Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

Configuración de Hemi-laríngea para el estudio de vibración de la cuerda vocal en tres dimensiones

Published: November 25, 2017 doi: 10.3791/55303

Summary

Este papel presenta un protocolo para la preparación de las muestras de hemi-laringe facilitando una visión multidimensional de la vibración de la cuerda vocal, con el fin de investigar diversos aspectos biofísicos de la producción de la voz en los seres humanos y no humanos mamíferos.

Abstract

La voz de los seres humanos y la mayoría de los mamíferos no humanos se genera en la laringe a través de la oscilación autosostenible de las cuerdas vocales. Documentación visual directa de la vibración de la cuerda vocal es un reto, especialmente en los mamíferos no humanos. Como alternativa, extirpada laringe experimentos proporcionan la oportunidad para investigar la vibración vocal bajo condiciones fisiológicas y físicas controladas. Sin embargo, el uso de una laringe completo simplemente proporciona una vista superior de las cuerdas vocales, excepto las porciones cruciales de las estructuras oscilantes de la observación durante su interacción con las fuerzas aerodinámicas. Esta limitación puede ser superada mediante la utilización de una configuración de hemi-laringe donde la mitad de la laringe se mid-sagittally retira, proporcionando una superior y una vista lateral del doblez vocal restante durante oscilación autosostenida.

Aquí, se da una guía paso a paso para la preparación anatómica de las estructuras de la hemi-laríngea y su montaje en el Banco de laboratorio. Fonación ejemplar de la preparación de la hemi-laringe está documentado con datos de alta velocidad videos capturados por dos cámaras sincronizadas (vistas superiores y lateral), mostrando del movimiento tridimensional del doblez vocal y área contacto variables en el tiempo correspondiente. La documentación de la configuración de la hemi-laringe en esta publicación facilitará la aplicación y constancia fiable en la investigación experimental, los científicos de la voz proporciona el potencial para entender mejor la biomecánica de la producción de la voz.

Introduction

Voz se crea típicamente por vibración del tejido laríngeo (principalmente las cuerdas vocales), que convierte un flujo de aire constante, suministrada por los pulmones, en una secuencia de pulsos de flujo de aire. La forma de onda de presión acústica (es decir, el sonido principal) salen de esta secuencia de pulsos de flujo acústico excita el tracto vocal que filtra, y el sonido resultante es irradiado de la boca y (hasta cierto punto) de la nariz1 . La composición espectral del sonido generado en gran parte está influenciada por la calidad de la vibración vocal, gobernada por la biomecánica laríngea y las interacciones con el flujo de aire traqueal2. Tanto en una clínica y un contexto de investigación, documentación y evaluación de la vibración de la cuerda vocal está así de interés principal al estudiar la producción de la voz.

En los seres humanos, investigación endoscópica directa de la laringe durante la producción de sonido en vivo es un desafío, y es prácticamente imposible en los mamíferos no humanos, medios tecnológicos actuales. Por lo tanto y en orden a la garantía cuidadosamente controlado física o fisiológica experimental condiciones de contorno, el uso de laringes suprimido3,4 es en muchos casos una substitución adecuada para la investigación de en vivo mecanismos de producción de la voz.

Vibración de la cuerda vocal es un fenómeno tridimensional complejo5. Mientras que los métodos de investigación convencionales como endoscopia laríngea (en vivo) o preparaciones de laringe suprimido normalmente proporcionan sólo una vista superior de los pliegues vocales vibrante6, no permiten análisis tridimensional completo de movimiento de la cuerda vocal. En particular, en la vista superior los márgenes inferiores (caudales) de las cuerdas vocales son invisibles durante una parte importante del ciclo vibratorio. Esto es debido al retraso de fase entre el inferior (caudal) y el borde superior (craneal) de las cuerdas vocales, un fenómeno que se ve típicamente durante el doblez vocal oscilación5. Como escasa evidencia empírica directa para respaldar los resultados de modelos matemáticos y físicos, conocimiento de la geometría y el movimiento del vocal baja doble borde7y, por tanto, la geometría del canal subglótico8,9 , 10 es crucial para entender mejor la interacción entre el flujo de aire laríngea, tejido del pliegue vocal y la resultante fuerzas y presiones11,12. Otro aspecto de la vibración de cuerdas vocales que se esconde de la vista superior habitual es la vertical (caudo-craneal) profundidad de contacto entre las dos cuerdas vocales. La profundidad vertical del contacto se relaciona con el espesor vertical de las cuerdas vocales, que es un indicador potencial del registro vocal en canto ("pecho" vs "falsete" registro)13,14.

