Synthetische Multi-Layer-, Selbst-Oszillierende Stimmlippen Modell Fabrication

Summary

Die Methodik zur Herstellung von synthetischen Stimmlippen Modelle beschrieben. Die Modelle sind lebensgroße und imitieren die mehrschichtige Struktur des menschlichen Stimmlippen. Die Ergebnisse zeigen die Modelle bei einem Druck vergleichbar mit Lungenhochdruck selbst schwingen und zeigen, flussinduzierte Schwingungsreaktionen, die ähnlich denen der menschlichen Stimmlippen sind.

Abstract

Sound für die menschliche Stimme ist über Fluss-induzierte Schwingungen der Stimmlippen produziert. Die Stimmlippen bestehen aus mehreren Schichten von Gewebe, die jeweils mit unterschiedlichen Materialeigenschaften ^1. Normale Stimme Produktion setzt auf gesundes Gewebe und Stimmlippen, und tritt als Folge von komplexen Kopplung zwischen Aerodynamik, strukturelle Dynamik und akustische Phänomene. Stimmstörungen sind bis zu 7,5 Millionen jährlich in den Vereinigten Staaten allein ² und oft in erhebliche finanzielle, soziale und andere Quality-of-life Schwierigkeiten führen. Das Verständnis der Physik der Stimme Produktion hat das Potenzial, deutlich profitieren Stimme Versorgung, einschließlich klinischer Vorbeugung, Diagnose und Behandlung von Stimmstörungen.

Bestehende Methoden zur Untersuchung von Sprach-Produktion sind in vivo Experimenten mit menschlichen und tierischen Probanden in vitro Experimente mit ausgeschnittenen Kehlköpfe und synthetische Modelle und Rechenmodelling. Aufgrund der gefährlichen und schwierigen Instrument zugreifen, sind in vivo Experimente stark in ihrem Umfang begrenzt. Abgeschnittene Kehlkopf Experimente haben den Vorteil der anatomischen und einen physiologischen Realismus, sondern parametrische Studien mit geometrischen und materiellen Eigentum Variablen sind begrenzt. Darüber hinaus sind sie in der Regel nur in der Lage, für relativ kurze Zeiträume (typischerweise in der Größenordnung von Minuten) in Schwingung versetzt werden.

Die Überwindung der einige der Einschränkungen des ausgeschnittenen Kehlkopf Experimente sind synthetische Stimmlippen Modelle als ergänzendes Instrument für die Untersuchung Stimme Produktion entstehen. Synthetische Modelle können mit systematischen Veränderungen der Geometrie und Materialeigenschaften hergestellt werden, so dass für die Untersuchung von gesunden und ungesunden Menschen phonatorische Aerodynamik, Strukturdynamik und Akustik. Zum Beispiel haben sie genutzt, um links-rechts Stimmlippen Studie Asymmetrie ^3,4, klinische Entwicklung von Instrumenten ^5, Kehlkopf-Aerodynamik ^6-9, vocal fold Anpressdruck ^10, und subglottisch Akustik ¹¹ (eine ausführliche Liste kann in Kniesburges et al. ¹²⁾

Bestehende synthetischen Stimmlippen Modelle haben jedoch entweder homogen (Ein-Schicht-Modelle) oder hergestellt worden sind mit zwei Materialien unterschiedlicher Steifigkeit (Zwei-Schicht-Modelle). Dieser Ansatz nicht zur Darstellung der tatsächlichen Multi-Layer-Struktur des menschlichen Stimmlippen ^1, die eine zentrale Rolle bei der Leitung der Stimmlippen flussinduzierte Vibrations-Reaktion spielt ermöglichen. Folglich Ein-und Zwei-Schicht-synthetischen Stimmlippen Modelle ausgestellt haben Nachteile wie höhere ^3,6,8 Beginn Druck als das, was typisch für die menschliche Stimmbildung (onset Druck ist die minimale Lungen-Druck benötigt, um Vibrationen zu initiieren), unnatürlich groß inferior- überlegen Bewegung, und das Fehlen einer "Randkantenverschiebung" (eine vertikal Wanderwelle, die charakteristisch für gesunde menschliche Stimmlippen Vibration).

<pclass = "jove_content"> In diesem Papier, Herstellung eines Modells mit mehreren Schichten unterschiedlicher Materialeigenschaften beschrieben. Das Modell simuliert Schichten der mehrschichtigen Struktur des menschlichen Stimmlippen, einschließlich Epithel, oberflächliche Lamina propria (SLP), Zwischen-und tiefen Lamina propria (dh, Bänder, eine Faser für anterior-posterior Steifigkeit im Lieferumfang enthalten) und Muskel (dh , Körper) Schichten ^1. Die Ergebnisse sind, die zeigen, dass das Modell eine verbesserte Schwingungsverhalten zeigt über enthalten vor Ein-und Zwei-Schicht synthetischer Modelle, einschließlich Beginn Druck näher an menschlichen Beginn Druck, verringerte inferior-superior Bewegung und Hinweise auf eine Randkantenverschiebung.

Protocol

Die Herstellung Sequenz (siehe Abb. 1). Besteht aus Formen für Stimmlippen-Modell Schichten nacheinander Abformsilikon Schichten, und die Montage der Modelle zum Testen. Das Modell verfügt über vier verschiedene Ebenen: Körper, Bänder, oberflächlichen Lamina propria und Epithel, zusätzlich zu einer einzigen Faser. Eine Trägerschicht wird hinzugefügt, um die genaue Platzierung der einzelnen Schichten der Stimmlippe Modell erleichtern. Das Modell geometrischen Parameter-Definitionen sind in <stro…

Discussion

Dieses Verfahren zur Herstellung von synthetischen Stimmlippen Modelle liefert Modelle, Schwingungsverhalten ähnlich der menschlichen Stimmlippen aufweisen. Die Multi-Layer-Konzept ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber den bisherigen Ein-und Zwei-Schichten-Modell entwirft ^3,6,8,15, in Form von geringeren Auftreten Druck und verbessertes Modell Bewegung (konvergent-divergenten Profil in Schwingung, Randkantenverschiebung-like motion und reduziert inferior überlegen Verschiebung). Die hier vorgestellte…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments
High Vacuum Grease	Dow Corning	01018817
Pol-Ease 2300	Polytek	Pol-Ease2300-1	Release agent
Smooth-Sil 950	Smooth-On	Smooth-Sil 950	Mold making material
Vacuum Pump	Edwards	E2M2
Vacuum Chamber	Kartell	230
Pressure Gage	Marsh Bellofram	11308252A
Straight Razor	Husky	008-045-HKY
Ecoflex 00-30	Smooth-On	Ecoflex 00-30
Silicone Thinner	Smooth-On	Silicone Thinner
Dragon Skin	Smooth-On	Dragon Skin 10 FAST
Thread	Omega	OmegaCrys	Use only clear fibers
Silicone Dye	Smooth-On	Silc Pig Black
Silicone Glue	Smooth-On	Sil-Poxy
Talc Powder	Western Family