وأيد هذا العمل بمنحه إلى جانب الأكاديمية النمساوية للعلوم (الكومنولث)، مشروع الوكالة التكنولوجيا في الجمهورية التشيكية لا. TA04010877 (الكومنولث، VH و JGS)، ومؤسسة العلوم التشيكية (جاكر) المشروع لا GA16 01246S (إلى JGS). ونحن نشكر W. تيكومسيه فيتش لاقتراحه استخدام كريم مثبت أسنان، وجي. ص ليسكا من "دائرة الغابات الجيش التشيكية" لمساعدته في الحصول على لارينجيس قصت الغزلان.

العينات الحيوانية تحليله في هذه الورقة يعاملون وفقا للمتطلبات الأخلاقية القياسية في جامعة بالاتسكي في أولوموك، الجمهورية التشيكية. أنها تنبع من دير الأحمر الذين يعيشون بعنف في الغابات، والتي كانت تبحث عن طريق "دائرة الغابات الجيش التشيكية" خلال موسم صيد عادية.
1-إعداد العينة هيمي-الحنجرة
ملاحظة: فقط عينات معدّة بشكل صحيح يجب استخدام، كما هو مبين في4 . سريعة تجميد الحنجرة25 فورا بعد الختان والتخزين في-80 درجة مئوية يقلل من احتمالات تدهور الأنسجة وتغيير خصائص النشاط الحيوي، ويتيح إجراء التجارب في أي وقت مناسب.
<ol><li>
إزالة الجليد الحنجرة
	<ol>
<li>إدراج الحنجرة المجمدة في كيسين اﻷوتوكﻻف أو أي أكياس بلاستيكية أخرى مع الختم للماء. ختم في الأكياس ووضعها في حمام مياه ساخنة إلى 30 درجة مئوية حتى الحنجرة هو مطلق تماما. المدة المطلوبة تتراوح بين بضع ساعات إلى أكثر من يوم، تبعاً لحجم الحنجرة ودرجة حرارة التجميد.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
تنظيف الحنجرة
	<ol>
<li>بعد هو مطلق الحنجرة، إزالته من الكيس وتنظيفه جيدا مع المحلول الملحي (0.9% كلوريد الصوديوم).</li>
		<li>بعناية إزالة الأنسجة الزائدة حسب الاقتضاء (عضلات الرقبة أي الخارجي، اللاوي العظام إلخ) دون إلحاق أضرار الهياكل الرئيسية للحنجرة، وتقصير القصبة الهوائية لمدة كافية لتركيب الحنجرة على أنبوب إمداد جوي (عادة ca. 4-5 سم).</li>
		<li>فحص حنجري النسيج للشذوذ الأنسجة المحتملة، مثل الجروح أو التشوهات العضوية أو الشقوق التي يحتمل أن تحدث من عملية التجميد، الذي يمكن أن يجعل الحنجرة غير صالحة للتجربة.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
التعرض الغضاريف cricoid والغدة الدرقية
	<ol>
<li>قم بإزالة أجزاء من الأنسجة العضلية حنجري الخارجية حول غضروف الغدة الدرقية وكريكويد باستخدام مشرط، وبالتالي تعريض غضاريف استعدادا للقطع منتصف السهمي خلق هيمي-الحنجرة. ويرد في الشكل 1A و 1Bهذه المرحلة إعداد.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
منتصف السهمي قطع طريق غضروف الغدة الدرقية
	<ol>
<li>قم قص رأسي أولية من خلال الجزء الأمامي من غضروف الغدة الدرقية.</li>
		<li>مكان قطع أكثر قليلاً على الجانب الذي على وشك إزالة، من أجل عدم الأضرار حظيرة الصوتية التي يجب أن يظل الحفاظ عليها بعناية. إذا كان ذلك ممكناً، استخدام مشرط للقطع. إذا كان هو المتحجرة الغضروف، استخدام منشار صغير.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
قطع الغضاريف cricoid
	<ol>
<li>يؤدي القص عمودياً (إينفيريورلي) من بين الغضاريف طرجهالي ثم عبر الغضاريف cricoid إلى مستوى أفقي تقريبا من درجة أدنى من الغدة الدرقية.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
إزالة حظيرة صوتي واحد، إنشاء شق على شكل L في الحنجرة
	<ol>
<li>جعل أفقي قطع ابتداء من نهاية أقل شأنا من قطع العمودي تم إجراؤه من قبل في الغضاريف cricoid، ويؤدي خفض جديد نحو الشق الغدة الدرقية أقل شأنا. أمثال الأسفل إلى جانب الحنجرة التي سوف يتم إزالتها.</li>
		<li>جعل رأسي قطع طريق الأنسجة اللينة على الجانب الداخلي من غضروف الغدة الدرقية--كن حذراً حين يؤدي خفض ما بين المرفق الأمامي من طيات صوتي إلى غضروف الغدة الدرقية، وبالتالي تجنب الضرر إلى حظيرة صوتي.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
صقل هذا الخفض من خلال غضروف الغدة الدرقية
	<ol>
<li>استخدام مشرط أو شاهد، أو ملف، بغية تطبيق خفض دقة على التوالي في غضروف الغدة الدرقية، والحصول على أقرب ما يمكن من الجزء الأمامي من حظيرة صوتي التفتيش سابقا.</li>
		<li>إزالة جزء صغير من غضروف الغدة الدرقية الخلفي أيضا، من أجل إفساح المجال لإدراج الشق أدوكتينج أريتينويد إضعاف الغضروف، ومن ثم صوتي (انظر أدناه). ويرد في الشكل 1 ود 1هذه المرحلة إعداد. ملاحظة: اعتماداً على السؤال البحثي، قد تحتاج معرض كامل من حظيرة صوتي كامل لتمكين صورتها من فوق. وفي هذه حالة، يجب إزالة الهياكل فوق إضعاف صوتي (صحيح) (أي البطين أو الدهليزية إضعاف، حسب الاقتضاء ونظرا لتشريح العينة). في بعض عينات الأنسجة اللينة الداخلية حنجري أعلاه طيات صوتي قد يفقد صلته غضروف الغدة الدرقية ويتداخل مع إضعاف صوتي أثناء الاهتزاز، يحتمل أن تسبب زائفة أنماط متذبذبة (معظمها غير النظامية). وفي هذه حالة إزالة حذراً من أن النسيج لا مفر منه.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55303/55303fig1.jpg"> الشكل 1 : إعداد هيمي-الحنجرة وتصاعد. (أ) والعينة (ب) تنظف الحنجرة، وعرض وسطى والخلفي، قبل إزالة إضعاف صوتي الأيسر؛ (ج) و (د) استعداد هيمي-الحنجرة مع شق على شكل L (يسار إضعاف صوتي إزالتها)، الآنسي والعرض الخلفي. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55303/55303fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

