CZ305967B6

CZ305967B6 - Hlasivková náhrada a způsob ladění hlasivkové náhrady

Info

Publication number: CZ305967B6
Application number: CZ2015-201A
Authority: CZ
Inventors: Tomáš Vampola; Jaromír Horáček; Smrčková Miroslava Dušková; Jakub KĂ¶hler; Ivo Klepáček
Original assignee: ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ; Ăšstav termomechaniky AV ÄŚR, v. v. i.; Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i.; Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Anatomický ústav
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-05-25
Also published as: CZ2015201A3; EP3072477A1

Abstract

Předložené řešení se týká umělé hlasivky (1), která je dvoudílná a její díly jsou v příčném směru suvně uloženy v protilehlých stěnách vodicího rámečku (5) a v podélném směru jsou přichyceny na jedné straně k připevňovací stěně (9) vodicího rámečku (5) a na opačné straně k připevňovací stěně (9) stavicího rámečku (6), přičemž vnitřní prostor (4) umělé hlasivky (1) je propojen se zdrojem tlakové tekutiny. Dále se předložené řešení týká způsobu ladění hlasivkové náhrady, který spočívá v tom, že se stanoví základní frekvence hlasivky člověka, na základě které se vytvoří základní předpětí umělé hlasivky nastavením vzdálenosti vodicích rámečků (5) a stavicích rámečků (6) obepínajících umělou hlasivku a následně se mění vibrační charakteristiky umělé hlasivky změnou tlaku tekutiny v umělé hlasivce, které se monitorují a porovnávají s požadovanými vibračními charakteristikami pro lidskou hlasivku až do získání podobnosti porovnávaných vibračních charakteristik umělé a lidské hlasivky.

Description

Hlasivková náhrada a způsob ladění hlasivkové náhrady

Oblast techniky

Vynález se týká hlasivkové náhrady obsahující umělou hlasivku a způsob ladění hlasivkové náhrady.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou uplatňovány čtyři základní přístupy při snaze o rekonstrukci hlasu při devastujícím poškození hlasivkových tkání:

• Náhradní tvorba řeči pomocí elektrolaryngu

Eletrolaryngový hlas vzniká přiložením přístroje ke krku pod bradou, výsledkem tohoto postupuje technický neosobní zvuk.

• Nácvik jícnové řeči

Jícnový hlas vzniká rozechvěním horního úseku vokálního traktu při vytlačení vzduchu z žaludku, nebo vpuštěním vzduchu do jícnu uměle vytvořeným kanálkem mezi průdušnicí a jícnem (plastika hrtanu, transplantace nebo vytvoření otvoru v zachovaných částech hrtanu.

• Chirurgické metody usnadňující rehabilitaci hlasu

Od r. 1874 je známa kovová tracheostomická kanyla s přídavným ramenem do dolní části hrtanu. V důsledku infekcí není tento postup dlouhodobě funkční.

• Hlasová protéza

V současné době jsou známé repliky lidských hlasivek, které lze využít pro výzkum základních fyzikálních jevů spojených s generováním zvuku v důsledku kmitání hlasivek. Existují repliky fungující na principu jazýčkových hudebních nástrojů, ale jsou i modely hlasivek z umělých hmot (např. polyuretan, silikon), které se geometricky i rozměrově podobají lidským hlasivkám, či protézy PROVOX, které se relativně samočistí, ale neprodukují hlas. Zvuky lze hrubě vyluzovat bez použití rukou pomocí silikonové vysouvatelné píšťalky.

Cílem tohoto vynálezu je způsob a zařízení pro frekvenčně laditelnou hlasivkovou náhradu v celém rozsahu normálního lidského hlasu (řeči) dle individuálních dispozic pacienta a možnost jejího využití nejen pro výzkum funkce lidských hlasivek na modelech jako dosud, ale i pro implantaci této náhrady in vivo po vyjmutí tohoto orgánu z lidského těla například v důsledku rakovinového nádoru.

