Syntetisk, Multi-Layer, Self-Oscillerende Vocal Fold Model Fabrication

Summary

Metodikken for fabrikkere syntetisk vokal fold modeller er beskrevet. Modellene er legemsstørrelse og etterligne multi-lags struktur av den menneskelige stemmebåndene. Resultatene viser modellene til selvbestemmelse svinge ved trykk sammenlignes med lunge press og demonstrere flow-induced vibratory responser som er lik de menneskelige stemmebåndene.

Abstract

Lyd for den menneskelige stemmen er produsert via flow-induced vokal fold vibrasjon. Den stemmebåndene består av flere lag av vev, hver med ulike materialegenskaper ^1. Normal stemme produksjonen er avhengig av friskt vev og stemmebåndene, og oppstår som et resultat av komplekse kopling mellom aerodynamisk, strukturelle dynamiske og akustiske fysiske fenomener. Voice lidelser påvirke opp til 7,5 millioner kroner årlig i USA alene ² og ofte medføre betydelige økonomiske, sosiale og andre kvalitet-of-life problemer. Forstå fysikk i stemmen produksjonen har potensial til betydelig fordel stemme omsorg, herunder klinisk forebygging, diagnose og behandling av stemmen lidelser.

Eksisterende metoder for å studere stemme produksjon inkluderer in vivo eksperimenter med mennesker og dyr fag, in vitro eksperimentering med excised larynges og syntetisk modeller, og datamodelling. På grunn av farlig og vanskelig instrument tilgang, er in vivo eksperimenter sterkt begrenset i omfang. Excised strupehodet eksperimenter har fordelen av anatomiske og noen fysiologiske realisme, men parametriske studier med geometrisk og materiell eiendom variabler er begrenset. Videre er de vanligvis bare kunne være vibrerte for relativt korte perioder (typisk i størrelsesorden minutter).

Overvinne noen av de begrensninger i excised strupehodet eksperimenter, er syntetiske vokal fold modeller fremstår som et supplerende verktøy for å studere stemme produksjon. Syntetisk modeller kan være fabrikkert med systematiske endringer på geometri og materialegenskaper, noe som åpner for studiet av sunn og usunn menneskelig phonatory aerodynamikk, strukturell dynamikk og akustikk. For eksempel har de vært brukt til å studere venstre-høyre vokal fold asymmetri ^3,4, klinisk instrument utvikling ^5, strupehodet aerodynamikk ^6-9, VOCal fold kontakt trykk ¹⁰ og subglottal akustikk ¹¹ (en mer omfattende liste finnes i Kniesburges et al. ¹²⁾

Eksisterende syntetisk vokal fold modeller, men har enten blitt homogen (ett-lags modeller) eller har blitt fabrikkert ved hjelp av to materialer med ulik stivhet (to-lags modeller). Denne tilnærmingen tillater ikke for representasjon av den faktiske multi-lags struktur av den menneskelige stemmebåndene ^en som spiller en sentral rolle i styrende vokal fold flow-induced vibratory respons. Følgelig, en-og to-lags syntetisk vokal fold modeller har stilt ulemper ^3,6,8 eksempel høyere utbruddet press enn hva som er typisk for menneskelig phonation (utbruddet trykket er det minste lunge press kreves for å initiere vibrasjon), unaturlig store underlegen- overlegen bevegelse, og mangel på en "mucosal wave" (en vertikalt reiser bølge som er karakteristisk for sunn menneskelig vokal fold vibrasjon).

<pclass = "jove_content"> I dette papiret, fabrikasjon av en modell med flere lag av ulike materialegenskaper er beskrevet. Modellen lagene simulere multi-lags struktur av den menneskelige stemmebåndene, inkludert Epitel, overflatiske lamina propria (SLP), middels og dype lamina propria (dvs, ligament, en fiber er inkludert for anterior-posterior stivhet), og muskel (dvs. , body) lag ^1. Resultatene inngår som viser at modellen viser forbedret vibratory egenskaper over før en-og to-lags syntetisk modeller, inkludert utbruddet press nærmere menneskelig utbruddet press, redusert mindreverdige-overlegen bevegelse, og bevis på en mucosal bølge.

Protocol

Fabrikasjon sekvensen (se fig. 1) består av å lage former for vokal fold modell lag, sekvensielt casting silikon lag, og montering av modeller for testing. Modellen har fire distinkte lag: kropp, ligament, overfladisk lamina propria og epitel, i tillegg til en enkelt fiber. En backing lag er lagt til rette for nøyaktig plassering av enkelte lag til vokal fold modell. Modellen geometriske parameter definisjonene er vist i fig. 2, med parameterverdier for dagens modell gitt i t…

Discussion

Denne metoden for å fabrikere syntetisk vokal fold modeller gir modeller som viser vibratory oppførsel som minner om menneskelig stemmebåndene. Den multi-layer konsept resulterer i betydelige fordeler fremfor forrige en-og to-lags modell design ^3,6,8,15, i form av redusert utbruddet trykk og forbedret modell bevegelse (konvergerende-divergerende profil under svinging, mucosal bølge-lignende bevegelse , og redusert underlegen overlegen forskyvning). Metoden som presenteres her er demonstrert på en noe ide…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue 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	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	OmegaCrys	Use only clear fibers
Silicone Dye	Smooth-On	Silc Pig Black
Silicone Glue	Smooth-On	Sil-Poxy
Talc Powder	Western Family