Summary
합성 음성 접는 모델을 fabricating에 대한 방법론은 설명합니다. 모델은 실물 크기이며, 인간의 보컬 주름의 다층 구조를 모방. 결과는 모델 폐 압력에 비해 압력에 자체 진동과 인간의 보컬 폴드의 것과 유사 흐름 유발 진동 응답을 증명할 보여줍니다.
Abstract
인간의 목소리로 소리가 흐름을 유발 보컬 배 진동을 통해 생산됩니다. 보컬 폴드는 조직의 여러 레이어, 다양한 재료 특성 1 각 구성됩니다. 일반 음성 생산 건강한 조직과 보컬 폴드에 의존하고, 공기 역학적, 구조적 역동적인, 그리고 음향 물리적 현상 사이의 복잡한 결합의 결과로 발생합니다. 음성 장애는 혼자 미국 2 연간 7,500,000까지 영향을 종종 상당한, 금융, 사회, 어려움과 품질의 수명 다른 결과를. 음성 생산의 물리학을 이해하는 것은 임상 예방, 진단, 및 음성 장애의 치료를 포함하여, 크게 음성 치료를 혜택을 가능성이있다.
음성 제작을 공부에 대한 기존 방법은 excised larynges 및 합성 모델을 사용하여 시험 관내 실험에서 인간과 동물의 과목을 사용하여 생체내 실험 및 전산 모델에 포함ING. 위험하고 어려운 악기에 액세스할 때문에, 생체내 실험에서 심각한 범위로 제한됩니다. Excised 후두 실험은 해부학 및 일부 생리 사실주의의 이익을 가지고 있지만, 기하학 및 재료 속성 변수를 포함한 파라메 트릭 연구 제한됩니다. 또한, 그들은 일반적으로 시간이 비교적 짧은 기간 (일반적 분 순서)에 대해 진동하는 유일한 수 있습니다.
excised 후두 실험의 한계 중 일부를 극복하고, 합성 보컬 접이식 모델은 음성 제작을 공부에 대한 보완적인 도구로 급부상하고 있습니다. 합성 모델은 건강하고 건강하지 못한 인간의 phonatory 공기 역학, 구조 역학 및 음향 연구에 대한 허용, 기하학 및 재료 속성에 체계적인 변화를 조작하실 수 있습니다. 예를 들면, 그들은 3,4, 임상 기기 개발 5, 후두 공기 역학 6-9, 백성을 비대칭 왼쪽, 오른쪽 보컬 접을을 연구하는 데 사용되었습니다알 배 접촉 압력 10, subglottal 음향 11 (보다 포괄적인 목록이 Kniesburges 외에서 찾을 수 있습니다. 12)
기존 합성 음성 접이식 모델은, 그러나, 중 동질되었습니다 (1 층 모델) 또는 다양한 강성 두 재료 (2 계층 모델)을 사용하여 조작했습니다. 이러한 접근 방식은 보컬 접이식 흐름 유발 진동 응답을 규제에서 중심 역할을 인간의 보컬 주름 하나의 실제 다층 구조의 표현에 대한 허용하지 않습니다. 따라서, 한 두 레이어 합성 보컬 접이식 모델은 인간의 phonation (발병 압력이 진동을 시작하는 데 필요한 최소 폐 압력), 비정상적으로 큰 열등위한 전형보다 높은 발병 압력과 같은 단점에게 3,6,8을 출품했습니다 뛰어난 운동, 그리고 "점막 웨이브"(건강한 사람의 보컬 배 진동의 특징입니다 세로 - 여행 웨이브)의 부족.
Protocol
가공 시퀀스 (그림을 참조하십시오. 1), 보컬 접이식 모델 레이어에 대한 금형을 만드는 순서 실리콘 레이어를 주조하고, 테스트를위한 모델을 장착 구성되어 있습니다. 단일 섬유 이외에, 몸, 인대, 표면 얇은 판의 propria, 그리고 상피 : 모델 4 개 층이 있습니다. 배경 레이어는 보컬 접어 모델에 개별 레이어의 정확한 배치를 용이 추가됩니다. 모델 기하학적 매개 변수 정의는 그림에 표시됩니다. 2, 표 1에서 주어진 현재의 모델에 대한 매개 변수 값. 다음 섹션에서 다른 실리콘 혼합 비율이 서로 다른 레이어에 대해 지정된, 이들은 (표 2 참조) 작은 변형 정권 13 인간의 보컬 접어 조직에 대해 보고된 것과 유사 물질 속성을 생산하고 있습니다.
1. 금형 제작 및 준비
- supe 세 보컬 배 레이어 솔리드 모델 만들기rficial 얇은 판의 propria, 인대, 그리고 신체 층. 이것은 일반적으로 원하는 형상과 3 차원 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 모델을 만드는 stereolithography (STL) 파일을 CAD 모델을 수출하고, 신속한 프로토 타입에 대한 정의 기계 공장에 STL 파일을 전송하여 수행됩니다.
- 아크릴 소재의 얇은 조각을 사용하여 상자 모양의 금형 양식을 만듭니다. 대략 크기는 (중요하지 않음) 2.54 cm 높다 × 5.72 cm 폭 × 6.35 cm 깊이. 평면 아크릴 접시에 준수하여 양식의 하단을 만듭니다. 진공 그리스와 모든 내부 가장자리를 밀봉합니다.
- 원하는 도형의 솔리드 모델 (즉, 몸, 인대, 또는 표면의 얇은 판 propria)의 측면 측면에 진공 그리스의 작은 금액을 넣으십시오. 진공 그리이스는 자리에 부품을 보유하고 있도록 금형 캐비티 양식, 다운 진공 그리스 측면의 하단에 모델을 누르십시오. 후한 코트 금형 양식 및 릴리스 에이전트와 솔리드 모델. 릴리스 에이전트를 보장, 페인트 브러쉬를 사용하면 곳곳에 도달금형 양식 캐비티.
- 10 부품 및 확장을위한 충분한 공간을 가진 용기에 부드러운 실 950 플래티넘 실리콘 고무 (무게로 측정 부품)의 한 부분 B를 섞는다. 진공 챔버에 uncured 실리콘 고무와 공기 방울 장소 금형 양식을 제거하고 약 3 분 (또는 그 이상 이하 필요시)에 대한 압력을 (예를 들어, 대기압 아래에서 HG 26 인치) 낮출 수 있습니다. 챔버에서 degassed 실리콘을 제거하고 금형 양식 캐비티에 부어. 다시 진공 챔버 및 가스를 제거하다에 uncured 실리콘과 장소 금형. 수준의 표면에 진공 챔버와 장소에서 제거합니다. 24 시간 동안 치료 및 금형 양식에서 곰팡이를 제거할 수 있습니다.
- 반복 표면의 얇은 판 propria, 인대, 그리고 신체 레이어마다 금형을 만드는 데 1.4을 통해 1.1 단계를 반복합니다.
- 섬유 삽입하도록하기 위해서 면도칼로 앞쪽에 - 후부 방향으로 중간 표면의 중심에있는 인대 계층 금형을 잘라.
2. 주조 OF 각 계층
- 바디 층 : 페인트 브러시와 함께 신체 금형 캐비티에 릴리스 에이전트의 얇은 레이어를 적용합니다. 한 부분의 B 한 부분의 Ecoflex 00-30 Supersoft 플래티넘 실리콘 (무게로) 섞는다. 자료의 최종 치료 강성을 줄이기 위해 한 부분의 실리콘의 응고를 (무게로) 추가합니다. 갇힌 공기를 제거 한 분 간 진공 챔버에서 30 초 장소 함께 섞는다. 진공에서 혼합물을 제거하고 신체 금형 캐비티에 부어 있지만, 전체 금형 캐비티의 위로 기입하지 않습니다. 250 ° F에서 30 분 동안 오븐에 넣습니다. 오븐과 냉각에서 제거합니다.
- 백업 : 믹스 한 부분의 B 한 부분 드래곤 스킨의 한 부분 실리콘의 응고를 (무게로) 추가합니다. 30 초입니다, 1 분 진공 장소 적극적으로 믹스, 그리고 전체 때까지 신체 금형 캐비티에 부어. 250 ° F에서 30 분 동안 오븐에 넣습니다. 오븐과 시원한에서 곰팡이를 제거합니다. 금형에서 모델을 제거 실온으로 냉각 수 있도록, 그리고 표면에있는 릴리스 에이전트를 제거종이 타월로 몸을 층.
