Name: Badanie trójwymiarowej separacji przepływu indukowanej przez modelowy polip fałdu głosowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-03T14:15:00.000+00:00
Duration: 9 min 58 s
Description: Poznaj trójwymiarową separację przepływu indukowaną przez modelowy polip fałdu głosowego. Metoda obejmuje wizualizację przepływu olejowego i pomiary ciśnienia powierzchniowego w tunelu aerodynamicznym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca jest wspierana przez National Science Foundation, Grant No. CBET-1236351 oraz GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering (COBRE).

W tej pracy, naścienna półkuloida prolate, tj. modelowy polip fałdu głosowego, jest umieszczona na podłodze sekcji testowej tunelu aerodynamicznego typu ssącego o współczynniku skurczu 5:1. Niestabilna, trójwymiarowa separacja przepływu i jej wpływ na obciążenie ciśnieniowe ścianki są badane za pomocą wizualizacji przepływu oleju, pomiarów ciśnienia w ściankach i prędkości obrazu cząstek. Pomiary ciśnienia nieustalonego są uzyskiwane za pomocą szesnastokanałowego skaningowego przetwornika ciśnienia z piezorezystancyjnymi czujnikami ciśnienia. Czujniki ciśnienia mają pasmo przenoszenia 670 Hz. Zawory ciśnienia statycznego utworzone z rurek ze stali nierdzewnej są montowane równo z powierzchnią przed i za modelowym polipem fałdu głosowego, aby ułatwić pomiary ciśnienia powierzchniowego i są zwarte z urządzeniem skanującym ciśnieniem. Wizualizacja przepływu oleju i pomiary ciśnienia powierzchniowego nie mogą być uzyskiwane jednocześnie, ponieważ olej przepływałby do zaworów ciśnieniowych, powodując zanieczyszczenie.
Poniższa sekcja zawiera protokół konfiguracji i pozyskiwania wizualizacji filmu olejowego oraz pomiarów ciśnienia powierzchniowego wokół zamontowanej na ścianie półkuli prolate. Chociaż wykonywane są pomiary prędkości obrazu cząstek uśrednione fazowo i rozdzielcze w czasie, akwizycja PIV nie jest uwzględniona w tym protokole. Autorzy sugerują odniesienia Raffela i wsp.36 oraz Adrian i Westerweel39 w celu dogłębnego zrozumienia konfiguracji eksperymentalnej PIV, pozyskiwania i przetwarzania danych.
1. Wygeneruj wypukłość (np. polip modelowy)
<ol>
	<li>Zbuduj trójwymiarowy model CAD (Computer-Aided Design) o żądanej geometrii. Wygeneruj modelowy polip fałdu głosowego jako wydłużony półferoid o długości 5,08 cm, szerokości 2,54 cm i wysokości 1,27 cm. Zamontuj kwadratową podstawę o grubości 2,54 cm o grubości 0,64 cm do dna modelowego polipa fałdu głosowego. Podstawa ta posłuży do zakotwienia modelu do podłogi przekroju testowego.</li>
	<li>Wyeksportuj model 3D CAD jako plik stereolitograficzny (STL). Format pliku STL generuje powierzchnię modelu jako serię trójkątów. Wybierz odpowiednią rozdzielczość, aby zapewnić gładką powierzchnię na polipie modelowym. Zalecana jest rozdzielczość co najmniej 600 punktów/cal</li>.
	<li>Prześlij plik STL do odpowiedniego oprogramowania i wydrukuj plik STL za pomocą drukarki trójwymiarowej o wysokiej rozdzielczości lub szybkiego prototypera o rozdzielczości warstwy roboczej co najmniej 20 μm.</li>
	<li>Przekrój testowy tunelu aerodynamicznego ma wymiary około 30,48 cm x 30,48 cm x 121,92 cm ze zdejmowaną płytą dolną, jak pokazano na rysunku 1. Wyfrezuj kwadratowy otwór o długości 2,54 cm o głębokości około 0,85 cm w zdejmowanej płycie podłogi sekcji testowej tunelu aerodynamicznego, aby zamontować modelowy polip fałdu głosowego do testów. Otwór powinien znajdować się pośrodku szerokości odcinka testowego i znajdować się w żądanym miejscu za testem.</li>
</ol>
2. Przygotowanie wizualizacji przepływu oleju
<ol>
	<li>W celu przygotowania odcinka testowego należy przykryć powierzchnię odcinka testowego wewnątrz tunelu aerodynamicznego białym papierem samoprzylepnym. Ostrożnie umieść i wygładź papier samoprzylepny, aby upewnić się, że podłoga sekcji testowej nie ma wybrzuszeń spowodowanych pęcherzykami powietrza lub zagnieceniami na bibułze samoprzylepnym. Wytnij otwór w papierze samoprzylepnym nad kwadratowym otworem w podłodze sekcji testowej, aby kotwa polipowa modelu mogła zostać przymocowana do ściany sekcji testowej.</li>
	<li>Włóż wypukłość (model polipa fałdu głosowego) do pozycji kotwiczenia, aby przygotować się do badania. Zobacz rysunek 1.</li>
	<li>Zamontuj kamerę o wysokiej rozdzielczości nad sekcją testową tunelu aerodynamicznego. Ustaw ostrość kamerę na wybrane pole view, w tym polip modelu i otaczający obszar przekroju testowego. Ustaw parametry akwizycji kamery do testowania. Ustawienie wideo powinno być używane do uchwycenia przejściowej części wizualizacji przepływu oleju lub jeśli interesujące są przepływy niestabilne lub pulsacyjne.</li>
	<li>Przygotuj mieszaninę oleju do wizualizacji przepływu, łącząc oliwkę dla niemowląt, toner w proszku i naftę w stosunku 7:1:2 objętościowo. Na przykład: połącz 35 ml oliwki dla niemowląt, 5 ml tonera w proszku i 10 ml nafty. Wymieszaj oliwkę dla niemowląt i toner w proszku w pojemniku i mieszaj, aż toner całkowicie się rozpuści. Następnie dodaj naftę i dobrze wymieszaj.</li>
	<li>Przenieś mieszaninę do butelki z rozpylaczem, aby łatwo nałożyć ją na powierzchnię badanego odcinka.</li>
</ol>
3. Pomiary wizualizacji przepływu oleju
<ol>
	<li>Oczyść i osusz powierzchnię badanego odcinka przed każdym zastosowaniem mieszanki olejów.</li>
	<li>Użyj butelki z rozpylaczem wypełnionej mieszanką olejów, aby rozpylić cienką, równą warstwę płynu na badany odcinek. Cienka, równa warstwa mieszanki olejowej jest ważna dla uzyskania prawidłowych obrazów wizualizacji filmu olejowego.</li>
	<li>Zainicjuj pobieranie obrazu lub wideo w aparacie. Rozpocznij akwizycję kamery przed włączeniem tunelu aerodynamicznego, aby uchwycić początkowy przejściowy ruch mieszanki olejowej.</li>
	<li>Ustaw ssący tunel aerodynamiczny na żądaną prędkość. Mieszanina oleju zacznie płynąć wzdłuż powierzchni sekcji testowej.</li>
	<li>Gdy mieszanina oleju przestanie płynąć i osiągnie stan ustalony (tj. wzory są nieruchome) lub gdy upłynął żądany czas, zatrzymaj nagrywanie z kamery i wyłącz tunel aerodynamiczny. 
	Uwaga: Film 1 przedstawia przepływ mieszaniny oleju do momentu osiągnięcia stanu ustalonego i nieruchomego wzorca tarcia skóry. Na filmie przepływ porusza się od lewej do prawej.</li>
</ol>
4. Przygotowanie do pomiaru ciśnienia powierzchniowego
<ol>
	<li>Przygotuj powierzchnię podłogi sekcji testowej (zdejmowana płyta), wiercąc otwory do montażu rur ze stali nierdzewnej (o średnicy zewnętrznej 0,16 cm i długości 2,54 cm) w podłodze sekcji testowej w celu zbudowania zaworów ciśnienia statycznego. Zaczynając od linii środkowej pozycji kotwiczenia półkuloidy płaskiej, wywierć otwory w siatce o rozpiętości 8.89 cm w kierunku rozpiętości i 22.86 cm w dół z rozstawem siatki 1.27 cm i odstępem 2.54 cm za siatką (patrz rysunek 1). Rurki ze stali nierdzewnej mają wybrzuszenie na jednym końcu do mocowania elastycznych rurek, a na drugim końcu są proste do montażu. 
	Uwaga: Zawory ciśnienia statycznego można ustawić w bliższych odstępach, aby uzyskać dokładniejszą siatkę miejsc pomiaru ciśnienia.</li>
	<li>Zamontuj rurki otaczające pozycję kotwiczenia zamontowanej na ścianie półkuli prolate (tj. modelowego polipa fałdu głosowego) w żądanej konfiguracji na podłodze sekcji testowej, aby przygotować się do badania. Rurki powinny być zamontowane równo z podłogą sekcji testowej.</li>
	<li>Przymocuj kawałki krótkich, elastycznych rurek (6.35 cm długości, 0.159 cm średnicy wewnętrznej, 0.475 cm średnicy zewnętrznej przezroczystej rurki z polichlorku winylu) z zamontowanych rurek ze stali nierdzewnej do portów pomiarowych skanującego przetwornika ciśnienia. Skanujący przetwornik ciśnienia posiada szesnaście portów ciśnieniowych.</li>
</ol>
5. Akwizycja pomiaru ciśnienia powierzchniowego
<ol>
	<li>Podłącz skanujący przetwornik ciśnienia do komputera i skonfiguruj parametry akwizycji za pomocą oprogramowania skanującego przetwornika ciśnienia. Ustaw oprogramowanie do akwizycji tak, aby pozyskiwało dane z częstotliwością 500 Hz przez żądany czas akwizycji danych. 
	Uwaga: Dane zostały uzyskane przy maksymalnej częstotliwości próbkowania przetwornika ciśnienia skanującego, 500 Hz, ze względu na niewielkie zmiany ciśnienia przy niskich częstotliwościach oscylacji.</li>
	<li>Ustaw ssący tunel aerodynamiczny na żądaną prędkość.</li>
	<li>Rozpocznij akwizycję pomiaru ciśnienia. Pomiary ciśnienia mogą być wykonywane jednocześnie z dowolną techniką diagnostyki przepływu (np. PIV, laserowa anemometria dopplerowska, anamometria gorącym drutem itp.)</li>
</ol>

