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-strupe oppsett for å studere vokal Fold vibrasjoner i tre dimensjoner

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

Dette papiret introduserer en protokoll for utarbeidelse av hemi-strupehode tilrettelegge en mange--dimensjonerer utsikt av vokal fold vibrasjon, for å undersøke ulike Biofysiske aspekter av stemme produksjonen hos mennesker og ikke-menneskelige pattedyr.

Abstract

Stemmen til mennesker og de fleste ikke-menneskelige pattedyr genereres i strupehodet gjennom selvdrevet oscillation av de vokale foldene. Direkte visuell dokumentasjon vokal fold vibrasjoner er utfordrende, spesielt i ikke-menneskelige pattedyr. Som en tilbyr forbrukeravgift strupehode eksperimenter muligheten til å undersøke vokal fold vibrasjon under kontrollerte fysiologiske og fysiske forhold. Bruk av en full strupehode gir imidlertid bare en ovenifra de vokale foldene, unntatt avgjørende deler av oscillerende strukturer fra observasjon under deres samhandling med aerodynamisk styrker. Denne begrensningen kan overvinnes ved å benytte en hemi-strupehode oppsett hvor halvparten av strupehode midt-sagittally fjernes, å tilby en overlegen og lateral utsikt over gjenværende vokal fold under selvbilde vedvarende oscillation.

Her gis en trinnvis veiledning for anatomiske utarbeidelse av hemi-strupe strukturer og montering på laboratoriebenken. Eksemplarisk phonation av hemi-strupehode preparat er dokumentert med høyhastighets videodata fanget av to synkronisert kamera (superior og lateral visninger), viser tredimensjonale vokal brett bevegelse og tilsvarende tid-varierer kontakte området. Dokumentasjon av hemi-strupehode oppsettet i publikasjonen vil lette program og pålitelig repeatability i eksperimentell forskning, gir stemme forskere til å forstå biomekanikk stemme produksjon.

Introduction

Stemmen er vanligvis laget av vibrerende recurrens vev (hovedsakelig de vokale foldene), som konverterer en jevn luftstrøm, levert av lungene, i en sekvens av luftstrømmen pulser. Akustisk trykk bølgeform (dvs., primære lyden) fremvoksende fra denne sekvensen flyt pulser akustisk interesserer vokal luftveiene som filtrerer dem, og den resulterende lyden er utstrålt fra munnen og (til en viss grad) fra nesen1 . Spectral sammensetningen generert er i stor grad påvirket av kvaliteten på vokal fold vibrasjon, underlagt recurrens biomekanikk og interaksjoner med tracheal luftstrømmen2. Både i en klinisk og en forskning kontekst er dokumentasjon og vurdering av vokal fold vibrasjoner dermed fremste rundt når studere stemme produksjon.

Hos mennesker, direkte endoscopic undersøkelse av strupehode under lyd produksjon i vivo er utfordrende, og det er nesten umulig i nonhuman pattedyr, gitt gjeldende teknologiske midler. Derfor, og for å garantere nøye kontrollert fysiske- og fysiologiske eksperimentelle betingelser, bruk av forbrukeravgift larynges3,4 er i mange tilfeller en tilstrekkelig erstatning for undersøkelse av i vivo stemme produksjonen mekanismer.

Vokal fold vibrasjoner er en komplekse tredimensjonale fenomenet5. Mens konvensjonelle undersøkelse metoder som gi recurrens Endoskopi (i vivo) eller forbrukeravgift strupehode preparater vanligvis bare en bedre visning av den vibrerende stemmebånd6, de ikke tillater fullstendig tredimensjonale analyse av vokal brett bevegelse. Spesielt i visningen overlegen er lavere (caudal) margene i de vokale foldene usynlig under en stor del av den vibrerende syklusen. Dette skyldes fase forsinkelsen mellom underlegen (caudal) og overlegen (skallen) kanten av de vokale foldene, et fenomen som er vanligvis sett under vokal fold oscillation5. Direkte empiriske bevis for sikkerhetskopiering funn fra matematiske og fysiske modeller er knappe, kunnskap om geometri og bevegelse av lavere vokalen Brett kanten7, og dermed geometrien i subglottal channel8,9 , 10 er avgjørende for å bedre forstå samspillet mellom recurrens luftstrøm, vokal fold vev og den resulterende styrker og press11,12. Et annet aspekt vokal fold vibrasjoner som er skjult fra visningen for vanlig overlegen er loddrett (caudo-skallen) dybden på kontakten mellom de to vokale foldene. Vertikal kontakt dybde er knyttet til loddrett tykkelsen på de vokale foldene, som er en potensiell indikator på vokal registeret brukt i sang ("bryst" vs "falsett" Registrer)13,14.

