedoch nicht alle Phänomene der Periodenverdopplungs-Phonation , . Ziel der Arbeit war es daher, erstmals die dynamische 3D-MRT der SL einzusetzen, um die räumlich-zeitliche Interaktion von SL und TF während einer periodischen 2:1-Doppeloszillation aufzulösen und den Mechanismus der TF-Zwischenoszillation zu untersuchen.Material und MethodenUntersucht wurden zwei männliche professionelle Metal-Sänger (P1 & P2) in Rückenlage. Beide führten die 2:1-VVP auf einer angenehmen Grundfrequenz über jeweils etwa fünf Minuten aus; vergleichend wurde auf derselben Grundfrequenz eine Singstimmphonation ohne supraglottale Oszillationen aufgenommen. SL und TF wurden mit einer dynamischen 3D-MRT-Sequenz mit räumlicher Auflösung im Submillimeter- und zeitlicher Auflösung im Submillisekundenbereich erfasst , , . Nach schwellenwertbasierter Segmentierung erfolgte eine zeitaufgelöste Analyse der SL- und supraglottalen Kontakt- und Öffnungsflächen. Zusätzlich wurde der SL- und TF-Kontakt entlang einer abgeknickten Zentrallinie in koronarer Schnittebene – dem Epilarynxtubus folgend – extrahiert und als Kymogramm dargestellt.ErgebnisseDie perzeptive Tonhöhe lag bei P1 bei C3 (130 Hz) und bei P2 bei H2 (124 Hz); die mit der Methode nach bestimmten mittleren Grundfrequenzen betrugen 65,8 bzw. 63,5 Hz. Gegenüber rein glottaler Phonation zeigte sich bei beiden Probanden eine Verengung des supraglottalen Bereichs in anterior-posteriorer und mediolateraler Ebene auf Höhe der TF und der aryepiglottischen Falten. Die SL wiesen in einer koronaren Ansicht eine quadratische Form auf mit der für einen M1-Mechanismus typischen medio-inferioren Vorwölbung – dies wurde auch schon für dicke SL beschrieben . Bei beiden Probanden zeigte sich ein gleichförmiger 2:1-Mechanismus mit je zwei SL-Oszillationen pro supraglottaler Hauptoszillation. Eine der beiden SL-Oszillationen löst eine nach cranial propagierende Welle aus, die sich über den Sinus Morgagni auf die Supraglottis überträgt und etwa bis zur Mitte des Epilarynxtubus läuft (Abbildung 1 ). Der maximale supraglottale Kontakt erfolgt rund 1 ms vor dem zweiten SL-Kontakt und ist gegenüber der ersten Oszillation verändert: bei P1 in Kontaktfläche und Dauer vermindert, bei P2 verstärkt. Vor Erreichen der TF verebbt die von der glottalen Zwischenoszillation ausgelöste Welle, da sich die Supraglottis in einer Öffnungsphase befindet. Der Verlauf der Kontaktfläche (Abbildung 2 ) zeigt eine doppelgipflige supraglottale Bewegung, die mit dem mehrgipfligen Muster korreliert, das mit HSV beobachtet wurde .DiskussionDie dynamische 3D-MRT überwindet die zentralen Limitationen der Endoskopie (Verdeckung der SL durch die TF) und der statischen MRT (fehlende zeitliche Auflösung) und quantifiziert erstmals die SL-Bewegung auch in der Schlussphase der TF dreidimensional und zeitaufgelöst. Die Ergebnisse der Messungen legen nahe, dass neben den in Modellen beschriebenen aerodynamischen Kräften , auch die zeitliche craniale Propagation der Mukosawelle eine wichtige Rolle spielt. Die Abstimmung zwischen cranialer Wellenausbreitung und maximalem TF-Kontakt scheint ein bislang unterschätzter Faktor für das stabile Frequenzverhältnis zu sein und könnte – über die verzögerte Übertragung der Welle auf die TF bei Änderung der SL-Grundfrequenz – auch die im Glissando beobachtete Variation der Phasenlage erklären . Neben dem Grad der TF-Adduktion, der in Modellen und statischer MRT als determinierender Faktor identifiziert wurde , , , könnten somit auch Beschaffenheit und muskuläre Anspannung der TF – etwa über Faseranteile des Musculus thyroarytaenoideus und des M. ventricularis – sowie die Geometrie des Sinus Morgagni eine Steuerungsfunktion einnehmen. Diese Parameter wären gezielt trainierbar und damit gesangspädagogisch wie klinisch bedeutsam, um einen kontrollierten supraglottalen Stimmersatz bei glottaler Insuffizienz zu erzielen. Limitierend für die Übertragbarkeit der Ergebnisse sind die geringe Probandenzahl, die durch die Rückenlage veränderte laryngeale Position sowie verbleibende Bewegungsartefakte.SchlussfolgerungDie dynamische 3D-MRT der SL macht erstmals die räumlich-zeitliche Kopplung von SL und TF hinter den geschlossenen TF sichtbar und eröffnet neue Perspektiven sowohl für das Verständnis erweiterter stimmlicher Ausdrucksmöglichkeiten als auch für die Entwicklung supraglottaler Ersatzmechanismen in der Stimmrehabilitation. Traser L Fleischer M Priegnitz D Stritt F Köberlein M Kirsch J Fischer J Herzel H Mürbe D Richter B Echternach M In vivo insights into irregular voice production as a complex nonlinear system-a case study 2025 J R Soc Interface 20250086 Traser L, Fleischer M, Priegnitz D, Stritt F, Köberlein M, Kirsch J, Fischer J, Herzel H, Mürbe D, Richter B, Echternach M. In vivo insights into irregular voice production as a complex nonlinear system-a case study. J R Soc Interface. 