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

Pour comprendre comment la voix humaine et celle des mammifères est produite, il est important d'étudier les vibrations des cordes vocales. Comme elles sont difficiles à observer à l'intérieur du corps, des larynx excisés ont été utilisés afin d'obtenir des informations plus détaillées sur le comportement et les propriétés des cordes vocales. Dans cette vidéo, nous montrons comment créer un montage dit de « demi-larynx ».

Une moitié du larynx est retirée afin de visualiser la vibration des plis vocaux non seulement d'en haut, mais aussi de côté. Cela présente un avantage pour l'étude des caractéristiques vibratoires qui restent cachées dans un montage conventionnel utilisant un larynx entier. Dans cette démonstration, le larynx d'un cerf rouge sera utilisé.

Étant donné que les spécimens de larynx utilisés sont généralement congelés rapidement dans de l'azote liquide et conservés au congélateur, il est nécessaire de décongeler correctement le spécimen choisi afin de ne pas altérer les propriétés biomécaniques du tissu. Tout d'abord, insérez le larynx congelé dans un sac d'autoclave double ou tout autre sac en plastique à fermeture étanche à l'eau. Ajoutez également un poids, qui permet de maintenir le larynx sous la surface de l'eau.

Sceller le sac et le placer dans un bain-marie à une température d'environ 30 degrés Celsius jusqu'à ce que le larynx soit complètement décongelé. Une fois le larynx entièrement décongelé, le sortir du sac et le nettoyer soigneusement avec une solution saline. Le cas échéant, retirer les structures superflues telles que les muscles externes du cou ou l'os hyoïde.

Pour certaines questions de recherche en bioacoustique, les structures supralaryngées peuvent être conservées intactes, ce qui limite toutefois la visibilité des cordes vocales depuis le haut. Raccourcir la trachée à une longueur d'environ 45 centimètres afin de pouvoir ultérieurement monter le larynx sur un tube d'apport d'air. Avant de poursuivre la préparation, vérifier toujours le larynx à la recherche d'anomalies tissulaires éventuelles et de fissures pouvant apparaître lors du processus de congélation rapide.

L'étape suivante consiste à exposer une moitié du cartilage thyroïde. Commencez par retirer les muscles laryngés externes à l'aide d'un scalpel. Initiez la coupe par une incision verticale initiale à travers la partie antérieure du cartilage thyroïde.

Diriger soigneusement l'incision davantage vers le côté qui doit être retiré afin d'éviter d'endommager le pli vocal qui doit être préservé et étudié. Si le cartilage est trop rigide en raison d'une ossification, utiliser une petite scie. Ensuite, sectionner le cartilage cricoïde dans le plan médiansagittal.

Réalisez l'incision verticalement entre les cartilages aryténoïdes et arrêtez-vous approximativement au niveau horizontal de l'incisure thyroïdienne inférieure. Reliez les deux incisions en effectuant une coupe horizontale à partir de l'extrémité inférieure de l'incision verticale sur le cartilage cricoïde, puis prolongez la coupe vers l'incisure thyroïdienne inférieure. Rabattez le côté du larynx destiné à être retiré vers l'extrémité antérieure et pratiquez une incision verticale à travers les tissus mous sur la face interne du cartilage thyroïde.

Ce moment est le plus crucial de toute la procédure. Par conséquent, faites extrêmement attention lors de la réalisation de l'incision depuis l'attache antérieure des cordes vocales jusqu'au cartilage thyroïde. Si le cartilage thyroïde est sectionné correctement, le glotte résultant présentera toujours un léger espace antérieur.

Afin d'exposer les cordes vocales pour obtenir une bonne vue supérieure, il peut parfois être utile de retirer également les structures situées au-dessus des cordes vocales. Dans certains cas, les tissus mous internes du larynx perdent leur connexion avec le cartilage thyroïde après la procédure de coupe et gênent les cordes vocales. Dans ce cas, l'ablation de ce tissu excédentaire est inévitable.

Enfin, retirer une petite partie du cartilage thyroïde postérieur afin de faciliter l'adduction des cordes vocales par les aryténoïdes. Le larynx présente désormais une mortaise en forme de L, correspondant à l'agencement en plaque de classe en L utilisé dans le montage. Le côté gauche de l'hémi-larynx offre une vue médiale où les incisions réalisées dans le cartilage thyroïde et le cartilage cricoïde sont visibles, ainsi que la corde vocale restante et le cartilage aryténoïde.

