Triggered optical coherence tomography for capturing rapid periodic motion

Quantitative cross-sectional imaging of vocal folds during phonation is potentially useful for diagnosis and treatments of laryngeal disorders. Optical coherence tomography (OCT) is a powerful technique, but its relatively low frame rates makes it challenging to visualize rapidly vibrating tissues. Here, we demonstrate a novel method based on triggered laser scanning to capture 4-dimensional (4D) images of samples in motu at audio frequencies over 100 Hz. As proof-of-concept experiments, we applied this technique to imaging the oscillations of biopolymer gels on acoustic vibrators and aerodynamically driven vibrations of the vocal fold in an ex vivo calf larynx model. Our results suggest that triggered 4D OCT may be useful in understanding and assessing the function of vocal folds and developing novel treatments in research and clinical settings

Well-quasi-ordering versus clique-width : new results on bigenic classes.

Daligault, Rao and Thomassé conjectured that if a hereditary class of graphs is well-quasi-ordered by the induced subgraph relation then it has bounded clique-width. Lozin, Razgon and Zamaraev recently showed that this conjecture is not true for infinitely defined classes. For finitely defined classes the conjecture is still open. It is known to hold for classes of graphs defined by a single forbidden induced subgraph H, as such graphs are well-quasi-ordered and are of bounded clique-width if and only if H is an induced subgraph of P4P4. For bigenic classes of graphs i.e. ones defined by two forbidden induced subgraphs there are several open cases in both classifications. We reduce the number of open cases for well-quasi-orderability of such classes from 12 to 9. Our results agree with the conjecture and imply that there are only two remaining cases to verify for bigenic classes

Quantification and analysis of icebergs in a tidewater glacier fjord using an object-based approach

Tidewater glaciers are glaciers that terminate in, and calve icebergs into, the ocean. In addition to the influence that tidewater glaciers have on physical and chemical oceanography, floating icebergs serve as habitat for marine animals such as harbor seals (Phoca vitulina richardii). The availability and spatial distribution of glacier ice in the fjords is likely a key environmental variable that influences the abundance and distribution of selected marine mammals; however, the amount of ice and the fine-scale characteristics of ice in fjords have not been systematically quantified. Given the predicted changes in glacier habitat, there is a need for the development of methods that could be broadly applied to quantify changes in available ice habitat in tidewater glacier fjords. We present a case study to describe a novel method that uses object-based image analysis (OBIA) to classify floating glacier ice in a tidewater glacier fjord from high-resolution aerial digital imagery. Our objectives were to (i) develop workflows and rule sets to classify high spatial resolution airborne imagery of floating glacier ice; (ii) quantify the amount and fine-scale characteristics of floating glacier ice; (iii) and develop processes for automating the object-based analysis of floating glacier ice for large number of images from a representative survey day during June 2007 in Johns Hopkins Inlet (JHI), a tidewater glacier fjord in Glacier Bay National Park, southeastern Alaska. On 18 June 2007, JHI was comprised of brash ice ([Formula: see text] = 45.2%, SD = 41.5%), water ([Formula: see text] = 52.7%, SD = 42.3%), and icebergs ([Formula: see text] = 2.1%, SD = 1.4%). Average iceberg size per scene was 5.7 m2 (SD = 2.6 m2). We estimate the total area (± uncertainty) of iceberg habitat in the fjord to be 455,400 ± 123,000 m2. The method works well for classifying icebergs across scenes (classification accuracy of 75.6%); the largest classification errors occur in areas with densely-packed ice, low contrast between neighboring ice cover, or dark or sediment-covered ice, where icebergs may be misclassified as brash ice about 20% of the time. OBIA is a powerful image classification tool, and the method we present could be adapted and applied to other ice habitats, such as sea ice, to assess changes in ice characteristics and availability

Universal mechanisms of sound production and control in birds and mammals

As animals vocalize, their vocal organ transforms motor commands into vocalizations for social communication. In birds, the physical mechanisms by which vocalizations are produced and controlled remain unresolved because of the extreme difficulty in obtaining in vivo measurements. Here, we introduce an ex vivo preparation of the avian vocal organ that allows simultaneous high-speed imaging, muscle stimulation and kinematic and acoustic analyses to reveal the mechanisms of vocal production in birds across a wide range of taxa. Remarkably, we show that all species tested employ the myoelastic-aerodynamic (MEAD) mechanism, the same mechanism used to produce human speech. Furthermore, we show substantial redundancy in the control of key vocal parameters ex vivo, suggesting that in vivo vocalizations may also not be specified by unique motor commands. We propose that such motor redundancy can aid vocal learning and is common to MEAD sound production across birds and mammals, including humans

Methodik: Analyse induzierter Asymmetrien mittels 3D-Rekonstruktion der Stimmlippenoberfläche bei in vitro Versuchen

Hintergrund: Im Allgemeinen zeichnet sich eine gesunde Stimme durch periodische und links-rechts symmetrische Oszillation der Stimmlippen aus. Im Falle einer funktionellen Dysphonie weicht das Schwingungsmuster von dem einer gesunden Stimme ab, wobei die links-rechts Asymmetrie der Stimmlippen eine entscheidende Rolle einnimmt. Im Rahmen von in vitro Experimenten können die Versuchsbedingungen definiert eingestellt werden und ermöglichen eine systematische Untersuchung der Auswirkung von Asymmetrien auf den Phonationsprozess. Durch High-Speed-Endoskopie (HSE) kann die Stimmlippenbewegung verlangsamt dargestellt und analysiert werden. Hierbei ist die Untersuchung des Bewegungsmusters jedoch auf zwei Dimensionen (lateral und longitudinal) begrenzt.Material und Methoden: Die Kombination von HSE und einem Laserprojektionssystem (LPS) ermöglicht es die dreidimensionale Bewegung der Stimmlippenoberfläche darzustellen. Das LPS erzeugt ein reguläres Punktegitter auf der sichtbaren Stimmlippenoberfläche. Diese Punkte werden genutzt, um mittels Stereotriangulation die Oberfläche dreidimensional zu rekonstruieren. Durch Rotation der Aryknorpel in einem in vitro Experiment, wurden Stimmlippenasymmetrien künstlich erzeugt, um eine funktionelle Dysphonie nachzustellen. Die Stimmlippenoberfläche wurde bei einer gehaltenen Phonation mit dem oben beschriebenen System aufgenommen.Ergebnisse: Mit einem Aryknorpelmanipulator konnten definierte Asymmetrien der Stimmlippen induziert werden. Mit einem Fehler von weniger als 15 µm konnte die 3D-Stimmlippenbewegung rekonstruiert werden. Exemplarische Daten für symmetrische sowie asymmetrische Stimmlippenschwingungen im Rahmen eines in vitro Experiments werden vorgestellt.Diskussion: Das vorgestellte System erlaubt es die Oberflächenbewegung der Stimmlippen dreidimensional darzustellen. Somit Im Folgenden können objektive, 3D-basierte Parameter aus der Stimmlippenbewegung extrahiert und zur (induzierten) Asymmetrie und zu akustischen Parametern korreliert werden

Auswertung: Analyse induzierter Asymmetrien mittels 3D-Rekonstruktion der Stimmlippenoberfläche bei in vitro Versuchen

Hintergrund: Heiserkeit, basierend auf funktionellen Dysphonien, wird oft mit Asymmetrien der Stimmlippenschwingung und mit Glottisschlussinsuffizienz in Verbindung gebracht. Als Ursache für eventuelle Spannungsasymmetrien werden 'Fehlfunktionen' im Zusammenspiel zwischen intrinsischer und extrinsischer Kehlkopfmuskulatur verantwortlich gemacht. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von 3D-Bewegungen von Stimmlippen und des akustischen Signals in Abhängigkeit von induzierten Spannungsasymmetrien und subglottalen Drücken (Psub).Material und Methoden: 39 Messreihen wurden an einem exzidierten menschlichen Kehlkopf vorgenommen, wobei pro Durchlauf die Asymmetrie und der Druck als Parameter fixiert waren. Die 3D-Rekonstruktion der Stimmlippenoberflächen erfolgte mittels kalibrierter Hochgeschwindigkeitskamera und einem Laser Projektionssystem. Parallel zu den optischen Messungen erfolgte die Aufzeichnung der akustischen Signale. Die Asymmetrie (D) der Stimmlippen wurde durch Anwendung definierter Drehmomente links (DL) und rechts (DR) im Bereich der Aryknorpel realisiert. Psub wurde mittels eines Drucksensors während jedes Messlaufs gemessen.Ergebnisse: Bei den Auswertungen wurde in einem ersten Schritt davon ausgegangen, dass die Eigenschaften (3D-Bewegung und Akustik) ausschließlich von der angelegten Asymmetrie abhängen. Abhängigkeiten von Psub wurden nicht spezifisch untersucht. Die zugehörigen Korrelationskoeffizienten (r) mit der Asymmetrie wiesen im Allgemeinen auf schwache Zusammenhänge hin. Nachfolgend wurden die gleichen Daten untersucht, wobei pro Auswertung die jeweils andere Variable (Psub bzw. Asymmetrie) als Parameter fixiert wurde. Es zeigte sich, dass im Allgemeinen deutlich höhere Korrelationen auftraten.Diskussion: Diese vorläufigen aber neuen Ergebnisse zeigen, dass sowohl Asymmetrie als auch Psub entscheidend die 3D-Bewegung und akustischen Eigenschaften beeinflussen und beide Parameter deshalb berücksichtigt werden sollten

Real-Time Tracking of Vocal Fold Injections With Optical Coherence Tomography

Objectives/Hypothesis: Optical coherence tomography (OCT) is a promising new imaging modality that can help discern the layered microstructure of vocal folds. In the future, subepithelial injections of implants will improve vocal fold pliability where there is stiffness of phonatory mucosa. Using OCT both to delineate the depth of subepithelial injections real-time and to serially image the implant over time would be valuable, and has not been demonstrated previously. Study Design: Ex vivo study using excised calf larynges and survival study using canines in vivo. Methods: An investigation was done employing real-time OCT imaging of subepithelial injection pulses into phonatory mucosa of four calf larynges ex vivo to track the presence of subepithelial implants in phonatory mucosa in a survival study using an in vivo canine model. Results: OCT readily identified polyethylene glycol (PEG)-based hydrogel in the subepithelial plane in both the ex vivo calf study and the in vivo canine study. Ex vivo calf images correlated with histological specimens obtained immediately postinjection. Images obtained in this study provide confirmation of the hydrogel injection depth in real time, and allow for the implant to be tracked during a canine survival study. Conclusions: OCT can confirm subepithelial placement of hydrogel implant in the vocal fold with sufficient resolution to provide instantaneous feedback of an injection pulse. Survival studies in an in vivo canine model indicate that OCT can potentially be helpful in monitoring rheologically appropriate implants within the superficial lamina propria.X111618sciescopu