Name: Processo di produzione per modelli di corde vocali super-morbide non adesive (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-05T14:50:00.000+00:00
Duration: 6 min 24 s
Description: Scopri il processo di produzione di modelli di corde vocali super-morbidi e non adesivi utilizzando stampa 3D e colaggio in silicone. Questo metodo migliora la qualità per la ricerca fonetica e medica.

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Questo progetto è stato sostenuto dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), sovvenzione n. BI 1639/9-1.

1. Progettazione dei modelli delle corde vocali e stampa 3D delle parti
<ol><li>Crea una rappresentazione multistrato della comune geometria M5 delle corde vocali in silicone utilizzando vari materiali in silicone morbido. Progetta le singole parti utilizzando un software CAD (Computer-Aided Design). Per ulteriori informazioni, consultare il file di codifica supplementare 1, il file di codifica supplementare 2, il file di codifica supplementare 3, il file di codifica supplementare 4, il file di codifica supplementare 5, il file di codifica supplementare 6, il file di codifica supplementare 7, il file di codifica supplementare 8 . I file vengono denominati in base alla loro funzione nel modello e fungono da base per i passaggi successivi.</li>
	<li>Compilare e organizzare i file necessari per ogni passaggio del passaggio 2. Fare riferimento all'elenco delle parti richieste e alle relative quantità nella Figura 1 supplementare. Vedere una rappresentazione schematica dell'assemblaggio dello stampo nella Figura 2 supplementare.</li>
	<li>Caricare i file STL in un programma di stampa 3D per generare file G-code che possono essere letti dalla stampante 3D.</li>
	<li>Preparare i materiali (vedi Tabella dei materiali) per la stampa 3D.<ol><li>Per il file di codifica supplementare 2 e il file di codifica supplementare 5, utilizzare un materiale che causi linee di strato meno visibili, come l'acido polilattico (PLA+) o il PC.</li>
		<li>Per il file di codifica supplementare 1, utilizzare un materiale più duro come il PLA resistente o il glicole polietilene tereftalato (PETG) a causa della sua suscettibilità alle sollecitazioni di flessione. Per le parti rimanenti non si applicano ulteriori restrizioni sulla scelta del materiale di stampa.</li>
	</ol></li>
	<li>Regolare le impostazioni del software di stampa 3D per la stampante 3D selezionata corrispondente.<ol><li>Per il file di codifica supplementare 2 e il file di codifica supplementare 5, impostare un'altezza massima dello strato di 0,1 mm.</li>
		<li>Per il file di codifica supplementare 1, impostare il valore di riempimento su 100% e il motivo di stampa su ZigZag per ottenere una migliore stabilità. Inoltre, impostare la categoria di adesione del piano di stampa su Gonna anziché su Tesa, perché la geometria delle parti renderebbe notevolmente più difficile la rimozione del teso.</li>
		<li>Per le altre parti, utilizzare le impostazioni predefinite e l'altezza dello strato di 0,2 mm.</li>
	</ol></li>
	<li>Stampa le parti menzionate sulla stampante 3D. Pulire le parti e rimuovere il materiale in eccesso come la tesa o gli errori di stampa. Levigare le superfici di contatto interne con carta vetrata (uguale o più fine di P1000 consigliata).</li>
</ol>2. Realizzazione dei modelli delle corde vocali
<ol><li>Raccogli le seguenti parti e materiali per creare lo strato del corpo: corda vocale-positiv (2x), vocalis_mold-cappuccio, vocalis_mold-parte principale, vocalis_mold-scafo, silicone primario, agente distaccante e diluente (vedi Tabella dei materiali per i dettagli).<ol><li>Applicare un po' di distaccante sulle superfici interne di tutte le parti dello stampo.</li>
		<li>Assemblare la parte principale e il tappo dello stampo sopra il positivo e posizionare il pacchetto dello stampo nell'apposita pentola. Se necessario, correggere l'allineamento delle due parti dello stampo. Assicurarsi che il foro nel positivo per versare il silicone sia rivolto verso l'alto e che lo stampo abbia una base stabile su una superficie piana.</li>
		<li>Creare una miscela del silicone primario con tre parti di diluente (1:1:3), iniziare combinando il componente A con il diluente e successivamente aggiungendo il componente B. Mescolare accuratamente i componenti. Una quantità totale di 6 g di miscela siliconica è sufficiente per fondere lo strato del corpo da due metà delle corde vocali.</li>
		<li>Aspirare la miscela di silicone in una camera a vuoto a una sottopressione minima di -1 bar per evitare la formazione di bolle d'aria nel corpo in silicone polimerizzato.</li>
