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

Dit werk wordt ondersteund door de National Science Foundation, Grant No. CBET-1236351 en GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering (COBRE).

In dit werk wordt een aan de muur gemonteerde prolaathemisferoïde, d.w.z. een model vocal fold poliep, geplaatst op de testsectievloer van een windtunnel van het zuigtype met een samentrekkingsverhouding van 5:1. Onvaste, driedimensionale stromingsscheiding en het effect ervan op de belasting van de wanddruk worden onderzocht met behulp van oliestroomvisualisatie, wanddrukmetingen en de velocimetry van deeltjesbeeld. De wankele drukmetingen worden verkregen met behulp van een zestienkanaals scanning drukomvorme...

<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>

Inzicht in de vorming en voortplanting van vorticale structuren vanuit een geometrische uitsteeksel en hun daaropvolgende effect op de aerodynamische belasting die de vocale vouwdynamiek aandrijft, is noodzakelijk om inzicht en modellen te bieden om de behandeling van vocale plooipoliepen en knobbeltjes te bevorderen. De variaties in aerodynamische belastingen veroorzaakt door de modelpoliep in dit experiment zullen naar verwachting bijdragen aan onregelmatige vocale plooidynamiek waargenomen bij patiënten met poliepen<...

De vocale plooien zijn twee banden weefsel die zich uitstrekken over de vocale luchtweg. Stem spraak wordt geproduceerd wanneer een kritische longdruk wordt bereikt, waardoor lucht door adducted vocal folds wordt gedwongen. De vocale plooien bestaan uit vele lagen weefsel en worden vaak vertegenwoordigd door een vereenvoudigd tweelaags body-cover systeem1. De extracellulaire matrix, die het grootste deel van de dekkingslaag vormt, bestaat uit collageen- en elastinevezels, die niet-lineaire stress-stamkenmerken bieden, die belangrijk zijn voor de juiste beweging van de stemplooien1,2. Aerodynamische krachten geven energie aan het weefsel van de stemplooien en wekken zelfvoorzienende oscillaties op3. Terwijl de vocale plooien oscilleren, vormt de opening ertussen, de glottis genoemd, een tijdelijk variërende opening die overgaat van een convergent naar een uniform en vervolgens naar een divergente passage voordat de cyclus4,6wordt gesloten en herhaald. Trillingsfrequenties voor normale spraak omvatten meestal respectievelijk 100-220 Hz bij mannen en vrouwen, waardoor een pulsatile stromingsveld ontstaat dat door de glottis7gaat. Het vloeistofstructuur energie-uitwisselingsproces voor normale spraak is uitgebreid bestudeerd8-12; de verstoring van dit proces voor sommige pathologieën is echter niet goed begrepen. Pathologische omstandigheden van de stemplooien kunnen leiden tot dramatische veranderingen in hun dynamiek en het vermogen om spraak te genereren beïnvloeden.
Poliepen en knobbeltjes zijn geometrische afwijkingen die zich vormen op het mediale oppervlak van de stemplooien. Deze afwijkingen kunnen van invloed zijn op het vermogen van een patiënt om te communiceren13. Niettemin is pas onlangs de verstoring van het stroomveld als gevolg van een geometrische uitsteeksel zoals een poliep beschouwd als14. Die studie toonde aan dat het "normale" energie-uitwisselingsproces van de vloeistofstructuur van spraak drastisch werd gewijzigd en dat de wijziging van het stroomveld de meest waarschijnlijke reden was voor de ernstige verslechtering van de vocale kwaliteit bij patiënten met poliepen en knobbeltjes. Er is geen volledig begrip van de stromingsstructuren die worden geproduceerd door driedimensionale stroomscheiding van een poliep in pulsatile stroom. Het genereren en vermeerderen van vortical structuren van een poliep, en hun daaropvolgende impact op de aerodynamische belastingen die vocale vouwdynamiek aandrijven, is een noodzakelijk cruciaal onderdeel om chirurgische sanering van poliepen bij patiënten te bevorderen.
Terwijl de stroomscheiding van een aan de muur gemonteerde hemisferoïde in constante stroom is onderzocht15-23, verrassend genoeg is er weinig informatie over onvaste driedimensionale stroomscheiding van een hemisferoïde op een muur die onderhevig is aan pulsatile of onvaste stroomomstandigheden zoals te vinden in spraak. Het baanbrekende werk van Acarlar en Smith15 leverde een analyse op van de driedimensionale coherente structuren die werden gegenereerd door een gestage stroom over een aan de muur gemonteerde hemisferoïde binnen een laminaire grenslaag. Acarlar en Smith identificeerden twee soorten vortical structuren. Een staande hoefijzer vortex werd gevormd stroomopwaarts van de hemisferoïde uitsteeksel en uitgebreid stroomafwaarts van de uitsteeksel aan weerszijden. Bovendien werden haarspeldwervels periodiek van de aan de muur gemonteerde hemisferoïde in het kielzog geworpen. De complexe beweging en progressie van de haarspeldwervels werd onderzocht en in detail beschreven.