- 인대 층 : 페인트 브러시와 인대 금형 캐비티 표면에 릴리스 에이전트 얇은 레이어를 적용합니다. 면도칼의 상처로 그것을 추진하여 금형에서 30cm 스레드를 배치합니다. 철저 한 부분의 B 한 부분 Ecoflex 00-30과 실리콘의 응고의 네 부분 (무게)의 A를 섞는다. 공기 방울을 제거하고 인대 금형 캐비티에 혼합 잔 진공 챔버에 놓습니다.
- 인대 레이어 (계속) : 인대 금형 캐비티에 보도 바디 - 백업 모델 (단계 2.1.1과 2.1.2에서). 한쪽에서 삽입을 시작하고 부드럽게 모델은 금형 캐비티 밖 초과 uncured 실리콘과 공기 방울들을 못살게 굴지 있도록 다른로 이동합니다. 공기 거품이 존재하는 경우, 금형 캐비티, uncured 실리콘과 리필에서 모델을 제거하고 곰팡이로 모델을 누르면 반복합니다. 30 분 동안 오븐에 넣어 몰드는 제거하고, 실내 온도 냉각. 금형에서 모델을 제거합니다. 종이 타월로 여분의 릴리스 에이전트를 제거합니다.
- 피상적인 얇은 판 Propria 계층 : 페인트 브러시와 superifical 얇은 판 propria (SLP) 금형 캐비티 표면에 릴리스 에이전트 얇은 레이어를 적용합니다. 한 부분의 B, 무게에 의해 Ecoflex 00-30, 8 부품 실리콘의 날씬해 보인다고 한 부분을 섞는다. 진공로 이전 완료 및 SLP 금형 캐비티에 부어. 표면의 얇은 판 propria 금형 캐비티에 인대 - 바디 - 백업 모델을 삽입하는 단계 2.1.4에서 설명한 동일한 절차를 사용하십시오. 250 ° F에서 오븐에 넣어 한 시간 동안 치료. 오븐에서 제거하고 냉각 수 있습니다. 표면의 얇은 판 propria 그대로 남아 있도록 천천히 그리고 극단주의 모델을 제거합니다.
- 상피 층 : 아래 후원과 평평한 표면에 놓으십시오 보컬 접을 모델입니다. 면도칼로 지원 자료를 제거합니다. 모델보다 높이 개체를 첨부하여 공중에 스레드를 일시 중지합니다. 실리콘의 응고의 한 부분, 믹스, 진공 하나의 부품 B 한 부분의 드래곤 스킨을 섞어서 다음 모델을 통해 부어 및 치료에 대한 수E 시간. 두꺼운 레이어를 만들 수있는 과정을 반복합니다. 면도칼로 여분의 물질을 제거합니다.
- 옵션 : 각 레이어가 다른 색 (다른 레이어의 보이는 검사)으로 원하는 경우에는 혼합 과정에서 Ecoflex 또는 드래곤 스킨 중의 일부를 B에 염료를 추가합니다.
- 옵션 : 소재 속성 데이터가 수집되는 경우, 각 모델 계층의 제조와 동시에 인장 및 유변학적 표본을 만들 수 있습니다. 원하는 재료 속성 표본 모양과 크기의 릴리스 에이전트 - 대우 금형에 추가 uncured 자료를 붓는하여이 작업을 수행합니다.
- 옵션 : 레이어 두께의 측정이 필요한 경우, 면도칼로 모델의 단면을 잘라 현미경으로 검사한다.
3. 테스트를위한 최종 모델 준비
- 먼저 뒤로 (측면)과 측면 (에 실리콘 접착제의 얇은 레이어를 적용하여 아크릴 장착 플레이트에 각 완성된 보컬 접을 모델을 마운트nterior - 후부) 모델 표면. 장착 판의 recessed 컷에 모델을 삽입합니다. 아크릴 판의 상단과 중간 모델 표면을 맞춥니다. 멀리 초과 접착제를 닦아주십시오. 접착제 한 시간 동안 치료하실 수 있습니다.
