이 작업을 지원 했다 오스트리아 아카데미 과학 (CTH)의 외에 그랜트에서 체코 공화국의 기술 기관 프로젝트 아니오. TA04010877 (CTH VH, JGS), 체코 과학 재단 (GACR) 프로젝트 (JGS)를 아니 GA16 01246S. 우리 Ing W. Tecumseh 피치 틀니 통 크림를 사용 하 여 그의 제안에 대 한 감사 합니다. P. Liska 삭제 사슴 larynges 인수에 그의 도움에 대 한 체코 육군 숲 서비스에서.

이 논문에서 분석 동물 표본 Palacky 대학 츠, 체코 공화국의 표준 윤리적인 요구 사항에 따라 치료 했다. 그들은 드디어 일반 사냥 시즌 동안 체코 육군 숲 서비스에 의해 사냥 되었다 숲에 격렬 하 게 생활에서 줄기.
1. 헤-후 두 견본 준비
참고: 제대로 준비 된 표본만 사용 되어야 한다,4 에 표시 된 대로. 후 두의 동결 빠른 절단 및-80 ° C에 저장 후 즉시25 조직 저하의 잠재력과 biomechanical 속성의 변경 최소화 하 고 어떤 편리한 시간에 실험을 수행 수 있습니다.
<ol><li>
후 두를 녹이는
	<ol>
<li>2 압력솥 가방 또는 방수 씰링과 다른 비닐 봉투에 냉동된 후 두를 삽입 합니다. 부 대를 밀봉 하 고 후 두 완전히 녹여 때까지 30 ° C에가 열 물 욕조에 넣어. 기간 범위는 몇 시간에서 하루 이상, 후 두 크기 및 냉동 온도 따라 필요합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
후 두를 청소
	<ol>
<li>후 두를 녹여 후 가방에서 그것을 제거 하 고 염 분 해결책으로 그것을 철저 하 게 청소 (0.9 %NaCl).</li>
		<li>조심 스럽게 제거 하는 불필요 한 조직으로 (즉, 외부 목 근육, hyoid 뼈 등) 없이 주요 후 두 구조를 손상 하 고 기도 공기 공급 관에 후 두를 장착에 대 한 적절 한 길이를 단축 (보통 ca. 4-5 cm).</li>
		<li>잠재적인 조직 변칙에 대 한 후 두 조직 검사, 상처, 유기 개 악, 또는 잠재적으로 동결 과정에서 발생 하는 균열, 등을 만들 수 있는 후 두 실험에 적합 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
갑 상선과 반지 연골의 노출
	<ol>
<li>따라서 중반 화살 컷 hemi-후 두를 만들기 위한 준비에 연골을 노출 하는 메스를 사용 하 여 갑 상선 및 반지 연골 주위 외부 후 두 근육 직물의 부분을 제거 합니다. 이 준비 단계 그림 1A 및 1B에 그려져 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
중순-화살 통과 갑 상선 연골
	<ol>
<li>갑 상선 연골의 앞쪽 부분을 통해 초기 수직 컷을 확인 합니다.</li>