Flow over een glad gevormde asymmetrische heuvel is eerder bestudeerd waarbij zowel oppervlaktestatische drukmetingen als oppervlakteolievisualisatie werden verkregen op en stroomafwaarts van de hobbel binnen een turbulente afschuifstroom. Oliefilmtechnieken maken de visualisatie van huidwrijvingslijnen, gebieden met hoge en lage snelheid en scheidings- en bevestigingspunten binnen een oppervlaktestroom mogelijk en zijn nuttig om het kielzog van een aan de muur gemonteerd object te onderzoeken. Voor deze techniek is het oppervlak van belang bedekt met een dunne film van een oliebasis en fijn poederpigment(d.w.z. lampblack, grafietpoeder of titaandioxide) mengsel. Bij de gewenste stromingsomstandigheden zorgen wrijvingskrachten ervoor dat de olie langs het oppervlak beweegt, waardoor het pigmentpoeder in strepen wordt afgezet. Kritische of singulariteitspunten, locaties waar de afschuifspanning nul of twee of meer componenten van de gemiddelde snelheid is, kunnen worden geclassificeerd uit het resulterende huidwrijvingslijnpatroon als zadelpunten of nodale punten24-26.
Voor de heuvelgeometrie werd stroomopwaarts geen singulariteit gevonden die door scheiding werd veroorzaakt; dit werd toegeschreven aan de soepel stijgende contour van de bult, die niet de ongunstige drukgradiënt genereert die optreedt met een hemisferoïde uitsteeksel. Bijgevolg bleek de stroom te versnellen tot het toppunt van de bult waarna, onvaste zadelfocusscheidingspunten zich kort voorbij de middellijn van de bult ontwikkelden, zoals te verwachten was van de vorming van een haarspeldkolkvortex 27,28. In een studie met vergelijkbare experimentele technieken met een andere wandgeometrie toonde oliefilmvisualisatie rond een op het oppervlak gemonteerde kubus in steady flow uitgevoerd door Martinuzzi enTropea 29 twee duidelijke huidwrijvingslijnen stroomopwaarts van het object. De eerste huidwrijvingslijn correspondeerde met de primaire scheidingslijn veroorzaakt door de ongunstige drukgradiënt en de tweede huidwrijvingslijn markeerde de tijdgemiddelde locatie van de hoefijzer vortex. Oppervlaktedrukmetingen die stroomopwaarts van het object werden uitgevoerd, toonden een lokaal minimum langs de hoefijzerkolklijn en een lokaal drukmaximum tussen de primaire scheiding en hoefijzerkolklijnen. Vergelijkbare stroomopwaartse scheidingslijnen worden gevormd met andere opbouwgeometrieën, waaronder een cirkelvormige cilinder, piramide en kegel29-31. Oppervlaktevisualisatie stroomafwaarts van aan de muur gemonteerde objecten geeft meestal twee foci weer die worden veroorzaakt door het recirculatiegebied achter het object30. Twee wervels worden gegenereerd op de foci posities en komen overeen met de "arch-type" of haarspeld vortex gezien in het kielzog van een aan de muur gemonteerde hemisferoïde32.
Deeltjesbeeld velocimetry (PIV) is eerder gebruikt om de stroom stroomafwaarts van synthetische vocal fold modellen33-35te bestuderen. PIV is een niet-invasieve visualisatietechniek waarbij beelden de deeltjesbeweging van tracerdeeltjes in een vlak laten stromen om spatio-temporele vloeistofdynamica vast te leggen36. Driedimensionale coherente structuren die zich stroomafwaarts van de oscillerende stemplooien vormen, zijn bestudeerd door Neubauer et al. 37; vortexgeneratie en convectie en jet flapperen werden waargenomen. Onlangs, Krebs et al. 38 bestudeerde de driedimensionaliteit van de glottale straal met behulp van stereoscopische PIV en de resultaten tonen glottal jet as schakelen aan. Erath en Plesniak14 onderzochten het effect van een model vocal fold polyp op het mediale oppervlak van een 7,5 keer opgeschaald dynamisch aangedreven vocal fold model. Een recirculatiegebied werd gevormd stroomafwaarts van de poliep en de straaldynamiek werd beïnvloed tijdens de fonatory cyclus. De vorige studies, afgezien van de gedreven vocal fold polyp studie door Erath en Plesniak14, hebben de vloeistofdynamiek veroorzaakt door een mediale vocale plooipoliep of knobbel niet onderzocht.
Het is belangrijk om het vloeistofdynamische effect van de modelpoliep binnen stabiele en pulsatile stroomvelden te begrijpen voordat de extra complexiteit van de bewegende wanden van de vocale vouw, geïnduceerde drukgradiënten, beperkt geometrisch volume en andere fijne kneepjes worden opbegrepen. Het huidige werk richt zich op de signatuur van de stromingsstructuren op de stroomafwaartse muur onder zowel stabiele als wankele stromingsomstandigheden. De interacties tussen de vortical structuren die van een uitsteeksel en de stroomafwaartse muur worden afgeworpen, zijn van groot belang voor het onderzoek van vocale plooipoliepen en andere biologische overwegingen, omdat deze interacties een biologische reactie oproepen.

<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

Het vloeistofstructuur energie-uitwisselingsproces voor normale spraak is uitgebreid bestudeerd, maar het is niet goed begrepen voor pathologische omstandigheden. Poliepen en knobbeltjes, geometrische afwijkingen die zich vormen op het mediale oppervlak van de stemplooien, kunnen de dynamiek van de vocale plooi verstoren en kunnen dus verwoestende gevolgen hebben voor het vermogen van een patiënt om te communiceren. Ons laboratorium heeft deeltjesbeeld velocimetry (PIV) metingen gerapporteerd, binnen een onderzoek van een modelpoliep op het mediale oppervlak van een in vitro aangedreven vocal fold model, waaruit blijkt dat een dergelijke geometrische afwijking het glottal jet gedrag aanzienlijk verstoort. Deze aanpassing van het stroomveld is een waarschijnlijke reden voor de ernstige afbraak van de vocale kwaliteit bij patiënten met poliepen. Een vollediger begrip van de vorming en voortplanting van vortical structuren van een geometrische uitsteeksel, zoals een vocale vouwpoliep, en de resulterende invloed op de aerodynamische belasting die de vocale vouwdynamiek aandrijft, is noodzakelijk voor het bevorderen van de behandeling van deze pathologische aandoening. Het onderhavige onderzoek heeft betrekking op de driedimensionale stromingsscheiding veroorzaakt door een aan de muur gemonteerde prolaathemisferoïde met een beeldverhouding van 2:1 in dwarsstroom, d.w.z. een model vocal fold polyp, met behulp van een oliefilmvisualisatietechniek. Onvaste, driedimensionale stromingsscheiding en de impact ervan op de belasting van de wanddruk worden onderzocht met behulp van visualisatie van de huidwrijvingslijn en wanddrukmetingen.

Eerder werk met behulp van een 7,5 keer opgeschaald dynamisch aangedreven vocal fold model heeft aangetoond dat de aanwezigheid van een geometrische uitsteeksel, model vocal fold polyp, de normale dynamiek van de glottal jet gedurende de fonatory cyclus verstoort. Representatieve resultaten van de vorige studie van het vocal fold-model worden weergegeven in figuur 2 en video 2. De video toont de beweging van de aangedreven vocale plooien terwijl ze veranderen van een convergent naar een ...

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

Vocal fold poliepen kunnen de vocale plooidynamiek verstoren en kunnen dus verwoestende gevolgen hebben voor het vermogen van een patiënt om te communiceren. Driedimensionale stromingsscheiding veroorzaakt door een aan de muur gemonteerde modelpoliep en de impact ervan op de belasting van de wanddruk worden onderzocht met behulp van deeltjesbeeld velocimetry, visualisatie van de huidwrijvingslijn en wanddrukmetingen.

Onderzoek naar de driedimensionale stroomscheiding geïnduceerd door een model vocal fold poliep

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

De driedimensionale menselijke huid Reconstrueer model: een instrument om de normale huid en melanoomprogressie Study

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

Vlakke en Three-Dimensional Printing van geleidende inkten

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

Synthetische, 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

Drie-dimensionale Cultuur van de Cel Model voor het meten van de effecten van het interstitiële vocht Flow op tumorcel invasie

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 Driedimensionale Flow Kamer Device aan chemokine-gerichte extravasatie van Cellen doorgeven Studie onder Fysiologische stroomtoestanden

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

Human kraakbeenweefsel Fabrication behulp van drie-dimensionale 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

Bouw en karakterisatie van een nieuw Vocal Fold Bioreactor

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 van cel-migratie binnen Driedimensionale Collagen Matrix

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

Genereren van een drie-dimensionale volledige dikte huidequivalent en Automated Verwonden

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

Ontwikkeling van een Meercellige Driedimensionale Organotypische model van het menselijk darmslijmvlies geteeld onder 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., ...