<ol><li>Hirano, M., Kakita, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHirano%2C+M+%22Cover-body+theory+of+vocal+fold+vibration.+Speech+science--recent+advances%22">Cover-body theory of vocal fold vibration. Speech science--recent advances</a>. , College Hill Press. San Diego, CA. 1-46 (1985).</li>
<li>Gray, S. D., Titze, I. R., Alipour, F., Hammond, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanical+and+histologic+observations+of+vocal+fold+fibrous+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Otol.+Rhinol.+Laryngol%22%5BJournal%5D)">Biomechanical and histologic observations of vocal fold fibrous proteins.</a> Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 109 (1), 77-85 (2000).</li>
<li>Titze, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physics+of+small-amplitude+oscillation+of+the+vocal+fold%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">The physics of small-amplitude oscillation of the vocal fold.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).</li>
<li>Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., Döllinger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mucosal+wave+properties+of+a+human+vocal+fold%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Acustica%22%5BJournal%5D)">Mucosal wave properties of a human vocal fold.</a> Acta Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).</li>
<li>Shaw, H. S., Deliyski, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mucosal+wave%3A+a+normophonic+study+across+visualization+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Voice%22%5BJournal%5D)">Mucosal wave: a normophonic study across visualization techniques.</a> J. Voice. 22 (1), 23-33 (2008).</li>
<li>Krausert, C. R., Olszewski, A. E., Taylor, L. N., McMurray, J. S., Dailey, S. H., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mucosal+wave+measurement+and+visualization+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Voice%22%5BJournal%5D)">Mucosal wave measurement and visualization techniques.</a> J. Voice. 25 (4), 395-405 (2010).</li>
<li>Fant, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+Theory+of+Speech+Production%5BTitle%5D)+AND+%22Mouton+and+Co.+N.+V.%3A+The+Hague%22%5BJournal%5D)">Acoustic Theory of Speech Production.</a> Mouton and Co. N. V.: The Hague. , 15-79 (1960).</li>
<li>Wegel, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+vibration+of+the+larynx%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Theory of vibration of the larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 1, 1-21 (1930).</li>
<li>Den Berg, J. V. an, Zantema, J. T., Doornenbal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+air+resistance+and+the+Bernoulli+effect+of+the+human+larynx%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">On the air resistance and the Bernoulli effect of the human larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 29 (5), 626-631 (1957).</li>
<li>Scherer, R. C., Shinwari, D., De Witt, K. J., Zhang, C., Kucinschi, B. R., Afjeh, A. A. <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+%22TJ.+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li>
<li>Thomson, S. L., Mongeau, L., Frankel, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerodynamic+transfer+of+energy+to+the+vocal+folds%5BTitle%5D)+AND+%22TJ.+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 118 (3), 1689-1700 (2005).</li>
<li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+asymmetric+flow+features+in+a+scaled-up+driven+model+of+the+human+vocal+folds%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">An investigation of asymmetric flow features in a scaled-up driven model of the human vocal folds.</a> Exp. Fluids. 49 (1), 131-146 (2010).</li>
<li>Petrović-Lazić, M., Kosanović, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+analysis+findings+in+patients+with+vocal+fold+polyp%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Med.+Saliniana%22%5BJournal%5D)">Acoustic analysis findings in patients with vocal fold polyp.</a> Acta Med. Saliniana. 38 (2), 63-66 (2009).</li>
<li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+laryngeal+flow+fields+induced+by+a+model+vocal+fold+polyp%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Heat+Fluid+Flow%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional laryngeal flow fields induced by a model vocal fold polyp.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 35, 93-101 (2012).</li>
<li>Acarlar, M. S., Smith, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+study+of+hairpin+vortices+in+a+laminar+boundary+layer.+Part+1.+Hairpin+vortices+generated+by+a+hemisphere+protuberance%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">A study of hairpin vortices in a laminar boundary layer. Part 1. Hairpin vortices generated by a hemisphere protuberance.</a> J. Fluid Mech. 175, 1-41 (1987).</li>
<li>Kawanisi, K., Maghrebi, M. F., Yokosi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+instantaneous+3-D+analysis+of+turbulent+flow+in+the+wake+of+a+hemisphere%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary-Layer+Meteorol%22%5BJournal%5D)">An instantaneous 3-D analysis of turbulent flow in the wake of a hemisphere.</a> Boundary-Layer Meteorol. 64, 1-14 (1992).</li>
<li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemisphere+and+hemisphere-cylinders+in+turbulent+boundary+layers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Wind+Eng.+Ind.+Aerodyn%22%5BJournal%5D)">Hemisphere and hemisphere-cylinders in turbulent boundary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 23, 345-364 (1986).</li>
<li>Tamai, N., Asaeda, T., Tanaka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vortex+structures+around+a+hemispheric+hump%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary-Layer+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Vortex structures around a hemispheric hump.</a> Boundary-Layer Meteorol. 39, 301-314 (1987).</li>
<li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+separated+shear+layers+associated+with+hemispherical+bodies+in+turbulent+boyndary+layers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Wind+Eng.+Ind.+Aerodyn%22%5BJournal%5D)">The separated shear layers associated with hemispherical bodies in turbulent boyndary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 28, 291-300 (1988).</li>
<li>Ogawa, T., Nakayama, M., Murayama, S., Sasaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+of+wind+pressures+on+basic+structures+with+curved+surfaces+and+their+response+in+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Wind+Eng.+Ind.+Aerodyn%22%5BJournal%5D)">Characteristics of wind pressures on basic structures with curved surfaces and their response in turbulent flow.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 427-438 (1991).</li>
<li>Manhart, M., Wengle, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-eddy+simulation+of+turbulent+bounday+layer+flow+over+a+hemisphere%5BTitle%5D)+AND+%22Direct+and+Large-Eddy+Simulation+I%3A+Selected+papers+from+the+First+ERCOFTAC+Workshop+on+Direct+and+Large-Eddy+Simulation%22%5BJournal%5D)">Large-eddy simulation of turbulent bounday layer flow over a hemisphere.</a> Direct and Large-Eddy Simulation I: Selected papers from the First ERCOFTAC Workshop on Direct and Large-Eddy Simulation. , 299-301 (1994).</li>