Para superar las deficiencias de los preparados convencionales laringe extirpada (completo), se puede utilizar una configuración llamada hemi-laringe, donde la mitad de la laringe se quita, lo que facilita la evaluación de las características vibratorias de los restantes del doblez vocal en tres dimensiones. Sorprendentemente, desde la introducción de esta configuración en la década de 196015 y una validación inicial del concepto en 199316, no muchos laboratorios han realizado experimentos con este prometedor enfoque experimental17,18 ,19,20,21,22,23. Una explicación para esto podría encontrarse en las dificultades de crear una preparación viable hemi-laringe. Mientras que la preparación convencional extirpada laringe (completo) está bien documentado4, no hay tales instrucciones más detalladas aún están disponibles para crear una configuración de hemi-laringe. Por lo tanto es el objetivo del presente trabajo proporcionar un tutorial para crear una configuración fiable reproducible hemi-laringe, complementada por los resultados experimentales de ejemplares de ciervo rojo.

Una configuración de hemi-laringe comparte muchas características con una configuración "convencional" laringe suprimido, como equipo de medida, de alta velocidad u otra tecnología de imagen para documentar adecuadamente las vibraciones de las estructuras laríngeas durante la generación de sonido, o correcto suministro de aire calentado y humidificado. Estas consideraciones de configuración general se describen en detalle en un capítulo del libro4 y un informe técnico del Centro Nacional de la voz y el habla24. Reiteración de estas instrucciones sería más allá del alcance de este manuscrito. Aquí, se presentan sólo las directivas especializadas para generar una configuración de hemi-laringe.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

El animal muestras analizadas en este trabajo fueron tratadas conforme a los requisitos de la norma éticos de la Universidad Palacky de Olomouc, República Checa. Derivan de vivir violentamente en los bosques, que eran buscados por el ejército Checo bosque servicio durante la temporada regular de la caza de ciervo.

1. preparación de la muestra de Hemi-laringe

Nota: Muestras debidamente preparadas sólo puede usarse, como se indica en4 . Rápida congelación de la laringe25 inmediatamente después de la supresión y almacenamiento a-80 ° C se minimiza el potencial de degradación del tejido y la alteración de las propiedades biomecánicas y permite la realización de los experimentos en cualquier momento conveniente.

  1. Descongelación de la laringe
    1. Inserte la laringe congeladora en dos bolsas de autoclave o cualquier otras bolsas de plástico con sellado impermeable. Sellar las bolsas y ponerlas en un baño de agua calentado a 30 ° C hasta que la laringe esté completamente descongelada. La duración necesaria oscila entre unas horas y más de un día, dependiendo del tamaño de la laringe y la temperatura de congelación.
  2. Limpieza de la laringe
    1. Después de que la laringe esté descongelada, retire de la bolsa y limpiar con solución salina (0,9% NaCl).
    2. Retire con cuidado el tejido superfluo como aplicable (músculos del cuello es decir externo, hueso hioides etc.) sin dañar las estructuras laríngeas principal y acortar la tráquea a una longitud adecuada para el montaje de la laringe en un tubo de suministro de aire (generalmente ca. 4-5 cm).
    3. Compruebe el tejido laríngeo para posibles anomalías del tejido, tales como heridas, deformaciones orgánicas o grietas potencialmente producido por el proceso de congelación, que podría hacer que la laringe no aptos para el experimento.
  3. Exposición de los cartílagos tiroides y cricoides
    1. Saque las piezas del tejido muscular laríngeo externo alrededor del cartílago tiroides y cricoides con un bisturí, exponiendo los cartílagos en preparación para el corte sagital creando la hemi-laringe. Esta etapa de preparación se representa en la figura 1A y 1B.
  4. Corte sagital a través del cartílago tiroides
    1. Hacer un corte vertical inicial a través de la parte anterior del cartílago tiroides.
    2. Coloque con cuidado el corte un poco más hacia el lado que está a punto de retirarse, para no dañar el doblez vocal que debe permanecer conservados. Si es posible, utilice un bisturí para cortar. Si el cartílago está osificado, use una sierra pequeña.
  5. Cortar cartílago cricoides
    1. Llevar el corte verticalmente (inferiorly) de entre los cartílagos aritenoideo y luego a través del cartílago cricoides a un nivel aproximadamente horizontal de la entalladura de la tiroidea inferior.
  6. Retiro del doblez vocal uno, creando una incisión en forma de L en la laringe
    1. Hacer horizontal cortado a partir del extremo inferior del anterior corte vertical en el cartílago cricoides y conducir el nuevo corte a la muesca de la tiroidea inferior. Pliegue anterior del lado de la laringe que se va a quitar.
    2. Hacer una vertical corte a través del tejido blando en la cara interna del cartílago tiroides - tenga cuidado mientras que el corte entre el accesorio anterior de las cuerdas vocales hacia el cartílago tiroides, evitando así daños en el pliegue vocal.
  7. Refinamiento del corte a través del cartílago tiroides
    1. Uso de un bisturí, una sierra o un archivo, con el fin de aplicar un corte recto precisamente en el cartílago tiroides y como cerca posible de la parte anterior del doblez vocal previamente inspeccionado.
    2. Quitar también una parte pequeña del cartílago tiroides posterior, con el fin de crear espacio para la inserción de la clavija para adducting el aritenoides cartílago y, por tanto, el vocal doblan (véase abajo). Esta etapa de preparación se representa en la figura 1C y 1D.
      Nota: Dependiendo de la pregunta de investigación, exposición completa del doblez vocal entera puede necesitar para permitir su visibilidad desde arriba. En tal caso, deben eliminarse las estructuras por encima del doblez vocal (verdadera) (es decir, la ventricular o vestibular veces, según sea el caso teniendo en cuenta la anatomía del espécimen). En algunos ejemplares el interior suave del tejido laríngeo por encima de las cuerdas vocales puede perder su conexión con el cartílago tiroides e interfiere con el pliegue vocal durante la vibración, potencialmente causando falsos patrones oscilatorios (en su mayoría irregulares). En tal caso es inevitable eliminar de ese tejido.

Figure 1
Figura 1 : Montaje y preparación de Hemi-laringe. (A) y (B) limpió laringe espécimen, vista medial y posterior, antes del retiro del doblez vocal izquierdo; (C) y (D) preparado hemi-laringe con incisión en forma de L (a la izquierda del doblez vocal removido), medial y posterior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Hemi-laringe experimento

  1. Configuración de Hemi-laríngea
    1. Utilizar un tubo de suministro de aire que entrega el aire humidificado y calentado en la laringe.
    2. Construir dos perpendicular había arreglado placas transparentes como una sustitución por piezas desmontadas laríngeas.
    3. Uso puntas 4 para aumentar la estabilidad de la laringe y la creación de una configuración adecuada de laringe pre-phonatory por adducting del doblez vocal restante a la placa vertical (ver figura 2A).
      Nota: En teoría, las cuerdas vocales pueden también ser aducción por suturas y pesas en un sistema de polea-palanca 26 . Sin embargo, este enfoque tiene, para el mejor conocimiento de estos autores, aún no han intentado para una preparación hemilarynx.

Figure 2

Figura 2 : Configuración de Hemi-laringe. (A) las estructuras de apoyo: tubo de suministro de aire, arreglo de la placa de vidrio en forma de L dientes de aducción. (B) montaje preparación de hemi-laringe con las horquillas de aducción. (C) y (D) planos de hemi-laringe-preparación, visto desde el lado y desde arriba, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Montaje de la hemi-laringe
    1. Cubrir el tubo de suministro de aire con fijador de prótesis dental crema y montar la laringe con la parte restante de su tráquea. La crema fijadora funciona como adhesivo y cierra brechas posibles, creando un sello hermético.
    2. Fijar la tráquea con una correa o una abrazadera de apriete de plástico.
    3. Cubrir también los bordes del corte a través del cartílago tiroides con el crema, evitando separarse crema fijadora en el pliegue vocal o los tejidos blandos de los laringeos interiores fijador.
    4. Acople las placas transparentes.
  2. Estabilización del cartílago tiroides, aducción del doblez vocal con dientes
    1. Utilice las clavijas para aducción del doblez vocal a la placa y estabilizar el cartílago tiroides.
    2. Después la crema fijadora, aplicar el flujo de aire con el fin de establecer la oscilación de la cuerda vocal y verifique posibles fugas entre el hemi-laringe y las placas de vidrio.
    3. Sellar huecos eventualmente ocurrir agregando más crema fijadora.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ilustraciones de la preparación de la hemi-laringe y su montaje en el tubo de suministro de aire, como se indica en el apartado anterior, se encuentran en la figura 1 y figura 2, respectivamente.

Documentación de la vibración de la cuerda vocal desde dos ángulos de cámara

Inducida por el flujo de aire autosuficiente del doblez vocal hemi-laringe fue documentado desde la parte superior y desde el lado con dos sincronizadas las cámaras de video de alta velocidad (HSV) operadas a 6.000 frame/s, complementado con grabaciones sincrónica en el tiempo de acústica y datos de electroglottographic (véase abajo) muestreados a 44,1 kHz. Puede encontrar más información sobre la configuración de la adquisición de datos incluyendo una lista de equipos utilizados en publicaciones anteriores por este grupo de autores 27,28. Imágenes de estas grabaciones de VHS se muestran en el acompañamiento de la video. Imágenes fijas, extraídas momentos representativos dentro del ciclo vibratorio, se muestran en la figura 3. La vista superior (mitad superior de cada panel) muestra movimiento mediolateral del doblez vocal, indicando una glotis abierta en la Figura 3A, lo que permite flujo de aire glotal, mientras que en la figura 3, B, D se cierra la glotis (doblez vocal está en contacto completo con la placa de vidrio vertical), deteniendo así el aire glotal flujo. La vista lateral (mitad inferior de cada panel) en figuras 3B-D sugiere un grado variable de doblez vocal contacto contra la placa de vidrio, así como una geometría variable y localización vertical de ese contacto.

