Syntetisk, Multi-Layer, Self-Oscillerande Vocal Fold Modell Fabrication
Summary
Metoden för att tillverka syntetisk sång gånger modellerna beskrivs. Modellerna är i naturlig storlek och härma flerlagerstrukturen den mänskliga stämbanden. Resultaten visar modellerna att själv svänga vid tryck jämförbar med lung-tryck och visa flow-induced vibrations svar som liknar de mänskliga stämbanden.
Abstract
Ljud för den mänskliga rösten är producerad via flödet inducerad-sång gånger vibrationer. Den stämbanden består av flera lager av vävnad, alla med olika materialegenskaper 1. Normal röst produktion bygger på frisk vävnad och stämbanden, och uppstår som ett resultat av komplexa kopplingen mellan aerodynamiska, strukturella dynamiska och akustiska fysikaliska fenomen. Röststörningar hos upp till 7,5 miljoner per år i USA ensamt 2 och leder ofta till betydande ekonomiska, sociala och andra kvalitets-of-life problem. Att förstå fysiken i rösten produktionen har potential att vara till stor nytta röst vård, inklusive kliniska prevention, diagnos och behandling av röststörningar.
Befintliga metoder för att studera röst produktion omfattar in vivo experiment med människors och djurs ämnen, in vitro experiment med censurerade larynges och syntetiska modeller, och beräkningsmodellIng. På grund av farliga och svåra instrument tillgång, är in vivo-experiment starkt begränsad omfattning. Censurerade struphuvudet experiment har nytta av anatomiska och några fysiologiska realism, men parametriska studier med geometriska och materiell egendom variabler är begränsade. Dessutom är de oftast bara kunna vibreras under relativt kort tid (vanligtvis i storleksordningen minuter).
Att övervinna några av begränsningarna i exciderad struphuvudet experiment, är syntetiska röst gånger modeller fram som ett kompletterande verktyg för att studera röst produktion. Syntetiska modeller kan tillverkas med systematiska förändringar i geometri och materialegenskaper, vilket möjliggör studier av friska och sjuka människors phonatory aerodynamik, strukturell dynamik och akustik. Till exempel har de använts för att studera vänster-höger sång gånger asymmetri 3,4, klinisk instrumentutveckling 5, laryngeal aerodynamik 6-9, VOCAl gånger kontakttryck 10 och subglottal akustik 11 (en mer omfattande lista finns i Kniesburges et al. 12)
Befintliga syntetisk sång gånger modeller, dock har antingen homogen (ett lager modeller) eller har tillverkats med hjälp av två material med olika styvhet (två lager modeller). Denna metod ger inte möjlighet till representation av den verkliga flerlagerstrukturen den mänskliga stämbanden 1 som spelar en central roll i styr sång gånger flow-induced vibrations svar. Följaktligen en-och två-lagers syntetiska röst gånger modeller har ställt nackdelar 3,6,8 såsom högre debut tryck än vad som är typiska för mänskliga fonation (debut tryck är det minsta lungan tryck som krävs för att inleda vibration), onaturligt stora underlägsen- överlägsen rörelse, och avsaknaden av en "slemhinnor våg" (ett vertikalt vandringsvågrör som är karakteristisk för friska sång gånger vibrationer).
<pclass = "jove_content"> I detta papper, tillverkning av en modell med flera lager av olika materialegenskaper beskrivs. Modellen skikt simulera flerlagerstrukturen den mänskliga stämbanden, inklusive epitel, ytliga lamina propria (SLP), intermediära och djup lamina propria (dvs, ligament, en fiber ingår för främre-bakre stelhet), och muskler (dvs. , kroppen) lager 1. Resultaten ingår som visar att modellen uppvisar förbättrade vibrerande egenskaper under tidigare en-och två-lagers syntetiska modeller, inklusive insättande trycket närmare människans uppkomst tryck, minskad sämre-bättre rörelse, och tecken på slemhinnor våg.Protocol
Discussion
Denna metod att tillverka syntetisk sång gånger modeller ger modeller som uppvisar vibrerande beteende liknar människans stämbanden. Den flera lager konceptet medför väsentliga fördelar jämfört med tidigare en-och två-lagers modell design 3,6,8,15, i form av minskade debut tryck och förbättrad modell rörelse (konvergent-divergerande profil under svängning, slemhinnor vågliknande rörelse , och minskade sämre överlägsen förskjutning). Den metod som presenteras här är visat på en något id…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna erkänner tacksamt bidrag R03DC8200, R01DC9616 och R01DC5788 från National Institute on Dövhet och andra sjukdomar i kommunikation för att stödja syntetisk modellutveckling.
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 |
References
- Hirano, M., Kakita, Y. Cover-body theory of vocal fold vibration. Speech Science: Recent Advances. , 1-46 (1985).
- Pickup, B. A., Thomson, S. L. Influence of asymmetric stiffness on the structural and aerodynamic response of synthetic vocal fold models. Journal of Biomechanics. 42 (14), 2219-2225 (2009).
- Zhang, Z. Vibration in a self-oscillating vocal fold model with left-right asymmetry in body-layer stiffness. Journal of the Acoustical Society of America. 128 (5), EL279-EL285 (2010).
- Popolo, P. S., Titze, I. R. Qualification of a Quantitative Laryngeal Imaging System Using Videostroboscopy and Videokymography. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 117 (6), 4014-4412 (2008).
- Thomson, S. L., Mongeau, L., Frankel, S. H. Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America. 118 (3), 1689-1700 (2005).
- Neubauer, J., Zhang, Z., Miraghaio, R., Berry, D. A. Coherent structures of the near field flow in a self-oscillating physical model of the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America. 121 (2), 1102-1118 (2007).
- Drechsel, J. S., Thomson, S. L. Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model. Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).
- Becker, S., et al. Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model. Journal of the Acoustical Society of America. 125 (3), 1351-1361 (2009).
- Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. Experimental study of the self-oscillation of a model larynx by digital image correlation. Journal of the Acoustical Society of America. 123 (2), 1089-1103 (2007).
- Zhang, Z., Neubauer, J., Berry, D. The influence of subglottal acoustics on laboratory models of phonation. Journal of the Acoustical Society of America. 120 (3), 1558-1569 (2006).
- Kniesburges, S., et al. In vitro experimental investigation of voice production. Current Bioinformatics. , (2011).
- Titze, I. R. . The Myoelastic Aerodynamic Theory of Phonation. , 82-101 (2006).
- Murray, P. R. . Flow-Induced Responses of Normal, Bowed, and Augmented Synthetic Vocal Fold Models. , (2011).
- Baken, R. J., Orlikoff, R. F. . Clinical Measurement of Speech and Voice. , (2000).
- Titze, I. R. . Principles of Voice Production. , (2000).
- Pickup, B. A., Thomson, S. L. Flow-induced vibratory response of idealized vs. magnetic resonance imaging-based synthetic vocal fold models. Journal of the Acoustical Society of America. 128 (3), EL124-EL129 (2010).