<li>Manhart, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vortex+shedding+from+a+hemisphere+in+a+turbulent+boundary+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Theor.+Comp.+Fluid+Dyn%22%5BJournal%5D)">Vortex shedding from a hemisphere in a turbulent boundary layer.</a> Theor. Comp. Fluid Dyn. 12, 1-28 (1998).</li>
<li>Meroney, R. N., Letchford, C. W., Sarkar, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+numerical+and+wind+tunnel+simulation+of+wind+loads+on+smooth%2C+rough+and+dual+domes+immersed+in+a+boundary+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Wind+Struct%22%5BJournal%5D)">Comparison of numerical and wind tunnel simulation of wind loads on smooth, rough and dual domes immersed in a boundary layer.</a> Wind Struct. 5 (2-4), 347-358 (2002).</li>
<li>Hunt, J. C. R., Abell, C. J., Peterka, J. A., Woo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinematical+studies+of+the+flows+around+free+or+surface-mounted+obstacles%3B+applying+topology+to+flow+visualization%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Kinematical studies of the flows around free or surface-mounted obstacles; applying topology to flow visualization.</a> J. Fluid Mech. 86 (01), 179 (2006).</li>
<li>Legendre, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignes+de+courant+d%27un+ecoulement+permanent%3A+decollement+et+separation%5BTitle%5D)+AND+%22La+Recherche+A%C3%A9rospatiale%22%5BJournal%5D)">Lignes de courant d'un ecoulement permanent: decollement et separation.</a> La Recherche Aérospatiale. 6, 327-335 (1977).</li>
<li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+Surface+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Flow+Visual%22%5BJournal%5D)">Visualization of Surface Flow.</a> Flow Visual. , 82-89 (1987).</li>
<li>Simpson, R. L., Long, C. H. H., Byun, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+vortical+separation+from+an+axisymmetric+hill%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Heat+Fluid+Flow%22%5BJournal%5D)">Study of vortical separation from an axisymmetric hill.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 23 (5), 582-591 (2002).</li>
<li>Byun, G., Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-pressure+fluctuations+from+separated+flow+over+an+axisymmetric+bump%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+Inst.+Aeronaut.+Astronaut.+J%22%5BJournal%5D)">Surface-pressure fluctuations from separated flow over an axisymmetric bump.</a> Am. Inst. Aeronaut. Astronaut. J. 48 (10), 2397-2405 (2010).</li>
<li>Martinuzzi, R., Tropea, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+flow+around+surface-mounted%2C+prismatic+obstacles+placed+in+a+fully+developed+channel+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluids+Eng%22%5BJournal%5D)">The flow around surface-mounted, prismatic obstacles placed in a fully developed channel flow.</a> J. Fluids Eng. 115, 85-92 (1993).</li>
<li>Rödiger, T., Knauss, H., Gaisbauer, U., Krämer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+and+heat+flux+measurements+on+the+surface+of+a+low-aspect-ratio+circular+cylinder+mounted+on+a+ground+plate%5BTitle%5D)+AND+%22New+Results+Num.+Exp.+Fluid+Mech.+VI%22%5BJournal%5D)">Pressure and heat flux measurements on the surface of a low-aspect-ratio circular cylinder mounted on a ground plate.</a> New Results Num. Exp. Fluid Mech. VI. , 121-128 (2007).</li>
<li>Martinuzzi, R., AbuOmar, M., Savory, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+of+the+wall+pressure+field+around+surface-mounted+pyramids+and+other+bluff+bodies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluids+Eng%22%5BJournal%5D)">Scaling of the wall pressure field around surface-mounted pyramids and other bluff bodies.</a> J. Fluids Eng. 129, 1147-1156 (2007).</li>
<li>Taniguchi, S., Sakamoto, H., Kiya, M., Arie, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-averaged+aerodynamic+forces+acting+on+a+hemisphere+immersed+in+a+turbulent+boundary%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Wind+Eng.+Indust.+Aerodyn%22%5BJournal%5D)">Time-averaged aerodynamic forces acting on a hemisphere immersed in a turbulent boundary.</a> J. Wind Eng. Indust. Aerodyn. 9, 257-273 (1982).</li>
<li>Triep, M., Brücker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+nature+of+the+glottal+jet%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+the+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional nature of the glottal jet.</a> The Journal of the Acoustic. Soc. Am. 127 (3), 1537-1547 (2010).</li>
<li>Khosla, S., Murugappan, S., Paniello, R., Ying, J., Gutmark, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+vortices+in+voice+production%3A+normal+versus+asymmetric+tension%5BTitle%5D)+AND+%22Laryngoscope%22%5BJournal%5D)">Role of vortices in voice production: normal versus asymmetric tension.</a> Laryngoscope. 119 (1), 216-221 (2009).</li>
<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+%22The+Journal+of+the+Acoustical+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+Image+Velocimetry%3A+A+Practical+Guide%22">Particle Image Velocimetry: A Practical Guide</a>. , Springer Verlag. (1998).</li>
<li>Neubauer, J., Zhang, Z., Miraghaie, R., Berry, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coherent+structures+of+the+near+field+flow+in+a+self-oscillating+physical+model+of+the+vocal+folds%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoustic.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Coherent structures of the near field flow in a self-oscillating physical model of the vocal folds.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 121 (2), 1102-1118 (2007).</li>
<li>Krebs, F., Silva, F., Sciamarella, D., Artana, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+study+of+the+glottal+jet%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional study of the glottal jet.</a> Exp. Fluids. 52 (5), 1133-1147 (2011).</li>
<li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAdrian%2C+RJ+%22Particle+image+velocimetry%22">Particle image velocimetry</a>. 30, Cambridge University Press. (2010).</li>
<li>Tobak, M., Peake, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topology+of+three-dimensional+separated+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Topology of three-dimensional separated flows.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 14, 61-85 (1982).</li>
<li>Zhang, Y., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetric+Spatiotemporal+Chaos+Induced+by+a+Polypoid+Mass+in+the+Excised+Canine+Larynx%5BTitle%5D)+AND+%22Chaos%22%5BJournal%5D)">Asymmetric Spatiotemporal Chaos Induced by a Polypoid Mass in the Excised Canine Larynx.</a> Chaos. 18, 43102 (2008).</li>
<li>Délery, J. M., Jean, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Delery+Toward+the+elucidation+of+three-dimensional+separation%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Delery Toward the elucidation of three-dimensional separation.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 33, 129-154 (2001).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zrozumienie powstawania i propagacji struktur wirowych z wypukłości geometrycznej i ich późniejszego wpływu na ładunki aerodynamiczne, które napędzają dynamikę fałdów głosowych, jest niezbędne do uzyskania wglądu i modeli w celu postępu w leczeniu polipów i guzków fałdów głosowych. Oczekuje się, że zmiany obciążeń aerodynamicznych spowodowane przez modelowy polip w tym eksperymencie przyczynią się do nieregularnej dynamiki fałdów głosowych obserwowanej u pacjentów z polipami13,41. Przyszłe prace obejmują zbada...