2025 Aug;22(229):20250086. DOI: 10.1098/rsif.2025.0086 https://doi.org/10.1098/rsif.2025.0086 Fuks L Hammarberg B Sundberg J A self-sustained vocal-ventricular phonation mode 1998 STL-QPSR 49-59 Fuks L, Hammarberg B, Sundberg J. A self-sustained vocal-ventricular phonation mode. STL-QPSR. 1998;3:49-59. Bailly L Henrich N Pelorson X Vocal fold and ventricular fold vibration in period-doubling phonation: physiological description and aerodynamic modeling 2010 J Acoust Soc Am 3212-22 Bailly L, Henrich N, Pelorson X. Vocal fold and ventricular fold vibration in period-doubling phonation: physiological description and aerodynamic modeling. J Acoust Soc Am. 2010 May;127(5):3212-22. DOI: 10.1121/1.3365220 https://doi.org/10.1121/1.3365220 Bailly L Bernardoni NH Müller F Rohlfs AK Hess M Ventricular-fold dynamics in human phonation 2014 J Speech Lang Hear Res 1219-42 Bailly L, Bernardoni NH, Müller F, Rohlfs AK, Hess M. Ventricular-fold dynamics in human phonation. J Speech Lang Hear Res. 2014 Aug;57(4):1219-42. DOI: 10.1044/2014_JSLHR-S-12-0418 https://doi.org/10.1044/2014_JSLHR-S-12-0418 Sakakibara KI Fuks L Imagawa H Tayama N Growl voice in ethnic and pop styles 2004 Proc Int Symp Musical Acoustics Sakakibara KI, Fuks L, Imagawa H, Tayama N. Growl voice in ethnic and pop styles. Proc Int Symp Musical Acoustics. 2004. Aaen M McGlashan J Sadolin C Laryngostroboscopic Exploration of Rough Vocal Effects in Singing and their Statistical Recognizability: An Anatomical and Physiological Description and Visual Recognizability Study of Distortion, Growl, Rattle, and Grunt using laryngostroboscopic Imaging and Panel Assessment 2020 J Voice 162.e5-162 Aaen M, McGlashan J, Sadolin C. Laryngostroboscopic Exploration of Rough Vocal Effects in Singing and their Statistical Recognizability: An Anatomical and Physiological Description and Visual Recognizability Study of Distortion, Growl, Rattle, and Grunt using laryngostroboscopic Imaging and Panel Assessment. J Voice. 2020 Jan;34(1):162.e5-162.e14. DOI: 10.1016/j.jvoice.2017.12.020 https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2017.12.020 Aaen M McGlashan J Christoph N Sadolin C Extreme Vocal Effects Distortion, Growl, Grunt, Rattle, and Creaking as Measured by Electroglottography and Acoustics in 32 Healthy Professional Singers 2024 J Voice 795.e21-795 Aaen M, McGlashan J, Christoph N, Sadolin C. Extreme Vocal Effects Distortion, Growl, Grunt, Rattle, and Creaking as Measured by Electroglottography and Acoustics in 32 Healthy Professional Singers. J Voice. 2024 May;38(3):795.e21-795.e35. DOI: 10.1016/j.jvoice.2021.11.010 https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2021.11.010 Švec JG Zhang Z Application of nonlinear dynamics theory to understanding normal and pathologic voices in humans 2025 Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 20240018 Švec JG, Zhang Z. Application of nonlinear dynamics theory to understanding normal and pathologic voices in humans. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2025 Apr 3;380(1923):20240018. DOI: 10.1098/rstb.2024.0018 https://doi.org/10.1098/rstb.2024.0018 Inoue T Shiozawa K Matsumoto T Kanaya M Tokuda IT Nonlinear dynamics and chaos in a vocal-ventricular fold system 2024 Chaos 023134 Inoue T, Shiozawa K, Matsumoto T, Kanaya M, Tokuda IT. Nonlinear dynamics and chaos in a vocal-ventricular fold system. Chaos. 2024 Feb 1;34(2):023134. DOI: 10.1063/5.0155215 https://doi.org/10.1063/5.0155215 Matsumoto T Kanaya M Ishimura K Tokuda IT Experimental study of vocal-ventricular fold oscillations in voice production 2021 J Acoust Soc Am 271 Matsumoto T, Kanaya M, Ishimura K, Tokuda IT. Experimental study of vocal-ventricular fold oscillations in voice production. J Acoust Soc Am. 2021 Jan;149(1):271. DOI: 10.1121/10.0003211 https://doi.org/10.1121/10.0003211 Fischer J Abels T Özen AC Echternach M Richter B Bock M Magnetic resonance imaging of the vocal fold oscillations with sub-millisecond temporal resolution 2020 Magn Reson Med 403-11 Fischer J, Abels T, Özen AC, Echternach M, Richter B, Bock M. Magnetic resonance imaging of the vocal fold oscillations with sub-millisecond temporal resolution. Magn Reson Med. 2020 Feb;83(2):403-11. DOI: 10.1002/mrm.27982 https://doi.org/10.1002/mrm.27982 Fischer J Özen AC Ilbey S Traser L Echternach M Richter B Bock M Sub-millisecond 2D MRI of the vocal fold oscillation using single-point imaging with rapid encoding 2022 MAGMA 301-10 Fischer J, Özen AC, Ilbey S, Traser L, Echternach M, Richter B, Bock M. Sub-millisecond 2D MRI of the vocal fold oscillation using single-point imaging with rapid encoding. MAGMA. 2022 Apr;35(2):301-10. DOI: 10.1007/s10334-021-00959-4 https://doi.org/10.1007/s10334-021-00959-4 Fischer J Jordan PL Stritt F Richter B Traser L Bock M Dynamic 3D MRI for vocal fold oscillation measurements 2026 Z Med Phys S0939-3889(26)00004-8 Fischer J, Jordan PL, Stritt F, Richter B, Traser L, Bock M. Dynamic 3D MRI for vocal fold oscillation measurements. Z Med Phys. 2026 Jan 29:S0939-3889(26)00004-8. DOI: 10.1016/j.zemedi.2026.01.005 https://doi.org/10.1016/j.zemedi.2026.01.005 Traser L Stritt F Jordan PL Köberlein M Kirsch J Rummel S Zhang Z Richter B Bock M Fischer J Echternach M Dynamic 3D MRI of vocal fold oscillations: In vivo assessment of vocal fold thickness, contact area, and glottal area waveform across phonation types in comparison with high-speed imaging 2026 J Acoust Soc Am 4325-40 Traser L, Stritt F, Jordan PL, Köberlein M, Kirsch J, Rummel S, Zhang Z, Richter B, Bock M, Fischer J, Echternach M. Dynamic 3D MRI of vocal fold oscillations: In vivo assessment of vocal fold thickness, contact area, and glottal area waveform across phonation types in comparison with high-speed imaging. J Acoust Soc Am. 2026 May 1;159(5):4325-40. DOI: 10.1121/10.0043582 https://doi.org/10.1121/10.0043582 Traser L Priegnitz D Stritt F Vocal tract configuration and acoustic transfer char-acteristics in period-doubling bifurcation phonation mechanisms of extreme vocal styles J Acoust Soc Am Traser L, Priegnitz D, Stritt F, et al. Vocal tract configuration and acoustic transfer char-acteristics in period-doubling bifurcation phonation mechanisms of extreme vocal styles. J Acoust Soc Am. Forthcoming [in Revision]. Gocht A Lüers G Schumacher U Amount and spatial arrangement of muscle fibers in the human laryngeal Musculus ventricularis 2023 Clin Anat 1138-46 Gocht A, Lüers G, Schumacher U. Amount and spatial arrangement of muscle fibers in the human laryngeal Musculus ventricularis. Clin Anat. 2023 Nov;36(8):1138-46. DOI: 10.1002/ca.24050 https://doi.org/10.1002/ca.24050 0

1 1 Abbildung 1: Räumlich-zeitliche Interaktion von Stimmlippen (SL) und Taschenfalten (TF) während der 2:1-vokal-ventrikulären Phonation: Links: midsagittale MRT-Aufnahme mit der dem Epilarynxtubus folgenden, abgeknickten Kymogrammlinie (gestrichelt, magenta). Mitte: quasi-koronare Ansicht entlang der Kymogrammlinie während SL und TF Kontaktphase. Rechts: zeitaufgelöstes 3D-Kymogramm entlang der Kymogrammlinie (t = Zeit) für die rechte Stimmlippe; der blaue Pfeil markiert die nach cranial propagierende Mukosawelle, die magentafarbene Linie den im mittleren Bildteil repräsentierten Zeitschritt. Die farbigen Pfeile ordnen die segmentierten Strukturen dem rechten Bildteil zu (gelb = TF, grün = Sinus Morgagni, blau = SL)

2 2 Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf der dynamischen Kontaktflächen von Stimmlippen (SL) und Taschenfalten (TF) über die die Zeit für die P1 (A) und P2 (B). Auf jede supraglottale TF-Hauptoszillation entfallen zwei SL-Oszillationen (2:1-Verhältnis). Die TF-Kontaktfläche zeigt einen doppelgipfligen Verlauf, der mit dem zuvor mittels HSV beschriebenen mehr-gipfligen supraglottalen Bewegungsmuster korreliert [1].

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