모델 보컬 폴드 폴립에 의해 유도된 3차원 유동 분리 조사
Summary
보컬 폴립은 보컬 접이식 역학을 방해할 수 있으므로 환자의 의사 소통 능력에 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 벽걸이 모델 용형에 의해 유도된 3차원 유동 분리및 벽 압력 하중에 미치는 영향은 입자 영상 속도측정, 피부 마찰 선 시각화 및 벽 압력 측정을 사용하여 검사됩니다.
Abstract
정상적인 음성을 위한 유체 구조 에너지 교환 과정은 광범위하게 연구되었지만 병리학적 조건에 대해 잘 이해되지 는 않습니다. 폴립과 결절은 보컬 폴드의 내측 표면에 형성되는 기하학적 이상이며, 보컬 폴드 역학을 방해할 수 있으므로 환자의 의사 소통 능력에 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 우리의 실험실은 입자 심상 속도측정 (PIV) 측정을 보고했습니다, 시험관 내 구동 보컬 접이식 모형의 내측 표면에 있는 모형 polyp의 조사 에서, 이러한 기하학적 이상이 상당히 glottal 제트 동작을 방해한다는 것을 보여줍니다. 이러한 유동필드 조정은 폴립 환자에서 보컬 품질의 심각한 저하를 위한 가능성이 높은 이유입니다. 보컬 폴드 폴립과 같은 기하학적 프로튜브로부터의 기하학적 프로튜브로부터의 기형 구조물의 형성 및 전파에 대한 보다 완전한 이해와 보컬 접이식 역학을 구동하는 공기역학적 로딩에 미치는 영향은 이 병리학적 상태의 치료를 발전시키기 위해 필요하다. 본 조사는 오일필름 시각화 기술을 이용하여 교차 유동, 즉 모델 보컬 폴드 폴리프를 교차 유량에 2:1 종횡비로 벽걸이 성구 반구형에 의해 유도된 3차원 유동 분리에 관한 것이다. 피부 마찰 선 시각화 및 벽 압력 측정을 사용하여 불안정하고 3차원 유동 분리 및 벽 압력 하중의 영향을 검사합니다.
Introduction
보컬 폴드는 보컬 기도를 가로 질러 스트레칭 조직의 두 밴드입니다. 음성 음성은 중요한 폐 압력이 달성될 때 생성되며, 교반 된 보컬 주름을 통해 공기를 강제로 발생시. 보컬 폴드는 많은 조직 층으로 구성되며 종종 단순화 된 2 층 바디 커버 시스템1로표현됩니다. 커버 층의 대부분을 구성하는 세포외 매트릭스는 콜라겐과 엘라스틴 섬유로 구성되어 보컬 폴드1,2의적절한 모션에 중요한 비선형 응력-변형 특성을 제공한다. 공기역학적 힘은 보컬 주름의 조직에 에너지를 부여하고 자기 지속 진동3을자극한다. 보컬이 진동함에 따라, 그(것)들로티라고 불리는 그들 사이의 개구부는 수렴에서 유니폼으로 전환한 다음 사이클4,6을닫고 반복하기 전에 서로 다른 통로로 전환하는 현면이 다른 오리피스를 형성한다. 정상 음성에 대한 진동 주파수는 일반적으로 남성과 여성의 100-220 Hz에 걸쳐 있으며, 글로티스7을통과하는 맥동 유동장을 생성합니다. 정상적인 음성을 위한 유체 구조 에너지 교환 공정은광범위하게 8-12를연구하고 있습니다. 그러나 일부 병리학에 대한 이 프로세스의 중단은 잘 이해되지 않습니다. 보컬 폴드의 병리학적 조건은 역학에 극적인 변화를 초래하고 음성 음성을 생성하는 능력에 영향을 미칠 수 있습니다.
폴립과 결절은 보컬 폴드의 내측 표면에 형성기학적 이상이다. 이러한 이상은13을전달하는 환자의 능력에 영향을 미칠 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 최근에는 폴리프와 같은 기하학적 프로튜브로 인해 유동장이 중단된것으로 간주된다. 그 연구는 음성의 “정상” 유체 구조 에너지 교환 프로세스가 급격하게 변경되었다는 것을 보여주었고, 유동필드의 수정은 폴립과 결절 환자에서 음성 품질의 가혹한 저하를 위한 가장 확률이 높은 이유이었다는 것을 보여주었습니다. 맥동 유량의 용포로부터 3차원 유동 분리에 의해 생성된 유동 구조물에 대한 포괄적인 이해가 확립되지 않았다. 폴립에서 vortical 구조의 생성 및 전파, 그리고 보컬 접이식 역학을 구동 공기 역학 적재에 대한 후속 영향은 환자에서 폴립의 외과 적 치료를 진행하는 데 필요한 중요한 구성 요소입니다.
15-23년도에탑재된 벽에서 의흐름분리가 꾸준히 조사되고 있는 가운데, 놀랍게도, 음성에서 발견되는 바와 같이 맥동 또는 불안정한 유동 조건에 영향을 받는 벽의 헤미페로이드로부터 불안정한 3차원 유동 분리에 관한 정보는 거의 없다. Acarlar와 Smith15의 정액 작업은 라미나르 경계 층 내에서 벽 마운트 헤미스페로이드를 통해 꾸준한 흐름에 의해 생성 된 3 차원 일관된 구조의 분석을 제공했다. 아카라와 스미스는 두 가지 유형의 소용돌이 구조를 확인했다. 서있는 말굽 소용돌이는 헤미페로이드 프튜브랜스의 상류에 형성되고 양쪽에 있는 확률의 하류로 확장되었습니다. 또한, 헤어핀 vortices는 웨이크에 힌지 에 장착 된 벽에서 주기적으로 흘렸다. 헤어핀 vortices의 복잡한 움직임과 진행을 조사하고 자세히 설명했습니다.
매끄럽게 윤곽이 있는 축변 언덕 위로의 흐름은 이전에 표면 정적 압력 측정과 표면 오일 시각화가 난류 전단 흐름 내에서 범프의 상하류와 하류에 획득되는 것을 연구했습니다. 오일 필름 기술은 피부 마찰 선, 높고 낮은 속도 영역, 표면 흐름 내의 분리 및 부착 점을 시각화할 수 있게 해주며, 벽걸이 물체의 여파를 조사하는 데 유용하다. 이 기술의 경우, 관심 의 표면은 오일 베이스 및 미세 분말 안료(즉, 램프 블랙, 흑연 분말 또는 이산화 티타늄) 혼합물의 박막으로 코팅된다. 원하는 유동 조건에서 마찰력으로 인해 오일이 표면을 따라 움직이면 안료 분말이 줄무늬로 증착됩니다. 임계 또는 특이점, 전단 응력이 0 또는 2개 이상의 구성 요소가 평균 속도의 0 또는 2개 이상의 성분인 위치는 안장 점 또는 노달점(24-26)으로결과 피부 마찰 선 패턴으로부터 분류될 수 있다.
언덕 형상의 경우 분리로 인한 특이점이 상류에서 발견되지 않았습니다. 이것은 반구체 성 무언으로 발생하는 불리한 압력 그라데이션을 생성하지 않은 범프의 원활하게 상승 윤곽에 기인했다. 결과적으로, 플로우는 범프의 정점까지 가속화되는 것으로 나타났으며, 그 후, 불안정한 안장 초점 분리 점은27,28의헤어핀 소용돌이 형성에서 예상되는 바와 같이 범프 중심선 바로 지나서 개발되었다. 다른 벽걸이 형상을 가진 유사한 실험 기법을 이용한 연구에서, 마르티누치와트로페아(29)가 수행한 꾸준한 흐름에서 표면에 장착된 큐브 주위의 오일 필름 시각화는 물체의 상류에 두 개의 명확한 피부 마찰 선을 표시하였다. 제1 피부 마찰 라인은 불리한 압력 그라데이션에 의한 1차 분리 선에 대응하고 두 번째 피부 마찰 라인은 말굽 소용돌이의 시간 평균 위치를 표시하였다. 물체의 상류에서 수행된 표면 압력 측정은 말굽 소용돌이 라인을 따라 로컬 최소값과 1차 분리 및 말굽 소용돌이 라인 사이의 국소 압력 최대치를 보였다. 유사한 업스트림 분리 선은 원형 실린더, 피라미드 및 콘29-31을포함한 다른 표면 장착 형상으로 형성된다. 벽에 장착된 개체의 표면 시각화 다운스트림은 일반적으로오브젝트(30)뒤에 재순환 영역으로 인한 두 개의 포시를 표시합니다. 2개의 vortices는 foci 위치에서 생성되고 벽장착 된 헤미페로이드(32)의여파로 본 “아치 형”또는 헤어 핀 소용돌이에 대응한다.
입자 이미지 속도측정(PIV)은 이전에 합성 보컬 접이식모델33-35의하류를 연구하는 데 사용되어 왔다. PIV는 스파티오-측두유체역학(36)을 캡처하기 위해 평면 내에서 추적자 입자 이동을 유도하는 비침습적 시각화 기술이다. 진동 보컬 주름의 하류를 형성하는 3 차원 일관된 구조는 Neubauer 외에 의해 연구되었다. 37; 소용돌이 발생 및 대류 및 제트 플래핑이 관찰되었다. 최근, 크렙스 외. 38은 입체 PIV를 사용하여 글로탈 제트의 입체성을 연구하고 그 결과는 글로탈 제트 축 스위칭을 보여줍니다. Erath 및 Plesniak14는 7.5배 스케일업 동적으로 구동된 보컬 폴드 모델의 내측 표면에 모델 보컬 폴드 폴리프의 효과를 조사했다. 재순환 영역은 용종의 하류로 형성되었고, 제트 역학은 음경 주기 내내 영향을 받았다. 이전 연구, 에라스와 플레스니아크에 의해 구동 보컬 폴립 연구를 금지14,내측 보컬 폴드 폴리프 또는 결절에 의해 유도 된 유체 역학을 탐구하지 않은.
보컬 폴드 이동 벽의 추가 복잡성, 유도된 압력 그라데이션, 제한된 기하학적 볼륨 및 기타 복잡성을 포함하기 전에 모델 폴립의 유체 동적 효과를 이해하는 것이 중요합니다. 현재 작업은 안정적이고 불안정한 흐름 조건 하에서 다운스트림 벽의 흐름 구조의 서명에 중점을 둡니다. 돌출과 하류 벽에서 흘린 소용돌이 구조 사이의 상호 작용은 이러한 상호 작용이 생물학적 반응을 유도하기 때문에 보컬 폴립뿐만 아니라 다른 생물학적 고려 사항의 조사에 큰 관심을 가지고 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
기하학적 프로튜브에서 vortical 구조의 형성과 전파를 이해하고 보컬 폴립과 결절의 처리를 진행하기 위해 통찰력과 모델을 제공하기 위해 보컬 폴레역학을 구동 공기역학 적재에 미치는 후속 효과를 이해합니다. 본 실험에서 모델 용형포에 의한 공기역학적 하중의 변화는 폴립13,41을가진 환자에서 관찰되는 불규칙한 보컬 접기 역학에 기여할 것으로 기대된다. 향후 작업에는 입자 이미지…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 국립 과학 재단에 의해 지원됩니다, 그랜트 번호. CBET-1236351 및 GW 바이오미메틱및바이오영감공학센터(COBRE).
Materials
| Rapid Prototyper | Objet | Objet24 | Tray Size (X×Y×Z): 240 × 200 × 150 mm Build layer thickness = 28 µm Accuracy = 0.1 mm Build Resolution: X-axis: 600 dpi, Y-axis: 600 dpi, Z-axis: 900 dpi |
| Rapid Prototyper Model Material | Objet | VeroWhite Plus Fullcure 835 | |
| Rapid Prototyper Support Material | Objet | FullCure 705 Support | |
| Copy Toner | Xerox | ||
| Kerosene | Sunnyside | ||
| Baby Oil | Johnson's | ||
| Adhesive Paper | Con-Tact Brand | White adhesive covering | |
| Tygon Tubing | Tygon | PVC Tubing | 1/16" ID, 3/16"OD |
| Pressure Scanner (16 channel) | Scanivalve | DSA3217 | Used for gas pressure measurements Pressure range = +/- 5" H2O Full scale accuracy = +/-0.3% full scale accuracy. Maximum scan rate = 500 Hz/channel |
| Stainless Steel Tubulations | Scanivalve | TUBN-063-1.0 | 0.063" Diameter and 1" Length |
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