Summary
מחקר זה מדגים ייצור של דגמי קיפול קולי לא דביקים וסופר-רכים על ידי הצגת דרך ספציפית ליצירת שכבות קיפול הקול, מתן תיאור מפורט של תהליך הייצור ואפיון תכונות הדגמים.
Abstract
מחקר זה נועד לפתח מודלים סופר-רכים ולא דביקים של קיפול קולי לחקר הקול. תהליך הייצור הקונבנציונלי של דגמי קיפול קולי מבוססי סיליקון יוצר דגמים בעלי תכונות לא רצויות, כגון בעיות דביקות ושחזור. מודלים אלה של קיפול קול נוטים להזדקנות מהירה, מה שמוביל להשוואה גרועה בין מדידות שונות. במחקר זה, אנו מציעים שינוי בתהליך הייצור על ידי שינוי סדר השכבות של חומר הסיליקון, מה שמוביל לייצור מודלים לא דביקים ועקביים מאוד של קיפול קולי. אנו גם משווים דגם המיוצר בשיטה זו עם מודל קיפול קולי המיוצר באופן קונבנציונלי ומושפע לרעה מהמשטח הדביק שלו. אנו מפרטים את תהליך הייצור ומאפיינים את מאפייני הדגמים ליישומים פוטנציאליים. תוצאות המחקר מדגימות את יעילותה של שיטת הייצור השונה, ומדגישות את התכונות המעולות של דגמי הקיפול הקולי הלא דביקים שלנו. הממצאים תורמים לפיתוח מודלים מציאותיים ואמינים של קיפול קול למחקר וליישומים קליניים.
Introduction
מודלים של קיפול קול משמשים כדי לדמות ולחקור הפקת קול אנושית בתנאים נורמליים ופתולוגיים 1,2. אחד האתגרים הגדולים ביותר ביצירת מודלים של קיפול קולי הוא להשיג רכות וגמישות מציאותיות הדומות מאוד לאלה של בני אדם. כדי להשיג תכונות אלה, אלסטומרים סיליקון משמשים לעתים קרובות, אשר מדוללים עם כמויות גבוהות של שמן סיליקון כדי להשיג את מודולי גמישות המתאים 3,4. גורם מכריע נוסף ביצירת מודלים מציאותיים של קיפול קול הוא שכבות, שכן קפלי קול מורכבים משכבות מרובות של רכות משתנה, הקובעות את תבנית הרטט המושרה על ידי זרימה ואת התדירות שבה הרטט אפשרי.
במחקר זה יצרנו מודל קיפול קולי טיפוסי. השתמשנו בגיאומטריה הנפוצה שסופקה על ידי שרר5, המייצגת ממדים אופייניים לקפלי קול גבריים באורך 17 מ"מ לפי ג'אנג6 ומורכבת משלוש שכבות: שכבה אחת לשריר הקול (שכבת הגוף), אחת לכל שכבת הרירית (שכבת הכיסוי) ואחת לאפיתל. ניתן לראות את המבנה הזה במבט על חתך העטרה באיור 1.
איור 1: חתך קורונלי של מודולי הגרון. חתך קורונלי של מודולי הגרון הממחיש את הרוחב הרחב ביותר של קפלי הקול (8.5 מ"מ). כל קפל קולי מורכב משכבת גוף, שכבת כיסוי ושכבת אפיתל. נתון זה שונהמ-13. הועתק מ- Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. השפעת קירות קנה הנשימה הגליים על לחץ התחלת התנודה של קפלי קול מסיליקון. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) באישור האגודה האקוסטית של אמריקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
פרסומים אחרים משתמשים באופן חלקי רק בשכבהאחת 7, שתי שכבות ללא שכבת אפיתל2 או מודל הרירית עם שכבותמרובות 3. בדרך כלל, השכבות יצוקות מבפנים החוצה, כלומר, החל מהשכבה העמוקה ביותר. האפיתל, שהוא דק מאוד בעובי 30 מיקרומטר, נוצק בקצה על כל הגוף כדי לעטוף אותו בעור חסון8.
