Синтетические, Multi-Layer, автоколебательных голосовых связок Изготовление моделей

Общая цель данной процедуры — описать и продемонстрировать процесс изготовления многослойной синтетической модели голосовой складки с эффектом самоколебаний. Сначала на основе трехмерных компьютерных моделей создаются положительные формы методом быстрого прототипирования. Затем на базе этих прототипов изготавливаются отрицательные формы.

Наконец, отливают каждый слой модели голосовой складки, включая тело, связку с волокном в центре, поверхностный слой собственной пластинки и эпителий. В конечном итоге, путем сравнения подскладочного давления, частоты вибрации, скорости голосового потока и движения медиальной поверхности, результаты показывают, что многослойные синтетические модели голосовых складок демонстрируют характеристики отклика, индуцированного потоком, аналогичные вибрации голосовых складок человека. Основным преимуществом этих моделей перед существующими многослойными моделями, такими как двухслойная модель, является то, что структура данных многослойных моделей более схожа со структурой голосовых складок человека, что делает их более применимыми для исследований в области голосообразования.

Сначала создайте твердотельные модели трех слоев голосовой складки: поверхностного слоя собственной пластинки, связочного слоя и тела складки. Обычно это выполняется путем создания трехмерных моделей в системе автоматизированного проектирования (САПР) с заданной геометрией, экспорта этих моделей в формате стереолитографии (STL) и последующей передачи STL-файлов в специализированную мастерскую по быстрому прототипированию.

Изготовьте форму для отливки в виде коробки, используя тонкие листы акрила. Вырежьте их по необходимым размерам. Сформируйте дно формы, прикрепив ее к плоской акриловой пластине с помощью вакуумной смазки.

Нанесите небольшое количество вакуумной смазки на боковую сторону твердой модели требуемой геометрии. Прижмите модель к дну полости формы для отливки стороной со смазкой вниз, чтобы вакуумная смазка зафиксировала деталь на месте. Обильно покройте форму и твердую модель разделительным агентом с помощью кисти, убедившись, что разделительный агент проник во все углы полости формы.

Смешайте в контейнере, который позволит увеличить объем продукта при вакуумировании, платиновую силиконовую резину Smooth-On Dragon Skin 10 в пропорции 10 частей компонента A и одна часть компонента B. Для удаления пузырьков воздуха поместите контейнер в вакуумную камеру и понизьте давление примерно на 26 дюймов ртутного столба ниже атмосферного в течение приблизительно трех минут. Извлеките силикон DGA из камеры и залейте его в полость формы.

Снова поместите это в вакуумную камеру и используйте DGA. Извлеките форму из вакуумной камеры и установите её на ровную поверхность. Оставьте для отверждения на 24 часа. После отверждения резины извлеките форму из заготовки.

Повторите этот процесс для создания форм для каждой из остальных геометрий твердых моделей. После изготовления всех форм с помощью опасной бритвы сделайте разрез в форме слоя связки в центре медиальной поверхности в переднезаднем направлении, чтобы обеспечить возможность введения волокна для отливки слоя тела. Сначала нанесите тонкий слой разделительного агента в полость формы тела с помощью кисти.

Смешайте одну часть компонента B и одну часть компонента A супермягкого платинового силикона eFlex 0 0 30. Затем добавьте одну часть разбавителя для силикона, чтобы снизить конечную жесткость отвержденного материала. Перемешивайте в течение 30 секунд, после чего поместите смесь в вакуумную камеру на одну минуту.

Для удаления захваченного воздуха извлеките смесь из вакуума и залейте ее в полость формы для тела, не заполняя ее до самого верха. Поместите форму в предварительно разогретую до 200 degrees Fahrenheit печь на 30 минут. После запекания извлеките форму из печи и дайте ей остыть.

Затем создайте модель основы тела, смешав в равных пропорциях компоненты A и B силикона Dragon Skin. Добавьте одну часть разбавителя для силикона и интенсивно перемешивайте в течение 30 секунд. После удаления пузырьков воздуха с помощью вакуумного насоса залейте смесь в полость формы для тела до полного заполнения.

Поместите форму в печь при температуре 200 degrees Fahrenheit на 30 минут. После охлаждения извлеките модель из формы. Затем с помощью бумажного полотенца удалите любой разделительный агент с поверхности слоя корпуса.

Для отливки слоя связки нанесите тонкий слой разделительного агента на поверхность полости формы для связки с помощью кисти. Поместите в форму нить длиной 30 сантиметров, тщательно проталкивая ее в разрез, сделанный опасной бритвой. Смешайте одну часть компонента B и одну часть компонента A eco Lex 0, 0 30 и четыре части силиконового разбавителя.

Поместите смесь в вакуумную камеру для удаления пузырьков воздуха, после чего залейте её в полость формы для связки. Вдавите модель основы тела в полость формы для связки. Начните вставку с одной стороны и плавно перемещайтесь к другой, чтобы модель вытеснила из полости формы излишки неотвержденного силикона и пузырьки воздуха.

