Name: investigating the three-dimensional flow separation induced by a model vocal fold polyp
Uploaded: 2014-02-03T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp at JoVE.com

Dette arbejde støttes af National Science Foundation, Grant No. CBET-1236351 og GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering (COBRE).

I dette arbejde er en vægmonteret prolate hemispheroid, dvs. en model vokal fold polyp, placeret på testsektionen gulvet i en suge type vindtunnel med en 5:1 sammentrækning ratio. Ustabil, tredimensionel flowadskillelse og dens virkning på vægtrykbelastningen undersøges ved hjælp af oliestrømsvisualisering, vægtryksmålinger og partikelbilledhastighed. De ustabile trykmålinger erhverves ved hjælp af en seksten kanalscanningstryktransducer med piezoristive tryksensorer. Tryksensorerne har en frekvensre...

<ol>
	<li>Hirano, M., Kakita, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cover-body theory of vocal fold vibration. Speech science--recent advances. , 1-46 (1985).</li><li>Gray, S. D., Titze, I. R., Alipour, F., Hammond, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+and+histologic+observations+of+vocal+fold+fibrous+proteins.">Biomechanical and histologic observations of vocal fold fibrous proteins.</a> Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 109 (1), 77-85 (2000).</li><li>Titze, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physics+of+small-amplitude+oscillation+of+the+vocal+fold.">The physics of small-amplitude oscillation of the vocal fold.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).</li><li>Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., D&#246;llinger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave+properties+of+a+human+vocal+fold.">Mucosal wave properties of a human vocal fold.</a> Acta Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).</li><li>Shaw, H. S., Deliyski, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave:+a+normophonic+study+across+visualization+techniques.">Mucosal wave: a normophonic study across visualization techniques.</a> J. Voice. 22 (1), 23-33 (2008).</li><li>Krausert, C. R., Olszewski, A. E., Taylor, L. N., McMurray, J. S., Dailey, S. H., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave+measurement+and+visualization+techniques.">Mucosal wave measurement and visualization techniques.</a> J. Voice. 25 (4), 395-405 (2010).</li><li>Fant, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+Theory+of+Speech+Production.">Acoustic Theory of Speech Production.</a> Mouton and Co. N. V.: The Hague. , 15-79 (1960).</li><li>Wegel, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+vibration+of+the+larynx.">Theory of vibration of the larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 1, 1-21 (1930).</li><li>Den Berg, J. V. a. n., Zantema, J. T., Doornenbal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+air+resistance+and+the+Bernoulli+effect+of+the+human+larynx.">On the air resistance and the Bernoulli effect of the human larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 29 (5), 626-631 (1957).</li><li>Scherer, R. C., Shinwari, D., De Witt, K. J., Zhang, C., Kucinschi, B. R., Afjeh, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraglottal+pressure+profiles+for+a+symmetric+and+oblique+glottis+with+a+divergence+angle+of+10+degrees.">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li><li>Thomson, S. L., Mongeau, L., Frankel, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+transfer+of+energy+to+the+vocal+folds.">Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 118 (3), 1689-1700 (2005).</li><li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+asymmetric+flow+features+in+a+scaled-up+driven+model+of+the+human+vocal+folds.">An investigation of asymmetric flow features in a scaled-up driven model of the human vocal folds.</a> Exp. Fluids. 49 (1), 131-146 (2010).</li><li>Petrovi&#263;-Lazi&#263;, M., Kosanovi&#263;, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+analysis+findings+in+patients+with+vocal+fold+polyp.">Acoustic analysis findings in patients with vocal fold polyp.</a> Acta Med. Saliniana. 38 (2), 63-66 (2009).</li><li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+laryngeal+flow+fields+induced+by+a+model+vocal+fold+polyp.">Three-dimensional laryngeal flow fields induced by a model vocal fold polyp.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 35, 93-101 (2012).</li><li>Acarlar, M. S., Smith, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+hairpin+vortices+in+a+laminar+boundary+layer.+Part+1.+Hairpin+vortices+generated+by+a+hemisphere+protuberance.">A study of hairpin vortices in a laminar boundary layer. Part 1. Hairpin vortices generated by a hemisphere protuberance.</a> J. Fluid Mech. 175, 1-41 (1987).</li><li>Kawanisi, K., Maghrebi, M. F., Yokosi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+instantaneous+3-D+analysis+of+turbulent+flow+in+the+wake+of+a+hemisphere.">An instantaneous 3-D analysis of turbulent flow in the wake of a hemisphere.</a> Boundary-Layer Meteorol. 64, 1-14 (1992).</li><li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemisphere+and+hemisphere-cylinders+in+turbulent+boundary+layers.">Hemisphere and hemisphere-cylinders in turbulent boundary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 23, 345-364 (1986).</li><li>Tamai, N., Asaeda, T., Tanaka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+structures+around+a+hemispheric+hump.">Vortex structures around a hemispheric hump.</a> Boundary-Layer Meteorol. 39, 301-314 (1987).</li><li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+separated+shear+layers+associated+with+hemispherical+bodies+in+turbulent+boyndary+layers.">The separated shear layers associated with hemispherical bodies in turbulent boyndary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 28, 291-300 (1988).</li><li>Ogawa, T., Nakayama, M., Murayama, S., Sasaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+wind+pressures+on+basic+structures+with+curved+surfaces+and+their+response+in+turbulent+flow.">Characteristics of wind pressures on basic structures with curved surfaces and their response in turbulent flow.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 427-438 (1991).</li><li>Manhart, M., Wengle, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-eddy+simulation+of+turbulent+bounday+layer+flow+over+a+hemisphere.">Large-eddy simulation of turbulent bounday layer flow over a hemisphere.</a> Direct and Large-Eddy Simulation I: Selected papers from the First ERCOFTAC Workshop on Direct and Large-Eddy Simulation. , 299-301 (1994).</li><li>Manhart, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+shedding+from+a+hemisphere+in+a+turbulent+boundary+layer.">Vortex shedding from a hemisphere in a turbulent boundary layer.</a> Theor. Comp. Fluid Dyn. 12, 1-28 (1998).</li><li>Meroney, R. N., Letchford, C. W., Sarkar, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+numerical+and+wind+tunnel+simulation+of+wind+loads+on+smooth,+rough+and+dual+domes+immersed+in+a+boundary+layer.">Comparison of numerical and wind tunnel simulation of wind loads on smooth, rough and dual domes immersed in a boundary layer.</a> Wind Struct. 5 (2-4), 347-358 (2002).</li><li>Hunt, J. C. R., Abell, C. J., Peterka, J. A., Woo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematical+studies+of+the+flows+around+free+or+surface-mounted+obstacles;+applying+topology+to+flow+visualization.">Kinematical studies of the flows around free or surface-mounted obstacles; applying topology to flow visualization.</a> J. Fluid Mech. 86 (01), 179 (2006).</li><li>Legendre, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignes+de+courant+d'un+ecoulement+permanent:+decollement+et+separation.">Lignes de courant d'un ecoulement permanent: decollement et separation.</a> La Recherche A&#233;rospatiale. 6, 327-335 (1977).</li><li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Surface+Flow.">Visualization of Surface Flow.</a> Flow Visual. , 82-89 (1987).</li><li>Simpson, R. L., Long, C. H. H., Byun, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+vortical+separation+from+an+axisymmetric+hill.">Study of vortical separation from an axisymmetric hill.