Name: Procédé de fabrication de modèles de cordes vocales super douces non adhésives (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-05T14:50:00.000+00:00
Duration: 6 min 24 s
Description: Découvrez la fabrication de modèles de cordes vocales super douces et non adhésives par conception assistée par ordinateur, impression 3D et moulage au silicone. Ces modèles améliorent la recherche phonétique et médicale.

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Ce projet a été soutenu par la Fondation allemande pour la recherche (DFG), subvention no. BI 1639/9-1.

1. Conception des modèles des cordes vocales et impression 3D des pièces
<ol><li>Créez une représentation multicouche de la géométrie M5 commune des cordes vocales en silicone en utilisant divers matériaux en silicone souple. Concevez les différentes pièces à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Consultez le Fichier supplémentaire de codage 1, le Fichier supplémentaire de codage 2, le Fichier supplémentaire de codage 3, le Fichier supplémentaire de codage 4, le Fichier supplémentaire de codage 5, le Fichier supplémentaire de codage 6, le Fichier supplémentaire de codage 7, le Fichier supplémentaire de codage 8 pour plus de détails. Les fichiers sont nommés en fonction de leur fonction dans le modèle et servent de base aux étapes suivantes.</li>
	<li>Compilez et organisez les fichiers nécessaires pour chaque étape de l’étape 2. Reportez-vous à la liste des pièces requises et à leurs quantités dans la figure supplémentaire 1. Voir une représentation schématique de l’assemblage du moule dans la figure supplémentaire 2.</li>
	<li>Chargez les fichiers STL dans un programme d’impression 3D pour générer des fichiers G-code lisibles par l’imprimante 3D.</li>
	<li>Préparez les matériaux (voir tableau des matériaux) pour l’impression 3D.<ol><li>Pour le Fichier de codage supplémentaire 2 et le Fichier de codage supplémentaire 5, utilisez un matériau qui provoque des lignes de couche moins visibles, comme l’acide polylactique (PLA+) ou le PC.</li>
		<li>Pour le fichier de codage supplémentaire 1, utilisez un matériau plus dur tel que le PLA résistant ou le polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) en raison de sa sensibilité aux contraintes de flexion. Aucune autre restriction sur le choix du matériau d’impression ne s’applique aux pièces restantes.</li>
	</ol></li>
	<li>Ajustez les paramètres du logiciel d’impression 3D pour l’imprimante 3D sélectionnée correspondante.<ol><li>Pour le fichier de codage supplémentaire 2 et le fichier de codage supplémentaire 5, définissez une hauteur de couche maximale de 0,1 mm.</li>
		<li>Pour le fichier de codage supplémentaire 1, réglez la valeur de remplissage sur 100 % et le motif d’impression sur ZigZag pour obtenir une meilleure stabilité. Définissez également la catégorie d’adhérence de la plaque de construction sur Jupe au lieu de Brim, car la géométrie des pièces rendrait considérablement plus difficile le retrait du bord.</li>
		<li>Pour les autres pièces, utilisez les paramètres par défaut et les hauteurs de couche de 0,2 mm.</li>
	</ol></li>
	<li>Imprimez les pièces mentionnées sur l’imprimante 3D. Nettoyez les pièces et enlevez tout excès de matériau tel que le bord ou les erreurs d’impression. Lissez les surfaces de contact intérieures avec du papier de verre (égal ou plus fin que P1000 recommandé).</li>
</ol>2. Fabrication des modèles de cordes vocales
<ol><li>Rassemblez les pièces et matériaux suivants pour créer la couche de carrosserie : vocal-fold-positiv (2x), vocalis_mold-cap, vocalis_mold-main-part, vocalis_mold-hull, silicone primaire, agent de démoulage et diluant (voir le tableau des matériaux pour plus de détails).<ol><li>Appliquez un peu d’agent de démoulage sur les surfaces intérieures de toutes les pièces du moule.</li>
		<li>Assemblez la partie principale et le capuchon du moule sur le positif et placez l’emballage du moule dans le pot désigné. Corrigez l’alignement des deux pièces du moule si nécessaire. Assurez-vous que le trou dans le positif pour verser les faces en silicone vers le haut et que le moule a une assise stable sur une surface plane.</li>
