Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

Hemi-larynx Setup for at studere Vocal Fold vibrationer i tre dimensioner

Published: November 25, 2017 doi: 10.3791/55303
Automatic Translation
1,2, 1, 2,3, 2, 1
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

Summary

Dette papir introducerer en protokol i præparation af hemi-strubehovedet prøver at lette en multi-dimensionelle opfattelse af vocal fold vibrationer, for at undersøge forskellige biofysiske aspekter af stemme produktion i mennesker og ikke-menneskelige pattedyr.

Abstract

Stemme af mennesker og de fleste ikke-menneskelige pattedyr er genereret i strubehovedet gennem selvbærende svingning af vokal folder. Direkte visuel dokumentation af vocal fold vibrationer udfordrende, især i ikke-menneskelige pattedyr. Som et alternativ giver skåret strubehovedet eksperimenter mulighed for at undersøge vocal fold vibrationer under kontrollerede fysiologiske og fysiske forhold. Brug af en fuld strubehovedet giver imidlertid blot en ovenfra af vokal folder, undtagen afgørende dele af oscillerende strukturer fra observation under deres interaktion med aerodynamiske kræfter. Denne begrænsning kan overvindes ved at udnytte en hemi-strubehovedet setup, hvor halvdelen af strubehovedet er mid-sagittally fjernet, giver både en overlegen og lateral udsigt over de resterende vocal fold under selvbærende svingning.

Her gives en trinvis vejledning til den anatomiske forberedelse af hemi-larynx strukturer og deres montering på laboratoriebænk. Eksemplarisk phonation hemi-strubehovedet forberedelse er dokumenteret med high-speed video data fanget af to synkroniserede kameraer (overlegne og laterale visninger), viser tredimensionale vocal fold bevægelse og tilsvarende tidsvarierende kontaktområde. Dokumentation af hemi-strubehovedet opsætning i denne publikation vil lette anvendelse og pålidelige repeterbarhed ved eksperimentel forskning, giver stemme forskere med potentiale for bedre at forstå biomekanik af stemme produktion.

Introduction

Stemme er typisk lavet af vibrerende larynx væv (hovedsagelig vokal folder), som konverterer en konstant luftstrøm, leveret af lungerne, i en sekvens af luftstrømmen impulser. Akustisk tryk bølgeform (dvs, den primære lyd) vej ud af denne sekvens af flow pulser akustisk ophidser den ansatsrøret, som filtrerer dem, og den resulterende lyd er udstrålede fra munden og (til en vis grad) fra næse1 . Den spektrale sammensætning af den genererede lyd er i høj grad påvirket af kvaliteten af vocal fold vibrationer, styret af larynx biomekanik og interaktioner med luftrør luftstrømmen2. Både i en klinisk og forskningsmæssig sammenhæng er dokumentation og vurdering af vocal fold vibration således først og fremmest interesse når man studerer stemme produktion.

Hos mennesker er direkte endoskopisk undersøgelse af strubehovedet under lyd produktion i vivo er udfordrende, og det er næsten umuligt i rettighedsbegrebet pattedyr, nuværende teknologiske midler. Derfor, og for at garantien omhyggeligt kontrolleret fysisk og/eller fysiologiske eksperimentelle randbetingelser, brugen af skåret larynges3,4 er i mange tilfælde en passende erstatning for undersøgelsen af in vivo stemme produktion mekanismer.

Vocal fold vibrationer er en kompliceret tredimensionel fænomen5. Mens konventionelle undersøgelsesmetoder som giver larynx endoskopi (i vivo) eller skåret strubehovedet præparater typisk kun en overlegen visning af den vibrerende vokal folder6, de tillader ikke komplet tre-dimensionelle analyse af Vocal fold bevægelse. Især i visningen superior lavere (caudale) margenerne af vokal folder er usynlig under en stor del af den vibrerende cyklus. Dette skyldes faseforsinkelsen mellem ringere (caudale) og den overlegne (kranie) kant af vokal folder, et fænomen, som typisk ses under vocal fold svingning5. Som direkte empiriske beviser for sikkerhedskopiering af resultaterne fra fysiske og matematiske modeller er knappe, viden om geometri og bevægelse af de lavere vocal fold kanten7, og således geometri af subglottal kanal8,9 , 10 er afgørende for bedre forståelse samspil mellem larynx luftstrøm, vocal fold væv og den resulterende kræfter og pres11,12. Et andet aspekt af vocal fold vibrationer, der er skjult fra de sædvanlige overlegen opfattelse er den lodret (caudo-kraniel) dybde af kontakten mellem de to vokal folder. Den lodrette kontakt dybde er relateret til den lodrette tykkelsen af vokal folder, som er en potentiel indikator for det vokale register bruges i sang ("bryst" vs "falset" register)13,14.