For å overvinne manglene ved konvensjonelle (full) forbrukeravgift strupehode forberedelser, en såkalt hemi-strupehode oppsett kan benyttes, der halvparten av strupehode er fjernet, dermed tilrettelegge vurdering av vibrerende karakteristikkene av de gjenværende vokal fold i tre dimensjoner. Overraskende, siden introduksjonen av dette oppsettet i 1960-årene15 og en innledende validering av konseptet i 199316, har ikke mange laboratorier utført eksperimenter med dette lovende eksperimentelle tilnærming17,18 ,,19,,20,,21,,22,,23. En forklaring på dette kan bli funnet i vanskelighetene med å skape en levedyktig hemi-strupehode forberedelse. Mens konvensjonelle forbrukeravgift (full) strupehode forberedelsene er godt dokumentert4, er ingen detaljert instruksjoner foreløpig tilgjengelig for å skape en hemi-strupehode oppsett. Det er derfor hensikten med denne utredningen å gi en tutorial for å etablere en pålitelig reproduserbar hemi-strupehode oppsett, supplert med eksperimentelle resultater fra hjort prøver.

En hemi-strupehode oppsett deler mange funksjoner med en "vanlige" forbrukeravgift strupehode oppsett, for eksempel måleutstyr, høyhastighets eller andre bildeteknologi tilstrekkelig dokumentere vibrasjonene av recurrens strukturer under lyd generasjon, eller riktig tilførsel av oppvarmet, fuktet luft. Disse generelle installasjonsprogrammet vurderingene er beskrevet i detalj i en bok kapittel4 og en teknisk rapport fra National Center for stemme og tale24. Reiteration av disse instruksjoner ville være utenfor omfanget av dette manuskriptet. Her presenteres bare spesialiserte direktivene for å generere en hemi-strupehode oppsett.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den dyr prøver analysert i notatet ble behandlet i henhold til standard etiske Palacky Universitetet i Olomouc, Tsjekkia. De stammer fra hjort bor vilt i skoger, som ble jaget av tsjekkiske hæren Forest Service i en vanlig jaktsesongen.

1. forberedelse av Hemi-strupehode prøven

Merk: Bare skikkelig forberedt prøver bør brukes, som angitt i4 . Rask frysing av strupehode25 umiddelbart etter excision og lagring ved-80 ° C minimerer potensialet i vev fornedrelse og endring av biomekaniske egenskaper, og kan utføre eksperimenter når som helst praktisk.

  1. Avriming strupehode
    1. Sett inn frosne strupehode i to autoklav poser eller noen andre plastposer med vanntett forsegling. Tette sekkene og sette dem inn i et vannbad oppvarmet til 30 ° C før strupehode er helt tint. Varigheten må varierer fra noen timer til mer enn en dag, avhengig av strupehode størrelsen og frysing temperatur.
  2. Rengjøring strupehode
    1. Når strupehode er tint, fjerne den fra posen og rengjør det grundig med saltvann (0,9% NaCl).
    2. Nøye fjerne overflødig vev som er aktuelt (dvs. ekstern nakkemusklene, hyoid bein etc.) uten skade de viktigste recurrens strukturene, og Forkort luftrøret til en lengde som er tilstrekkelig for montering strupehode på en luft levering tube (vanligvis ca. 4-5 cm).
    3. Sjekk recurrens vev for potensielle vev anomali, som sår, organisk deformasjoner eller sprekker potensielt forekommende fra frysing prosessen, som kan gjøre strupehode uegnet for eksperimentet.
  3. Eksponering av thyroid og cartilago cartilages
    1. Fjerne deler av eksterne recurrens muskelvev rundt thyroid og cartilago brusken ved hjelp av en skalpell, dermed utsette cartilages i forberedelse til midt-sagittal kuttet opprette hemi-strupehodet. Denne forberedelsen scene er avbildet i figur 1A og 1B.
  4. Midt-sagittal skjære gjennom thyroid brusk
    1. Gjør en første loddrette skjære gjennom den fremre delen av thyroid brusk.
    2. Forsiktig plassere kuttet litt mer på siden som skal fjernes, for ikke å skade vokal fold som må være bevart. Hvis mulig, bruk en skalpell for skjæring. Hvis brusken er ossified, bruk en liten så.
  5. Kutte cartilago cricoidea
    1. Lede kuttet vertikalt (inferiorly) fra mellom arytenoid cartilages og deretter gjennom cartilago cricoidea til et lag vannrett nivå dårligere skjoldbrusk hakket.
  6. Fjerning av en vokal fold, opprette en L-formet snitt i strupehodet
    1. Gjøre en horisontal kuttet fra underlegne slutten av tidligere gjorde loddrett kuttet i cartilago cricoidea, og fører den nye kuttet mot dårligere skjoldbrusk hakket. Peke Brett siden av strupehode som skal fjernes.
    2. Gjøre en loddrett skjære gjennom bløtvev på innsiden av thyroid brusk - Vær forsiktig mens han ledet kuttet mellom fremre feste de vokale foldene å thyroid brusk, dermed unngå skader på vokal fold.
  7. Avgrensningen av skjære gjennom thyroid brusk
    1. Bruk en skalpell, en så eller en fil, for å bruke en nøyaktig rett snitt i skjoldbrusk brusk og få så nær som mulig til den fremre delen av tidligere inspisert vokal fold.
    2. Fjerne også en liten del av bakre thyroid brusk, for å lage plass til å sette spissen for adducting arytenoid brusk og dermed vokalen brett (se nedenfor). Denne forberedelsen scene er avbildet i figur 1 c og 1 D.
      Merk: Avhengig av problemstillingen, full redegjørelse av hele vokal fold kan være nødvendig å aktivere synligheten ovenfra. I slike tilfeller strukturer den synlige (sann) vokal (dvs. ventrikkel eller vestibular flippen gjelder gitt anatomi av prøven) bør fjernes. I noen eksemplarer indre recurrens bløtvev over de vokale foldene kan miste tilkoblingen til skjoldbruskkjertelen brusk og forstyrrer vokal fold under vibrasjoner, forårsake potensielt falske (hovedsakelig uregelmessig) oscillasjon mønstre. I slike tilfeller er forsiktig fjerning av at vev uunngåelig.

Figure 1
Figur 1 : Hemi-strupehode forberedelse og montering. (A) og (B) rengjøres strupehode prøven, mediale og bakre visning, før fjerning av venstre vokal hjord. (C) og (D) forberedt hemi-strupehode med L-formede snitt (venstre vokal fold fjernet), mediale og bakre. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

2. Hemi-strupehode eksperiment

  1. Hemi-strupe oppsett
    1. Bruk en lufttilførselen rør som leverer varmet og fuktet i strupehodet.
    2. Konstruere to arrangert vinkelrett gjennomsiktig plater som en erstatning for fjernet recurrens deler.
    3. Bruk liggende 4 for å øke stabiliteten i strupehodet og opprette en riktig pre-phonatory strupehode konfigurasjon av adducting gjenværende vokal falsen for loddrett glassplaten (se figur 2A).
      Merk: Teoretisk de vokale foldene kan også være adducted av suturer og vekter på en wiretrekk-lever systemet 26 . Men er en slik tilnærming, til beste kunnskap om disse forfatterne, ennå ikke forsøkt for en hemilarynx forberedelse.

Figure 2

Figur 2 : Hemi-strupehode oppsett. (A) støtter strukturer: luft tilførsel rør, L-formet glass plate ordning, Adduktion liggende. (B) montert hemi-strupehode forberedelser med Adduktion liggende. (C) og (D) nærbilder av hemi-strupehode-forberedelse, sett fra siden og fra toppen, henholdsvis. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

  1. Montering hemi-strupehode
    1. Dekke luft levering røret med protese bindemiddel krem og montere strupehode bruker den gjenværende delen av sine spor. Etappe, den stabiliserende kremen fungerer som lim og lukker potensielle hull, dermed skape en lufttett forsegling.
    2. Fest luftrøret med en plast stramme stropp eller en slange klemme.
    3. Også dekke kantene på skjære gjennom thyroid brusken med bindemiddel krem, og unngå å spre etappe, den stabiliserende krem på vokal flippen eller indre recurrens bløtvev.
    4. Koble transparent platene.
  2. Stabilisering av thyroid brusk, Adduktion av vokal fold bruker liggende
    1. Bruk utstikkerne adduct vokal flippen til plate og stabilisere thyroid brusk.
    2. Når etappe, den stabiliserende kremen har angitt, kan du bruke luftstrømmen for å etablere vokal fold svinging og sjekk for mulig lekkasje mellom hemi-strupehode og glass platene.
    3. Forsegle slutt forekommende hull ved å legge mer etappe, den stabiliserende krem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Illustrasjoner av hemi-strupehode utarbeidelse og dens montering på luft levering røret, som refereres i den forrige delen, finnes i figur 1 og figur 2, henholdsvis.

