2020 Fiscal Year Research-status Report
ピロリドン(NVP)固定cadaverを用いた声帯の運動生理学研究モデルの確立
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20K09737
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| Research Institution | Kyorin University |
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Principal Investigator |
齋藤 康一郎 杏林大学, 医学部, 教授 (40296679)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 喉頭 / 音声 / 声帯振動 / cadaver / 吹鳴実験 / 運動生理学 / 音声外科 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は予定通り、N-vinyl-2-pirrolidone固定されたcadaver 4献体からの摘出喉頭を用いた音声産生実験（吹鳴実験）を行った。
課題としていた、発声生理実験（吹鳴実験）時の気管側から声門への送気量の設定に関しては、生体における標準的な呼気流率を参考に設定した。甲状軟骨翼を内方に圧迫した、胸声（chest voice）発声の条件（CV条件）と、輪状軟骨と甲状軟骨を近接させて声帯を伸長させた、裏声（falsetto）発声に相当する条件（FV条件）のいずれの条件下でも、聴覚印象上明らかに前者に比して後者では高い喉頭原音を安定して産生することが可能であった。記録された喉頭原音の音響分析を行った結果、産生された喉頭原音の周波数（F0）の数値は、CV条件、FV条件のいずれも生体の胸声や裏声のF0と同等であることが示された。
高速度デジタルカメラを用いて声帯振動の様子を撮影した画像（high-speed digital imaging, HSDI）の解析を行った結果、CV条件とFV条件では振動様式が異なること、そしていずれも生体の胸声と裏声における声帯振動様式に酷似していることをつきとめた。さらに、HSDI画像から作成したキモグラムを詳細に検討した結果、喉頭原音を産生している声帯振動の三次元的なしなやかな運動と、声帯振動に特徴的な粘膜波動を可視化することができた。これらの結果はいずれも、NVPにより固定したcadaverでは、生体のような組織の柔らかさが保たれることを支持する結果であり、将来的に、固定後のcadaverを形態解剖の学習・研究以外に応用できる可能性が強く示唆された。
加えて、当初は予定していなかったが、臨床的に外科的気道確保に際して重要な、輪状甲状靱帯部分の解剖に関するNVP固定cadaverを用いた検討も行い、有意義な結果を論文で発表することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
NVP固定された4献体（男性, n=3; 女性, n=1）からの摘出喉頭を用いた吹鳴実験を行った。
吹鳴実験時の気管側から声門への送気量の設定に関しては、生体における標準的な呼気流率に準じ、男性では12 L/m（0.2 L/sec）、女性では8.0 L/m（0.13 L/sec）に設定した。臨床的なマニュアルテストの要領で、甲状軟骨翼を内方に圧迫したCV条件と、輪状軟骨と甲状軟骨を近接させて声帯を伸長させたFV条件の両者で喉頭原音を産生可能で、F0の平均値は前者で152.2 Hz、後者で404.8 Hzで、それぞれ生体における胸声と裏声のF0同様の値であった。
HSDI画像をもとに作成したキモグラムを用いて声帯の振動様式を検討すると、声帯粘膜が、声門下からの送気により下唇側から上唇側へ順に外方移動して声門が開大し、続けて下唇側から上唇側へ順に内方移動して声門が閉鎖することを繰り返す、生体に酷似した周期的な振動が観察された。発声条件で振動様式を比較すると、CV条件では声帯膜様部はダイナミックな開大と閉鎖を繰り返し、閉鎖期には左右の声帯が密着するのに対し、FV条件では声帯振動が膜様部の遊離縁に限局しているうえ、閉鎖期にも左右の声帯は密着せず、それぞれ生体での胸声発声と裏声発声に酷似した振動様式を示した。また、キモグラムを詳細に検討すると、声帯振動の1周期毎に、声帯遊離縁から上面外側へ流れるような粘膜波動を可視化・確認することができた。
今年度はさらに、輪状甲状靱帯（CT靱帯）の穿刺・切開術に重要な、CT靱帯付近の肉眼解剖に関し、NVP固定cadaverを用いた検討を行った。9献体を用い、上甲状腺動脈から分枝するCT枝、交通する左右のCT枝からの下降枝、そしてCT靱帯中央を縦走する静脈の存在を確認した。穿刺・切開を行う部分のサイズも測定し、これらの成果を日本気管食道科学会誌に報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、NVP固定cadaverからの摘出喉頭を用いた発声生理研究モデルの確立を進める。次年度以降、献体数を増やすことで本年度確認された、発声条件によって異なるF0の違いや、CV条件、FV条件それぞれにおけるF0の性差について統計学的な検討を行う。
また、今年度は発声条件を変えて喉頭原音の高さを検討したが、今後は我々のモデルにおける、組織の柔軟性を検証するため、発声条件によって変化する声帯長や、声帯振動の振幅も検討項目に加える予定である。なお、声帯長は、発声条件ごとに実測値を用い、安静時の値ならびに条件を変えると変化する声帯膜様部の伸展率を生体と比較検討する。そして喉頭原音産生中の声帯振動の振幅は、HSDI画像をもとに、個体によって異なる声帯膜様部長で振幅を標準化した数値を振幅の指標として検討を行う。
さらに、長期的に使用可能で再現性があることが研究モデルとして理想的であるため、摘出喉頭を保存し、初回の吹鳴実験後半年をめどに、保存した摘出喉頭による吹鳴実験を行い、初回の実験結果との比較検討を行う。
加えて、初年度に確認することのできた、生体での胸声に酷似したしなやかな声帯振動と喉頭原音の産生、そして生理的な輪状甲状筋の収縮を模した用手的な輪状軟骨と甲状軟骨の近接により、輪状甲状関節・声帯筋・声帯粘膜といった組織が自在に形態を変え、生体での裏声に酷似した声帯振動と喉頭原音の産生を可能としている、固定後cadaver喉頭の組織学的な検証も行う。
最終的には、音声外科手術のサージカルトレーニングへの応用を目指し、摘出喉頭を用いた手術前後での声帯振動や喉頭原音の違いを検討する。また、本研究期間には収まらなくとも、将来的には実臨床での問題解決、一例として、声の高さを調節する手術に際して問題となる、声帯長や声帯緊張の変化とF0の変化の関係の検証などにも本研究を活かしたいと考えている。
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