Fałdy głosowe to dwa pasma tkanki, które rozciągają się w poprzek dróg oddechowych wokalnych. Mowa dźwięczna jest wytwarzana, gdy osiągane jest krytyczne ciśnienie w płucach, przetłaczając powietrze przez przywiedzione fałdy głosowe. Fałdy głosowe składają się z wielu warstw tkanki i często są reprezentowane przez uproszczony dwuwarstwowy system zakrywania ciała1. Macierz zewnątrzkomórkowa, która stanowi większość warstwy wierzchniej, składa się z włókien kolagenu i elastyny, zapewniając nieliniową charakterystykę naprężeniowo-odkształceniową, która jest ważna dla prawidłowego ruchu fałdów głosowych1,2. Siły aerodynamiczne przekazują energię do tkanki fałdów głosowych i wywołują samopodtrzymujące się oscylacje3. Gdy fałdy głosowe oscylują, otwór między nimi, określany jako głośnia, tworzy czasowo zmienny otwór, który przechodzi od zbieżnego do jednolitego, a następnie do rozbieżnego przejścia, zanim zamknie się i powtórzy cykl4,6. Częstotliwości wibracji dla normalnej mowy zwykle obejmują 100-220 Hz odpowiednio u mężczyzn i kobiet, tworząc pulsujące pole przepływu, które przechodzi przez głośnię7. Proces wymiany energii między płynną strukturą dla normalnej mowy został szeroko przebadany8-12; Jednak zakłócenie tego procesu w przypadku niektórych patologii nie jest dobrze poznane. Patologiczne stany fałdów głosowych mogą powodować dramatyczne zmiany w ich dynamice i wpływać na zdolność do generowania mowy dźwięcznej.
Polipy i guzki to geometryczne nieprawidłowości, które tworzą się na przyśrodkowej powierzchni fałdów głosowych. Nieprawidłowości te mogą wpływać na zdolność pacjenta do komunikowania się13. Niemniej jednak dopiero niedawno rozważano zakłócenie pola przepływu spowodowane wypukłością geometryczną, taką jak polip14. Badanie to wykazało, że "normalny" proces wymiany energii między płynną strukturą mowy został drastycznie zmieniony, a modyfikacja pola przepływu była najbardziej prawdopodobną przyczyną poważnego pogorszenia jakości głosu u pacjentów z polipami i guzkami. Nie ustalono pełnego zrozumienia struktur przepływu wytwarzanych przez trójwymiarową separację przepływu od polipa w przepływie pulsacyjnym. Generowanie i propagacja struktur wirowych z polipa, a następnie ich wpływ na obciążenia aerodynamiczne, które napędzają dynamikę fałdów głosowych, jest niezbędnym kluczowym elementem postępu chirurgicznej remediacji polipów u pacjentów.
Chociaż separacja przepływu od hemisferoidu zamontowanego na ścianie w stałym przepływie została zbadana15-23, zaskakująco, niewiele jest informacji na temat niestabilnej trójwymiarowej separacji przepływu od hemisferoidy na ścianie podlegającej pulsacyjnym lub niestabilnym warunkom przepływu, jak to można znaleźć w mowie. Przełomowa praca Acarlara i Smitha15 dostarczyła analizy trójwymiarowych spójnych struktur generowanych przez stały przepływ przez hemisferoidę zamontowaną na ścianie w laminarnej warstwie granicznej. Acarlar i Smith zidentyfikowali dwa typy struktur wirowych. Stojący wir podkowiasty utworzył się przed wypukłością hemisferoidy i rozciągał się poniżej wypukłości po obu stronach. Dodatkowo, od czasu do czasu z hemisferoidy zamontowanej na ścianie do śladu wydzielane były wiry spinki do włosów. Zbadano i szczegółowo opisano złożony ruch i progresję wirów spinki do włosów.
Wcześniej badano przepływ przez gładko ukształtowane osiowosymetryczne wzgórze, w którym zarówno pomiary ciśnienia statycznego na powierzchni, jak i wizualizacja oleju powierzchniowego zostały uzyskane na i poniżej nierówności w turbulentnym przepływie ścinającym. Techniki filmu olejowego umożliwiają wizualizację linii tarcia skóry, obszarów o wysokiej i niskiej prędkości oraz punktów separacji i przyczepiania w przepływie powierzchniowym, a także są przydatne do badania śladu obiektu zamontowanego na ścianie. W przypadku tej techniki powierzchnia będąca przedmiotem zainteresowania jest pokryta cienką warstwą mieszaniny oleju i drobnego pigmentu w proszku (tj. czerni lampowej, proszku grafitowego lub dwutlenku tytanu). W pożądanych warunkach przepływu siły tarcia powodują, że olej przemieszcza się po powierzchni, powodując osadzanie się proszku pigmentowego w postaci smug. Punkty krytyczne lub osobliwości, miejsca, w których naprężenie ścinające wynosi zero lub dwie lub więcej składowych średniej prędkości wynosi zero, można sklasyfikować na podstawie wynikowego wzoru linii tarcia skóry jako punkty siodłowe lub punkty węzłowe24-26.
Dla geometrii wzgórza, nie znaleziono żadnej osobliwości spowodowanej separacją w górę rzeki; przypisano to płynnie wznoszącemu się konturowi guza, który nie generował niekorzystnego gradientu ciśnienia, który występuje przy wypukłości półferoidy. W związku z tym stwierdzono, że przepływ przyspiesza aż do szczytu nierówności, po czym niestabilne punkty separacji siodła i ogniska rozwinęły się wkrótce za linią środkową wybrzuszenia, czego można się było spodziewać po utworzeniu wiru spinki do włosów27,28. W badaniu, w którym wykorzystano podobne techniki eksperymentalne z inną geometrią zamontowaną na ścianie, wizualizacja filmu olejnego wokół sześcianu zamontowanego na powierzchni w stałym przepływie, wykonana przez Martinuzziego i Tropea29, pokazała dwie wyraźne linie tarcia skóry przed obiektem. Pierwsza linia tarcia skóry odpowiadała pierwotnej linii separacji spowodowanej niekorzystnym gradientem ciśnienia, a druga linia tarcia skóry wyznaczała uśrednione w czasie położenie wiru podkowiastego. Pomiary ciśnienia powierzchniowego wykonane przed obiektem wykazały lokalne minimum wzdłuż linii wiru podkowiastego oraz lokalne maksimum ciśnienia między linią separacji pierwotnej a linią wiru podkowiastego. Podobne linie separacji przed nimi są tworzone z innymi geometriami montowanymi na powierzchni, w tym z okrągłym cylindrem, ostrosłupem i stożkiem29-31. Wizualizacja powierzchni za obiektami zamontowanymi na ścianie zazwyczaj wyświetla dwa ogniska spowodowane obszarem recyrkulacji za obiektem30. W miejscach ognisk generowane są dwa wiry, które odpowiadają wirowi typu "łukowego" lub wirowi spinki do włosów obserwowanemu w ślad za hemisferoidązamontowaną na ścianie 32.
Prędkość obrazu cząstek (PIV) była wcześniej używana do badania przepływu w dół syntetycznych modeli fałdów głosowych33-35. PIV to nieinwazyjna technika wizualizacji, która obrazuje ruch cząstek znacznika przepływu w płaszczyźnie w celu uchwycenia czasoprzestrzennej dynamiki płynów36. Trójwymiarowe spójne struktury, które tworzą się poniżej oscylujących fałdów głosowych, były badane przez Neubauera i wsp.Lokal mieszkalny 37; Zaobserwowano powstawanie wirów i konwekcję oraz trzepotanie strumieni. Ostatnio Krebs i wsp.38 badano trójwymiarowość strumienia krtaniowego za pomocą stereoskopowego PIV, a wyniki pokazują przełączanie osi strumienia krtaniowego. Erath i Plesniak14 badali wpływ modelowego polipa fałdu głosowego na przyśrodkową powierzchnię 7,5-krotnie powiększonego, dynamicznie sterowanego modelu fałdu głosowego. Obszar recyrkulacji utworzył się za polipem, a dynamika dżetu była zaburzona przez cały cykl fonacyjny. Poprzednie badania, z wyjątkiem badania polipów napędzanych fałdami głosowymi przez Eratha i Pleśniaka14, nie badały dynamiki płynów indukowanej przez polip lub guzek przyśrodkowego fałdu głosowego.
Ważne jest, aby zrozumieć dynamiczny wpływ modelowego polipa na płyn w stałych i pulsacyjnych polach przepływu, zanim uwzględnisz dodatkową złożoność ruchomych ścian fałdu głosowego, indukowane gradienty ciśnienia, ograniczoną objętość geometryczną i inne zawiłości. Obecne prace koncentrują się na sygnaturze struktur przepływowych na dolnej ścianie zarówno w warunkach stałego, jak i nieustalonego przepływu. Interakcje między strukturami wirowymi, które są zrzucane z występu, a ścianą znajdującą się za nim, są bardzo interesujące dla badania polipów fałdów głosowych, a także innych względów biologicznych, ponieważ interakcje te wywołują odpowiedź biologiczną.

