Waiting
Login processing...

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

Biology

Hemi-larynx Setup för att studera stämbandens vibrationer i tre dimensioner

Published: November 25, 2017 doi: 10.3791/55303
Automatic Translation
1,2, 1, 2,3, 2, 1
1Voice Research Lab, Department of Biophysics, Faculty of Science, Palacky University Olomouc, 2Laboratory of Bio-Acoustics, Dept. of Cognitive Biology, University of Vienna, 3ENES Lab, NEURO-PSI,CNRS UMR 9197, Université Lyon/Saint-Etienne, France

Summary

Detta paper introducerar ett protokoll för beredning av hemi-struphuvudet exemplar att underlätta en multi-dimensionell bild av stämbandens vibrationer, för att undersöka olika biofysiska aspekter av röst produktionen i människor och icke-mänskliga däggdjur.

Abstract

Människor och de flesta icke-mänskliga däggdjur röst genereras i struphuvudet genom självunderhållande svängningen av stämbanden. Direkt visuell dokumentation av stämbandens vibrationer är utmanande, särskilt i icke-mänskliga däggdjur. Som ett alternativ ger exciderad struphuvudet experiment möjlighet att undersöka stämbandens vibrationer under kontrollerade fysiologiska och fysiska förhållanden. Användning av en full struphuvudet ger dock enbart en ovanifrån av stämbanden, exklusive avgörande delar av de oscillerande strukturerna från observation under deras interaktion med aerodynamiska krafter. Denna begränsning kan övervinnas genom att utnyttja en hemi-struphuvudet setup där hälften av struphuvudet mid-sagittally avlägsnas, vilket ger både en överlägsen och sidoutsikt över den återstående stämbanden under självbärande svängning.

Här ges en stegvis guide för anatomiska beredning av hemi-larynx strukturer och deras montering på bänken laboratorium. Exemplarisk phonation hemi-struphuvudet preparatets dokumenteras med höghastighetståg video data fångas av två synkroniserade kameror (överlägsna och laterala visningar), visar tredimensionella stämbandens rörelser och motsvarande tidsvarierande kontaktyta. Dokumentationen av hemi-struphuvudet inställningarna i denna publikation kommer att underlätta tillämpningen och pålitlig repeterbarhet i experimentell forskning, vilket ger röst forskare med potential att bättre förstå biomekanik av röst produktionen.

Introduction

Röst skapas vanligtvis av vibrerande larynx vävnad (främst stämbanden), som konverterar ett konstant luftflöde, tillhandahålls av lungorna, i en sekvens av luftflöde pulser. Den akustiska tryckvågform (dvs, det primära ljudet) framväxande från denna sekvens av flödet pulserna akustiskt retar den vokala tarmkanalen som filtrerar dem, och det resulterande ljudet utstrålas från munnen och (till viss del) från näsan1 . Genererade ljudet spektral sammansättning påverkas till stor del av kvaliteten på stämbandens vibrationer, regleras av larynx biomekanik och interaktioner med luftrör luftflöde2. Både i en klinisk och en forskning kontext är dokumentation och bedömning av stämbandens vibrationer således av främsta intresse när man studerar röst produktion.

I människor, direkt endoskopisk undersökning av struphuvudet under ljudproduktion i vivo är utmanande och det är nästan omöjligt i ickemänskliga däggdjur, med tanke på nuvarande tekniska hjälpmedel. Därför, och för att garanti noggrant kontrollerade fysiska och fysiologiska experimentella randvillkor, användning av exciderad larynges3,4 är i många fall en tillräcklig ersättning för utredning av i vivo röst produktionen mekanismer.

Stämbandens vibrationer är en komplex tredimensionell företeelse5. Medan konventionella undersökningsmetoder som ger larynx endoskopi (i vivo) eller exciderad struphuvudet preparat normalt bara en överlägsen bild av den vibrerande stämbanden6, de tillåter inte för fullständig tredimensionell analys av stämbandens rörelser. I synnerhet i vyn överlägsen är stämbanden (kaudala) lägre marginaler osynliga under en större del av vibrerande cykeln. Detta beror på fas fördröjningen mellan underlägsen (kaudala) och överlägsen (kraniella) kanten av stämbanden, ett fenomen som är typiskt sett under stämbandens svängning5. Som direkta empiriska bevis för bakningen upp resultaten från matematiska och fysiska modeller är knappa, kunskap om geometri och rörelse av det lägsta röst vik kanten7, och därmed geometrin av subglottal kanal8,9 , 10 är avgörande för att bättre förstå samspelet mellan larynx luftflöde, stämbandens vävnad och den resulterande krafter och tryck11,12. En annan aspekt av stämbandens vibrationer som är dold från den sedvanliga överlägsen bild är det vertikala (caudo-kranial) djupet av kontakten mellan två stämbanden. Vertikala kontakt djupet är relaterad till den vertikala tjocklek av stämbanden, som är en potentiell indikator av vocal registret används i sång (”bröstet” vs. ”falsett” register)13,14.