Figure 3
Figura 3 : Vibración de cuerdas vocales laringe Hemi. (A, D) Imágenes fijas de alta velocidad videos de la parte superior (mitad superior de cada panel) y las cámaras de visión lateral (mitad de cada panel inferior), extrae a representante puntos dentro del ciclo vibratorio. Tenga en cuenta la ausencia de contacto del doblez vocal en (A), y la variable (ambos en el área, forma y posición) vocal doble contacto (B-D). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Análisis de movimiento glotal kymographic

Análisis cuantitativos de movimiento glotal se ilustran en la figura 4. La glotis es la variable entre el (vibrante) vocales29, creado por sus desviaciones durante el oscilación autosostenida. Análisis del estado del arte de vista superior imágenes HSV permiten rastrear las desviaciones laterales de los pliegues vocales30,31. La preparación de hemi-laringe descrita aquí añade la facilidad de evaluar también los aspectos (caudo-craneal) vertical de vibración de cuerdas vocales.

Figure 4
Figura 4 : Análisis de movimiento glotal kymographic.
(A) y (B) Video Fotos mostrando vistas superiores y laterales de la laringe de hemi, de alta velocidad grabaciones de vídeo (VHS) a 6.000 marcos/s. Las líneas verticales amarillas indican la posición de la línea de análisis kymographic para las kymograms que se muestra en los paneles C y E para la vista superior y los paneles D y F para la vista lateral. (C) y kymograms (D) Digital extraídas de las imágenes HSV de la parte superior y la vista lateral, respectivamente. (E) el desplazamiento lateral del doblez vocal varían con el tiempo extraído de la kymogram y trazado con una línea (guiones cortos). (F) los desvíos variables en el tiempo de los bordes inferiores y superiores del doblez vocal, evaluó en la kymogram y trazado con una discontinua y una línea de puntos, respectivamente. (G) representación sinóptica de las variables en el tiempo estructuras glotal: Lateral del doblez vocal desviación (violeta "parte superior", claro) y deflexión vertical de la superior ("lado sup.", rojo oscuro) y la inferior ("lado inf", verde oscuro) vocal doblar bordes extraídos de el kymograms se muestra en los paneles de E y f el. velocidades de movimiento (H) derivados de la estructura glotal desplazamiento datos panel G. () y (J) movimiento glotal reconstrucción derivado de los datos de desplazamiento de la superior y márgenes del doblez vocal inferior se muestra en el panel G. Las flechas indican la dirección del movimiento rotacional. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Dos kymograms digitales fueron generados de la vista superior y lateral datos HSV (figuras 4 y 4 D). En una kymogram digital (DKG)32,33,34,35, los datos de píxeles de una sola línea (normalmente en el punto de amplitud vibratoria máxima doblez vocal), tomado de un número de consecutivo alta velocidad fotogramas de vídeo, se concatenan para formar un eje temporal en la abscisa. El desplazamiento de las estructuras cubiertas por la línea de exploración DKG varían con el tiempo es visible en la ordenada. En el ejemplo se muestra en la figura 4-F, el DKG exploración de posiciones de la línea de la parte superior y vista lateral fueron seleccionados a la mitad a lo largo de la dimensión (ventro-dorsal) antero-posterior del doblez vocal, utilizando el enfoque descrito por Hampala et al., Ecuación 127.

Los desvíos caudo-craneal y laterales de la glotis, delimitada por los bordes inferior y superior del doblez vocal, fueron trazadas dentro de los datos DKG (figuras 4E y 4F) y expresada en unidades métricas basadas en la información de frecuencia y calibración de fotogramas de vídeo incrustada en los videos (figura 4 y H). Una reconstrucción de las dos dimensiones movimiento glotal (lateral y vertical) en el centro del doblez vocal (es decir, el lugar de la amplitud vibratoria máxima) durante tres ciclos completos de glotal se muestra en la figura 4E y F. Durante la mayoría del ciclo glotal, doblez vocal estaba en contacto con la placa (que representa el cierre glotal), pero con diferente profundidad de contacto. Durante la fase abierta (es decir., cuando el pliegue vocal no esté en contacto con la placa de vidrio), los rastros de la inferior y el superior vocal doblan fusible de borde, y exhiben un patrón de movimiento cíclico complejo parcial de acuerdo con los resultados de otros estudios 5 , 20 , 36 , 37 (el patrón de movimiento en los seres humanos tiende a ser más elíptica que la de este ejemplar de ciervo investigado aquí). Curiosamente, el desplazamiento vertical alcanzó una amplitud de vibración de 10 mm, es decir, casi un orden de magnitud más grande que lo que se encontró en los seres humanos.

