Yöntem makalesi

Sentetik, Multi-Layer, Self-Salınımlı Vokal Fold Model Fabrikasyon

DOI:

10.3791/3498

⸱

2 Aralık 2011

 , 
1Department of Mechanical Engineering, Brigham Young University

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sentetik vokal kord modelleri imalatı için metodoloji tarif edilir. Modelleri gerçek boyutlu ve çok katmanlı yapısı, insan vokal kıvrımların taklit. Sonuçlar modelleri akciğer basıncı karşılaştırılabilir basınçlarda öz-salınım ve insan vokal kıvrım bu benzer akış kaynaklı titreşimli tepkiler göstermek göstermektedir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Insan sesi için ses akış bağlı vokal kord titreşim yoluyla üretilir. Birkaç kat doku, malzeme özellikleri farklı 1 ile her vokal kıvrımlar oluşur. Normal ses üretimi, sağlıklı doku ve vokal kıvrım güvenir ve aerodinamik, yapısal, dinamik ve akustik fiziksel olaylar arasındaki karmaşık bağlantı bir sonucu olarak ortaya çıkar. Ses bozuklukları, yalnız Amerika Birleşik Devletleri 2 yılda 7.5 milyon kadar etkilemez ve çoğu zaman önemli, mali, sosyal ve zorluklar yaşam kalitesi diğer neden. Ses üretim fiziği anlamak, klinik önleme, tanı ve ses bozuklukları tedavisinde de dahil olmak üzere, önemli ölçüde ses bakım parası için bir potansiyele sahiptir.

Eksize larynges ve sentetik modeller kullanılarak in vitro deney, insan ve hayvan denekleri kullanılarak in vivo deney ve hesaplama modeli, ses üretimi eğitimi için mevcut yöntemler dahiling. Tehlikeli ve zor bir enstrüman erişim sayesinde, in vivo deneylerde ciddi kapsamı sınırlıdır . Eksize gırtlak deneyleri, anatomik ve fizyolojik gerçekçilik yararı var, ama geometrik ve malzeme özelliği değişkenleri içeren parametrik çalışmalar sınırlıdır. Ayrıca, genellikle zaman görece kısa bir süre için (genellikle sipariş üzerine dakika) vibrasyonlu sadece.

Eksize gırtlak deneyler bazı sınırlamaları aşmak, sentetik vokal kord modelleri, ses üretimi eğitimi için tamamlayıcı bir araç olarak ortaya çıkmaktadır. Sentetik modelleri sağlıklı ve sağlıksız insan phonatory aerodinamik, yapısal dinamikleri ve akustik çalışma için izin verir, geometri ve malzeme özellikleri sistematik değişiklikleri ile imal edilebilir. Örneğin, 3,4, klinik aracı geliştirme 5, larinks aerodinamik 6-9, VOC asimetri, sol-sağ vokal kord incelemek için kullanılmıştır .al kat temas basıncı 10 ve subglottal akustik 11 (Kniesburges ark daha kapsamlı bir liste bulabilirsiniz. 12 )

Mevcut sentetik vokal kat modelleri, ancak, ya da homojen olan (tek kat modeller) ya da iki farklı sertlik malzemeleri (iki katlı modelleri) kullanılarak imal edilmiştir. Bu yaklaşım insan vokal kıvrım 1 akış bağlı vokal kord titreşim yanıt yöneten merkezi bir rol oynayan gerçek çok katmanlı yapısı temsili için izin vermez. Sonuç olarak, bir ve iki katmanlı sentetik vokal kord modelleri için tipik insan fonasyon (başlangıçlı basınç, titreşim başlatmak için gerekli olan minimum akciğer basıncı), doğal olmayan, büyük alt-ne daha yüksek başlangıçlı baskılara gibi dezavantajları 3,6,8 sergiledik üstün hareket, ve bir "mukozal dalga" (sağlıklı insan vokal kord titreşim karakteristik bir dikey seyahat dalga) eksikliği. 1. Sonuçlar modeli üzerinde geliştirilmiş titreşim özellikleri sergiler olduğunu göstermektedir önce tek ve iki kat sentetik modelleri, başlangıcından insan başlangıçlı basınca yakın basınç azalır aşağı üstün hareket ve mukozal dalga kanıtı gibi.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Vokal kord model katmanları için, kalıp yapımı, silikon katmanlar sırayla döküm, modeller ve test etmek için montaj imalat dizisi (bkz. Şekil 1) oluşur. Tek bir fiber ek olarak, vücut, bağ, yüzeyel lamina propria ve epitel: modeli dört farklı katmanları vardır. Bir yedekleme katmanı tek tek katmanların vokal kord modeline doğru yerleştirilmesini kolaylaştırmak için eklenir. Modeli geometrik parametre tanımları Şekil. 2. Tablo 1'de verilmiştir model için parametre değerleri ile. Aşağıdaki bölümlerde, farklı silikon karışım oranları farklı katmanları için belirtilen bu küçük gerilme rejimi 13 insan vokal kord doku (bkz. Tablo 2) 'e benzer malzeme özellikleri üretir.

1. Kalıp imalat ve hazırlama

  1. Üç vokal kord katmanları katı modeller oluşturmak supe:rficial lamina propria, bağ, ve vücut katmanları. Bu genellikle, 3D bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelleri istenilen geometrileri yaratma, CAD modelleri ihraç olarak stereolitografi (KVS) dosyaları ve hızlı prototipleme için özel bir makine atölyesi STL dosya gönderme yapılır.
  2. Akrilik malzemeden ince parçaları kullanarak bir kutu şekilli bir kalıp formu oluşturun. Yaklaşık boyutlar (kritik) 2.54 cm yüksekliğinde × 5.72 cm genişliğinde x 6,35 cm derinliğinde. Düz bir akrilik levha kalarak formun alt olun. Vakum gres yağı ile tüm iç kenarları Seal.
  3. Vakum gres istenilen geometri katı model (yani, vücut, ligaman veya yüzeyel lamina propria) yan tarafında küçük bir miktar koyun. Vakum gres yerinde tutar, böylece kalıp form boşluğu, aşağı vakum gres yan alt modeli basın. Liberal kat kalıp formu ve ayırıcı ile katı model. Ayırıcı sağlamak, bir boya fırçası kullanarak tüm köşelerine ulaşırkalıp formu kavite.
  4. 10 parça A ve genişleme için yeterli oda bir konteyner Pürüzsüz-Sil 950 platin silikon kauçuk (ağırlık olarak ölçülen parçalar) bir parçası B karıştırın. Sertleşmemiş silikon kauçuk bir vakum odasında hava kabarcığı kalıp formu kaldırmak ve yaklaşık üç dakika (veya daha az ya da çok gerekli olduğu) için basınç (örneğin, 26 civarında inç Hg atmosferik basınç altında) azaltmak için. Odasından çıkarın ve gazlar silikon kalıp form boşluğuna dökülür. Sertleşmemiş silikon ile tekrar vakum odası ve gazını içine yerleştirin kalıp. Düz bir yüzey üzerinde vakum odası ve yerden çıkarın. 24 saat süreyle tedavi ve kalıp formu kalıp çıkarmak için izin verin.
  5. Tekrar yüzeysel lamina propria, bağ, ve vücut katmanları her biri için kalıp oluşturmak için 1.4 ile 1.1 adım.
  6. Fiber ekleme olanak sağlamak için düz bir ustura ile ön-arka yönde medial yüzeyinin merkezinde ligaman tabaka kalıp kesin.

