Medyczna rejestracja obrazu wideo

Część V: Szybka kamera w praktyce

Kimografia - analiza kimo krótkoczasowa

Autor: mgr inż. Anna Racino, dr inż. Marcin Just, dr inż. Michał Tyc (DiagNova Technologies)
Data: 2021.05.01
Do nagrywania wymagana jest szybka kamera AliCam (element zestawu Advances Larynx Imager System firmy DiagNova Technologies Sp. z o.o.). Do kamery dedykowany jest przycisk nożny, który pozwala na wygodne sterowanie kamerą AliCam oraz światłem z oświetlacza AliLum.

Kolejna analiza kimograficzna – Analiza kimo krótkoczasowa (Rys. 10) rozpoczyna się na zakładce Przekroje kimograficzne. Na zakładce z lewej strony znajduje się obraz przedstawiający wykadrowane fałdy głosowe wraz z suwakiem do wyboru miejsca przekroju poprzecznego 12. W celu wybrania interesującego przekroju poprzecznego fałdów, należy ustawić suwak w odpowiednim miejscu, przesuwając go w górę lub w dół za pomocą kursora. W miarę przesuwania suwaka, z prawej strony pojawia się odpowiadająca danemu przekrojowi poprzecznemu analiza czasowa pracy fałdów.

Podobnie może zostać zmieniona klatka przedstawiająca fałdy głosowe, odpowiadająca danej chwili czasu. W tym celu należy ustalić moment czasu, w którym klatka ta została nagrana, poprzez przesuwanie suwaka na przekroju czasowym pracy fałdów 13, co automatycznie pozwala ustawić odpowiednią wykadrowaną klatkę.

Poniżej przebiegu kimograficznego znajdują się przyciski, które umożliwiają zapisanie obrazów do raportu. Przycisk Dodaj zespolony przekrój kimograficzny, pozwala na zapisanie obrazu przedstawiającego wykadrowaną klatkę z fałdami głosowymi wraz z odpowiednim przekrojem kimograficznym 14. Przycisk Dodaj zestaw przekrojów pozwala na automatyczne dodanie obrazu, który przedstawia wykadrowaną klatkę wraz z przebiegami pracy fałdów glosowych w siedmiu miejscach przekrojów 15 (miejsca określone do wyboru na liście obok).

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Przekroje kimograficzne

Rys. 10. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Przekroje kimograficzne

Kolejna zakładka to Krawędzie fałdów (Rys. 11). Na obrazie wykadrowanych fałdów głosowych widoczne są dwa suwaki w kolorze zielonym, znajdujące się w połowie wysokości obrazu. Suwaki umożliwiają określenie obszaru, który ma być brany pod uwagę w tworzeniu obrazu kimograficznego. Wyznaczona szerokość pozwala skorygować stopień widocznego rozwarcia fałdów głosowych.

Poniżej obrazu wykadrowanych fałdów głosowych znajduje się przycisk Optymalizuj parametry detekcji 16. Po ustawieniu obrazu fałdów głosowych w momencie ich rozwarcia, naciśnięcie przycisku 16 spowoduje automatyczne dopasowanie się zestawu pięciu par punktów do prawego i lewego brzegu fałdów głosowych. W przypadku, gdy nie wszystkie punkty dopasują się prawidłowo, ich ustawienie można korygować „ręcznie” przesuwając pojedyncze punkty w prawo lub w lewo przesuwając za pomocą myszy. Po ustawieniu punktów na obrazie fałdów głosowych, użytkownik może przejść do określenia obszaru rozwarcia się fałdów na obrazie kimograficzny.

Na obrazie kimograficznym program zamalowuje na kolor niebieski obszary, w których fałdy są rozwarte. Po naciśnięciu przycisku znajdującego się poniżej obrazu kimograficznego, Optymalizuj parametry detekcji 17, program odnajduje obszary, gdzie fałdy są rozwarte. W przypadku, gdy nie wszystkie obszary dopasują się prawidłowo, ich ustawienie można korygować „ręcznie” przesuwając pojedyncze punkty 18 w prawo lub w lewo zmniejszając lub zwiększając zakresu jasności, które program bierze pod uwagę przy wyznaczaniu powierzchni rozwarcia fałdów na obrazie kimograficznym. Ważne jest, aby użytkownik zwrócił uwagę na to w którym przedziale pomiędzy punktami znajduje się przekrój czasowy, którego obszary rozwarcia fałdów zostały nieprawidłowo wyznaczone, ponieważ korekcję przeprowadza się, przy użyciu punktu znajdującego się najbliżej właśnie tego przekroju. Poprzez przesuwanie suwakiem w lewą oraz prawą stronę, możliwe jest odpowiednio zmniejszenie zakresu jasności (zmniejszenie powierzchni zaznaczonej) oraz zwiększenie zakresu jasności (zwiększenie powierzchni zaznaczonej).

Do poprawnego wyznaczenia parametrów oraz fonowibrogramów należy jeszcze zaznaczyć ilość pełnych cykli (pełnego rozwarcia oraz zwarcia) pracy fałdów występujących na analizowanym nagraniu.

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Krawędzie fałdów

Rys. 11. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Krawędzie fałdów

W zakładce Weryfikacja przedziałów (Rys. 12) obraz kimograficzny oraz obraz fałdów głosowych. Uproszczony wykres fonowibrogramu 19 pozwala na precyzyjna weryfikację wyznaczonych zakresów długości fałdów oraz otwarcia fałdów. Dodatkowo w zakładce widoczne są wykresy obrazujące krawędzie fałdów głosowych. Na wykresie 20 obrazowane są krawędzie fałdów z uwzględnieniem korekcji (przycisk Licz korekcję symetryczności). Na wykresie 21 krawędzie fałdów według ustawień wykonanych w zakładce Krawędzie fałdów. W tym mijescu użytkownik może także skorygowac ilość pełnych cykli (Deklarowana ilość cykli).

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Weryfikacja przedziałów

Rys. 12. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Weryfikacja przedziałów

Dodatkowo użytkownik może zaznaczyć Podgląd różnicy faz (Rys. 13) i otworzyć nowy wykres.

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Weryfikacja przedziałów; podgląd różnicy faz

Rys. 13. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Weryfikacja przedziałów; podgląd różnicy faz

Po naniesieniu odpowiednich poprawek można przejść do następnej zakładki – Analiza parametryczna (Rys. 14). W tej zakładce wyświetlane są wyznaczone na podstawie ustawień wykresy oraz wartości parametrów krótkoczasowych.

Wykresy można dodać do listy zapisanych obrazów 22 do raportu poprzez dwukrotne kliknięcie na wykresie.

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Analiza parametryczna

Rys. 14. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Analiza parametryczna

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Analiza parametryczna

Rys. 15. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Analiza parametryczna

Opis parametrów krótkoczasowych (Rys. 15) przedstawiono w tabelach poniżej. Analizator amplitudy bada ruchy fałdów głosowych w kierunku prostopadłym do ich osi. Określany jest zakres zmian położenia lewej i prawej krawędzi fałdu. Z analizatorem skojarzony jest jeden wykres 23 z trzema seriami danych (opis w tabeli 2) oraz parametry globalne przedstawione w tabeli 3. Jednostką osi X jest procent długości fałdu (%FL).

Tabela 2 Serie danych na wykresie analizatora amplitudy:

PARAMETR OPIS
Amplitude Glottal gap amplitude Wypadkowa amplituda ruchu fałdów (szerokość szpary głośni) dla danego punktu na ich osi. Oś Y określa położenie na osi fałdów.
Amplitude R Right vocal fold edge movement amplitude Wypadkowa amplituda ruchu prawego fałdu dla danego punktu na osi fałdów. Oś Y określa położenie na osi fałdów.
Amplitude L Left vocal fold edge movement amplitude Wypadkowa amplituda ruchu lewego fałdu dla danego punktu na osi fałdów. Oś Y określa po-łożenie na osi fałdów.

Tabela 3 Parametry globalne analizatora amplitudy:

PARAMETR OPIS
AmpMaxInd (%FL) Index of maximum glottal gap amplitude Wskaźnik największej wy-padkowej amplitudy ruchu fałdów. Określa położenie na osi fałdów miejsca, w którym występuje największa różnica pomiędzy odległością krawędzi fałdów przy pełnym otwarciu i maksymalnym zwarciu. Wynik podawany jest w odniesieniu do całkowitej długości fałdu (przykładowo wartość 50% oznacza, że maksymalna amplituda występuje w połowie długości fałdu).
AmpRMaxInd (%FL) Index of maximum right vocal fold edge movement amplitude Wskaźnik największej amplitudy ruchu prawego fałdu. Określa położenie na osi fałdów miejsca, w którym występuje największa różnica pomiędzy położeniem krawędzi prawego fałdu przy pełnym otwarciu i maksymalnym zwarciu. Wynik podawany jest w odniesieniu do całkowitej długości fałdu (przykładowo wartość 50% oznacza, że maksymalna amplituda występuje w połowie długości fałdu).
AmpLMaxInd (%FL) Index of maximum left vocal fold edge movement amplitude Wskaźnik największej amplitudy ruchu lewego fałdu. Określa położenie na osi fałdów miejsca, w którym występuje największa różnica pomiędzy położeniem krawędzi lewego fałdu przy pełnym otwarciu i maksymalnym zwarciu. Wynik podawany jest w odniesieniu do całkowitej długości fałdu (przykładowo wartość 50% oznacza, że maksymalna amplituda występuje w połowie długości fałdu).
AmpCenter (%FL) Index of net glottal gap amplitude Środek ciężkości wypadkowej amplitudy ruchu fałdów. Wynik podawany jest w odniesieniu do całkowitej długości fałdu (przykładowo wartość 50% oznacza, że środek ciężkości amplitudy przypada w połowie długości fałdu).
AmpRCenter (%FL) Index of net right vocal fold edge movement amplitude Środek ciężkości amplitudy ruchu prawego fałdu. Wynik podawany jest w od-niesieniu do całkowitej długości fałdu (przykładowo wartość 50% ozna-cza, że środek ciężkości amplitudy przypada w połowie długości fałdu).
AmpLCenter (%FL) Index of net left vocal fold edge movement amplitude Środek ciężkości amplitudy ruchu lewego fałdu. Wynik podawany jest w odnie-sieniu do całkowitej długości fałdu (przykładowo wartość 50% oznacza, że środek ciężkości amplitudy przypada w połowie długości fałdu).
AmpAvg (%FL) Average glottal gap amplitude Średnia wypadkowa amplituda ruchu fałdów dla fałdów. Uśrednione wartości dla wszystkich punktów na ich długości oraz odpowiednio dla ich tylnej 1/3 długości, środkowej 1/3 dłu-gości i przedniej 1/3 długości.

Analizator dotykalności fałdów bada ruchy fałdów głosowych w kierunku prostopadłym do ich osi. Określana jest procentowo część czasu cyklu pracy fałdów, kiedy fałdy są w pełni domknięte (krawędzie stykają się). Z analizatorem skojarzony jest jeden wykres 24 z dwiema seriami danych (opis w tabeli 4) oraz parametry globalne przedstawione w tabeli 5. Jednostką osi X jest współczynnik otwarcia.

Tabela 4 Serie danych na wykresie analizatora domykalności fałdów:

PARAMETR OPIS
OQ Open Quotient Stosunek czasu otwarcia fałdów do całego czasu cyklu dla danego położenia wzdłuż osi fałdów. Wartość 100% oznacza, że fałdy dla danego punktu na ich osi nie zwierają się, wartość 0% – że nie otwierają się.
NCInsuf Non Closure Insufficiency Współczynnik określający stopień niedomykalności dla danego punkt wzdłuż osi fałdów. Jest on liczony tylko w przypadku, gdy dla danego punktu na osi fałdów istnieje niedomykalność – mierzy jej poziom. Wyznaczany jest jako wyrażony w procentach stosunek szerokości szpary głośni w momencie maksymalnego zwarcia do szerokości w momencie maksymalnego rozwarcia. Wartość 0% oznacza prawie pełny zakres ruchu fałdów, wartość 100% – całkowity brak ruchu fałdów.

