Hemi-laryngeal Setup voor het bestuderen van de vocale Fold trillingen in drie dimensies

Om te begrijpen hoe de menselijke en zoogdierstem wordt geproduceerd, is het belangrijk om de trillingen van de stemplooien te onderzoeken. Omdat deze in het lichaam moeilijk te bestuderen zijn, worden geëxciseerde larynxen gebruikt om meer gedetailleerde informatie te verkrijgen over het gedrag en de eigenschappen van de stemplooien. In deze video demonstreren we hoe u een zogenaamde hemi-larynxopstelling creëert.

Een helft van het strottenhoofd wordt verwijderd om de vibratie van de stembanden niet alleen van bovenaf, maar ook van opzij te kunnen visualiseren. Dit is gunstig voor het bestuderen van vibratiekenmerken die verborgen blijven bij een conventionele opstelling met een volledig strottenhoofd. In deze demonstratie wordt het strottenhoofd van een edelhert gebruikt.

Aangezien de gebruikte larynxmonsters gewoonlijk snelgevroren worden in vloeibare stikstof en in de vriezer worden bewaard, is het noodzakelijk om het gekozen monster correct te ontdooien om de biomechanische eigenschappen van het weefsel niet te wijzigen. Plaats eerst de bevroren larynx in een dubbele autoclaafzak of een andere plastic zak met waterdichte afsluiting. Voeg daarnaast een gewicht toe, wat helpt om de larynx onder het wateroppervlak te houden.

Sluit de zak af en plaats deze in een waterbad met een temperatuur van ongeveer 30 °C totdat de larynx volledig is ontdooid. Nadat de larynx volledig is ontdooid, wordt deze uit de zak gehaald en grondig gereinigd met een zoutoplossing. Verwijder, indien aanwezig, overbodige structuren zoals externe nekspieren of het tongbeen.

Voor sommige bioakoestische onderzoeksvragen kunnen de supralaryngeale structuren intact worden gelaten, wat echter de zichtbaarheid van de stembanden van bovenaf beperkt. Verkort de trachea tot een lengte van ongeveer 45 centimeter, zodat deze later kan worden gebruikt om de larynx op een luchttoevoerbuis te monteren. Controleer de larynx vóór het begin van de preparatie altijd op potentiële weefselafwijkingen en incidenteel voorkomende scheuren die tijdens het proces van vriesdrogen zijn ontstaan.

De volgende stap omvat het blootleggen van één helft van het schildkraakbeen. Verwijder eerst de externe larynxspieren met een scalpel. Begin de snijprocedure met een initiële verticale snede door het anterieure deel van het schildkraakbeen.

Leid de snede voorzichtig verder naar de zijde die verwijderd moet worden om beschadiging van de stemband die behouden en bestudeerd moet worden te voorkomen. Als het kraakbeen te stijf is door ossificatie, gebruik dan een kleine zaag. Snijd vervolgens het ringkraakbeen midsagittaal door.

Maak de incisie verticaal tussen de arytenoïde kraakbeenen en stop ongeveer op het horizontale niveau van de inferieure schildklierinkeping. Verbind beide incisies door een horizontale snede te maken die begint bij het onderste uiteinde van de verticale incisie in het ringkraakbeen en leid de snede naar de inferieure schildklierinkeping. Vouw de zijde van het strottenhoofd die verwijderd zal worden naar het voorste uiteinde en maak een verticale snede door het zachte weefsel aan de binnenzijde van het schildkraakbeen.

Dit is het meest cruciale moment van de gehele procedure. Wees daarom uiterst voorzichtig bij het maken van de incisie van de anterieure aanhechting van de stembanden tot aan het schildkraakbeen. Als het schildkraakbeen correct wordt doorgesneden, zal de resulterende glottis altijd een kleine anterieure opening vertonen.

Om de stembanden bloot te leggen voor een goed superieur zicht, is het soms nuttig om ook de structuren boven de stembanden te verwijderen. In sommige gevallen verliezen de zachte innerlijke larynxweefsels na de snijprocedure hun verbinding met het schildkraakbeen en hinderen ze de stemband. In dat geval is de verwijdering van dit overbodige weefsel onvermijdelijk.

Verwijder tot slot een klein deel van het posterieure schildkraakbeen om de adductie van de stemplooien via de arytenoïden te vergemakkelijken. De larynx heeft nu een L-vormige uitsparing die overeenkomt met de L-vormige opstelling van de klasseplaat die in de opstelling wordt gebruikt. De linkerzijde van de hemi-larynx biedt een mediaal aanzicht waarin de incisies in het schildkraakbeen en het ringkraakbeen zichtbaar zijn, samen met de resterende stemplooi en het arytenoïd kraakbeen.