		<li>Versare con cura la miscela di silicone aspirata nella cavità dello stampo fino a quando non appare piena. Riempi le aree circostanti la pentola dello stampo per evitare che la miscela di silicone molto sottile affondi attraverso i giunti dello stampo. Controllare il livello di silicone durante il tempo di gocciolamento e aggiungerne altro se necessario. Il tempo di gocciolamento per questa miscela è compreso tra 1-2 ore.</li>
		<li>Dopo un tempo di stagionatura di circa 1 giorno, ma almeno 8 h, rimuovere lo stampo, compreso il positivo, dalla pentola. Rimuovere il silicone tra lo stampo e la pentola prima di aprire lo stampo.</li>
		<li>Quando si apre lo stampo, rimuovere prima con cautela il coperchio partendo dal retro del positivo. Quindi, rimuovere il corpo principale dello stampo. Rimuovere con cautela il silicone in eccesso utilizzando un bisturi o un taglierino laterale.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparare le parti musosa_mold-back, musosa_mold-main e musosa_mold-hull, nonché il silicone secondario e l'agente distaccante per la produzione dello strato di epitelio. ( Vedi Tabella dei Materiali). NOTA: I passaggi 2.1 e 2.2 (corpo e strato epitelio) possono essere completati contemporaneamente.<ol><li>Assemblare le due parti dello stampo e posizionarle nello scafo. Preparare l'interno dello stampo con un po' di distaccante, assicurandosi che le pareti interne siano rivestite secondo le istruzioni per l'uso del rispettivo distaccante. Lasciare asciugare brevemente il componente all'aria prima di procedere.</li>
		<li>Miscelare un lotto di silicone secondario senza usare diluenti (1:1:0). Se durante la miscelazione sono state introdotte bolle d'aria nella miscela di silicone, degassare la miscela come al punto 2.1.4. NOTA: Prestare attenzione al breve tempo di gocciolamento di questa miscela, che è di circa 15 minuti.</li>
		<li>Versare un po' del composto nello stampo e farlo roteare (lasciando lo stampo nello scafo) fino a quando tutte le superfici interne sono rivestite di silicone.</li>
		<li>Capovolgere lo stampo e far scolare il silicone in eccesso. Fissare lo stampo in questa posizione su una rete, una griglia o un angolo che consenta un ulteriore drenaggio del silicone.</li>
		<li>Prevenire la formazione di sporgenze nel silicone durante il processo di polimerizzazione levigandolo regolarmente, soprattutto nell'area in cui si troverà il canale dell'aria. NOTA: Questi possono anche essere rimossi con cura in seguito con una pinza.</li>
	</ol></li>
	<li>Prepararsi per la produzione dello strato intermedio della mucosa preparando il positivo con lo strato di silicone vocalis del passaggio 2.1, lo stampo preparato con lo strato di epitelio del passaggio 2.2 e il silicone e il diluente come elencato nella tabella dei materiali.<ol><li>Creare una miscela del silicone primario con cinque parti di diluente (1:1:5), iniziare combinando il componente A con il diluente e successivamente aggiungendo il componente B. Mescolare accuratamente i componenti. È sufficiente una quantità totale di 4 g di miscela di silicone.</li>
		<li>Aspirare la miscela di silicone in una camera a vuoto come al punto 2.1.4.</li>
		<li>Riempire una parte della miscela di silicone nello stampo della mucosa con il silicone epiteliale preparato. Inclinare lo stampo fino a quando tutte le superfici interne del silicone epiteliale sono ricoperte da un sottile strato di olio per facilitare l'inserimento del positivo. NOTA: Opzionale: A causa dell'elevata percentuale di diluente, la miscela ha un lungo tempo di gocciolamento di diverse ore durante le quali la miscela può restringersi attraverso l'evaporazione. Pertanto, attendere circa 2-3 ore prima di procedere con i passaggi successivi.</li>
		<li>Inserire con cautela il positivo con il corpo vocale nello stampo. Fissare il positivo nello stampo, ad esempio con un morsetto, se il positivo galleggia sul silicone. A seconda della quantità di silicone precedentemente aggiunto, potrebbe fuoriuscire nei punti di riempimento.</li>
		<li>Riempire lo stampo allo stesso modo della colata dello strato vocalis e rabboccare di conseguenza se il materiale affonda.</li>
		<li>Attendere 24 ore al termine del tempo di gocciolamento affinché il silicone si indurisca completamente.</li>
		<li>Dopo 24 h, rimuovere il corpo dallo stampo. Per prima cosa, rimuovete lo stampo dal guscio. Quindi, partendo dalla parte posteriore, aprite lo stampo e rimuovete anche la parte principale dello stampo.</li>
		<li>Rimuovere con cura il silicone in eccesso, lavare la superficie e lasciare asciugare il corpo.</li>
	</ol></li>
	<li>Montare le due metà delle corde vocali nelle posizioni designate sul modulo di misurazione e montaggio nel file di codifica supplementare 8. Il collegamento è stato progettato per due viti M3 e dadi quadrati M3 (DIN 562), ma non sono obbligatori.</li>
</ol>

Stampa 3D di modelli di corde vocali in silicone multistrato

<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>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari o relazioni personali che possano aver influenzato il lavoro riportato in questo articolo.

Il processo di produzione qui presentato comporta passaggi critici che ne influiscono in modo significativo sul successo. In primo luogo, va notato che il processo di produzione presentato non risolve il problema della saturazione dell'olio nel materiale del corpo delle corde vocali, ma piuttosto aggira alcuni effetti collaterali negativi. Il degassamento e il conseguente ritiro e ondulazione superficiale persistono ancora, anche se in misura minore. Una soluzione a questi problemi comporterebbe l'utilizzo di un silicone ultramorbido o di un materiale alternativo che combini il modulo di elasticità delle corde vocali reali con una struttura polimerica stabile e durevole. Tuttavia, l'assenza di tale materiale sottolinea i limiti in corso nel raggiungimento di una soluzione globale a tali questioni. 
Il processo di produzione è un po' più complesso rispetto ai metodi di produzione convenzionali per i modelli di corde vocali costituiti da due metà, in quanto coinvolge più componenti e il consueto approccio di assemblaggio al rovescio non è applicabile qui. I vantaggi intrinseci includono la protezione antitrabocco integrata, che facilita il lavoro con silicone altamente diluito, e la capacità di osservare e reagire meglio al livello di riempimento e alla potenziale formazione di bolle durante il processo di polimerizzazione. Ciò è utile quando si mira a ridurre al minimo le variazioni indotte dalla produzione nelle proprietà dei modelli in una piccola serie prodotta con le stesse miscele di silicone. Inoltre, riduce il tasso di scarto.
Rispetto alla modellazione convenzionale delle corde vocali, la tecnica presentata offre vantaggi distinti. Con registrazioni video dell'area glottidale durante l'oscillazione, è stato dimostrato che la viscosità della superficie delle corde vocali può essere ridotta. Di conseguenza, è stato possibile generare oscillazioni stabili indotte dal flusso e ottenere dalle immagini dati di forme d'onda puliti e privi di artefatti senza la necessità di ausili come talco o lavaggi prima della misurazione. Mentre il modello convenzionale presentato (come riferimento) è un esempio estremo, la viscosità è comunque un problema per le misurazioni e un rischio per il fragile strato sottile di epitelio. La soluzione ingegneristica presentata può aggirare questo problema e contribuisce a risultati più affidabili e riproducibili. 
Guardando al futuro, il processo di produzione modificato è promettente per diverse applicazioni. L'idoneità della tecnica per la produzione di robot umanoidi o apparati vocali con tratti vocali simili a quelli umani16 apre la strada ai progressi nell'intelligenza artificiale e nella robotica. Inoltre, la sua applicazione nella ricerca di base sulla generazione e la produzione vocale 6,17 rappresenta il suo potenziale contributo alla più ampia comunità scientifica.

I modelli delle corde vocali sono utilizzati per simulare e studiare la produzione della voce umana in condizioni normali e patologiche 1,2. Una delle maggiori sfide nella creazione di modelli di corde vocali è quella di ottenere una morbidezza e una flessibilità realistiche che si avvicinino molto a quelle degli esseri umani. Per ottenere queste proprietà, vengono spesso utilizzati elastomeri siliconici, che vengono diluiti con elevate quantità di olio siliconico per ottenere la corrispondente elasticità moduli 3,4. Un altro fattore cruciale nella creazione di modelli realistici di corde vocali è la stratificazione, poiché le corde vocali sono costituite da più strati di morbidezza variabile, che determinano il modello di vibrazione indotta dal flusso e la frequenza alla quale è possibile la vibrazione.
In questo studio, abbiamo creato un tipico modello di corde vocali. Abbiamo utilizzato la geometria comune fornita da Scherer5, che rappresenta le dimensioni tipiche delle corde vocali maschili con una lunghezza di 17 mm secondo Zhang6 ed è composta da tre strati: uno strato per il muscolo vocale (strato corporeo), uno per l'intero strato mucoso (strato di copertura) e uno per l'epitelio. Questa struttura può essere vista nella vista della sezione d'urto coronale nella Figura 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg"> Figura 1: Sezione d'urto coronale dei moduli laringici. Sezione trasversale coronale dei moduli laringi che illustra la larghezza più ampia delle corde vocali (8,5 mm). Ogni corda vocale comprende uno strato corporeo, uno strato di copertura e uno strato epitelio. Questa cifra è stata modificata da13. Riprodotto da Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effetto delle pareti ondulate della trachea sulla pressione di insorgenza dell'oscillazione delle corde vocali in silicone. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) con il permesso della Acoustical Society of America. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Altre pubblicazioni utilizzano parzialmente solo uno strato7, due strati senza strato di epitelio2 o modellano la mucosa con più strati3. Di solito, gli strati vengono gettati dall'interno verso l'esterno, cioè iniziando dallo strato più profondo. L'epitelio, molto sottile con uno spessore di 30 μm, viene colato all'estremità su tutto il corpo per avvolgerlo con una pelle robusta8.
Lo strato di copertura nel modello è la parte più morbida, con un modulo di Young di circa 1,1 kPa9. Per lo strato corporeo, il modulo di Young approssimativo in direzione trasversale utilizzando le misurazioni in vitro 10 è di 2 kPa. In vivo, il modulo di Young del muscolo tireoaritenoideo può essere più alto a causa della presenza di fibre in direzione longitudinale e della possibile tensione del muscolo. Per ottenere questo modulo di Young estremamente basso, è necessario aggiungere un'elevata quantità di olio di silicone alla miscela di silicone (circa il 72%). Tuttavia, il produttore sconsiglia vivamente di utilizzare una percentuale di olio superiore al 5%. In generale, l'aggiunta di olio di silicone all'elastomero ha lo scopo di aumentare il flusso e il tempo di gocciolamento, nonché di ridurre il restringimento del polimero siliconico polimerizzato. Aiuta il silicone a polimerizzare in modo più uniforme, riducendo così lo stress nel materiale. Il suo scopo è quello di ottimizzare la modellabilità e le proprietà del materiale polimerizzato, piuttosto che aumentarne la morbidezza, sebbene anche questa sia una conseguenza. Questo perché l'olio di silicone è chimicamente inerte, il che significa che non può polimerizzarsi da solo e non è integrato nella rete del polimero siliconico11. Invece, rimane come fase liquida nella matrice polimerica, indebolendo la struttura del polimero a livelli più alti e potenzialmente facendolo dissolvere dal materiale polimerizzato e aderire alla superficie. Di conseguenza, sono possibili altre proprietà negative come disturbi di polimerizzazione, vulcanizzazione irregolare, restringimento chimico e fragilità. I modelli di corde vocali con un alto contenuto di olio di silicone sono stati studiati per quanto riguarda l'invecchiamento e la riproducibilità, ed è stato riscontrato che esiste un'elevata variabilità nelle proprietà dei diversi modelli e un cambiamento nelle loro proprietànel tempo 11.
Quando si producono modelli di corde vocali in modo convenzionale 7,12, la viscosità dello strato epiteliale può essere un problema in quanto può influenzare l'omogeneità della vibrazione e portare alla rottura dell'epitelio. Sebbene il silicone utilizzato per produrre l'epitelio non sia diluito, si può presumere che l'olio che fuoriesce dallo strato di mucosa adiacente abbia effetti simili sul silicone come se fosse stato diluito. Il problema della viscosità è stato affrontato aggiungendo varie polveri come il talco o la polvere di carbone come strato intermedio tra la mucosa e lo strato epiteliale12. Questo approccio potrebbe aver avuto successo perché l'olio è stato parzialmente assorbito dalla polvere e, di conseguenza, la viscosità della superficie epiteliale ha potuto essere ridotta.
In questa pubblicazione, mostriamo che il problema della viscosità può essere aggirato con una leggera modifica del processo di produzione delle corde vocali. Cambiando l'ordine di stratificazione e partendo dal silicone epiteliale non diluito (il cosiddetto silicone chiuso), è possibile produrre modelli di corde vocali super morbide non appiccicose. Questo cambiamento coinvolge tipi insoliti di stampi e metodi che vengono presentati e spiegati al meglio sotto forma di video. In questo articolo, descriviamo in dettaglio il nostro processo di produzione e dimostriamo come le proprietà dei modelli di corde vocali possono essere caratterizzate in un'applicazione.

<table><tbody><tr><td>Stampante 3D</td><td>ULTIMAKER</td><td></td><td>Tipo S5</td></tr><tr><td>Software di stampa 3D</td><td>ULTIMAKER CURA</td><td></td><td>Versione 5.2.2</td></tr><tr><td>Software CAD</td><td>Autodesk Inventor&nbsp;</td><td></td><td>Versione 2023</td></tr><tr><td>Fotocamera ad alta velocità</td><td>XIMEA GmbH</td><td></td><td>MQ013CG-ON</td></tr><tr><td>PLA+ Materiale per stampante 3D&nbsp;</td><td>eSun</td><td>none</td><td>white</td></tr><tr><td>Silicone primario</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-005-000041</td><td>EcoFlex 00-30</td></tr><tr><td>Distaccante</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09291-006-000001</td><td>UTS</td></tr><tr><td>Silicone secondario</td> universale <td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-005-000181</td><td>DragonSkin NV10</td></tr><tr><td>Diluente siliconico</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-010-000002</td><td></td></tr><tr><td>Materiale per stampante 3D Tougth PLA&nbsp;</td><td>BASF</td><td></td><td>nero</td></tr></tbody></table>

processo di produzione per modelli di corde vocali super-morbide non adesive

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

Questo studio mira a sviluppare modelli di corde vocali super-morbide e non appiccicose per la ricerca sulla voce. Il processo di produzione convenzionale dei modelli di corde vocali a base di silicone si traduce in modelli con proprietà indesiderate, come problemi di viscosità e riproducibilità. Questi modelli di corde vocali sono soggetti a un rapido invecchiamento, portando a una scarsa comparabilità tra le diverse misurazioni. In questo studio, proponiamo una modifica al processo di produzione cambiando l'ordine di stratificazione del materiale siliconico, che porta alla produzione di modelli di corde vocali non appiccicosi e altamente coerenti. Confrontiamo anche un modello prodotto con questo metodo con un modello di corda vocale prodotto in modo convenzionale che è influenzato negativamente dalla sua superficie appiccicosa. Descriviamo in dettaglio il processo di produzione e caratterizziamo le proprietà dei modelli per potenziali applicazioni. I risultati dello studio dimostrano l'efficacia del metodo di fabbricazione modificato, evidenziando le qualità superiori dei nostri modelli di corde vocali non appiccicose. I risultati contribuiscono allo sviluppo di modelli realistici e affidabili delle corde vocali per la ricerca e le applicazioni cliniche.

Il modello fabbricato delle corde vocali è stato integrato nella configurazione di misurazione illustrata nella Figura 3 supplementare nella posizione delle corde vocali. La configurazione, ampiamente dettagliata in una precedente pubblicazione13, comprende una sorgente di flusso d'aria controllabile a più stadi che stimola i modelli delle corde vocali in oscillazione, insieme a una serie di strumenti di misurazione che registrano dati come la pressione sonora, la pressione statica in posizioni specifiche e la velocità del volume. Per le misurazioni, il flusso d'aria è aumentato gradualmente fino a quando il modello delle corde vocali ha iniziato a oscillare. Successivamente, la pressione dell'aria è stata elevata di 200 Pa al di sopra della pressione di inizio per ottenere un'oscillazione stabile e robusta. Un'ulteriore telecamera ad alta velocità è stata aggiunta e posizionata sopra il modello del tratto vocale, catturando i movimenti di oscillazione delle corde vocali a un frame rate massimo di 2304 fotogrammi al secondo.
Una lampada integrata all'interno del polmone emette luce attraverso il tratto sottoglottidale, facendo apparire la glottide bianca. La Figura 2 illustra due serie di immagini di oscillazione, ciascuna composta da sei fotogrammi, che illustrano un tipico ciclo di chiusura-apertura-chiusura. La riga superiore (Figura 2A) mostra l'oscillazione delle corde vocali prodotte con il metodo presentato, mentre la riga inferiore (Figura 2B) mostra un esempio estremo di un modello convenzionale di corde vocali, creato durante il lavoro preliminare13, incapace di generare un'oscillazione stabile a causa della sua superficie appiccicosa. Per quest'ultimo, la viscosità della superficie fa sì che la glottide si apra prima alle estremità anteriore e posteriore e successivamente alla parte centrale. La superficie del modello è già leggermente danneggiata in un punto specifico a causa dell'adesione.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig02.jpg"> Figura 2: Sequenza di singoli fotogrammi catturati dalla telecamera ad alta velocità. Sequenza di singoli fotogrammi catturati dalla telecamera ad alta velocità, che mostra un ciclo di chiusura-apertura-chiusura della vibrazione delle corde vocali. (A) Corde vocali fabbricate con il metodo presentato. (B) Vibrazione di un modello convenzionale di corde vocali con superficie appiccicosa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig02large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
La Figura 3 e la Figura 4 mostrano rispettivamente le funzioni temporali dell'area glottidale del modello proposto e del modello convenzionale (sticky). La forma d'onda dell'area (parte sinistra in ciascuna delle figure) è stata calcolata utilizzando il software GlottalImageExplorer14 dalle sequenze di immagini disponibili. Le parti destre delle figure mostrano gli spettri di magnitudine delle funzioni temporali per indicare il loro grado di periodicità. La frequenza fondamentale è stata estratta dalle funzioni temporali utilizzando il software Praat15. È evidente dalla Figura 3 che il modello di corde vocali proposto mostra un'oscillazione stabile sulla durata selezionata, consentendo il calcolo accurato della frequenza fondamentale. Al contrario, la Figura 4 mostra una funzione dell'area glottidale atipica e caotica con minimi e massimi incoerenti, insieme a vari artefatti. L'estrazione della frequenza fondamentale diventa impegnativa o addirittura irrealizzabile in questo scenario.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig03.jpg"> Figura 3: Forma d'onda dell'area per un modello di corda vocale fabbricato utilizzando il metodo presentato. Rappresentazione della forma d'onda dell'area ottenuta dai dati dell'immagine della telecamera ad alta velocità utilizzando (A) GlottalImageExplorer, nonché (B) lo spettro di magnitudo derivato per un modello di corda vocale fabbricato utilizzando il metodo presentato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig03large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig04.jpg"> Figura 4: Forma d'onda dell'area per un modello di corda vocale con superficie adesiva. Rappresentazione della forma d'onda dell'area ottenuta dai dati dell'immagine della telecamera ad alta velocità utilizzando (A) GlottalImageExplorer, nonché (B) lo spettro di magnitudine utilizzando un modello convenzionale di corde vocali con superficie adesiva. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig04large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Figura supplementare 1: Elenco dei componenti essenziali per la produzione di una metà delle corde vocali. Elenco dei componenti essenziali per la produzione di una metà delle corde vocali. 1 - Strutture di supporto per una metà delle corde vocali, 2a-c - Componenti dello stampo per la realizzazione dello strato corporeo, 3a-c - Componenti dello stampo per la realizzazione dello strato di copertura, 4 - Strutture di supporto per l'attacco. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-requiered-parts.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
Figura 2 supplementare: Rappresentazione schematica dell'assemblaggio dello stampo. Rappresentazione schematica dell'assemblaggio dello stampo. Sinistra - Stampo per la creazione del livello del corpo, Destra - Stampo per la creazione del livello di copertura. Le etichette corrispondono all'elenco delle parti nella Figura supplementare 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-construction-scheme.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare questo file.</a>
Figura supplementare 3: Configurazione completa del sistema di misura. Configurazione completa del sistema di misura. Questa cifra è stata modificata da13. Riprodotto da Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effetto delle pareti ondulate della trachea sulla pressione di insorgenza dell'oscillazione delle corde vocali in silicone. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) con il permesso della Acoustical Society of America. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-measurement-setup.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 1: Strutture di supporto per una metà delle corde vocali. Questo è il file per produrre vocal-fold-positiv. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-vocal-fold-positiv.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 2: Componente dello stampo 1 per la creazione dello strato del corpo. Questo è il file da produrre vocalis_mold-main-part. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-main-part.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 3: Componente dello stampo 2 per la creazione dello strato del corpo. Questo è il file per produrre vocalis_mold-cap. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-cap.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 4: Stampo per la realizzazione dello strato del corpo per evitare perdite di silicone. Questo è il file per produrre vocalis_mold-scafo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-hull.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 5: Componente stampo 1 per la creazione dello strato di copertura. Questo è il file per produrre mucosa_mold-main-part. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-main-part.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
File di codifica supplementare 6: Componente dello stampo 2 per la creazione dello strato di copertura. Questo è il file per produrre mucosa_mold-back. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-back.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 7: Stampo per la realizzazione dello strato di copertura per evitare perdite di silicone. Questo è il file per produrre mucosa_mold-scafo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-hull.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File di codifica supplementare 8: Strutture di supporto per il fissaggio delle metà delle corde vocali. Questo è il file da produrre misura-pressione-rubinetto-adattatore. Strutture di supporto per il fissaggio delle metà delle corde vocali, compreso il rubinetto per la misurazione della pressione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-4_measurement-pressure-tap-adapter.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>

Questo studio dimostra la produzione di modelli di corde vocali non appiccicose e super morbide introducendo un modo specifico per creare gli strati delle corde vocali, fornendo una descrizione dettagliata della procedura di produzione e caratterizzando le proprietà dei modelli.

Processo di produzione per modelli di corde vocali super-morbide non adesive

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal ...

La nostra ricerca mira a migliorare il processo di produzione delle corde vocali sintetiche. Tali modelli possono essere utilizzati nella ricerca fonetica e vocale di base, nella ricerca medica e per creare modelli del tratto vocale umano che producono un linguaggio simile a quello degli esseri umani. I modelli di corde vocali sintetiche sono solitamente costituiti da più strati di silicone morbido con diversi gradi di morbidezza.Corrispondono alle proprietà del tessuto delle corde vocali umane. Le tecnologie utilizzate per realizzare questi modelli includono la progettazione assistita da computer, la stampa 3D e la fusione in silicone. I modelli di corde vocali in silicone altamente diluito hanno una qualità ridotta a causa della viscosità e del rapido invecchiamento.Ciò riduce la riproducibilità della ricerca che utilizza questi modelli. Questo protocollo affronta il problema della viscosità delle corde vocali. Abbiamo invertito l'ordine di produzione degli strati di silicone nel nostro processo di fabbricazione.Abbiamo iniziato con lo strato di epitelio. Questo ci ha permesso di creare uno strato mucoso molto morbido dal silicone diluito senza che lo strato di epitelio diventasse appiccicoso.

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Processo di produzione per modelli di corde vocali super-morbide non adesive

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