Article
Einfluss künstlicher Ligamentfasern auf die Stimmlippenschwingung in einem manipulierbaren, selbst-oszillierenden, synthetischen Silikon-Stimmlippenmodell
Search Medline for
Authors
-
Bogac Tur
- Uniklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
-
Lucia Gühring
- Uniklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
-
Olaf Wendler
- Uniklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
-
Stefan Kniesburges
- Uniklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
| Published: | September 20, 2023 |
|---|
Outline
Zusammenfassung
Hintergrund: Synthetische Silikon-Kehlkopfmodelle sind für das Verständnis der Biomechanik von physiologischen und pathologischen Stimmlippenschwingungen unerlässlich. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen künstlicher Ligamentfasern auf die Stimmlippenschwingung in einem synthetischen Kehlkopfmodell mit elastischen Silikonstimmlippen zu untersuchen, das in der Lage ist, die physiologischen Kehlkopffunktionen wie Elongation, Kompression und Abduktion/Adduktion der Stimmlippen nachzubilden.
Material und Methoden: Es wurde ein Mehrschicht-Silikonmodell mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften für den Musculus Vocalis und der Lamina Propria bestehend aus Ligament und Schleimhaut verwendet. Künstliche Ligamentfasern verschiedener Durchmesser und Tragfähigkeiten wurden in die Stimmlippen eingegossen und bei unterschiedlicher Dehnung/Spannung getestet. Für die Nachahmung der Kehlkopfphysiologie wurde ein elektromechanischer Aufbau entwickelt. Die Messungen umfassten Hochgeschwindigkeits-Videoaufzeichnungen der Stimmlippenschwingungen, subglottale Druckerfassung und Aufzeichnung des produzierten Schalls. Für die Bewertung der Schwingungseigenschaften wurden alle Messwerte ausgewertet und mit Parametern aus ex vivo Studien verglichen.
Ergebnisse: Die Fundamentalfrequenz des synthetischen Kehlkopfmodells beträgt je nach eingegossener Ligamentfaser und mechanischer Spannung ca. 200-650 Hz, was der Reproduktion einer weiblichen Normal- sowie Gesangsstimmlage entspricht. Die untersuchten Stimmparameter aus Stimmlippenschwingung, Akustik und subglottalem Druck lagen innerhalb normaler Wertebereiche aus ex und in vivo Studien.
Diskussion: Die Integration künstlicher Ligamentfasern führt zu einem Anstieg der Fundamentalfrequenz mit zunehmendem Luftstrom, bei konstant bleibender mechanischer Spannung der Ligamentfasern. Darüber hinaus bewirken die Fasern einen Anstieg der Fundamentalfrequenz bei steigender mechanischer Spannung und konstantem Luftstrom. Dieses Verhalten entspricht der physiologischen Erwartung unter Beachtung des bekannten Materialverhaltens der Stimmlippen in longitudinaler Richtung.
Fazit: Somit steht mit diesem Kehlkopfmodell eine künstliche experimentelle Plattform ohne die typischen Einschränkungen von exzidierten Kehlkopfmodellen zur Verfügung, in der reguläre Stimmlippenschwingungen reproduziert und im Detail analysiert werden können.
Text
Hintergrund
Synthetische Silikon-Kehlkopfmodelle sind für das Verständnis der Biomechanik von physiologischen und pathologischen Stimmlippenschwingungen unerlässlich. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen künstlicher Ligamentfasern [1] auf die Stimmlippenschwingung in einem synthetischen Kehlkopfmodell mit elastischen Silikonstimmlippen zu untersuchen, das in der Lage ist, die physiologischen Kehlkopffunktionen wie Elongation, Kompression und Abduktion/Adduktion der Stimmlippen nachzubilden.
Materialien und Methoden
Es wurde ein Mehrschicht-Silikonmodell mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften für den Musculus Vocalis und der Lamina Propria bestehend aus Ligament und Schleimhaut verwendet. Künstliche Ligamentfasern verschiedener Durchmesser und Tragfähigkeiten wurden in die Stimmlippen eingegossen und bei unterschiedlicher Dehnung/Spannung getestet.
Abbildung 1 [Abb. 1]
Für die Nachahmung der Kehlkopfphysiologie wurde ein elektromechanischer Aufbau entwickelt. Die Messungen umfassten Hochgeschwindigkeits-Videoaufzeichnungen der Stimmlippenschwingungen, subglottale Druckerfassung und Aufzeichnung des produzierten Schalls. Für die Bewertung der Schwingungseigenschaften wurden alle Messwerte ausgewertet und mit Parametern aus ex vivo Studien verglichen [2], [3], [4].
Ergebnisse
Die Fundamentalfrequenz des synthetischen Kehlkopfmodells beträgt je nach eingegossener Ligamentfaser und mechanischer Spannung ca. 200-650 Hz, was der Reproduktion einer weiblichen Normal- sowie Gesangsstimmlage entspricht. Die untersuchten Stimmparameter aus Stimmlippenschwingung, Akustik und subglottalem Druck lagen innerhalb normaler Wertebereiche aus ex und in vivo Studien.
Abbildung 2 [Abb. 2]
Diskussion
Die Integration künstlicher Ligamentfasern führt zu einem Anstieg der Fundamentalfrequenz mit zunehmendem Luftstrom, bei konstant bleibender mechanischer Spannung der Ligamentfasern. Darüber hinaus bewirken die Fasern einen Anstieg der Fundamentalfrequenz bei steigender mechanischer Spannung und konstantem Luftstrom. Dieses Verhalten entspricht der physiologischen Erwartung unter Beachtung des bekannten Materialverhaltens der Stimmlippen in longitudinaler Richtung.
Fazit
Somit steht mit diesem Kehlkopfmodell eine künstliche experimentelle Plattform ohne die typischen Einschränkungen von exzidierten Kehlkopfmodellen zur Verfügung, in der reguläre Stimmlippenschwingungen reproduziert und im Detail analysiert werden können.
Literatur
- 1.
- Murray PR, Thomson SL. Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication. J Vis Exp. 2011;58:e3498. DOI: 10.3791/3498
- 2.
- Semmler M, Berry DA, Schützenberger A, Döllinger M. Fluid-structure-acoustic interactions in an ex vivo porcine phonation model. J Acoust Soc Am. 2021;149:1657-1673. DOI: 10.1121/10.0003602
- 3.
- Jakubaß B, Peters G, Kniesburges S, Semmler M, Kirsch A, Gerstenberger C, Gugatschka M, Döllinger M. Effect of functional electric stimulation on phonation in an ex vivo aged ovine model. J Acoust Soc Am. 2023;153(5):2803. DOI: 10.1121/10.0017923
- 4.
- Peters G, Jakubaß B, Weidenfeller K, Kniesburges S, Böhringer D, Wendler O, Mueller SK, Gostian AO, Berry DA, Döllinger M, et al. Synthetic mucus for an ex vivo phonation setup: Creation, application, and effect on excised porcine larynges. J Acoust Soc Am. 2022;152(6):3245-3259. DOI: 10.1121/10.0015364
- 5.
- Scherer RC, Shinwari D, De Witt KJ, Zhang C, Kucinschi BR, Afjeh AA. Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees. J Acoust Soc Am. 2001;109(4):1616-1630. DOI: 10.1121/1.1333420