		<li>Créez un mélange de silicone primaire avec trois parties de diluant (1 :1 :3), commencez par combiner le composant A avec le diluant, puis ajoutez le composant B. Mélangez soigneusement les composants. Une quantité totale de 6 g de mélange de silicone est suffisante pour couler la couche du corps à partir de deux moitiés de cordes vocales.</li>
		<li>Aspirez le mélange de silicone dans une chambre à vide à une sous-pression minimale de -1 bar pour éviter la formation de bulles d’air dans le corps en silicone durci.</li>
		<li>Versez délicatement le mélange de silicone sous vide dans la cavité du moule jusqu’à ce qu’il apparaisse rempli. Remplissez les zones environnantes du pot du moule pour éviter que le mélange de silicone très fin ne coule à travers les joints du moule. Vérifiez le niveau de silicone pendant le temps d’égouttement et ajoutez-en plus si nécessaire. Le temps d’égouttage de ce mélange est compris entre 1 et 2 h.</li>
		<li>Après un temps de durcissement d’environ 1 jour, mais au moins 8 h, retirez le moule, y compris le positif, du pot. Retirez le silicone entre le moule et le pot avant d’ouvrir le moule.</li>
		<li>Lors de l’ouverture du moule, retirez d’abord délicatement le couvercle en commençant par l’arrière du positif. Ensuite, retirez le corps principal du moule. Retirez soigneusement tout excès de silicone à l’aide d’un scalpel ou d’un cutter latéral.</li>
	</ol></li>
	<li>Préparez les pièces musosa_mold arrière, musosa_mold partie principale et musosa_mold coque, ainsi que le silicone secondaire et l’agent de démoulage pour la production de la couche d’épithélium. (Voir la table des matériaux). REMARQUE : Les étapes 2.1 et 2.2 (couche corporelle et épithélium) peuvent être effectuées simultanément.<ol><li>Assemblez les deux pièces du moule et placez-les dans la coque. Préparez l’intérieur du moule avec un agent de démoulage, en veillant à ce que les parois intérieures soient recouvertes conformément aux instructions d’utilisation de l’agent de démoulage respectif. Laissez le composant sécher brièvement à l’air libre avant de continuer.</li>
		<li>Mélangez un lot de silicone secondaire sans utiliser de diluant (1 :1 :0). Si des bulles d’air ont été introduites dans le mélange de silicone pendant le mélange, dégazez le mélange comme à l’étape 2.1.4. REMARQUE : Soyez conscient du court temps d’égouttage de ce mélange, qui est d’environ 15 min.</li>
		<li>Versez une partie du mélange dans le moule et faites-le tourner (en laissant le moule dans la coque) jusqu’à ce que toutes les surfaces intérieures soient recouvertes de silicone.</li>
		<li>Retournez le moule et laissez l’excès de silicone s’écouler. Fixez le moule dans cette position au-dessus d’un maillage, d’une grille ou à un angle qui permet un drainage supplémentaire du silicone.</li>
		<li>Évitez la formation de surplombs dans le silicone pendant le processus de durcissement en le lissant régulièrement, en particulier dans la zone où se trouvera le canal d’air. REMARQUE : Ceux-ci peuvent également être retirés avec précaution plus tard avec des pinces.</li>
	</ol></li>
	<li>Préparez la production de la couche intermédiaire de muqueuse en préparant le positif avec la couche de silicone vocalis de l’étape 2.1, le moule préparé avec la couche d’épithélium de l’étape 2.2 et le silicone et l’amincissant comme indiqué dans le tableau des matériaux.<ol><li>Créez un mélange de silicone primaire avec cinq parties de diluant (1 :1 :5), commencez par combiner le composant A avec le diluant, puis ajoutez le composant B. Mélangez soigneusement les composants. Une quantité totale de 4 g de mélange de silicone est suffisante.</li>
		<li>Aspirez le mélange de silicone dans une chambre à vide comme à l’étape 2.1.4.</li>
		<li>Remplissez une partie du mélange de silicone dans le moule à muqueuse avec le silicone épithélial préparé. Inclinez le moule jusqu’à ce que toutes les surfaces intérieures du silicone épithélial soient recouvertes d’une fine couche d’huile pour faciliter l’insertion du positif. REMARQUE : Facultatif : En raison de la forte proportion de diluant, le mélange a un long temps d’égouttage de plusieurs heures pendant lequel le mélange peut rétrécir par évaporation. Par conséquent, attendez environ 2-3 h avant de passer aux étapes suivantes.</li>