<table><tbody><tr><td>Szybki prototyper</td><td>Objet</td><td>Objet24</td><td>Rozmiar tacy (X xY x Z): 240 x 200 x 150 mm Grubość warstwy roboczej =&nbsp; 28 &mikro; m&nbsp; Dokładność = 0,1 mm Rozdzielczość kompilacji: oś X: 600 dpi, oś Y: 600 dpi, oś Z: 900 dpi</td></tr><tr><td>Materiał modelu szybkiego prototypu</td><td>Objet</td><td>VeroWhite Plus Fullcure 835</td><td></td></tr><tr><td>Szybki prototyper Materiał podporowy</td><td>Objet</td><td>FullCure 705 Toner do</td> kopiowania Xerox <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nafta</td><td>Sunnyside</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Baby Oil</td><td>Johnson's</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adhesive Paper</td><td>Con-Tact Brand</td><td></td><td>Biały klej pokrywający</td></tr><tr><td>rurki Tygon</td><td>Rurki PVC</td><td>Tygon</td><td>1/16 cala ID, 3/16 cala OD</td></tr><tr><td>Skaner ciśnienia (16-kanałowy)</td><td>Scanivalve</td><td>DSA3217</td><td>Używany do pomiarów ciśnienia gazu Zakres ciśnienia = &#177; 5 w H2O Dokładność pełnej skali = &#177; Dokładność pełnej skali 0,3%. Maksymalna szybkość skanowania = 500 Hz/kanał</td></tr><tr><td>Rurki ze stali nierdzewnej</td><td>Scanivalve</td><td>TUBN-063-1.0</td><td>o średnicy 0,063 i długości 1</td></tr></tbody></table>

badanie trójwymiarowej separacji przepływu indukowanej przez modelowy polip fałdu głosowego

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

Proces wymiany energii w strukturze płynu dla normalnej mowy został dokładnie zbadany, ale nie jest dobrze poznany pod kątem stanów patologicznych. Polipy i guzki, które są nieprawidłowościami geometrycznymi, które tworzą się na przyśrodkowej powierzchni fałdów głosowych, mogą zakłócać dynamikę fałdów głosowych, a tym samym mogą mieć katastrofalne konsekwencje dla zdolności pacjenta do komunikowania się. Nasze laboratorium poinformowało o pomiarach prędkości obrazu cząstek (PIV) w ramach badania modelowego polipa zlokalizowanego na przyśrodkowej powierzchni modelu fałdu głosowego sterowanego in vitro, które pokazują, że taka nieprawidłowość geometryczna znacznie zaburza zachowanie strumienia krtaniowego. Ta regulacja pola przepływu jest prawdopodobną przyczyną poważnego pogorszenia jakości głosu u pacjentów z polipami. Pełniejsze zrozumienie powstawania i propagacji struktur wirowych z wypukłości geometrycznej, takiej jak polip fałdu głosowego, i wynikający z tego wpływ na ładunki aerodynamiczne, które napędzają dynamikę fałdów głosowych, jest niezbędne do postępu w leczeniu tego patologicznego stanu. Niniejsze badania dotyczą trójwymiarowej separacji przepływu indukowanej przez montowaną na ścianie półkulistę prolate o proporcjach 2:1 w przepływie krzyżowym, tj. modelowy polip fałdu głosowego, z wykorzystaniem techniki wizualizacji filmu olejnego. Niestabilna, trójwymiarowa separacja przepływu i jej wpływ na obciążenie ciśnieniem ściany są badane za pomocą wizualizacji linii tarcia skóry i pomiarów ciśnienia w ścianie.

Poprzednie prace z wykorzystaniem modelu fałd głosowych sterowanych dynamicznie, w skali powiększonej 7,5 raza, wykazały, że obecność wypukłości geometrycznej, modelującego polip fałdy głosowej, zaburza normalną dynamikę strumienia głośni w całym cyklu fonacyjnym. Reprezentatywne wyniki z poprzedniego badania modelu sterowanych fałd głosowych przedstawiono na Ryc. 2 oraz w Wideo 2. Wideo demonstruje ruch sterowanych fałd głosowych podczas przejścia z geometrii zbieżnej do rozbieżnej. Mod...

Polipy fałdów głosowych mogą zakłócać dynamikę fałdów głosowych, a tym samym mogą mieć katastrofalne konsekwencje dla zdolności pacjenta do komunikowania się. Trójwymiarowa separacja przepływu indukowana przez naścienny polip modelowy i jego wpływ na obciążenie ciśnieniowe ściany jest badana za pomocą prędkości obrazu cząstek, wizualizacji linii tarcia skóry i pomiarów ciśnienia w ścianie.

Badanie trójwymiarowej separacji przepływu indukowanej przez modelowy polip fałdu głosowego

