Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/20.500.14279/26678
Title: Motion analysis for the diaphragmatic function from ultrasound videos in in newborns
Authors: Christofi, Giannis 
Keywords: Neonates diaphragmatic motion;Diaphragmatic ultrasound video;Video analysis;Infant’s diaphragm
Advisor: Loizou, Christos P.
Issue Date: Apr-2022
Department: Department of Electrical Engineering, Computer Engineering and Informatics
Faculty: Faculty of Engineering and Technology
Abstract: Objective: Ultrasound analysis of the diaphragmatic motion can provide useful information of the diaphragm function in newborns, which could potentially enable doctors to identify whether the motion is normal or abnormal. Currently the assessment of the diaphragm is performed by doctors based on their subjective experience using manual image processing methods. The aim of this study is to propose, develop and evaluate an integrated semi-automated offline video analysis system that could provide accurate and consistent diaphragmatic motion measurements for newborns. The system is able to automatically generate diaphragmatic motion measurements obtained from the video under study (i.e., Diaphragmatic Excursion (DE), Inspiration time (Tinsp), Total breathing time (Ttot), diaphragmatic curve slope (SLP), and Relaxation Rate (RR)). These measurements will assist doctors to conclude about the normal or abnormal function of the newborns diaphragm. Methods: We used 20 simulated videos generated based on parameters of normal diaphragmatic motion of neonates available from the literature. The videos were analyzed using the proposed system and a statistical analysis and evaluation was performed for assessing the systems’ accuracy. Then manual (-/) vs automated (/-) measurements were extracted from all simulated (-/) and real (/-) diaphragmatic newborn videos: DE, Tinsp, Ttot, SLP, and RR. The proposed system avails the following functions: simulated video generation with addition of speckle noise, M-mode image generation, video normalization, snakes segmentation, states-diagram generation, and motion parameters measurements. Results: The following manual (-/) vs semi-automated (/-), (median ± IQR) measurements were computed for the simulated videos; also the correlation coefficient (ρ) and its p-value are summarized showing the correlation of the parameters measured by the proposed system compared with the manual theoretical values: (i) DE: 3.67±0.11 / 3.73 ± 0.27 mm (ρ=0.64, p=0.002), (ii) Tinsp: 0.56 ± 0.19 / 0.56 ± 0.16 sec (ρ=0.96, p=0.000), (iii) Ttot: 1.31 ± 0.19 / 1.31 ± 0.19 sec (ρ=1.00, p=0.000), (iv) SLP: 6.64 ± 2.73 / 6.60 ± 2.30 mm/sec (ρ=0.92, p=0.000), (v) RR: 4.89 ± 0.15 / 5.08 ± 0.58 mm/sec (ρ=0.88, p=0.000). Conclusions: This is the first study presented in the literature, where a semi-automated integrated system is proposed for the measurements of diaphragmatic motion parameters in simulated videos of newborns. Manual and semi-automated measurements were not found to be statistically significantly different. The system could be therefore useful for the offline clinical assessment of the diaphragmatic motion of neonates. Further work and validation will be performed on a larger sample with real ultrasound videos of newborns diaphragm with normal and abnormal diaphragmatic motion.