		<li>신중 하 게 보존 유지 하는 보컬 배를 손상 하기 위하여 제거 하는 쪽으로 약간 더 잘라를 놓습니다. 만약에 가능 하다 면, 메스를 사용 하 여 절단. 연골 굳어진 작은 톱을 사용 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
반지 연골을 절단
	<ol>
<li>수직으로 컷을 리드 (inferiorly)에서 그리고 열 등 한 갑 상선 노치의 대략 수평 하 반지 연골 통해 arytenoid 연골 사이.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
후 두에 L 자 모양의 절 개를 만드는 하나의 음성 겹의 제거
	<ol>
<li>잘라 반지 연골에 이전 했다 수직 컷의 열 등 한 끝에서 시작 하 고 열 등 한 갑 상선 노치 향해 새로운 컷이 끌 수평을 확인 합니다. Anteriorly 제거 하는 것은 후 두의 측면을 접어.</li>
		<li>갑 상선 연골의 안쪽에 부드러운 조직을 통해 잘라내기-보컬 폴드 앞쪽 부착 사이 컷 보컬 폴드에 손상을 피하는 따라서 갑 상선 연골을 선도 하는 동안 조심 수직을 확인 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
갑 상선 연골 통해 컷의 구체화
	<ol>
<li>메스, 톱, 또는 갑 상선 연골에 정확 하 게 직선 컷을 적용 하 고로 파일을 이전 검사 음성 겹의 앞쪽 부분에 최대한 가까이 사용 합니다.</li>
		<li>또한 후부 갑 상선 연골의 작은 부분을 제거, adducting는 arytenoid 위한 단자를 삽입을 위한 공간을 만들기 위해 연골 그리고 이렇게는 성 배 (아래 참조). 이 준비 단계 그림 1C 및 1d에 그려져 있습니다. 참고: 연구 문제에 따라 전체 음성 겹의 전체 박람회는 위에서 표시 유형을 사용할 수 있도록 필요할 수 있습니다. 이러한 경우 (true) 보컬 배 (즉, 심 실 또는 vestibular 배, 표본 분석 주어진 적용) 위의 구조를 제거 한다. 일부 표본 보컬 폴드 위에 내부 연 후 두 조직 갑 상선 연골과의 연결을 잃을 수도 및 보컬 배 진동 동안 방해, 스 퓨 리 어스 (주로 불규칙 한) 진동 패턴을 일으키는 잠재적으로. 이러한 경우에 그 조직의 주의 제거 불가피 하다.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55303/55303fig1.jpg"> 그림 1 : Hemi-후 두 준비 및 장착. (A)와 (B) 치료 후 두 표본, 왼쪽된 보컬 배;의 제거 하기 전에 중간과 후부 보기 (C)와 (D) L 자 모양의 절 개 (왼쪽 보컬 배 제거), 중간 및 후부 보기 준비 hemi-후 두. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55303/55303fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

