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Methodenartikel

Hemi-Larynx-Setup für das Studium Stimmlippe Vibration in drei Dimensionen

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DOI:

10.3791/55303

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25. November 2017

 ,  ,  ,  , 
1Voice Research Lab, Department of Biophysics, Faculty of Science, Palacky University Olomouc, 2Laboratory of Bio-Acoustics, Dept. of Cognitive Biology, University of Vienna, 3ENES Lab, NEURO-PSI,CNRS UMR 9197, Université Lyon/Saint-Etienne, France

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Papier stellt ein Protokoll für die Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf Proben erleichtern eine Multi-dimensionale Ansicht der Stimmlippe Vibration, um verschiedene biophysikalische Aspekte der Sprachproduktion in Menschen und nicht-menschlichen Säugetieren zu untersuchen.

Zusammenfassung

Die Stimme der Menschen und die meisten nicht-menschlichen Säugetieren wird im Kehlkopf durch autarke Schwingung der Stimmlippen erzeugt. Direkte visuelle Dokumentation der Stimmlippe Schwingung ist anspruchsvoll, vor allem bei nicht-menschlichen Säugetieren. Als Alternative bieten ausgeschnittenen Kehlkopf Experimente die Möglichkeit, Stimmlippe Vibration unter kontrollierten physiologischen und physikalischen Bedingungen zu untersuchen. Die Verwendung von einem vollen Kehlkopf bietet jedoch nur eine Draufsicht der Stimmlippen, wesentliche Teile der oszillierenden Strukturen von Beobachtung während ihrer Interaktion mit aerodynamischen Kräfte auszuschließen. Diese Einschränkung überwunden werden durch die Nutzung einer Hemi-Kehlkopf-Setup, wo die Hälfte des Kehlkopfes ist Mitte-sagittal entfernt, bietet eine überlegene und einen seitlichen Blick auf die restlichen Stimmlippe während selbsttragenden Schwingung.

Hier ist eine Anleitung für die anatomische Vorbereitung der Hemi-Larynx Strukturen und ihre Montage auf dem Labortisch gegeben. Beispielhafte Stimmbildung der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung ist mit High-Speed-video von zwei synchronisierten Kameras (superior und seitliche Ansichten), zeigt dreidimensionale Stimmlippe Bewegung und entsprechende zeitabhängige Kontaktfläche erfassten Daten dokumentiert. Die Dokumentation des Hemi-Kehlkopf-Setups in dieser Publikation erleichtert die Anwendung und zuverlässige Reproduzierbarkeit in der experimentellen Forschung, Bereitstellung von Stimme Wissenschaftler mit dem Potenzial zum besseren Verständnis der Biomechanik der Sprachproduktion.

Einleitung

Stimme entsteht in der Regel durch Vibrieren Kehlkopf Gewebe (vor allem die Stimmlippen), die einen stetigen Luftstrom, geliefert von der Lunge in eine Sequenz von Luftstrom Impulse umwandelt. Der Schalldruck-Wellenform (d. h., die primären Ton) entstehende diese Abfolge von Flow Pulse akustisch Vokaltrakts, sie filtert, erregt, und der daraus resultierende Klang strahlt aus dem Mund und (zu einem gewissen Grad) von der Nase1 . Die spektrale Zusammensetzung des erzeugten Klangs wird weitgehend von der Qualität der Stimmlippe Vibration, Kehlkopf Biomechanik und Interaktionen mit den trachealen Airflow2geregelt beeinflusst. Sowohl in einer klinischen und einer Forschungskontext ist Dokumentation und Bewertung der Stimmlippe Vibration daher von vor allem Interesse bei der Sprachproduktion zu studieren.

Beim Menschen direkte Endoskopische Untersuchung des Kehlkopfes beim Klangerzeugung in Vivo ist anspruchsvoll, und es ist praktisch unmöglich, in nicht-menschlichen Säugetieren, aktuelle technologische Mittel gegeben. Deshalb, und um Garantie sorgfältig kontrolliert körperliche und/oder physiologischen experimentellen Randbedingungen, die Nutzung der ausgeschnittenen Larynges3,4 ist in vielen Fällen eine angemessene Vertretung für die Untersuchung von in-vivo Produktion Mechanismen zu äußern.