Evaluación del doblez vocal área de contacto

Electroglottography (huevo)38 es un método no invasivo ampliamente utilizado para medir cambios en el área de contacto relativa del doblez vocal (VFCA) durante la fonación. Una baja intensidad, corriente de alta frecuencia pasa entre dos electrodos colocados en el nivel de la cuerda vocal a cada lado de la laringe. Las variaciones de ingreso resultante del doblez vocal (de) contacto durante la producción de sonido laríngeo son en gran medida proporcionales al variables en el tiempo relativo del doblez vocal en contacto con área39. La señal de huevo se asume para ser un correlato fisiológico confiable de vibración vocal, reflejo de la frecuencia fundamental y el régimen oscilatorio (irregular o periódico, incluyendo bifurcaciones). A pesar de su amplio uso, la posible relación directa entre el VFCA y la forma de onda de huevo se, hasta hace poco, sólo ha probado en un solo estudio17, sugiriendo una relación aproximadamente lineal entre VFCA y la magnitud de la señal de huevo. Sin embargo, la vibración inducida por flujo del doblez vocal no fue investigada en ese estudio. Por lo tanto, por lo tanto todavía era necesaria una rigurosa evaluación empírica del huevo como una medida de relativa VFCA bajo condiciones fisiológicas adecuadas.

Abordar este tema, este grupo de autores ha investigado recientemente tres laringes de ciervos rojos en una preparación de suprimido hemi-laringe utilizando un vidrio conductor placa27. El tiempo de contacto diferente entre el pliegue vocal y la placa de vidrio fue supervisado por grabaciones de vídeo de alta velocidad en el plano sagital a 6000 fps, sincronizado con la señal de huevo con una precisión de ± 0,167 Sra. representante resulta de que el estudio se muestran en Figura 5, que indica un promedio a buen acuerdo entre la señal de huevo y VFCA-ver referencia27 para más detalles).

Figure 5
Figura 5 : Comparación de área de contacto del doblez vocal (VFCA) y electroglottographic (huevo) onda. (A, D) Capturas de vídeo de alta velocidad datos videos que muestra la vista lateral de un ciervo hemi-laringe en cuatro instantes dentro de un ciclo glótico. El área de contacto del doblez vocal evaluadas manualmente (es decir, la zona donde el pliegue vocal estuvo en contacto con la placa vertical en la configuración del hemi-laringe) se superpone en cian. (E) comparación de datos huevo y VFCA normalizados para la fase de contacto del doblez vocal de un ciclo glótico. Los datos VFCA despalillados evaluación de la vocal doblan área de contacto (contado en píxeles) del ciclo glotal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

La preparación de la hemi-laringe comparte las ventajas de la configuración "convencional" laringe extirpada (completo): en este enfoque experimental, condiciones físicas y fisiológicas y parámetros (tales como presión subglótico o alargamiento de cuerdas vocales) pueden ser controlar bastante bien. El comportamiento del hemilarynx es homólogo de una laringe completo con un perfecto lateral simetría, con la excepción de que magnitudes de algunos parámetros (e.g., caudal de aire, presión sonora) se reducen en aproximadamente 50%, sin embargo, sigue siendo dentro de rangos realistas16. La principal desventaja del enfoque completo laringe suprimido, es decir., es superar la falta de visibilidad de la superficie de la cuerda vocal a lo largo de la dimensión (caudo-craneal) superior-inferior, en la configuración del hemi-laringe proporcionando una vista lateral de la vibración vocal doble. Así, la configuración de hemi-laringe permite evaluación del doblez vocal movimiento en múltiples dimensiones, que es crucial cuando se trata de entender los detalles más finos del mecanismo de generación de sonido biofísicos en los seres humanos y no humanos mamíferos.

Aquí, se han demostrado varias aplicaciones ejemplares de la configuración de la hemi-laringe. La documentación de la vibración de la cuerda vocal desde dos ángulos de la cámara permite el análisis de datos cualitativos y cuantitativos adicionales. El análisis de movimiento glotal kymographic en la dirección vertical, recientemente introducida en este trabajo, permite la reconstrucción de las variaciones geométricas temporales de la glotis en una posición seleccionada del eje antero-posterior (dorso-ventrales) glotal. Al repetir este análisis para varios puntos equidistantly espaciados a lo largo del eje glótico, el movimiento glotal completo podría ser reconstruido. Tenga en cuenta que este enfoque proporciona comparable pero no idénticos resultados en comparación con evaluación de movimiento del pliegue vocal por marcaje y seguimiento de los "fleshpoints" en el tejido del pliegue vocal (también en puntos no forman la glotis), por ejemplo, con micro-suturas20 o carburo de silicio partículas5,40. Conocimiento preciso acerca de la geometría glotal en tres dimensiones varían con el tiempo es crucial para investigar detalles de la circulación de aire glótico y su interacción con el tejido laríngeo vibrando. Por ejemplo, modelos computacionales de vocal autosostenible doblan vibración podría mejorarse como datos más empíricos sobre el punto de flujo de aire jet separación 41,42,43,44, 45,46,47,48 estén disponibles.

