تاثير بيماري سولكوس بر عمل‌كرد تارهاي صوتي به روش محاسباتي بر‌هم‌كنش سيال و جامد

Numerical Analysis and Parametric Study of the Sulcus Vocalis Disorder on the Function of the Vocal Folds‎

صحبت كردن انسان، فرآيند بسيار پيچيده اي مي باشد كه حاصل برهم‌كنش جريان هوا در طول حنجره و ساختار ارتعاشي تارهاي صوتي است. سولكوس، يكي از بيماري‌هاي مرتبط با تارهاي صوتي است كه در اين بيماري، لايه‌هايي از تارهاي صوتي وجود نداشته و تارهاي صوتي داراي شكاف هستند و درنتيجه اختلالاتي در توليد صوت ايجاد مي‌شود. در اين مقاله براي اولين بار، بيماري سولكوس به‌صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته و تاثيرات بيماري بر ارتعاشات تارهاي صوتي ارزيابي شده است. مدل ايده‌آلي از تارهاي صوتي سالم و مبتلا به سولكوس به‌صورت دو‌بعدي تعريف شده‌است و مدل المان محدود از تارهاي صوتي و راه‌هاي هوايي به‌طور كامل جفت‌شده با نرم‌افزار ال‌اس‌داينا حل شده است. مدل محاسباتي ارايه‌شده در دامنه‌ي سيال از ابزار ديناميك سيالات محاسباتي، فرمول‌بندي لاگرانژي-اويلري دلخواه و معادلات تراكم‌ناپذير پيوستگي و ناوير-استوكس و در دامنه‌ي جامد از مدل سه‌لايه‌ي الاستيك خطي استفاده شده‌است. نوسانات خود‌تحريك براي تارهاي صوتي بيمار درجه‌ي دو، ارايه شده و با مدل سالم مقايسه شده‌است. پاسخ‌ها به صورت كمي وكيفي مطالعه شده و مدل سالم با نتايچ عددي و تجربي گذشته مقايسه شده‌است. تاثيرات بيماري بر پارامترهاي جريان و فركانس ارتعاشي تارهاي صوتي، مطالعه ‌شده‌ است. تجزيه‌وتحليل هاي انجام‌شده نشان داد كه وجود شكاف در تارهاي صوتي بيمار، باعث مي شود فركانس ارتعاشي تارهاي صوتي كاهش يافته و عرض شكاف حنجره و دبي عبوري بيشينه و ميانگين از دهانه‌ي حنجره، افزايش مي‌يابد.

In terms of mechanical behavior, human’s speaking and generating voice is a sophisticated process which is resulted in interaction between flowing air through the larynx and oscillating functionality of vocal folds. The sulcus vocalis is one of the individual cases of scarring in which the superficial lamina propria is absent over the length of the vocal fold and can procreate several disorders in voice generation. In this study, for the first time, the effects of sulcus vocalis on vibrating functionality of vocal folds have been assessed by employing finite element numerical modeling. Two-dimensional models of either healthy or sulcus vocal folds were implemented which each one is coupled and solved via LS-dyne software. Also, the three e-layer linear elastic model was utilized for the structure phase and the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE), incompressible continuity, and Navier- Stokes relations were used for the fluid domain. Type II patients’ self-excited oscillations have been exhibited and compared with the healthy model. The results of the healthy model were assessed and compared with numerical and experimental results of previous studies. Moreover, the influences of the sulcus not only on the flow components but also on the oscillating functionality of the vocal folds have been evaluated. The results indicated that the frequency of vocal folds’ vibrations and the value of volume flux tends to be remarkably declined and boosted up respectively.