После запекания в течение 30 минут охладите форму и извлеките модель. Удалите остатки разделительного агента с помощью бумажных полотенец. Для отливки поверхностного слоя собственной пластинки слизистой оболочки (SLP) нанесите тонкий слой разделительного агента на поверхность полости формы SLP с помощью кисти.

Смешайте по весу одну часть компонента B, одну часть компонента A силикона EcoFlex 00-30 и восемь частей силиконового разбавителя в вакуумной камере, затем залейте смесь в полость формы. Вставьте модель основы тела голосовой связки в форму для SLP. После запекания при 200 °F в течение одного часа и последующего охлаждения медленно и с крайней осторожностью извлеките модель, чтобы поверхностный слой собственной пластинки слизистой оболочки остался неповрежденным. Наконец, для формирования слоя эпителия поместите модель голосовой складки на плоскую поверхность тыльной стороной вниз и удалите поддерживающий материал с помощью опасной бритвы.

Подвесьте нити в воздухе, прикрепив их к объекту, высота которого превышает высоту модели. После смешивания одной части компонента B и одной части компонента A силикона Dragon Skin с одной частью силиконового разбавителя и вакуумирования, залейте модель и оставьте для отверждения на один час. Повторите процесс для создания более толстого слоя, а после полного отверждения модели удалите излишки материала прямой бритвой; закрепите каждую готовую модель голосовой складки в акриловой монтажной пластине, предварительно нанеся тонкий слой силиконового клея на латеральные, передние и задние поверхности модели.

Вставьте модель в углубление монтажной пластины и выровняйте медиальную поверхность модели по верхнему краю акриловой пластины. Удалите излишки клея и дайте ему затвердеть. В течение одного часа наносите тальк на поверхность модели, чтобы уменьшить липкость поверхности для трекинга медиальной поверхности.

С помощью маркера с тонким наконечником нанесите точки на модель. После нанесения талька вставьте длинные болты в отверстия монтажной пластины резьбовыми концами в сторону модели, с которой будет сопрягаться текущая модель. Наложите нити на болты и закройте болты пенопластом с закрытыми порами, чтобы устранить любые воздушные зазоры.

Соедините подготовленную модель с другой моделью голосовой складки, аналогично закрепленной в акриловом держателе. Затяните винты, чтобы сжать поролон и сблизить медиальные поверхности до достижения требуемого зазора перед началом вибрации. Убедитесь, что обе пары резьбовых соединений надеты на болты и направлены от акриловых пластин в передне-заднем направлении, после чего установите пару голосовых складок на трубку подачи воздуха.

Свяжите передние нити вместе, чтобы образовалась петля, затем повторите то же самое с задними нитями; одновременно подвесьте к петле груз требуемого веса и приступайте к тестированию и сбору данных. При использовании изготовленной модели с приложенным к волокнам натяжением примерно 31 грамм, давление начала колебаний составило 400 паскалей при подскладочном давлении на 10% выше давления начала колебаний. Модель вибрировала на частоте 115 герц при скорости голосового потока 210 миллилитров в секунду.

Эти значения хорошо согласуются с показателями, зарегистрированными для людей. Высокоскоростная видеозапись вибрирующей модели показала, что она движется более естественно, чем предыдущие двухслойные модели. Для сравнения.

На данном видео верхней поверхности двухслойной модели слизистая волна отсутствует, а профиль голосовой щели на протяжении всего цикла выглядит преимущественно расходящимся. Это ограничение двухслойных моделей более отчетливо видно на высокоскоростных видеозаписях двухслойной модели в конфигурации гемигортани. Рассмотрим высокоскоростные записи вида сверху новой многослойной модели.

Можно наблюдать признаки слизистой волны, и профиль голосовой щели больше не выглядит расходящимся на протяжении всего цикла. Видеограмма высокоскоростной записи вида сверху новой многослойной модели выявляет наличие разности фаз между верхним и нижним краями. Верхний край перекрывает нижний край во время открытой фазы периода вибрации.

Высокоскоростная видеосъемка новой многослойной модели в конфигурации полугортани (Hemi larynx) дает более убедительные доказательства наличия слизистой волны и чередующегося конвергентно-дивергентного движения, характерного для голосовых складок человека. Траектории вибрации, полученные по стереоизображениям точек, нанесенных на медиальную и нижнюю поверхности модели голосовой складки. Результаты показывают, что модель демонстрирует чередующийся конвергентно-дивергентный профиль, типичный для человеческой фонации.

Точки обозначены буквами от A до F, начиная с самой низкой точки. На левом графике представлена конвергентная голосовая щель в фазе размыкания, а на правом — дивергентная голосовая щель в фазе смыкания. Данный метод изготовления синтетических моделей голосовых складок позволяет создавать модели, вибрирующее поведение которых схоже с поведением голосовых складок человека.

Концепция многослойности обеспечивает значительные преимущества по сравнению с предыдущими одно- и двухслойными моделями с точки зрения сокращения времени начала реакции и улучшения подвижности модели. При выполнении данной процедуры важно использовать лишь необходимое количество разделительных агентов, чтобы слои надлежащим образом сцеплялись друг с другом.