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Article de méthode

Hemi-laryngée Setup pour étudier la Vibration du champ Vocal en trois Dimensions

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DOI :

10.3791/55303

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25 novembre 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

Dans cet article

Résumé

Cet article présente un protocole pour la préparation de spécimens hémi-larynx facilitant une vue multidimensionnelle de la vibration du champ vocal, afin d’étudier divers aspects biophysiques de la production de la voix chez les humains et les mammifères non humains.

Résumé

La voix de l’homme et de la plupart des mammifères non humains est générée dans le larynx par oscillation autonome des plis vocal. Une documentation visuelle directe de vibration du champ vocal est difficile, en particulier chez les mammifères non humains. Comme alternative, larynx excisés expériences offrent la possibilité d’enquêter sur la vibration du champ vocal dans des conditions physiologiques et physiques contrôlées. Cependant, l’utilisation d’un larynx complet fournit simplement une vue de dessus des plis vocal, à l’exclusion des parties essentielles des structures oscillants d’observation au cours de leur interaction avec les forces aérodynamiques. Cette limitation peut être surmontée en utilisant une configuration de l’hémi-larynx où la moitié du larynx est mi-sagittally supprimé, fournissant fois supérieur et une vue latérale du pli vocal restant pendant les oscillations auto-entretenue.

Ici, un guide étape par étape pour la préparation anatomique des structures de l’hémi-larynx et leur fixation sur le banc de laboratoire est donné. Phonation exemplaire de la préparation de l’hémi-larynx est documentée avec des données vidéo à haute vitesse, capturées par deux caméras synchronisées (vues supérieures et latérales), affichage en trois dimensions de champ vocal motion et zone de contact correspondante instationnaire. La documentation de l’installation de l’hémi-larynx dans cette publication facilitera l’application et répétabilité fiable dans la recherche expérimentale, fournissant des scientifiques de la voix avec la possibilité de mieux comprendre la biomécanique de la production de la voix.

Introduction

Voix est généralement créé par vibrant tissu laryngé (principalement les plis vocaux), qui convertit un flux d’air constant, fourni par les poumons, dans une série d’impulsions d’air. L’onde de pression acoustique (c.-à-d., le son principal) émergeant de cette séquence d’impulsions de débit acoustique excite le tractus vocal qui les filtre, et le résultat sonore est émis de la bouche et (dans une certaine mesure) par le nez1 . La composition spectrale du son généré est largement influencée par la qualité de la vibration du champ vocal, régie par la biomécanique laryngé et les interactions avec la trachée d’air2. Tous les deux dans une clinique et un contexte de recherche, documentation et l’évaluation de la vibration du champ vocal est donc avant tout intérêt lorsque l'on étudie la production vocale.

Chez l’homme, directe investigation endoscopique du larynx au cours de la production sonore en vivo est un défi, et il est pratiquement impossible chez les mammifères non humains, compte tenus des moyens technologiques actuels. Par conséquent et afin de garantie soigneusement contrôlée physiques et/ou physiologiques boundary conditions expérimentales, l’utilisationdes excisés larynges3,4 est dans bien des cas un remplacement adéquat pour l’étude des in vivo mécanismes de production de la voix.

Vibration du champ vocal est un phénomène tridimensionnelle complexe5. Alors que les méthodes d’investigation classiques comme endoscopie laryngée (in vivo) ou préparations de larynx excisés fournissent en général seulement une superbe vue de la vibration de cordes vocales6, ils ne permettent pas une analyse tridimensionnelle complète de motion du champ vocal. En particulier, dans la vue supérieure les marges inférieures (caudales) des plis vocaux sont invisibles durant une partie importante du cycle vibratoire. C’est en raison du retard de phase entre l’inférieur (caudale) et le bord supérieur (crânien) des plis vocal, un phénomène est généralement observé au cours de la champ vocal oscillation5. Comme les preuves empiriques direct pour la sauvegarde des résultats de modèles mathématiques et physiques sont rares, connaissance de la géométrie et le mouvement de la voix inférieure pliez bord7et donc la géométrie du canal subglottal8,9 , 10 est indispensable pour mieux comprendre l’interaction entre le larynx d’air, champ vocal tissulaire et la résultante des forces et des pressions11,12. Un autre aspect de la vibration du champ vocal qui est cachée à la vue supérieure coutume est la profondeur verticale (caudo-craniale) du contact entre les deux plis de chant. La profondeur de contact verticale est liée à l’épaisseur verticale des plis vocal, qui est un indicateur potentiel du registre vocal utilisé en chant (« thorax » vs « fausset » Registre)13,14.