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zbadanie trójwymiarowego oderwania przepływu wywołanego przez model polipa fałdu głosowego. Osiąga się to poprzez zamontowanie w sekcji badawczej tunelu aerodynamicznego półkuli prote o stosunku wymiarów dwa do jednego, co służy jako model wypukłości zamocowanej na ścianie, takiej jak polip lub guzek. W drugim kroku zastosowano techniki wizualizacji przepływu za pomocą oleju, które umożliwiają obrazowanie linii tarcia powierzchniowego oraz punktów oderwania i ponownego przyłączenia w przepływie przyściennym.Następnie wykonano pomiary niestacjonarnego ciśnienia powierzchniowego wokół wyniosłości zamontowanej na ściance. W celu określenia obciążeń ciśnieniem na ściance wokół modelu polipa, wyniki w połączeniu z danymi symetrii z obrazowania cząsteczek wykazują obecność wiru podkowiastego odrywającego się w formie wirów spinkowych oraz przestrzennych i czasowych obciążeń ciśnieniem wokół modelu polipa fałdu głosowego, co prawdopodobnie przyczynia się do nieregularnej dynamiki fałdów głosowych obserwowanej u pacjentów ze stanami patologicznymi, takimi jak polipy lub guzki. Metoda ta może dostarczyć cennych informacji na temat dynamiki płynów w patologicznych schorzeniach fałdów głosowych.Można go również zastosować w innych układach, takich jak przepływ krwi i zwężenia tętnic, zarządzanie nadmorskimi wydmami piaskowymi, przepływ wtórny, a także w wymiennikach ciepła i zastosowaniach energii wiatrowej. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą mieć trudności z dobraniem odpowiedniej mieszaniny na bazie oleju dla swoich konkretnych warunków badawczych. Aby stworzyć model polipa fałdu głosowego, należy zacząć od zbudowania trójwymiarowego modelu polipa w programie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD).Tworząc model w formie wydłużonej półkuli, dodaj kwadratową podstawę do spodu modelu polipa fałdy głosowej, która posłuży do przymocowania modelu do dna sekcji testowej. Eksportuj trójwymiarowy model CAD jako plik stereolitograficzny lub plik STL. Wybierz rozdzielczość co najmniej 600 dpi, aby zapewnić gładką powierzchnię modelu polipa.Wgraj plik STL do odpowiedniego oprogramowania i wydrukuj go, korzystając z drukarki 3D o wysokiej rozdzielczości lub urządzenia do szybkiego prototypowania. Przy rozdzielczości warstwy wynoszącej co najmniej 20 micrometers, polip jest gotowy do zamontowania w tunelu aerodynamicznym. Sekcja pomiarowa tunelu aerodynamicznego posiada wyjmowaną dolną płytę z kwadratowym otworem, który znajduje się wzdłuż linii środkowej rozpiętości i w pożądanej lokalizacji w kierunku strumienia.Otwór służy do montażu modelu polipa fałdu głosowego. Aby przygotować się do testów przepływu oleju, pokryj wewnętrzną powierzchnię sekcji testowej tunelu aerodynamicznego białą papierową taśmą samoprzylepną. Ostrożnie naklej papier, aby upewnić się, że nie powstały zagięcia ani wybrzuszenia spowodowane pęcherzykami powietrza.Wytnij otwór w papierze klejącym nad kwadratowym otworem w dnie sekcji testowej. Następnie zamontuj w sekcji testowej zdejmowaną płytę dolną. Teraz wprowadź model polipa do pozycji kotwiczenia.Aby przygotować się do testów z użyciem kamery wysokiej rozdzielczości zamontowanej nad sekcją badawczą tunelu aerodynamicznego, ustaw ostrość kamery tak, aby jej pole widzenia obejmowało model polipa oraz przyległy obszar sekcji badawczej. Skonfiguruj kamerę do rejestrowania obrazów lub wideo. Przygotuj mieszaninę oleju do wizualizacji przepływu, łącząc olej dla niemowląt, proszek z tonera i naftę w stosunku objętościowym 7:1:2.Wymieszać olej dla niemowląt z proszkiem tonera w pojemniku i mieszać przez kilka sekund, aż toner całkowicie się rozpuści. Następnie dodać naftę i wymieszać. Przenieść mieszaninę do butelki z atomizerem, aby ułatwić aplikację na powierzchnię sekcji badawczej.Przed nałożeniem mieszaniny olejów należy oczyścić powierzchnię sekcji testowej wodą i osuszyć ją ręcznikiem papierowym. Następnie pozostawić ją do wyschnięcia przez kilka minut. Używając butelki z atomizerem wypełnionej mieszaniną olejów, rozpylić cienką, równomierną warstwę cieczy na obszar wokół modelu polipa fałdy głosowej.Cienka, równomierna warstwa mieszaniny olejowej jest kluczowa dla uzyskania właściwego filmu olejowego. Obrazy wizualizacji filmu inicjują akwizycję obrazu lub wideo w kamerze. Akwizycja obrazu rozpoczyna się przed uruchomieniem tunelu aerodynamicznego.Aby uchwycić początkowy przejściowy ruch mieszaniny olejowej, uruchom tunel aerodynamiczny z ssaniem z żądaną prędkością. Mieszanina olejowa zacznie płynąć wzdłuż powierzchni sekcji badawczej. Gdy mieszanina olejowa przestanie płynąć i osiągnie stan stacjonarny, co zostanie zasygnalizowane przez nieruchome wzory, lub gdy upłynie żądany czas, zatrzymaj nagrywanie kamerą i wyłącz tunel aerodynamiczny, aby wprowadzić ciśnienie statyczne.Ostukanie powierzchni dna sekcji testowej. Rozpocznij od linii środkowej pozycji zakotwiczenia modelowego polipa i wywierć otwory w płytce demontowalnej, tworząc wzór siatki o szerokości 8,89 cm i długości 22,86 cm w kierunku strumienia. Następnie zamontuj stalowe trzpienie w otworach wokół modelowego polipa w pożądanej konfiguracji.Przyłącza posiadają wybrzuszenie na jednym końcu służące do mocowania elastycznego przewodu oraz są proste na drugim końcu w celu umożliwienia montażu. Po prawidłowym zamontowaniu przyłącza są zlicowane z podłogą sekcji badawczej. Następnie należy przymocować krótkie odcinki przezroczystego, elastycznego przewodu z polichlorku winylu, aby połączyć zamontowane stalowe przyłącza z portami pomiarowymi skanującego przetwornika ciśnienia.Skanujący przetwornik ciśnienia posiada 16 portów ciśnieniowych. Rozpocznij akwizycję danych o ciśnieniu powierzchniowym, podłączając skanujący przetwornik ciśnienia do komputera i konfigurując parametry akwizycji w oprogramowaniu przetwornika. W oprogramowaniu ustaw częstotliwość próbkowania danych na 500 hertz przez wymagany czas trwania pomiaru.Następnie ustaw tunel aerodynamiczny ssący na pożądaną prędkość. Teraz rozpocznij pomiar ciśnienia. Pomiary ciśnienia mogą być przeprowadzane jednocześnie z dowolną wybraną techniką diagnostyki przepływu.Na przykład laser PIV, symetria dopplerowskiego vela oraz anemometria drutowa. Model polipa testowano w warunkach przepływu ustalonego przy liczbie Reynoldsa wynoszącej 9 000. Główna linia oderwania w prądzie górnym jest przedstawiona jako ciemna linia znajdująca się przed polipem.W pobliżu śladu polipa znajdują się dwa węzły koncentracji wirowości, które stanowią punkty przyczepienia dwóch przeciwbieżnych rurek wirowych tworzących ramiona wiru w kształcie spinki w strumieniu za obiektem. Przedstawiony tutaj obraz wizualizacji przepływu oleju dotyczy modelu polipa w przepływie poprzecznym przy liczbie Reynoldsa wynoszącej 9 000. Ciemne linie rozciągające się z boków polipa z prądem płynu, reprezentujące zewnętrzne granice śladu, zbiegają się aż do punktu przyczepienia ze względu na wir recyrkulacyjny za obiektem.Wyniki wizualizacji przepływu oleju dla warunków przepływu ustalonego potwierdzają formowanie się układu wirów w kształcie podkowy przed modelem polipa oraz wirów w kształcie szpilki za polipem. Przedstawiono tutaj pomiary ciśnienia przed i za modelem w trakcie jednego cyklu oscylacyjnego. Czerwona linia znajdująca się w pozycji numer trzy wskazuje miejsce najniższego ciśnienia w obszarze przepływu zwrotnego bezpośrednio za polipem.Stwierdzono, że wartości poszczególnych przetworników ciśnienia zmieniały się w trakcie cyklu, a różnica ciśnień między lokalizacjami przetworników zmieniała się w zależności od położenia w cyklu, a tym samym od wykazanej średniej prędkości. Oto powiązane badanie z wykorzystaniem wymuszonych modelowych fałd głosowych oraz zamocowanego do ścianki modelu polipa fałdy głosowej. Kierunek przepływu płynu jest skierowany na zewnątrz ekranu.Kolorowe strzałki przedstawiają wykresy wektorowe wielkości prędkości w momencie rozpoczęcia otwierania się fałdów głosowych. Powstaje kanał zbieżny i wytwarza się korzystny gradient ciśnienia. Strumień przepływa nad polipem i jest kierowany w stronę linii środkowej.W momencie, gdy głośnia osiąga maksymalną szerokość i przyjmuje konfigurację równoległą, tworzą się dwa przeciwbieżne wiry wzdłużne. Podczas zamykania się fałdów głosowych przepływ jest wymuszony wokół polipa i odpychany od linii środkowej w płaszczyźnie przednio-tylnej. Po opanowaniu ta technika może zostać wykonana w ciągu kilku minut, pod warunkiem jej prawidłowego przeprowadzenia. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat pozyskiwania danych z wizualizacji przepływu olejowego, które mogą być wykorzystane do identyfikacji linii tarcia powierzchniowego, obszarów o wysokiej i niskiej prędkości oraz do konstruowania map topologicznych złożonych przepływów trójwymiarowych.

investigating-three-dimensional-flow-separation-induced-model-vocal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Badanie trójwymiarowego oddzielania przepływu indukowanego przez modelową polipę struny głosowej

Opisano metodologię wytwarzania syntetycznych modeli fałdów głosowych. Modele mają rzeczywistą wielkość i naśladują wielowarstwową strukturę ludzkich fałdów głosowych. Wyniki pokazują, że modele wykazują samopodtrzymujące się oscylacje przy ciśnieniach porównywalnych z ciśnieniem płuc oraz wykazują odpowiedzi wibracyjne indukowane przepływem, podobne do tych występujących w ludzkich fałdach głosowych.

Wytwarzanie syntetycznego, wielowarstwowego, samowzbudnego modelu fałdów głosowych

Przedstawiono technikę wykonywania ilościowego obrazowania trójwymiarowego (3D) dla różnych rodzajów przepływów płynów. Wykorzystując koncepcje z zakresu obrazowania pola światła (Light Field Imaging), rekonstruujemy objętości 3D z zestawów obrazów. Nasze wyniki 3D obejmują szeroki zakres danych, w tym pola prędkości oraz wielofazowe rozkłady wielkości pęcherzyków.

Wyznaczanie trójwymiarowych pól przepływu za pomocą wielokamerowego obrazowania pola światła

Skonstruowano i scharakteryzowano nowatorski bioreaktor fałdowania głosowego, zdolny do dostarczania fizjologicznie istotnej, wibracyjnej stymulacji do hodowanych komórek. To dynamiczne urządzenie do hodowli, w połączeniu z włóknistym rusztowaniem poli(ε-kaprolaktonu), tworzy środowisko wokalno-mimetyczne, które moduluje zachowanie mezenchymalnych komórek macierzystych.

Budowa i charakterystyka nowego bioreaktora fałdów głosowych

Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania próbek półkrtani, ułatwiający wielowymiarowy widok wibracji fałdów głosowych, w celu zbadania różnych biofizycznych aspektów produkcji głosu u ludzi i ssaków innych niż ludzie.

Układ półkrtaniowy do badania drgań fałdów głosowych w trzech wymiarach

To badanie demonstruje produkcję modeli nielepiących się i super miękkich fałdów głosowych poprzez wprowadzenie specyficznego sposobu tworzenia warstw fałdów głosowych, dostarczając szczegółowego opisu procedury produkcyjnej i charakteryzując właściwości modeli.

Proces produkcji nieprzywierających modeli super-miękkich fałdów głosowych

Mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej (OR-PAM) to rozwijająca się technologia umożliwiająca obrazowanie kontrastów absorpcji optycznej in vivo z rozdzielczością i czułością na poziomie komórkowym. W niniejszym materiale przedstawiamy instrukcję wizualną dotyczącą protokołów eksperymentalnych OR-PAM, obejmującą konfigurację systemu, jego kalibrację, typowe procedury eksperymentalne in vivo oraz schematy obrazowania funkcjonalnego.

Trójwymiarowa mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej

W niniejszym raporcie opisujemy trójwymiarowy model rekonstrukcji skóry, który naśladuje architekturę i skład ludzkiej skóry. Wykorzystując model rekonstrukcji skóry, badano fizjologię melanocytów, progresję czerniaka oraz losy dermalnych komórek macierzystych. Model ten jest również przydatny jako narzędzie przedkliniczne do oceny leków.

Trójwymiarowy model rekonstrukcji ludzkiej skóry: narzędzie do badania normalnej skóry i progresji czerniaka

Opisano płaski oraz trójwymiarowy druk z użyciem przewodzących tuszy metalicznych. Nasze podejście otwiera nowe możliwości wytwarzania drukowanych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i biomedycznych o nietypowych układach w skali mikro.

Planarny i trójwymiarowy druk atramentów przewodzących

Przepływ płynu śródmiąższowego jest zwiększony w guzach litych i może modulować inwazję komórek nowotworowych. W niniejszej pracy opisujemy technikę nakładania przepływu płynu śródmiąższowego na komórki zatopione w macierzy, a następnie pomiaru jego wpływu na inwazję komórek. Technika ta może być łatwo zaadaptowana do badania innych układów.

Trójwymiarowy model hodowli komórkowej do pomiaru wpływu przepływu płynu śródmiąższowego na inwazję komórek nowotworowych

Trójwymiarowa komora przepływowa to nowatorska technologia in vitro do ilościowej i stopniowej oceny kaskady wynaczynień komórek krążących w warunkach fizjologicznego stresu ścinającego. W związku z tym urządzenie spełnia krytyczną potrzebę podstawowych, przedklinicznych i klinicznych badań migracji komórek.

Nowatorskie trójwymiarowe urządzenie z komorą przepływową do badania wynaczynienia komórek krążących w fizjologicznych warunkach przepływu kierowanego przez chemokinę

Poznaj trójwymiarową separację przepływu indukowaną przez modelowy polip fałdu głosowego. Metoda obejmuje wizualizację przepływu olejowego i pomiary ciśnienia powierzchniowego w tunelu aerodynamicznym.

Badanie trójwymiarowej separacji przepływu indukowanej przez modelowy polip fałdu głosowego

Przeglądaj więcej filmów