Numerická simulace videokymogramů z výlsedků končněprvkového modelu

Numerical simulation of videokymographic images from the results of the finite element model

conference paper

en

The study presents a two-dimensional (2D) finite element (FE) model of the fluid-structure-acoustic interaction during flow induced self-oscillation of the human vocal folds. The FE model combines the FE models of the vocal folds, the trachea and the simplified human vocal tract shaped for phonation of vowel [a:]. The fluid-structure interaction is solved using explicit coupling scheme with separated solvers for structure and fluid domain. The developed FE model comprises large deformations of the vocal-fold tissue, vocal-fold contact, fluid-structure interaction, morphing the fluid mesh according to the vocal-fold motion (Arbitrary Lagrangian-Eulerian approach), solution of unsteady viscous compressible airflow described by the Navier-Stokes equations and airflow separation during the glottis closure. The effect of lamina propria thickness and material properties on simulated videokymographic (VKG) images of vocal-fold vibrations are analyzed. Such variation of the lamina propria properties can be caused by certain vocal-fold pathologies such as Reinke's edema. The developed FE model can be used to study relations among pathological changes in vocal folds tissue, the resulting VKG images and the produced sound spectra.

Práce se zabývá rovinným (2D) konečněprvkovým (MKP) modelem interakce mezi strukturou, tekutinou a akustikou během samobuzeného kmitání lidských hlasivek. Interakce mezi strukturou a tekutinou je řešena pomocí explicitního výpočtového schématu s oddělenými řešiči pro strukturu a tekutinu. Vytvořený MKP model zahrnuje velké deformace tkáně hlasivek, kontakt hlasivek, interakci struktury s tekutinou, morfování sítě vzduchu podle pohybu hlasivek (ALE metoda), nestacionární viskózní stlačitelné proudění popsané pomocí Navier-Stokesových rovnic a přerušování proudu vzduchu během uzavření hlasivek. V práci je analyzován vliv tloušťky a materiálových parametrů laminy proprii na výsledný videokymogram kmitání hlasivek a vytvářený hlas. Takovéto změny v tkáni laminy proprii mohou být způsobeny různými patologiemi hlasivek jako je například Rinkeho edém. Vytvořený konečněprvkový model může být použit pro studium vztahu mezi patologickými změnami v tkáni hlasivek, výslednými videokymogramy a vytvářeným zvukem.

The study presents a two-dimensional (2D) finite element (FE) model of the fluid-structure-acoustic interaction during flow induced self-oscillation of the human vocal folds. The FE model combines the FE models of the vocal folds, the trachea and the simplified human vocal tract shaped for phonation of vowel [a:]. The fluid-structure interaction is solved using explicit coupling scheme with separated solvers for structure and fluid domain. The developed FE model comprises large deformations of the vocal-fold tissue, vocal-fold contact, fluid-structure interaction, morphing the fluid mesh according to the vocal-fold motion (Arbitrary Lagrangian-Eulerian approach), solution of unsteady viscous compressible airflow described by the Navier-Stokes equations and airflow separation during the glottis closure. The effect of lamina propria thickness and material properties on simulated videokymographic (VKG) images of vocal-fold vibrations are analyzed. Such variation of the lamina propria properties can be caused by certain vocal-fold pathologies such as Reinke's edema. The developed FE model can be used to study relations among pathological changes in vocal folds tissue, the resulting VKG images and the produced sound spectra.

biomechanika hlasu, videokymografie, simulace fonace, interakce tekutina-struktura-akustoka, metoda konečných prvků,

biomechanics of voice, videokymography, simulation of phonation, fluid-structure-acoustic interaction, finite element method.

2014

12.05.2014

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a bimechaniky, VUT v Brně

Svratka

978-80-214-4871-1

Engineering mechanics 2014

640–643

4