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Articolo metodologico

Hemi-laringeo Setup per lo studio delle vibrazioni del popolare vocale in tre dimensioni

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DOI:

10.3791/55303

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25 novembre 2017

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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

In questo articolo

Sommario

Questo documento introduce un protocollo per la preparazione di campioni di hemi-laringe facilitando una vista multi-dimensionale di vibrazione del popolare vocale, al fine di indagare i vari aspetti biofisici della produzione vocale negli esseri umani e non umani mammiferi.

Abstract

La voce degli esseri umani e la maggior parte dei mammiferi non umani viene generata nella laringe attraverso self-sustaining oscillazione dei popolare vocali. Documentazione visiva diretta della vibrazione del popolare vocale è impegnativo, specialmente in mammiferi non umani. In alternativa, laringe asportata esperimenti forniscono la possibilità di indagare la vibrazione del popolare vocale in condizioni fisiologiche e fisiche controllate. Tuttavia, l'uso di una laringe completa fornisce semplicemente una vista dall'alto dei popolare vocali, escluse parti cruciali delle strutture oscillante da osservazione durante la loro interazione con le forze aerodinamiche. Questa limitazione può essere superata utilizzando un programma di installazione di hemi-laringe dove metà della laringe è metà-sagittally rimosso, fornendo sia una superior e una vista laterale del popolare vocale rimanente durante l'oscillazione autosostenuto.

Qui, una guida passo passo per la preparazione anatomica delle strutture hemi-laringeo e il loro montaggio su banco di laboratorio è dato. Fonazione esemplare della preparazione hemi-laringe è documentato con alta velocità dati video catturati da due telecamere sincronizzate (viste superiore e laterale), visualizzando tridimensionale del popolare vocale movimento e area di contatto corrispondente variabili nel tempo. La documentazione dell'installazione hemi-laringe in questa pubblicazione faciliterà l'applicazione e affidabile ripetibilità nella ricerca sperimentale, fornendo gli scienziati vocale con il potenziale per comprendere meglio la biomeccanica della produzione vocale.

Introduzione

Voce viene in genere creato dalla vibrazione del tessuto laringeo (principalmente le corde vocali), che converte un flusso d'aria costante, fornito dai polmoni, in una sequenza di impulsi di flusso d'aria. La forma d'onda di pressione acustica (vale a dire, il suono primario) emergono da questa sequenza di impulsi di flusso acusticamente eccita il tratto vocale che li filtra, e il suono risultante è irradiato dalla bocca e (in una certa misura) dal naso1 . La composizione spettrale del suono generato è in gran parte influenzata dalla qualità della vibrazione del popolare vocale, sotto l'egida della laringe biomeccanica e interazioni con il flusso d'aria tracheale2. Sia in una clinica e un contesto di ricerca, documentazione e valutazione delle vibrazioni del popolare vocale è quindi di interesse soprattutto in quando si studia la produzione vocale.

In esseri umani, indagine endoscopica diretta della laringe durante la produzione del suono in vivo è impegnativo, ed è praticamente impossibile in mammiferi non umani, dati mezzi tecnologici attuali. Pertanto e in ordine alla garanzia attentamente controllato fisico e/o fisiologico sperimentale condizioni al contorno, l'uso di asportato larynges3,4 è in molti casi un'adeguata sostituzione per indagine su in vivo meccanismi di produzione di voce.

Vibrazione del popolare vocale è un fenomeno complesso tridimensionale5. Mentre i metodi di indagine convenzionali come endoscopia laringea (in vivo) o preparazioni laringe asportata in genere forniscono solo una superior vista dei popolare vocali vibrante6, non consentono per analisi tridimensionale completa di movimento del popolare vocale. In particolare, nella vista superiore i margini inferiori (caudali) dei popolare vocali sono invisibili durante una parte importante del ciclo vibratorio. Ciò è dovuto il ritardo di fase tra il inferior (caudale) e il bordo superiore (craniale) dei popolare vocali, un fenomeno che si verifica in genere durante popolare vocale oscillazione5. Come diretta evidenza empirica per il backup risultati da modelli matematici e fisici è scarso, conoscenza della geometria e movimento del canto inferiore piegare bordo7e quindi la geometria del canale subglottidale8,9 , 10 è cruciale per comprendere meglio l'interazione tra il flusso d'aria laringeo, il tessuto popolare vocale e la risultante delle forze e pressioni11,12. Un altro aspetto della vibrazione del popolare vocale che è nascosto dal consueta superior vista è la profondità verticale (caudo-craniale) del contatto tra le due corde vocali. La profondità di contatto verticale è relativo allo spessore verticale dei popolare vocali, che è un indicatore potenziale del registro vocale usato in canto ("petto" vs "falsetto" registro)13,14.

Al fine di superare le carenze delle preparazioni convenzionali laringe asportata (completo), può essere utilizzato un programma di installazione di cosiddetto hemi-laringe, dove metà della laringe è rimosso, facilitando così la valutazione delle caratteristiche vibratorie delle rimanenti del popolare vocale in tre dimensioni. Sorprendentemente, dopo l'introduzione di questa configurazione nel 1960s15 una convalida iniziale del concetto nel 199316, non molti laboratori hanno eseguito esperimenti con questo promettente approccio sperimentale17,la18 ,19,20,21,22,23. Una spiegazione per questo potrebbe essere trovata nelle difficoltà di creazione di una preparazione valida hemi-laringe. Mentre la preparazione convenzionale asportato laringe (completo) è ben documentato4, nessun tali istruzioni approfondite sono ancora disponibili per la creazione di un setup di hemi-laringe. È dunque lo scopo di questa carta per fornire un tutorial per la creazione di una configurazione riproducibili in modo affidabile hemi-laringe, completata da risultati sperimentali da esemplari di cervo.

Un programma di installazione di hemi-laringe condivide molte caratteristiche con un setup di laringe asportata "convenzionali", come apparecchiature di misurazione, ad alta velocità o altra tecnologia di imaging per documentare adeguatamente le vibrazioni delle strutture laringee durante la generazione del suono, o corretto fornitura di aria riscaldata e umidificata. Queste considerazioni generali di setup sono descritte in dettaglio in un libro capitolo4 e una relazione tecnica dal centro nazionale di voce e discorso24. Reiterazione di queste istruzioni potrebbe essere oltre la portata di questo manoscritto. Qui, solo le direttive specializzate per la generazione di un programma di installazione di hemi-laringe sono presentate.

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Protocollo

Gli esemplari di animali analizzati in questa carta sono stati trattati in conformità con i requisiti standard etici dell'Università Palacky in Olomouc, Repubblica Ceca. Essi derivano da red deer selvaggiamente vivono nelle foreste, che sono stati cacciati dal servizio forestale esercito ceco durante una stagione di caccia regolare.

1. preparazione del campione Hemi-laringe

Nota: Solo i campioni correttamente preparati devono essere utilizzati, come indicato in4 . Rapido congelamento della laringe25 immediatamente dopo l'asportazione e conservazione a-80 ° C riduce al minimo il potenziale di degradazione del tessuto e l'alterazione delle proprietà biomeccaniche e permette di eseguire gli esperimenti in qualsiasi momento conveniente.