Description: Στόχος: Η υπερηχογραφική ανάλυση της διαφραγματικής κίνησης μπορεί να παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για τη λειτουργία του διαφράγματος στα νεογνά, οι οποίες θα μπορούσαν ενδεχομένως να επιτρέψουν στους γιατρούς να αναγνωρίσουν εάν η κίνηση είναι φυσιολογική ή μη φυσιολογική. Επί του παρόντος, η αξιολόγηση του διαφράγματος γίνεται από γιατρούς με βάση την υποκειμενική εμπειρία τους χρησιμοποιώντας μεθόδους χειροκίνητης επεξεργασίας εικόνας. Ο στόχος αυτής της μελέτης είναι να προτείνει, να αναπτύξει και να αξιολογήσει ένα ολοκληρωμένο ημι-αυτόματο σύστημα ανάλυσης βίντεο εκτός σύνδεσης που θα μπορούσε να παρέχει ακριβείς και συνεπείς μετρήσεις διαφραγματικής κίνησης για νεογέννητα. Το σύστημα είναι σε θέση να παράγει αυτόματα μετρήσεις διαφραγματικής κίνησης που λαμβάνονται από το υπό μελέτη βίντεο (δηλαδή, Διαφραγματική Εκδρομή (DE), Χρόνος εισπνοής (Tinsp), Συνολικός χρόνος αναπνοής (Ttot), κλίση διαφραγματικής καμπύλης (SLP) και Ρυθμός χαλάρωσης (RR). )). Αυτές οι μετρήσεις θα βοηθήσουν τους γιατρούς να καταλήξουν σε συμπέρασμα σχετικά με την κανονική ή μη φυσιολογική λειτουργία του διαφράγματος των νεογνών. Μέθοδοι: Χρησιμοποιήσαμε 20 προσομοιωμένα βίντεο που δημιουργήθηκαν με βάση τις παραμέτρους της φυσιολογικής διαφραγματικής κίνησης των νεογνών που διατίθενται από τη βιβλιογραφία. Τα βίντεο αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας το προτεινόμενο σύστημα και πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση και αξιολόγηση για την αξιολόγηση της ακρίβειας των συστημάτων. Στη συνέχεια εξήχθησαν χειροκίνητες μετρήσεις (-/) έναντι αυτοματοποιημένων (/-) από όλα τα προσομοιωμένα (-/) και τα πραγματικά (/-) διαφραγματικά βίντεο νεογνών: DE, Tinsp, Ttot, SLP και RR. Το προτεινόμενο σύστημα διαθέτει τις ακόλουθες λειτουργίες: προσομοίωση δημιουργίας βίντεο με προσθήκη θορύβου κηλίδων, δημιουργία εικόνας σε λειτουργία M, κανονικοποίηση βίντεο, τμηματοποίηση φιδιών, δημιουργία διαγραμμάτων καταστάσεων και μετρήσεις παραμέτρων κίνησης. Αποτελέσματα: Οι ακόλουθες μη αυτόματες μετρήσεις (-/) έναντι ημιαυτόματων (/-), (διάμεσος ± IQR) υπολογίστηκαν για τα προσομοιωμένα βίντεο. Επίσης ο συντελεστής συσχέτισης (ρ) και η τιμή p του συνοψίζονται δείχνοντας τη συσχέτιση των παραμέτρων που μετρήθηκαν από το προτεινόμενο σύστημα σε σύγκριση με τις χειροκίνητες θεωρητικές τιμές: (i) DE: 3,67±0,11 / 3,73 ± 0,27 mm (ρ=0,64, p=0,002), (ii) Tinsp: 0,56 ± 0,19 / 0,56 ± 0,16 sec (ρ=0,96, p=0,000), (iii) Ttot: 1,31 ± 0,19 / 1,31 ± 0,19 sec (ρ=0,00) , (iv) SLP: 6,64 ± 2,73 / 6,60 ± 2,30 mm/sec (ρ=0,92, p=0,000), (v) RR: 4,89 ± 0,15 / 5,08 ± 0,58 mm/sec (ρ=0,80, . Συμπεράσματα: Αυτή είναι η πρώτη μελέτη που παρουσιάζεται στη βιβλιογραφία, όπου προτείνεται ένα ημι-αυτόματο ολοκληρωμένο σύστημα για τις μετρήσεις των παραμέτρων της διαφραγματικής κίνησης σε προσομοιωμένα βίντεο νεογνών. Οι χειροκίνητες και ημιαυτόματες μετρήσεις δεν βρέθηκαν να διαφέρουν στατιστικά σημαντικά. Το σύστημα θα μπορούσε επομένως να είναι χρήσιμο για την offline κλινική αξιολόγηση της διαφραγματικής κίνησης των νεογνών. Περαιτέρω εργασία και επικύρωση θα πραγματοποιηθεί σε μεγαλύτερο δείγμα με πραγματικές υπερηχογραφικές βίντεο διαφράγματος νεογνών με φυσιολογική και μη φυσιολογική διαφραγματική κίνηση.
URI: https://hdl.handle.net/20.500.14279/26678
Rights: Απαγορεύεται η δημοσίευση ή αναπαραγωγή, ηλεκτρονική ή άλλη χωρίς τη γραπτή συγκατάθεση του δημιουργού και κάτοχου των πνευματικών δικαιωμάτων.
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Type: MSc Thesis
Affiliation: Cyprus University of Technology 
Appears in Collections:Μεταπτυχιακές Εργασίες/ Master's thesis

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Giannis Christofi - MSc Thesis Abstract.pdfAbstract157.57 kBAdobe PDFView/Open
CORE Recommender
Show full item record

Page view(s) 20

80
Last Week
2
Last month
2
checked on May 2, 2024

Download(s) 50

48
checked on May 2, 2024

Google ScholarTM

Check


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons