Summary

Üç boyutlu ses kat titreşim eğitim için Hemi-laryngeal Kur

Published: November 25, 2017
doi:

Summary

Bu kağıt ses üretimde insan ve insan olmayan memeliler biyofiziksel çeşitli yönlerini incelemek için vokal kat titreşim, çok boyutlu bir görünümünü kolaylaştırmak hemi-gırtlak numunelerin hazırlanması için bir protokol tanıttı.

Abstract

İnsan ve çoğu insan olmayan memeliler ses gırtlak vokal kıvrımlar, kendi kendini idame ettiren salınım aracılığıyla oluşturulur. Vokal kat titreşim doğrudan görsel belgeleri, özellikle insan olmayan memelilerde zor. Alternatif olarak, eksize gırtlak deneyler vokal kat titreşim kontrollü fizyolojik ve fiziksel koşullar altında araştırmak için fırsat sağlar. Ancak, tam bir gırtlak kullanımı sadece vokal kıvrımlar, gözlem aerodinamik kuvvetleri ile onların etkileşim sırasında salınan yapıları çok önemli bazı bölümleri hariç üst bir görünümünü sağlar. Bu sınırlama nerede yarım bir hemi-gırtlak Kur kullanarak üstesinden gelebilir sırasında kendini sürekli salınım bir çift ve kalan vokal kat yanal bir görünümünü sağlayan gırtlak orta-sagittally kaldırılır.

Burada, hemi-laryngeal yapıları ve onların montaj anatomik hazırlanması için adım adım kılavuz laboratuvar tezgah üzerinde verilir. Örnek fonasyon hemi-gırtlak hazırlık iki eşzamanlı kamera (üstün ve yanal kez), gösteren üç boyutlu ses kat hareket ve karşılık gelen zaman değişen temas bölgesinin tarafından yakalanan yüksek hızlı video verileri ile belgelenmiştir. Bu yayın hemi-gırtlak kurulumunda belgelenmesi uygulaması ve deneysel araştırmada, ses bilim adamları daha iyi ses üretim biyomekanik anlamak için potansiyeli ile sağlayan güvenilir tekrarlanabilirlik kolaylaştıracaktır.

Introduction

Ses genellikle sabit bir hava akımı, hava akımı darbeler bir dizi akciğerler tarafından sağlanan dönüştürür gırtlak doku (vokal kıvrımlar esas olarak) titreşimli tarafından oluşturulur. Akustik basınç dalga formu (Yani, birincil ses) onları filtreler vokal yolu heyecanlandıran bu akışı bakliyat sırasından akustik olarak ortaya çıkan ve elde edilen ses ağzından ve (için belirli bir ölçüde) burun1 yayılan . Ses oluşturulan spektral bileşimi vokal kat titreşim, gırtlak biyomekanik ve trakeal hava akımı2ile etkileşimleri tabi kalitesini büyük ölçüde etkilenir. Bir klinik hem hem de bir araştırma bağlamında, dokümantasyon ve vokal kat titreşim değerlendirilmesi olduğunu böylece en önemli ilgi ses üretim okurken.

İnsanlarda, gırtlak doğrudan endoskopik incelenmesi sırasında ses üretim vivo içinde itiraz ediyor ve şu anki teknolojik araçlara sahip insan dışı memelilerde neredeyse mümkün değildir. Bu nedenle, dikkatli bir şekilde kontrol garanti fiziksel ve/veya fizyolojik deneysel sınır koşulları, çıkarılan larynges3,4 kullanımı amacıyla birçok durumda incelenmesi için yeterli bir ikame içinde vivo nedir ses üretim mekanizmaları.

Vokal kat titreşim karmaşık üç boyutlu fenomen5‘ tir. Gibi geleneksel araştırma yöntem gırtlak endoskopi (in vivo) veya eksize gırtlak hazırlıklar genellikle üstün görünümünü titreşimli vokal kıvrımlar6, bunlar tam üç boyutlu analiz için izin vermez sağlarken vokal kat hareket. Özellikle, üstün görünümünde vokal kıvrımlar daha düşük (Kaudal) kenar boşluklarını titreşimli döngüsü sırasında büyük bir kısmını görünmez olur. Bu üstün (kafatası) kenarına vokal kıvrımlar genellikle vokal kat salınım5sırasında görülen bir fenomen arasında Inferior (Kaudal) faz gecikme kaynaklanmaktadır. Bulgular kadar fiziksel ve matematiksel modeller yedeklemek için doğrudan ampirik kanıt kıt olduğu gibi bilgi geometri ve düşük ses hareket kat kenar7ve böylece subglottal kanal8,9 geometri , 10 daha iyi gırtlak hava akımı, vokal kat doku ve ortaya çıkan kuvvetleri ve baskıların11,12arasındaki etkileşimi anlamak için önemlidir. Başka bir geleneksel üstün görünümden gizli vokal kat titreşim iki vokal kıvrımlar arasında temas (caudo-kafatası) dikey derinliği yönüdür. Dikey iletişim derinlik vokal kıvrımlar şarkı (“falsetto” kayıt vs. “göğüs”)13,14‘ te kullanılan ses kayıt, potansiyel bir göstergedir dikey kalınlığı ile ilgili.