Tabela 5 Parametry globalne analizatora domykalności fałdów:

PARAMETR OPIS
Non-closing (%FL) Non-closing part of vocal folds Współczynnik określający część fał-dów (liczoną jako procent długości wzdłuż osi), która nie zamyka się w pełni. Jest to stosunek liczby punktów wykresu, dla których parametr OQ uzyskuje wartość powyżej 99%, do liczby wszystkich punktów wykresu.
Non-opening (%FL) Non-opening part of vocal folds Współczynnik określający część fałdów (liczoną jako procent długości wzdłuż osi), która nie otwiera się. Jest to stosunek liczby punktów wykresu, dla których parametr OQ uzyskuje wartość poniżej 1%, do liczby wszystkich punktów wykresu.
EffectiveArea (%FL) Glottal effective area Parametr określający stosunek aktywnego ob-szaru szpary głośni do jej maksymalnej powierzchni. Aktywny obszar szpary głośni zdefiniowany jest jako różnica minimalnej (podczas za-mknięcia) i maksymalnej (podczas otwarcia) powierzchni głośni. Effeci-tiveArea = 100 – RGGA.
RGGA (%FL) Relative Glottal Gap Area Stosunek minimalnej do maksymalnej po-wierzchni głośni podczas cyklu.
RGGA = 100 – EffecitiveArea
OQAvg (%) Average Open Quotient Średni czas otwarcia dla fałdów. Uśrednione wartości odpowiednio dla wszystkich punktów na ich długości oraz dla ich tylnej 1/3 długości, środkowej 1/3 długości i przedniej 1/3 długości.

Analizator symetrii bada ruchy fałdów głosowych w kierunku prostopadłym do ich osi. Określany jest poziom asymetrii. Z analizatorem skojarzony jest jeden wykres 25 z dwiema seriami danych (opis w tabeli 6) oraz parametry globalne przedstawione w tabeli 7. Jednostką osi X są procenty.

Tabela 6 Serie danych na wykresie analizatora asymetrii:

PARAMETR OPIS
AmplAsymmetry (%) Amplitude asymmetry Współczynnik porównuje indywidualną amplitudę ruchów krawędzi obu fałdów. Jest on liczony jako stosunek bezwzględnej wartości różnicy między indywidualnymi amplitudami ruchu obu fałdów do sumy amplitud indywidualnych:

Wartość 0% oznacza, że ruch wypadkowy jest idealnym złożeniem ruchów obu fałdów (fałdy pracują w pełni symetrycznie). Wartość 100% oznacza, że nie istnieje wypadkowy ruch fałdów (fałdy poruszają się zgodnie, jeden postępuje za drugim). Wartość wyznaczana jest dla każdego punktu wzdłuż osi fałdów. Parametr wrażliwy przede wszystkim na różnice w wartości amplitudy, mało wrażliwy na różnice w fazie drgań obu fałdów.
PhaseAsymmetry (%) Phase asymmetry Współczynnik porównuje sumę indywidualnych amplitud ruchów krawędzi obu fałdów do amplitudy ich wypadkowego ruchu. Jest on liczony jako stosunek różnicy sumy amplitud indywidu-alnych i amplitudy wypadkowej do sumy amplitud indywidualnych:

Wartość 0% oznacza, że ruch wypadkowy jest idealnym złożeniem ruchów obu fałdów (fałdy pracują w pełni symetrycznie). Wartość 100% oznacza, że nie istnieje wypadkowy ruch fałdów (fałdy poruszają się zgodnie, jeden postępuje za drugim). Wartość wyznaczana jest dla każdego punktu wzdłuż osi fałdów. Parametr wrażliwy przede wszystkim na różnice w fazie drgań, mało wrażliwy na różnice w amplitudzie.
Rel2CommonAmpl (%) Relative to common amplitude ratio Współczynnik określa stosunek amplitudy wirtualnego ruchu środka szpary głośni do podwojonej wy-padkowej amplitudy ich ruchu:

Wyliczona wartość zostaje ograniczona do 100%. Interpretacja wy-ników jest podobna jak w przypadku parametru AmplAsymmetry.

Tabela 7 Parametry globalne analizatora asymetrii:

PARAMETR OPIS
AmplAsymAvg (%) Average amplitude asymmetry Średnia wartość parametru AmplA-symmetry dla fałdów. Uśrednione wartości odpowiednio dla wszystkich punktów na ich długości oraz dla ich tylnej 1/3 długości, środkowej 1/3 długości i przedniej 1/3 długości.
PhaseAsymAvg (%) Average phase asymmetry Średnia wartość parametru AmplPhaseAsymmetry dla fałdów. Uśrednione wartości odpowiednio dla wszystkich punktów na ich długości oraz dla ich tylnej 1/3 długości, środkowej 1/3 długości i przedniej 1/3 długości.
AmplAsym-Weighted (%) Weighted amplitude asymmetry Średnia ważona parametru Am-plAsymmetry dla całych fałdów (uśrednione wartości dla wszystkich punktów na ich długości z uwzględnieniem zmiennej wagi dla każdego punktu). Wagą każdego punktu uwzględnianego w uśrednianiu jest amplituda wypadkowego ruchu fałdów dla tego punktu wzdłuż fałdów.
Rel2CommonAmplAvg (%) Average relative to common amplitude ratio Średnia wartość pa-rametru Rel2CommonAmpl dla całych fałdów (uśrednione wartości dla wszystkich punktów na ich długości).

Analizator różnicy faz bada ruchy fałdów głosowych w kierunku prostopadłym do ich osi. Określana jest różnica fazy pomiędzy ruchem obu fałdów. Z analizatorem skojarzony jest jeden wykres 26 z jedną serią danych (opis w tabeli 8) oraz parametry globalne przedstawione w tabeli 9. Jednostką osi X są stopnie. Różnica fazy wyznaczana jest poprzez opisanie obu krawędzi fałdów poprzez funkcje okresowe zbliżone do sinusoid i określenie różnicy fazy pomiędzy tymi funkcjami.

Tabela 8 Serie danych na wykresie analizatora różnicy fazy:

PARAMETR OPIS
PhaseDiff (°) Phase difference Parametr określający różnicę fazy pomiędzy ruchem obu fałdów. Uwzględniona i odjęta jest anatomiczna różnica 180°.

Tabela 9 Parametry globalne analizatora różnicy fazy:

PARAMETR OPIS
PhaseDiffAvg (°) Average phase difference Średnia wartość parametru PhaseDiff dla całych fałdów. Uśrednione wartości odpowiednio dla wszystkich punktów na ich długości oraz dla ich tylnej 1/3 długości, środkowej 1/3 dłu-gości i przedniej 1/3 długości.
AbsPhaseDiffAvg (°) Average absolute phase difference Średnia bezwzględna wartość parametru PhaseDiff dla całych fałdów. Uśrednione wartości dla wszystkich punktów na ich długości.
Phase-DiffWeighted (°) Weighted phase difference Średnia ważona wartość parametru PhaseDiff dla całych fałdów (uśrednione wartości dla wszystkich punktów na ich długości z uwzględnieniem zmiennej wagi dla każdego punktu). Wagą każdego punktu uwzględnianego w uśrednianiu jest amplituda wypadkowego ruchu fałdów dla tego punktu wzdłuż fałdów).

Kolejna zakładka to Fonowibrogram (Rys. 16). Fonowibrogram to mapa przedstawiająca informacje na temat ruchu fałdów głosowych w czasie trwania całej sekwencji slow motion. Wykres ten zawiera informacje na temat ruchu całych fałdów głosowych w całym przedziale czasu (nie tylko w jednym przekroju poprzecznym). Przy tworzeniu fonowibrogramu z sekwencji wideo zbierane są informacje na temat ruchu konturów oscylujących fałdów głosowych, a następnie przekształcone w jednobarwny obraz fonowibrogramu.

Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Fonowibrogram

Rys. 16. Okno analizy kimograficznej nagrania HSV – Analiza kimo krótkoczasowa -> Fonowibrogram