Dokumentasjon av vokal fold vibrasjoner fra to kameravinkler

Luftstrømmen-indusert selvdrevet oscillation av hemi-strupehode vokal fold dokumentert fra toppen og fra siden med to synkroniserte høyhastighets (HSV) videokameraer operert på 6000 rammen/s, supplert med tid-synkron opptak av akustisk og electroglottographic (se nedenfor) data samplet på 44,1 kHz. Mer informasjon om data oppkjøpet oppsettet inkludert en liste over utstyr finnes i tidligere publikasjoner av denne gruppen av forfattere 27,28. Opptakene fra HSV opptakene vises i tilhørende video. Stillbilder, utdraget representant øyeblikk i vibrerende syklusen, vises i Figur 3. Ovenfra (øvre halvdel av hvert panel) viser medio-lateral vokal brett bevegelse, som indikerer en åpen glottis i figur 3A, slik at glottal luftstrøm, mens i Figur 3B-D glottis er lukket (vokal flippen er fullstendig kontakt med loddrett glassplate), dermed arrestere glottal luften flyte. Side-visning (nedre halvdel av hvert panel) i tallene 3B D antyder en varierende grad av vokal fold kontakt mot glassplaten, samt varierende geometri og vertikale plasseringen for kontakten.

Figure 3
Figur 3 : Hemi-strupehode vokal fold vibrasjon. (A-D) Stillbilder fra høyhastighets videoopptak fra toppen (øvre halvdel av hvert panel) og de visningen kameraene (lavere halvparten av hvert panel), utdraget for representant poeng i vibrerende syklusen. Noter fravær av vokal fold kontakt i (A), og den varierende (begge i området, form og plassering) vokal brett kontakt (B-D). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Kymographic glottal bevegelse analyse

Kvantitativ glottal bevegelse analyse er illustrert i Figur 4. Glottis er variabelen åpne mellom de (vibrerende) stemmebånd29, opprettet av deres avvisninger er under selvbilde vedvarende oscillation. Toppmoderne analyse av topp HSV opptakene kan spore de laterale avvisninger er stemmebånd30,31. Hemi-strupehode utarbeidelse beskrevet her legger anlegget å vurdere også loddrett (caudo-skallen) aspekter av vokal fold vibrasjon.

Figure 4
Figur 4 : Kymographic glottal målbevegelsesanalyse.
(A) og (B) Video stillbilder viser topp og side utsikt over hemi-strupehode, tatt fra høyhastighets (HSV) videoopptak på 6000 rammer/s. Gul vertikale linjene angir kymographic scan line plasseringen for kymograms vises i paneler C og E for den øverste visningen og paneler D og F i visningen side. (C) og (D) Digital kymograms Hentet fra HSV opptakene av toppen og siden visningen, henholdsvis. (E) tid-varierende sideveis bevegelse av vokal fold Hentet fra kymogram og sporet med en linje (stiplet). (F) tid-varierende avvisninger er av mindreverdig og overlegen kantene på vokal flippen vurdert fra kymogram og sporet med en stiplet og en prikket linje, henholdsvis. (G) det synoptiske skildring av tid-varierende glottal strukturer: Lateral vokal fold nedbøyning ("topp", blek fiolett) og loddrette nedbøyning superior ("side-sup.", mørk rød) og mindreverdig ("side inf.", mørk grønn) vokal Brett kanten Hentet fra kymograms vises i paneler E og f (H) Motion-hastigheter fra glottal struktur forskyvning dataene vises i panelet G. (jeg) og (J) Glottal bevegelse rekonstruksjon avledet fra forskyvning data fra superior og dårligere vokal fold margene vist i panel G. Pilene viser retningen roterende bevegelse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

To digitale kymograms ble generert fra topp og side vise HSV data (tall 4C og 4 D). I en digital kymogram (DKG)32,33,34,35, pixel data fra én linje (vanligvis på maksimal vokal fold vibrerende amplitude), tatt av en rekke påfølgende høyhastighets videobilder, er kjedet sammen for å danne en timelig akse på abscissa. Tid-varierende forskyvning av strukturer dekket av DKG skanning linjen vises på Ordinat. I eksemplet i figur 4C-F, DKG skanne linje posisjoner i toppen og siden ble valgt halvveis langs antero-posterior (ventro-dorsal) dimensjonen av vokal fold, utnytte fremgangsmåten beskrevet av Hampala et al., EQ. 127.

