Modelado de Interacción Fluido-Estructura Computacional Específico del Sujeto de la Vibración de las Cuerdas Vocales del Conejo
Autores: Avhad, Amit; Li, Zheng; Wilson, Azure; Sayce, Lea; Chang, Siyuan; Rousseau, Bernard; Luo, Haoxiang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelado de Interacción Fluido-Estructura Computacional Específico del Sujeto de la Vibración de las Cuerdas Vocales del Conejo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Interacción fluido-estructura
Vibración de las cuerdas vocales
Campo de flujo 3D
Modelo de flujo glotal
Estudios computacionales
Trastornos de las cuerdas vocales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se lleva a cabo un estudio completo de interacción fluido-estructura (FSI) en tres dimensiones (3D) sobre la vibración de las cuerdas vocales específicas de un sujeto, basado en los modelos de cuerdas vocales de laringes de conejo previamente reconstruidos. Nuestros enfoques principales son las características de vibración de la cuerda vocal, el campo de flujo 3D no estacionario y la comparación con un modelo de flujo glotal unidimensional (1D) recientemente desarrollado que incorpora aprendizaje automático. El modelo FSI 3D aplica un acoplamiento fuerte entre el modelo de elementos finitos para el tejido de la cuerda vocal y la ecuación de Navier-Stokes incompresible para el flujo. Se utilizan cinco muestras diferentes de la laringe de conejo, reconstruidas a partir de las imágenes por resonancia magnética (IRM) después de los experimentos de fonación in vivo, en la simulación FSI. Estas muestras tienen geometrías distintas y una presión de entrada diferente medida en el experimento. Además, las propiedades del material del tejido de la cuerda vocal se determinaron previamente para cada muestra individual. Los resultados demuestran que la vibración y la presión intraglotal de la simulación de flujo 3D coinciden bien con las de la simulación basada en el modelo de flujo 1D. Análisis adicionales en 3D muestran que las geometrías inferior y supraglotal juegan roles significativos en el proceso FSI. Se discute la similitud del patrón de flujo con la cuerda vocal humana. Este estudio apoya el uso efectivo de las laringes de conejo para entender la fonación humana y ayudará a guiar nuestros futuros estudios computacionales que abordan trastornos de las cuerdas vocales.
Descripción
Se lleva a cabo un estudio completo de interacción fluido-estructura (FSI) en tres dimensiones (3D) sobre la vibración de las cuerdas vocales específicas de un sujeto, basado en los modelos de cuerdas vocales de laringes de conejo previamente reconstruidos. Nuestros enfoques principales son las características de vibración de la cuerda vocal, el campo de flujo 3D no estacionario y la comparación con un modelo de flujo glotal unidimensional (1D) recientemente desarrollado que incorpora aprendizaje automático. El modelo FSI 3D aplica un acoplamiento fuerte entre el modelo de elementos finitos para el tejido de la cuerda vocal y la ecuación de Navier-Stokes incompresible para el flujo. Se utilizan cinco muestras diferentes de la laringe de conejo, reconstruidas a partir de las imágenes por resonancia magnética (IRM) después de los experimentos de fonación in vivo, en la simulación FSI. Estas muestras tienen geometrías distintas y una presión de entrada diferente medida en el experimento. Además, las propiedades del material del tejido de la cuerda vocal se determinaron previamente para cada muestra individual. Los resultados demuestran que la vibración y la presión intraglotal de la simulación de flujo 3D coinciden bien con las de la simulación basada en el modelo de flujo 1D. Análisis adicionales en 3D muestran que las geometrías inferior y supraglotal juegan roles significativos en el proceso FSI. Se discute la similitud del patrón de flujo con la cuerda vocal humana. Este estudio apoya el uso efectivo de las laringes de conejo para entender la fonación humana y ayudará a guiar nuestros futuros estudios computacionales que abordan trastornos de las cuerdas vocales.