  1. Lo sbrinamento della laringe
    1. Inserire la laringe congelata in due sacchetti di autoclave o eventuali altri sacchetti in plastica con guarnizione impermeabile. Sigillare i sacchetti e metterli in una vasca di acqua riscaldata a 30 ° C fino a quando la laringe è completamente scongelata. La durata necessaria varia da poche ore a più di un giorno, a seconda della dimensione del laringe e temperatura di congelamento.
  2. Pulizia della laringe
    1. Dopo la laringe è scongelata, rimuoverlo dal sacchetto e pulirlo accuratamente con soluzione fisiologica (0,9% NaCl).
    2. Rimuovere attentamente il tessuto superfluo come applicabile (cioè esterno collo muscoli, osso ioide ecc.) senza danneggiare le strutture principali della laringe e accorciare la trachea a una lunghezza adeguata per il montaggio della laringe in un tubo di alimentazione aria (solitamente ca. 4-5 cm).
    3. Controllare il tessuto laringeo per potenziali anomalie del tessuto, quali ferite, deformazioni organiche o crepe potenzialmente che accade dal processo di congelamento, che poteva rendere la laringe inadatto per l'esperimento.
  3. Esposizione delle cartilagini tiroide e cricoide
    1. Rimuovere le parti del tessuto muscolo laringeo esterno intorno la cartilagine tiroidea e cricoidea usando un bisturi, esponendo così le cartilagini in preparazione per il taglio sagittale creando hemi-laringe. Questa fase di preparazione è raffigurata in Figura 1A e 1B.
  4. Taglio sagittale attraverso la cartilagine tiroidea
    1. Fare un taglio verticale iniziale attraverso la parte anteriore della cartilagine tiroidea.
    2. Posizionare con attenzione il taglio leggermente più sul lato che sta per essere rimosso, per non danneggiare il popolare vocale che deve rimanere conservato. Se possibile, utilizzare un bisturi per il taglio. Se la cartilagine è ossificata, utilizzare una piccola sega.
  5. Taglio della cartilagine cricoide
    1. Portare il taglio in verticale (inferiormente) da tra le cartilagini arytenoid e poi attraverso la cartilagine cricoide ad un livello circa orizzontale della tacca inferiore della tiroide.
  6. Rimozione di una piega vocale, creando un'incisione a forma di L nella laringe
    1. Rendere un orizzontale tagliare a partire dall'estremità inferiore del taglio verticale precedentemente fatto nella cartilagine cricoide e portare il nuovo taglio verso la tacca inferiore della tiroide. Anteriormente e piegare il lato della laringe che sta per essere rimosso.
    2. Fare una verticale tagliare attraverso i tessuti molli sul lato interno della cartilagine tiroidea - attenzione mentre conduceva il taglio tra l'attacco anteriore dei popolare vocali alla cartilagine di tiroide, evitando così danni al popolare vocale.
  7. Raffinatezza del taglio attraverso la cartilagine tiroidea
    1. Uso un bisturi, una sega o un file, al fine di applicare un taglio proprio dritto in cartilagine tiroidea e ottenere come vicino possibile alla parte anteriore del popolare vocale precedentemente ispezionato.
    2. Rimuovere anche una piccola parte della cartilagine tiroidea posteriore, al fine di creare spazio per inserire il Polo per avvicinare arytenoid cartilagine e così il vocal fold (Vedi sotto). Questa fase di preparazione è raffigurata in Figura 1 e D 1.
      Nota: A seconda della domanda di ricerca, esposizione completa del popolare complesso vocale può essere necessaria per consentire la visibilità dall'alto. In tal caso, le strutture sopra la piega vocale (vera) (cioè, la ventricolare o vestibolare piega, come applicabile dato l'anatomia dell'esemplare) dovrebbero essere rimosso. In alcuni esemplari il tessuto laringeo molle interno sopra le corde vocali potrebbe perdere la connessione con la cartilagine tiroidea e interferisce con il popolare vocale durante la vibrazione, causando potenzialmente spurie modelli oscillatorie (per lo più irregolari). In tal caso attenta rimozione di quel tessuto è inevitabile.

figure-protocol-1
Figura 1 : Montaggio e preparazione di Hemi-laringe. (A) e (B) ripuliti laringe esemplare, Vista mediale e posteriore, prima della rimozione del popolare vocale di sinistra; (C) e (D) preparati hemi-laringe con incisione a forma di L (sinistra popolare vocale rimosso), mediale e dalla vista posteriore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. esperimento Hemi-laringe

  1. Installazione di Hemi-laringeo
    1. Utilizzare un tubo di alimentazione dell'aria che trasporta l'aria riscaldata e umidificata nella laringe.
    2. Costrutto due disposti perpendicolarmente lastre trasparenti come una sostituzione per pezzi rimossi laringei.
    3. Punte di uso 4 per aumentare la stabilità della laringe e creazione di una configurazione corretta pre-phonatory laringe di avvicinare la piega vocale rimanente per la lastra di vetro verticale (Vedi Figura 2A).
      Nota: Teoricamente, le corde vocali anche potrebbe essere addotta da suture e pesi su una puleggia-leva sistema 26 . Tuttavia, tale approccio è, per la migliore conoscenza di questi autori, non ancora stato tentato per una preparazione hemilarynx.

figure-protocol-2

Figura 2 : Installazione di Hemi-laringe. (A) strutture di sostegno: aria tubo di alimentazione, arrangiamento di piastra di vetro a forma di L, rebbi di adduzione. (B) montata preparazione hemi-laringe con rebbi di adduzione. (C) e (D) primi piani di hemi-laringe-preparazione, visto dal lato e dalla parte superiore, rispettivamente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Montaggio hemi-laringe
    1. Coprire il tubo di alimentazione dell'aria con fissativo protesi crema e montare la laringe utilizzando la parte restante della sua trachea. La crema fissante funziona come un adesivo e chiude gli spazi potenziali, creando così una tenuta ermetica.
    2. Fissare la trachea con una cinghia o una fascetta di serraggio di plastica.
    3. Anche coprire i bordi del taglio attraverso la cartilagine tiroidea con il fissativo crema, evitando di spalmare la crema fissante il popolare vocale o l'interno dei tessuti molle del laringeo.
    4. Fissare le piastre trasparente.
  2. Stabilizzazione della cartilagine tiroidea, adduzione del popolare vocale usando i rebbi
    1. Utilizzare i rebbi del complesso popolare vocale alla piastra e stabilizzare la cartilagine tiroidea.
    2. Dopo la crema fissante è impostato, è possibile applicare il flusso d'aria al fine di stabilire l'oscillazione del popolare vocale e controllare per eventuali perdite tra hemi-laringe e le lastre di vetro.
    3. Sigillare le lacune eventualmente presenti in natura aggiungendo più crema fissante.

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Risultati

Illustrazioni della preparazione hemi-laringe e suo montaggio sul tubo di alimentazione dell'aria, come indicato nella sezione precedente, sono forniti in Figura 1 e Figura 2, rispettivamente.

Documentazione di vibrazione del popolare vocale da due angolazioni

Oscillazione autosufficiente indo...

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Discussione

La preparazione di hemi-laringe condivide i vantaggi dell'installazione "convenzionali" laringe asportata (completo): tale approccio sperimentale, possono essere fisiche e fisiologiche condizioni al contorno e parametri (quali la pressione subglottidale o allungamento del popolare vocale) abbastanza ben controllata. Il comportamento della hemilarynx è omologo a quella di una laringe completa con una perfetta laterale simmetria, con l'eccezione che magnitudini di alcuni parametri (ad es., portata d'aria, pression...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione APART dell'Accademia austriaca delle scienze (CTH), l'agenzia di tecnologia della Repubblica Ceca nessun progetto. TA04010877 (CTH, VH e GDC), e la Fondazione di scienza ceca (GACR) nessun GA16-01246S (al GDC) del progetto. Ringraziamo W. Tecumseh Fitch per suo suggerimento di usare la crema fissante della protesi dentaria e Ing. P. Liska dal servizio di foresta dell'esercito ceco per il suo aiuto nell'acquisire la larynges di cervi asportato.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Lame chirurgicheSurgeonJai Surgical Ltd., Nuova Delhi, India
Segaa mano (Lux, lunghezza 150 mm)Lux, Wermelskirchen, Germania
TermometroTesto 922Testo Ltd., Hampshire, Regno UnitoSonda di tipo K, Temperatura di esercizio da -20 a +50 ° C
Borse per autoclaveBorse per autoclavevwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Repubblica
Lastre di vetro conduttiveSu misuraUPOL - Laboratorio congiunto di ottica
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, Rep.CecaCrema
fissativa Crema fissativa per protesiBlend-a-dent Natural
Prongs e sistemadi fissaggioProfili personalizzati Kanya Al eloxedDistributore: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, Rep. Ceca;  Combinazione di sistemi di fissaggio Kanya RVS e PVS (http://www.kanya.cz/) + rebbi su misura
Tubo di montaggiosu misuraUPOL - Laboratorio congiunto di ottica,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, la Rep.
LEDVerbatim 52204 Lampada a LEDMitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Giappone
FotocameraCanon EOS1100DCanon Inc.Obiettivo 18-55 mm
Pompa ad ariaResun LP100Resun
Luce stroboscopicaELMED Helio-Strob micro2ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germania
Umidificatore Laboratoriosu misura, Dipartimento di Biofisica, Facoltà di Scienze, Università Palacky di Olomouc, Repubblica
Trattato sottoglotticoregolabile su misuraVoice Research Lab, Dipartimento di Biofisica, Facoltà di Scienze, Università Palacky di Olomouc, Repubblica CecaHampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., e Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Modello subglotickeho traktu. [Modello di utilità n. 25585: Modello del tratto sottoglottidale] (in ceco) Soukup, P. 2013-27834 (CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi
Ceca CecaLuce di ricerca vocale Ceca

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