För att övervinna bristerna i konventionella (full) exciderad struphuvudet preparat, en s.k. hemi-struphuvudet setup kan utnyttjas, där hälften av struphuvudet tas bort, vilket underlättar bedömningen av vibrerande kännetecknen av de återstående stämbandens i tre dimensioner. Överraskande, eftersom införandet av denna inställning i 1960-talet15 och en inledande validering av begreppet i 199316, har inte många laboratorier utfört experiment med denna lovande experimentell metod17,18 ,19,20,21,22,23. En förklaring till detta kan hittas i svårigheterna med att skapa en livskraftig hemi-struphuvudet beredning. Medan konventionella exciderad (full) struphuvudet är väldokumenterade4, finns ännu ingen sådan ingående instruktioner för att skapa en hemi-struphuvudet setup. Det är därför syftet med denna uppsats att ge en tutorial för att fastställa ett tillförlitligt reproducerbara hemi-struphuvudet setup, kompletterad med experimentella resultat från kronhjort exemplar.

En hemi-struphuvudet setup delar många egenskaper med en ”konventionell” exciderad struphuvudet setup, såsom mätutrustning, höghastighetståg eller andra bildteknik att på lämpligt sätt dokumentera vibrationerna av larynx strukturer under ljudalstring, eller korrekt leverans av uppvärmda befuktade luften. Dessa allmänna installationsprogrammet överväganden beskrivs i detalj i både en bok kapitel4 och en teknisk rapport från de nationella Center i röst och tal24. Upprepning av dessa instruktioner skulle vara utöver detta manuskript. Här presenteras endast de specialiserade direktiven för att generera en hemi-struphuvudet setup.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De animaliska prover analyseras i denna uppsats behandlades enligt standard etiska kraven i Palacky University i Olomouc, Tjeckien. De härrör från kronhjort som lever vilt i skogarna, som jagades av den tjeckiska armén Forest Service under ett ordinarie jaktsäsongen.

1. beredning av Hemi-struphuvudet förlagan

Obs: Endast ordentligt förberedda exemplar bör användas, som anges i4 . Snabb frysning av struphuvudet25 omedelbart efter excision och lagring vid-80 ° C minimerar potentialen i vävnad nedbrytning eller förändring av biomekaniska egenskaper, och kan utföra experimenten vid någon lämplig tidpunkt.

  1. Avfrostning struphuvudet
    1. In två Autoklav påsar eller någon annan plastpåsar med vattentät tätning frysta struphuvudet. Seal väskor och sätta dem i ett vattenbad som uppvärmd till 30 ° C tills struphuvudet är helt tinade. Varaktighet som krävs varierar från några timmar till mer än en dag, beroende på struphuvudet storlek och Frystemperaturen.
  2. Rengöring av struphuvudet
    1. Efter struphuvudet är tinade, ta bort den från påsen och rengör det noggrant med fysiologisk saltlösning (0,9% NaCl).
    2. Ta försiktigt bort överflödig vävnad som tillämpas (dvs. yttre nackmusklerna, tungbenet etc.) utan skadar de huvudsakliga laryngeala strukturerna och förkorta luftstrupen till en längd som är lämpliga för montering av struphuvudet på en leverans luftslangen (oftast ca. 4-5 cm).
    3. Kontrollera larynx vävnaden för potentiella vävnad avvikelser, såsom sår, organiska deformationer eller sprickor potentiellt förekommande från frysprocessen, som kunde göra struphuvudet olämpliga för experimentet.
  3. Exponering av de sköldkörtel och cricoid brosk
    1. Ta bort delar av externa larynx muskelvävnad runt sköldkörteln och cricoid brosk med en skalpell därmed utsätta brosken i förberedelse för mitten-sagittal snittet skapa hemi-struphuvudet. Detta förberedelsestadiet avbildas i figur 1A och 1B.
  4. Mid-sagittal skära igenom sköldkörteln brosk
    1. Göra en första vertikala snitt genom den främre delen av sköldkörteln brosk.
    2. Noggrant placera snittet något mer på den sida som är på väg att tas bort, för att inte skada det stämbanden som måste förbli bevarade. Använd om möjligt en skalpell för kapning. Om brosket är förbenad, använda en liten såg.
  5. Skär cricoid brosk
    1. Leda skär vertikalt (inferiorly) från mellan de arytenoid brosk och sedan genom cricoid brosk till ett ungefärligt vågrätt sämre sköldkörteln skåran.
  6. Borttagning av en stämbandens, skapa ett L-formade snitt i struphuvudet
    1. Göra en horisontell skär start från sämre slutet av tidigare gjorda vertikal skära i cricoid brosk, och leda den nya skära mot den sämre sköldkörtel skåran. Anteriorly vik sidan av struphuvudet som kommer att tas bort.
    2. Göra en vertikal skära genom den mjuka vävnaden på insidan av sköldkörteln brosk - var försiktig när du leder snittet mellan främre infästningen av stämbanden till sköldkörteln brosk, därmed undvika skador på stämbanden.
  7. Förfining av skär genom sköldkörteln brosk
    1. Använd en skalpell, en såg eller en fil, för att applicera ett exakt rakt snitt i sköldkörteln brosk, och få så nära som möjligt till den främre delen av den tidigare inspekterade stämbanden.
    2. Ta också bort en liten del av bakre sköldkörteln brosk, för att skapa utrymme för att infoga stift för adducting arytenoid brosk och thus vokala vik (se nedan). Detta förberedelsestadiet avbildas i figur 1 c och 1 D.
      Obs: Beroende på forskningsfrågan, full utläggning av den hela stämbanden behövas att aktivera dess synlighet från ovan. I sådant fall strukturerna ovan den (sant) stämbanden (dvs ventrikulära eller vestibulära luckan, i förekommande fall ges anatomi av preparatet) bör tas bort. I vissa exemplar inre laryngeal mjukdelar ovanför stämbanden kan tappa anslutningen med sköldkörteln brosk och stör stämbanden under vibration, orsaka potentiellt falska (mestadels oregelbundet) oscillerande mönster. I ett sådant fall är noggrann borttagning av denna vävnad oundvikligt.

Figure 1
Figur 1 : Hemi-struphuvudet förberedelse och monteringen. (A) och (B) rengjorda struphuvudet exemplaret, mediala och bakre vy, innan borttagning av vänster stämbandens; (C) och (D) beredd hemi-struphuvudet med L-formade snitt (vänster stämbandens bort), mediala och bakre uppfattning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

2. Hemi-struphuvudet Experiment

  1. Hemi-larynx setup
    1. Använd en lufttillförsel röret som levererar värmde och befuktade luften struphuvudet.
    2. Konstruera två ordnade vinkelrätt genomskinliga plattor som en ersättning för borttagna larynx delar.
    3. Använd liggande 4 för att öka stabiliteten i struphuvudet och skapa en ordentlig pre-phonatory struphuvudet konfiguration av adducting de återstående stämbanden till vertikala glasplattan (se figur 2A).
      Obs: Teoretiskt, stämbanden kan också vara adducerad av suturer och vikter på en remskiva-spaken systemet 26 . Emellertid har, ett sådant tillvägagångssätt att den bästa kunskapen om dessa författare, ännu inte varit försök för ett hemilarynx preparat.

Figure 2

Figur 2 : Hemi-struphuvudet setup. (A) stödkonstruktioner: luft tillförsel tube, L-formade glas tallrik arrangemang, adduktion stift. (B) monterad hemi-struphuvudet förberedelse med adduktion stiften. (C) och (D) närbilder av hemi-struphuvudet-förberedelse, sedda från sidan och uppifrån, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Montering av hemi-struphuvudet
    1. Omfatta leverans luftslangen med protes fixativ grädde och montera struphuvudet använder den återstående delen av dess luftstrupen. Fixativ krämen fungerar som ett bindemedel och stänger potentiella luckor, vilket skapar en lufttät förslutning.
    2. Fäst luftstrupen med en plast åtdragning rem eller en slangklämma.
    3. Också täcka kanterna på skär genom sköldkörteln brosk med fixeringsvätskan grädde, samtidigt undvika sprida fixativ grädde på stämbanden eller inre laryngeal mjukdelar.
    4. Fäst de genomskinliga plattorna.
  2. Stabilisering av sköldkörteln brosk, adduktion av stämbanden med liggande
    1. Använd stiften att addukt stämbanden till plattan och stabilisera sköldkörteln brosk.
    2. Efter fixativ krämen har, gäller luftflödet för att fastställa stämbandens svängning och kontrollera om möjligt läckage mellan hemi-struphuvudet och glasplattorna.
    3. Täta så småningom uppstå luckor genom att lägga till mer fixativ kräm.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Illustrationer av hemi-struphuvudet preparatet och dess montering leverans luftslangen, som det hänvisas till i föregående avsnitt, finns i figur 1 och figur 2, respektive.