Afin de remédier aux insuffisances des préparations classiques larynx excisées (complet), une installation dite hémi-larynx peut être utilisée, où la moitié du larynx est supprimée, ce qui facilite l’évaluation des caractéristiques vibratoires des autres champ vocal en trois dimensions. Curieusement, depuis l’introduction de cette configuration dans les années 196015 et une validation initiale du concept en 199316, pas de nombreux laboratoires ont effectué des expériences avec cette approche expérimentale prometteuse17,18 ,19,20,21,22,23. Une explication pour ceci pourrait se trouve dans les difficultés de la création d’une préparation de l’hémi-larynx viable. Alors que la préparation classique excisés larynx (complet) est bien documenté4, aucune des instructions très détaillées ne sont encore disponibles pour la création d’un programme d’installation de l’hémi-larynx. Il est donc le but de ce document à fournir un tutoriel pour créer une configuration fiable reproductible hémi-larynx, complétée par les résultats expérimentaux de spécimens de red deer.

Un programme d’installation de l’hémi-larynx partage de nombreuses caractéristiques avec une configuration du larynx excisées « classiques », tels que les équipements de mesure, à grande vitesse ou autre technologie d’imagerie afin de documenter adéquatement les vibrations des structures laryngées au cours de la génération de sons, ou d’établissement apport d’air chauffé, humidifié. Ces considérations générales d’installation sont décrits en détail à la fois un livre chapitre4 et un rapport technique du Centre National de la voix et la parole24. La réitération des présentes instructions serait au-delà de la portée de ce manuscrit. Ici, seules les directives spécialisées pour générer un programme d’installation de l’hémi-larynx sont présentés.

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Protocole

Les spécimens animaux analysés dans le présent document ont été traités conformément aux exigences éthiques standards de l’Université Palacky à Olomouc, République tchèque. Ils proviennent des cerfs vivant sauvagement dans les forêts, qui ont été chassés par l’armée tchèque Forest Service pendant une saison de chasse régulière.

1. préparation de l’échantillon de l’hémi-larynx

Remarque : Seuls spécimens préparés correctement doivent servir, comme il est indiqué dans le4 . Rapide congélation du larynx25 immédiatement après excision et stockage à-80 ° C réduit le potentiel de dégradation des tissus et l’altération des propriétés biomécaniques et permet de réaliser les expériences tout moment opportun.