Como se ilustra en la figura 5, la preparación de la hemi-laringe permite la evaluación de la zona de contacto del doblez vocal (VFCA) durante la vibración autosostenida del doblez vocal. Para uno, conocimiento de la magnitud relativa de variables en el tiempo de VFCA es útil para validar los resultados de las mediciones de electroglottographic27, como huevo es un método ampliamente utilizado para la evaluación no invasiva de la vocal doble vibración en vivo. Además, medición de la geometría VFCA exacta y su variación con el tiempo podría para ser crucial para la mejor comprensión de la noción de pliegue vocal contacto profundidad 49 y su potencial relación con la velocidad de la onda mucosa llamada50 , 51 , 52 , 53. allí, se produce una onda que viaja impulsado por el flujo de aire dentro de la capa superficial de la cubierta del tejido del pliegue vocal. Esta onda se mueve inicialmente junto con el flujo de aire glótico trans desde el inferior al vocal superior doble borde, y luego propaga lateralmente a través de la superficie superior del doblez vocal una vez cada ciclo oscilatorio54.

Todas las cosas consideradas, el enfoque de hemi-laringe es un componente potente, pero no ampliamente utilizado del arsenal disponible actualmente de métodos empíricos para la ciencia básica de la voz. Aquí, se presenta un tutorial para la creación de una preparación de hemi-laringe, y se discuten algunas posibles aplicaciones futuras. Las instrucciones dadas pueden ayudar a mejorar la capacidad de repetición de experimentos en diferentes laboratorios, proporcionando a los científicos de la voz con el potencial para entender mejor la biomecánica de la producción de la voz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue financiado por una subvención APART de la Academia Austriaca de Ciencias (CTH), la Agencia de tecnología de la República Checa del proyecto no. TA04010877 (CTH, VH y JGS), y la Fundación de la ciencia Checa (GACR) no proyecto 01246S GA16 (a JGS). Agradecemos a W. Tecumseh Fitch su sugerencia de usar crema fijadora de la dentadura y Ing. Liska de P. del servicio de bosque del ejército Checo por su ayuda en la adquisición de las laringes de ciervos suprimido.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Surgical blades Surgeon Jai Surgical Ltd., New Delhi, India
Saw Hand saw (Lux, 150 mm length) Lux, Wermelskirchen, Germany
Thermometer Testo 922 Testo Ltd., Hampshire, UK K-type Probe, Operating temperature -20 to +50 °C
Autoclave bags Autoclave bags vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Czech republic
Conductive glass plates Custom made UPOL - Joint laboratory of Optics
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
Fixative cream Denture fixative cream Blend-a-dent Natural
Prongs and fastening system Customized Kanya Al eloxed profiles Distributor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, the Czech Rep.;  Combination of Kanya RVS and PVS fastening systems (http://www.kanya.cz/) + custom made prongs
Mounting tube Custom made UPOL - Joint laboratory of Optics,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
LED Light Verbatim 52204 LED Lamp Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japan
Camera Canon EOS1100D Canon Inc. 18-55 mm lens
Airpump Resun LP100 Resun
Strobe light ELMED Helio-Strob micro2 ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germany
Humidifier Custom made Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic
Subglottic tract Custom made adjustable subglottic tract Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Utility model no. 25585: Model of subglottal tract] (In Czech) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Story, B. H. An overview of the physiology, physics and modeling of the sound source for vowels. Acoust Sci Technol. 23 (4), 195-206 (2002).
  2. Titze, I. R. Principles of voice production (second printing). , National Center for Voice and Speech. Iowa City, IA. (2000).
  3. Cooper, D. S. Ch. 95. Otolaryngology - head and neck surgery. Cummings, C. W., Fredrickson, J. M., Harker, L. A., Schuller, D. E., Krause, C. J. 3, C. V. Mosby. St. Louis and Toronto. 1728-1737 (1986).
  4. Titze, I. R. The myoelastic aerodynamic theory of phonation. Titze, I. R. , National Center for Voice and Speech. Denver CO and Iowa City IA. 1-62 (2006).
  5. Baer, T. Investigation of phonation using excised larynxes (Doctoral dissertation). , Massachusetts Institute of Technology. Cambridge, Mass. (1975).
  6. Bless, D. M., Patel, R. R., Connor, N. Ch. 11. The Larynx. Fried, M. P., Ferlito, A. I, Third Edition, Plural Publishing. San Diego, CA. 181-210 (2009).
