Hemi гортани установки для изучения вибрации голосовых связок в трех измерениях

Для понимания механизмов формирования голоса у человека и млекопитающих важно исследовать вибрации голосовых складок. Поскольку их изучение внутри организма затруднено, для получения более детальной информации о поведении и свойствах голосовых складок используются иссеченные гортани. В данном видео мы демонстрируем, как создать так называемую установку с гемигортанью.

Одна половина гортани удаляется, чтобы визуализировать вибрацию голосовой складки не только сверху, но и сбоку. Это полезно для изучения особенностей вибрации, которые остаются скрытыми при стандартной установке с использованием целой гортани. В данной демонстрации будет использована гортань благородного оленя.

Поскольку используемые образцы гортани обычно подвергаются быстрой заморозке в жидком азоте и хранятся в морозильной камере, выбранный образец необходимо правильно разморозить, чтобы не изменить биомеханические свойства ткани. Сначала поместите замороженную гортань в двойной автоклавный пакет или любой другой пластиковый пакет с водонепроницаемым уплотнением. Также добавьте груз, который поможет удерживать гортань под поверхностью воды.

Запечатайте пакет и поместите его в водяную баню при температуре около 30 °C до полного размораживания гортани. После полного размораживания извлеките гортань из пакета и тщательно промойте ее физиологическим раствором. При наличии удалите лишние структуры, такие как наружные мышцы шеи или подъязычная кость.

Для решения некоторых биоакустических исследовательских задач надгортанные структуры можно оставить нетронутыми, что, однако, ограничивает видимость голосовых складок сверху. Укоротите трахею примерно до 45 сантиметров, чтобы впоследствии ее можно было использовать для крепления гортани к трубке подачи воздуха. Перед началом подготовки всегда проверяйте гортань на наличие возможных аномалий тканей и иногда появляющихся трещин, возникших в процессе мгновенного замораживания.

Следующий этап включает обнажение одной половины щитовидного хряща. Сначала удалите наружные гортанные мышцы с помощью скальпеля. Начните процедуру рассечения с первоначального вертикального разреза через переднюю часть щитовидного хряща.

Осторожно ведите разрез больше в сторону удаляемой части, чтобы избежать повреждения голосовой складки, которую необходимо сохранить для последующего исследования. Если хрящ слишком жесткий из-за оссификации, используйте небольшую пилу. Затем выполните срединный сагиттальный разрез перстневидного хряща.

Выполните вертикальный разрез между черпаловидными хрящами, дойдя примерно до горизонтального уровня нижней вырезки щитовидного хряща. Соедините оба разреза, сделав горизонтальный разрез от нижнего конца вертикального разреза в перстневидном хряще в направлении нижней вырезки щитовидного хряща. Отогните сторону гортани, подлежащую удалению, к переднему краю и сделайте вертикальный разрез через мягкие ткани на внутренней стороне щитовидного хряща.

Это самый ответственный момент всей процедуры. Поэтому следует соблюдать крайнюю осторожность при выполнении разреза от переднего прикрепления голосовых складок до щитовидного хряща. При правильном рассечении щитовидного хряща в области полученной голосовой щели всегда будет оставаться небольшой передний зазор.

Для того чтобы обнажить голосовые складки и обеспечить хороший вид сверху, иногда бывает полезно удалить также структуры, расположенные над голосовыми складками. В некоторых случаях после процедуры разреза внутренние мягкие ткани гортани теряют связь с щитовидным хрящом и мешают обзору голосовой складки. В таких ситуациях удаление этой избыточной ткани неизбежно.

Наконец, удалите небольшую часть заднего отдела щитовидного хряща, чтобы облегчить приведение голосовых складок через черпаловидные хрящи. Теперь гортань имеет паз в форме буквы L, соответствующий L-образной конфигурации пластин, используемой в установке. Левая сторона полугортани обеспечивает медиальный вид, при котором видны надрезы в щитовидном и перстневидном хрящах, а также сохранившаяся голосовая складка и черпаловидный хрящ.

Экспериментальная установка для полугортаней состоит из трех основных частей. Трубка подачи воздуха, которая подает подогретый и увлажненный воздух в гортань. Далее следуют две прозрачные пластины, заменяющие удаленные части гортани, и зажимы для аддукции исследуемой голосовой складки и стабилизации гортани.

Теперь мы закрепим гортань на трубке подачи воздуха. Нанесите на трубку фиксирующий крем для зубных протезов и закрепите гортань, используя её трахею. Фиксирующий крем для протезов служит адгезивом и герметизирует возможные зазоры.

Закрепите трахею с помощью пластикового зажимного ремня или другого подходящего зажима. Также покройте края разреза кремом-фиксатором для зубных протезов и прикрепите прозрачные пластины. Стабилизируйте щитовидный хрящ и приведите голосовую складку в положение аддукции с помощью зубцов.

На данном этапе установка для имитации гортани готова к использованию. Подайте поток воздуха и проверьте систему на наличие утечек. Если воздух выходит сбоку, загерметизируйте зазоры, добавив немного фиксирующего крема.

Для визуализации вибраций голосовых складок в режиме реального времени может быть использован стробоскопический свет. Основное назначение установки с полугортанью заключается в наблюдении за вибрацией голосовых складок не только сверху, но и сбоку. Для этой цели используются две синхронизированные высокоскоростные видеокамеры.

Одна камера для вида сверху и одна для вида сбоку. Здесь представлена вибрация голосовой складки геми-гортани, зафиксированная двумя синхронизированными камерами с частотой 6 000 кадров в секунду. На левой панели показан вид сверху, на правой — вид сбоку.

Голосовая складка вибрирует с частотой около 70 циклов в секунду; полученные видеозаписи представлены здесь в замедленном действии. Пространство между голосовой складкой и стеклянной пластиной называется голосовой щелью. Ее состояние можно количественно оценить, измеряя изменение ее площади с течением времени.

Здесь площадь голосовой щели выражена в пикселях. Она равна нулю, когда голосовая складка контактирует со стеклянной пластиной, и отлична от нуля, когда воздух проходит через голосовую щель. Анализ акустического сигнала, возникающего в результате вибрации голосовых складок в гемигортани, показывает, что основные события акустического возбуждения происходят в два момента в течение одного вибрационного цикла.

В момент раскрытия голосовой щели, когда голосовая складка теряет контакт со стеклянной пластиной, и в момент смыкания голосовой щели, когда голосовая складка снова полностью соприкасается со стеклянной пластиной. В следующей анимации оранжевым цветом показано изменение площади контакта голосовой складки со стеклянной пластиной за один вибрационный цикл. В данном случае установка с использованием полугортани применяется для валидации метода, называемого электроглоттографией или ЭГГ.

Одновременно зарегистрированный сигнал ЭГГ показан здесь синим цветом. Наблюдается достаточно тесная корреляция между площадью контакта голосовых складок и сигналом ЭГГ. Это более подробно описано в недавнем исследовании нашей группы.

В заключительной части этого видео мы представляем новый метод трехмерной оценки вибрации голосовых складок, называемый хемографическим анализом движения голосовой щели. В цифровом хемограмме информация об изображении вдоль одной линии в высокоскоростном видео анализируется для каждого кадра и откладывается слева направо. Полученная хемограмма отображает движение структуры голосовой складки вдоль линии сканирования в динамике во времени.

Хемограммы строятся как для вида сверху, так и для вида сбоку, при этом линии хемографического сканирования располагаются точно посередине голосовой складки. Прослеживается временной сдвиг краев голосовой складки. Светло-голубой график отображает латеральное отклонение голосовой складки, а красный и зеленый графики — вертикальное отклонение нижнего и верхнего краев голосовой складки соответственно.

Полученную информацию можно объединить для синтеза анимации, демонстрирующей движение голосовой щели в двух измерениях, как если бы она наблюдалась по срединной линии гортани. В данном видео мы представили руководство по созданию установки с использованием полугортани. Мы продемонстрировали некоторые возможные способы оценки вибрации голосовых складок не только сверху, но и сбоку, что позволяет получить важные эмпирические данные для более глубокого понимания ключевого аспекта голосообразования.