חמי-בגרון ההתקנה ללמוד לקפל ווקאלית רטט בשלושה ממדים
Summary
מאמר זה מציג את פרוטוקול עבור הכנת דגימות המי-גרון הקלת תצוגה רב ממדית של קיפול ווקאלית רטט, במטרה לחקור היבטים שונים ביופיזיקלי של הפקת הקול של בני אדם ויונקים אנושיות.
Abstract
קולו של רוב היונקים שאינם בני אדם ובני נוצרת הגרון דרך מתוספי תנודה של שפתות הקול. תיעוד חזותי ישיר של קיפול ווקאלית רטט הוא מאתגר, במיוחד אצל יונקים שאינם בני אדם. כחלופה, הגרון נכרת ניסויים מספקים ההזדמנות לחקור את הקיפול ווקאלית רטט בתנאים מבוקרים פיזיולוגיים ופיזי. עם זאת, השימוש הגרון מלא רק מספק תצוגה העליון של שפתות הקול, למעט חלקים קריטיים של המבנים נדנוד תוך התבוננות במהלך האינטראקציה שלהם עם כוחות אווירודינמי. מגבלה זו ניתן להתגבר על ידי ניצול מלכודת המי-גרון שבו מחצית אחת של הגרון אמצע-sagittally מוסר, מתן ממונה והן תצוגה לרוחב של הקיפול ווקאלית הנותרים במהלך תנודה עצמית מתמשכת.
. הנה, מדריך צעד אחר צעד להכנת אנטומי המי-בגרון מבנים, שלהם גובר על הספסל מעבדה ניתנת. קוליות העיצורים למופת של הכנת המי-גרון מתועדת עם נתונים וידיאו במהירות גבוהה שנתפסו על ידי שתי מצלמות מסונכרן (תצוגות מעולה ולא לרוחב), מראה תלת מימדי קיפול ווקאלית תנועה אזור קשר משתנה זמן מתאים. התיעוד של ההתקנה המי-גרון בפרסום זה יקל על יישום, הדיר אמין במחקר ניסיוני, מתן קול מדענים עם פוטנציאל להבין טוב יותר את ביומכניקה של הפקת הקול.
Introduction
הקול נוצר בדרך כלל ע י רעידה רקמה בגרון (בעיקר שפתות הקול), אשר ממירה את זרימת אוויר קבועה, המסופק על-ידי הריאות, לתוך רצף של זרימת האוויר פולסים. Waveform לחץ אקוסטי (קרי, הצליל ראשי) העולה מן הרצף הזה של זרימה פולסים המתקפלות מגרה את מערכת הקול אשר מסנן אותם, ואת הצליל המתקבל המוקרנת מן הפה, (במידה מסוימת) של האף1 . ההרכב הספקטרלי של הצליל שנוצר הושפעה איכות רטט קיפול ווקאלית, נשלטת על ידי ביומכניקה בגרון ואינטראקציות עם זרימת אוויר בקנה הנשימה2. גם קליני וגם הקשר מחקר, תיעוד והערכה של קיפול ווקאלית רטט ולכן עניין בראש ובראשונה כשלמדתי הפקת הקול.
בבני אדם, ישיר אנדוסקופי חקירת הגרון במהלך הפקת הצליל ויוו הוא מאתגר, זה כמעט בלתי אפשרי ביונקים במוסר, בהתחשב באמצעים טכנולוגיים הנוכחי. לכן, על מנת להבטיח נשלט היטב גופני ו/או פיזיולוגית ניסיוני תנאי גבול, השימוש של3,larynges נכרת4 הוא במקרים רבים ההחלפה נאותה לחקירה ויוו קול מנגנוני הייצור.
קיפול ווקאלית רטט הוא תופעה תלת מימדי מורכב5. בעוד שיטות חקירה קונבנציונליות כמו אנדוסקופיה בגרון (ב- vivo) או הגרון נכרת ההכנות מספקים בדרך כלל רק נוף מעולה של הרעדת שפתות הקול6, הם אינם מאפשרים ניתוח תלת מימדי מלא של קיפול ווקאלית תנועה. בפרט, בתצוגה סופריור לשוליים (סימטרית) נמוך של שפתות הקול התשומת לב במהלך חלק מרכזי מחזור רטט. זאת בשל העיכוב שלב בין נחותים (סימטרית) וקצה עליון (הגולגולת) שפתות הקול, תופעה אשר נתפסת בדרך כלל במהלך קיפול ווקאלית תנודה5. כמו הוכחה אמפירית ישירה עבור גיבוי ממצאים מן הדגמים סכר אסוואן ומיקום נדיר, את הידע בגיאומטריה ותנועה של שירה התחתון מקפלים קצה7, ובכך הצורה הגיאומטרית של8,subglottal ערוץ9 , 10 חיונית יותר להבין את האינטראקציה בין זרימת אוויר בגרון, קיפול ווקאלית רקמות וכתוצאה מכך הלחצים והכוחות11,12. היבט נוסף של רטט קיפול ווקאלית שהוסתרו מהתצוגה סופריור נהוג הוא העומק האנכי (caudo-גולגולתי) של איש הקשר בין שפתות הקול שני. קשר העומק האנכי קשורה בעובי אנכי שפתות הקול, אשר הוא מחוון פוטנציאלי של האוגר ווקאלית בשימוש13,השירה (“חזה” לעומת “falsetto” הקופה)14.
כדי להתגבר על החסרונות של ההכנות קונבנציונאלי הגרון נכרת (מלאות), מלכודת חמי כביכול-גרון יכול להיות מנוצל, שבו חצי אחד של הגרון מוסר, למוצא את ההערכה של מאפייני רטט הנותרים קיפול ווקאלית בשלושה ממדים. באופן מפתיע, מאז כניסתה של תוכנית התקנה זו השישים15 של אימות של הקונספט ב 199316, מעבדות רבות לא אמורה לבצע ניסויים עם זה מבטיח גישה נסיונית17,18 ,19,20,21,22,23. הסבר זה יכול למצוא את הקשיים של יצירת הכנה מעשית המי-הגרון. בזמן הכנת קונבנציונאלי הגרון (מלאות) נכרת מתועד היטב4, שום הנחיות מעמיק עדיין אינן זמינות ליצירת מלכודת המי-הגרון. לכן המטרה של מאמר זה כדי לספק הדרכה להקמת מלכודת אמין לשחזור המי-בית הקול, שיושלם על-ידי תוצאות ניסויית של רד דיר דגימות.
מלכודת המי-גרון חולק תכונות רבות עם מלכודת הגרון נכרת “רגיל”, כגון ציוד מדידה, במהירות גבוהה או אחרים טכנולוגיית הדמיה לתעד את התנודות של המבנים בגרון כראוי במהלך הפקת קול, או ראוי אספקת אוויר מחומם, humidified. שיקולי התקנה כלליות אלה מתוארים בפירוט רב בספר פרק4 והן דו ח טכני של המרכז הלאומי של קול ודיבור24. Reiteration של הוראות אלה יהיה מעבר להיקף של כתב היד הזה. כאן מוצגים רק הוראות מיוחדות ליצירת מלכודת המי-הגרון.
Protocol
Representative Results
Discussion
הכנת המי-גרון משתף את היתרונות של ההתקנה “קונבנציונאלי” הגרון נכרת (מלאות): בגישה מעין ניסיוני, תנאי גבול פיזי, פיזיולוגי ואת הפרמטרים (כגון לחץ subglottal או קיפול ווקאלית התארכות) יכול להיות נשלט די טוב. אופן הפעולה של hemilarynx זה הומולוגי של הגרון מלא עם מושלם לרוחב סימטריה, למעט הזה מגניטודות של ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק APART של האקדמיה האוסטרית של מדעי לאיסור, הסוכנות טכנולוגיה של הרפובליקה הצ’כית פרויקט. לא. TA04010877 (CTH, VH ו JGS), קרן המדע הצ’כית (GACR) פרויקט אין GA16-01246S (כדי JGS). אנו מודים W. שרמן Fitch שלו הצעה להשתמש קרם שיניים תותבות מקבע ולאחר Ing. עמ’ ליסקה משירות הצ’כית יער על עזרתו ברכישת את larynges צבי נכרת.
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 |
References
- 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).
- Titze, I. R. . Principles of voice production (second printing). , (2000).
- 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).
- Titze, I. R., Titze, I. R. . The myoelastic aerodynamic theory of phonation. , 1-62 (2006).
- Baer, T. . Investigation of phonation using excised larynxes (Doctoral dissertation). , (1975).
- Bless, D. M., Patel, R. R., Connor, N., Fried, M. P., Ferlito, A. Ch. 11. The Larynx. I, 181-210 (2009).
- Berke, G. S., et al. Laryngeal modeling: theoretical, in vitro, in vivo. Laryngoscope. 97, 871-881 (1987).
- 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).
- 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).
- 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).
- Titze, I. R. The physics of small-amplitude oscillation of the vocal folds. J Acoust Soc Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).
- Horacek, J., Svec, J. G., Paidoussis, M. P. Ch. 2. , 1043-1054 (2002).
- 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).
- Herbst, C. T., Svec, J. G. Adjustment of glottal configurations in singing. J Singing. 70 (3), 301-308 (2014).
- Hiroto, I. . Vibration of vocal cords: an ultra high-speed cinematographic study(Film). , (1968).
- Jiang, J. J., Titze, I. R. A methodological study of hemilaryngeal phonation. Laryngoscope. 103 (8), 872-882 (1993).
- Scherer, R. C., Druker, D. G., Titze, I. R., Fujimura, O. . Vocal physiology: voice production, mechanisms and functions. , 279-291 (1988).
- Jiang, J. J., Titze, I. R. Measurement of vocal fold intraglottal pressure and impact stress. J Voice. 8 (2), 132-144 (1994).
- Alipour, F., Scherer, R. C. Dynamic glottal pressures in an excised hemilarynx model. J Voice. 14 (4), 443-454 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Berg van den, J. W., Tan, T. S. Results of experiments with human larynxes. Practica Oto-Rhino-Laryngologica. 21, 425-450 (1959).
- 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).
- 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).
- Zemlin, W. R. . Speech and hearing science: Anatomy & physiology. , (1988).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Svec, J. G., Schutte, H. K. Kymographic imaging of laryngeal vibrations. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 20 (6), 458-465 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Baken, R. J. Electroglottography. J Voice. 6 (2), 98-110 (1992).
- Baer, T., Stevens, K. N., Hirano, M. . Vocal Fold Physiology. , 119-133 (1981).
- 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).
- Alipour, F., Scherer, R. C. Flow separation in a computational oscillating vocal fold model. J Acoust Soc Am. 116 (3), 1710-1719 (2004).
- Zhang, Z. Influence of flow separation location on phonation onset. J Acoust Soc Am. 124 (3), 1689-1694 (2008).
- Kaburagi, T., Tanabe, Y. Low-dimensional models of the glottal flow incorporating viscous-inviscid interaction. J Acoust Soc Am. 125 (1), 391-404 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Berke, G. S., Gerratt, B. R. Laryngeal biomechanics: an overview of mucosal wave mechanics. J Voice. 7 (2), 123-128 (1993).
- 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).
- Hirano, M. . Clinical examination of voice. 5, (1981).
- 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).
- 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).