שכבת הכיסוי בדגם היא החלק הרך ביותר, עם מודולוס של יאנג של כ-1.1 kPa9. עבור שכבת הגוף, המודולוס המשוער של יאנג בכיוון הרוחבי באמצעות מדידות חוץ גופיות 10 הוא 2 kPa. In vivo, המודולוס של יאנג של שריר thyroarytenoid עשוי להיות גבוה יותר בשל נוכחות של סיבים בכיוון האורך, כמו גם את המתיחה האפשרית של השריר. כדי להשיג מודולוס נמוך במיוחד זה של יאנג, יש צורך להוסיף כמות גבוהה של שמן סיליקון לתערובת הסיליקון (כ -72%). עם זאת, היצרן ממליץ בחום נגד שימוש בשיעור שמן גדול מ -5%. באופן כללי, הוספת שמן סיליקון לאלסטומר נועדה להגדיל את זמן הזרימה והטפטוף, כמו גם להפחית את התכווצות פולימר הסיליקון שנרפא. זה עוזר לסיליקון לרפא בצורה אחידה יותר, ובכך להפחית את הלחץ בחומר. מטרתו היא לייעל את יכולת התבנית והתכונות של החומר הנרפא, ולא להגביר את רכותו, אם כי זו גם תוצאה. הסיבה לכך היא ששמן סיליקון הוא אינרטי מבחינה כימית, כלומר הוא אינו יכול להתפלמר ואינו משולב ברשת של פולימר סיליקון11. במקום זאת, הוא נשאר כשלב נוזלי במטריצה הפולימרית, מחליש את מבנה הפולימר ברמות גבוהות יותר ועלול לגרום לו להתמוסס מתוך החומר הנרפא ולהיצמד לפני השטח. כתוצאה מכך, תכונות שליליות אחרות כגון הפרעות ריפוי, גיפור לא אחיד, התכווצות כימית ושבריריות אפשריים. מודלים של קיפול קולי עם תכולת שמן סיליקון גבוהה נחקרו לגבי הזדקנות ויכולת שחזור, ונמצא כי קיימת שונות גבוהה בתכונות של דגמים שונים ושינוי בתכונותיהם לאורך זמן11.
בעת ייצור מודלים קיפול קול בדרך הקונבנציונלית 7,12, הדביקות של שכבת האפיתל יכולה להיות בעיה כפי שהוא יכול להשפיע על הומוגניות של רטט ולהוביל לקרע של אפיתל. למרות שהסיליקון המשמש לייצור האפיתל אינו מדולל, ניתן להניח כי לשמן הדולף משכבת הרירית השכנה יש השפעות דומות על הסיליקון כאילו דולל. בעיית הדביקות טופלה על ידי הוספת אבקות שונות כגון טלק או אבקת פחמן כשכבת ביניים בין הרירית לשכבת האפיתל12. ייתכן שגישה זו הייתה מוצלחת מכיוון שהשמן נספג חלקית על ידי האבקה וכתוצאה מכך ניתן היה להפחית את הדביקות של משטח האפיתל.
בפרסום זה, אנו מראים כי ניתן לעקוף את בעיית הדביקות על ידי שינוי קל בתהליך ייצור קיפול הקול. על ידי שינוי סדר השכבות והתחלה עם סיליקון אפיתל לא מדולל (מה שנקרא סיליקון סגור), ניתן לייצר מודלים לא דביקים סופר רכים של קיפול קולי. שינוי זה כרוך בסוגים יוצאי דופן של תבניות ושיטות המוצגות ומוסברות בצורה הטובה ביותר בצורה של סרטון. במאמר זה, אנו מתארים בפירוט את תהליך הייצור שלנו ומדגימים כיצד ניתן לאפיין את התכונות של דגמי קיפול הקול ביישום.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. עיצוב דגמי קיפול קולי והדפסת תלת מימד של חלקים
- צור ייצוג רב שכבתי של הגיאומטריה הנפוצה M5 של קפלי קול סיליקון באמצעות חומרי סיליקון רכים שונים. עצב את החלקים הבודדים באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD). עיין בקובץ קידוד משלים 1, קובץ קידוד משלים 2, קובץ קידוד משלים 3, קובץ קידוד משלים 4, קובץ קידוד משלים 5, קובץ קידוד משלים 6, קובץ קידוד משלים 7, קובץ קידוד משלים 8 לקבלת פרטים. הקבצים נקראים על פי תפקידם במודל ומשמשים בסיס לשלבים הבאים.
- בצע הידור וארגן את הקבצים הדרושים עבור כל שלב בשלב 2. עיין ברשימת החלקים הנדרשים ובכמותם בתרשים משלים 1. ראו תיאור סכמטי של הרכבת עובש באיור משלים 2.