Podstata vynálezu

Podstata hlasivkové náhrady podle vynálezu spočívá v tom, že umělá hlasivka je dvoudílná a její díly jsou v příčném směru suvně uloženy v protilehlých stěnách vodícího rámečku a v podélném směru jsou přichyceny na jedné straně k připevňovací stěně vodícího rámečku a na opačné straně k připevňovací stěně vodícího rámečku, přičemž vnitřní prostor umělé hlasivky je propojen se zdrojem tlakové tekutiny. Ve vodicím rámečku nebo stavícím rámečkuje uspořádána odtlačovací matice, do které zasahuje distanční šroub. Umělá hlasivka je na svých koncích v podélném směru opatřena přichycovacími elementy pro uchycení k připevňovacím stěnám vodícího rámečku

-1 CZ 305967 B6 a stavícího rámečku. Připevňovací stěna vodícího rámečku a stavícího rámečku jsou dělené. Umělá hlasivka je opatřena vnější vrstvou a střední vrstvou obklopující vnitřní prostor. Vodicí rámeček a/nebo stavící rámeček jsou opatřeny uchycovacími prvky. Vodicí rámeček a stavící rámeček jsou válcového tvaru, přičemž jejich připevňovací stěny jsou opatřeny průchozími otvory.

Podstata způsobu ladění hlasivkové náhrady obsahující umělou hlasivku podle vynálezu spočívá v tom, že se stanoví základní frekvence hlasivky člověka, na základě které se vytvoří základní předpětí umělé hlasivky nastavením vzdálenosti rámečků obepínajících umělou hlasivku a následně se mění vibrační charakteristiky umělé hlasivky změnou tlaku tekutiny v umělé hlasivce, které se monitorují a porovnávají s požadovanými vibračními charakteristikami pro lidskou hlasivku a při získání podobnosti porovnávaných vibračních charakteristik umělé a lidské hlasivky je hlasivková náhrada naladěna pro její použití.

Hlasivkové náhrady podle vynálezu byly podrobeny důkladným experimentálním zkouškám, které prokázaly jejich funkčnost v rozsahu fyziologických parametrů normální fonace člověka, tj. průtočných množství a tlaku vzduchu přiváděného tracheou k hlasivkám z plic a generujících dostatečnou úroveň primárního zvuku nutnou pro jeho frekvenční modifikaci a šíření vokálním traktem k ústům člověka. Tyto hlasivkové náhrady rovněž umožňují její funkčnost při co nejnižším tlaku a průtoku vzduchu, který umožňuje plynulou řeč a nenamáhá příliš plíce při hlasovém projevu. Vodicí rámeček a stavící rámeček jsou vhodného tvaru podle způsobu použití hlasivkové náhrady.

Hlasivková náhrada je rovněž snadno vyměnitelná a je možněji zavést primárně, tj. bezprostředně po odstranění hrtanu při totální laryngektomii nebo sekundárně, tj. kdykoliv v pozdějším období po zhojení operační rány.

Objasnění výkresů

Na přiložených obrázcích jsou znázorněny příklady provedení zařízení pro frekvenčně laditelnou hlasivkovou náhradu.

obr. 1 obr. 2 a obr. 3 obr. 1 a obr. 5 obr. 6 a obr. 7 obr. 8 až obr. 10 profil části umělé hlasivky jedno provedení hlasivkové náhrady další provedení hlasivkové náhrady provedení hlasivkové náhrady pro implementaci hlasivkové náhrady in vivo v místě průdušnicového prstence provedení hlasivkové náhrady pro implementaci hlasivkové náhrady in vivo v tracheostomické kanyle

Příklad uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn průřez jedné části umělé hlasivky 1, která je s druhou částí vložena do hlasivkové náhrady zobrazené na dalších obrázcích. Umělá hlasivka 1 je opatřena vnější hraniční vrstvou 2 definující fyziologický profil hlasivky získaný ze snímků pořízených při vyšetření metodou počítačové tomografie. Střední vrstva 3 odlišných materiálových vlastností, je vrstva dominantně ovlivňující charakter kmitu umělé hlasivky. Prostor 4 znázorňuje objem plněný viskózní kapalinou. Hodnotou přetlaku této kapaliny lze ovlivňovat charakter výsledných kmitů.

