Syntetisk, Multi-Layer, Self-Oscillerende Vocal Fold Model Fabrication

Summary

Metoden til fabrikere syntetisk vokal fold modeller er beskrevet. Modellerne er i naturlig størrelse og efterligne den multi-lag strukturen af ​​den menneskelige vokal folder. Resultaterne viser, at modellerne selv svinge ved tryk kan sammenlignes med lunge-tryk og viser flow-induceret vibrerende reaktioner, der ligner dem af menneskelig vokal folder.

Abstract

Lyd for den menneskelige stemme er produceret via flow-induceret vokal fold vibrationer. Den vokal folder består af flere lag af væv, som hver har forskellige materialeegenskaber ^1. Normal stemme produktion er afhængig af sunde væv og vokal folder, og forekommer som et resultat af komplekse kobling mellem aerodynamiske, strukturelle dynamiske og akustiske fysiske fænomener. Voice lidelser påvirke op til 7,5 millioner om året i USA alene ² og ofte resultere i betydelige økonomiske, sociale og andre kvalitets-of-life problemer. Forståelse fysik stemmen produktionen har potentiale til at være til stor gavn stemme pleje, herunder klinisk forebyggelse, diagnosticering og behandling af stemmen lidelser.

Eksisterende metoder til at studere stemme produktion omfatter in vivo eksperimenter ved hjælp af menneskers og dyrs fag, in vitro-eksperimenter med skåret larynges og syntetiske modeller, og beregningsmæssige modelIng. På grund af farlige og vanskelige instrument adgang, er in vivo eksperimenter stærkt begrænset omfang. Fjernet strubehovedet eksperimenter har gavn af anatomiske og nogle fysiologiske realisme, men parametrisk undersøgelser med geometriske og materielle værdier variable er begrænsede. Desuden er de typisk kun kunne vibreres for relativt kort tid (typisk i størrelsesordenen minutter).

Overvinde nogle af de begrænsninger fjernet strubehovedet eksperimenter, er syntetiske vokal fold modeller fremstår som et supplerende værktøj til at studere stemme produktion. Syntetisk modeller kan fremstilles med systematiske ændringer i geometri og materialeegenskaber, der giver mulighed for studiet af sunde og usunde mennesker phonatory aerodynamik, strukturelle dynamik og akustik. For eksempel har de været brugt til at studere venstre-højre vokal fold asymmetri ^3,4, klinisk instrument udvikling ^5, laryngeal aerodynamik ^6-9, VOCAl fold kontakt tryk ^10, og subglottal akustik ¹¹ (en mere omfattende liste kan findes i Kniesburges et al. ¹²⁾

Eksisterende syntetisk vokal fold modeller har dog enten været homogene (et-lags modeller) eller er blevet fremstillet ved hjælp af to materialer med forskellig stivhed (to-lags modeller). Denne fremgangsmåde giver ikke mulighed for repræsentation af den aktuelle multi-lag strukturen af den menneskelige vokal folder ^1, der spiller en central rolle i for vokal fold flow-induceret vibrerende respons. Derfor, en-og to-lags syntetisk vokal fold modeller har udstillet ulemper ^3,6,8 såsom højere debut tryk, end hvad der er typiske for den menneskelige phonation (debut trykket er det mindste lunge presset forpligtet til at indlede vibration), unaturligt store underlegen- overlegen bevægelse, og mangel på en "slimhinde-bølge" (en vertikalt rejse bølge, som er karakteristisk for sund menneskelig vokal fold vibration).

<pclass = "jove_content"> I dette papir, fremstilling af en model med flere lag af forskellige materialer egenskaber er beskrevet. Modellen lag simulere flere lag strukturen af ​​den menneskelige vokal folder, herunder epitel, overfladisk lamina propria (SLP), intermediære og dybe lamina propria (dvs., ledbånd, en fiber er medtaget for anterior-posterior stivhed), og musklen (dvs. , krop) lag ^1. Resultaterne er inkluderet, der viser, at modellen udviser forbedrede vibrerende egenskaber i løbet af forudgående en-og to-lags syntetisk modeller, inklusiv debut presset tættere på menneskelige debut tryk, lavere mindreværdige-overlegen bevægelse, og tegn på en slimhinde bølge.

Protocol

Fremstilling sekvens (se fig. 1) består i at gøre forme til vokal fold model lag, sekventielt støbning silikone lag, og montering af modeller til test. Modellen har fire forskellige lag: krop, ledbånd, overfladiske lamina propria, og epitel, ud over en enkelt fiber. En opbakning lag er tilføjet for at lette den nøjagtige placering af de enkelte lag til den vokale fold model. Modellen geometriske parameter definitioner er vist i Fig. 2, med parameter værdier for den nuværende mod…

Discussion

Denne metode til at opdigte syntetisk vokal fold modeller udbytter modeller, der udviser vibrerende adfærd, der svarer til menneskets vokal folder. Den multi-lag koncept resulterer i betydelige fordele i forhold til tidligere en-og to-lags model designs ^3,6,8,15, i form af reducerede debut pres og forbedret model bevægelse (konvergent-afvigende profil under svingning, slimhinde bølge-lignende bevægelse , og reduceret ringere overlegen forskydning). Metoden præsenteres her er demonstreret på en noget ide…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments
High Vacuum Grease	Dow Corning	01018817
Pol-Ease 2300	Polytek	Pol-Ease2300-1	Release agent
Smooth-Sil 950	Smooth-On	Smooth-Sil 950	Mold making material
Vacuum Pump	Edwards	E2M2
Vacuum Chamber	Kartell	230
Pressure Gage	Marsh Bellofram	11308252A
Straight Razor	Husky	008-045-HKY
Ecoflex 00-30	Smooth-On	Ecoflex 00-30
Silicone Thinner	Smooth-On	Silicone Thinner
Dragon Skin	Smooth-On	Dragon Skin 10 FAST
Thread	Omega	OmegaCrys	Use only clear fibers
Silicone Dye	Smooth-On	Silc Pig Black
Silicone Glue	Smooth-On	Sil-Poxy
Talc Powder	Western Family