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

Um zu verstehen, wie die menschliche und säugetierliche Stimme erzeugt wird, ist es wichtig, die Schwingungen der Stimmlippen zu untersuchen. Da ihre Untersuchung im Körperinneren schwierig ist, wurden exzidierte Larynxe verwendet, um detailliertere Informationen über das Verhalten und die Eigenschaften der Stimmlippen zu erhalten. In diesem Video zeigen wir, wie man einen sogenannten Hemi-Larynx-Aufbau erstellt.

Die Hälfte des Kehlkopfs wird entfernt, um die Stimmlippenvibration nicht nur von oben, sondern auch von der Seite sichtbar zu machen. Dies ist vorteilhaft für die Untersuchung von Schwingungsmerkmalen, die bei einer herkömmlichen Anordnung mit einem intakten Kehlkopf verborgen bleiben. In dieser Demonstration wird der Kehlkopf eines Rotwildes verwendet.

Da die verwendeten Larynxpräparate in der Regel schnell in flüssigem Stickstoff eingefroren und im Gefrierschrank gelagert werden, ist es notwendig, das ausgewählte Präparat richtig aufzutauen, um die biomechanischen Eigenschaften des Gewebes nicht zu verändern. Zunächst das gefrorene Larynx in einen zweifachen Autoklavenbeutel oder einen anderen wasserdicht verschließbaren Plastikbeutel geben. Fügen Sie außerdem ein Gewicht hinzu, das dabei hilft, das Larynx unter der Wasseroberfläche zu halten.

Den Beutel verschließen und in ein Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 30 Grad Celsius stellen, bis der Kehlkopf vollständig aufgetaut ist. Nachdem der Kehlkopf vollständig aufgetaut ist, diesen aus dem Beutel nehmen und gründlich mit Kochsalzlösung säubern. Falls vorhanden, überflüssige Strukturen wie äußere Nackenmuskeln oder das Zungenbein entfernen.

Für bestimmte bioakustische Forschungsfragen können die supralaryngealen Strukturen erhalten bleiben, was jedoch die Sicht auf die Stimmlippen von oben einschränkt. Verkürzen Sie die Luftröhre auf eine Länge von etwa 45 Zentimetern, damit sie später zur Montage des Kehlkopfs auf ein Luftzufuhrrohr verwendet werden kann. Prüfen Sie vor Beginn der Präparation den Kehlkopf stets auf mögliche Gewebestörungen und gelegentlich auftretende Risse, die während des Schnellgefrierprozesses entstanden sein könnten.

Im nächsten Schritt wird eine Hälfte des Schilddrüsenknorpels freigelegt. Entfernen Sie zunächst die äußeren Kehlkopfmuskeln mit einem Skalpell. Beginnen Sie den Schnitt mit einem vertikalen Schnitt durch den vorderen Teil des Schilddrüsenknorpels.

Führen Sie den Schnitt sorgfältig stärker auf die Seite, die entfernt werden soll, um Schäden am Stimmband, das erhalten und untersucht werden muss, zu vermeiden. Falls der Knorpel aufgrund einer Verknöcherung zu starr ist, verwenden Sie eine kleine Säge. Anschließend schneiden Sie den Krikoidknorpel mittelsagittal durch.

Erstellen Sie den Einschnitt vertikal zwischen den Kehlkopfknorpeln und stoppen Sie etwa auf der horizontalen Ebene der unteren Schilddrüsenkerbe. Verbinden Sie beide Einschnitte durch einen horizontalen Schnitt, der am unteren Ende des vertikalen Einschnitts im Kehlkopfschildknorpel beginnt, und führen Sie den Schnitt in Richtung der unteren Schilddrüsenkerbe. Klappen Sie die Seite des Kehlkopfs, die entfernt werden soll, nach anterior und führen Sie einen vertikalen Schnitt durch das Weichgewebe an der Innenseite des Schilddrüsenknorpels.

Dies ist der entscheidende Moment des gesamten Verfahrens. Seien Sie daher äußerst vorsichtig, wenn Sie den Einschnitt von der vorderen Anheftung der Stimmbänder bis zum Schilddrüsenknorpel anlegen. Wenn der Schilddrüsenknorpel korrekt durchtrennt wird, weist der resultierende Glottis stets eine leichte vordere Lücke auf.

Um die Stimmlippen freizulegen und eine gute dorsale Sicht zu erhalten, ist es manchmal sinnvoll, auch die Strukturen oberhalb der Stimmlippen zu entfernen. In einigen Fällen lösen sich die inneren weichen Larynxtaschen nach dem Schneidevorgang von dem Schilddrüsenknorpel und stören die Stimmlippe. In einem solchen Fall ist die Entfernung dieses überschüssigen Gewebes unvermeidlich.

Entfernen Sie abschließend einen kleinen Teil des hinteren Schilddrüsenknorpels, um die Stimmfaltenadduktion über die Kehlkopfknorpel zu erleichtern. Der Kehlkopf weist nun eine L-förmige Sterbeöffnung auf, die zur L-förmigen Klassenplattenanordnung passt, die in der Versuchsanordnung verwendet wird. Die linke Seite des Hemi-Kehlkopfs bietet eine mediale Ansicht, in der die Schnitte im Schilddrüsen- und im Ringknorpel zusammen mit der verbliebenen Stimmlippe und dem Kehlkopfknorpel sichtbar sind.

Der Versuchsaufbau für Hemi-Larynxe besteht aus drei grundlegenden Teilen. Einem Luftzufuhrschlauch, der erwärmte und befeuchtete Luft in den Larynx leitet, sowie zwei transparenten Platten als Ersatz für die entfernten Larynxtteile und den Vorrichtungen zur Adduktion des untersuchten Stimmbandes und zur Stabilisierung des Larynx.

Jetzt befestigen wir den Kehlkopf am Luftzufuhrschlauch. Bedecken Sie den Schlauch mit Zahnpflegecreme und montieren Sie den Kehlkopf über seine Luftröhre. Die Zahnpflegecreme wirkt als Klebstoff und verschließt mögliche Lücken.

Befestigen Sie die Trachea mit einem Kunststoff-Befestigungsband oder einer anderen geeigneten Klemme. Bedecken Sie auch die Kanten des Schnitts mit der Prothesenfixiercreme und befestigen Sie die transparenten Platten. Stabilisieren Sie den Schilddrüsenknorpel und adduzieren Sie die Stimmlippe mithilfe der Gabelzinken.

Zu diesem Zeitpunkt ist die halbe Larynxeinrichtung betriebsbereit. Luftstrom zuführen und auf eventuelle Lecks prüfen. Wenn die Luft seitlich entweicht, die Lücken durch Auftragen weiterer Fixiercreme abdichten.

Um die Schwingungen der Stimmlippen in Echtzeit zu beobachten, kann eine stroboskopische Beleuchtung verwendet werden. Die Hauptanwendung des Hemi-Larynx-Aufbaus besteht darin, die Schwingung der Stimmlippen nicht nur von oben, sondern auch von der Seite zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden zwei synchronisierte Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt.

Eine für die Draufsicht und eine für die Seitenansicht. Hier sehen wir die Vibration der Stimmlippe des Hemi-Larynx, dokumentiert von zwei synchronisierten Kameras, die mit 6.000 Bildern pro Sekunde laufen. Das linke Feld zeigt die Draufsicht und das rechte Feld die Seitenansicht.

Die Stimmlippe schwingt mit einer Frequenz von etwa 70 Zyklen pro Sekunde, und die aufgezeichneten Videos werden hier in Zeitlupe gezeigt. Der Raum zwischen der Stimmlippe und der Glasplatte wird als Glottis bezeichnet. Er kann quantifiziert werden, indem man seine Fläche in Abhängigkeit von der Zeit misst.

Hier wird dieser glottale Bereich in Pixeln ausgedrückt. Er ist null, wenn die Stimmlippe mit der Glasplatte in Kontakt steht, und ungleich null, wenn Luft durch die Glottis strömt. Die Analyse des akustischen Signals, das aus der Vibration der Stimmlippen im Hemi-Larynx resultiert, zeigt, dass die Hauptereignisse der akustischen Anregung während eines Schwingungszyklus zu zwei Zeitpunkten auftreten.

Zum Zeitpunkt der Glottisöffnung, wenn der Stimmlappen den Kontakt zur Glasplatte verliert, und zum Zeitpunkt der Glottisschließung, wenn der Stimmlappen erneut vollständigen Kontakt mit der Glasplatte hergestellt hat. In der nächsten Animation ist die zeitlich veränderliche Kontaktfläche des Stimmlappens mit der Glasplatte für einen Schwingungszyklus in Orange dargestellt. Hier wird der Hemi-Larynx-Aufbau verwendet, um eine Methode namens Elektroglottographie oder EGG zu validieren.

Das gleichzeitig erfasste EGG-Signal ist hier in blau dargestellt. Es besteht eine recht gute Korrelation zwischen der Stimmfaltenkontaktfläche und dem EGG-Signal. Dies wird in einer kürzlich erschienenen Studie unserer Arbeitsgruppe näher dokumentiert.

Im letzten Abschnitt dieses Videos stellen wir eine neuartige Methode zur dreidimensionalen Beurteilung der Stimmfaltenvibration vor, die als chemographische Glottisbewegungsanalyse bezeichnet wird. In einem digitalen Chemogramm wird die entlang einer Linie innerhalb eines Hochgeschwindigkeitsvideos enthaltene Bilddateninformation für jeden Videoframe erfasst und von links nach rechts aufgetragen. Das resultierende Chemogramm zeigt die Bewegung der Stimmfaltenstruktur entlang der Abtastlinie, wie sie sich über die Zeit entwickelt.

Chemogramme werden sowohl für die Ansicht von oben als auch für die Seitenansicht erstellt, wobei die chemographischen Scanlinien genau in der Mitte der Stimmlippe platziert sind. Der zeitliche Versatz der Stimmlippenränder wird verfolgt. Der hellblaue Graph zeigt die laterale Auslenkung der Stimmlippe, während die roten und grünen Graphen die vertikale Auslenkung des unteren bzw. oberen Randes der Stimmlippe darstellen.

Die resultierenden Informationen können kombiniert werden, um eine Animation zu erstellen, die die Bewegung der Glottis in zwei Dimensionen entlang der glottalen Mittellinie darstellt. In diesem Video haben wir eine Anleitung zur Erstellung eines Hemi-Larynx-Setups bereitgestellt. Wir haben einige mögliche Anwendungen zur Beurteilung der Stimmlippenvibration gezeigt, die nicht nur von oben, sondern auch von der Seite erfolgen kann, wodurch wichtige empirische Daten für ein besseres Verständnis eines zentralen Aspekts der Stimmerzeugung hinzukommen.