- טען את קבצי STL לתוכנית הדפסה תלת מימדית כדי ליצור קבצי G-code הניתנים לקריאה על ידי מדפסת התלת-ממד.
- הכינו את החומרים (ראו טבלת חומרים) להדפסה התלת-ממדית.
- עבור קובץ קידוד משלים 2 וקובץ קידוד משלים 5, השתמש בחומר הגורם לקווי שכבה פחות גלויים, כגון חומצה פולילקטית (PLA+) או PC.
- עבור קובץ קידוד משלים 1, השתמש בחומר קשה יותר כגון PLA קשיח או פוליאתילן טרפתאלט גליקול (PETG) בשל רגישותו ללחצים כיפוף. אין הגבלות נוספות על בחירת חומר ההדפסה חלות על החלקים הנותרים.
- התאם את ההגדרות של תוכנת הדפסת התלת-ממד עבור מדפסת התלת-ממד המתאימה שנבחרה.
- עבור קובץ קידוד משלים 2 וקובץ קידוד משלים 5, הגדר גובה שכבה מרבי של 0.1 מ"מ.
- עבור קובץ קידוד משלים 1, הגדר את ערך המילוי ל- 100% ואת תבנית ההדפסה ל- ZigZag כדי להשיג יציבות טובה יותר. כמו כן, הגדר את קטגוריית היצמדות לוחות הבנייה לחצאית במקום שוליים, מכיוון שהגיאומטריה של החלקים תקשה משמעותית על הסרת השוליים .
- עבור החלקים האחרים, השתמש בהגדרות ברירת המחדל ובגובה שכבה של 0.2 מ"מ.
- הדפס את החלקים שהוזכרו במדפסת התלת-ממד. נקו את החלקים והסירו עודפי חומר כגון שוליים או שגיאות הדפסה. החליקו את משטחי המגע הפנימיים בנייר זכוכית (שווה או עדין יותר מהמומלץ לפי P1000).
2. ייצור דגמי הקיפול הקולי
- אספו את החלקים והחומרים הבאים ליצירת שכבת הגוף: קול-קיפול-פוזיטיב (2x), כובע vocalis_mold, vocalis_mold-החלק הראשי, גוף vocalis_mold, סיליקון ראשוני, חומר שחרור ודק יותר (ראו טבלת חומרים לפרטים).
- מרחו מעט חומר שחרור על המשטחים הפנימיים של כל חלקי התבנית.
- מרכיבים את החלק העיקרי והמכסה של התבנית מעל הפוזיטיב ומניחים את חבילת התבנית בסיר המיועד. תקן את היישור של שני חלקי התבנית במידת הצורך. ודאו שהחור בפוזיטיב ליציקת פני הסיליקון כלפי מעלה, ולתבנית יש אחיזה יציבה על משטח שטוח.
- צרו תערובת של הסיליקון הראשוני עם שלושה חלקים של דק יותר (1:1:3), התחילו בשילוב של רכיב A עם המדלל, ולאחר מכן הוסיפו את רכיב B. ערבבו היטב את הרכיבים. כמות כוללת של 6 גרם תערובת סיליקון מספיקה ליציקת שכבת הגוף משני חצאי קיפול קול.
- יש לשאוב את תערובת הסיליקון בתא ואקום בלחץ תת-לחץ מינימלי של -1 בר כדי למנוע היווצרות בועות אוויר בגוף הסיליקון הנרפא.
- יוצקים בזהירות את תערובת הסיליקון השאובקת לחלל התבנית עד שהיא נראית מלאה. מלאו את האזורים שמסביב לסיר התבנית כדי למנוע מתערובת הסיליקון הדקה מאוד לשקוע דרך חיבורי התבנית. בדקו את רמת הסיליקון בזמן הטפטוף והוסיפו עוד במידת הצורך. זמן הטפטוף של תערובת זו הוא בין 1-2 שעות.
- לאחר זמן ריפוי של כ 1 יום, אבל לפחות 8 שעות, להסיר את התבנית, כולל חיובי, מן הסיר. מוציאים את הסיליקון בין התבנית לסיר לפני פתיחת התבנית.
- בעת פתיחת התבנית, תחילה להסיר בזהירות את המכסה החל מהחלק האחורי של חיובי. לאחר מכן, להסיר את הגוף העיקרי של התבנית. הסר בזהירות את עודפי הסיליקון באמצעות אזמל או חותך צד.