2. Döküm oF her katmanda

  1. Vücut Katman: boya fırçası ile vücut kalıp boşluğuna ayırıcı ince bir tabaka uygulayın. Bir kısım B ve A Ecoflex 00-30 Supersoft Platin Silikon (ağırlık olarak) bir parçası karıştırın. Malzemenin nihai tedavi sertliği azaltmak için bir parçası Silikon Tiner (ağırlık olarak) ekleyin. Havayı dışarı atabilmek için bir dakika süreyle vakum odasına ve yer için 30 saniye karıştırın. Vakum karışımı çıkarın ve vücut kalıp boşluğuna dökün, ancak tüm kalıp boşluğunun üst dolgu yok. 250 ° F 30 dakika fırında koyun. Fırın ve serin çıkar.
  2. Yedekleme: Mix bir parçası B ve Dragon Skin bir parçası ve bir parçası Silikon Tiner (ağırlık olarak) ekleyin. 30 saniye, 1 dakika için vakum yer kuvvetlice karıştırın ve dolana kadar vücut kalıp boşluğuna dökülür. 250 ° F 30 dakika fırında koyun. Fırın ve soğuk kalıp çıkarın. Modeli kalıptan çıkarın, oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin ve yüzeyinde herhangi bir ayırıcı kaldırmakkağıt havlu ile vücut katmanı.
  3. Ligament Layer: ayırıcı ligaman kalıp boşluğuna yüzey üzerinde boya fırçası ile ince bir tabaka uygulayın. 30 cm düz jilet kesim içine iterek kalıp iplik yerleştirin. Bir kısım B ve bir parçası Ecoflex 00-30 ve Silikon Tiner dört parça (ağırlık olarak) A iyice karıştırın. Hava kabarcıkları ve ligaman kalıp boşluğuna karışımı dökün vakum odasında yerleştirin.
  4. Ligament Layer (devam): ligaman kalıp boşluğuna basın desteğiyle vücut modeli (2.1.1 ve 2.1.2 adımları). Bir tarafında ekleme başlayın ve yavaşça model kalıp boşluğunun fazla sertleşmemiş silikon ve hava kabarcıkları iter, böylece diğer geçmek. Hava kabarcıkları varsa, kalıp boşluğu, sertleşmemiş silikon ile dolum modeli kaldırmak ve kalıp içine model işlemi tekrarlayın. 30 dakika fırında Yeri kalıp, çıkarın ve oda sıcaklığına kadar soğutulur. Modeli kalıptan çıkarın. Kağıt havlu ile fazla ayırıcı çıkarın.
  5. Yüzeysel lamina propria Katman:, boya fırçası ile superifical lamina propria (SLP) kalıp boşluğuna yüzey ayırıcı ince bir tabaka uygulayın . Kısım B, bir parçası ağırlığı Ecoflex 00-30 ve 8 parça silikon bir Tiner karıştırın. Vakum gibi daha önce yapılan ve SLP kalıp boşluğuna dökülür. Adım 2.1.4 'te açıklandığı yüzeyel lamina propria kalıp boşluğuna ligaman vücut desteğiyle model eklemek için aynı işlemi kullanın. 250 ° F bir fırına yerleştirin ve bir saat için kür. Fırından çıkarın ve soğumaya bırakın. Yüzeyel lamina propria bozulmadan kalır, böylece yavaş yavaş ve çok dikkatli model çıkarın.
  6. Epitel Katman: desteğiyle aşağı düz bir yüzeye yerleştirin vokal kord model. Düz bir ustura ile destek malzemelerini çıkarın. Modele göre daha fazla yükseklikte bir nesne takarak hava konuları askıya alınması. Silikon Tiner bir parçası, mix, vakum ile bir kısım B ve bir kısmı A Dragon Skin karıştırın, daha sonra model üzerine dökün ve üzerine için kürleşmesinine saat. Kalın bir katman yaratmak için bu işlemi tekrarlayın. Düz bir ustura ile fazla malzeme çıkarın.
  7. İsteğe Bağlı: her katmanda farklı bir renk farklı katmanlar görünür muayene için istenen ise, boya karıştırma işlemi sırasında ya Ecoflex veya Dragon Skin Kısım B ekleyin.
  8. İsteğe Bağlı: malzeme özelliği veri alınır, her model tabakası imalatı ile aynı anda çekme ve reolojik örnekler oluşturmak . İstenilen malzeme özelliği örnek şekil ve boyut ayırıcı tedavi kalıpları içine ekstra sertleşmemiş malzeme dökerek bunu yapın.
  9. İsteğe bağlı: tabakası kalınlığı istenirse, düz bir ustura ile model bir kesit kesme ve mikroskop ile kontrol edin .

3. Test etmek için son model hazırlığı

  1. Ilk arkası (lateral) ve yan (ince bir tabaka silikon tutkal uygulayarak akrilik bir montaj plakası Mount tamamlanan her vokal kord model birnterior-posterior) modeli yüzeyler. Modeli gömme montaj plakası kesim içine yerleştirin. Akrilik plakanın üst model medial yüzeyi aynı hizaya getirin. Uzaklıkta fazla tutkal silin. Yapıştırıcı bir saat boyunca tedavi etmek için izin ver.
  2. Yüzey yapışkanlığını azaltmak için model yüzeyine talk pudra uygulayın.
  3. Medial yüzeyi izleme için model üzerinde nokta işaretlemek için ince bir nokta Sharpie kalem kullanın. En iyi sonuçlar, talk pudra uygulamadan sonra işaretleme yapılırsa ortaya çıkar.
  4. Mevcut modelin eşleştirilmiş olacak modeli doğru işaret dişli uçları ile montaj plakası deliklerden uzun cıvata yerleştirin. Cıvata üzerinde konuları yatırın. Herhangi bir hava boşlukları kapatmak için cıvata üzerinde kapalı hücreli köpük koyun.
  5. Bu hazırlanan model başka bir vokal kord model ile benzer şekilde 3.1 ve 3.2 adımları kullanarak akrilik sahibine monte edilmiştir eşleştirme. Köpük sıkıştırmak ve medial yüzeyleri bir araya getirmek arzusu ön titreşimli boşluk ulaşana kadar vidaları sıkın. Konuları, hem de setleri ov yerleştirilir oluner cıvata ve ön-arka yönde akrilik plakalardan dışa doğru genişletmek.
  6. Mount hava tedarik tüpü vokal kord çifti.
  7. Bir döngü oluşturmak için bir araya ön konuları bağlayın. Posterior dişler için tekrarlayın. Döngüler aynı anda istenilen ağırlık asın.
  8. Modelleri artık test ve veri toplama için hazır.

4. Temsilcisi Sonuçlar

Bu üretim süreci kullanılarak oluşturulmuş bir model Vibrasyonlu yanıt verileri aşağıdaki gibidir; bu sonuçlar tipiktir. Liflere uygulanan yaklaşık 31 gr gerginlik ile, başlangıç ​​basıncı subglottal başlangıçlı basıncı (440 Pa)% 10 üstünde bir basınçta 400 Pa, model glottal 210 ml / sn debi ile 115 Hz'de vibrasyonlu Bu değerler, bu insanlar (Tablo 3) için bildirilen değerleri ile iyi bir anlaşma. Modeli hareketi analiz etmek için yüksek hızlı videokymography kullanma arasında bir faz farkı üstün bir kanıt gösterdind alt kenar boşlukları, yani üstün marjı titreşim periyodu, (Şekil 3) açık aşamasında aşağı marj gizli. Vokal kord model medial ve inferior yüzeylere uygulanan nokta stereo görüntü çıkarılan Yörüngeler model insan fonasyon, mukozal dalga gibi hareket, ve daha düşük tipik bir alternatif yakınsak-ıraksak profil sergilemiştir aşağı- önceki modellere göre daha üstün bir hareket (Şekil 4) .

figure-protocol-1

Tablo 1. Model geometrik parametre değerleri.

figure-protocol-2

Tablo 2. Ağırlık ve vokal kord modeli tek tek bölümleri Young modülü çıkan karışım oranları. EF ve DS adayı silikon Ecoflex ve Dragon SkinSırasıyla 14.

figure-protocol-3

Tablo 3. Insan ve sentetik vokal kord titreşim yanıtları arasında karşılaştırma.

figure-protocol-4

Şekil 1: Sentetik vokal kord model üretim süreci . CAD-kaynaklı katı modelleri (sol panel), her bir katman için kalıplar (merkez paneli) oluşturmak için kullanılır. Her katman, sonra vücut tabakası ile epitel tabakası (sağ panel, görünürlük için "geri soyulmuş" her katmanı) ile başlayan ve biten, dökme. Fabrikasyon sonra, modelleri test etmek için akrilik plakalar monte edilmiştir.

figure-protocol-5

Şekil 2. Sentetik vokal kord model kesit. Farklı vücut, yüzeyel lamina propria, ligAment ve epitel katmanları gösterilmiştir. Parametreler vokal kord model geometrisi tanımlar. Bu rakam, geometrik tanımları net bir temsili için ölçeklendirilir. Tablo 1'de verilen parametre değerleri Uygulama Burada gösterilen olandan biraz daha farklı bir şekil neden olacaktır.

figure-protocol-6

Şekil 3. Yüksek hızlı model titreşim kymogram. , Üst ve alt kenar boşlukları konum için tahminler renkli noktalı çizgiler olarak gösterilmiştir. Alt ve üst kenar boşlukları arasındaki faz farkı belirgindir.

figure-protocol-7

Şekil 4 titreşimli ise zaman iki farklı örnekleri yakalanan bir hemilarynx düzenleme sentetik vokal kord modeli, Medial yüzey profili. Mürekkep belirteçleri (medial yüzeyi yerleştirildi sh olarak) sağ görüntü kendi iki senkronize yüksek hızlı kameralar kullanarak görüntülü ve titreşim döngüsü üzerinden paletli. Sol arsa açılış aşamasında bir yakınsak glottis gösterir ve sağ arsa kapanış aşamasında ıraksak glottis gösterir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu yöntem, insan vokal kıvrımların benzer titreşim davranışı sergileyen sentetik vokal kord modelleri verim modelleri imalatı. Başlangıçlı basınç azalması ve geliştirilmiş modeli hareket açısından bir önceki ve iki katmanlı model tasarımları 3,6,8,15 göre önemli avantajlar (salınım, mukozal dalga gibi hareket sırasında yakınsak-ıraksak profili çok-katmanlı bir kavram sonuçları ve benzeri) aşağı üstün bir deplasman azalttı. Burada sunulan yöntem, geometri bakımından biraz idealize edilmiş bir model olarak göst...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa etmek başka bir şey var.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar sentetik model geliştirme desteği için Ulusal Sağırlık ve Diğer İletişim Bozuklukları Enstitüsü Hibeler R03DC8200, R01DC9616 ve R01DC5788 minnetle kabul etmiş sayılırsınız.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Adı reaktif Şirket Katalog numarası Yorumlar