For at overvinde manglerne i konventionelle (fuld) skåret strubehovedet præparater, der kan udnyttes en såkaldt hemi-strubehovedet setup, hvor halvdelen af strubehovedet er fjernet, således at lette vurderingen af de vibrerende Karakteristik af de resterende Vocal fold i tre dimensioner. Overraskende, siden indførelsen af denne opsætning i 1960s15 og en indledende validering af begrebet i 199316, har ikke mange laboratorier udført eksperimenter med denne lovende eksperimenterende tilgang17,18 ,19,20,21,22,23. En forklaring på dette kan findes i vanskelighederne med at skabe en levedygtig hemi-strubehovedet forberedelse. Mens konventionelle skåret (fuld) strubehovedet forberedelse er veldokumenteret4, er ingen sådanne grundige instruktioner endnu rådighed for at skabe en hemi-strubehovedet setup. Det er derfor formålet med dette papir til at give en tutorial for at etablere et pålideligt reproducerbare hemi-strubehovedet setup, suppleret med eksperimentelle resultater fra red deer prøver.

En hemi-strubehovedet setup deler mange træk med en "konventionelle" skåret strubehovedet opsætning, såsom måleudstyr, højhastighedstog eller andre billedteknologi tilstrækkeligt dokumentere vibrationer af larynx strukturerne under lyd generation eller ordentlig levering af opvarmet, befugtet luft. Disse generelle betragtninger er beskrevet i detaljer i både en bog kapitel4 og en teknisk rapport fra det nationale Center for stemme og tale24. Gentagelse af disse instruktioner ville være uden for rammerne af dette manuskript. Her, er kun de specialiserede direktiver til at generere en hemi-strubehovedet setup præsenteret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De animalske prøver analyseret i dette papir blev behandlet i overensstemmelse med de etiske krav af Palacky-universitetet i Olomouc, Tjekkiet. De stammer fra red deer lever vildt i skovene, som blev jaget af tjekkiske hær Forest Service i løbet af en regelmæssig jagtsæson.

1. forberedelse af Hemi-strubehovedet modellen

Bemærk: Kun ordentligt forberedt prøver bør anvendes, som anført i4 . Hurtig nedfrysning af strubehovedet25 umiddelbart efter excision og oplagring på-80 ° C minimerer potentiale af væv nedbrydning og ændring af biomekaniske egenskaber, og giver mulighed for udføre eksperimenter på et belejligt tidspunkt.