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 23 (5), 582-591 (2002).</li><li>Byun, G., Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-pressure+fluctuations+from+separated+flow+over+an+axisymmetric+bump.">Surface-pressure fluctuations from separated flow over an axisymmetric bump.</a> Am. Inst. Aeronaut. Astronaut. J. 48 (10), 2397-2405 (2010).</li><li>Martinuzzi, R., Tropea, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+flow+around+surface-mounted,+prismatic+obstacles+placed+in+a+fully+developed+channel+flow.">The flow around surface-mounted, prismatic obstacles placed in a fully developed channel flow.</a> J. Fluids Eng. 115, 85-92 (1993).</li><li>R&#246;diger, T., Knauss, H., Gaisbauer, U., Kr&#228;mer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+and+heat+flux+measurements+on+the+surface+of+a+low-aspect-ratio+circular+cylinder+mounted+on+a+ground+plate.">Pressure and heat flux measurements on the surface of a low-aspect-ratio circular cylinder mounted on a ground plate.</a> New Results Num. Exp. Fluid Mech. VI. , 121-128 (2007).</li><li>Martinuzzi, R., AbuOmar, M., Savory, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+of+the+wall+pressure+field+around+surface-mounted+pyramids+and+other+bluff+bodies.">Scaling of the wall pressure field around surface-mounted pyramids and other bluff bodies.</a> J. Fluids Eng. 129, 1147-1156 (2007).</li><li>Taniguchi, S., Sakamoto, H., Kiya, M., Arie, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-averaged+aerodynamic+forces+acting+on+a+hemisphere+immersed+in+a+turbulent+boundary.">Time-averaged aerodynamic forces acting on a hemisphere immersed in a turbulent boundary.</a> J. Wind Eng. Indust. Aerodyn. 9, 257-273 (1982).</li><li>Triep, M., Br&#252;cker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+nature+of+the+glottal+jet.">Three-dimensional nature of the glottal jet.</a> The Journal of the Acoustic. Soc. Am. 127 (3), 1537-1547 (2010).</li><li>Khosla, S., Murugappan, S., Paniello, R., Ying, J., Gutmark, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+vortices+in+voice+production:+normal+versus+asymmetric+tension.">Role of vortices in voice production: normal versus asymmetric tension.</a> Laryngoscope. 119 (1), 216-221 (2009).</li><li>Drechsel, J. S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+supraglottal+structures+on+the+glottal+jet+exiting+a+two-layer+synthetic,+self-oscillating+vocal+fold+model.">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li><li>Raffel, M., Willert, C., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (1998).</li><li>Neubauer, J., Zhang, Z., Miraghaie, R., Berry, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+structures+of+the+near+field+flow+in+a+self-oscillating+physical+model+of+the+vocal+folds.">Coherent structures of the near field flow in a self-oscillating physical model of the vocal folds.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 121 (2), 1102-1118 (2007).</li><li>Krebs, F., Silva, F., Sciamarella, D., Artana, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+study+of+the+glottal+jet.">A three-dimensional study of the glottal jet.</a> Exp. Fluids. 52 (5), 1133-1147 (2011).</li><li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry. 30, (2010).</li><li>Tobak, M., Peake, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topology+of+three-dimensional+separated+flows.">Topology of three-dimensional separated flows.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 14, 61-85 (1982).</li><li>Zhang, Y., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Spatiotemporal+Chaos+Induced+by+a+Polypoid+Mass+in+the+Excised+Canine+Larynx.">Asymmetric Spatiotemporal Chaos Induced by a Polypoid Mass in the Excised Canine Larynx.</a> Chaos. 18, 43102 (2008).</li><li>D&#233;lery, J. M., Jean, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delery+Toward+the+elucidation+of+three-dimensional+separation.">Delery Toward the elucidation of three-dimensional separation.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 33, 129-154 (2001).</li></ol>

Forståelse af dannelsen og udbredelsen af hvirvlende strukturer fra en geometrisk fremspring og deres efterfølgende virkning på de aerodynamiske belastninger, der driver vokal folddynamik, er nødvendig for at give indsigt og modeller for at fremme behandlingen af vokalfoldpolypper og knuder. Variationerne i aerodynamiske belastninger forårsaget af modelpolyp i dette eksperiment forventes at bidrage til uregelmæssig vokal folddynamik observeret hos patienter med polypper13,41. Det fremtidige arbejde omfat...

Vokalfolderne er to bånd af væv, der strækker sig over vokal luftvejene. Stemme tale er produceret, når en kritisk lungetryk er opnået, tvinger luft gennem adducted vokal folder. Vokalfolderne er sammensat af mange lag væv og er ofte repræsenteret af et forenklet tolags body-cover system1. Den ekstracellulære matrix, der udgør størstedelen af dæklaget, består af kollagen og elastinfibre, der giver ikke-lineære stressbelastningsegenskaber, som er vigtige for den korrekte bevægelse af vokalfolderne1,2. Aerodynamiske kræfter giver energi til vævet i vokalfolderne og ophidser selvbærende svingninger3. Som vokal folder svinger, åbningen mellem dem, benævnt glottis, danner en tidsmæssigt varierende åbning, der skifter fra en konvergent til en ensartet og derefter til en divergerende passage, før du lukker og gentagercyklus 4,6. Frekvenser af vibrationer til normal tale spænder typisk over henholdsvis 100-220 Hz hos henholdsvis mænd og kvinder, hvilket skaber et pulsatile flowfelt, der passerer gennem glottis7. Den flydende struktur energi udveksling proces for normal tale er blevet undersøgt grundigt8-12; Afbrydelsen af denne proces for nogle patologier er imidlertid ikke godt forstået. Patologiske forhold i vokalfolderne kan resultere i dramatiske ændringer i deres dynamik og påvirke evnen til at generere stemmet tale.
Polypper og knuder er geometriske abnormiteter, der dannes på vokalfoldernes mediale overflade. Disse abnormiteter kan påvirke en patients evne til at kommunikere13. Ikke desto mindre er først for nylig forstyrret flowfeltet på grund af en geometrisk fremspring som en polyp blevet betragtet som14. Denne undersøgelse viste, at den "normale" væskestruktur energiudvekslingsproces blev drastisk ændret, og at ændringen af flowfeltet var den mest sandsynlige årsag til den alvorlige nedbrydning af vokalkvaliteten hos patienter med polypper og knuder. Der er ikke etableret nogen omfattende forståelse af de flowstrukturer, der produceres af tredimensionel flowadskillelse fra en polyp i pulsatileflow. Generering og formering af hvirvlende strukturer fra en polyp, og deres efterfølgende indvirkning på de aerodynamiske belastninger, der driver vokal fold dynamik er en nødvendig kritisk komponent til at fremme kirurgisk oprydning af polypper hos patienter.
Mens flow adskillelse fra en væg monteret hemispheroid i konstant flow er blevet undersøgt15-23, overraskende, der er lidt information om ustabile tre-dimensionelle flow adskillelse fra en halvkugleformet på en væg underlagt pulsatile eller ustabile flow betingelser, som findes i tale. Acarlars og Smiths skelsættende arbejde15 gav en analyse af de tredimensionelle sammenhængende strukturer, der genereres af et stabilt flow over en vægmonteret hemispheroid inden for et laminargrænselag. Acarlar og Smith identificerede to typer af hvirvlende strukturer. En stående hestesko vortex blev dannet opstrøms for hemispheroid fremspring og forlænget nedstrøms af fremspring på begge sider. Derudover blev hårnål hvirvler kastes med jævne mellemrum fra væggen monteret hemispheroid i kølvandet. Den komplekse bevægelse og progression af hårnåle hvirvler blev undersøgt og beskrevet i detaljer.
Flow over en jævnt kontureret aksemetrisk bakke er tidligere blevet undersøgt, hvor både overflade statiske trykmålinger og overfladeolievisualisering blev erhvervet på og nedstrøms af bumpet inden for et turbulent forskydningsflow. Oliefilmteknikker gør det muligt at visualisering af hudfriktionslinjer, områder med høj og lav hastighed og adskillelses- og fastgørelsespunkter i et overfladeflow og er nyttige til at undersøge kølvandet på et vægmonteret objekt. Til denne teknik er overfladen af interesse belagt med en tynd film af en olie-base og fine pulver pigment(dvs. lampblack, grafit pulver, eller titandioxid) blanding. Ved de ønskede strømningsforhold får friktionskræfterne olien til at bevæge sig langs overfladen, hvilket får pigmentpulveret til at blive deponeret i striber. Kritiske punkter eller singularitetspunkter, steder, hvor forskydningsbelastningen er nul eller to eller flere komponenter i gennemsnitshastigheden, kan klassificeres fra det resulterende hudfriktionslinjemønster som sadelpunkter eller knudepunkter24-26.
For bakkens geometri blev der ikke fundet nogen singularitet forårsaget af adskillelse opstrøms; dette blev tilskrevet bumpets glat stigende kontur, som ikke genererede den negative trykgradient, der opstår med en halvkugleformet fremspring. Derfor blev strømmen fundet at accelerere, indtil toppen af bump hvorefter ustabile sadel-fokus adskillelsespunkter udviklet kort forbi bump centerline, som det kunne forventes fra dannelsen af en hårnål vortex27,28. I en undersøgelse ved hjælp af lignende eksperimentelle teknikker med en anden vægmonteret geometri viste oliefilmvisualisering omkring en overflademonteret terning i konstant flow udført af Martinuzzi og Tropea29 to klare hudfriktionslinjer opstrøms for objektet. Den første hudfriktionslinje svarede til den primære adskillelseslinje forårsaget af den negative trykgradient, og den anden hudfriktionslinje markerede hesteskohvirvelens tidsgennemsnit. Overfladetryksmålinger udført opstrøms for objektet viste et lokalt minimum langs hestesko vortexlinjen og et lokalt tryk maksimum mellem den primære adskillelse og hestesko vortex linjer. Lignende opstrøms adskillelseslinjer dannes med andre overflademonterede geometrier, herunder en cirkulær cylinder, pyramide og kegle29-31. Overfladevisualisering nedstrøms for vægmonterede objekter viser typisk to foci forårsaget af recirkuleringsområdet bag objektet30. To hvirvler genereres på foci positioner og svarer til "arch-type" eller hårnål vortex set i kølvandet på en vægmonteret hemispheroid32.
Partikelbillede velocimetry (PIV) har tidligere været brugt til at studere strømmen nedstrøms af syntetiske vokal fold modeller33-35. PIV er en ikke-invasiv visualiseringsteknik, som billeder flow tracer partikel bevægelse i et plan på at fange spatio-tidsmæssige væske dynamik36. Tredimensionelle sammenhængende strukturer, der danner nedstrøms for de oscillerende vokalfolder, er blevet undersøgt af Neubauer et al. 37; hvirvelgenerering og konvektion og jetflappe blev observeret. For nylig, Krebs et al. 38 undersøgte glottalstrålens tredimensionalitet ved hjælp af stereoskopisk PIV, og resultaterne viser glottal jetakseskift. Erath og Plesniak14 undersøgte effekten af en model vokal fold polyp på mediale overflade af en 7,5 gange skaleret op dynamisk drevet vokal fold model. En recirkulering region blev dannet nedstrøms af polyp og jet dynamik blev påvirket i hele phonatory cyklus. De tidligere undersøgelser, spærring af drevet vokal fold polyp undersøgelse af Erath og Plesniak14, har ikke udforsket væske dynamik induceret af en mediale vokal fold polyp eller knude.
Det er vigtigt at forstå den flydende dynamiske effekt af modellen polyp inden for stabile og pulsatile flow felter, før herunder den ekstra kompleksitet vokal fold bevægelige vægge, induceret tryk gradienter, begrænset geometrisk volumen og andre snørklede. Det nuværende arbejde fokuserer på underskriften af flowstrukturerne på downstream-væggen under både stabile og ustabile strømningsforhold. Samspillet mellem de hvirvlende strukturer, der kastes fra et fremspring og nedstrømsvæggen, er af stor interesse for undersøgelsen af vokalfoldpolypper samt andre biologiske overvejelser, da disse interaktioner fremkalder en biologisk reaktion.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="699">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:216px;">Rapid Prototyper</td>
			<td style="width:139px;">Objet</td>
			<td style="width:119px;">Objet24</td>
			<td style="width:227px;">Tray Size (X&#215;Y&#215;Z): 240 &#215; 200 &#215; 150 mm 
			Build layer thickness =&#160; 28 &#181;m&#160; 
			Accuracy = 0.1 mm 
			Build Resolution: X-axis: 600 dpi, Y-axis: 600 dpi, Z-axis: 900 dpi</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Rapid Prototyper Model Material</td>
			<td style="width:139px;">Objet</td>
			<td style="width:119px;">VeroWhite Plus Fullcure 835</td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Rapid Prototyper Support Material</td>
			<td style="width:139px;">Objet</td>
			<td style="width:119px;">FullCure 705 Support</td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copy Toner</td>
			<td style="width:139px;">Xerox</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Kerosene</td>
			<td style="width:139px;">Sunnyside</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Baby Oil</td>
			<td style="width:139px;">Johnson&#39;s</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Adhesive Paper</td>
			<td style="width:139px;">Con-Tact Brand</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;">White adhesive covering</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tygon Tubing</td>
			<td style="width:139px;">Tygon</td>
			<td style="width:119px;">PVC Tubing</td>
			<td style="width:227px;">1/16&#34; ID, 3/16&#34;OD</td>
		</tr>
		<tr height="151">
			<td height="151" style="height:151px;width:216px;">Pressure Scanner (16 channel)</td>
			<td style="width:139px;">Scanivalve</td>
			<td style="width:119px;">DSA3217</td>
			<td style="width:227px;">Used for gas pressure measurements 
			Pressure range = +/- 5&#34; H2O 
			Full scale accuracy = +/-0.3% full scale accuracy.&#160; 
			Maximum scan rate = 500 Hz/channel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stainless Steel Tubulations</td>
			<td style="width:139px;">Scanivalve</td>
			<td style="width:119px;">TUBN-063-1.0</td>
			<td style="width:227px;">0.063&#34; Diameter and 1&#34; Length</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

investigating the three-dimensional flow separation induced by a model vocal fold polyp

Den væskestruktur energiudvekslingsproces til normal tale er blevet undersøgt grundigt, men den er ikke godt forstået for patologiske forhold. Polypper og knuder, som er geometriske abnormiteter, der dannes på den mediale overflade af vokalfolderne, kan forstyrre vokalfolddynamikken og dermed kan have ødelæggende konsekvenser for en patients evne til at kommunikere. Vores laboratorium har rapporteret partikel billede velocimetry (PIV) målinger, inden for en undersøgelse af en model polyp placeret på den mediale overflade af en in vitro drevet vokal fold model, som viser, at en sådan geometrisk abnormitet betydeligt forstyrrer glottal jet adfærd. Denne flowfeltjustering er en sandsynlig årsag til den alvorlige nedbrydning af vokalkvaliteten hos patienter med polypper. En mere komplet forståelse af dannelsen og udbredelsen af hvirvlende strukturer fra en geometrisk fremspring, såsom en vokal fold polyp, og den deraf følgende indflydelse på de aerodynamiske belastninger, der driver vokal fold dynamik, er nødvendig for at fremme behandlingen af denne patologiske tilstand. Denne undersøgelse vedrører den tredimensionale flowadskillelse, der er fremkaldt af en vægmonteret prolate hemispheroid med et 2:1-højde-bredde-forhold i krydsflow, dvs. Ustabil, tredimensionel flowadskillelse og dens indvirkning af vægtrykbelastningen undersøges ved hjælp af hudfriktionslinjevisualisering og vægtryksmålinger.

Tidligere arbejde ved hjælp af en 7,5 gange skaleret op dynamisk drevet vokal fold model har vist, at tilstedeværelsen af en geometrisk fremspring, model vokal fold polyp, forstyrrer den normale dynamik glottal jet hele phonatory cyklus. Repræsentative resultater fra den tidligere drevne vokalfoldmodelundersøgelse vises i figur 2 og video 2. Videoen demonstrerer bevægelsen af de drevne vokalfolder, når de skifter fra en konvergent til en divergerende geometri. Vokal fold modeller b...

Watch this Scientific Journal Video about Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp at JoVE.com

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

Vokal fold polypper kan forstyrre vokal fold dynamik og dermed kan have ødelæggende konsekvenser for en patients evne til at kommunikere. Tredimensionel flowadskillelse induceret af en vægmonteret modelpolyp og dens indvirkning på vægtrykbelastningen undersøges ved hjælp af partikelbillede velocimetry, hudfriktionslinjevisualisering og vægtryksmålinger.

Undersøgelse af tre-dimensionelle Flow Separation induceret af en 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. ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

The Three-Dimensional Human Skin Reconstruct Model: a Tool to Study Normal  Skin and Melanoma Progression

Most in vitro studies in experimental skin biology have been done in 2-dimensional (2D) monocultures, while accumulating evidence suggests that cells ...

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Planar-og tredimensionelle Udskrivning af ledende blæk

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

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

Syntetisk, Multi-Layer, Self-Oscillerende 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 ...

Three-dimensional Cell Culture Model for Measuring the Effects of Interstitial Fluid Flow on Tumor Cell Invasion

Tredimensional Cell Culture Model for måling af virkningerne af interstitielvæske Flow på tumorcelleinvasion

The growth and progression of most solid tumors depend on the initial transformation of the cancer cells and their response to stroma-associated signaling ...

A Novel Three-dimensional Flow Chamber Device to Study Chemokine-directed Extravasation of Cells Circulating under Physiological Flow Conditions

A Novel Tre-dimensionel Flow Chamber Device at studere Chemokin-rettet Ekstravasation Celler Cirkulerende under fysiologiske strømning

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Menneskelige bruskvæv Fabrication Brug Tre-dimensionel Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

Konstruktion og karakterisering af en roman Vocal Fold bioreaktor

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

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

Analyse af Cell Migration inden for en tre-dimensionel kollagenmatrix

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Generation af en tre-dimensionel fuld tykkelse Skin Equivalent og Automated Anskydning

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Development of a Multicellular Three-dimensional Organotypic Model of the Human Intestinal Mucosa Grown Under Microgravity

Udvikling af en flercellet Tre-dimensionel organotypisk Model af menneskelige tarmslimhinden Grown Under Microgravity

Because cells growing in a three-dimensional (3-D) environment have the potential to bridge many gaps of cell cultivation in 2-D environments (e.g., ...