Stimmlippe Vibration ist ein komplexes dreidimensionales Phänomen5. Während herkömmliche Untersuchungsmethoden wie bieten Kehlkopf Endoskopie (in Vivo) oder ausgeschnittenen Kehlkopf Zubereitungen in der Regel nur eine überlegene Ansicht der schwingenden Stimmlippen6, sie erlauben nicht die vollständige dreidimensionale Analyse der Stimmlippe Bewegung. Insbesondere sind die untere (kaudalen) Ränder der Stimmlippen in die überragende Aussicht während eines großen Teils des Kreislaufs Vibrations unsichtbar. Dies ist aufgrund der Phasenverschiebung zwischen die untere (kaudalen) und superior (cranial) Rand der Stimmlippen, ein Phänomen, das in der Regel während der Stimmlippe Oszillation5gesehen wird. Als direkte empirische Evidenz für die Sicherung der Ergebnisse von mathematischen und physikalischen Modellen knapp ist, wissen über die Geometrie und die Bewegung des unteren Vocal Falten Rand7, und damit die Geometrie des subglottal Kanal8,9 , 10 ist entscheidend für ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Kehlkopf Luftstrom, Stimmlippe Gewebe und die daraus resultierenden Kräfte und drücke11,-12. Stimmlippe Schwingung, die die üblichen überlegene verborgen ist ein weiterer Aspekt ist die vertikale (Caudo-cranial) Tiefe des Kontakts zwischen den beiden Stimmlippen. Die vertikale Kontakt Tiefe bezieht sich auf die vertikale Dicke der Stimmlippen, ist ein möglicher Indikator für die Stimmlage singen ("Brust" vs. "Fistelstimme" Register)13,14verwendet.

Um die Unzulänglichkeiten der konventionellen (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Vorbereitungen zu überwinden, kann eine sogenannte Hemi-Kehlkopf-Setup verwendet werden, wo die Hälfte des Kehlkopfes wird entfernt, und erleichtert so die Beurteilung der Vibrations Merkmale der verbleibenden Stimmlippe in drei Dimensionen. Überraschenderweise haben seit der Einführung dieser Einrichtung in den 1960er Jahren15 und eine Erstvalidierung des Konzepts in 199316, nicht viele Labors Experimente mit diesem vielversprechenden Versuchsansatz17,18 durchgeführt ,19,20,21,22,23. Eine Erklärung dafür könnte in die Schwierigkeiten bei der Schaffung einer lebensfähigen Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung gefunden werden. Während die konventionellen ausgeschnittenen (voll) Kehlkopf Vorbereitung gut dokumentierte4ist, sind noch keine solche ausführliche Anleitung zum Erstellen einer Hemi-Kehlkopf-Setup zur Verfügung. Es ist daher das Ziel dieses Papiers, eine Tutorial für die Einrichtung einer zuverlässig reproduzierbare Hemi-Kehlkopf-Setup, ergänzt durch experimentelle Ergebnisse aus Rothirsch Exemplare bereitzustellen.

Eine Hemi-Kehlkopf-Setup teilt viele Eigenschaften mit einem "konventionellen" ausgeschnittenen Kehlkopf Setup, wie Messgeräte, High-Speed- oder anderen imaging-Technologie, angemessen dokumentieren die Schwingungen der Kehlkopf Strukturen während der Klangerzeugung, oder richtige Lieferung von beheizten, befeuchtete Luft. Diese allgemeine Setup-Überlegungen sind in ein Buch Kapitel4 und ein technischer Bericht aus dem nationalen Zentrum für Gesang und Sprache24detailliert beschrieben. Wiederholung dieser Anleitung wäre würde den Rahmen sprengen diese Handschrift. Hier werden nur die speziellen Richtlinien zur Erzeugung einer Hemi-Kehlkopf-Setup präsentiert.

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Protokoll

Die Tierpräparate in diesem Papier analysiert wurden im Einklang mit den ethischen Standardanforderungen der Palacký-Universität in Olomouc, Tschechische Republik behandelt. Sie stammen von Rotwild Leben wild in den Wäldern, die von der Tschechischen Armee Forest Service während einer regulären Jagdsaison gejagt wurden.

1. Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf-Probe

Hinweis: Nur entsprechend vorbereitete Proben sollte verwendet werden, wie in4 angegeben. Schnelles Einfrieren des Kehlkopfes25 sofort nach Exzision und Lagerung bei-80 ° C minimiert das Potenzial der Gewebe Zerstörung und Veränderung der biomechanischen Eigenschaften und ermöglicht die Durchführung der Experimente zu jeder beliebigen Zeit.

  1. Auftauen des Kehlkopfes
    1. Stecken Sie den gefrorenen Kehlkopf in zwei Autoklaven Taschen oder andere PP-Beutel mit wasserdichten Abdichtung. Die Taschen zu versiegeln und steckte sie in ein Wasserbad bis 30 ° C erhitzt, bis der Kehlkopf vollständig abgetaut ist. Die Dauer reicht von ein paar Stunden mehr als einen Tag, je nach Größe des Kehlkopfes und Gefriertemperatur.
  2. Reinigung des Kehlkopfes
    1. Nach der Kehlkopf aufgetaut ist, entfernen Sie es aus der Tasche und reinigen Sie es gründlich mit Kochsalzlösung (0,9 % NaCl).
    2. Sorgfältig entfernen Überflüssiges Gewebe soweit anwendbar (d. h. externen Nackenmuskulatur, Zungenbeins etc.) ohne die Kehlkopf Hauptstrukturen zu beschädigen, und kürzen Sie die Luftröhre bis zu einer Länge ausreichend für die Montage des Kehlkopfes auf einem Luft-Zuleitung (in der Regel ca. 4-5 cm).
    3. Überprüfen Sie das Kehlkopf Gewebe für mögliche Anomalien, Gewebe, wie Wunden, organische Verformungen oder Risse, die möglicherweise aus den Gefrierprozess, der den Kehlkopf ungeeignet für das Experiment machen könnten.
  3. Exposition der Schilddrüse und Ringknorpel Knorpel
    1. Entfernen Sie Teile des externen Kehlkopf Muskelgewebes rund um die Schilddrüse und Ringknorpel Knorpel mit einem Skalpell, so setzen die Knorpel in der Vorbereitung für die Mitte-sagittalen Schnitt erstellen die Hemi-Kehlkopf. Diese Vorbereitungsphase ist in Abbildung 1A und 1 bdargestellt.
  4. Mitte-sagittalen Schnitt durch die Schilddrüse Knorpel
    1. Machen Sie einen ersten vertikalen Schnitt durch den vorderen Teil der Schilddrüse Knorpel.
    2. Legen Sie vorsichtig den Schnitt etwas mehr auf die Seite, die entfernt werden, damit nicht der Stimmlippe beschädigt, der erhalten bleiben soll. Verwenden Sie nach Möglichkeit ein Skalpell zum Schneiden. Wenn der Knorpel erstarrt ist, verwenden Sie eine kleine Säge.
  5. Schneiden des Ringknorpel Knorpels
    1. Führen Sie den Schnitt senkrecht (inferior) aus zwischen die Arytenoid Knorpel und dann durch den Ringknorpel Knorpel auf eine etwa horizontalen Ebene der minderwertigen Schilddrüse Kerbe.
  6. Entfernung von einer Stimmlippe, erstellen einen L-förmigen Schnitt im Kehlkopf
    1. Stellen Sie einen horizontalen Schnitt schlechter als Ende des zuvor erstellten vertikalen Schnitt in der Ringknorpel Knorpel ab und führen den neuen Schnitt in Richtung der minderwertigen Schilddrüse Kerbe. Vorangegangene Falten Sie die Seite des Kehlkopfes, die entfernt werden soll.
    2. Machen Sie einen vertikalen Schnitt durch das weiche Gewebe an der Innenseite der Schilddrüse Knorpel - seien Sie vorsichtig beim Schnitt zwischen der vorderen Befestigung der Stimmlippen zu der Schilddrüse Knorpel, wodurch Schäden an der Stimmlippe führt.
  7. Verfeinerung des Schnittes durch die Schilddrüse Knorpel
    1. Verwenden Sie ein Skalpell, eine Säge oder eine Datei, um eine gerade geraden Schnitt in der Schilddrüse Knorpel gelten, und wie nah wie möglich an den vorderen Teil der bisher geprüften Stimmlippe.
    2. Auch einen kleinen Teil der hinteren Schilddrüse Knorpel entfernen, um Platz für das Einfügen der Zinke für adducting die Arytenoid schaffen Knorpel und damit die Vocal Falten (siehe unten). Diese Vorbereitungsphase ist in Abbildung 1 und 1 Ddargestellt.
      Hinweis: Abhängig von der Fragestellung kann volle Exposition des ganzen Stimmlippe benötigt, um seine Sichtbarkeit von oben zu aktivieren. In einem solchen Fall sollte der Strukturen über die (wahre) Stimmlippe (d. h. die ventrikuläre oder vestibuläre Falte, soweit anwendbar, da die Anatomie der Probe) entfernt werden. In einigen Exemplaren die inneren Weichteile Kehlkopf oberhalb der Stimmlippen verliert seine Verbindung mit der Schilddrüse Knorpel und stört die Stimmlippe während Vibrationen verursachen unechte (meist unregelmäßig) oszillierenden Muster. In einem solchen Fall ist die sorgfältige Entfernung des Gewebes unvermeidlich.

figure-protocol-1
Abbildung 1 : Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und Montage. (A) und (B) gereinigt Kehlkopf Exemplar, medialen und hinteren Ansicht bis zur Entfernung der linken Stimmlippe; (C) und (D) vorbereiteten Hemi-Kehlkopf mit L-förmigen Schnitt (links Stimmlippe entfernt), medialen und hinteren Ansicht. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

(2) Hemi-Kehlkopf-Experiment

  1. Hemi-Larynx-setup
    1. Verwenden Sie eine Luftzufuhr Rohr erwärmt und befeuchtete Luft in den Kehlkopf liefert.
    2. Konstrukt zwei senkrecht angeordneten transparente Platten als Ersatz für die entfernten Kehlkopf Teile.
    3. Verwendung Dreizack 4 zur Erhöhung der Stabilität des Kehlkopfes und die Schaffung einer richtigen pre-phonatory Kehlkopf-Konfiguration durch adducting der verbleibenden Stimmlippe, die vertikale Glasplatte (siehe Abb. 2A).
      Hinweis: Theoretisch könnte die Stimmlippen auch durch Nähte und Gewichte auf eine Riemenscheibe-Hebel System 26 adduziert werden. Allerdings wurde, ein solches Vorgehen nach bestem Wissen von diesen Autoren, noch nicht für eine Hemilarynx Zubereitung versucht.

figure-protocol-2

Abbildung 2 : Hemi-Kehlkopf Setup. (A) Tragkonstruktionen: Luft-Zuleitung, L-förmigen Glas Platte Anordnung, Adduktion Zinken. (B) Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung mit Adduktion Zinken montiert. (C) und (D) Nahaufnahmen von Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung, gesehen von der Seite und von oben, beziehungsweise. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Montage der Hemi-Kehlkopf
    1. Decken Sie der Luft-Zuleitung mit Haftpuder Creme ab und montieren Sie den Kehlkopf, mit der restliche Teil der Luftröhre. Die Fixativ Creme arbeitet als Klebstoff und schließt mögliche Lücken, wodurch eine luftdichte Abdichtung.
    2. Befestigen Sie die Luftröhre mit einem Kunststoff-Armband oder eine Schlauchschelle festziehen.
    3. Auch die Kanten des Schnittes durch die Schilddrüse Knorpel mit Sahne, unter Vermeidung der Verbreitung Fixativ Creme auf die Stimmlippe oder die inneren Weichteile Kehlkopf Fixativ zu decken.
    4. Befestigen Sie die transparente Platten.
  2. Stabilisierung der Schilddrüse Knorpel, Adduktion der Stimmlippe mit Zinken
    1. Verwenden Sie die Zacken Addukt Stimmlippe bis auf den Teller und stabilisieren die Schilddrüse Knorpel.
    2. Nachdem die Fixativ Creme festgelegt hat, gelten Sie den Luftstrom um Stimmlippe Oszillation und Überprüfung auf eventuelle Undichtigkeiten zwischen den Hemi-Kehlkopf und die Glasplatten zu etablieren.
    3. Eventuell auftretende Lücken durch Zugabe von mehr Fixativ Creme zu versiegeln.

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Ergebnisse

In Abbildung 1 und Abbildung 2, angeboten bzw. Abbildungen der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und seine Befestigung an der Zuleitung der Luft, wie im vorherigen Abschnitt verwiesen.

Dokumentation der Stimmlippe Vibration aus zwei Kameraperspektiven

Luftstrom-induzierte autarke Schwingung der Stimm...

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Diskussion

Die Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung teilt die Vorteile der "konventionellen" (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Setup: In solch einen experimentellen Ansatz, physikalischen und physiologischen Randbedingungen und Parameter (z. B. subglottal Druck oder Dehnung der Stimmlippe) können sein ziemlich gut kontrolliert. Das Verhalten des Hemilarynx ist homolog zu, die eine vollständige Kehlkopf mit einem perfekten seitliche Symmetrie, mit der Ausnahme, dass Größen einiger Parameter (zB., Luftdurchsatz, Schalldruck) sind um ca...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt durch ein APART Stipendium der österreichischen Akademie der Wissenschaften (CTH), Projekt der Technologieagentur der Tschechischen Republik keine. TA04010877 (CTH, VH und Richter), und der Tschechische Science Foundation (GACR) Projekt keine GA16-01246S (zum Richter). Wir danken W. Tecumseh Fitch für seinen Vorschlag zur Prothese Fixativ Creme benutzen und Ing. P. Liska von der Tschechischen Armee Forest Service für seine Hilfe bei der Beschaffung der ausgeschnittenen Hirsche Larynges.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Chirurgische KlingenChirurgJai Surgical Ltd., Neu-Delhi, Indien
SägeHandsäge (Lux, 150 mm Länge)Lux, Wermelskirchen, Deutschland
ThermometerTesto 922Testo Ltd., Hampshire, UKK-Typ Sonde, Betriebstemperatur -20 bis +50 &Grad; C
AutoklavenbeutelAutoklavenbeutelvwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Tschechische Republik
Leitfähige GlasplattenMaßgeschneiderteUPOL - Gemeinsames Labor für Optik
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, Tschechische Republik.Fixiercreme
ProthesenfixiercremeBlend-a-dent Natürliche
Zacken und BefestigungssystemKundenspezifische Kanya Al eloxed ProfileVertrieb: VISIMPEX a.s. Seifertova 33, 750 02 Prerov, Tschechische Republik;  Kombination aus Kanya RVS und PVS Befestigungssystemen (http://www.kanya.cz/) + maßgefertigten Zacken
MontagerohrMaßanfertigungUPOL - Joint laboratory of Optics,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, Tschechische Republik.LED-Licht
Verbatim 52204 LED-LampeMitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokio, Japan
KameraCanon EOS1100DCanon Inc.18-55 mm Objektiv
LuftpumpeResun LP100Resun
BlitzlichtELMED Helio-Strob micro2ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Deutschland
LuftbefeuchterSonderanfertigungVoice Research Lab, Abt. Biophysik, Fakultät für Naturwissenschaften, Palacky Universität Olomouc, Tschechische Republik
Subglottischer TraktIndividuell angefertigter verstellbarer subglottischer TraktVoice Research Lab, Abt. Biophysik, Fakultät für Naturwissenschaften, Palacky Universität Olomouc, Tschechische RepublikHampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., und Mandat, D. Uzitny vzor ca. 25585: Modell subglotickeho traktu. [Gebrauchsmuster Nr. 25585: Modell des Tractus subglottalis] (Auf Tschechisch) Soukup, S. 2013-27834 (CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi

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