2-تجربة هيمي-الحنجرة
<ol><li>
إعداد سرطانات هيمي
	<ol>
<li>استخدام أنبوب إمداد الهواء الذي يسلم هوميديفيد وحرارة الهواء في الحنجرة.</li>
		<li>بناء اثنين مرتبة عمودياً لوحات شفافة كبديل لإزالة أجزاء الحنجرة.</li>
		<li>استخدام شوكات 4 لزيادة استقرار الحنجرة وإنشاء تكوين الحنجرة بريفوناتوري مناسبة قبل أدوكتينج إضعاف صوتي المتبقية إلى اللوحة الزجاجية العمودي (انظر الشكل 2 أ). ملاحظة: من الناحية النظرية، طيات صوتي قد أيضا يكون أدوكتيد بخيوط والأوزان على نظام رافعة بكرة 26 . ومع ذلك، هذا نهج، لمعرفة أفضل لهؤلاء المؤلفين، لم تم سعت لإعداد هيميلارينكس.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55303/55303fig2.jpg">
الشكل 2 : إعداد هيمي-الحنجرة. (أ) دعم الهياكل: الهواء أنابيب الإمداد، ترتيب لوحة زجاج على شكل L، شوكات محزن. (ب) شنت إعداد هيمي-الحنجرة مع شوكات محزن. (ج) وينظر إلى مقربة (د) هيمي-الحنجرة-إعداد ومن الجانب ومن الأعلى، على التوالي. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55303/55303fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<ol start="2"><li>
تصاعد هيمي-الحنجرة
	<ol>
<li>تغطية أنبوب الإمداد الجوي مع بدلة مثبت كريم وجبل الحنجرة باستخدام الجزء المتبقي من القصبة الهوائية. كريم مثبت يعمل مادة لاصقة ويسد الثغرات المحتملة، وبالتالي خلق ختم الغلق.</li>
		<li>ربط القصبة الهوائية مع شد حزام أو المشبك خرطوم من بلاستيك.</li>
		<li>كما تغطي حواف القطع من خلال غضروف الغدة الدرقية مع مثبت كريم، مع تجنب انتشار كريم مثبت في حظيرة صوتي أو الأنسجة الرخوة حنجري الداخلية.</li>
		<li>قم بإرفاق لوحات شفافة.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
استقرار غضروف الغدة الدرقية، ستوضع من حظيرة صوتي باستخدام شوكات
	<ol>
<li>استخدام شوكات في adduct حظيرة صوتي إلى اللوحة واستقرار غضروف الغدة الدرقية.</li>
		<li>بعد أن وضعت كريم مثبت، تطبيق تدفق الهواء من أجل إقامة حظيرة صوتي التذبذب والتحقق من وجود تسرب ممكن بين نصفي-الحنجرة وألواح الزجاج.</li>
		<li>إغلاق الثغرات التي تحدث في نهاية المطاف عن طريق إضافة المزيد من كريم مثبت.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