- הכן את musosa_mold-back, musosa_mold-main-part, ו musosa_mold-גוף חלקים, כמו גם סיליקון משני סוכן שחרור לייצור שכבת אפיתל. (ראה טבלת חומרים).
הערה: ניתן להשלים את שלבים 2.1 ו-2.2 (שכבת הגוף והאפיתל) בו-זמנית.- מרכיבים את שני חלקי התבנית ומניחים אותם בקליפה. הכינו את החלק הפנימי של התבנית עם חומר שחרור כלשהו, וודאו שהקירות הפנימיים מצופים בהתאם להוראות השימוש של סוכן השחרור המתאים. הניחו לרכיב להתייבש באוויר לזמן קצר לפני שתמשיכו.
- ערבבו חבילה של הסיליקון המשני מבלי להשתמש בדק יותר (1:1:0). אם הוכנסו בועות אוויר לתערובת הסיליקון בזמן הערבוב, יש לנטרל את התערובת כמו בשלב 2.1.4.
הערה: שימו לב לזמן הטפטוף הקצר של תערובת זו, שהוא כרבע שעה. - יוצקים חלק מהתערובת לתוך התבנית ומערבלים אותה מסביב (משאירים את התבנית בקליפה) עד שכל המשטחים הפנימיים מצופים בסיליקון.
- הופכים את התבנית ונותנים לעודפי סיליקון להתנקז החוצה. הדקו את התבנית במצב זה מעל רשת, סורג או בזווית המאפשרת ניקוז סיליקון נוסף.
- למנוע היווצרות של שלוחות בסיליקון במהלך תהליך הריפוי על ידי החלקתו באופן קבוע, במיוחד באזור שבו תעלת האוויר תהיה ממוקמת.
הערה: ניתן גם להסיר אותם בזהירות מאוחר יותר עם צבת.
- התכוננו לייצור שכבת הביניים של הרירית על ידי הכנת החיובי עם שכבת הסיליקון של הקול משלב 2.1, התבנית שהוכנה עם שכבת האפיתל משלב 2.2, והסיליקון והדק יותר כמפורט בטבלת החומרים.
- צרו תערובת של הסיליקון הראשוני עם חמישה חלקים של דק יותר (1:1:5), התחילו בשילוב של רכיב A עם המדלל, ולאחר מכן הוסיפו את רכיב B. ערבבו היטב את הרכיבים. כמות כוללת של 4 גרם של תערובת סיליקון מספיק.
- יש לשאוב את תערובת הסיליקון בתא ואקום כמו בשלב 2.1.4.
- ממלאים חלק מתערובת הסיליקון לתוך תבנית הרירית עם סיליקון אפיתל מוכן. הטה את התבנית עד שכל המשטחים הפנימיים של סיליקון האפיתל מכוסים בשכבה דקה של שמן כדי להקל על החדרת החיובי.
הערה: אופציונלי: בשל השיעור הגבוה של מדלל, לתערובת יש זמן טפטוף ארוך של מספר שעות שבמהלכן התערובת יכולה להתכווץ באמצעות אידוי. לכן, המתן כ 2-3 שעות לפני שתמשיך עם השלבים הבאים. - בזהירות להכניס את חיובי עם הגוף הווקאלי לתוך התבנית. אבטחו את החיובי בתבנית, למשל בעזרת מהדק, אם החיובי צף על הסיליקון. בהתאם לכמות הסיליקון שנוספה בעבר, הוא עשוי לברוח בנקודות המילוי.
- ממלאים את התבנית באותו אופן כמו ליציקת שכבת הקול וממלאים בהתאם אם החומר שוקע.
- המתינו 24 שעות לאחר סיום זמן הטפטוף עד שהסיליקון יחלים לחלוטין.
- לאחר 24 שעות, להסיר את הגוף מן התבנית. ראשית, להסיר את התבנית מן הקליפה. לאחר מכן, החל מהחלק האחורי, פתחו את התבנית והסירו גם את החלק העיקרי של התבנית.
- בזהירות להסיר כל סיליקון עודף, לשטוף את פני השטח ולתת לגוף להתייבש.
