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

Summary

De methodologie voor het vervaardigen van synthetische stemplooi modellen is beschreven. De modellen zijn levensgroot en na te bootsen van de multi-layer structuur van de menselijke stemplooien. De resultaten tonen de modellen om zelf oscilleren bij een druk die vergelijkbaar zijn met long-druk-en flow-geïnduceerde vibrerende antwoorden die vergelijkbaar zijn met die van de menselijke stemplooien aan te tonen.

Abstract

Geluid voor de menselijke stem wordt geproduceerd via flow-geïnduceerde stemplooi trilling. De stemplooien bestaan ​​uit meerdere lagen van weefsel, elk met verschillende eigenschappen van het materiaal ^1. Normaal gesproken de productie is gebaseerd op gezond weefsel en stemplooien, en optreedt als gevolg van complexe koppeling tussen de aërodynamische, structurele dynamische en akoestische fysische verschijnselen. Stemstoornissen jaarlijks op van invloed zijn tot 7,5 miljoen in de Verenigde Staten alleen al ² en leiden vaak tot aanzienlijke financiële, sociale en andere kwaliteit van leven moeilijkheden. Inzicht in de fysica van de stem de productie heeft de potentie om veel baat stem zorg, inclusief de klinische preventie, diagnose en behandeling van stemstoornissen.

Bestaande methoden voor het bestuderen van de productie stem op te nemen in vivo experimenten met menselijke en dierlijke onderwerpen, in vitro experimenten met behulp van weggesneden larynges en synthetische modellen en computationele modelIng. Vanwege de gevaarlijke en moeilijke toegang tot instrument, worden in vivo experimenten ernstig beperkt in omvang. Weggesneden strottenhoofd experimenten hebben het voordeel van de anatomische en fysiologische sommige realisme, maar parametrische studies waarbij geometrische en materiële goederen variabelen zijn beperkt. Verder zijn ze meestal alleen kunnen worden getrild voor relatief korte periodes (meestal in de orde van minuten).

Het overwinnen van een aantal van de beperkingen van weggesneden strottenhoofd experimenten, zijn synthetische stemplooi modellen in opkomst als een aanvullend instrument voor het bestuderen van spraak productie. Synthetische modellen kunnen worden vervaardigd met de systematische veranderingen in geometrie en materiaaleigenschappen, waardoor voor de studie van gezonde en ongezonde mensen phonatory aerodynamica, structurele dynamica en akoestiek. Zo hebben ze gebruikt om links-rechts stemplooi studie asymmetrie ^3,4, de klinische ontwikkeling instrument ^5, larynx aerodynamica ^6-9, vocAl vouw contact druk van ¹⁰ en subglottal akoestiek ¹¹ (een uitgebreidere lijst is te vinden in Kniesburges et al.. ¹²⁾

Bestaande synthetische stemplooi modellen, echter, zijn ofwel homogene (een-laags modellen) of zijn vervaardigd met behulp van twee materialen met verschillende stijfheid (twee-laags modellen). Deze aanpak staat niet toe voor de weergave van de werkelijke multi-layer structuur van het menselijk stemplooien ^een die een centrale rol in het bestuur van stemplooi flow-geïnduceerde vibratie response speelt. Bijgevolg, een-en twee-laags synthetisch stemplooi modellen hebben getoond nadelen ^3,6,8 zoals een hogere druk ontstaan ​​dan zijn typisch voor de menselijke fonatie (begin druk is de minimum long druk nodig is om trillingen te starten), onnatuurlijk grote inferieure- superieure beweging, en het ontbreken van een "mucosale wave" (een verticaal lopende golf die kenmerkend is voor gezonde menselijke stemplooi trilling).

<pclass = "jove_content"> In deze paper, de fabricage van een model met meerdere lagen van verschillende eigenschappen van het materiaal wordt beschreven. Het model lagen simuleren van de multi-layer structuur van het menselijk stemplooien, waaronder epitheel, oppervlakkige lamina propria (SLP), intermediaire en diepe lamina propria (dat wil zeggen, ligament, een vezel is opgenomen voor anterior-posterior stijfheid), en spieren (dat wil zeggen , lichaam) lagen ^1. De resultaten zijn opgenomen die laten zien dat het model betere vibrerende kenmerken vertoont meer dan voorafgaande een-en twee-laags synthetische modellen, waaronder het begin druk dichter bij de mens ontstaan ​​druk, verminderde inferieure-superieure beweging, en het bewijs van een mucosale golf.

Protocol

De fabricage volgorde (zie afb. 1.) Bestaat uit het maken van mallen voor de stembanden model lagen, opeenvolgend gieten siliconen lagen, en het monteren van de modellen voor het testen. Het model heeft vier verschillende lagen: het lichaam, ligament, oppervlakkige lamina propria, en epitheel, in aanvulling op een enkele vezel. Een steunlaag is toegevoegd aan de nauwkeurige plaatsing van de individuele lagen te vergemakkelijken van de stemplooi model. Het model geometrische parameter definities zijn wee…

Discussion

Deze methode van fabriceren synthetische stemplooi modellen levert modellen die vibrerende gedrag lijkt op dat van de menselijke stemplooien vertonen. De multi-layer concept resulteert in aanzienlijke voordelen ten opzichte van eerdere een-en twee-lagen model ontwerpen ^3,6,8,15, in termen van verminderde het begin druk en verbeterde model beweging (convergent-divergente profiel tijdens de oscillatie, mucosale wave-achtige beweging , en een verminderde inferieur superieur verplaatsing). De methode hier wordt g…

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