		<li>Insérez délicatement le positif avec le corps vocal dans le moule. Fixez le positif dans le moule, par exemple avec une pince, si le positif flotte sur le silicone. Selon la quantité de silicone précédemment ajoutée, il peut s’échapper aux points de remplissage.</li>
		<li>Remplissez le moule de la même manière que pour le coulage de la couche vocalis et complétez en conséquence si le matériau coule.</li>
		<li>Attendez 24 h après la fin du temps d’égouttement pour que le silicone durcisse complètement.</li>
		<li>Après 24 h, retirez le corps du moule. Tout d’abord, retirez le moule de la coquille. Ensuite, en commençant par la section arrière, ouvrez le moule et retirez également la partie principale du moule.</li>
		<li>Retirez soigneusement tout excès de silicone, lavez la surface et laissez sécher le corps.</li>
	</ol></li>
	<li>Montez les deux moitiés de cordes vocales aux emplacements désignés sur le module de mesure et d’assemblage dans le fichier de codage supplémentaire 8. La connexion a été conçue pour deux vis M3 et des écrous carrés M3 (DIN 562), mais ils ne sont pas obligatoires.</li>
</ol>

Impression 3D de modèles de cordes vocales en silicone multicouches

<ol><li>Drechsel, J. S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+supraglottal+structures+on+the+glottal+jet+exiting+a+two-layer+synthetic%2C+self-oscillating+vocal+fold+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li>
<li>Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validating+Stereo-endoscopy+with+a+synthetic+vocal+fold+model%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Acustica+United+with+Acustica%22%5BJournal%5D)">Validating Stereo-endoscopy with a synthetic vocal fold model.</a> Acta Acustica United with Acustica. 102 (4), 745-751 (2016).</li>
<li>Murray, P. R., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic%2C+multi-layer%2C+self-oscillating+vocal+fold+model+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication.</a> J Vis Exp. (58), e3498(2011).</li>
<li>Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+superior+surface+strains+and+stresses%2C+and+vocal+fold+contact+pressure+in+a+synthetic+larynx+model+using+digital+image+correlation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Determination of superior surface strains and stresses, and vocal fold contact pressure in a synthetic larynx model using digital image correlation.</a> J Acoust Soc Am. 123 (2), 1089-1103 (2008).</li>
<li>Scherer, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraglottal+pressure+profiles+for+a+symmetric+and+oblique+glottis+with+a+divergence+angle+of+10+degrees%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> J Acoust Soc Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li>
<li>Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanics+of+human+voice+production+and+control%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Mechanics of human voice production and control.</a> J Acoust Soc Am. 140 (4), 2614-2635 (2016).</li>
<li>Birkholz, P., Wang, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBirkholz%2C+P+%22Studientexte+zur+Sprachkommunikation%3A+Elektronische+Sprachsignalverarbeitung%22">Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung</a>. , TUD Press. Dresden, Germany. 58-66 (2017).</li>
<li>Murray, P. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMurray%2C+PR+%22Flow-induced+responses+of+normal%2C+bowed%2C+and+augmented+synthetic+vocal+fold+models%22">Flow-induced responses of normal, bowed, and augmented synthetic vocal fold models</a>. , Brigham Young University. (2011).</li>
<li>Alipour, F., Vigmostad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+vocal+folds+elastic+properties+for+continuum+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Measurement of vocal folds elastic properties for continuum modeling.</a> J Voice. 26 (6), e21-29 (2012).</li>
<li>Chhetri, D. K., Zhang, Z., Neubauer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+young%27s+modulus+of+vocal+folds+by+indentation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Measurement of young's modulus of vocal folds by indentation.</a> J Voice. 25 (1), 1-7 (2011).</li>
<li>Häsner, P., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+and+aging+of+different+silicone+vocal+folds+models%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Reproducibility and aging of different silicone vocal folds models.</a> J Voice. , (2023).</li>
<li>Gabriel, F., Häsner, P., Dohmen, E., Borin, D., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGabriel%2C+F+%22Studientexte+zur+Sprachkommunikation%3A+Elektronische+Sprachsignalverarbeitung%22">Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung</a>. , TUD Press. Dresden, Germnay. 221-230 (2019).</li>
<li>Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+wavy+trachea+walls+on+the+oscillation+onset+pressure+of+silicone+vocal+folds%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds.</a> J Acoust Soc Am. 149 (1), 466-475 (2021).</li>
<li>Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBirkholz%2C+P+%22Studientexte+zur+Sprachkommunikation%3A+Elektronische+Sprachsignalverarbeitung%22">Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung</a>. , TUD Press. Dresden, Germany. (2016).</li>
<li>Boersma, P., Weenink, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Praat%2C+a+system+for+doing+phonetics+by+computer%5BTitle%5D)+AND+%22Glot.+Int%22%5BJournal%5D)">Praat, a system for doing phonetics by computer.</a> Glot. Int. 5, 341-345 (2001).</li>
<li>Fukui, K., Shintaku, E., Honda, M., Takanishi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+vocal+cord+model+for+anthropomorphic+talking+robot+based+on+human+biomechanical+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Trans+Japan+Soc+Mech+Eng+Ser+C%22%5BJournal%5D)">Mechanical vocal cord model for anthropomorphic talking robot based on human biomechanical structure.</a> Trans Japan Soc Mech Eng Ser C. 73 (734), 2750-2756 (2007).</li>
<li>Syndergaard, K. L., Dushku, S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrically+conductive+synthetic+vocal+fold+replicas+for+voice+production+research%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Electrically conductive synthetic vocal fold replicas for voice production research.</a> J Acoust Soc Am. 142 (1), 63(2017).</li>
</ol>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents connus ou de relations personnelles qui auraient pu sembler influencer le travail rapporté dans cet article.

Le processus de fabrication présenté ici comporte des étapes critiques qui ont un impact significatif sur son succès. Tout d’abord, il convient de noter que le procédé de fabrication présenté ne résout pas le problème de la saturation en huile dans le matériau du corps des cordes vocales, mais contourne plutôt certains effets secondaires négatifs. Le dégazage et le retrait et l’ondulation de surface associés persistent, bien que dans une moindre mesure. Une solution à ces problèmes impliquerait l’utilisation d’un silicone ultra-doux ou d’un matériau alternatif qui combine le module d’élasticité des vrais cordes vocales avec une structure polymère stable et durable. Toutefois, l’absence d’un tel document souligne les limites persistantes de la résolution globale de ces questions. 
Le processus de fabrication est un peu plus complexe que les méthodes de fabrication conventionnelles pour les modèles de cordes vocales composés de deux moitiés, car il implique plus de composants, et l’approche habituelle d’assemblage à l’envers n’est pas applicable ici. Les avantages inhérents incluent la protection anti-débordement intégrée, qui facilite le travail avec du silicone hautement dilué, et la possibilité de mieux observer et réagir au niveau de remplissage et à la formation potentielle de bulles pendant le processus de durcissement. Ceci est utile lorsque l’on vise à minimiser les variations induites par la fabrication des propriétés des modèles d’une petite série produits avec les mêmes mélanges de silicone. De plus, il réduit le taux de rejet.
Par rapport à la modélisation conventionnelle des cordes vocales, la technique présentée offre des avantages distincts. Avec des enregistrements vidéo de la zone glottale pendant l’oscillation, il a été démontré que l’adhérence de la surface des cordes vocales pouvait être réduite. En conséquence, des oscillations stables induites par l’écoulement ont pu être générées et des données de forme d’onde propres et sans artefacts ont pu être obtenues à partir des images sans avoir besoin d’aides telles que du talc ou des lavages avant la mesure. Bien que le modèle conventionnel présenté (comme référence) soit un exemple extrême, l’adhérence est néanmoins un problème pour les mesures et un risque pour la fragile couche mince d’épithélium. La solution d’ingénierie présentée peut contourner ce problème et contribue à des résultats plus fiables et reproductibles. 
À l’avenir, le processus de fabrication modifié est prometteur pour diverses applications. L’adéquation de la technique à la production de robots humanoïdes ou d’appareils vocaux avec des voies vocales de type humain16 ouvre la voie à des progrès en intelligence artificielle et en robotique. De plus, son application dans la recherche fondamentale sur la génération et la production de la parole 6,17 signifie sa contribution potentielle à la communauté scientifique au sens large.

Les modèles de cordes vocales sont utilisés pour simuler et étudier la production de la voix humaine dans des conditions normales et pathologiques 1,2. L’un des plus grands défis dans la création de modèles de cordes vocales est d’obtenir une douceur et une flexibilité réalistes qui se rapprochent de celles des humains. Pour obtenir ces propriétés, on utilise souvent des élastomères de silicone, qui sont dilués avec de grandes quantités d’huile de silicone pour obtenir les modules d’élasticité correspondants 3,4. Un autre facteur crucial dans la création de modèles réalistes de cordes vocales est la superposition, car les cordes vocales sont constituées de plusieurs couches de douceur variable, qui déterminent le modèle de vibration induite par le flux et la fréquence à laquelle la vibration est possible.
Dans cette étude, nous avons créé un modèle typique des cordes vocales. Nous avons utilisé la géométrie commune fournie par Scherer5, qui représente les dimensions typiques des cordes vocales masculines de 17 mm de long selon Zhang6 et se compose de trois couches : une couche pour le muscle vocalis (couche du corps), une pour toute la couche muqueuse (couche de couverture) et une pour l’épithélium. Cette structure peut être vue dans la vue en coupe coronale de la figure 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg"> Figure 1 : Coupe coronale des modules du larynx. Coupe coronale des modules du larynx illustrant la plus grande largeur des cordes vocales (8,5 mm). Chaque corde vocale comprend une couche corporelle, une couche de couverture et une couche d’épithélium. Cette figure a été modifiée de13. Reproduction de Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effet des parois ondulées de la trachée sur la pression d’amorçage de l’oscillation des cordes vocales en silicone. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) avec la permission de l’Acoustical Society of America. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
D’autres publications n’utilisent partiellement qu’une seule couche7, deux couches sans couche d’épithélium2 ou modélisent la muqueuse avec plusieurs couches3. Habituellement, les couches sont coulées de l’intérieur vers l’extérieur, c’est-à-dire en commençant par la couche la plus profonde. L’épithélium, très fin avec 30 μm d’épaisseur, est coulé à l’extrémité sur tout le corps pour l’envelopper d’une peau solide8.