- הרכיבו את שני חצאי הקיפול הקולי במקומות המיועדים לכך במודול המדידה וההרכבה בקובץ קידוד משלים 8. החיבור תוכנן עבור שני ברגי M3 ואומים מרובעים M3 (DIN 562), אך הם אינם חובה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מודל קיפול הקול המפוברק שולב במערך המדידה המתואר באיור משלים 3 בתנוחת קפלי הקול. המערך, שפורט בהרחבה בפרסום קודם13, כולל מקור זרימת אוויר רב-שלבי הניתן לשליטה המגרה את דגמי הקיפול הקולי לתנודה, יחד עם מערך של מכשירי מדידה המתעדים נתונים כגון לחץ קול, לחץ סטטי במיקומים ספציפיים ומהירות עוצמת קול. לצורך המדידות, זרימת האוויר גדלה בהדרגה עד שמודל קיפול הקול החל להתנדנד. לאחר מכן, לחץ האוויר הועלה ב -200 Pa מעל לחץ ההתחלה כדי להשיג תנודה יציבה וחזקה. מצלמה מהירה נוספת נוספה והוצבה מעל דגם מערכת הקול, ולוכדת את תנועות תנודת קפל הקול בקצב פריימים מרבי של 2304 פריימים לשנייה.
מנורה המשולבת בתוך הריאה פולטת אור דרך מערכת subglottal, גורם glottis להיראות לבן. איור 2 מתאר שתי סדרות של תמונות תנודה, שכל אחת מהן מורכבת משש פריימים, הממחישות מחזור טיפוסי של סגירה-פתיחה-סגירה. השורה העליונה (איור 2A) מציגה תנודה של קפלי קול המיוצרים בשיטה המוצגת, ואילו השורה התחתונה (איור 2B) מציגה דוגמה קיצונית למודל קיפול קולי קונבנציונלי, שנוצר במהלך העבודה המקדימה13, שאינו מסוגל לייצר תנודה יציבה בגלל פני השטח הדביקים שלו. עבור האחרון, דביקות פני השטח גורמת glottis להיפתח בקצה הקדמי והאחורי הראשון, ואת החלק המרכזי נפתח מאוחר יותר. פני השטח של הדגם כבר ניזוקו מעט בנקודה מסוימת עקב הידבקות.
איור 2: רצף של פריימים בודדים שצולמו על-ידי המצלמה המהירה. רצף של פריימים בודדים שצולמו על ידי המצלמה המהירה, ומציגים מחזור סגירה-פתיחה-סגירה של רטט קיפול קולי. (A) קפלי קול שיוצרו בשיטה המוצגת. (B) רטט של דגם קיפול קולי קונבנציונלי עם משטח דביק. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3 ואיור 4 מראים את פונקציות הזמן של האזור הגלוטלי של המודל המוצע והמודל הקונבנציונלי (הדביק), בהתאמה. צורת הגל של האזור (החלק השמאלי בכל אחת מהדמויות) חושבה באמצעות תוכנת GlottalImageExplorer14 מתוך רצפי התמונות הזמינים. החלקים הימניים של האיורים מראים את ספקטרום הגודל של פונקציות הזמן כדי לציין את מידת המחזוריות שלהן. התדר הבסיסי הופק מפונקציות הזמן באמצעות תוכנת Praat15. ניתן לראות מאיור 3 כי מודל קיפול הקול המוצע מראה תנודה יציבה לאורך משך הזמן שנבחר, מה שמאפשר חישוב מדויק של התדר הבסיסי. לעומת זאת, איור 4 מציג פונקציה לא טיפוסית וכאוטית של אזור גלוטלי עם מינימה ומקסימום לא עקביים, יחד עם ממצאים שונים. מיצוי התדר הבסיסי הופך מאתגר או אפילו בלתי אפשרי בתרחיש זה.