De experimentele opstelling voor hemi-larynxen bestaat uit drie basisdelen. Een luchtoevoerbuis die verwarmde en bevochtigde lucht in de larynx leidt. Daarnaast twee transparante platen als vervanging voor de verwijderde larynxdelen en de pinnen voor adductie van de bestudeerde stemplooi en stabilisatie van de larynx.

Nu monteren we het strottenhoofd op de luchttoevoerbuis. Bedek de buis met kunstgebitlijm en monteer het strottenhoofd met behulp van de trachea. De kunstgebitlijm dient als kleefstof en dicht eventuele openingen af.

Zet de trachea vast met een strakgetrokken plastic band of een andere geschikte klem. Bedek ook de randen van de incisie met kunstgebitlijm en bevestig de transparante platen. Stabiliseer het schildkraakbeen en adducteer de stemplooi met behulp van de tangen.

Op dit punt is de hemi-laryngeale opstelling klaar voor gebruik. Schakel de luchtstroom in en controleer op lekken. Als er lucht aan de zijkant ontsnapt, dicht dan de kieren door extra fixatiecrème aan te brengen.

Om de trillingen van de stembanden in realtime te kunnen zien, kan stroboscopisch licht worden toegepast. De belangrijkste toepassing van de hemi-larynx opstelling is het observeren van de trilling van de stembanden, niet alleen van bovenaf, maar ook van opzij. Hiervoor worden twee gesynchroniseerde high-speed videocamera's gebruikt.

Eén voor het bovenaanzicht en één voor het zijaanzicht. Hier zien we de trilling van de stemplooi van de hemi-larynx, vastgelegd door twee gesynchroniseerde camera's die draaien met 6 000 frames per seconde. Het linkerpaneel toont het bovenaanzicht en het rechterpaneel toont het zijaanzicht.

De stemband trilt met een frequentie van ongeveer 70 cycli per seconde en de opgenomen video's worden hier in slowmotion getoond. De ruimte tussen de stemband en de glasplaat wordt de glottis genoemd. Deze kan worden gekwantificeerd door de oppervlakte ervan te meten terwijl deze in de loop van de tijd verandert.

Hier wordt dit glottisgebied uitgedrukt in pixels. Het is nul wanneer de stemplooi in contact is met de glasplaat en ongelijk aan nul wanneer er lucht door de glottis stroomt. Analyse van het akoestische signaal dat voortvloeit uit het proces van stemplooitrillingen in de hemi-larynx laat zien dat de belangrijkste akoestische excitatiegebeurtenissen op twee momenten tijdens een vibratiecyclus plaatsvinden.

Op het moment van glottisopening, wanneer de stemplooi het contact met de glasplaat verliest, en op het moment van glottissluiting, wanneer de stemplooi opnieuw volledig contact heeft gemaakt met de glasplaat. In de volgende animatie wordt het in de tijd variërende contactoppervlak van de stemplooi met de glasplaat in oranje weergegeven voor één vibratiecyclus. Hier wordt de hemi-larynxopstelling gebruikt om een methode genaamd elektroglottografie of EGG te valideren.

Het gelijktijdig verkregen EGG-signaal wordt hier in het blauw weergegeven. Er is een redelijk goede correlatie tussen het contactoppervlak van de stembanden en het EGG-signaal. Dit is in meer detail gedocumenteerd in een recente studie van onze groep.

In het laatste gedeelte van deze video introduceren we een nieuwe methode om de vibratie van de stembanden in drie dimensies te beoordelen, genaamd chemografische glottisbewegingsanalyse. In een digitaal chemogram wordt de beeldinformatie langs één lijn binnen een high-speed video beoordeeld voor elk videoframe en van links naar rechts uitgezet. Het resulterende chemogram toont de beweging van de stembandstructuur langs de scanlijn naarmate deze zich in de tijd ontwikkelt.

Er worden chemogrammen gegenereerd voor zowel het bovenaanzicht als het zijaanzicht, waarbij de chemografische scanlijnen precies in het midden van de stemband zijn geplaatst. De temporele offset van de randen van de stemband wordt getraceerd. De lichtblauwe grafiek toont de laterale afbuiging van de stemband en de rode en groene grafieken tonen respectievelijk de verticale afbuiging van de inferieure en superieure rand van de stemband.

De resulterende informatie kan worden gecombineerd om een animatie te synthetiseren die de beweging van de glottis in twee dimensies laat zien, zoals waargenomen op de glottidale middellijn. In deze video hebben we een handleiding gegeven voor het creëren van een hemi-larynx opstelling. We hebben enkele potentiële toepassingen getoond voor het beoordelen van de vibratie van de stembanden, niet alleen van bovenaf maar ook van opzij, waardoor cruciale empirische gegevens worden toegevoegd voor een beter begrip van een essentieel aspect van stemgeneratie.