إعداد هيمي-الحنجرة تتشاطر مزايا برنامج الإعداد "التقليدية" الحنجرة قصت (كامل): يمكن في مثل هذا نهج تجريبي، شروط الحدود المادية والفسيولوجية والمعلمات (مثل الضغط سوبجلوتال أو استطالة إضعاف صوتي) تسيطر جيدا إلى حد ما. سلوك هيميلارينكس مثلى لمن الحنجرة الكامل مع الكمال الوحشي التماثل، بالاست...

يتم إنشاء صوت عادة بالاهتزاز حنجري النسيج (أساسا طيات صوتي)، الذي يحول تدفق الهواء مطرد، تم توفيره بواسطة الرئتين، إلى سلسلة نبضات تدفق الهواء. الموجي الضغط الصوتي (أي، الصوت الرئيسي) الخارجة من هذا التسلسل من البقول تدفق سمعيا يثير المسالك الصوتية الذي يقوم بتصفية لهم، وهو يشع الصوت الناتجة من الفم و (إلى حد ما) من الآنف1 . تكوين الطيفية للصوت الذي تم إنشاؤه يتأثر إلى حد كبير نوعية الاهتزاز إضعاف صوتي، تحكمها حنجري الميكانيكا الحيوية والتفاعلات مع تدفق الهواء الرغامى2. سواء في سياق بحوث وسريرية، الوثائق وتقييم لإضعاف صوتي الاهتزاز عند وبالتالي الاهتمام قبل كل شيء دراسة الإنتاج الصوتي.
في البشر، ومباشرة التحقيق بالمنظار الحنجرة أثناء الإنتاج السليم في فيفو يمثل تحديا، ومن المستحيل تقريبا في الثدييات نونومان، نظراً للوسائل التكنولوجية الحالية. ولذا، ومن أجل ضمان التحكم بعناية المادية و/أو الفيزيولوجية التجريبية شروط الحدود، استخدام3،لارينجيس قصت4 في كثير من الحالات استبدال كافية للتحقيق في الحية صوت آليات الإنتاج.
اهتزاز إضعاف صوتي هو ظاهرة معقدة ثلاثية الأبعاد5. في حين أن أساليب التحقيق التقليدية مثل التنظير حنجري (في فيفو) أو مستحضرات الحنجرة قصت توفر عادة سوى رؤية متفوقة من الطيات الصوتية تهتز6، أنها لا تسمح بتحليل ثلاثي الأبعاد الكاملة الحركة إضعاف صوتي. على وجه الخصوص، في رأي أعلى الهوامش (والذيلية) أقل من طيات صوتي غير مرئية خلال جزء كبير من دورة اهتزازي. هذا سبب تأخير المرحلة بين أدنى (والذيلية) والحافة (الجمجمة) متفوقة من طيات صوتي، ظاهرة التي تعتبر عادة خلال إضعاف صوتي التذبذب5. كما يندر وجود أدلة تجريبية مباشرة للنسخ الاحتياطي للنتائج التي توصل إليها من النماذج الرياضية والبدنية، المعرفة بالهندسة واقتراح بصوتي أقل إضعاف حافة7، ومن ثم هندسة8،سوبجلوتال قناة9 , 10 أمر حاسم لتحسين فهم التفاعل بين تدفق الهواء حنجري، إضعاف صوتي الأنسجة، والناتجة عن القوى والضغوط11،12. جانب آخر من الاهتزاز إضعاف صوتي مخفي من العرض متفوقة العرفي هو العمق الرأسي (كيودو الجمجمة) للاتصال بين طيات صوتي اثنين. تتصل بعمق الاتصال الرأسي العمودي سمك طيات صوتي، ومؤشر محتمل للسجل الصوتية المستخدمة في الغناء ("الصدر" في مقابل "falsetto" السجل)13،14.
وللتغلب على أوجه قصور الاستعدادات التقليدية الحنجرة قصت (كامل)، إعداد ما يسمى هيمي-الحنجرة يمكن استخدامها، حيث نصف الحنجرة إزالة، ومن ثم تسهيل عملية تقييم خصائص الاهتزازي المتبقية صوتي من حظيرة في ثلاثة أبعاد. من المستغرب، منذ الأخذ بهذه الإعداد في الستينات15 والتحقق من صحة أولية لهذا المفهوم في عام 199316، لا العديد من المختبرات قد أجرى تجارب مع هذا يبشر بالخير النهج التجريبي17،18 ،19،،من2021،،من2223. ويمكن إيجاد تفسيراً لهذا في الصعوبات التي تواجه إنشاء إعداد الحنجرة هيمي قابلة للحياة. بينما يتم إعداد التقليدية الحنجرة (كامل) قصت موثقة توثيقاً جيدا4، لم تتوفر أية تعليمات متعمقة مثل هذه لإنشاء إعداد هيمي-الحنجرة. ولذلك هو الغرض من هذه الورقة تقديم برنامج تعليمي لإنشاء إعداد الحنجرة هيمي استنساخه بشكل موثوق، تكملها النتائج التجريبية من العينات الغزال الأحمر.
إعداد هيمي-الحنجرة بمشاركة العديد من الميزات مع إعداد الحنجرة قصت "تقليدية"، مثل معدات القياس، عالية السرعة أو أخرى تكنولوجيا التصوير لتوثيق الاهتزازات هياكل حنجري كافياً خلال جيل سليم، أو مناسبة العرض من الهواء الساخن، هوميديفيد. هذه الاعتبارات الإعداد العامة موصوفة بالتفصيل في كتاب فصل4 وتقرير تقني من المركز الوطني للصوت والكلام24. تكرار هذه التعليمات ستكون خارج نطاق هذه المخطوطة. وترد هنا، فقط توجيهات متخصصة لتوليد إعداد هيمي-الحنجرة.

<table><tbody><tr><td>Surgical blades</td><td>Surgeon</td><td>Jai Surgical Ltd., New Delhi, India</td><td></td></tr><tr><td>Saw</td><td>Hand saw (Lux, 150 mm length)</td><td>Lux, Wermelskirchen, Germany</td><td></td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>Testo 922</td><td>Testo Ltd., Hampshire, UK</td><td>K-type Probe, Operating temperature -20 to +50 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>Autoclave bags</td><td>Autoclave bags</td><td>vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Czech republic</td><td></td></tr><tr><td>Conductive glass plates</td><td>Custom made</td><td>UPOL - Joint laboratory of Optics&lt;br/&gt; Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.</td><td></td></tr><tr><td>Fixative cream</td><td>Denture fixative cream</td><td>Blend-a-dent Natural</td><td></td></tr><tr><td>Prongs and fastening system</td><td>Customized Kanya Al eloxed profiles</td><td>Distributor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, the Czech Rep.;</td><td>&amp;nbsp;Combination of Kanya RVS and PVS fastening systems (http://www.kanya.cz/) + custom made prongs</td></tr><tr><td>Mounting tube</td><td>Custom made</td><td>UPOL - Joint laboratory of Optics,&lt;br/&gt; Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.</td><td></td></tr><tr><td>LED Light</td><td>Verbatim 52204 LED Lamp</td><td>Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japan</td><td></td></tr><tr><td>Camera</td><td>Canon EOS1100D</td><td>Canon Inc.</td><td>18-55 mm lens</td></tr><tr><td>Airpump</td><td>Resun LP100</td><td>Resun</td><td></td></tr><tr><td>Strobe light</td><td>ELMED Helio-Strob micro2</td><td>ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germany</td><td></td></tr><tr><td>Humidifier</td><td>Custom made</td><td>Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic</td><td></td></tr><tr><td>Subglottic tract</td><td>Custom made adjustable subglottic tract</td><td>Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic</td><td>Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Utility model no. 25585: Model of subglottal tract] (In Czech) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi</td></tr></tbody></table>

hemi-laryngeal setup for studying vocal fold vibration in three dimensions

يتم إنشاء صوت البشر ومعظم الثدييات غير البشرية في الحنجرة من خلال التذبذب مكتفية ذاتيا من طيات صوتي. الوثائق البصرية المباشرة للاهتزاز إضعاف صوتي هو التحدي، لا سيما في الثدييات غير البشرية. وكبديل لذلك، تجارب الحنجرة قصت فرصة للتحقيق في حظيرة صوتي الاهتزاز تحت الظروف الفسيولوجية والبدنية التي تسيطر عليها. ومع ذلك، استخدام الحنجرة الكامل مجرد يوفر طريقة عرض أعلى من طيات صوتي، باستثناء أجزاء حاسمة من بنيات تتأرجح من خلال تفاعلها مع القوى الأيرودينامية والمراقبة. ويمكن التغلب على هذا القيد باستخدام إعداد هيمي-الحنجرة حيث نصف الحنجرة منتصف--ساجيتالي إزالة، توفير متفوقة وطريقة عرض جانبية إضعاف صوتي المتبقية خلال التذبذب مكتفية ذاتيا.
ويرد هنا، دليل خطوة بخطوة لإعداد الهياكل هيمي-سرطانات وعلى تصاعد التشريحية على مقاعد البدلاء المختبر. يتم توثيق phonation المثالية لإعداد هيمي-الحنجرة مع بيانات الفيديو عالية السرعة القبض على اثنين من الكاميرات متزامنة (المشاهدات متفوقة والجانبية) وإظهار الحركة إضعاف صوتي ثلاثي الأبعاد ومجال الاتصال المناظرة متفاوتة الوقت. الوثائق المتعلقة بالإعداد هيمي-الحنجرة في هذا المنشور وسييسر التطبيق والتكرار يمكن الاعتماد عليها في البحوث التجريبية وتوفير صوت العلماء مع القدرة على فهم أفضل للميكانيكا الحيوية للإنتاج الصوتي.

الرسوم التوضيحية وإعداد هيمي-الحنجرة وما تصاعد على أنبوب الإمداد الجوي، المشار إليها في القسم السابق، ترد في الشكل 1 و الشكل 2، على التوالي.
وثائق اهتزاز إضعاف صوتي من زوايا الكاميرا اثنين
<p class=...

Watch this Scientific Journal Video about Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions at JoVE.com

Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions

هذه الورقة بتقديم بروتوكول لإعداد العينات هيمي-الحنجرة تيسير رؤية متعددة الأبعاد لإضعاف صوتي الاهتزاز، من أجل التحقيق في الجوانب الفيزيائية الحيوية المختلفة للإنتاج الصوتي في البشر والثدييات غير البشرية.

هيمي-سرطانات الإعداد لدراسة الاهتزاز إضعاف صوتي في ثلاثة أبعاد

The voice of humans and most non-human mammals is generated in the larynx through self-sustaining oscillation of the vocal folds. Direct visual ...

hemi-laryngeal-setup-for-studying-vocal-fold-vibration-three

Research

JoVE Journal

Biology

10.9K Views.  Palacky University Olomouc. هذه الورقة بتقديم بروتوكول لإعداد العينات هيمي-الحنجرة تيسير رؤية متعددة الأبعاد لإضعاف صوتي الاهتزاز، من أجل التحقيق في الجوانب الفيزيائية الحيوية المختلفة للإنتاج الصوتي في البشر والثدييات غير البشرية.

Video: Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and observed phenomena in fluid flows. Thus, a need exists for an accessible method capable of resolving three-dimensional (3D) data sets for a range of problems. We present a novel technique for performing quantitative 3D imaging of many types of flow fields. The 3D technique enables investigation of complicated velocity fields and bubbly flows. Measurements of these types present a variety of challenges to the instrument. For instance, optically dense bubbly multiphase flows cannot be readily imaged by traditional, non-invasive flow measurement techniques due to the bubbles occluding optical access to the interior regions of the volume of interest. By using Light Field Imaging we are able to reparameterize images captured by an array of cameras to reconstruct a 3D volumetric map for every time instance, despite partial occlusions in the volume. The technique makes use of an algorithm known as synthetic aperture (SA) refocusing, whereby a 3D focal stack is generated by combining images from several cameras post-capture 1. Light Field Imaging allows for the capture of angular as well as spatial information about the light rays, and hence enables 3D scene reconstruction. Quantitative information can then be extracted from the 3D reconstructions using a variety of processing algorithms. In particular, we have developed measurement methods based on Light Field Imaging for performing 3D particle image velocimetry (PIV), extracting bubbles in a 3D field and tracking the boundary of a flickering flame. We present the fundamentals of the Light Field Imaging methodology in the context of our setup for performing 3DPIV of the airflow passing over a set of synthetic vocal folds, and show representative results from application of the technique to a bubble-entraining plunging jet.

A technique for performing quantitative three-dimensional (3D) imaging for a range of fluid flows is presented. Using concepts from the area of Light Field Imaging, we reconstruct 3D volumes from arrays of images. Our 3D results span a broad range including velocity fields and multi-phase bubble size distributions.

تحديد الحقول تدفق 3D عبر موضوع ضوء الكاميرا التصوير الميدانية

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

Engineering

Synthetic, Multi-Layer, Self-Oscillating Vocal Fold Model Fabrication

Sound for the human voice is produced via flow-induced vocal fold vibration. The vocal folds consist of several layers of tissue, each with differing material properties 1. Normal voice production relies on healthy tissue and vocal folds, and occurs as a result of complex coupling between aerodynamic, structural dynamic, and acoustic physical phenomena. Voice disorders affect up to 7.5 million annually in the United States alone 2 and often result in significant financial, social, and other quality-of-life difficulties. Understanding the physics of voice production has the potential to significantly benefit voice care, including clinical prevention, diagnosis, and treatment of voice disorders.
Existing methods for studying voice production include in vivo experimentation using human and animal subjects, in vitro experimentation using excised larynges and synthetic models, and computational modeling. Owing to hazardous and difficult instrument access, in vivo experiments are severely limited in scope. Excised larynx experiments have the benefit of anatomical and some physiological realism, but parametric studies involving geometric and material property variables are limited. Further, they are typically only able to be vibrated for relatively short periods of time (typically on the order of minutes).
Overcoming some of the limitations of excised larynx experiments, synthetic vocal fold models are emerging as a complementary tool for studying voice production. Synthetic models can be fabricated with systematic changes to geometry and material properties, allowing for the study of healthy and unhealthy human phonatory aerodynamics, structural dynamics, and acoustics. For example, they have been used to study left-right vocal fold asymmetry 3,4, clinical instrument development 5, laryngeal aerodynamics 6-9, vocal fold contact pressure 10, and subglottal acoustics 11 (a more comprehensive list can be found in Kniesburges et al. 12)
Existing synthetic vocal fold models, however, have either been homogenous (one-layer models) or have been fabricated using two materials of differing stiffness (two-layer models). This approach does not allow for representation of the actual multi-layer structure of the human vocal folds 1 that plays a central role in governing vocal fold flow-induced vibratory response. Consequently, one- and two-layer synthetic vocal fold models have exhibited disadvantages 3,6,8 such as higher onset pressures than what are typical for human phonation (onset pressure is the minimum lung pressure required to initiate vibration), unnaturally large inferior-superior motion, and lack of a "mucosal wave" (a vertically-traveling wave that is characteristic of healthy human vocal fold vibration).
In this paper, fabrication of a model with multiple layers of differing material properties is described. The model layers simulate the multi-layer structure of the human vocal folds, including epithelium, superficial lamina propria (SLP), intermediate and deep lamina propria (i.e., ligament; a fiber is included for anterior-posterior stiffness), and muscle (i.e., body) layers 1. Results are included that show that the model exhibits improved vibratory characteristics over prior one- and two-layer synthetic models, including onset pressure closer to human onset pressure, reduced inferior-superior motion, and evidence of a mucosal wave.

The methodology for fabricating synthetic vocal fold models is described. The models are life-sized and mimic the multi-layer structure of the human vocal folds. Results show the models to self-oscillate at pressures comparable to lung pressure and demonstrate flow-induced vibratory responses that are similar to those of human vocal folds.

الاصطناعية ، ومتعدد الطبقات ، الذاتي تتأرجح صوتي تصنيع الغطاء النموذجي

Sound for the human voice is produced via flow-induced vocal fold vibration. The vocal folds consist of several layers of tissue, each with differing ...

Bioengineering

fMRI Mapping of Brain Activity Associated with the Vocal Production of Consonant and Dissonant Intervals

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance production. The most straightforward manner of musical production is singing, but, from an imaging perspective, it still presents more challenges than listening because it involves motor activity. The accurate singing of musical intervals requires integration between auditory feedback processing and vocal motor control in order to correctly produce each note. This protocol presents a method that permits the monitoring of neural activations associated with the vocal production of consonant and dissonant intervals. Four musical intervals, two consonant and two dissonant, are used as stimuli, both for an auditory discrimination test and a task that involves first listening to and then reproducing given intervals. Participants, all female vocal students at the conservatory level, were studied using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) during the performance of the singing task, with the listening task serving as a control condition. In this manner, the activity of both the motor and auditory systems was observed, and a measure of vocal accuracy during the singing task was also obtained. Thus, the protocol can also be used to track activations associated with singing different types of intervals or with singing the required notes more accurately. The results indicate that singing dissonant intervals requires greater participation of the neural mechanisms responsible for the integration of external feedback from the auditory and sensorimotor systems than does singing consonant intervals.

The neural correlates of listening to consonant and dissonant intervals have been widely studied, but the neural mechanisms associated with production of consonant and dissonant intervals are less well known. In this article, behavioral tests and fMRI are combined with interval identification and singing tasks to describe these mechanisms.

تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي من نشاط الدماغ المرتبطة إنتاج صوتي من الفواصل الساكنة ومتناقضة

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance ...

Behavior

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

التحقيق في فصل التدفق ثلاثي الأبعاد الناجم عن نموذج بوليب أضعاف الصوتية

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To emulate the dynamic environment of vocal folds, a novel vocal fold bioreactor capable of producing vibratory stimulations at fundamental phonation frequencies is constructed and characterized. The device is composed of a function generator, a power amplifier, a speaker selector and parallel vibration chambers. Individual vibration chambers are created by sandwiching a custom-made silicone membrane between a pair of acrylic blocks. The silicone membrane not only serves as the bottom of the chamber but also provides a mechanism for securing the cell-laden scaffold. Vibration signals, generated by a speaker mounted underneath the bottom acrylic block, are transmitted to the membrane aerodynamically by the oscillating air. Eight identical vibration modules, fixed on two stationary metal bars, are housed in an anti-humidity chamber for long-term operation in a cell culture incubator. The vibration characteristics of the vocal fold bioreactor are analyzed non-destructively using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The utility of the dynamic culture device is demonstrated by culturing cellular constructs in the presence of 200-Hz sinusoidal vibrations with a mid-membrane displacement of 40 &#181;m. Mesenchymal stem cells cultured in the bioreactor respond to the vibratory signals by altering the synthesis and degradation of vocal fold-relevant, extracellular matrix components. The novel bioreactor system presented herein offers an excellent in vitro platform for studying vibration-induced mechanotransduction and for the engineering of functional vocal fold tissues.

A novel vocal fold bioreactor capable of delivering physiologically relevant, vibratory stimulation to cultured cells is constructed and characterized. This dynamic culture device, when combined with a fibrous poly(&#949;-caprolactone) scaffold, creates a vocal fold-mimetic environment that modulates the behaviors of mesenchymal stem cells.

البناء وتوصيف من طية تفاعلات الاحيائية الرواية الصوتية

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement whereas coordinate mapping of hyolaryngeal mechanics using Modified Barium Swallow (MBS) uses one set of coordinates to calculate multiple variables of interest. For demonstration purposes, ten kinematic measurements were generated from one set of coordinates to determine differences in swallowing two different bolus types. Calculations of hyoid excursion against the vertebrae and mandible are correlated to determine the importance of axes of reference.
To demonstrate coordinate mapping methodology, 40 MBS studies were randomly selected from a dataset of healthy normal subjects with no known swallowing impairment. A 5 ml thin-liquid bolus and a 5 ml pudding swallows were measured from each subject. Nine coordinates, mapping the cranial base, mandible, vertebrae and elements of the hyolaryngeal complex, were recorded at the frames of minimum and maximum hyolaryngeal excursion. Coordinates were mathematically converted into ten variables of hyolaryngeal mechanics.
Inter-rater reliability was evaluated by Intraclass correlation coefficients (ICC). Two-tailed t-tests were used to evaluate differences in kinematics by bolus viscosity. Hyoid excursion measurements against different axes of reference were correlated. Inter-rater reliability among six raters for the 18 coordinates ranged from ICC = 0.90 - 0.97. A slate of ten kinematic measurements was compared by subject between the six raters. One outlier was rejected, and the mean of the remaining reliability scores was ICC = 0.91, 0.84 - 0.96, 95% CI. Two-tailed t-tests with Bonferroni corrections comparing ten kinematic variables (5 ml thin-liquid vs. 5 ml pudding swallows) showed statistically significant differences in hyoid excursion, superior laryngeal movement, and pharyngeal shortening (p &#60; 0.005). Pearson correlations of hyoid excursion measurements from two different axes of reference were: r = 0.62, r2 = 0.38, (thin-liquid); r = 0.52, r2 = 0.27, (pudding).
Obtaining landmark coordinates is a reliable method to generate multiple kinematic variables from video fluoroscopic images useful in dysphagia research.

Coordinate mapping is a method of documenting salient features of hyolaryngeal biomechanics in the pharyngeal phase of swallowing. This methodology uses image analysis software to record coordinates of anatomical landmarks. These coordinates are imported into an excel macro and translated into kinematic variables of interest useful in dysphagia research.

تنسيق رسم الخرائط ميكانيكا لامي حنجري في البلع

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement ...

Medicine

3D الطباعة من نماذج متعددة الطبقات سيليكون الصوتية أضعاف

Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal fold models results in models with undesirable properties, such as stickiness and reproducibility issues. Those vocal fold models are prone to rapid aging, leading to poor comparability across different measurements. In this study, we propose a modification to the manufacturing process by changing the order of layering the silicone material, which leads to the production of non-sticky and highly consistent vocal fold models. We also compare a model produced using this method with a conventionally manufactured vocal fold model that is adversely affected by its sticky surface. We detail the manufacturing process and characterize the properties of the models for potential applications. The outcomes of the study demonstrate the efficacy of the modified fabrication method, highlighting the superior qualities of our non-sticky vocal fold models.&#160;The findings contribute to the development of realistic and reliable vocal fold models for research and clinical applications.

تسليط الضوء على المؤلف: التطورات في تصنيع نماذج الطيات الصوتية الاصطناعية للتطبيقات الصوتية والروبوتية

This study demonstrates the manufacturing of non-sticky and super-soft vocal fold models by introducing a specific way to create the vocal fold layers, providing a detailed description of the manufacturing procedure, and characterizing the properties of the models.

عملية التصنيع لنماذج الطيات الصوتية فائقة النعومة غير اللاصقة

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal ...

Preparation of the Rat Vocal Fold for Neuromuscular Analyses

The purpose of this tutorial is to describe the preparation of the rat vocal fold for histochemical neuromuscular study. This protocol outlines procedures for rat laryngeal dissection, flash-freezing, and cryosectioning of the vocal folds. This study describes how to cryosection vocal folds in both longitudinal and cross-sectional planes. A novelty of this protocol is the laryngeal tracking during cryosectioning that ensures accurate identification of the intrinsic laryngeal muscles and reduces the chance of tissue loss. Figures demonstrate the progressive cryosectioning in both planes. Twenty-nine rat hemi-larynges were cryosectioned and tracked from the emergence of the thyroid cartilage to the appearance of the first section that included the full vocal fold. The full vocal fold was visualized for all animals in both planes. There was high variability in the distance from the appearance of the thyroid cartilage to the appearance of the full vocal fold in both planes. Weight was not correlated to depth of laryngeal landmarks, suggesting individual variability and other factors related to tissue preparation may be responsible for the high variability in the appearance of landmarks during sectioning. This study details a methodology and presents morphological data for preparing the rat vocal fold for histochemical neuromuscular investigation. Due to high individual variability, laryngeal landmarks should be closely tracked during cryosectioning to prevent oversectioning tissue and tissue loss. The use of a consistent methodology, including adequate tissue preparation and awareness of landmarks within the rat larynx, will assist with consistent results across studies and aid new researchers interested in using the rat vocal fold as a model to investigate laryngeal neuromuscular mechanisms.

This protocol describes methods used to prepare rat vocal folds for histochemical neuromuscular study.

إعداد أضعاف الصوتية الجرذ للتحليلات العصبية والعضلية

The purpose of this tutorial is to describe the preparation of the rat vocal fold for histochemical neuromuscular study. This protocol outlines procedures ...

هيمي-سرطانات الإعداد لدراسة الاهتزاز إضعاف صوتي في ثلاثة أبعاد

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

تحديد الحقول تدفق 3D عبر موضوع ضوء الكاميرا التصوير الميدانية

الاصطناعية ، ومتعدد الطبقات ، الذاتي تتأرجح صوتي تصنيع الغطاء النموذجي

تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي من نشاط الدماغ المرتبطة إنتاج صوتي من الفواصل الساكنة ومتناقضة

التحقيق في فصل التدفق ثلاثي الأبعاد الناجم عن نموذج بوليب أضعاف الصوتية

البناء وتوصيف من طية تفاعلات الاحيائية الرواية الصوتية

تنسيق رسم الخرائط ميكانيكا لامي حنجري في البلع

عملية التصنيع لنماذج الطيات الصوتية فائقة النعومة غير اللاصقة

عملية التصنيع لنماذج الطيات الصوتية فائقة النعومة غير اللاصقة

عملية التصنيع لنماذج الطيات الصوتية فائقة النعومة غير اللاصقة

إعداد أضعاف الصوتية الجرذ للتحليلات العصبية والعضلية