Dokumentation av stämbandens vibrationer från två kameravinklar

Luftflöde-inducerad självbärande svängningen av den hemi-struphuvudet stämbanden dokumenterades uppifrån och från sidan med två synkroniserade höghastighetståg (HSV) videokameror drivs på 6 000 bilder per sekund, kompletteras med tid-synkron inspelningar av akustisk och electroglottographic (se nedan) data på 44,1 kHz. Mer information på data förvärv setup inklusive en lista över utrustning som används kan hittas i tidigare publikationer av denna grupp av författare 27,28. Bilder från inspelningarna HSV visas i de medföljande video. Stillbilder, utvinns på representativa stunder i den vibrerande cykeln, visas i figur 3. Den översta vyn (övre halvan av varje panel) visar medio-laterala stämbandens rörlighet, som visar en öppen glottis i figur 3A, så glottal luftflöde, medan det i figur 3B-D glottisen är stängd (av stämbanden är i fullständig kontakt med den vertikala glasplattan), således arrestera glottal luften flödar. Vyn sida (nedre halvan av varje panel) i siffror 3B-D föreslår en varierande grad av stämbandens kontakt mot glasskivan, samt en varierande geometri och vertikala läge av kontakten.

Figure 3
Figur 3 : Hemi-struphuvudet stämbandens vibrationer. (A-D) Stillbilder från höghastighetståg videomaterial från toppen (övre halvan av varje panel) och sida Visa kameror (nedre halvan av varje panel), utdraget vid representativa punkter i den vibrerande cykeln. Notera avsaknaden av stämbandens kontakt i (A) och den varierande (båda i området, form och position) vocal fold kontakt (B-D). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Kymographic glottal rörelse analys

Kvantitativa glottal rörelse analys illustreras i figur 4. Glottisen är variabeln emellan (vibrerande) stämbanden29, skapad av deras omläggning under självbärande svängning. Toppmodern analys av ovanifrån HSV footage tillåter spårning laterala nedtryckning av stämbanden30,31. Hemi-struphuvudet preparatet beskrivs här lägger till möjligheten att bedöma även de vertikala (caudo-kraniala) aspekterna av stämbandens vibrationer.

Figure 4
Figur 4 : Kymographic glottal rörelse analys.
(A) och (B) Video stillbilder visar topp och sida över hemi-struphuvudet, tagna från höghastighetståg (HSV)-videoinspelningar på 6.000 bildrutor/s. De gula vertikala linjerna anger kymographic scan line position för de kymogram visas i C och E för den översta vyn, och paneler D och F för vyn sida. (C) och (D) Digital kymogram utvinns ur den HSV bilder av toppen och vyn sida, respektive. (E) tidsvarierande sidledes förflyttning av stämbanden extraheras från kymogram och spåras med en linje (kort tankstreck). (F) tidsvarierande nedtryckning av stämbandens, lägre och högre kanter bedömas ur kymogram och spåras med en streckad och en prickad linje, respektive. (G) synoptiska skildring av tidsvarierande glottal strukturer: laterala stämbandens deformationen (”top”, blekt violett), och vertikala deformationen av superior (”sida sup.”, mörkröd) och inferior (”sida inf.”, mörkgrön) vocal vik kanterna som utvinns ur de kymogram visas i panelerna E och F. (H) Motion hastigheter härrör från glottal struktur deplacement data visas i panelen G. (jag) och (J) Glottal motion återuppbyggnad härrör från förskjutning data av överlägsen och sämre stämbandens marginaler visas i panelen G. Pilarna anger riktningen av rotationsrörelsen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Två digitala kymogram genererades från topp och sida Visa HSV data (siffrorna 4 c och 4 D). I en digital kymogram (DKG)32,33,34,35, pixeldata från en enda rad (vanligtvis vid tidpunkten för maximal stämbandens vibrerande amplitud), tas från ett antal på varandra följande höghastighetståg videobildrutor, är sammanfogas för att bilda en temporal axel på x-axeln. Tidsvarierande förskjutningen av de strukturer som omfattas av DKG avsöka linjen syns på y-axeln. I exemplet som visas i figur 4 c-F, DKG Skanna rad positioner av toppen och sidoutsikt valdes halvvägs längs den antero-posterior (ventro-dorsala) dimensionen av stämbandens, utnyttja den metod som beskrivs av Hampala et al., Ekv 127.