  1. Afrimning strubehovedet
    1. Indsæt det frosne strubehovedet i to autoklave poser eller andre plastic poser med vandtæt forsegling. Forsegl poserne og læg dem i et vandbad til 30 ° C indtil strubehovedet er helt optøet. Varighed påkrævet spænder fra et par timer til mere end en dag, afhængigt af strubehovedet størrelse og indefrysning temperatur.
  2. Rengøring strubehovedet
    1. Efter strubehovedet er optøet, fjerne det fra posen og rengør det grundigt med saltvandsopløsning (0,9% NaCl).
    2. Forsigtigt fjerne overflødigt væv som gældende (dvs. eksterne nakkemusklerne, hyoid knoglen etc.) uden skadelige vigtigste larynx strukturerne, og forkorte luftrøret til en passende til montering af strubehovedet ind på en luft forsyning rør længde (normalt ca. 4-5 cm).
    3. Tjek den larynx væv for potentielle væv anomalier, som sår, økologisk deformationer eller revner potentielt forekommende fra indefrysning processen, som kunne gøre strubehovedet uegnet til eksperimentet.
  3. Eksponering af skjoldbruskkirtlen og cricoid brusk
    1. Fjerne dele af den ydre larynx muskelvæv omkring skjoldbruskkirtlen og cricoid brusk ved hjælp af en skalpel, dermed udsætte brusken som forberedelse til midten af sagittal cut oprettelse hemi-strubehovedet. Denne forberedelsesfase er afbildet i figur 1A og 1B.
  4. Midten af sagittal skære igennem skjoldbruskkirtlen brusk
    1. Gøre en indledende lodrette snit gennem den forreste del af skjoldbruskkirtlen brusk.
    2. Omhyggeligt placere snittet lidt mere på den side, der er ved at blive fjernet, for ikke at beskadige den vocal fold, som skal forblive bevarede. Hvis det er muligt, brug en skalpel til at skære. Hvis brusken er forbenet, skal du bruge en lille sav.
  5. Skære cricoid brusk
    1. Føre cut lodret (inferiorly) fra mellem den arytenoid brusk og derefter gennem cricoid brusk til en ca horisontale niveau af ringere skjoldbruskkirtlen notch.
  6. Fjernelse af en vocal fold, at skabe en L-formet incision i strubehovedet
    1. Foretage en vandret skære start fra ringere slutningen af den tidligere foretaget lodret snit i cricoid brusk, og føre det nye cut mod ringere skjoldbruskkirtlen notch. Anteriorly fold side af strubehovedet, der skal fjernes.
    2. Gøre en lodret skære igennem den bløde væv på den indvendige side af skjoldbruskkirtlen brusk - Vær forsigtig, mens førende cut i mellem den forreste fastgørelse af vokal folder til skjoldbruskkirtlen brusk, så man undgår skader på vocal fold.
  7. Forfinelse af nedskæring via skjoldbruskkirtlen brusk
    1. Brug en skalpel, en sav eller en fil, for at anvende en netop lige snit i skjoldbruskkirtlen brusk, og få så tæt som muligt på den forreste del af den tidligere inspicerede vocal fold.
    2. Fjerner også en lille del af den bageste skjoldbruskkirtlen brusk, for at skabe plads til indsættelse af gren til adducting arytenoid brusk og dermed vocal fold (se nedenfor). Denne forberedelsesfase er afbildet i figur 1 c og 1 D.
      Bemærk: Afhængigt af problemformulering, fuld redegørelsen af hele vocal fold kan være nødvendigt at aktivere dets synlighed fra oven. I så fald strukturer over (sande) vocal fold (dvs. ventrikulær eller vestibulære klappen, som gældende i betragtning af anatomien af modellen) bør fjernes. I nogle prøver de indre larynx bløddele ovenfor vokal folder kan miste sin forbindelse med skjoldbruskkirtlen brusk og forstyrrer den vocal fold under vibrationer, forårsager potentielt spurious (for det meste uregelmæssige) vakler mønstre. I et sådant tilfælde er omhyggelig fjernelse af dette væv uundgåelige.

Figure 1
Figur 1 : Hemi-strubehovedet forberedelse og montering. (A) og (B) rengjort strubehovedet modellen, mediale og bageste visning, før fjernelse af venstre vocal fold; (C) og (D) rede hemi-strubehovedet med L-formet incision (venstre vocal fold fjernet), mediale og posterior udsigt. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

2. Hemi-strubehovedet eksperiment

  1. Hemi-larynx setup
    1. Bruge en luft-forsyning rør, som leverer opvarmet og fugtig luft ind i strubehovedet.
    2. Konstruere to anbragt vinkelret gennemsigtige plader som en substitution for fjernet larynx dele.
    3. Brug stikben 4 for at øge stabiliteten i strubehovedet og opretter en ordentlig pre-phonatory larynx konfiguration af adducting de resterende vocal fold til den lodrette glasplade (Se figur 2A).
      Bemærk: Teoretisk, vokal folder kan også være adduceret af suturer og vægte på en trisse-løftestang system 26 . Men en sådan fremgangsmåde har, til den bedste viden om disse forfattere, endnu ikke været forsøgt for hemilarynx præparater.

Figure 2

Figur 2 : Opsætning af Hemi-strubehovedet. (A) støtte strukturer: luft forsyning rør, L-formet glas plade arrangement, adduktion stikben. (B) monteret hemi-strubehovedet forberedelse med adduktion stikben. (C) og (D) nærbilleder af hemi-strubehovedet-forberedelse, set fra siden og fra toppen, henholdsvis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

  1. Montering hemi-strubehovedet
    1. Dække luft forsyning rør med protese fiksativ fløde og montere strubehovedet ved hjælp af den resterende del af dens luftrøret. Fikseringsvæske cremen virker som en selvklæbende og lukkes potentielle huller, således at der skabes en lufttæt forsegling.
    2. Fastgør luftrøret med en plastik stramme bæltet eller et spændebånd.
    3. Også dække kanterne af nedskæring via skjoldbruskkirtlen brusk med fiksativ fløde, samtidig undgå spredning Fikseringsvæske creme på vocal fold eller de indre larynx bløddele.
    4. Vedhæfte de gennemsigtige plader.
  2. Stabilisering af skjoldbruskkirtlen brusk, adduktion af vocal fold ved hjælp af tænderne
    1. Brug tænderne til at addukt den vocal fold til pladen og stabilisere skjoldbruskkirtlen brusk.
    2. Efter Fikseringsvæske cremen har sat, anvende luftstrømmen for at etablere vocal fold svingning og tjekke for eventuelle utætheder mellem hemi-strubehovedet og glasplader.
    3. Forsegle til sidst forekommende huller ved at tilføje flere Fikseringsvæske fløde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Illustrationer af hemi-strubehovedet forberedelse og dens montering på luft forsyning rør, som der henvises til i det foregående afsnit, er fastsat i figur 1 og figur 2, henholdsvis.

Dokumentation af vocal fold vibrationer fra to kameravinkler

Luftmængde-induceret selvbærende svingning af hemi-strubehovedet vocal fold blev dokumenteret fra toppen og fra siden med to synkroniseret high-speed (HSV) videokameraer drives på 6.000 ramme/s, suppleret med tid-synkron optagelser af akustisk og electroglottographic (se nedenfor) data på 44,1 kHz. Mere information om opsætningen data erhvervelse herunder en liste over udstyr, der anvendes kan findes i tidligere publikationer af denne gruppe af forfattere 27,28. Optagelser fra disse HSV optagelser er vist i den medfølgende video. Still-billeder, udvundet på repræsentative øjeblikke i den vibrerende cyklus, er vist i figur 3. Ovenfra (øverste halvdel af hvert panel) viser medio-lateral vocal fold bevægelse, der angiver en åben glottis i figur 3A, giver glottal air flow, mens der i figur 3B-D glottis er lukket (vocal fold er i fuldstændig kontakt med den lodrette glasplade), dermed arrestere den glottal luft flow. Visningen side (nederste halvdel af hvert panel) i tal 3B-D antyder en varierende grad af vocal fold kontakt mod glasplade, samt et varierende geometri og lodret placering af kontaktperson.

Figure 3
Figur 3 : Hemi-strubehovedet vocal fold vibration. (A-D) Stillbilleder fra high-speed video-optagelser fra toppen (øverste halvdel af hvert panel) og side view kameraer (nederste halvdel af hvert panel), udvundet ved repræsentativt point inden for den vibrerende cyklus. Bemærk fraværet af vocal fold kontakt i (A), og den varierende (både i området, form og stilling) vocal fold kontakt (B-D). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Kymographic glottal bevægelse analyse

Kvantitative glottal bevægelse analyse er illustreret i figur 4. Glottis er variabel åbning mellem de (vibrerende) vokal folder29, lavet af deres fordrejninger under selvbærende svingning. State of the art analyse af top view HSV optagelser giver mulighed for sporing af de laterale fordrejning af vokal folder30,31. Hemi-strubehovedet forberedelse beskrevet her tilføjer mulighed for at vurdere også de vertikale (caudo-kraniel) aspekter af vocal fold vibrationer.

Figure 4
Figur 4 : Kymographic glottal bevægelse analyse.
(A) og (B) Video stillbilleder viser top- og udsigt over hemi-strubehovedet, taget fra højhastighedstog (HSV)-videooptagelser på 6.000 rammer/s. De gule vertikale linjer angiver kymographic scan line position for kymograms vist i paneler C og E for den øverste visning og paneler D og F for visningen side. (C) og (D) Digital kymograms udvundet af HSV optagelser af øverst og visningen side hhv. (E) den tidsvarierende sideforskydning af vocal fold udvundet fra kymogram og spores med en streg (korte tankestreger). (F) de tidsvarierende fordrejning af ringere og overlegen kanterne af vocal fold, vurderes ud fra kymogram og spores med et stiplet og en punkteret, henholdsvis. (G) synoptisk skildring af de tidsvarierende glottal strukturer: Lateral vocal fold afbøjning ("top", bleg violette) og vertikal afbøjning af superior ("side sup.", mørk rød) og ringere ("side inf.", mørk grøn) vocal fold kanten udvundet fra kymograms vist i paneler E og F. (H) Motion hastigheder afledt af glottal struktur forskydning data vist i panelet G., (jeg) og (J) Glottal bevægelse genopbygning stammer fra forskydning data af overlegen og ringere vocal fold margener vist i panelet G. Pilene angiver retningen af den roterende bevægelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

To digitale kymograms blev genereret fra top og side Se HSV data (tal 4 c og 4 D). I en digital kymogram (DKG)32,33,34,35, pixeldata fra en enkelt linje (typisk ved maksimal vocal fold vibrerende amplitude), taget fra en række på hinanden følgende højhastighedstog videobilleder, sammenføjes for at danne en tidsmæssig akse på abscissen. Tidsvarierende fordrivelse af de strukturer, der er omfattet af DKG scan line er synlig på ordinat. I eksemplet vist i figur 4 c-F, DKG scan line positioner af toppen og siden blev udvalgt halvvejs langs antero-posterior (ventro-dorsale) dimension af vocal fold, udnytte metoden beskrevet af Hampala mfl., EQ. 127.

De laterale og caudo-kraniel fordrejning af glottis, var afgrænset af ringere og overlegen vocal fold kanter, spores inden for DKG data (tal 4E og 4F) og angivet i metriske enheder baseret på video frame rate og kalibrering oplysningerne indlejret i videoer (figur 4 g og H). En rekonstruktion af den todimensionale (sideretningen og lodret) glottal bevægelse i midten af den vocal fold (dvs. stedet af maksimale vibrerende amplitude) over tre komplette glottal cyklusser er vist i figur 4E og F. Under størstedelen af den glottal cyklus var vocal fold i kontakt med glasplade (der repræsenterer glottal lukning), men med varierende kontakt dybde. I den åbne fase (dvs., når vocal fold ikke er i kontakt med glasplade), spor af ringere og den overlegne vocal fold kanten fuse, og de udviser en kompleks cyklisk bevægelse mønster, delvis enig med resultater fra andre undersøgelser 5 , 20 , 36 , 37 (motion mønster findes i mennesker har tendens til at være mere elliptisk end krondyr prøven undersøges her). Interessant nok, nået den lodrette forskydning en vibrerende amplitude af ca 10 mm, dvs., næsten en størrelsesorden større end hvad der blev fundet i mennesker.

Vurdering af vocal fold kontaktområde

Electroglottography (æg)38 er en udbredt non-invasiv metode til at måle ændringer i relative vocal fold kontaktområde (VFCA) under phonation. En lav intensitet, høj frekvens nuværende er gået mellem to elektroder placeret på vocal fold plan på hver side af strubehovedet. Admittance variationer som følge af vocal fold (de) at kontakte under larynx lydproduktion er stort set proportionalt med den tidsvarierende relative vocal fold kontakt område39. ÆG signal antages for at være en pålidelig fysiologiske korrelat af vocal fold vibrationer, som afspejler den grundlæggende frekvens og oscillerende regimet (uregelmæssig eller periodiske, herunder bifurcationer). Trods dens brede anvendelse, er, mulige direkte forholdet mellem VFCA og æg bølgeform indtil for nylig kun blevet testet i en enkelt undersøgelse17, tyder på en ca lineær sammenhæng mellem VFCA og æg signal størrelsesorden. Flow-induceret vocal fold vibrationer var dog ikke undersøgt i denne undersøgelse. Derfor, en grundig empiriske evaluering af æg som målestok for relativ VFCA under ordentlige fysiologiske forhold var derfor stadig nødvendigt.

I denne sag, har denne gruppe af forfattere for nylig undersøgt tre red deer larynges i en skåret hemi-strubehovedet forberedelse udnytter en strømførende glas plade27. Tiden varierende kontakt mellem den vocal fold og glasplade blev overvåget af high-speed optagelser i sagittale flyet på 6000 fps, resultater synkroniseret med æg signal med en nøjagtighed på ± 0,167 ms. repræsentant fra at undersøgelsen er vist i Figur 5, der angiver et gennemsnit til god aftale mellem æg signal og VFCA – Se reference27 for detaljer).

Figure 5
Figur 5 : Sammenligning af vocal fold kontaktområde (VFCA) og electroglottographic (æg) bølgeform. (A-D) Video-stillbilleder fra video højhastighedsdata viser sideudsigt over et krondyr hemi-strubehovedet på fire øjeblikke i en glottal cyklus. Manuelt vurderet vocal fold kontaktområde (dvs, det område, hvor den vocal fold var i kontakt med den lodrette glasplade i opsætningen af hemi-strubehovedet) er overlejret i cyan. (E) sammenligning af normaliserede æg og VFCA data for vocal fold kontakt fase af en glottal cyklus. VFCA data stammede fra vurdering af vocal fold kontaktområde (optalt i pixels) over den glottal cyklus. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Hemi-strubehovedet forberedelse deler fordele ved "konventionelle" (fuld) skåret strubehovedet setup: sådan en eksperimenterende tilgang, fysiske og fysiologiske randbetingelser og parametre (f.eks. subglottal pres eller vocal fold brudforlængelse) kan være kontrolleret ganske godt. Hemilarynx adfærd er homologe til af en fuld strubehovedet med en perfekt lateral symmetri, med undtagelsen, at omfanget af nogle parametre (fx., strømningshastighed, lydtryk) er reduceret med ca. 50%, men stadig er inden for realistisk intervaller16. Den store ulempe ved fuld skåret strubehovedet tilgang, dvs., manglen synlighed af vocal fold overfladen langs dimensionen superior-inferior (caudo-kraniel) er overvundet i opsætningen af hemi-strubehovedet ved at give en sideudsigt over den vibrerende vokal Fold. Opsætningen af hemi-strubehovedet herigennem tillader vurdering af vocal fold bevægelse i flere dimensioner, der er afgørende, når de forsøger at forstå de finere detaljer af biofysiske lyd generation mekanisme i mennesker og rettighedsbegrebet pattedyr.

Her, er flere eksemplarisk anvendelser af opsætningen hemi-strubehovedet blevet påvist. Dokumentation af vocal fold vibrationer fra to kameravinkler tillader yderligere kvalitative og kvantitative dataanalyse. Kymographic glottal bevægelse analyse i den lodrette retning, nyligt indført i dette papir, giver mulighed for genopbygningen af de tidsmæssige geometriske variationer af glottis langs en valgte position på antero-posterior (dorso-ventrale) glottal akse. Når gentage denne analyse for flere point equidistantly fordelt langs den glottal akse, kunne den hele glottal motion rekonstrueres. Bemærk, at denne tilgang giver sammenlignelige men ikke identiske resultater i forhold til vurdering af vocal fold bevægelse af mærkning og sporing af individuelle "fleshpoints" i vocal fold væv (også på point ikke danner glottis), fxmed mikro-suturer20 eller siliciumcarbid partikler5,40. Præcis viden om tidsvarierende glottal geometri i tre dimensioner er afgørende for yderligere at undersøge oplysninger om den glottal luftstrøm og dens samspil med den vibrerende larynx væv. For eksempel beregningsmæssige modeller af selvbærende vocal fold vibrationer forbedres som mere empiriske data vedrørende punkt luftstrømmen jet adskillelse 41,42,43,44, 45,46,47,48 bliver tilgængelige.

Som illustreret i figur 5, hemi-strubehovedet forberedelse giver mulighed for vurdering af vocal fold kontaktområde (VFCA) under selvbærende vocal fold vibrationer. For én, viden om tidsvarierende relative omfanget af VFCA er nyttige til at validere resultater fra electroglottographic målinger27, som ægget er en meget udbredt metode for non-invasiv vurdering af vocal fold vibrationer in vivo. Desuden, måling af den nøjagtige VFCA geometri og dens variation over tid kan vise sig for at være afgørende for bedre at forstå begrebet vocal fold kontakt dybde 49 og dets potentielle relation til hastigheden af de såkaldte slimhinde bølge50 , 51 , 52 , 53. der, en luftstrøm-drevet omrejsende bølge opstår inden for overflade dækker lag af væv, vocal fold. Denne bølge flytter oprindeligt sammen med den trans-glottal luftstrøm fra ringere til overlegen vocal fold kant, og derefter det udbreder lateralt på tværs af øvre vocal fold overfladen en gang hver oscillerende cyklus54.

Alt taget i betragtning, er hemi-strubehovedet tilgang en kraftfulde endnu ikke udbredte bestanddel af den foreliggende arsenal af empiriske metoder til grundlæggende stemme videnskab. Her, en tutorial til at skabe en hemi-strubehovedet forberedelse præsenteres, og nogle potentielle fremtidige applikationer diskuteres. De givne instrukser kan bidrage til at forbedre repeterbarhed af eksperimenter på tværs af forskellige øvelser, således at give stemme forskere med potentiale for bedre at forstå biomekanik af stemme produktion.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af en APART grant af det østrigske akademi for Videnskaber (CTH), teknologi agenturet af Den Tjekkiske Republik projekt nr. TA04010877 (CTH, VH og JGS), og tjekkiske Science Foundation (GACR) projekt ingen GA16-01246S (til JGS). Vi takker W. Tecumseh Fitch for hans forslag til at bruge protesen Fikseringsvæske fløde og Ing. P. Liska fra tjekkiske hær Forest Service for hans hjælp i at erhverve skåret deer larynges.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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). , National Center for Voice and Speech. Iowa City, IA. (2000).
  3. Cooper, D. S. Ch. 95. Otolaryngology - head and neck surgery. Cummings, C. W., Fredrickson, J. M., Harker, L. A., Schuller, D. E., Krause, C. J. 3, C. V. Mosby. St. Louis and Toronto. 1728-1737 (1986).
  4. Titze, I. R. The myoelastic aerodynamic theory of phonation. Titze, I. R. , National Center for Voice and Speech. Denver CO and Iowa City IA. 1-62 (2006).
  5. Baer, T. Investigation of phonation using excised larynxes (Doctoral dissertation). , Massachusetts Institute of Technology. Cambridge, Mass. (1975).
  6. Bless, D. M., Patel, R. R., Connor, N. Ch. 11. The Larynx. Fried, M. P., Ferlito, A. I, Third Edition, Plural Publishing. San Diego, CA. 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. Ch. 2. Paidoussis, M. P. Proceedings of the 5th International Symposium on Fluid Structure Interaction, Aeroelasticity, Flow Induced Vibration and Noise (IMECE2002), Vol.3 ASME Int. Mechanical Engineering Congress, 17-22 November 2002, New Orleans, Louisiana, USA (CD-ROM)., New Orleans, Louisiana, USA, , 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). , Department of otolaryngology, Kurume University. Kurume, Japan. (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. Vocal physiology: voice production, mechanisms and functions. Fujimura, O. , Raven Press. New York. 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. , Voice Acoustics and Biomechanics Laboratory, Department of Speech Pathology and Audiology, The University of Iowa. (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. , 3, Prentice Hall. New Jersey. (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. AQL 2003 Hamburg: Proceeding Papers for the Conference Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research. (CD ROM). Schade, G., Müller, F., Wittenberg, T., Hess, M. , IRB Verlag. Stuttgart, Germany. 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. Vocal Fold Physiology. Stevens, K. N., Hirano, M. , University of Tokyo Press. Tokyo. 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. AQL 2013, Proceedings of the 10th International Conference on Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research. Deliyski, D. D. , AQL Press. Cincinnati, Ohio, USA. 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, Springer-Verlag. Wien, Austria. (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. Ch. 6. Vertebrate Sound Production and Acoustic Communication. Suthers, R. A., Fitch, W. T., Fay, R. R., Popper, A. N. , Springer International Publishing. Switzerland. 159-189 (2016).

Tags

Fysiologi sag 129 stemme produktion hemi-strubehovedet skåret strubehovedet vokal folder kymographic glottal bevægelse analyse vocal fold kontakt VFCA electroglottography
Hemi-larynx Setup for at studere Vocal Fold vibrationer i tre dimensioner
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter