Development of a vocal fold evaluation system based on the self-excitation mechanism

• Project/Area Number: 19700382
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: DEGUCHI Shinji Tohoku University, 大学院医工学研究科, 准教授 (30379713)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,750,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2008: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2007: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: バイオメカニクス / 生体医工学 / 流体構造連成問題 / 自励振動 / 医療機器

Research Abstract

声の音源を成す声帯の振動は、肺からの呼気流と声帯組織の変形とが相互作用した結果生じる複雑な力学現象である。本研究では、まずこの力学現象を定式化して、発声時に起こる力学現象の数値解析を行った。また、理論的取り組みにより、この声帯振動が発生するために必要な力学条件を解析的に導き出した。この導出された発声の力学条件は、声の中でもとりわけ裏声の状態を特に対象としており、裏声が生じるメカニズムを初めて明らかにすることができたと考えられる。続いて、この得られた発声条件の数式を利用した声帯力学特性評価システムを作製した。これは空気圧を外部から声帯に負荷して、その際の圧力変化から声帯の硬さを計測する方法である。発声時には声の高さと共に、声帯の力学特性あるいは硬さが変化していくと考えられるため、試作した本システムを用いて声帯の硬さを調べた。その結果、地声の範囲内で最も声帯が柔らかく、地声よりも低い、あるいは高い周波数領域において声帯が硬くなる傾向が得られた。このように声帯の力学特性を非侵襲的に検査・診断可能な新しい方法の有効性を示すと共に、本システムを用いると、声帯だけでなく、肺を含めた呼吸器系器官の力学特性をも計測可能であることを示唆するデータが得られた。以上のように、声帯の振動メカニズムの解明という基礎的問題から、声帯の力学特性の計測法の開発という応用志向的問題までを扱い、当初の研究目標を達成することができた。さらに、気道系全体を対象とした新しい診断方法の提案につながる成果が得られるなど、新しく、今後さらなる発展へとつながることが期待される知見も得ることができた。

Research Products

• [Journal Article] Theoretical consideration of the flow behavior in oscillating vocal fold. (2009)
  • Author(s): S. Deguchi, T. Hyakutake
  • Journal Title: Journal of Biomechanics 42 Pages: 824-829
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical consideration of the flow behavior in oscillating vocal fold (2009)
  • Author(s): S. Deguchi
  • Journal Title: Journal of Biomechanics Available online(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of computer-aided non-invasive assessment of the vocal fold stiffness (2008)
  • Author(s): S. Deguchi, K. Kawashima
  • Journal Title: Annals of Otology, Rhinology & Laryngology 117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of computer-aided non-invasive assessment of the vocal fold stiffiaess (2008)
  • Author(s): S. Deguchi
  • Journal Title: Annals of Otology, Rhinology & Laryngology 117 Pages: 876-880
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preliminary evaluation of stroboscopy system using multiple light sources for observation of pathological vocal fold oscillatory pattern. (2007)
  • Author(s): S. Deguchi, Y. Ishimaru, S. Washio
  • Journal Title: Annals of Otology, Rhinology & Laryngology 116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical analysis of effects of transglottal pressure change on fundamental frequency of phonation. Annals of Otology (2007)
  • Author(s): S. Deguchi, Y. Matsuzaki, T. Ikeda
  • Journal Title: Rhinology & Laryngology 116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preliminary evaluation of stroboscopy system using multiple light sources for observation of pathological vocal fold oscillatory pettern. (2007)
  • Author(s): S. Deguchi
  • Journal Title: Annals of Otology, Rhinology & Laryngology 116 Pages: 687-694
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 呼吸器系コンプライアンスの非侵襲的計測の試み (2008)
  • Author(s): 出口真次、川島一能
  • Organizer: 第42回日本生体医工学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2008-12-13
• [Presentation] Noncontact determination of the mechanical properties of the human vocal folds (2008)
  • Author(s): S. Deguchi, K. Kawashima
  • Organizer: The 6th International Conference of Voice Physiology and Biomechanics
  • Place of Presentation: University of Tampere
  • Year and Date: 2008-08-08
• [Presentation] Noncontact determination of the mechanical properties of the human vocal folds (2008)
  • Author(s): S. Deguchi
  • Organizer: The 6 th International Conference on Voice Physiology and Biomechanics
  • Place of Presentation: University of Tampere(フィンテンド)
  • Year and Date: 2008-08-08
• [Presentation] Noncontact determination of the mechanical properties of the human vocal folds. (2008)
  • Author(s): S. Deguchi, K. Kawashima
  • Organizer: ASME Summer Bioengineering Conference
  • Place of Presentation: Marco Iland
  • Year and Date: 2008-06-29
• [Presentation] 声帯の力学特性の非接触的評価方法に関する研究 (2008)
  • Author(s): 出口真次、川島一能
  • Organizer: 第47回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2008-05-08
• [Presentation] 声帯結節による発声障害の数値シミュレーション (2008)
  • Author(s): 出口真次、河原侑希
  • Organizer: 音声・聴覚共催研究会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2008-03-21
• [Presentation] 機械モデルを用いた声帯自励振動と発生音の関係に関する計測 (2008)
  • Author(s): 岡崎愛、森原陽祐、出口真次、高橋智、鷲尾誠一
  • Organizer: 第38回機械学会中国四国支部学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2008-03-06
• [Presentation] 声帯の振動パターンと音声波形の関係について (2008)
  • Author(s): 出口
  • Organizer: 第20回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2008-01-26
• [Presentation] 声帯の振動パターンと音声波形の関係について (2008)
  • Author(s): 森原陽祐、岡崎愛、出口真次、百武徹、田村義彦、鷲尾誠一
  • Organizer: 第20回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学
  • Year and Date: 2008-01-25
• [Presentation] 声帯結節が発声に及ぼす影響に関する数値解析 (2008)
  • Author(s): 河原侑希、出口真次、鷲尾誠一
  • Organizer: 第20回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学
  • Year and Date: 2008-01-25
• [Presentation] 声帯を模擬した振動狭さく流れに関する数値解析 (2008)
  • Author(s): 村上隆良、百武徹、松倉古寸毛、出口真次、柳瀬眞一郎
  • Organizer: 第20回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学
  • Year and Date: 2008-01-25