- 표면 tackiness을 줄이기 위해 모델 표면에 활석 가루를 적용합니다.
- 중간 표면 추적을위한 모델에 점을 표시하는 훌륭한 점 Sharpie 펜을 사용합니다. 마킹은 활석 분말의 응용 후에 이루어집니다 경우 최상의 결과가 발생합니다.
- 기존 모델이 이점 될 수있는 모델을 향해 가리키는 스레드 종료와 함께 장착 판의 구멍을 통해 긴 볼트를 놓습니다. 볼트 이상의 스레드를 놓는다. 모든 공기 격차를 닫습 볼트 이상의 폐쇄 셀 거품을 넣어.
- 마찬가지로 단계 3.1 및 3.2을 사용하여 아크릴 홀더에 탑재되어 다른 보컬 접을 모델이 준비 모델을 두 개 있어요. 거품을 압축하고 욕망 사전 진동 간격에 도달할 때까지 함께 중간 표면을 가지고 나사를 조이십시오. 스레드의 두 세트가 오븐을 배치 수 있도록어 볼트와 앞쪽에 - 후부 방향으로 아크릴 접시에서 바깥쪽으로 확장.
- 공기 공급 튜브에 마운트 보컬 배 쌍.
- 루프를 형성하기 위해 함께 앞쪽에 스레드를 묶어. 뒷부분 스레드 반복합니다. 동시에 루프에서 원하는 무게 만요.
- 모델은 이제 테스트 및 데이터 수집을위한 준비가되어 있습니다.
4. 대표 결과
이 제조 프로세스를 사용하여 만든 한 모델에서 진동 응답 데이터는 다음과 같습니다, 이러한 결과는 전형입니다. 섬유에 적용 약 31g의 긴장으로 발병 압력이 발병 압력 (440 PA) 이상 10 % subglottal 압력 400 아빠야 되었음 모델이 210 ML / s의의 glottal 유량과 115 Hz에서에서 진동 이 값은 인간 (표 3) 사람들을 위해보고 값으로 좋은 계약에 있습니다. 모델 움직임을 분석하는 고속 videokymography를 사용하면 뛰어난 사이의 위상 차이의 증거를 보여주었다차 열등 여백, 즉, 뛰어난 마진은 진동 기간 (그림 3)의 오픈 단계에서 하부 여백을 숨겼고. 음성 접어 모델의 중간 및 하부 표면에 적용되는 점들의 스테레오 이미지에서 추출한 궤도는 모델이 인간 phonation, 점막 파도와 같은 운동, 그리고 낮은 전형적인 것입니다 교류 집중 - 분기하는 프로필을 전시 것으로 나타났다 하부를 이전 모델에 비해 뛰어난 운동 (그림 4).
표 1. 모델 기하학 매개 변수 값.
표 2. 무게와 보컬 접어 모델의 개별 섹션 영의 계수를 발생하여 혼합 비율. EF와 DS 지정 실리콘은 Ecoflex과 드래곤 스킨 만든각각 14.
표 3. 인간과 합성 보컬 배 진동 응답 사이의 비교.
그림 1. 합성 보컬 접어 모델 제조 공정. CAD - 파생 솔리드 모델 (왼쪽 패널) 각 계층에 대한 금형 (중앙 패널)을 생성하는 데 사용됩니다. 각 계층은 다음 바디 레이어와 함께 시작하고 상피 층 (오른쪽 패널, 가시의 "뒤로 벗겨"각 레이어 포함)로 끝나는, 캐스팅이다. 제조 후, 모델은 테스트를 위해 아크릴 접시에 탑재하고 있습니다.
그림 2. 합성 보컬 접어 모델 크로스 섹션을 참조하십시오. 뚜렷한 몸, 표면 얇은 판의 propria, ligament, 그리고 상피 레이어가 표시됩니다. 매개 변수는 보컬 배 모델 지오메 트리를 정의합니다. 이 수치는 기하학적인 정의를 명확하게 표현에 대한 크기를 조정합니다. 표 1에서 주어진 매개 변수 값을 신청 여기에 표시됩니다 무엇보다 약간 다른 형태로 발생합니다.
그림 3. 모델 진동의 고속 kymogram. 우수와 열등 마진의 위치에 대한 견적은 색의 점선에 표시됩니다. 열등하고 우수한 여백 사이의 위상 차이는 분명 있습니다.
그림 4. 진동하는 동안 시간이 서로 다른 두 인스턴스에서 캡처한 hemilarynx 배치에서 합성 보컬 접어 모델의 중간 표면 프로파일. 잉크 마커 (중간 표면에 놓여 있었다 쉬로) 오른쪽 이미지에서 자신의 두 동기 고속 카메라를 사용하여 몇 군데, 그리고 진동주기 동안 추적. 왼쪽 줄거리는 오프닝 단계에서 수렴 성문을 보여줍하고 오른쪽 줄거리는 마감 단계에서 분기하는 성문을 보여줍니다.
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Discussion
인간의 목소리 폴드의 진동과 유사한 동작을 합성 보컬 접어 모델 산출 모델을 fabricating의이 메서드는. 발병 감소 압력 및 향상된 모델 운동의 관점에서 이전과 두 계층 모델 디자인 3,6,8,15에 비해 상당한 장점 (진동, 점막 파도처럼 운동 할 동안 수렴 - 분기하는 프로필에서 멀티 레이어 컨셉 결과 과) 하부 뛰어난 변위를 감소. 여기서 제시하는 방법은 기하학적 측면에서 다소 이상적인 모델에 보여주지만, 그것은 다른 형상과 모델에 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 인간의 기하학적 영상 데이터를 기반으로 모델 (예 : MRI 17, CT)이 방법을 사용하여 조작 수 있습니다. 또한,이 제조 공정의 개념은 AP를 수면, 부드러운 소재의 흐름 유발 진동 및 / 또는 여러 레이어가 중심 요소, 예를 들어, 혈관을 통해 흐름을 조사하는 다른 연구 분야에 응용 프로그램을 찾을 수 있습니다NEA, 그리고 동물의 운동 (특히 수영과 비행).
모델은 여기서 미래의 연구와 개발을위한 과목 수있는 몇 가지 제약 사항들이있다 설명했다. 자료는 선형 응력 - 변형 응답 특성을 가지고 있고, 향후 예상 개선 비선형 응력 - 변형 재료의 결합을 포함합니다. 오히려 이러한 제조 과정에서 합성 재료보다 생물학의 사용도 가능합니다. 때문에 얇은 판 propria 계층의 극단적인 유연성의 모델은 이전과 두 계층 모델보다 진동에 따라 덜 강력합니다. 그러나, 약 1 kPa 아래 subglottal 압력을 유지하고 때때로 표면 접착력을 최소화하기 위해 활석 분말을 적용하는 것은 일반적으로 멀리 excised larynges를 사용하여 가능한 분들을 초과하는 모델의 행동에 최소한의 변화와 일의 순서에 기간이 사용하는 모델에 대한 허용해야합니다.
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Disclosures
저자는 공개 아무것도 없어.
Acknowledgments
저자는 기꺼이 합성 모델 개발 지원 난청 및 기타 통신 장애에 국립 연구소에서 보조금 R03DC8200, R01DC9616 및 R01DC5788을 인정합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| High Vacuum Grease | Dow Corning | 01018817 | |
| Pol-Ease 2300 | Polytek | Pol-Ease2300-1 | Release agent |
| Smooth-Sil 950 | Smooth-On | Smooth-Sil 950 | Mold making material |
| Vacuum Pump | Edwards Lifesciences | E2M2 | |
| Vacuum Chamber | Kartell | 230 | |
| Pressure Gage | Marsh Bellofram | 11308252A | |
| Straight Razor | Husky | 008-045-HKY | |
| Ecoflex 00-30 | Smooth-On | Ecoflex 00-30 | |
| Silicone Thinner | Smooth-On | Silicone Thinner | |
| Dragon Skin | Smooth-On | Dragon Skin 10 FAST | |
| Thread | Omega Engineering, Inc. | OmegaCrys | Use only clear fibers |
| Silicone Dye | Smooth-On | Silc Pig Black | |
| Silicone Glue | Smooth-On | Sil-Poxy | |
| Talc Powder | Western Family |
References
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