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Yüksek Vakum Gres Dow Corning 01018817
Pol-Ease 2300 Polytek Pol-Ease2300-1 Kalıp yağları
Kolay Sil 950 Pürüzsüz Kolay Sil 950 Kalıp malzemesi yapmak
Vakum Pompası Ege E2M2
Vakum Odası Kartell 230
Basınç Gage Marsh Bellofram 11308252A
Düz Jiletli Husky 008-045-HKY
Ecoflex 00-30 Pürüzsüz Ecoflex 00-30
Silikon Tiner Pürüzsüz Silikon Tiner
Dragon Skin Pürüzsüz Dragon Skin 10 FAST
Konu Omega OmegaCrys Sadece açık lifleri kullanın
Silikon Boya Pürüzsüz SILC Domuz Siyah
Silikon Yapıştırıcı Pürüzsüz Sil-Poxy
Talk Pudra Batı Aile

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hirano, M., Kakita, Y. Cover-body theory of vocal fold vibration. Speech Science: Recent Advances. , 1-46 (1985).
  2. Voice, Speech, and Language Quick Statistics [Internet]. , National Institute on Deafness and Other Communication Disorders. Bethesda (MD). Available from: http://www.nidcd.nih.gov/health/statistics/vsl/Pages/stats.aspx (2010).
  3. Pickup, B. A., Thomson, S. L. Influence of asymmetric stiffness on the structural and aerodynamic response of synthetic vocal fold models. Journal of Biomechanics. 42 (14), 2219-2225 (2009).
  4. Zhang, Z. Vibration in a self-oscillating vocal fold model with left-right asymmetry in body-layer stiffness. Journal of the Acoustical Society of America. 128 (5), EL279-EL285 (2010).
  5. Popolo, P. S., Titze, I. R. Qualification of a Quantitative Laryngeal Imaging System Using Videostroboscopy and Videokymography. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 117 (6), 4014-4412 (2008).
  6. Thomson, S. L., Mongeau, L., Frankel, S. H. Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America. 118 (3), 1689-1700 (2005).
  7. Neubauer, J., Zhang, Z., Miraghaio, R., Berry, D. A. Coherent structures of the near field flow in a self-oscillating physical model of the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America. 121 (2), 1102-1118 (2007).
  8. Drechsel, J. S., Thomson, S. L. Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model. Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).
  9. Becker, S., et al. Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model. Journal of the Acoustical Society of America. 125 (3), 1351-1361 (2009).
  10. Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. Experimental study of the self-oscillation of a model larynx by digital image correlation. Journal of the Acoustical Society of America. 123 (2), 1089-1103 (2007).
  11. Zhang, Z., Neubauer, J., Berry, D. The influence of subglottal acoustics on laboratory models of phonation. Journal of the Acoustical Society of America. 120 (3), 1558-1569 (2006).
  12. Kniesburges, S., et al. In vitro experimental investigation of voice production. Current Bioinformatics. , (2011).
  13. Titze, I. R. The Myoelastic Aerodynamic Theory of Phonation. , National Center for Voice and Speech. 82-101 (2006).
  14. Murray, P. R. Flow-Induced Responses of Normal, Bowed, and Augmented Synthetic Vocal Fold Models. , Brigham Young University. (2011).
  15. Baken, R. J., Orlikoff, R. F. Clinical Measurement of Speech and Voice. , 2nd, Singular Publishing. (2000).
  16. Titze, I. R. Principles of Voice Production. , National Center for Voice and Speech. (2000).
  17. Pickup, B. A., Thomson, S. L. Flow-induced vibratory response of idealized vs. magnetic resonance imaging-based synthetic vocal fold models. Journal of the Acoustical Society of America. 128 (3), EL124-EL129 (2010).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Sentetik Ses Teliok Katmanl ModelKendi Kendine Osile Olan ModelSes Teli retimiH zl PrototiplemeSilikon D k mKal p Haz rlamaSubglottik Bas nMukozal DalgaBa lang Bas nc

İlgili makaleler