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