Geleneksel (tam) eksize gırtlak hazırlıklar eksikliklerin üstesinden gelmek için bir sözde hemi-gırtlak Kur, yarısı nerede yararlı olabilir böylece kalan titreşimli özellikleri değerlendirilmesi kolaylaştırılması gırtlak kaldırılır üç boyutlu ses fold. Doğal olarak, bu kurulum 1960’larda15 giriş ve 199316kavramında ilk bir doğrulama beri bu umut verici deneysel17,18 ile deneyler pek laboratuvarları gerçekleştirdiniz ,19,20,21,22,23. Bunun için bir açıklama uygun hemi-gırtlak hazırlık oluşturma zorluklar içinde bulunabilir. Geleneksel eksize (tam) gırtlak hazırlık iyi belgelenmiş4olmakla birlikte, böyle bir ayrıntılı talimat henüz bir hemi-gırtlak yapısı oluşturmak için kullanılabilir. Bu nedenle Kızıl geyik numuneler deneysel sonuçlar tarafından desteklenen bir güvenilir bir şekilde tekrarlanabilir hemi-gırtlak Kur kurmak için bir eğitim sağlamak için bu kağıt amacı budur.

Ölçme donanımları, yüksek hızlı gibi bir “geleneksel” eksize gırtlak kurulumu veya yeterince gırtlak yapılarının titreşimleri ses oluşturma sırasında veya uygun belgelemek için diğer görüntüleme teknolojisi ile birçok özellik bir hemi-gırtlak Kur hisse ısıtmalı, oksijen hava temini. Bu genel kurulum konuları ayrıntılı bir kitap bölüm4 ve Ulusal Merkezi ses ve konuşma24teknik rapor olarak açıklanmıştır. Bu talimatları tekrarlama-cekti var olmak bu yazının kapsamı dışındadır. Burada, bir hemi-gırtlak yapısı oluşturmak için yalnızca özel yönergeler sunulmuştur.

Protocol

Bu yazıda analiz hayvan numuneler Palacky Üniversitesi Olomouc, Çek Cumhuriyeti için standart etik gereksinimlerine uygun olarak tedavi edildi. Kızıl geyik çılgınca çek ordu Orman Hizmetleri tarafından normal Av sezonunda avlanan ormanlarda yaşayan kaynaklanıyor. 1. Hemi-gırtlak numune hazırlanması Not: Tek düzgün hazırlanmış örnekler,4 ‘ te gösterildiği gibi kullanılmalıdır. Hızlı gırtlak buz gibi<sup class="xref"…

Representative Results

İllüstrasyonlar hemi-gırtlak hazırlık ve onun montaj hava tedarik tüp olarak önceki bölümde başvurulan Resim 1 ve Şekil 2, sırasıyla sağlanır. Vokal kat titreşim iki kamera açılardan belgelenmesi Hava akımı kaynaklı kendi kendini idame ettiren salınım hemi-gırtlak vokal…

Discussion

“Geleneksel” (tam) eksize gırtlak Kur avantajları hemi-gırtlak hazırlık hisse: Bu tür deneysel bir yaklaşım, fiziksel ve fizyolojik sınır koşulları ve parametreleri (örneğin, subglottal basınç veya vokal kat uzama) olabilir oldukça iyi kontrol. Hemilarynx davranışını homolog için bu mükemmel bir ile tam bir gırtlak lateral simetri, istisna ile bu büyüklükleri bazı parametreleri (e.g., hava akış hızı, ses basıncı) yaklaşık % 50 oranında azaltılır, henüz hareketsiz içinde v…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser desteklenmiştir tarafından bir APART Ödülü Avusturyalı Academy of Sciences (CTH), Çek Cumhuriyeti teknoloji ajansı Proje no. TA04010877 (CTH, VH ve JGS), ve Çek Bilim Vakfı (GACR) proje yok GA16-01246S (için JGS). Biz W. Tecumseh Fitch için takma diş sabitleştirici kremi kullanmak onun telkin ve ING teşekkür ederim. S. Liska eksize geyik larynges kazanmakta onun yardım için çek ordu orman hizmetinden.

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

  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).
check_url/kr/55303?article_type=t

Play Video

Cite This 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).

View Video