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

I dette arbeidet er en veggmontert prolate hemispheroid, det vil si en modellvokalfoldpolypp, plassert på testseksjonen i en sugetype vindtunnel med et 5: 1 sammentrekningsforhold. Ustabil, tredimensjonal strømningsseparasjon og dens effekt på veggtrykkbelastningen undersøkes ved hjelp av oljestrømningsvisualisering, veggtrykkmålinger og partikkelbildehastighet. De ustabile trykkmålingene oppnås ved hjelp av en sekstenkanals skannetrykktransduser med piezoresistive trykksensorer. Trykksensorene har en fr...

<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>

Å forstå dannelsen og forplantningen av vortiske strukturer fra en geometrisk fremspring og deres påfølgende effekt på de aerodynamiske belastningene som driver vokalfolddynamikk, er nødvendig for å gi innsikt og modeller for å fremme behandlingen av vokalfoldpolypper og knuter. Variasjonene i aerodynamiske belastninger forårsaket av modellpolyppen i dette eksperimentet forventes å bidra til uregelmessig stemmefolddynamikk observert hos pasienter med polypper13,41. Fremtidig arbeid inkluderer å unde...

Vokalfoldene er to vevsbånd som strekker seg over vokalluftveien. Stemt tale produseres når et kritisk lungetrykk oppnås, og tvinger luft gjennom tilstøtende vokalfolder. Vokalfoldene består av mange lag med vev og er ofte representert av et forenklet tolags kroppsdekselsystem1. Den ekstracellulære matrisen, som utgjør mesteparten av dekklaget, består av kollagen- og elastinfibre, og gir ikke-lineære stressstammeegenskaper, som er viktige for riktig bevegelse av vokalfoldene1,2. Aerodynamiske krefter gir energi til vevet i vokalfoldene og begeistrer selvforsynte svingninger3. Når vokalen bretter oscillate, danner åpningen mellom dem, referert til som glottis, en temporally varierende åpning som går fra en konvergent til en uniform og deretter til en divergerende passasje før du lukker og gjentar syklusen4,6. Frekvenser av vibrasjon for normal tale spenner vanligvis over 100-220 Hz hos henholdsvis menn og kvinner, og skaper et pulsatile strømningsfelt som passerer gjennom glottis7. Væskestrukturen energiutvekslingsprosess for normal tale har blitt studert mye8-12; Imidlertid er forstyrrelsen av denne prosessen for noen patologier ikke godt forstått. Patologiske forhold i vokalfoldene kan føre til dramatiske endringer i dynamikken og påvirke evnen til å generere tale.
Polypper og knuter er geometriske abnormiteter som dannes på medialoverflaten av vokalfoldene. Disse abnormitetene kan påvirke pasientens evne til å kommunisere13. Likevel har bare nylig forstyrrelsen av strømningsfeltet på grunn av en geometrisk fremspring som en polypp blitt ansett som14. Denne studien viste at den "normale" energiutvekslingsprosessen for væskestruktur ble drastisk endret, og at modifikasjonen av strømningsfeltet var den mest sannsynlige årsaken til alvorlig nedbrytning av vokalkvalitet hos pasienter med polypper og knuter. Det er ikke etablert noen omfattende forståelse av strømningskonstruksjonene som produseres ved tredimensjonal strømningsseparasjon fra en polypp i pulsatolstrøm. Generering og forplantning av vortiske strukturer fra en polypp, og deres påfølgende innvirkning på de aerodynamiske belastningene som driver vokalfolddynamikk, er en nødvendig kritisk komponent for å fremme kirurgisk utbedring av polypper hos pasienter.
Mens strømningsseparasjon fra en veggmontert halvkuleformet i jevn strømning har blitt undersøkt15-23, overraskende nok er det lite informasjon om ustabil tredimensjonal strømningsseparasjon fra en halvkuleformet på en vegg utsatt for pulsatile eller ustabile strømningsforhold som finnes i tale. Det banebrytende arbeidet til Acarlar og Smith15 ga en analyse av de tredimensjonale sammenhengende strukturene generert av jevn strømning over en veggmontert halvkuleformet innenfor et laminært grenselag. Akarlar og Smith identifiserte to typer vortiske strukturer. En stående hesteskovirvel ble dannet oppstrøms for hemisfæroid-fremspringet og utvidet nedstrøms for fremspringet på hver side. I tillegg ble hårnålsvortices kastet periodisk fra den veggmonterte halvkuleoiden i kjølvannet. Den komplekse bevegelsen og progresjonen av hårnålsvortices ble undersøkt og beskrevet i detalj.
Strømning over en jevnt konturert aksisymmetrisk ås har tidligere blitt studert der både overflatestatiske trykkmålinger og overflateoljevisualisering ble oppnådd på og nedstrøms av støtet i en turbulent skjærstrøm. Oljefilmteknikker muliggjør visualisering av hudfriksjonslinjer, områder med høy og lav hastighet og separasjons- og festepunkter i en overflatestrøm, og er nyttige for å undersøke kjølvannet av et veggmontert objekt. For denne teknikken er overflaten av interesse belagt med en tynn film av en oljebase og fint pulverpigment (dvs. lampblack, grafittpulver eller titandioksid) blanding. Ved de ønskede strømningsforholdene fører friksjonskrefter til at oljen beveger seg langs overflaten, noe som fører til at pigmentpulveret deponeres i striper. Kritiske eller singularitetspunkter, steder der skjærspenningen er null eller to eller flere komponenter av gjennomsnittlig hastighet er null, kan klassifiseres fra det resulterende hudfriksjonslinjemønsteret som salpunkter eller nodalpunkter24-26.
For åsgeometrien ble det ikke funnet singularitet forårsaket av separasjon oppstrøms; Dette ble tilskrevet den jevnt stigende konturen av støtet, som ikke genererte den negative trykkgradienten som oppstår med en halvkuleformet fremspring. Følgelig ble strømmen funnet å akselerere til toppen av støtet, hvoretter ustabile sadelfokus separasjonspunkter utviklet seg kort tid forbi bump-midtlinjen, som forventet fra dannelsen av en hårnålvirvel27,28. I en studie som brukte lignende eksperimentelle teknikker med en annen veggmontert geometri, viste oljefilmvisualisering rundt en overflatemontert kube i jevn strømning utført av Martinuzzi og Tropea29 to klare hudfriksjonslinjer oppstrøms for objektet. Den første hudfriksjonslinjen korresponderte med den primære separasjonslinjen forårsaket av den negative trykkgradienten og den andre hudfriksjonslinjen markerte den tidsgjennomsnittte plasseringen av hesteskovirvelen. Overflatetrykkmålinger utført oppstrøms for objektet viste et lokalt minimum langs hesteskovirvellinjen og et lokalt trykk maksimalt mellom de primære separasjons- og hesteskovirvellinjene. Lignende oppstrøms separasjonslinjer dannes med andre overflatemonterte geometrier, inkludert en sirkulær sylinder, pyramide og kjegle29-31. Overflatevisualisering nedstrøms for veggmonterte objekter viser vanligvis to foci forårsaket av resirkuleringsområdet bak objektet30. To vortices genereres i foci-posisjonene og tilsvarer "arch-type" eller hårnålvirvel sett i kjølvannet av en veggmontert hemisfæroid32.
Partikkelbilde velocimetry (PIV) har tidligere blitt brukt til å studere strømmen nedstrøms syntetiske vokalfoldmodeller33-35. PIV er en ikke-invasiv visualiseringsteknikk som bilder flyter sporstoffpartikkelbevegelse i et plan på for å fange romlig-temporal væskedynamikk36. Tredimensjonale sammenhengende strukturer som dannes nedstrøms for de oscillerende vokalfoldene har blitt studert av Neubauer et al. 37; vortexgenerering og konveksjon og jet flapping ble observert. Nylig, Krebs et al. 38 studerte tredimensjonaliteten til glottalstrålen ved hjelp av stereoskopisk PIV, og resultatene viser glottal jetakseveksling. Erath og Plesniak14 undersøkte effekten av en modellvokalfoldpolypp på medialoverflaten til en 7,5 ganger skalert opp dynamisk drevet vokalfoldmodell. En resirkuleringsregion ble dannet nedstrøms for polyppen og jetdynamikken ble påvirket gjennom hele phonatory syklusen. De tidligere studiene, som forbyr den drevne vokalfoldpolyppstudien av Erath og Plesniak14, har ikke utforsket væskedynamikken indusert av en medial vokalfold polypp eller knute.
Det er viktig å forstå den flytende dynamiske effekten av modellens polypp innenfor stabile og pulsatile strømningsfelt før du inkluderer den ekstra kompleksiteten til vokalfoldens bevegelige vegger, induserte trykkgradienter, begrenset geometrisk volum og andre vanskeligheter. Det nåværende arbeidet fokuserer på signaturen til strømningsstrukturene på nedstrømsveggen under både stabile og ustabile strømningsforhold. Samspillet mellom de virveliske strukturene som kastes fra et fremspring og nedstrømsveggen er av stor interesse for undersøkelse av vokalfoldpolypper så vel som andre biologiske hensyn, da disse interaksjonene fremkaller en biologisk respons.

<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

Væskestrukturens energiutvekslingsprosess for normal tale har blitt studert mye, men det er ikke godt forstått for patologiske forhold. Polypper og knuter, som er geometriske abnormiteter som dannes på medialoverflaten av vokalfoldene, kan forstyrre vokalfolddynamikken og dermed kan ha ødeleggende konsekvenser for pasientens evne til å kommunisere. Vårt laboratorium har rapportert partikkelbilde velocimetry (PIV) målinger, i en undersøkelse av en modell polyp plassert på medial overflaten av en in vitro drevet vokal fold modell, som viser at en slik geometrisk abnormitet betydelig forstyrrer glottal jet oppførsel. Denne strømningsfeltjusteringen er en sannsynlig årsak til alvorlig nedbrytning av vokalkvaliteten hos pasienter med polypper. En mer fullstendig forståelse av dannelsen og forplantningen av vortiske strukturer fra en geometrisk fremspring, for eksempel en vokalfoldpolypp, og den resulterende innflytelsen på de aerodynamiske belastningene som driver vokalfolddynamikken, er nødvendig for å fremme behandlingen av denne patologiske tilstanden. Den nåværende undersøkelsen gjelder den tredimensjonale strømningsseparasjonen indusert av en veggmontert prolate hemispheroid med et 2: 1-størrelsesforhold i kryssstrøm, det vil si en modellvokalfoldpolypp, ved hjelp av en oljefilmvisualiseringsteknikk. Ustabil, tredimensjonal strømningsseparasjon og dens innvirkning av veggtrykkbelastningen undersøkes ved hjelp av hudfriksjonslinjevisualisering og veggtrykkmålinger.

Tidligere arbeid med en 7,5 ganger skalert opp dynamisk drevet vokalfoldmodell har vist at tilstedeværelsen av en geometrisk fremspring, modellvokalfoldpolyp, forstyrrer den normale dynamikken i glottalstrålen gjennom hele phonatory-syklusen. Representative resultater fra den forrige drevne modellstudien for vokalfold vises i figur 2 og video 2. Videoen demonstrerer bevegelsen til de drevne vokalfoldene når de endres fra en konvergent til en divergerende geometri. Vokalfoldmodellene 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

Stemmefoldpolypper kan forstyrre vokalfolddynamikken og kan dermed få ødeleggende konsekvenser for pasientens evne til å kommunisere. Tredimensjonal strømningsseparasjon indusert av en veggmontert modellpolyp og dens innvirkning på veggtrykkbelastningen undersøkes ved hjelp av partikkelbilde velocimetry, hudfriksjonslinjevisualisering og veggtrykkmålinger.

Undersøke den tredimensjonale flytseparasjonen indusert av en modellvokalfold polypp

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 tredimensjonale Trykking av Conductive blekk

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

Tredimensjonal Cell Kultur Modell for å måle effekten av interstitiell væske Flow på Tumor Cell Invasion

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 Tredimensjonal Flow Chamber Device å studere Chemokine, rettet Ekstravasering Celler Sirkulerende under fysiologiske strømningsforhold

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

Menneskelig bruskvev Fabrication Bruke Tredimensjonal 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

Bygging og karakterisering av en Novel 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 av celle migrasjon innenfor en tre-dimensjonal Kollagen 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

Generering av en Tredimensjonal Full Tykkelse hudekvivalent og Automated såret

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

Utvikling av en Flercellede Tredimensjonal organotypiske Model of Human tarmslimhinnen 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., ...