Laterala och caudo-kranial nedtryckning av glottisen, var avgränsad av underlägsna och överlägsna stämbandens kanterna, spåras inom DKG data (siffror 4E och 4F) och uttryckta i metriska enheter baserat på video stomme hastighet och kalibrering information inbäddad i Videor (figur 4 g och H). En rekonstruktion av den tvådimensionella (laterala och vertikala) glottal motion på mitten av stämbandens (dvs platsen för maximal vibrerande amplitud) över tre kompletta glottal cykler visas i figur 4E och F. Under flesta glottal cykeln var stämbanden kontakt med glasplattan (som representerar glottal stängning), men med varierande kontakt djup. Under den öppna fasen (dvs., när stämbanden inte är i kontakt med glasskivan), spår av underlägsen och det överlägsna röst vik kanten säkring och de uppvisar en komplex cyklisk rörelse mönster, delvis överens med resultat från andra studier 5 , 20 , 36 , 37 (rörelse mönstret hittade hos människor tenderar att vara mer elliptisk än för kronhjort preparatet undersökt här). Intressant, nådde den vertikala förskjutningen en vibrerande amplituden av ca 10 mm, dvsnästan en storleksordning större än vad som framkom i människor.

Bedömning av stämbandens kontaktyta

Electroglottography (ägg)38 är en allmänt Använd icke-invasiv metod för att mäta förändringar i relativa stämbandens kontaktyta (VFCA) under phonation. En låg intensitet, högfrekvent ström skickas mellan två elektroder placerade på stämbandens nivå på varje sida av struphuvudet. Tillträde variationerna följd av stämbandens (de) under larynx ljudproduktion kontaktade är i stort sett proportionell mot den tidsvarierande relativa stämbanden kontakta området39. ÄGG signalen antas vara en pålitlig fysiologisk korrelat av stämbandens vibrationer, återspeglar grundläggande frekvensen och den oscillerande regimen (oregelbunden eller periodisk, inklusive bifurkationer). Trots dess breda tillämpning, möjligt direkta förhållandet mellan VFCA och ägg vågformen, tills nyligen endast testats i en enda studie17, tyder på ett ungefärligt linjärt samband mellan VFCA och ägg signal omfattningen. Flöde-inducerad stämbandens vibrationer undersöktes dock inte i denna studie. Därför behövdes därför fortfarande en rigorös Empirisk utvärdering av ägg som ett mått på relativ VFCA korrekt fysiologiska villkor.

Att ta itu med denna fråga, har denna grupp av författarna nyligen undersökt tre kronhjort larynges i en exciderad hemi-struphuvudet förberedelse utnyttja en ledande glas tallrik27. Tiden varierande kontakt mellan stämbanden och glasplattan övervakades av höghastighetståg videoinspelningar som gjorts i sagittalplanet på 6000 fps, resulterar synkroniseras med ägg signalen med en noggrannhet av ± 0,167 ms. representant från att studien visas i Figur 5, som visar ett genomsnitt till bra avtal mellan ägg signal och VFCA – se referens27 för detaljer).

Figure 5
Figur 5 : Jämförelse av stämbandens kontaktyta (VFCA) och electroglottographic (ägg) vågform. (A-D) Video stillbilder från video höghastighetsdata visar vyn sida av en kronhjort hemi-struphuvudet på fyra ögonblickar inom en glottal cykel. Manuellt bedömda stämbandens kontaktyta (dvs, området där stämbanden var i kontakt med den vertikala glasplattan i hemi-struphuvudet setup) är ovanpå i cyan. (E) jämförelse av normaliserade ägg och VFCA data för stämbandens kontakt fas av en glottal cykel. VFCA data härrörde från bedömning av vocal vik kontaktyta (räknat i pixlar) glottal provcykeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Hemi-struphuvudet preparatet aktier fördelarna med den ”konventionella” (full) exciderad struphuvud setup: I ett sådant experimentella tillvägagångssätt, fysiska och fysiologiska randvillkor och parametrar (såsom subglottal trycket eller stämbandens töjning) kan vara kontrollerade ganska väl. Beteendet hos hemilarynx är homolog till det av en full struphuvudet med en perfekt laterala symmetri, med undantag att magnituder av vissa parametrar (t.ex., flöde, ljudtryck) reduceras med cirka 50%, men fortfarande är inom realistiska spänner16. Den största nackdelen av den fullständiga exciderad struphuvud metoden, dvs., bristen på synlighet av stämbandens ytan längs dimensionen superior-inferior (caudo-kranial) är betagen i hemi-struphuvudet setup genom att tillhandahålla en sidovy av den vibrerande sång Vik. Hemi-struphuvudet inställningen tillåter således bedömning av stämbandens rörelse i flera dimensioner, vilket är avgörande när man försöker förstå de finare detaljerna av mekanismen biofysiska ljudalstring i människor och ickemänskliga däggdjur.

Här, har flera exemplariskt program av hemi-struphuvudet installationen påvisats. Dokumentationen av stämbandens vibrationer från två kameravinklar tillåter ytterligare kvalitativa och kvantitativa dataanalys. Kymographic glottal rörelse analys i vertikal riktning, nyligen infört i detta papper, tillåter återuppbyggnaden av de timliga geometriska variationerna av glottisen längs en markerad position längs ryggsköldens (dorso-ventrala) glottal axeln. När upprepa denna analys för flera punkter equidistantly fördelade längs den glottala axeln, kunde hela glottal rörelse rekonstrueras. Observera att detta tillvägagångssätt ger jämförbara men inte identiska resultat jämfört med bedömningen av stämbandens rörelser genom märkning och spåra individuella ”fleshpoints” i stämbandens vävnaden (också på punkter som inte bildar glottisen), t.ex., med Micro-suturer20 eller kiselkarbid partiklar5,40. Exakt kunskap om tidsvarierande glottal geometri i tre dimensioner är avgörande för att undersöka ytterligare Detaljer för glottal luftflödet och dess samspel med vibrerande larynx vävnaden. Till exempel beräkningsmodeller för självbärande vocal fold vibration kan förbättras som mer empiriska data rörande tidpunkt av luftflöde jet separation 41,42,43,44, 45,46,47,48 blir tillgängliga.

Som illustreras i figur 5, gör hemi-struphuvudet preparatet bedömning av stämbandens kontaktyta (VFCA) under självbärande stämbandens vibrationer. För en, kunskap om tidsvarierande relativa storlek VFCA är användbart för att validera resultaten från electroglottographic mätningar27, som ägg är en allmänt använd metod för icke-invasiv bedömning av vocal fold vibration i vivo. Dessutom kan mätning av exakta VFCA geometri och dess variation över tiden Visa sig vara avgörande för att bättre förstå begreppet stämbandens kontakt djup 49 och dess potentiella förhållande till hastigheten av de så kallade slemhinna våg50 , 51 , 52 , 53. det, ett luftflöde-driven resande våg uppstår inom ytbehandlar täcker lager av stämbandens vävnad. Denna våg flyttar inledningsvis tillsammans med trans-glottal luftflödet från sämre till överlägsen vocal vik kanten, och sedan det propagerar sidled över övre stämbandens ytan en gång varje oscillerande cykel54.

Sammantaget är metoden hemi-struphuvudet en kraftfull, men ändå inte utbredda beståndsdel i den för närvarande tillgängliga arsenalen av empiriska metoder för grundläggande röst vetenskap. Här en handledning för att skapa en hemi-struphuvudet beredning presenteras, och vissa potentiella framtida program diskuteras. Instruktionerna som ges kan bidra till att förbättra repeterbarheten av experiment över olika labs, vilket ger röst forskare med potential att bättre förstå biomekanik av röst produktionen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete fick stöd av en APART beviljandet av den österrikiska akademin av vetenskaperna (CTH), teknik byrån i Tjeckien projekt nr. TA04010877 (CTH, VH och JGS), och den tjeckiska Science Foundation (GACR) projekt ingen GA16-01246S (till JGS). Vi tackar W. Tecumseh Fitch för hans förslag att använda protes fixativ kräm och Ing. P. Liska från den tjeckiska armén Forest Service för hans hjälp att förvärva de exciderad hjort larynges.

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

Fysiologi frågan 129 röst produktion hemi-struphuvudet exciderad struphuvudet stämbanden kymographic glottal rörelse analys stämbandens kontakt VFCA electroglottography
Hemi-larynx Setup för att studera stämbandens vibrationer i tre dimensioner
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