איור 3: צורת גל שטח עבור מודל קיפול קולי שנוצר בשיטה המוצגת. ייצוג של צורת גל השטח המתקבלת מנתוני התמונה של המצלמה במהירות גבוהה באמצעות (A) GlottalImageExplorer, כמו גם (B) ספקטרום הגודל הנגזר עבור מודל קיפול קול שנוצר בשיטה המוצגת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: צורת גל שטח עבור מודל קיפול קולי עם משטח דביק. ייצוג של צורת גל השטח המתקבלת מנתוני התמונה של המצלמה במהירות גבוהה באמצעות (A) GlottalImageExplorer, כמו גם (B) ספקטרום הגודל באמצעות מודל קיפול קולי קונבנציונלי עם משטח דביק. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
תרשים משלים 1: רשימת רכיבים חיוניים לייצור חצי קיפול קולי. רשימת רכיבים חיוניים לייצור חצי קיפול קולי. 1 - מבני תמיכה לחצי קיפול קולי אחד, 2a-c - רכיבי עובש ליצירת שכבת הגוף, 3a-c - רכיבי עובש ליצירת שכבת הכיסוי, 4 - מבני תמיכה לחיבור ביניהם. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 2: תיאור סכמטי של הרכבת עובש. תיאור סכמטי של הרכבת עובש. שמאל - עובש ליצירת שכבת הגוף, ימין - עובש ליצירת שכבת הכיסוי. התוויות תואמות לרשימת החלקים באיור משלים 1. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
תרשים משלים 3: הקמה מלאה של מערכת המדידה. התקנה מלאה של מערכת המדידה. נתון זה שונהמ-13. הועתק מ- Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. השפעת קירות קנה הנשימה הגליים על לחץ התחלת התנודה של קפלי קול מסיליקון. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) באישור האגודה האקוסטית של אמריקה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 1: מבני תמיכה לחצי קיפול קולי אחד. זהו הקובץ לייצר ווקאלי-קפל-פוזיטיב. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 2: רכיב עובש 1 לעיצוב שכבת הגוף. זהו הקובץ שיש להפיק vocalis_mold-main-part. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 3: רכיב עובש 2 לעיצוב שכבת הגוף. זהו הקובץ להפקת כובע vocalis_mold. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 4: גוף עובש לעיצוב שכבת הגוף למניעת דליפה של סיליקון. זהו הקובץ לייצר גוף vocalis_mold. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 5: רכיב עובש 1 ליצירת שכבת הכיסוי. זהו הקובץ שיש להפיק mucosa_mold-main-part. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 6: רכיב עובש 2 ליצירת שכבת הכיסוי. זהו הקובץ שיש להפיק mucosa_mold-back. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 7: גוף עובש לעיצוב שכבת הכיסוי למניעת דליפה של סיליקון. זהו הקובץ לייצר גוף mucosa_mold. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 8: מבני תמיכה לחיבור חצאי קיפול הקול. זהו הקובץ להפקת מתאם-מדידה-לחץ-הקשה. מבני תמיכה לחיבור חצאי קיפול הקול כולל ברז מדידת לחץ. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
תהליך הייצור המוצג כאן כרוך בצעדים קריטיים המשפיעים באופן משמעותי על הצלחתו. ראשית, יש לציין כי תהליך הייצור המוצג אינו פותר את בעיית רוויית השמן בחומר הגוף של קפל הקול אלא עוקף תופעות לוואי שליליות מסוימות. פליטת הגזים וההתכווצות הנלווית אליה וגמישות פני השטח עדיין נמשכים, אם כי במידה פחותה. פתרון לבעיות אלה יהיה כרוך בשימוש בסיליקון רך במיוחד או חומר חלופי המשלב את מודולוס האלסטיות של קפלי קול אמיתיים עם מבנה פולימרי יציב ועמיד. עם זאת, היעדרו של חומר כזה מדגיש את המגבלות המתמשכות בהשגת פתרון כולל לסוגיות אלה.
תהליך הייצור מעט מורכב יותר משיטות הייצור הקונבנציונליות לדגמי קיפול קולי המורכבים משני חצאים, מכיוון שהוא כולל יותר רכיבים, וגישת ההרכבה הרגילה מבפנים החוצה אינה ישימה כאן. יתרונות מובנים כוללים הגנה משולבת מפני הצפה, המאפשרת עבודה עם סיליקון מדולל מאוד, והיכולת להתבונן טוב יותר ולהגיב טוב יותר לרמת המילוי ולהיווצרות בועות פוטנציאליות במהלך תהליך הריפוי. זה מועיל כאשר המטרה היא למזער שינויים הנגרמים על ידי ייצור בתכונות של דגמים בסדרה קטנה המיוצרת עם אותן תערובות סיליקון. יתר על כן, זה מקטין את שיעור הדחייה.
