Detekce a vyhodnocení vysokorychlostního videozáznamu hlasivkové štěrbiny

Ing. Tomáš ETTLER

Doctoral thesis

Abstract:

This work summarizes the results of the study of vocal cords evaluation based on data extracted from recordings taken by a laryngoscopic system, specifically by Laryngeal High-Speed Videoendoscopy (LHSV). The main goal of this work is to process images contained in the recorded LHSV sequences, find and detect the vocal gap (glottis) using chosen image segmentation methods and evaluate the vocal cords' quality by analytical and statistical methods using a defined set of parameters. The first part of this thesis focuses on the description of the nature and structure of the information that is obtained using the LHSV system. Therefore, the anatomy of the vocal cords and the physiology of voice creation are described concerning the information included in the image in the LHSV recording. Also, the basic types of vocal cords diseases are listed and the data gathering, structure, and problems affecting the quality of the LHSV recording are described. Furthermore, issues of image segmentation used on laryngoscopical image data taken from Laryngeal High-Speed Videoendoscopy are delineated together with a description of the developed method for glottis localization (finding ROI), segmentation, and parameter selection mainly based on geometry and glottis symmetry. The process is demonstrated in several case studies. The important part of the work contains a description of new methods dealing with computed parameters and their relationships using correlation analysis. An approach based on expected and unexpected correlation relations resulting from the detailed analysis can provide a basic evaluation of the vocal cords' behavior. Other methods then provide a numeric evaluation of the glottis shape development based on statistical analysis and rating from the experts' examinations. The results are illustrated and explained.

Abstract:

Tato práce shrnuje výsledky studia zabývajícího se hodnocením hlasivek na základě dat získaných ze záznamů pořízených laryngoskopickým systémem, konkrétně laryngeální vysokorychlostní videoendoskopií (Laryngeal High-Speed Videoendoscopy -- LHSV) Hlavním cílem této práce je zpracovat obrazovou informaci, která je obsažena ve videosekvencích LHSV, najít a detekovat hlasivkovou štěrbinu (glottis) zvolenými metodami segmentace obrazu a vyhodnotit kvalitu hlasivek analytickými a statistickými metodami s využitím definovaného souboru parametrů. První část této práce se zaměřuje na popis podstaty a struktury informace, která je získána pomocí systému LHSV. Proto je zde popsána anatomie hlasivek a fyziologie vzniku hlasu, to vše ve vztahu k informacím obsažených ve snímku v záznamu LHSV. Také jsou uvedeny základní typy onemocnění hlasivek a doplněn popis získávání dat, jejich struktura a poruchové jevy, které ovlivňují kvalitu záznamu LHSV. Dále je popsána problematika segmentace obrazu použitá na získaných obrazových datech z vyšetření pomoci LHSV a jsou shrnuté metody vyvinuté pro lokalizaci glottis, tzv. nalezení oblasti zájmu (Region of Interest -- ROI), samotnou segmentaci a výběr parametrů založených především na geometrii a symetrii hlasivek. Proces je demonstrován na několika kazuistikách. Důležitou částí práce je popis nových metod zabývajících se vypočítanými parametry a jejich vztahy pomocí korelační analýzy. Přístup založený na očekávaných a neočekávaných korelačních vztazích vyplývajících z podrobné analýzy může poskytnout základní hodnocení chování hlasivek. Další metody pak poskytují numerické hodnocení vývoje tvaru hlasivkové štěrbiny na základě statistické analýzy a expertního hodnocení. Výsledky jsou ilustrovány a vysvětleny.

Keywords

Vyšetření hlasivek, laryngeální vysokorychlostní videoendoskopie, segmentace hlasivkové štěrbiny, symetrie hlasivek, detekce oblasti zájmu ROI, shluková analýza obrazu, korelační vazby, nástroj pro včasné varování

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 8. 2022

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavel Nový, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Computer Science and Engineering / Computer Science and Engineering