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

3 つの次元で声帯振動を勉強のため片側喉頭セットアップ

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

本稿ではヒトとヒト以外の哺乳類における発声の様々 な生物物理学的側面を調査するために声帯振動の多次元ビューを促進するヘミ喉頭標本の準備のためのプロトコル。

Abstract

ほとんどのヒト以外の哺乳類と人間の声は、声帯の自立振動を通して喉頭で生成されます。声帯振動の直接の映像記録は、ヒト以外の哺乳類で特に困難です。別の方法としては、摘出喉頭実験は管理された生理学的および物理的な条件の下で声帯振動を調査する機会を提供します。ただし、完全喉頭の使用は単空気力との相互作用観測による振動の構造の重要な部分を除く、声帯の平面図を提供します。ここで 1 つの半分にヘミ喉頭セットアップを利用してこの制限を克服できる喉頭の半ば矢削除、自励発振時に優れたと残りの声帯の横方向ビューを提供します。

ここでは、研究室のベンチに片側喉頭の構造と、取り付けの解剖学的な準備のためのステップ バイ ステップ ガイドが与えられます。ヘミ喉頭準備の模範的な発声は、2 つの同期カメラ (スーペリアーと横方向の眺め)、示す三次元声帯運動および対応する接触面積の時間変化を取り込んだ高速ビデオ データを記載されています。このパブリケーションでヘミ喉頭セットアップのドキュメント アプリケーションと再現性の実験的研究、発声のバイオメカニクスを理解する可能性のある音声科学者を提供することで容易になります。

Introduction

声は、空気パルス シーケンスに肺によって提供される安定した気流を変換する喉頭組織 (主に声帯ヒダ) を振動によって通常作成されます。音圧波形 (つまり、プライマリの音)、それらをフィルタ リングする声道音響流パルスこのシーケンスから新興興奮させるし、鼻1 から放射口からと (ある程度) に結果としての音.生成された音のスペクトル構成主、声帯振動、喉頭のバイオメカニクスと2気管気流との相互作用によって支配の質によって影響されます。臨床と研究のコンテキストの両方で、ドキュメントと声帯振動の評価は、何よりも興味の発声を学ぶとき。

ヒトでは、体内の健全な生産の間に喉頭の直接内視鏡調査は挑戦的なとは現在技術的な手段を与えられるヒト以外の哺乳類のほぼ不可能です。したがって、慎重に制御保証物理的および/または生理学的な実験的境界条件、摘出 larynges3,4の使用する順番は、多くの場合の調査のための適切な置換体内音声生成機構。

声帯振動は、複雑な 3次元現象5です。従来の調査法のような (体内) 喉頭内視鏡検査または摘出喉頭準備通常ビューを提供のみ優れた声帯の振動6、彼らはの完全な三次元解析を許可しません。声帯運動。特に、優れたビューで声帯の下 (尾) 余白は見えない振動サイクルの主要な部分の間に。これは劣る (尾) と (頭蓋) 縁声帯、声帯振動5中に通常見られる現象間の位相遅延が原因です。数理モデルから調査結果をバックアップするための直接経験的な証拠は乏しい、ジオメトリの知識と低い声の動きを折るエッジ7、およびこうして声門チャネル8,9のジオメトリ,10は喉頭・声帯組織・結果の荷重や圧力11,12間の相互作用の理解のために重要です。恒例の優れたビューから隠されている声帯振動の別の側面は、2 つの声帯間の接触の垂直 (caudo 頭蓋) 深さです。連絡先奥行き歌 (レジスタ「裏声」対「胸」)13,14で使うボーカル レジスタの潜在的な指標は、声帯ヒダの縦の厚さに関連しています。

ここで 1 つの半分は、いわゆる片側喉頭セットアップ従来 (フル) 摘出喉頭製剤の欠点を克服するために利用できる喉頭が削除されるため、残りの振動特性の評価が容易3 つの次元で声帯。驚いたことに、この 1960 年代15設定の導入、1993年16における概念の初期検証多くない所はこの有望な実験的アプローチと17,18 実験を実行しています。 ,,1920,21,22,23。これのための説明は、実行可能な片側喉頭準備の作成の難しさの発見可能性があります。従来の切除 (フル) 喉頭の準備は十分に文書化4が、このような詳細な手順がないまだ片側喉頭のセットアップを作成するため。したがって、このペーパー レッド ディアの標本から実験結果によって補われる確実に再現可能な片側喉頭セットアップを確立するためのチュートリアルを提供する目的です。

ヘミ喉頭セットアップは測定装置、高速などの「従来型」の摘出喉頭セットアップまたはサウンドの生成中または適切な喉頭の構造物の振動を適切に文書に他のイメージング技術と多くの機能を共有します。加熱、加湿空気の供給。これらの一般的なセットアップの考慮事項は、本章4国立センターの音声、音声24から技術的なレポートで詳細に説明します。この原稿の範囲を超えてこれらの指示の繰り返しになります。ここでは、ヘミ喉頭セットアップを生成するため特殊なディレクティブのみが掲載されています。

Protocol

本稿で分析した動物の標本は、パラツキー大学オロモウツ、チェコ共和国での標準倫理的な要件に従って扱われました。彼らは赤いシカの通常の狩猟シーズン中にチェコ軍森林サービスによって捜された林で乱暴生活から生じる。 1. 片側喉頭標本の準備 注: 唯一の適切に準備された標本使わなければなりません、4に示すように。喉?…

Representative Results

ヘミ喉頭準備をし、前のセクションで参照している、空気供給管に取付部のイラストは、それぞれ図 1と図 2で提供されます。 2 つのカメラ アングルから声帯振動のドキュメント 片側喉頭の声帯の気流力自立振動上から…

Discussion

ヘミ喉頭準備を共有する「従来型」の (完全な) 摘出喉頭セットアップの利点: このような実験的アプローチ、物理的、生理的な境界条件とパラメーター (声門圧力や声帯伸長) などはすることができますかなりよく制御されます。Hemilarynx の動作は相同性と完璧な完全喉頭の横方向の対称性、例外とその大きさのいくつかのパラメーターの (e.g、風量、音圧) 約 50% 削減はまだまだ内にあ?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品が支持されたオーストリアのアカデミー科学 (CTH) のアパートの付与、チェコ共和国の技術振興プロジェクトなし。TA04010877 (CTH、VH と国債)、およびチェコ科学財団 (GACR) プロジェクト (国債) に GA16 01246S のないです。義歯定着性のクリームを使用する彼の提案のためのテカムセ フィッチ w. と Ing に感謝しますP. リシュカ摘出鹿 larynges を取得するのに彼の助けをチェコ軍のフォレスト サービスから。

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