La couche de couverture du modèle est la partie la plus molle, avec un module de Young d’environ 1,1 kPa9. Pour la couche corporelle, le module de Young approximatif dans le sens transversal en utilisant les mesures in vitro 10 est de 2 kPa. In vivo, le module de Young du muscle thyroaryténoïdien peut être plus élevé en raison de la présence de fibres dans le sens longitudinal ainsi que de la tension possible du muscle. Pour obtenir ce module de Young extrêmement bas, il est nécessaire d’ajouter une grande quantité d’huile de silicone au mélange de silicone (environ 72%). Cependant, le fabricant déconseille fortement d’utiliser une proportion d’huile supérieure à 5 %. En général, l’ajout d’huile de silicone à l’élastomère vise à augmenter le débit et le temps d’égouttement, ainsi qu’à réduire le rétrécissement du polymère de silicone durci. Il aide le silicone à durcir plus uniformément, réduisant ainsi les contraintes dans le matériau. Son but est d’optimiser la moulabilité et les propriétés du matériau durci, plutôt que d’augmenter sa douceur, bien que ce soit également une conséquence. En effet, l’huile de silicone est chimiquement inerte, ce qui signifie qu’elle ne peut pas se polymériser et n’est pas intégrée dans le réseau du polymère de silicone11. Au lieu de cela, il reste sous forme de phase liquide dans la matrice polymère, affaiblissant la structure du polymère à des niveaux plus élevés et le faisant potentiellement dissoudre hors du matériau durci et adhérer à la surface. En conséquence, d’autres propriétés négatives telles que les troubles de la guérison, la vulcanisation inégale, le rétrécissement chimique et la fragilité sont possibles. Des modèles de cordes vocales à forte teneur en huile de silicone ont été étudiés en ce qui concerne le vieillissement et la reproductibilité, et il a été constaté qu’il existe une grande variabilité des propriétés des différents modèles et une modification de leurs propriétés au fil du temps11.
Lors de la production de modèles de cordes vocales de manière conventionnelle 7,12, l’adhérence de la couche épithéliale peut être un problème car elle peut affecter l’homogénéité des vibrations et entraîner une rupture de l’épithélium. Bien que le silicone utilisé pour fabriquer l’épithélium ne soit pas dilué, on peut supposer que l’huile qui s’échappe de la couche de muqueuse voisine a des effets similaires sur le silicone que s’il avait été dilué. Le problème de l’adhérence a été résolu en ajoutant diverses poudres telles que du talc ou de la poudre de carbone comme couche intermédiaire entre la muqueuse et la couche épithéliale12. Cette approche a peut-être été couronnée de succès parce que l’huile a été partiellement absorbée par la poudre et, par conséquent, l’adhérence de la surface épithéliale a pu être réduite.
Dans cette publication, nous montrons que le problème de l’adhérence peut être contourné par une légère modification du processus de fabrication des cordes vocales. En changeant l’ordre de superposition et en commençant par le silicone épithélial non dilué (appelé silicone fermé), il est possible de produire des modèles de cordes vocales super douces et non collantes. Ce changement implique des types de moules et de méthodes inhabituels qui sont mieux présentés et expliqués sous la forme d’une vidéo. Dans cet article, nous décrivons en détail notre processus de fabrication et démontrons comment les propriétés des modèles de cordes vocales peuvent être caractérisées dans une application.

<table><tbody><tr><td>Imprimante 3D</td><td>ULTIMAKER</td><td></td><td>Type S5</td></tr><tr><td>Logiciel d’impression 3D</td><td>ULTIMAKER CURA</td><td></td><td>Version 5.2.2</td></tr><tr><td>Logiciel de CAO</td><td>Autodesk Inventor&nbsp ;</td><td></td><td>Version 2023</td></tr><tr><td>Caméra haute vitesse</td><td>XIMEA GmbH</td><td></td><td>MQ013CG-ON</td></tr><tr><td>PLA+ Imprimante 3D Matériau&nbsp ;</td><td>eSun</td><td>none</td><td>blanc</td></tr><tr><td>Silicone primaire</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-005-000041</td><td>EcoFlex 00-30</td></tr><tr><td>Agent de démoulage</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09291-006-000001</td><td>UTS</td></tr><tr><td>Universal Silicone secondaire</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-005-000181</td><td>DragonSkin NV10</td></tr><tr><td>Diluant silicone</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-010-000002</td><td></td></tr><tr><td>Matériau de l’imprimante 3D TUGTH PLA&nbsp ;</td><td>BASF</td><td></td><td>noir</td></tr></tbody></table>

procédé de fabrication de modèles de cordes vocales super douces non adhésives

Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models

Cette étude vise à développer des modèles de cordes vocales super douces et non collantes pour la recherche vocale. Le processus de fabrication conventionnel des modèles de cordes vocales à base de silicone donne des modèles avec des propriétés indésirables, telles que des problèmes d’adhérence et de reproductibilité. Ces modèles de cordes vocales sont sujets à un vieillissement rapide, ce qui entraîne une faible comparabilité entre différentes mesures. Dans cette étude, nous proposons une modification du processus de fabrication en changeant l’ordre de superposition du matériau en silicone, ce qui conduit à la production de modèles de cordes vocales non collants et très cohérents. Nous comparons également un modèle produit à l’aide de cette méthode avec un modèle de cordes vocales fabriqué de manière conventionnelle qui est affecté négativement par sa surface collante. Nous détaillons le processus de fabrication et caractérisons les propriétés des modèles pour des applications potentielles. Les résultats de l’étude démontrent l’efficacité de la méthode de fabrication modifiée, mettant en évidence les qualités supérieures de nos modèles de cordes vocales non collantes. Les résultats contribuent au développement de modèles réalistes et fiables des cordes vocales pour la recherche et les applications cliniques.

Le modèle fabriqué des cordes vocales a été intégré dans la configuration de mesure illustrée à la figure supplémentaire 3 à la position des cordes vocales. L’installation, détaillée en détail dans une publication précédente13, comprend une source de flux d’air contrôlable à plusieurs étages qui stimule les modèles de cordes vocales en oscillation, ainsi qu’un ensemble d’instruments de mesure qui enregistrent des données telles que la pression acoustique, la pression statique à des positions spécifiques et la vitesse du volume. Pour les mesures, le débit d’air a progressivement augmenté jusqu’à ce que le modèle des cordes vocales commence à osciller. Par la suite, la pression atmosphérique a été élevée de 200 Pa au-dessus de la pression initiale pour obtenir une oscillation stable et robuste. Une caméra haute vitesse supplémentaire a été ajoutée et placée au-dessus du modèle de conduit vocal, capturant les mouvements d’oscillation des cordes vocales à une fréquence d’images maximale de 2304 images par seconde.
Une lampe intégrée dans le poumon émet de la lumière à travers le tractus sous-glottal, ce qui fait apparaître la glotte blanche. La figure 2 représente deux séries d’images d’oscillation, chacune composée de six images, illustrant un cycle de fermeture-ouverture-fermeture typique. La rangée supérieure (Figure 2A) montre l’oscillation des cordes vocales fabriquées à l’aide de la méthode présentée, tandis que la rangée inférieure (Figure 2B) montre un exemple extrême d’un modèle conventionnel des cordes vocales, créé lors des travaux préliminaires13, incapable de générer une oscillation stable en raison de sa surface collante. Pour ce dernier, l’adhérence de la surface provoque l’ouverture de la glotte aux extrémités antérieure et postérieure en premier, et la partie centrale s’ouvre plus tard. La surface du modèle est déjà légèrement endommagée à un point précis en raison de l’adhérence.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig02.jpg"> Figure 2 : Séquence d’images individuelles capturées par la caméra haute vitesse. Séquence d’images individuelles capturées par la caméra à grande vitesse, présentant un cycle de fermeture-ouverture-fermeture de vibration des cordes vocales. (A) Cordes vocales fabriquées à l’aide de la méthode présentée. (B) Vibration d’un modèle de cordes vocales conventionnelles avec une surface collante. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Les figures 3 et 4 montrent les fonctions temporelles de l’aire glottale du modèle proposé et du modèle conventionnel (collant), respectivement. La forme d’onde de la zone (partie gauche dans chacune des figures) a été calculée à l’aide du logiciel GlottalImageExplorer14 à partir des séquences d’images disponibles. Les parties droites des figures montrent les spectres de magnitude des fonctions temporelles pour indiquer leur degré de périodicité. La fréquence fondamentale a été extraite des fonctions temporelles à l’aide du logiciel Praat15. Il ressort clairement de la figure 3 que le modèle de cordes vocales proposé montre une oscillation stable sur la durée sélectionnée, ce qui permet de calculer avec précision la fréquence fondamentale. En revanche, la figure 4 montre une fonction atypique et chaotique de la surface glottale avec des minima et des maxima incohérents, ainsi que divers artefacts. L’extraction de la fréquence fondamentale devient difficile, voire irréalisable dans ce scénario.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig03.jpg"> Figure 3 : Forme d’onde de surface pour un modèle de corde vocale fabriqué à l’aide de la méthode présentée. Représentation de la forme d’onde de zone obtenue à partir des données d’image de la caméra à grande vitesse à l’aide (A) du GlottalImageExplorer, ainsi que (B) du spectre d’amplitude dérivé pour un modèle de corde vocale fabriqué à l’aide de la méthode présentée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig04.jpg"> Figure 4 : Forme d’onde de surface pour un modèle de corde vocale avec une surface collante. Représentation de la forme d’onde de zone obtenue à partir des données d’image de la caméra à grande vitesse à l’aide de (A) GlottalImageExplorer, ainsi que (B) du spectre de magnitude à l’aide d’un modèle de cordes vocales conventionnel à surface collante. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Figure supplémentaire 1 : Liste des composants essentiels à la fabrication d’une moitié de corde vocale. Liste des composants essentiels à la fabrication d’une moitié de corde vocale. 1 - Structures de support pour une moitié de corde vocale, 2a-c - Composants de moule pour la fabrication de la couche de carrosserie, 3a-c - Composants de moule pour la fabrication de la couche de couverture, 4 - Structures de support pour la fixation. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-requiered-parts.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Figure supplémentaire 2 : Représentation schématique de l’assemblage du moule. Représentation schématique de l’assemblage du moule. Gauche - Moule pour créer le calque de corps, Droite - Moule pour créer le calque de couverture. Les étiquettes correspondent à la liste des pièces de la figure supplémentaire 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-construction-scheme.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Figure supplémentaire 3 : Configuration complète du système de mesure. Configuration complète du système de mesure. Cette figure a été modifiée de13. Reproduction de Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effet des parois ondulées de la trachée sur la pression d’amorçage de l’oscillation des cordes vocales en silicone. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) avec la permission de l’Acoustical Society of America. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-measurement-setup.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 1 : Structures de support pour une moitié de corde vocale. C’est le fichier pour produire vocal-fold-positiv. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-vocal-fold-positiv.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 2 : Composant de moule 1 pour la fabrication de la couche de carrosserie. C’est le fichier pour produire vocalis_mold-pièce-principale. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-main-part.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 3 : Composant de moule 2 pour la fabrication de la couche de carrosserie. C’est le fichier pour produire vocalis_mold-cap. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-cap.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 4 : Mouler la coque pour fabriquer la couche de carrosserie afin d’éviter les fuites de silicone. C’est le fichier pour produire vocalis_mold-coque. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-hull.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 5 : Composant de moule 1 pour la fabrication de la couche de couverture. C’est le fichier pour produire mucosa_mold-pièce-principale. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-main-part.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 6 : Composant de moule 2 pour la fabrication de la couche de couverture. C’est le fichier pour produire mucosa_mold dos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-back.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 7 : Mouler la coque pour fabriquer la couche de couverture afin d’éviter les fuites de silicone. C’est le fichier pour produire mucosa_mold-coque. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-hull.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>
Fichier de codage supplémentaire 8 : Structures de support pour la fixation des moitiés des cordes vocales. C’est le fichier pour produire l’adaptateur de prise de pression. Structures de support pour la fixation des moitiés des cordes vocales, y compris le robinet de mesure de pression. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-4_measurement-pressure-tap-adapter.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>

Cette étude démontre la fabrication de modèles de cordes vocales non collantes et super douces en introduisant une façon spécifique de créer les couches de cordes vocales, en fournissant une description détaillée de la procédure de fabrication et en caractérisant les propriétés des modèles.

Procédé de fabrication de modèles de cordes vocales super douces non adhésives

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