Na obr. 2 je znázorněno jedno z provedení hlasivkové náhrady pro experimentální ověření fonačních vlastností in vitro, odvozené ze struktury lidské hlasivky na základě pitevních nálezů, CT a mMRI zobrazení. Dvě části umělé hlasivky 1, jejíž průřez je znázorněn na obr. 1, jsou v příčném směru uloženy suvně ve dvou protilehlých stěnách vodícího rámečku 5, a v podélném směru

-2CZ 305967 B6 jsou uchyceny na jedné straně v připevňovací stěně vodícího rámečku 5 a na druhé straně v připevňovací stěně stavícího rámečku 6. Vodicí rámeček 5 a stavící rámeček 6 jsou vzájemně k sobě přestavitelné v podélném směru umělé hlasivky 1. Stavící rámeček 6 je suvně uložen ve vodicím rámečku 5. Pro vzájemné přestavení vodícího rámečku 5 a stavícího rámečku 6 jsou použity distanční šrouby 12 a odtlačovací matice 13, kdy distanční šrouby 12 jsou uloženy ve stavícím rámečku 6 a odtlačovací matice 13 ve vodicím rámečku 5, nebo naopak. Otáčením distančních šroubů 12 v odtlačovacích maticích 13 dochází k oddalování nebo přibližování připevňovací stěny vodícího rámečku 5 vzhledem k připevňovací stěně stavícího rámečku 6 a tím ke změně délky umělé hlasivky 1 v podélném směru. Dochází tím k dosažení základní fonační charakteristiky hlasivkové náhrady.

Stěny vodícího rámečku 5 jsou opatřeny plnicími otvory 11 pro tekutinu dodávanou do umělé hlasivky 1 a tím ke změně tlaku v umělé hlasivce.

Pro snadnější uchycení umělé hlasivky 1 jsou vodicí rámeček 5 a stavící rámeček 6 opatřeny odnímatelnými stěnami 17, které se po vložení umělé hlasivky 1 do rámečků 5 a 6 spojí s jejich pevnými stěnami a tím současně upevní ve stěnách rámečku umělou hlasivku 1, resp. její uchycovací části.

Na obr. 3 je znázorněna konstrukce hlasivkové náhrady z obr. 2 v rozloženém stavu. V tělese vodícího rámečku 5 je vytvořen ve vodicích stěnách 10 rybinový spoj pro nasunutí vodicích prvků 16 umělé hlasivky 1 umožňující volný pohyb hlasivkové náhrady v podélném směru. V připevňovacích stěnách 9 vodícího rámečku 5 a stavícího rámečku 6 jsou vytvořeny tvarové štěrbiny umožňující zasunutí připevňovacích elementů 15 umělé hlasivky L V příčném směru umělé hlasivky 1 jsou ve stěnách vodícího rámečku 5 uspořádány plnicí otvory 11 umožňující modifikovat hodnotu předepínacího tlaku v tělese umělé hlasivky 1.

Na obr. 4je uvedeno tvarově odlišné provedení hlasivkové náhrady pro experimentální ověření fonačních vlastností in vitro vhodné pro umístění náhrady ve fyziologicky definované poloze v místě štítné chrupavky. V rozloženém stavuje toto provedení znázorněno na obr. 5. Jednotlivé části a jejich uspořádání odpovídá provedení hlasivkové náhrady z obr. 2 a obr. 3 s tím rozdílem, že stěny vodícího rámečku 5 jsou zkosené.

Na obr. 6 a obr. 7 je znázorněno další tvarově odlišné provedení hlasivkové náhrady vhodné pro implementaci hlasivkové náhrady in vivo v místě průdušnicového prstence, kde stěny jak vodícího rámečku 5, tak stavícího rámečku 6 mají kruhové stěny, které jsou opatřeny uchycovacími prvky 14 pro připevnění hlasivkové náhrady k prstencové chrupavce člověka.

Na obr. 8 je znázorněno další provedení hlasivkové náhrady pro její implementaci in vivo v tracheostomické kanyle 7 opatřené zvlhčovacím a čisticím filtrem 8upravující vdechovaný vzduch.

Na obr. 9 a obr. 10 je pak znázorněno provedení hlasivkové náhrady vložené do tracheostomické kanyly 7 podle obr. 8. U tohoto dalšího tvarově odlišného provedení je patrné uspořádání průchozího otvoru 18 jak ve stavícím rámečku 6, tak ve vodicím rámečku 5 umožňující v tracheostomické kanyle 7 průchod vzduchu pro dýchání.

Pro nastavení hlasivkové náhrady na požadovanou charakteristiku základní frekvence kmitavého pohybu umělé hlasivky 1 je využito možnosti změny vzájemné vzdálenosti připevňovacích stěn 9 vodícího rámečku 5 a stavícího rámečku 6, ve kterých je uchycena umělá hlasivka i v podélném směru, čímž se vytvoří základní předpětí umělé hlasivky 1. Požadovaná vibrační charakteristika umělé hlasivky je docilována změnou tlaku v prostoru 3 umělé hlasivky 1 a to napojením prostoru 3 přes plnicí otvory 11 se zdrojem tlakové tekutiny.

Docilovaná vibrační charakteristika je monitorována a porovnávána s požadovanými vibračními charakteristikami pro lidskou (fyziologickou) hlasivku. Při získání podobností porovnávaných

-3CZ 305967 B6 vibračních charakteristik umělé hlasivky a lidské hlasivky je hlasivková náhrada naladěna pro její použití.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Hlasivková náhrada obsahující umělou hlasivku, vyznačená tím, že umělá hlasivka (1) je dvoudílná a její díly jsou v příčném směru suvně uloženy v protilehlých stěnách vodícího rámečku (5) a v podélném směru jsou přichyceny na jedné straně k připevňovací stěně (9) vodícího rámečku (5) a na opačné straně k připevňovací stěně (9) stavícího rámečku (6), přičemž vnitřní prostor (4) umělé hlasivky (1) je propojen se zdrojem tlakové tekutiny.
2. Hlasivková náhrada podle nároku 1, vyznačená tím, že ve vodicím rámečku (5) nebo stavícím rámečku (6) je uspořádána odtlačovací matice (13), do které zasahuje distanční šroub (12).
3. Hlasivková náhrada podle některého z předchozích nároků, vyznačená tím, že umělá hlasivka (1) je na svých koncích v podélném směru opatřena přichycovacími elementy (15) pro uchycení k připevňovacím stěnám (9) vodícího rámečku (5) a stavícího rámečku (6).
4. Hlasivková náhrada podle nároku 3, vyznačená tím, že připevňovací stěna (9) vodícího rámečku (5) a stavícího rámečku (6) jsou dělené.
5. Hlasivková náhrada podle některého z předchozích nároků, vyznačená tím, že umělá hlasivka (1) je opatřena vnější vrstvou (2) a střední vrstvou (3) obklopující vnitřní prostor (4).
6. Hlasivková náhrada podle některého z předchozích nároků, vyznačená tím, že vodicí rámeček (5) a/nebo stavící rámeček (6) jsou opatřeny uchycovacími prvky (14).
7. Hlasivková náhrada podle některého z předchozích nároků, vyznačená tím, že vodicí rámeček (5) a stavící rámeček (6) jsou válcového tvaru, přičemž jejich připevňovací stěny (9) jsou opatřeny průchozími otvory (18).
8. Způsob ladění hlasivkové náhrady obsahující umělou hlasivku podle nároků 1 až 7, vyznačený tím, že se stanoví základní frekvence hlasivky člověka, na základě které se vytvoří základní předpětí umělé hlasivky nastavením vzdálenosti vodicích rámečků (5) a stavících rámečků (6) obepínajících umělou hlasivku a následně se mění vibrační charakteristiky umělé hlasivky změnou tlaku tekutiny v umělé hlasivce, které se monitorují a porovnávají s požadovanými vibračními charakteristikami pro lidskou hlasivku až do získání podobnosti porovnávaných vibračních charakteristik umělé a lidské hlasivky.