  1. Dégivrage du larynx
    1. Insérez le larynx congelé dans deux sacs d’autoclave ou tout autres sacs en plastique avec fermeture étanche. Sceller les sacs et les mettre dans un bain d’eau chauffé à 30 ° C jusqu'à ce que le larynx est complètement décongelé. La durée requise varie de quelques heures à plus d’une journée, selon la taille du larynx et de la température de congélation.
  2. Nettoyage du larynx
    1. Après que le larynx est décongelé, retirez-la de la sac et nettoyez-la soigneusement avec une solution saline (0,9 % NaCl).
    2. Retirer délicatement le tissu superflu le cas échéant (muscles du cou c'est-à-dire externe, os hyoïde etc.) sans endommager les principales structures laryngées et raccourcir la trachée d’une longueur suffisante pour le montage du larynx sur un tube d’alimentation en air (habituellement env. 4-5 cm).
    3. Vérifier le tissu laryngé de possibles anomalies du tissu comme plaies, déformations organiques ou fissures potentiellement survenus depuis le processus de congélation, ce qui pourrait rendre le larynx impropre à l’expérience.
  3. Exposition des cartilages thyroïde et cricoïde
    1. Retirer les pièces du tissu musculaire laryngé externe autour du cartilage thyroïde et cricoïde, à l’aide d’un scalpel, exposant ainsi les cartilages en préparation pour la coupe longitudinal créant l’hémi-larynx. Cette étape de préparation est représentée dans la Figure 1 a et 1 b.
  4. Misagittal couper à travers le cartilage thyroïde
    1. Faire une coupe verticale initiale par le biais de la partie antérieure du cartilage thyroïde.
    2. Placez délicatement la coupe un peu plus sur le côté qui est sur le point d’être supprimé, pour ne pas endommager le champ vocal qui doit rester préservée. Si possible, utiliser un scalpel pour la coupe. Si le cartilage est ossifié, utilisez une petite scie.
  5. Couper le cartilage cricoïde
    1. Conduire la coupe verticale (bas) d’entre les cartilages de cartilage, puis traverse le cartilage cricoïde à un niveau approximativement horizontal de l’encoche inférieure thyroïde.
  6. Suppression d’un champ vocal, créant une incision en forme de L dans le larynx
    1. Faire une horizontale coupé à partir de l’extrémité inférieure de la coupe verticale déjà faite dans le cartilage cricoïde et conduire la nouvelle coupe vers l’encoche inférieure thyroïde. Sa partie antérieure plier le côté du larynx qui va être supprimé.
    2. Faire une verticale couper à travers les tissus mous sur le côté intérieur du cartilage thyroïde - soyez prudent en conduisant la coupe entre l’attachement antérieur des plis vocal pour le cartilage thyroïde, évitant ainsi des dommages au bercail vocal.
  7. Raffinement de la coupe à travers le cartilage thyroïde
    1. Utiliser un scalpel, une scie ou un fichier, afin d’appliquer une coupe droite avec précision dans le cartilage thyroïde, ainsi obtenir comme près que possible de la partie antérieure du pli vocal préalablement inspecté.
    2. Enlever également une petite partie du cartilage thyroïde postérieur, afin de créer un espace pour l’insertion de la broche pour les adducteurs le cartilage cartilage et donc le vocal fold (voir ci-dessous). Cette étape de préparation est représentée dans la Figure 1 et D 1.
      Remarque : Selon la question de recherche, exposition complète de l’ensemble vocal fold peut être nécessaire pour permettre à sa visibilité par le haut. Dans un tel cas, les structures au-dessus du pli vocal (vrai) (c.-à-d. le ventriculaire ou vestibulaire pli, selon le cas, compte tenu de l’anatomie de l’échantillon) doivent être retirés. Chez certains spécimens intérieure chairs laryngé ci-dessus les plis vocal risque de perdre sa connexion avec le cartilage thyroïde et interfère avec le champ vocal au cours de la vibration, causant potentiellement des parasites (surtout) oscillatoires irréguliers. Dans ce cas une extraction soigneuse de ce tissu est inévitable.

figure-protocol-1
Figure 1 : Montage et préparation de l’hémi-larynx. (A) et (B) nettoyé spécimen de larynx, vue médiale et postérieure, avant l’enlèvement du pli vocal gauche ; (C) et (D) préparés hémi-larynx avec incision en forme de L (gauche champ vocal supprimé), médiale et vue postérieure. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

2. hémi-larynx Experiment

  1. Configuration de l’hémi-larynx
    1. Utiliser un tube d’alimentation en air qui fournit l’air réchauffé et humidifié dans le larynx.
    2. Construire deux disposées perpendiculairement plaques transparentes en substitution de pièces démontées de larynx.
    3. Utilisation lames 4 pour augmenter la stabilité du larynx et de création d’une configuration correcte pre-phonatory larynx par adducteurs du pli vocal reste sur la plaque de verre verticale (voir Figure 2 a).
      Remarque : Théoriquement, les plis de la voix peut également être en adduction par des sutures et des poids sur un système de poulie-levier 26 . Toutefois, une telle démarche a, à la connaissance de ces auteurs, pas encore été tentée pour une préparation de hemilarynx.

figure-protocol-2

Figure 2 : Configuration de l’hémi-larynx. (A) structures de soutien : tube d’alimentation, arrangement de plaque de verre en forme de L, broches de l’adduction de l’air. (B) monté préparation hémi-larynx avec broches de l’adduction. (C) et (D) plans rapprochés de l’hémi-larynx-préparation, vu du côté et du dessus, respectivement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

  1. Montage de l’hémi-larynx
    1. Couvrir le tube d’alimentation air avec fixateur de prothèse crème et monter le larynx à l’aide de la partie restante de sa trachée. La Fixateur crème fonctionne comme un adhésif et ferme les lacunes éventuelles, créant ainsi un joint étanche à l’air.
    2. Fixez la trachée avec un plastique bracelet ou un collier de serrage.
    3. Aussi couvrir les bords de la coupe à travers le cartilage thyroïde avec le fixateur crème, tout en évitant la propagation Fixateur crème sur le champ vocal ou tissus mous laryngés internes.
    4. Fixer les plaques transparentes.
  2. Stabilisation du cartilage thyroïde, adduction du pli vocal à l’aide de broches
    1. Utiliser les broches d’adduit du pli vocal à la plaque et de stabiliser le cartilage thyroïde.
    2. Après que la Fixateur crème a défini, appliquez le flux d’air afin d’établir l’oscillation champ vocal et contrôle d’étanchéité possible entre l’hémi-larynx et les plaques de verre.
    3. Sceller les lacunes éventuellement présents en ajoutant plus de crème fixateur.

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Résultats

Illustrations de la préparation de l’hémi-larynx et sa fixation sur le tube d’alimentation air, telles que citées dans la section précédente, sont fournies au tableau 1 et Figure 2, respectivement.

Documentation de la vibration du champ vocal de deux angles de caméra

Induite par le flux d’air ...

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Discussion

La préparation de l’hémi-larynx partage les avantages de la configuration du larynx excisées (complet) « classiques » : dans une telle approche expérimentale, les conditions aux limites physiques et physiologiques et paramètres (par exemple pression subglottal ou allongement du champ vocal) peuvent être assez bien contrôlé. Le comportement de la hemilarynx est homologue à celui d’un larynx complet avec une parfaite latéral de symétrie, à l’exception que l’ampleur de certains paramètres (par exemple., débit d’air...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par une subvention APART de l’Académie autrichienne des Sciences (CTH), l’Agence des technologies de la République tchèque du projet no. TA04010877 (CTH, VH et JGS), et la Fondation tchèque de la Science (GACR) du projet aucune GA16-01246S (à JGS). Nous remercions W. Fitch Tecumseh pour sa suggestion d’utiliser prothèse Fixateur crème et Ing. P. Liska du Service des forêts armée tchèque pour son aide dans l’acquisition des larynges cerf excisés.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Lames chirurgicalesSurgeonJai Surgical Ltd., New Delhi, Inde
Scieà main (Lux, longueur 150 mm)Lux, Wermelskirchen, Allemagne
ThermomètreTesto 922Testo Ltd., Hampshire, UKSonde de type K, Température de fonctionnement -20 à +50 ° ; C
Sacs autoclaveSacs autoclavevwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, République
Plaques de verre conductrices SurmesureUPOL - Laboratoire commun d’optique
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, la République
fixatricepour tures dentairesBlend-a-dent Natural
Prongs et systèmede fixationProfilés Kanya Al eloxed personnalisésDistributeur : VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, République tchèque ;  ; Combinaison des systèmes de fixation Kanya RVS et PVS (http://www.kanya.cz/) + broches sur mesure
Tube de montageSur mesureUPOL - Laboratoire commun d’optique,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, la République
tchèqueLampe LEDVerbatim 52204 Lampe LEDMitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japon
CaméraCanon EOS1100DCanon Inc.Objectif 18-55 mm
Pompe à airResun LP100Resun Lumière stroboscopique
ELMED Helio-Strob micro2ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Allemagne
Humidificateursur mesure, Département de biophysique, Faculté des sciences, Université Palacky Olomouc, République
Tractussubglottique réglable sur mesureLaboratoire de recherche vocale, Département de biophysique, Faculté des sciences, Université Palacky d’Olomouc, République tchèqueHampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., et Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585 : Modèle subglotickeho traktu. [Modèle d’utilité n° 25585 : Modèle de tractus sous-glottal] (En tchèque) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi
tchèque tchèque.Crème Laboratoire de recherche vocale tchèque

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