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

هيمي-سرطانات الإعداد لدراسة الاهتزاز إضعاف صوتي في ثلاثة أبعاد

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

هذه الورقة بتقديم بروتوكول لإعداد العينات هيمي-الحنجرة تيسير رؤية متعددة الأبعاد لإضعاف صوتي الاهتزاز، من أجل التحقيق في الجوانب الفيزيائية الحيوية المختلفة للإنتاج الصوتي في البشر والثدييات غير البشرية.

Abstract

يتم إنشاء صوت البشر ومعظم الثدييات غير البشرية في الحنجرة من خلال التذبذب مكتفية ذاتيا من طيات صوتي. الوثائق البصرية المباشرة للاهتزاز إضعاف صوتي هو التحدي، لا سيما في الثدييات غير البشرية. وكبديل لذلك، تجارب الحنجرة قصت فرصة للتحقيق في حظيرة صوتي الاهتزاز تحت الظروف الفسيولوجية والبدنية التي تسيطر عليها. ومع ذلك، استخدام الحنجرة الكامل مجرد يوفر طريقة عرض أعلى من طيات صوتي، باستثناء أجزاء حاسمة من بنيات تتأرجح من خلال تفاعلها مع القوى الأيرودينامية والمراقبة. ويمكن التغلب على هذا القيد باستخدام إعداد هيمي-الحنجرة حيث نصف الحنجرة منتصف–ساجيتالي إزالة، توفير متفوقة وطريقة عرض جانبية إضعاف صوتي المتبقية خلال التذبذب مكتفية ذاتيا.

ويرد هنا، دليل خطوة بخطوة لإعداد الهياكل هيمي-سرطانات وعلى تصاعد التشريحية على مقاعد البدلاء المختبر. يتم توثيق phonation المثالية لإعداد هيمي-الحنجرة مع بيانات الفيديو عالية السرعة القبض على اثنين من الكاميرات متزامنة (المشاهدات متفوقة والجانبية) وإظهار الحركة إضعاف صوتي ثلاثي الأبعاد ومجال الاتصال المناظرة متفاوتة الوقت. الوثائق المتعلقة بالإعداد هيمي-الحنجرة في هذا المنشور وسييسر التطبيق والتكرار يمكن الاعتماد عليها في البحوث التجريبية وتوفير صوت العلماء مع القدرة على فهم أفضل للميكانيكا الحيوية للإنتاج الصوتي.

Introduction

يتم إنشاء صوت عادة بالاهتزاز حنجري النسيج (أساسا طيات صوتي)، الذي يحول تدفق الهواء مطرد، تم توفيره بواسطة الرئتين، إلى سلسلة نبضات تدفق الهواء. الموجي الضغط الصوتي (أي، الصوت الرئيسي) الخارجة من هذا التسلسل من البقول تدفق سمعيا يثير المسالك الصوتية الذي يقوم بتصفية لهم، وهو يشع الصوت الناتجة من الفم و (إلى حد ما) من الآنف1 . تكوين الطيفية للصوت الذي تم إنشاؤه يتأثر إلى حد كبير نوعية الاهتزاز إضعاف صوتي، تحكمها حنجري الميكانيكا الحيوية والتفاعلات مع تدفق الهواء الرغامى2. سواء في سياق بحوث وسريرية، الوثائق وتقييم لإضعاف صوتي الاهتزاز عند وبالتالي الاهتمام قبل كل شيء دراسة الإنتاج الصوتي.

في البشر، ومباشرة التحقيق بالمنظار الحنجرة أثناء الإنتاج السليم في فيفو يمثل تحديا، ومن المستحيل تقريبا في الثدييات نونومان، نظراً للوسائل التكنولوجية الحالية. ولذا، ومن أجل ضمان التحكم بعناية المادية و/أو الفيزيولوجية التجريبية شروط الحدود، استخدام3،لارينجيس قصت4 في كثير من الحالات استبدال كافية للتحقيق في الحية صوت آليات الإنتاج.

اهتزاز إضعاف صوتي هو ظاهرة معقدة ثلاثية الأبعاد5. في حين أن أساليب التحقيق التقليدية مثل التنظير حنجري (في فيفو) أو مستحضرات الحنجرة قصت توفر عادة سوى رؤية متفوقة من الطيات الصوتية تهتز6، أنها لا تسمح بتحليل ثلاثي الأبعاد الكاملة الحركة إضعاف صوتي. على وجه الخصوص، في رأي أعلى الهوامش (والذيلية) أقل من طيات صوتي غير مرئية خلال جزء كبير من دورة اهتزازي. هذا سبب تأخير المرحلة بين أدنى (والذيلية) والحافة (الجمجمة) متفوقة من طيات صوتي، ظاهرة التي تعتبر عادة خلال إضعاف صوتي التذبذب5. كما يندر وجود أدلة تجريبية مباشرة للنسخ الاحتياطي للنتائج التي توصل إليها من النماذج الرياضية والبدنية، المعرفة بالهندسة واقتراح بصوتي أقل إضعاف حافة7، ومن ثم هندسة8،سوبجلوتال قناة9 , 10 أمر حاسم لتحسين فهم التفاعل بين تدفق الهواء حنجري، إضعاف صوتي الأنسجة، والناتجة عن القوى والضغوط11،12. جانب آخر من الاهتزاز إضعاف صوتي مخفي من العرض متفوقة العرفي هو العمق الرأسي (كيودو الجمجمة) للاتصال بين طيات صوتي اثنين. تتصل بعمق الاتصال الرأسي العمودي سمك طيات صوتي، ومؤشر محتمل للسجل الصوتية المستخدمة في الغناء (“الصدر” في مقابل “falsetto” السجل)13،14.

وللتغلب على أوجه قصور الاستعدادات التقليدية الحنجرة قصت (كامل)، إعداد ما يسمى هيمي-الحنجرة يمكن استخدامها، حيث نصف الحنجرة إزالة، ومن ثم تسهيل عملية تقييم خصائص الاهتزازي المتبقية صوتي من حظيرة في ثلاثة أبعاد. من المستغرب، منذ الأخذ بهذه الإعداد في الستينات15 والتحقق من صحة أولية لهذا المفهوم في عام 199316، لا العديد من المختبرات قد أجرى تجارب مع هذا يبشر بالخير النهج التجريبي17،18 ،19،،من2021،،من2223. ويمكن إيجاد تفسيراً لهذا في الصعوبات التي تواجه إنشاء إعداد الحنجرة هيمي قابلة للحياة. بينما يتم إعداد التقليدية الحنجرة (كامل) قصت موثقة توثيقاً جيدا4، لم تتوفر أية تعليمات متعمقة مثل هذه لإنشاء إعداد هيمي-الحنجرة. ولذلك هو الغرض من هذه الورقة تقديم برنامج تعليمي لإنشاء إعداد الحنجرة هيمي استنساخه بشكل موثوق، تكملها النتائج التجريبية من العينات الغزال الأحمر.

إعداد هيمي-الحنجرة بمشاركة العديد من الميزات مع إعداد الحنجرة قصت “تقليدية”، مثل معدات القياس، عالية السرعة أو أخرى تكنولوجيا التصوير لتوثيق الاهتزازات هياكل حنجري كافياً خلال جيل سليم، أو مناسبة العرض من الهواء الساخن، هوميديفيد. هذه الاعتبارات الإعداد العامة موصوفة بالتفصيل في كتاب فصل4 وتقرير تقني من المركز الوطني للصوت والكلام24. تكرار هذه التعليمات ستكون خارج نطاق هذه المخطوطة. وترد هنا، فقط توجيهات متخصصة لتوليد إعداد هيمي-الحنجرة.

Protocol

العينات الحيوانية تحليله في هذه الورقة يعاملون وفقا للمتطلبات الأخلاقية القياسية في جامعة بالاتسكي في أولوموك، الجمهورية التشيكية. أنها تنبع من دير الأحمر الذين يعيشون بعنف في الغابات، والتي كانت تبحث عن طريق “دائرة الغابات الجيش التشيكية” خلال موسم صيد عادية. 1-إعداد العين…

Representative Results

الرسوم التوضيحية وإعداد هيمي-الحنجرة وما تصاعد على أنبوب الإمداد الجوي، المشار إليها في القسم السابق، ترد في الشكل 1 و الشكل 2، على التوالي. وثائق اهتزاز إضعاف صوتي من زوايا الكاميرا اثنين <p class=…

Discussion

إعداد هيمي-الحنجرة تتشاطر مزايا برنامج الإعداد “التقليدية” الحنجرة قصت (كامل): يمكن في مثل هذا نهج تجريبي، شروط الحدود المادية والفسيولوجية والمعلمات (مثل الضغط سوبجلوتال أو استطالة إضعاف صوتي) تسيطر جيدا إلى حد ما. سلوك هيميلارينكس مثلى لمن الحنجرة الكامل مع الكمال الوحشي التماثل، بالاست…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل بمنحه إلى جانب الأكاديمية النمساوية للعلوم (الكومنولث)، مشروع الوكالة التكنولوجيا في الجمهورية التشيكية لا. TA04010877 (الكومنولث، VH و JGS)، ومؤسسة العلوم التشيكية (جاكر) المشروع لا GA16 01246S (إلى JGS). ونحن نشكر W. تيكومسيه فيتش لاقتراحه استخدام كريم مثبت أسنان، وجي. ص ليسكا من “دائرة الغابات الجيش التشيكية” لمساعدته في الحصول على لارينجيس قصت الغزلان.

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