De laterale og caudo-skallen avvisninger er av glottis, var preget av mindreverdig og overlegen vokal Brett kantene, spores i DKG dataene (tall 4E og 4F) og uttrykt i metriske enheter basert på video rammen rate og kalibrering informasjonen i videoer (figur 4G og H). En rekonstruksjon av de to-dimensjonale (laterale og loddrett) glottal bevegelse midt på vokal fold (dvs. stedet for maksimal vibrerende amplituden) over tre komplett glottal sykluser er vist i figur 4E og F. Under fleste glottal syklusen var vokal fold i kontakt med glassplaten (representerer glottal nedleggelse), men med varierende kontakt dybde. Under åpne fase (dvs., når vokal flippen ikke er i kontakt med glassplaten), spor av dårlig og overlegen vokalen Brett kanten sikring, og de viser en kompleks syklisk bevegelse mønster, delvis enige med resultater fra andre studier 5 , 20 , 36 , 37 (bevegelse mønsteret i mennesker tendens til å være mer elliptiske enn hjort prøven undersøkt her). Interessant, nådd den loddrette forvrengningen en vibrerende amplituden til ca 10 mm, dvs, nesten en størrelsesorden større enn det som ble funnet i mennesker.

Vurdering av vokal fold kontakt området

Electroglottography (EGG)38 er en mye brukt ikke-invasiv metode for å måle endringer i relativ vokal fold kontakt området (VFCA) under phonation. Svak høyfrekvent strøm sendes mellom to elektroder plassert på vokal fold nivå på hver side av strupehodet. Adgang variasjonene skyldes vokal fold (de) kontakter under recurrens lyd produksjon er hovedsakelig proporsjonal med tid-varierende forhold vokal fold kontakt området39. EGG signalet antas for å være en pålitelig fysiologiske relateres til vokal fold vibrasjon, gjenspeiler grunnleggende frekvens og oscillasjon regimet (uregelmessig eller periodisk, inkludert bifurcations). Til tross for sin brede søknad, har mulig direkte forholdet mellom VFCA og EGG bølgeform inntil nylig bare testet i en enkelt studie17, antyder en ca lineær sammenheng mellom VFCA og EGG signal omfanget. Flyt-indusert vokal fold vibrasjon var imidlertid ikke undersøkt i folkloristikken. Derfor var en grundig empirisk evaluering av EGG som et mål på relative VFCA under riktige fysiologiske forhold derfor fortsatt nødvendig.

I løse dette problemet, har denne gruppen av forfattere nylig undersøkt tre hjort larynges en forbrukeravgift hemi-strupehode forberedelse utnytte en ledende glass plate27. Tiden varierende kontakt mellom vokal fold og glassplaten ble overvåket av høyhastighets videoopptak i sagittal flyet på 6000 fps, skyldes synkronisert med EGG signalet med en nøyaktighet på ± 0.167 ms. representant at studie vises i Figur 5, som indikerer en gjennomsnittlig bra avtale mellom EGG signalet og VFCA-se referanse27 for detaljer).

Figure 5
Figur 5 : Sammenligning av vokal fold kontakt området (VFCA) og electroglottographic (EGG) bølgeform. (A-D) Video stillbilder fra høyhastighets video data viser side-visning av en hjort hemi-strupehode på fire instants innen en glottal syklus. Manuelt vurdert vokal fold kontakt området (dvs., området der vokal fold var i kontakt med vertikale glassplaten i hemi-strupehode oppsettet) er superimposed i cyan. (E) sammenligning av normalisert EGG- og VFCA for vokal fold kontakt fase av en glottal syklus. VFCA dataene stammet fra vurdering av vokal brett kontakt området (telt i piksler) over glottal syklus. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Hemi-strupehode utarbeidelse aksjer fordelene av "vanlige" (full) forbrukeravgift strupehode: slik eksperimentelle tilnærming, fysisk og physiological betingelser og parametere (som subglottal press eller vokal fold forlengelse) kan være kontrollert ganske godt. Virkemåten til hemilarynx er homologe til for en full strupehode med en perfekt lateral symmetri, med unntak at størrelsen av noen parametere (f.eks., air flow rate, lydtrykk) redusert med ca 50%, men fremdeles er i realistisk områder16. Den store ulempen av full forbrukeravgift strupehode tilnærming, dvs., mangelen på sikt av vokal fold overflaten langs (caudo-skallen) superior-underlegen dimensjonen er overvunnet i hemi-strupehode oppsettet av siden se vibrerende vokalen Brett. Hemi-strupehode oppsettet kan dermed vurdering av vokal brett bevegelse i flere dimensjoner, som er avgjørende når prøver å forstå finere detaljer om den Biofysiske generere mekanismen i mennesker og nonhuman pattedyr.

Her har flere eksemplarisk programmer for hemi-strupehode vist. Dokumentasjon av vokal fold vibrasjoner fra to kameravinkler kan ytterligere kvalitativ og kvantitativ analyse. Kymographic glottal bevegelse analyse i vertikal retning, nylig introdusert i dette papiret, kan rekonstruksjon av timelige geometriske varianter av glottis langs en valgt plassering langs antero-posterior (dorso-ventrale) glottal aksen. Når gjenta denne analysen for flere equidistantly fordelt langs glottal aksen, kan hele glottal bevegelse rekonstrueres. Oppmerksom på at denne tilnærmingen gir sammenlignbare men ikke identiske resultater i forhold til vurdering av vokal brett bevegelse ved å merke og spore individuelle "fleshpoints" i vokal fold vev (også på poeng ikke utgjør glottis), f.eksmed mikro-suturer20 eller silikon karbid partikler5,40. Kunnskap om tid-varierende glottal geometrien i tre dimensjoner er avgjørende å undersøke nærmere detaljer om glottal luftstrømmen og dets interaksjon med vibrerende recurrens vevet. For eksempel computational modeller av selvdrevet vokal brett vibrasjoner kan forbedres som mer empiriske data om poenget med luftmengde jet separasjon 41,42,43,44, 45,46,47,48 blir tilgjengelige.

Som illustrert i figur 5, gjør hemi-strupehode utarbeidelsen vurdering av vokal fold kontakt området (VFCA) under selvbilde vedvarende vokal fold vibrasjon. For en, kunnskap om tid-varierende forhold omfanget av VFCA er nyttig for å validere resultatene fra electroglottographic målinger27, som EGG er en brukte metoden for ikke-invasiv vurdering av vokal brett vibrasjoner i vivo. Videre måling av nøyaktig VFCA geometri og sin variasjon over tid kan vise seg for å være avgjørende for å bedre forstå begrepet vokal fold kontakt dybde 49 og dens potensielle forhold til hastigheten av såkalte mucosal bølge50 , 51 , 52 , 53. der en luftstrøm-drevet reiser bølge oppstår i overflaten dekselet laget av vokal fold vevet. Denne bølgen beveger seg først sammen med trans-glottal luftstrømmen fra underlegen overlegne vokal Brett kanten, og deretter det overfører sidelengs over øvre vokal fold overflaten en gang hver oscillasjon syklus54.

Alle ting betraktes, er hemi-strupehode tilnærmingen en kraftig, men likevel ikke brukte bestanddel tilgjengelige arsenal av empiriske metoder for grunnleggende stemme vitenskap. Her en tutorial for å lage en hemi-strupehode forberedelse er presentert, og noen potensielle fremtidige programmer diskuteres. Til instruksjonene kan bidra til å forbedre repeterbarhet eksperimenter over forskjellige labs, altså stemme forskere til å forstå biomekanikk stemme produksjon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av en APART grant av østerrikske akademiet av vitenskap (CTH), teknologi byrået i Tsjekkia prosjekt nei. TA04010877 (CTH, VH og JGS), og den tsjekkiske Science Foundation (GACR) ingen GA16-01246S (til JGS). Vi takker W. Tecumseh Fitch for å foreslå å bruke protese etappe, den stabiliserende krem og Ing. P. Liska fra den tsjekkiske skogen for hans hjelp i å anskaffe forbrukeravgift 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 problemet 129 stemme produksjon hemi-strupehode forbrukeravgift strupehode stemmebånd kymographic glottal bevegelse analyse vokal fold kontakt VFCA electroglottography
Hemi-strupe oppsett for å studere vokal Fold vibrasjoner i tre dimensjoner
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