  7. Berke, G. S., et al. Laryngeal modeling: theoretical, in vitro, in vivo. Laryngoscope. 97, 871-881 (1987).
  8. Scherer, R. C., Titze, I. R., Curtis, J. F. Pressure-flow relationships in two models of the larynx having rectangular glottal shapes. J Acoust Soc Am. 73 (2), 668-676 (1983).
  9. Sidlof, P., et al. Geometry of human vocal folds and glottal channel for mathematical and biomechanical modeling of voice production. J Biomech. 41 (5), 985-995 (2008).
  10. Scherer, R. C., Torkaman, S., Kuehn, D. P., Afjeh, A. A. Intraglottal pressures in a three-dimensional model with a non-rectangular glottal shape. J Acoust Soc Am. 128 (2), 828-838 (2010).
  11. Titze, I. R. The physics of small-amplitude oscillation of the vocal folds. J Acoust Soc Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).
  12. Horacek, J., Svec, J. G. Ch. 2. Paidoussis, M. P. Proceedings of the 5th International Symposium on Fluid Structure Interaction, Aeroelasticity, Flow Induced Vibration and Noise (IMECE2002), Vol.3 ASME Int. Mechanical Engineering Congress, 17-22 November 2002, New Orleans, Louisiana, USA (CD-ROM)., New Orleans, Louisiana, USA, , 1043-1054 (2002).
  13. Vilkman, E., Alku, P., Laukkanen, A. M. Vocal-fold collision mass as a differentiator between registers in the low-pitch range. J Voice. 9 (1), 66-73 (1995).
  14. Herbst, C. T., Svec, J. G. Adjustment of glottal configurations in singing. J Singing. 70 (3), 301-308 (2014).
  15. Hiroto, I. Vibration of vocal cords: an ultra high-speed cinematographic study(Film). , Department of otolaryngology, Kurume University. Kurume, Japan. (1968).
  16. Jiang, J. J., Titze, I. R. A methodological study of hemilaryngeal phonation. Laryngoscope. 103 (8), 872-882 (1993).
  17. Scherer, R. C., Druker, D. G., Titze, I. R. Vocal physiology: voice production, mechanisms and functions. Fujimura, O. , Raven Press. New York. 279-291 (1988).
  18. Jiang, J. J., Titze, I. R. Measurement of vocal fold intraglottal pressure and impact stress. J Voice. 8 (2), 132-144 (1994).
  19. Alipour, F., Scherer, R. C. Dynamic glottal pressures in an excised hemilarynx model. J Voice. 14 (4), 443-454 (2000).
  20. Berry, D. A., Montequin, D. W., Tayama, N. High-speed digital imaging of the medial surface of the vocal folds. J Acoust Soc Am. 110 (5 Pt 1), 2539-2547 (2001).
  21. Döllinger, M., Tayama, N., Berry, D. A. Empirical eigenfunctions and medial surface dynamics of a human vocal fold. Methods Inf Med. 44 (3), 384-391 (2005).
  22. Döllinger, M., Berry, D. A., Berke, G. S. Medial surface dynamics of an in vivo canine vocal fold during phonation. J Acoust Soc Am. 117 (5), 3174-3183 (2005).
  23. Döllinger, M., Berry, D. A., Kniesburges, S. Dynamic vocal fold parameters with changing adduction in ex-vivo hemilarynx experiments. J Acoust Soc Am. 139 (5), 2372-2385 (2016).
  24. Durham, P. L., Scherer, R. C., Druker, D. G., Titze, I. R. Development of excised larynx procedures for studying mechanisms of phonation. Technical report. , Voice Acoustics and Biomechanics Laboratory, Department of Speech Pathology and Audiology, The University of Iowa. (1987).
  25. Chan, R. W., Titze, I. R. Effect of postmortem changes and freezing on the viscoelastic properties of vocal fold tissues. Ann Biomed Eng. 31 (4), 482-491 (2003).
  26. Berg van den, J. W., Tan, T. S. Results of experiments with human larynxes. Practica Oto-Rhino-Laryngologica. 21, 425-450 (1959).
  27. Hampala, V., Garcia, M., Svec, J. G., Scherer, R. C., Herbst, C. T. Relationship between the electroglottographic signal and vocal fold contact area. J Voice. 30 (2), 161-171 (2016).
  28. Herbst, C. T., et al. Glottal opening and closing events investigated by electroglottography and super-high-speed video recordings. J Exp Biol. 217 (6), 955-963 (2014).
  29. Zemlin, W. R. Speech and hearing science: Anatomy & physiology. , 3, Prentice Hall. New Jersey. (1988).
  30. Lohscheller, J., Toy, H., Rosanowski, F., Eysholdt, U., Döllinger, M. Clinically evaluated procedure for the reconstruction of vocal fold vibrations from endoscopic digital high-speed videos. Med. Image Anal. 11 (4), 400-413 (2007).
  31. Wittenberg, T., Moser, M., Tigges, M., Eysholdt, U. Recording, processing, and analysis of digital high-speed sequences in glottography. Mach Vis Appl. 8 (6), 399-404 (1995).
  32. Larsson, H., Hertegard, S., Lindestad, P. A., Hammarberg, B. Vocal fold vibrations: high-speed imaging, kymography, and acoustic analysis: a preliminary report. Laryngoscope. 110 (12), 2117-2122 (2000).
  33. Wittenberg, T., Tigges, M., Mergell, P., Eysholdt, U. Functional imaging of vocal fold vibration: digital multislice high-speed kymography. J Voice. 14 (3), 422-442 (2000).
  34. Deliyski, D., Petrushev, P. AQL 2003 Hamburg: Proceeding Papers for the Conference Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research. (CD ROM). Schade, G., Müller, F., Wittenberg, T., Hess, M. , IRB Verlag. Stuttgart, Germany. 1-16 (2003).
  35. Svec, J. G., Schutte, H. K. Kymographic imaging of laryngeal vibrations. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 20 (6), 458-465 (2012).
  36. Doellinger, M., Berry, D. A. Visualization and quantification of the medial surface dynamics of an excised human vocal fold during phonation. J Voice. 20 (3), 401-413 (2006).
  37. Kusuyama, T., Fukuda, H., Shiotani, A., Nakagawa, H., Kanzaki, J. Analysis of vocal fold vibration by x-ray stroboscopy with multiple markers. Otolaryngol Head Neck Surg. 124 (3), 317-322 (2001).
  38. Fabre, P. Un procédé électrique percuntané d'inscription de l'accolement glottique au cours de la phonation: glottographie de haute fréquence; premiers résultats [A non-invasive electric method for measuring glottal closure during phonation: High frequency glottography: first results]. Bull. Acad. Nat. Med. 141, 66-69 (1957).
  39. Baken, R. J. Electroglottography. J Voice. 6 (2), 98-110 (1992).
  40. Baer, T. Vocal Fold Physiology. Stevens, K. N., Hirano, M. , University of Tokyo Press. Tokyo. 119-133 (1981).
  41. Pelorson, X., Hirschberg, A., van Hassel, R. R., Wijnands, A. P. J., Auregan, Y. Theoretical and experimental study of quasisteady-flow separation within the glottis during phonation. Application to a modified two-mass model. J Acoust Soc Am. 96 (6), 3416-3431 (1994).
  42. Alipour, F., Scherer, R. C. Flow separation in a computational oscillating vocal fold model. J Acoust Soc Am. 116 (3), 1710-1719 (2004).
  43. Zhang, Z. Influence of flow separation location on phonation onset. J Acoust Soc Am. 124 (3), 1689-1694 (2008).
  44. Kaburagi, T., Tanabe, Y. Low-dimensional models of the glottal flow incorporating viscous-inviscid interaction. J Acoust Soc Am. 125 (1), 391-404 (2009).
  45. Sidlof, P., Doaré, O., Cadot, O., Chaigne, A. Measurement of flow separation in a human vocal folds model. Exp Fluids. 51 (1), 123-136 (2011).
  46. Smith, S. L., Thomson, S. L. Effect of inferior surface angle on the self-oscillation of a computational vocal fold model. J Acoust Soc Am. 131 (5), 4062-4075 (2012).
  47. Khosla, S., Oren, L., Ying, J., Gutmark, E. Direct simultaneous measurement of intraglottal geometry and velocity fields in excised larynges. Laryngoscope. 124, S1-S13 (2014).
  48. Brücker, C., Kirmse, C., Triep, M. Feedback of the glottal jet flow with supraglottal wall oscillations. Acta Acustica United With Acustica. 102 (2), 240-243 (2016).
  49. Herbst, C. T., Fitch, W. T., Lohscheller, J., Svec, J. G. AQL 2013, Proceedings of the 10th International Conference on Advances in Quantitative Laryngology, Voice and Speech Research. Deliyski, D. D. , AQL Press. Cincinnati, Ohio, USA. 75-76 (2013).
  50. Berke, G. S., Gerratt, B. R. Laryngeal biomechanics: an overview of mucosal wave mechanics. J Voice. 7 (2), 123-128 (1993).
  51. Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., Doellinger, M. Mucosal wave properties of a human vocal fold. Acta Acustica United With Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).
  52. Hirano, M. Clinical examination of voice. 5, Springer-Verlag. Wien, Austria. (1981).
  53. Jing, B., Tang, S., Wu, L., Wang, S., Wan, M. Visualizing the Vibration of Laryngeal Tissue during Phonation Using Ultrafast Plane Wave Ultrasonography. Ultrasound in Med BIol. 42 (12), 2812-2825 (2016).
  54. Herbst, C. T. Ch. 6. Vertebrate Sound Production and Acoustic Communication. Suthers, R. A., Fitch, W. T., Fay, R. R., Popper, A. N. , Springer International Publishing. Switzerland. 159-189 (2016).

Tags

Fisiología número 129 producción de la voz hemi-laringe suprimido de la laringe cuerdas vocales análisis de movimiento glotal kymographic doblez vocal contacto VFCA electroglottography
Configuración de Hemi-laríngea para el estudio de vibración de la cuerda vocal en tres dimensiones
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia,More

Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia, M., Hofer, R., Svec, J. G. Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions. J. Vis. Exp. (129), e55303, doi:10.3791/55303 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter