JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biologie

Hemi гортани установки для изучения вибрации голосовых связок в трех измерениях

Published: November 25, 2017
doi:
10.3791/55303
, , , ,
1Voice Research Lab, Department of Biophysics, Faculty of Science,Palacky University Olomouc, 2Laboratory of Bio-Acoustics, Dept. of Cognitive Biology,University of Vienna, 3ENES Lab, NEURO-PSI,CNRS UMR 9197,Université Lyon/Saint-Etienne, France

Summary

Этот документ представляет собой протокол для подготовки образцов hemi гортани, облегчить представление многомерного вибрации голосовых связок, чтобы исследовать различные биофизические аспекты производства голос в организме человека и млекопитающих не человеческого.

Abstract

Голос людей и большинство не человеческого млекопитающих формируется в гортани путем самоподдерживающегося колебаний голосовых складок. Прямого визуального документации вибрации голосовых связок является сложной задачей, особенно в не человеческого млекопитающих. В качестве альтернативы подакцизным гортани эксперименты дают возможность расследовать вибрации голосовых связок в контролируемых условиях физиологические и физические. Однако использование полного гортани просто обеспечивает вид сверху голосовых складок, исключая важнейших частей осциллируя структур от наблюдения во время их взаимодействия с аэродинамических сил. Это ограничение можно преодолеть путем использования установки hemi гортани, где одна половина гортани середине sagittally снимается, обеспечивая превосходную и боковой вид остальных голосовых связок во время самостоятельного колебаний.

Здесь дается пошаговое руководство для анатомических подготовки hemi гортани структур и их монтаж на лабораторном столе. Образцовое фонации hemi гортани подготовки документально с высокоскоростной передачи видео данных, захвачен два синхронизированных камер (Улучшенный и боковых взглядов), показ трехмерной голосовых связок движения и соответствующего времени площадь контакта. Документация hemi гортани установки в настоящей публикации облегчит приложения и надежной повторяемости в экспериментальных исследованиях, обеспечивая потенциал, чтобы лучше понять биомеханики производства голос голос ученых.

Introduction

Голос обычно создается путем вибрируя гортани тканей (главным образом Голосовые складки), который преобразует устойчивый воздушный поток, поставляемых в легких, в последовательность импульсов воздуха. Акустическое давление сигнала (то есть, основной звук) выходящих из этой последовательности потока импульсов акустически возбуждает голосового тракта, который фильтрует их, и результирующий звук излучается от устья и (в определенной степени) из носа1 . Спектральный состав генерируемого звука в значительной степени влияют на качество вибрации голосовых связок, регулируется гортани биомеханики и взаимодействия с трахеи воздуха2. Как в клинических, так и в контексте исследований документации и оценки вибрации голосовых связок является таким образом прежде всего интерес при изучении голос производства.

В организме человека прямые эндоскопической Исследование гортани во время регистрации звукорежиссуры в естественных условиях является сложной задачей, и это практически невозможно в нечеловеческих млекопитающих, учитывая текущие технологические средства. Таким образом и в целях гарантирования тщательно контролируется физических или физиологических экспериментальных граничных условий, использование подакцизным larynges3,4 во многих случаях является адекватной заменой расследования в естественных условиях голос механизмов производства.

Вибрации голосовых связок является сложной трехмерной явление5. В то время как обычные следственные методы, как Эндоскопия гортани (в естественных условиях) или подготовка к подакцизным гортани обычно предоставляют только Улучшенный вид вибрации голосовых складок6, они не позволяют полностью трёхмерный анализ движения голосовых связок. В частности в представлении улучшенный более низкой маржей (хвостовой) голосовых складок являются невидимыми во время большая часть вибрационного цикла. Это обусловлено фазы задержка между нижней (хвостовой) и улучшенный (черепа) краем голосовых складок, явление, которое обычно видели во время колебаний голосовых связок5. Как прямой эмпирических данных для резервного копирования выводы из математических и физических моделей скудные, знание геометрии и движения нижней вокала сложить край7и таким образом геометрии8,subglottal канала9 , 10 имеет решающее значение для лучшего понимания взаимодействия между гортани воздуха, голосовых связок ткани и в результате силы и давления11,12. Другим аспектом вибрации голосовых связок, что скрыто от обычного Улучшенный вид является вертикальная глубина (caudo черепной) контакта между двумя голосовых складок. Вертикальная глубина контакта связана с вертикальной толщина голосовых складок, который является потенциальным показателем вокальные регистр, используемый в пении («грудь» против «falsetto» регистр)13,14.

Для того, чтобы преодолеть недостатки обычных (полная) подакцизным гортани препаратов, so-called hemi гортани установки могут быть использованы, где одна половина гортани удаляется, способствуя тем самым оценку вибрационных характеристик оставшихся голосовых связок в трех измерениях. Удивительно с момента введения этой установки в 1960-х15 и первоначальные проверки концепции в 1993 году16, не много лабораторий провели эксперименты с этой перспективной экспериментальный подход17,18 ,19,20,21,22,23. Объяснение для этого может быть найдено в трудности создания жизнеспособной hemi гортани подготовки. В то время как хорошо документированы4является подготовка обычных подакцизным (полная) гортани, нет такого углубленного инструкции пока еще не доступны для создания установки hemi гортани. Именно поэтому цель настоящего документа предоставить учебник для создания надежно воспроизводимые hemi гортани установки, дополняются экспериментальные результаты от оленя образцов.

Hemi гортани установки разделяет многие черты с «обычными» подакцизным гортани установки, такие как измерительное оборудование, высокоскоростной или другие технологии визуализации надлежащим образом документировать вибрации гортани структур во время генерации звука, или надлежащего Поставка с подогревом, увлажненный воздух. Эти соображения общей настройки подробно описаны в книге главы4 и технический доклад от национального центра голоса и речи24. Повторение этих инструкций будет выходит за рамки этой рукописи. Здесь представлены только специализированные директивы для создания установки hemi гортани.

Protocol

Образцы животных, анализируются в настоящем документе рассматривались в соответствии с требованиями стандарта этические университета Палацкого в Оломоуце, Чехия. Они проистекают из оленя, дико живущим в лесах, которые охотились на лесной службы Чешской армии во время очередной охотн?…

Representative Results

Иллюстрации подготовки hemi гортани и его крепления на трубе подачи воздуха, как указано в предыдущем разделе, представлены на рисунке 1 и на рисунке 2, соответственно. Документация по вибрации голосов…

Discussion

Подготовка hemi гортани разделяет преимущества установки «обычных» (полный) подакцизным гортани: В такой экспериментальный подход, могут быть физические и физиологические граничные условия и параметры (например, subglottal давления или удлинение голосовых связок) под контролем довольно хор…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана грантом APART Австрийской академии наук (АС), агентство по технологиям Чешской Республики проекта без. TA04010877 (АС, VH и JGS), и Чешский фонд науки (GACR) проекта не GA16-01246S (для JGS). Мы благодарим W. Tecumseh Fitch за его предложение использовать фиксирующие крем протез и Ing. P. Liska от Чешской армии лесной службы за его помощь в приобретении larynges подакцизным оленей.

Materials

Surgical blades Surgeon Jai Surgical Ltd., New Delhi, India
Saw Hand saw (Lux, 150 mm length) Lux, Wermelskirchen, Germany
Thermometer Testo 922 Testo Ltd., Hampshire, UK K-type Probe, Operating temperature -20 to +50 °C
Autoclave bags Autoclave bags vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Czech republic
Conductive glass plates Custom made UPOL – Joint laboratory of Optics
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
Fixative cream Denture fixative cream Blend-a-dent Natural
Prongs and fastening system Customized Kanya Al eloxed profiles Distributor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, the Czech Rep.;  Combination of Kanya RVS and PVS fastening systems (http://www.kanya.cz/) + custom made prongs
Mounting tube Custom made UPOL – Joint laboratory of Optics,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
LED Light Verbatim 52204 LED Lamp Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japan
Camera Canon EOS1100D Canon Inc. 18-55 mm lens
Airpump Resun LP100 Resun
Strobe light ELMED Helio-Strob micro2 ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germany
Humidifier Custom made Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic
Subglottic tract Custom made adjustable subglottic tract Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Utility model no. 25585: Model of subglottal tract] (In Czech) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Story, B. H. An overview of the physiology, physics and modeling of the sound source for vowels. Acoust Sci Technol. 23 (4), 195-206 (2002).
  2. Titze, I. R. . Principles of voice production (second printing). , (2000).
  3. Cooper, D. S., Cummings, C. W., Fredrickson, J. M., Harker, L. A., Schuller, D. E., Krause, C. J. Ch. 95. Otolaryngology – head and neck surgery. 3, 1728-1737 (1986).
  4. Titze, I. R., Titze, I. R. . The myoelastic aerodynamic theory of phonation. , 1-62 (2006).
  5. Baer, T. . Investigation of phonation using excised larynxes (Doctoral dissertation). , (1975).
  6. Bless, D. M., Patel, R. R., Connor, N., Fried, M. P., Ferlito, A. Ch. 11. The Larynx. I, 181-210 (2009).
  7. Berke, G. S., et al. Laryngeal modeling: theoretical, in vitro, in vivo. Laryngoscope. 97, 871-881 (1987).
  8. Scherer, R. C., Titze, I. R., Curtis, J. F. Pressure-flow relationships in two models of the larynx having rectangular glottal shapes. J Acoust Soc Am. 73 (2), 668-676 (1983).
  9. Sidlof, P., et al. Geometry of human vocal folds and glottal channel for mathematical and biomechanical modeling of voice production. J Biomech. 41 (5), 985-995 (2008).
  10. Scherer, R. C., Torkaman, S., Kuehn, D. P., Afjeh, A. A. Intraglottal pressures in a three-dimensional model with a non-rectangular glottal shape. J Acoust Soc Am. 128 (2), 828-838 (2010).
  11. Titze, I. R. The physics of small-amplitude oscillation of the vocal folds. J Acoust Soc Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).
  12. Horacek, J., Svec, J. G., Paidoussis, M. P. Ch. 2. , 1043-1054 (2002).
  13. Vilkman, E., Alku, P., Laukkanen, A. M. Vocal-fold collision mass as a differentiator between registers in the low-pitch range. J Voice. 9 (1), 66-73 (1995).
  14. Herbst, C. T., Svec, J. G. Adjustment of glottal configurations in singing. J Singing. 70 (3), 301-308 (2014).
  15. Hiroto, I. . Vibration of vocal cords: an ultra high-speed cinematographic study(Film). , (1968).
  16. Jiang, J. J., Titze, I. R. A methodological study of hemilaryngeal phonation. Laryngoscope. 103 (8), 872-882 (1993).
  17. Scherer, R. C., Druker, D. G., Titze, I. R., Fujimura, O. . Vocal physiology: voice production, mechanisms and functions. , 279-291 (1988).
  18. Jiang, J. J., Titze, I. R. Measurement of vocal fold intraglottal pressure and impact stress. J Voice. 8 (2), 132-144 (1994).
  19. Alipour, F., Scherer, R. C. Dynamic glottal pressures in an excised hemilarynx model. J Voice. 14 (4), 443-454 (2000).
  20. Berry, D. A., Montequin, D. W., Tayama, N. High-speed digital imaging of the medial surface of the vocal folds. J Acoust Soc Am. 110 (5 Pt 1), 2539-2547 (2001).
  21. Döllinger, M., Tayama, N., Berry, D. A. Empirical eigenfunctions and medial surface dynamics of a human vocal fold. Methods Inf Med. 44 (3), 384-391 (2005).
  22. Döllinger, M., Berry, D. A., Berke, G. S. Medial surface dynamics of an in vivo canine vocal fold during phonation. J Acoust Soc Am. 117 (5), 3174-3183 (2005).
  23. Döllinger, M., Berry, D. A., Kniesburges, S. Dynamic vocal fold parameters with changing adduction in ex-vivo hemilarynx experiments. J Acoust Soc Am. 139 (5), 2372-2385 (2016).
  24. Durham, P. L., Scherer, R. C., Druker, D. G., Titze, I. R. . Development of excised larynx procedures for studying mechanisms of phonation. Technical report. , (1987).
  25. Chan, R. W., Titze, I. R. Effect of postmortem changes and freezing on the viscoelastic properties of vocal fold tissues. Ann Biomed Eng. 31 (4), 482-491 (2003).
  26. Berg van den, J. W., Tan, T. S. Results of experiments with human larynxes. Practica Oto-Rhino-Laryngologica. 21, 425-450 (1959).
  27. Hampala, V., Garcia, M., Svec, J. G., Scherer, R. C., Herbst, C. T. Relationship between the electroglottographic signal and vocal fold contact area. J Voice. 30 (2), 161-171 (2016).
  28. Herbst, C. T., et al. Glottal opening and closing events investigated by electroglottography and super-high-speed video recordings. J Exp Biol. 217 (6), 955-963 (2014).
  29. Zemlin, W. R. . Speech and hearing science: Anatomy & physiology. , (1988).
  30. Lohscheller, J., Toy, H., Rosanowski, F., Eysholdt, U., Döllinger, M. Clinically evaluated procedure for the reconstruction of vocal fold vibrations from endoscopic digital high-speed videos. Med. Image Anal. 11 (4), 400-413 (2007).
  31. Wittenberg, T., Moser, M., Tigges, M., Eysholdt, U. Recording, processing, and analysis of digital high-speed sequences in glottography. Mach Vis Appl. 8 (6), 399-404 (1995).
  32. Larsson, H., Hertegard, S., Lindestad, P. A., Hammarberg, B. Vocal fold vibrations: high-speed imaging, kymography, and acoustic analysis: a preliminary report. Laryngoscope. 110 (12), 2117-2122 (2000).
  33. Wittenberg, T., Tigges, M., Mergell, P., Eysholdt, U. Functional imaging of vocal fold vibration: digital multislice high-speed kymography. J Voice. 14 (3), 422-442 (2000).
  34. Deliyski, D., Petrushev, P., Schade, G., Müller, F., Wittenberg, T., Hess, M. . AQL 2003 Hamburg: Proceeding Papers for the Conference Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research. (CD ROM). , 1-16 (2003).
  35. Svec, J. G., Schutte, H. K. Kymographic imaging of laryngeal vibrations. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 20 (6), 458-465 (2012).
  36. Doellinger, M., Berry, D. A. Visualization and quantification of the medial surface dynamics of an excised human vocal fold during phonation. J Voice. 20 (3), 401-413 (2006).
  37. Kusuyama, T., Fukuda, H., Shiotani, A., Nakagawa, H., Kanzaki, J. Analysis of vocal fold vibration by x-ray stroboscopy with multiple markers. Otolaryngol Head Neck Surg. 124 (3), 317-322 (2001).
  38. Fabre, P. Un procédé électrique percuntané d’inscription de l’accolement glottique au cours de la phonation: glottographie de haute fréquence; premiers résultats [A non-invasive electric method for measuring glottal closure during phonation: High frequency glottography: first results]. Bull. Acad. Nat. Med. 141, 66-69 (1957).
  39. Baken, R. J. Electroglottography. J Voice. 6 (2), 98-110 (1992).
  40. Baer, T., Stevens, K. N., Hirano, M. . Vocal Fold Physiology. , 119-133 (1981).
  41. Pelorson, X., Hirschberg, A., van Hassel, R. R., Wijnands, A. P. J., Auregan, Y. Theoretical and experimental study of quasisteady-flow separation within the glottis during phonation. Application to a modified two-mass model. J Acoust Soc Am. 96 (6), 3416-3431 (1994).
  42. Alipour, F., Scherer, R. C. Flow separation in a computational oscillating vocal fold model. J Acoust Soc Am. 116 (3), 1710-1719 (2004).
  43. Zhang, Z. Influence of flow separation location on phonation onset. J Acoust Soc Am. 124 (3), 1689-1694 (2008).
  44. Kaburagi, T., Tanabe, Y. Low-dimensional models of the glottal flow incorporating viscous-inviscid interaction. J Acoust Soc Am. 125 (1), 391-404 (2009).
  45. Sidlof, P., Doaré, O., Cadot, O., Chaigne, A. Measurement of flow separation in a human vocal folds model. Exp Fluids. 51 (1), 123-136 (2011).
  46. Smith, S. L., Thomson, S. L. Effect of inferior surface angle on the self-oscillation of a computational vocal fold model. J Acoust Soc Am. 131 (5), 4062-4075 (2012).
  47. Khosla, S., Oren, L., Ying, J., Gutmark, E. Direct simultaneous measurement of intraglottal geometry and velocity fields in excised larynges. Laryngoscope. 124, S1-S13 (2014).
  48. Brücker, C., Kirmse, C., Triep, M. Feedback of the glottal jet flow with supraglottal wall oscillations. Acta Acustica United With Acustica. 102 (2), 240-243 (2016).
  49. Herbst, C. T., Fitch, W. T., Lohscheller, J., Svec, J. G., Deliyski, D. D. . AQL 2013, Proceedings of the 10th International Conference on Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research. , 75-76 (2013).
  50. Berke, G. S., Gerratt, B. R. Laryngeal biomechanics: an overview of mucosal wave mechanics. J Voice. 7 (2), 123-128 (1993).
  51. Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., Doellinger, M. Mucosal wave properties of a human vocal fold. Acta Acustica United With Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).
  52. Hirano, M. . Clinical examination of voice. 5, (1981).
  53. Jing, B., Tang, S., Wu, L., Wang, S., Wan, M. Visualizing the Vibration of Laryngeal Tissue during Phonation Using Ultrafast Plane Wave Ultrasonography. Ultrasound in Med BIol. 42 (12), 2812-2825 (2016).
  54. Herbst, C. T., Suthers, R. A., Fitch, W. T., Fay, R. R., Popper, A. N. Ch. 6. Vertebrate Sound Production and Acoustic Communication. , 159-189 (2016).

Tags

Hemi-laryngeal SetupVocal Fold VibrationExcised LarynxThree-dimensionalLarynx SpecimenDefrostingBioacoustic ResearchSupralaryngeal StructuresThyroid CartilageCricoid CartilageVocal Fold Preservation
check_url/fr/55303?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia, M., Hofer, R., Svec, J. G. Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions. J. Vis. Exp. (129), e55303, doi:10.3791/55303 (2017).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image