Le dispositif expérimental pour les hémilarynx se compose de trois parties de base. Un tube d'arrivée d'air qui achemine de l'air réchauffé et humidifié vers le larynx. Ensuite, deux plaques transparentes servant de remplacement aux parties laryngées retirées, ainsi que les fourchettes destinées à l'adduction de la corde vocale étudiée et à la stabilisation du larynx.

Maintenant, nous allons monter le larynx sur le tube d'arrivée d'air. Recouvrez le tube de crème adhésive pour prothèses dentaires et fixez le larynx à l'aide de sa trachée. La crème adhésive pour prothèses dentaires agit comme un adhésif et scelle les éventuels espaces.

Fixez la trachée à l'aide d'une sangle en plastique serrée ou d'une autre pince appropriée. Recouvrez également les bords de la coupe avec la crème adhésive pour prothèses dentaires et fixez les plaques transparentes. Stabilisez le cartilage thyroïde et rapprochez le pli vocal à l'aide des broches.

À ce stade, le dispositif hémilaryngé est prêt à l'emploi. Appliquez le débit d'air et vérifiez la présence de fuites. Si l'air s'échappe sur les côtés, obturez les espaces en ajoutant un peu plus de crème fixative.

Pour observer les vibrations des cordes vocales en temps réel, une lumière stroboscopique peut être utilisée. L'application principale du montage hémilaryngé est d'observer les vibrations des cordes vocales non seulement depuis le haut, mais aussi depuis le côté. À cette fin, deux caméras vidéo haute vitesse synchronisées sont utilisées.

Une pour la vue de dessus et une pour la vue latérale. Ici, on observe la vibration des cordes vocales de l'hémi-larynx, enregistrée par deux caméras synchronisées fonctionnant à 6 000 images par seconde. Le panneau gauche montre la vue de dessus et le panneau droit montre la vue latérale.

Les cordes vocales vibrent à une fréquence d'environ 70 cycles par seconde et les vidéos capturées sont présentées ici au ralenti. L'espace entre la corde vocale et la plaque de verre est appelé le glotte. Il peut être quantifié en mesurant sa surface au cours du temps.

Ici, cette zone glottique est exprimée en pixels. Elle est nulle lorsque le pli vocal est en contact avec la plaque de verre et non nulle lorsqu'un flux d'air traverse la glotte. L'analyse du signal acoustique résultant du processus de vibration des plis vocaux dans l'hémi-larynx montre que les principaux événements d'excitation acoustique se produisent à deux moments au cours d'un cycle vibratoire.

Au moment de l'ouverture glottique, lorsque le pli vocal perd le contact avec la plaque de verre, et au moment de la fermeture glottique lorsque le pli vocal a de nouveau établi un contact complet avec la plaque de verre. Dans l'animation suivante, la surface de contact variable dans le temps entre le pli vocal et la plaque de verre est représentée en orange pour un cycle vibratoire. Ici, le montage d'hémi-larynx est utilisé pour valider une méthode appelée électroglottographie ou EGG.

Le signal EGG enregistré simultanément est représenté ici en bleu. Il existe une corrélation raisonnablement bonne entre la surface de contact des cordes vocales et le signal EGG. Ceci est documenté plus en détail dans une étude récente de notre groupe.

Dans la dernière section de cette vidéo, nous présentons une méthode novatrice permettant d'évaluer la vibration des cordes vocales en trois dimensions, appelée l'analyse chimographique du mouvement glottique. Dans un chimogramme numérique, les informations d'image situées le long d'une ligne dans une vidéo à haute vitesse sont analysées pour chaque image et représentées de gauche à droite. Le chimogramme obtenu montre le mouvement de la structure des cordes vocales le long de la ligne de balayage tel qu'il évolue dans le temps.

Des chimogrammes sont générés pour les vues supérieure et latérale, les lignes de balayage chimographiques étant placées exactement au milieu de la corde vocale. Le décalage temporel des bords des cordes vocales est tracé. Le graphique en bleu clair montre la déviation latérale de la corde vocale, tandis que les graphiques rouge et vert montrent respectivement la déviation verticale des bords inférieur et supérieur de la corde vocale.

Les informations obtenues peuvent être combinées pour synthétiser une animation montrant le mouvement des cordes vocales en deux dimensions, tel qu'observé au niveau de la ligne médiane glottique. Dans cette vidéo, nous avons fourni un tutoriel pour créer un montage de larynx hémisé. Nous avons montré certaines applications possibles pour évaluer la vibration des plis vocaux non seulement depuis le dessus, mais aussi depuis le côté, ajoutant ainsi des données empiriques essentielles à une meilleure compréhension d'un aspect fondamental de la production de la voix.