בהשוואה למודלים קונבנציונליים של קפל קול, הטכניקה המוצגת מציעה יתרונות ברורים. עם הקלטות וידאו של האזור הגלוטלי במהלך תנודה, הוכח כי ניתן להפחית את הדביקות של משטח קיפול הקול. כתוצאה מכך, ניתן היה ליצור תנודות יציבות המושרות על ידי זרימה, וניתן היה לקבל נתוני צורת גל נקיים ונטולי ארטיפקט מהתמונות ללא צורך בעזרים כגון אבקת טלק או שטיפות לפני המדידה. בעוד שהמודל הקונבנציונלי המוצג (כסימוכין) הוא דוגמה קיצונית, דביקות היא בכל זאת בעיה למדידות וסיכון לשכבת האפיתל הדקה והשברירית. הפתרון ההנדסי המוצג יכול לעקוף בעיה זו ותורם לתוצאות אמינות וניתנות לשחזור יותר.
במבט קדימה, תהליך הייצור המותאם טומן בחובו הבטחה ליישומים מגוונים. התאמת הטכניקה לייצור רובוטים דמויי אדם או מנגנוני דיבור עם קטעי קול דמויי אדם16 פותחת אפיקים להתקדמות בתחום הבינה המלאכותית והרובוטיקה. יתר על כן, היישום שלה במחקר בסיסי על יצירת דיבור והפקת קול 6,17 מסמל את תרומתו הפוטנציאלית לקהילה המדעית הרחבה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים ידועים או קשרים אישיים שיכלו להשפיע לכאורה על העבודה המדווחת במאמר זה.
Acknowledgments
פרויקט זה נתמך על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG), מענק מס '. ע"א 1639/9-1.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Printer | ULTIMAKER | Type S5 | |
| 3D Printing software | ULTIMAKER CURA | Version 5.2.2 | |
| CAD Software | Autodesk Inventor | Version 2023 | |
| High Speed Camera | XIMEA GmbH | MQ013CG-ON | |
| PLA+ 3D Printer Material | eSun | none | white |
| Primary silicone | KauPo Plankenhorn | 09301-005-000041 | EcoFlex 00-30 |
| Release Agent | KauPo Plankenhorn | 09291-006-000001 | UTS Universal |
| Secondary silicone | KauPo Plankenhorn | 09301-005-000181 | DragonSkin NV10 |
| Silicone Thinner | KauPo Plankenhorn | 09301-010-000002 | |
| Tougth PLA 3D Printer Material | BASF | black |
References
- Drechsel, J. S., Thomson, S. L. Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model. J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).
- Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T. Validating Stereo-endoscopy with a synthetic vocal fold model. Acta Acustica United with Acustica. 102 (4), 745-751 (2016).
- Murray, P. R., Thomson, S. L. Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication. J Vis Exp. (58), e3498 (2011).
- Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. Determination of superior surface strains and stresses, and vocal fold contact pressure in a synthetic larynx model using digital image correlation. J Acoust Soc Am. 123 (2), 1089-1103 (2008).
- Scherer, R. C., et al. Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees. J Acoust Soc Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).
- Zhang, Z. Mechanics of human voice production and control. J Acoust Soc Am. 140 (4), 2614-2635 (2016).
- Birkholz, P., Wang, L. Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , TUD Press. Dresden, Germany. 58-66 (2017).
- Murray, P. R. Flow-induced responses of normal, bowed, and augmented synthetic vocal fold models. , Brigham Young University. (2011).
- Alipour, F., Vigmostad, S. Measurement of vocal folds elastic properties for continuum modeling. J Voice. 26 (6), e21-29 (2012).
- Chhetri, D. K., Zhang, Z., Neubauer, J. Measurement of young's modulus of vocal folds by indentation. J Voice. 25 (1), 1-7 (2011).
- Häsner, P., Birkholz, P. Reproducibility and aging of different silicone vocal folds models. J Voice. , (2023).
- Gabriel, F., Häsner, P., Dohmen, E., Borin, D., Birkholz, P. Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , TUD Press. Dresden, Germnay. 221-230 (2019).
- Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds. J Acoust Soc Am. 149 (1), 466-475 (2021).
- Birkholz, P. Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , TUD Press. Dresden, Germany. (2016).
- Boersma, P., Weenink, D. Praat, a system for doing phonetics by computer. Glot. Int. 5, 341-345 (2001).
- Fukui, K., Shintaku, E., Honda, M., Takanishi, A. Mechanical vocal cord model for anthropomorphic talking robot based on human biomechanical structure. Trans Japan Soc Mech Eng Ser C. 73 (734), 2750-2756 (2007).
- Syndergaard, K. L., Dushku, S., Thomson, S. L. Electrically conductive synthetic vocal fold replicas for voice production research. J Acoust Soc Am. 142 (1), 63 (2017).
