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Segmentação do tracto vocal a partir de estudos imagiológicos de ressonância magnética
Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesNa área da imagiologia é frequentemente necessário decompor as imagens ou
volumes nos seus diversos componentes estruturais, isto é, há necessidade de
"segmentar" as imagens. Existe hoje um amplo leque de técnicas de
segmentação de imagens, proporcionando níveis de desempenho e eficácia
contextualmente variáveis. O objectivo geral deste trabalho é a exploração das
potencialidades das técnicas de segmentação aplicada ao estudo da produção
da fala no Português Europeu.
Através da segmentação de imagens e volumes de Ressonância Magnética
duma das principais estruturas anatómicas relacionadas com a produção da
fala, o tracto vocal, pretendeu-se alcançar o objectivo especifico de
proporcionar novas informações de teor morfo-funcional no conhecimento dos
mecanismos de produção do Português Europeu.
A investigação encontra-se inserida num projecto mais amplo e pluridisciplinar
denominado HERON, cujo objectivo é a criação dum programa de síntese
articulatória para o Português Europeu.
Após a aquisição de imagens 2D e 3D do tracto vocal de dois falantes, foram
seleccionadas uma série de técnicas de segmentação a aplicar,
nomeadamente Region Growing, Live Wire, Level Sets, e Reaction Diffusion
Active Contours, tendo-se avaliado as vantagens e desvantagens de cada
método consoante a natureza dos dados imagiológicos e o objectivo específico
da segmentação.
O método Region Growing provou ser eficaz no caso mais simples da
segmentação 2D mas em contextos 3D foi necessário recorrer a métodos
mais elaborados como os Level Sets. Foi ainda proposta uma estratégia
inovadora de segmentação semi-automática "2.5D" baseada em reformatação
multi-planar ao longo do eixo longitudinal do tracto vocal seguida da aplicação
de algoritmos Live Wire ou Level Sets. Esta metodologia provou viabilizar as
aquisições de Ressonância Magnética puramente 3D para os estudos
imagiológicos de produção do Português Europeu.
ABSTRACT: The main objective of the segmentation techniques is the partition of images or
volumes in its structural components. Although its use is of basic importance in
the image processing field, the effectiveness and homogeneity of the
segmentation techniques still represent a problem in the area of applied
engineering whose mathematical solution is yet to be found.
This work focuses on the segmentation of Magnetic Resonance images and
volumes of some anatomical structures related with speech production,
namely, the vocal tract. Through the segmentation we were able to gather new
morph-functional information on the European Portuguese production.
This investigation is part of a broad project, named HERON, whose objective is
the development of a speech synthesizer for European Portuguese.
After the comparative analysis of an extensive set of segmentation methods,
the ones that were more adequate for our application were chosen. The
implemented techniques were: Region Growing; Live Wire; Level Sets; and
Reaction Diffusion Active contours. The advantages and disadvantages of each
method were also evaluated.
Region Growing proved capable of segmenting the 2D images. For 3D
information, the use of more complex methodologies, such as Level Sets, was
necessary. A new "2.5D" segmentation strategy was also proposed, based on
multi-planar reformatting through the longitudinal axes of the vocal tract,
followed by the application of 2D segmentation algorithms as Live Wire and
Level Sets. This methodology enabled the 3D Magnetic Resonance
acquisitions for imaging studies in the European Portuguese production