Yapışkan Olmayan Süper Yumuşak Vokal Fold Modelleri için Üretim Süreci

Ses teli modelleri, normal ve patolojik koşullar altında insan sesi üretimini simüle etmek ve araştırmak için kullanılır ^1,2. Ses teli modelleri oluşturmadaki en büyük zorluklardan biri, insanlarınkine çok yakın olan gerçekçi bir yumuşaklık ve esneklik elde etmektir. Bu özellikleri elde etmek için, karşılık gelen elastikiyet modülünü ^3,4 elde etmek için yüksek miktarlarda silikon yağı ile seyreltilmiş silikon elastomerler sıklıkla kullanılır. Gerçekçi ses kıvrımı modelleri oluşturmada bir diğer önemli faktör de katmanlamadır, çünkü ses kıvrımları, akışın neden olduğu titreşim modelini ve titreşimin mümkün olduğu sıklığı belirleyen, değişen yumuşaklıkta birden fazla katmandan oluşur.

Bu çalışmada tipik bir ses teli modeli oluşturulmuştur. Zhang^6’ya göre 17 mm uzunluğundaki erkek vokal kıvrımları için tipik boyutları temsil eden ve üç katmandan oluşan Scherer 5 tarafından sağlanan ortak geometriyi kullandık: vokalis kası için bir katman (vücut katmanı), biri tüm mukozal katman için (örtü katmanı) ve biri epitel için. Bu yapı, Şekil 1’deki koronal kesit görünümünde görülebilir.

Şekil 1: Larinks modüllerinin koronal kesiti. Vokal kıvrımların en geniş genişliğini (8,5 mm) gösteren gırtlak modüllerinin koronal kesiti. Her ses teli bir vücut tabakası, bir örtü tabakası ve bir epitel tabakasından oluşur. Bu rakam^13’ten değiştirildi. Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Dalgalı trakea duvarlarının silikon ses kıvrımlarının salınım başlangıç basıncı üzerindeki etkisinden alınmıştır. J Acoust Soc.149 (1), 466-475 (2021) Amerika Akustik Derneği’nin izniyle. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Diğer yayınlar kısmen sadece bir katman⁷, epitelsiz iki katman^{katman 2} kullanır veya mukozayı çoklu katman³ ile modeller. Genellikle, katmanlar içten dışa, yani en derin katmandan başlayarak dökülür. 30 μm kalınlığında çok ince olan epitel, sağlam bir deri ile sarmak için tüm vücuda uçtan dökülür⁸.

Modeldeki kapak katmanı, Young’ın yaklaşık 1.1 kPa⁹ modülü ile en yumuşak kısımdır. Vücut tabakası için, in vitro ölçümler¹⁰ kullanılarak enine yönde yaklaşık Young modülü 2 kPa’dır. İn vivo, tiroaritenoid kasın Young modülü, uzunlamasına yönde liflerin varlığı ve kasın olası gerilmesi nedeniyle daha yüksek olabilir. Bu son derece düşük Young modülünü elde etmek için, silikon karışımına yüksek miktarda silikon yağı eklemek gerekir (yaklaşık% 72). Bununla birlikte, üretici% 5’ten daha yüksek bir yağ oranının kullanılmamasını şiddetle tavsiye eder. Genel olarak, elastomere silikon yağı ilavesi, akış ve damlama süresini arttırmanın yanı sıra kürlenmiş silikon polimerinin büzülmesini azaltmayı amaçlamaktadır. Silikonun daha düzgün kürlenmesine yardımcı olur, böylece malzemedeki stresi azaltır. Amacı, yumuşaklığını arttırmaktan ziyade, kürlenmiş malzemenin kalıplanabilirliğini ve özelliklerini optimize etmektir, ancak bu aynı zamanda bir sonuçtur. Bunun nedeni, silikon yağının kimyasal olarak inert olması, yani kendini polimerize edememesi ve silikon polimerin¹¹ ağına entegre olmamasıdır. Bunun yerine, polimer matrisinde sıvı bir faz olarak kalır, polimer yapısını daha yüksek seviyelerde zayıflatır ve potansiyel olarak kürlenmiş malzemeden çözünmesine ve yüzeye yapışmasına neden olur. Sonuç olarak, kürlenme bozuklukları, düzensiz vulkanizasyon, kimyasal büzülme ve kırılganlık gibi diğer olumsuz özellikler mümkündür. Silikon yağı içeriği yüksek olan ses teli modelleri yaşlanma ve tekrarlanabilirlik açısından incelenmiş ve farklı modellerin özelliklerinde yüksek değişkenlik ve zaman içinde özelliklerinde değişiklik olduğu bulunmuştur¹¹.

Konvansiyonel şekilde ses teli modelleri^{üretilirken 7,12}, epitel tabakasının yapışkanlığı, titreşimin homojenliğini etkileyebileceği ve epitelin yırtılmasına yol açabileceği için bir sorun olabilir. Epitel yapmak için kullanılan silikon seyreltilmemiş olmasına rağmen, komşu mukoza tabakasından sızan yağın silikon üzerinde seyreltilmiş gibi benzer etkilere sahip olduğu varsayılabilir. Mukoza ile epitel tabakası arasına ara tabaka olarak talk veya karbon tozu gibi çeşitli pudralar eklenerek yapışkanlık sorunu giderildi¹². Bu yaklaşım başarılı olmuş olabilir, çünkü yağ toz tarafından kısmen emilmiştir ve sonuç olarak epitel yüzeyinin yapışkanlığı azaltılabilir.

Bu yayında, yapışkanlık sorununun vokal fold üretim sürecinde küçük bir değişiklikle aşılabileceğini gösteriyoruz. Katmanlama sırasını değiştirerek ve seyreltilmemiş epitelyal silikondan (kapalı silikon olarak adlandırılır) başlayarak, yapışkan olmayan süper yumuşak vokal fold modelleri üretilebilir. Bu değişiklik, en iyi şekilde bir video şeklinde sunulan ve açıklanan alışılmadık kalıp türlerini ve yöntemleri içerir. Bu yazıda, üretim sürecimizi ayrıntılı olarak açıklıyoruz ve ses teli modellerinin özelliklerinin bir uygulamada nasıl karakterize edilebileceğini gösteriyoruz.