2. 헤-후 두 실험
<ol><li>
Hemi laryngeal 설치
	<ol>
<li>후 두에 예 열 및 습도 공기를 제공 하는 공기 공급 튜브를 사용 합니다.</li>
		<li>구문 2는 수직 제거 후 두 부분에 대 한 대체로 투명 한 접시를 배열.</li>
		<li>사용 고정 후 두의 안정성을 증가 하 고 수직 유리 접시에 나머지 보컬 배 adducting 하 여 적절 한 pre-phonatory 후 두 구성 만들기 위한 4 ( 그림 2A참조). 참고: 이론적으로, 보컬 폴드 수 또한 될 adducted 봉합 및 풀 리 레버 시스템 26 에 무게. 그러나, 이러한 접근 방식은, 이러한 작가의 최고의 지식, 아직 되었습니다 시도 hemilarynx 준비에 대 한.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55303/55303fig2.jpg">
그림 2 : Hemi-후 두 설치. (A) 구조를 지 원하는: 공기 공급 관, L-모양의 유리 접시 배열, 예증 고정. (B) 예증 고정 hemi-후 두 준비를 탑재. (C) hemi-후 두-준비, (D) 클로즈업 볼 측면에서 그리고 위에서 각각. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55303/55303fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<ol start="2"><li>
Hemi-후 두를 장착
	<ol>
<li>공기 공급 관 틀니 정착 액 크림으로 커버 하 고 그것의 기도의 나머지 부분을 사용 하 여 후 두를 탑재. 통 크림 접착제로 작동 하 고 따라서 공기 단단한 물개를 만드는 잠재적인 간격을 닫습니다.</li>
		<li>스트랩 또는 호스 클램프 강화 플라스틱으로 기도 고정.</li>
		<li>또한 크림 통 크림 보컬 배 또는 내부 부드러운 후 두 조직에 확산을 방지 하는 동안 고정 제와 갑 상선 연골 통해 컷의 가장자리를 커버.</li>
		<li>투명 한 번호판을 부착 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
갑 상선 연골, 접지 단자를 사용 하 여 음성 겹의 예증의 안정화
	<ol>
<li>접지 단자를 사용 하 여 접시에 보컬 배 adduct 및 갑 상선 연골을 안정화.</li>
		<li>후 통 크림 세트는 보컬 배 진동 그리고 hemi-후 두와 유리 접시 사이 가능한 누출에 대 한 확인을 설치 하기 위하여 공기를 적용 합니다.</li>
		<li>더 많은 통 크림을 추가 하 여 결국 발생 간격을 밀봉 하십시오.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<li>Kaburagi, T., Tanabe, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-dimensional+models+of+the+glottal+flow+incorporating+viscous-inviscid+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Low-dimensional models of the glottal flow incorporating viscous-inviscid interaction.</a> J Acoust Soc Am. 125 (1), 391-404 (2009).</li>
<li>Sidlof, P., Doaré, O., Cadot, O., Chaigne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+flow+separation+in+a+human+vocal+folds+model%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Fluids%22%5BJournal%5D)">Measurement of flow separation in a human vocal folds model.</a> Exp Fluids. 51 (1), 123-136 (2011).</li>
<li>Smith, S. L., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3356320/">Effect of inferior surface angle on the self-oscillation of a computational vocal fold model.</a> J Acoust Soc Am. 131 (5), 4062-4075 (2012).</li>
<li>Khosla, S., Oren, L., Ying, J., Gutmark, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+simultaneous+measurement+of+intraglottal+geometry+and+velocity+fields+in+excised+larynges%5BTitle%5D)+AND+%22Laryngoscope%22%5BJournal%5D)">Direct simultaneous measurement of intraglottal geometry and velocity fields in excised larynges.</a> Laryngoscope. 124, S1-S13 (2014).</li>
<li>Brücker, C., Kirmse, C., Triep, M. <a target="_blank" href="http://www.ingentaconnect.com/contentone/dav/aaua/2016/00000102/00000002/art00007">Feedback of the glottal jet flow with supraglottal wall oscillations.</a> Acta Acustica United With Acustica. 102 (2), 240-243 (2016).</li>
<li>Herbst, C. T., Fitch, W. T., Lohscheller, J., Svec, J. G. <a target="_blank" href="NULL">AQL 2013, Proceedings of the 10th International Conference on Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research</a>. Deliyski, D. D. , AQL Press. Cincinnati, Ohio, USA. 75-76 (2013).</li>
<li>Berke, G. S., Gerratt, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laryngeal+biomechanics%3A+an+overview+of+mucosal+wave+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Laryngeal biomechanics: an overview of mucosal wave mechanics.</a> J Voice. 7 (2), 123-128 (1993).</li>
<li>Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., Doellinger, M. <a target="_blank" href="http://www.ingentaconnect.com/contentone/dav/aaua/2007/00000093/00000005/art00015">Mucosal wave properties of a human vocal fold.</a> Acta Acustica United With Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).</li>
<li>Hirano, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHirano%2C+M+%22Clinical+examination+of+voice%22">Clinical examination of voice</a>. 5, Springer-Verlag. Wien, Austria. (1981).</li>
<li>Jing, B., Tang, S., Wu, L., Wang, S., Wan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+the+Vibration+of+Laryngeal+Tissue+during+Phonation+Using+Ultrafast+Plane+Wave+Ultrasonography%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Med+BIol%22%5BJournal%5D)">Visualizing the Vibration of Laryngeal Tissue during Phonation Using Ultrafast Plane Wave Ultrasonography.</a> Ultrasound in Med BIol. 42 (12), 2812-2825 (2016).</li>
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</ol>

저자는 공개 없다.

Hemi-후 두 준비 공유 "전통적인" (전체) 삭제 후 두 설치의 장점: 같은 실험 방법에서는 물리적, 생리 적 경계 조건 및 매개 변수 (예: subglottal 압력 또는 보컬 배 신장) 수 꽤 잘 제어. hemilarynx의 동작은 하 동종 완벽 한와 함께 전체 후 두의 예외와 함께 대칭의 일부 매개 변수는 크기 측면 (예., 공기 유량, 음압) 약 50% 감소는 아직 여전히 내 되 현실적인 범위16. 전체 삭제 후 ?...

음성 변환 꾸준한 공기, 공기 펄스의 시퀀스에는 폐가 제공한 후 두 조직 (주로 보컬 폴드), 진동에 의해 일반적으로 만들어집니다. 음향 압력 파형 (즉, 기본 사운드), 필터는 보컬로 흥분 음향 흐름 펄스의이 시퀀스에서 신흥 고 결과 소리 코1에서에서 입에서 그리고 (어느 정도)에 방사 . 생성 된 소리의 스펙트럼 구성 후 두 역학 및 tracheal 공기2와 상호 작용에 의해 지배 하는 보컬 배 진동의 품질에 의해 크게 좌우 된다. 모두는 임상 및 연구의 맥락에서 문서와 보컬 배 진동의 평가 때 따라서 제일 관심의 음성 생산을 공부.
인간에서는, vivo에서 사운드 생산 동안 후 두의 직접 내 시경 조사, 도전 이며 nonhuman 포유 동물, 현재 기술 의미 부여에 사실상 불가능 하다. 따라서, 그리고 신중 하 게 제어 보장 물리적 또는 생리 실험 경계 조건, 삭제 larynges3,4 의 사용 순서로 많은 경우에 의 조사에 대 한 적절 한 대체 vivo에서 음성 생산 메커니즘.
보컬 배 진동 복잡 한 3 차원 현상5입니다. 같은 기존의 조사 방법 (vivo에서) 후 두 내 시경 또는 삭제 후 두 준비 일반적으로 제공만 진동 보컬 폴드6의 우수한 보기의 완전 한 3 차원 분석에 대 한 허용 하지 않습니다. 보컬 폴드 모션입니다. 특히, 뛰어난 뷰에서 낮은 보컬 폴드 (꼬리) 여백 표시 되지 않습니다 진동 사이클의 주요 부분. 이것은 열 등 (꼬리)와 일반적으로 보컬 배 진동5동안 볼 수 있는 현상 보컬 폴드의 우수한 (두개골) 가장자리 사이의 위상 지연. 수학과 물리 모델에서 결과를 백업에 대 한 직접 경험적 증거 부족으로, 기하학의 지식 및 낮은 보컬의 모션 접어 모서리7, 그리고 이렇게 subglottal 채널8,9 의 형상 , 10 후 두 공기, 보컬 배 조직, 그리고 결과 힘 및 압력11,12사이의 상호 작용을 이해 하는 더 나은 결정적 이다. 관습 뛰어난 뷰에서 숨겨진 보컬 배 진동의 또 다른 측면은 두 성 주름 사이 접촉의 수직 (caudo-두개골) 깊이. 노래 ("가슴" "성" 등록 대)13,14에서 사용 하는 보컬 레지스터의 잠재적인 지표 성 주름의 수직 간격 수직 연락처 깊이 관련 있다.
일반 (전체) 삭제 후 두 준비의 단점을 극복 하기 위해 소위 hemi-후 두 설치 이용 될 수 있다, 어디 절반 후 두의 제거, 나머지의 진동 특성 평가 촉진 3 차원에 보컬 접어입니다. 놀랍게도, 1960 년대15 에이 설치 프로그램의 소개 및 199316개념의 초기 유효성 검사, 이후 많은 실험실 실험이 유망한 실험적 접근17,18 수행 했습니다. ,19,20,21,,2223. 이 대 한 설명은 가능한 hemi-후 두 준비를 만들기의 어려움에서 찾을 수 있습니다. 기존의 삭제 (전체) 후 두 준비는 잘 문서화 되어4, 같은 깊이 있는 지침 있습니다 아직 hemi-후 두 설치 프로그램을 만들기 위한. 그러므로 드디어 표본에서 실험 결과 의해 보완 안정적으로 재현할 수 hemi-후 두 설치 설정에 대 한 자습서를 제공 하는이 논문의 목적 이다.
측정 장비, 고속 같은 "전통적인" 삭제 후 두 설치 또는 적절 하 게 후 두 구조의 진동 사운드 생성 하는 동안 또는 적절 한 다른 이미징 기술을 많은 기능을 공유 하는 hemi-후 두 설치 온수, 습도 공기의 공급입니다. 이러한 일반적인 설치 고려 장 책4 와 음성의 국가 센터 및 음성24에서 기술 보고서에 자세히 설명 되어 있습니다. 이러한 지침의 반복이이 원고의 범위는 것입니다. 여기, hemi-후 두 설치 프로그램을 생성 하기 위한 특수 지침만 제공 됩니다.

<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

인간과 대부분 비 인간 포유동물의 음성 보컬 폴드의 자립 진동 통해 후 두에서 생성 됩니다. 보컬 배 진동의 직접적인 시각적 문서 비 인간 포유동물에서 특히 도전적 이다. 대신, 삭제 후 두 실험 보컬 배 진동 제어 생리 적, 육체적 조건 하에서 조사를 기회를 제공 합니다. 그러나, 전체 후 두를 사용 하 여 단순히 보컬 폴드, 진동 구조의 중요 한 부분을 제외 하 고 공기 역학적 힘과 그들의 상호 작용 하는 동안 관측에서의 상위 뷰를 제공 합니다. 이 제한 어디 절반 hemi-후 두 설치 프로그램을 이용 하 여 극복 될 수 있다 후 두의 중간 sagittally 제거, 자기 지속적인된 발진 동안 상사와 나머지 음성 겹의 측면 보기를 제공.
여기, 실험실 벤치에 반의 laryngeal 구조와 그들의 장착 해 부 준비에 대 한 단계별 가이드를 제공 됩니다. 모범적인 phonation hemi-후 두 준비의 두 개의 동기화 된 카메라 (우수 하 고 측면 뷰), 보여주는 3 차원 보컬 배 모션 및 해당 시간 가변 접촉 영역 잡혀 고속 비디오 데이터와 함께 설명 되어 있습니다. 이 출판물에 헤-후 두 설치 설명서 응용 프로그램 및 음성 과학자를 제공 하는 가능성이 더 나은 음성 생산의 역학을 이해 하는 실험 연구에서 신뢰할 수 있는 반복성을 촉진할 것 이다.

Hemi-후 두 준비 및 공기 공급 관으로 이전 섹션에서 참조 된에 그것의 설치의 삽화는 그림 1 과 그림 2에서 각각 제공 됩니다.
두 개의 카메라 앵글에서 보컬 배 진동의 설명서
Hemi-후 두 음성 겹의 자립 진동 공기 흐름 유도 ?...

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

이 종이 인간과 비 인간 포유동물에서 음성 생산의 다양 한 생물 측면을 조사 하기 위하여 보컬 배 진동의 다차원 보기를 촉진 하는 hemi-후 두 표본의 준비에 대 한 프로토콜을 소개 합니다.

3 차원에 보컬 배 진동 연구 반의 laryngeal 설치

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 조회수.  Palacky University Olomouc. 이 종이 인간과 비 인간 포유동물에서 음성 생산의 다양 한 생물 측면을 조사 하기 위하여 보컬 배 진동의 다차원 보기를 촉진 하는 hemi-후 두 표본의 준비에 대 한 프로토콜을 소개 합니다.

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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.

합성, 멀티 레이어, 셀프 진동 보컬 접어 모델 제작

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 ...

연구

생체공학

Chip-based Three-dimensional Cell Culture in Perfused Micro-bioreactors

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from non-biodegradable polymers, e.g., polycarbonate or polymethyl methacrylate by micro injection molding, micro hot embossing or micro thermoforming. But, it can also be manufactured from bio-degradable polymers. Its overall dimensions are 0.7 1 x 20 x 20 x 0.7 1 mm (h x w x l). The main features of the chips used are either a grid of up to 1156 cubic micro-containers (cf-chip) each the size of 120-300 x 300 x 300 &mu; (h x w x l) or round recesses with diameters of 300 &mu; and a depth of 300 &mu; (r-chip). The scaffold can house 10 Mio. cells in a three-dimensional configuration. For an optimal nutrient and gas supply, the chip is inserted in a bioreactor housing. The bioreactor is part of a closed steril circulation loop that, in the simplest configuration, is additionaly comprised of a roller pump and a medium reservoir with a gas supply. The bioreactor can be run in perfusion, superfusion, or even a mixed operation mode. We have successfully cultivated cell lines as well as primary cells over periods of several weeks. For rat primary liver cells we could show a preservation of organotypic functions for more than 2 weeks. For hepatocellular carcinoma cell lines we could show the induction of liver specific genes not or only slightly expressed in standard monolayer culture. The system might also be useful as a stem cell cultivation system since first differentiation experiments with stem cell lines were promising.

We describe a chip-based platform for the three-dimensional cultivation of cells in micro-bioreactors. One chip can house up to 10 Mio. cells that can be cultivated under precisely defined conditions with regard to fluid flow, oxygen tension etc. in a sterile, closed circulation loop.

Perfused 마이크로 bioreactors의 칩 기반의 입체 세포 배양

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from ...

생물학

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.

모델 보컬 폴드 폴립에 의해 유도된 3차원 유동 분리 조사

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.

소설 보컬 폴드 생물 반응기의 구조 및 특성

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

Microinjection Techniques for Studying Mitosis in the Drosophila melanogaster Syncytial Embryo

This protocol describes the use of the Drosophila melanogaster syncytial embryo for studying mitosis1. Drosophila has useful genetics with a sequenced genome, and it can be easily maintained and manipulated. Many mitotic mutants exist, and transgenic flies expressing functional fluorescently (e.g. GFP) - tagged mitotic proteins have been and are being generated. Targeted gene expression is possible using the GAL4/UAS system2. 

The Drosophila early embryo carries out multiple mitoses very rapidly (cell cycle duration, &asymp;10 min). It is well suited for imaging mitosis, because during cycles 10-13, nuclei divide rapidly and synchronously without intervening cytokinesis at the surface of the embryo in a single monolayer just underneath the cortex. These rapidly dividing nuclei probably use the same mitotic machinery as other cells, but they are optimized for speed; the checkpoint is generally believed to not be stringent, allowing the study of mitotic proteins whose absence would cause cell cycle arrest in cells with a strong checkpoint. Embryos expressing GFP labeled proteins or microinjected with fluorescently labeled proteins can be easily imaged to follow live dynamics (Fig. 1). In addition, embryos can be microinjected with function-blocking antibodies or inhibitors of specific proteins to study the effect of the loss or perturbation of their function3. These reagents can diffuse throughout the embryo, reaching many spindles to produce a gradient of concentration of inhibitor, which in turn results in a gradient of defects comparable to an allelic series of mutants. Ideally, if the target protein is fluorescently labeled, the gradient of inhibition can be directly visualized4. It is assumed that the strongest phenotype is comparable to the null phenotype, although it is hard to formally exclude the possibility that the antibodies may have dominant effects in rare instances, so rigorous controls and cautious interpretation must be applied. Further away from the injection site, protein function is only partially lost allowing other functions of the target protein to become evident.

Microinjection Techniques for Studying Mitosis in the Drosophila melanogaster Syncytial Embryo

This protocol describes the use of microinjection and high resolution imaging in the Drosophila melanogaster syncytial embryo to study mitosis.

의 유사 분열 유학을위한 Microinjection 기법 Drosophila melanogaster Syncytial 엠브료

This protocol describes the use of the Drosophila melanogaster syncytial embryo  for studying mitosis1.  Drosophila has useful genetics with a sequenced ...

다층 실리콘 보컬 폴드 모델의 3D 프린팅

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.

저자 스포트라이트: Advancements in the Fabrication of Synthetic Vocal Fold Models for Phonetic and Robotic Applications (음성 및 로봇 응용 프로그램을 위한 합성 성대 모델 제작의 발전)

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.

비접착식 Super-Soft 보컬 폴드 모델의 제조 공정

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

공학

Patch Clamp and Perfusion Techniques for Studying Ion Channels Expressed in Xenopus oocytes

The protocol presented here is designed to study the activation of the large conductance, voltage- and Ca2+-activated K+ (BK) channels. The protocol may also be used to study the structure-function relationship for other ion channels and neurotransmitter receptors1. BK channels are widely expressed in different tissues and have been implicated in many physiological functions, including regulation of smooth muscle contraction, frequency tuning of inner hair cells and regulation of neurotransmitter release2-6. BK channels are activated by membrane depolarization and by intracellular Ca2+ and Mg2+ 6-9. Therefore, the protocol is designed to control both the membrane voltage and the intracellular solution. In this protocol, messenger RNA of BK channels is injected into Xenopus laevis oocytes (stage V-VI) followed by 2-5 days of incubation at 18&deg;C10-13. Membrane patches that contain single or multiple BK channels are excised with the inside-out configuration using patch clamp techniques10-13. The intracellular side of the patch is perfused with desired solutions during recording so that the channel activation under different conditions can be examined. To summarize, the mRNA of BK channels is injected into Xenopus laevis oocytes to express channel proteins on the oocyte membrane; patch clamp techniques are used to record currents flowing through the channels under controlled voltage and intracellular solutions.

Patch Clamp and Perfusion Techniques for Studying Ion Channels Expressed in Xenopus oocytes

Ionic current of BK channels is recorded using patch clamp techniques. BK channels are expressed in Xenopus oocytes by injecting messenger RNA. The intracellular solution during patch clamp recordings is controlled by a perfusion system.

이온 채널 유학을위한 패치 클램프 및 재관류 기법으로 표현 Xenopus oocytes

The protocol presented here is designed to study the activation of the large conductance, voltage- and Ca2+-activated K+ (BK) channels. The protocol may ...

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.

신경 근육 분석을위한 쥐 보컬 폴드의 준비

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3 차원에 보컬 배 진동 연구 반의 laryngeal 설치

요약

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