Analýza obrazových sekvencí sítnice z experimentálního oftalmoskopu

Simple item page
but.committeeprof. Dr. Ing. Jan Kybic (předseda) prof. Ing. Martin Drahanský, Ph.D. (člen) Ing. Jiří Chmelík, Ph.D. (člen) Ing. Roman Jakubíček, Ph.D. (člen) doc. RNDr. Pavel Matula, Ph.D. (člen)cs
but.defenceDizertantka stručně, jasně a srozumitelně seznámila komisi s průběhem svého výzkumu a výsledky uvedené v dizertační práci. Zodpověděla dotazy oponentů i komise uspokojivě a pohotově reagovala na dotazy ostatních členů komise.cs
but.jazykangličtina (English)
but.programBiomedicínské technologie a bioinformatikacs
but.resultpráce byla úspěšně obhájenacs
dc.contributor.advisorKolář, Radimen
dc.contributor.authorLabounková, Ivanaen
dc.contributor.refereeMatula, Pavelen
dc.contributor.refereeHeitmar, Rebekkaen
dc.date.accessioned2025-04-11T03:57:00Z
dc.date.available2025-04-11T03:57:00Z
dc.date.created2025cs
dc.description.abstractPředpokládá se, že nejen oftalmologické, ale i některé systémové nemoci ovlivňující kardiovaskulární systém (např. diabetes mellitus), mění hemodynamiku cévního řečiště sítnice. Cévní řečiště sítnice včetně projevů metabolických procesů je snadno pozorovatelné neinvazivními metodami, např. optickými soustavami optimalizovanými pro pozorování objemových změn krve. Tento rychle se vyvíjející obor funkčního zobrazování sítnice se snaží identifikovat a definovat biomarkery různých nemocí získané na základě neinvazivního měření. Cílem této doktorské práce je rozšířit a obohatit pole funkčního zobrazování retiny a uplatnit metody v biomedicínských aplikacích. První část této práce popisuje dosavadní vývoj oboru funkčního zobrazování retiny včetně kapitol (i) anatomie a fyziologie sítnice; (ii) původ pulzací v cévním řečišti sítnice včetně samovolných žilních pulzací v oblasti optického disku (SVP, z aj. spontaneous venous pulsation); (iii) metody a principy funkčního zobrazování sítnice; (iv) metody zpracování obrazu ve funkčním zobrazování sítnice; (v) metody vícerozměrné statistiky aplikovatelné v oboru; (vi) nedostatky v oboru funkčního zobrazení sítnice a prostor pro vylepšení. Druhá část této doktorské práce představuje originální výzkum, který byl recenzován a představen na mezinárodních konferencích, a publikován v časopisech IEEE Transactions on Medical Imaging, a Communications Biology. Zde doktorská práce představuje inovativní implementaci, datasetem řízenou analýzu hlavních komponent a analýzu nezávislých komponent ve funkčním zobrazení retiny, aplikovanou na video-oftalmoskopická data. Obě metody detekovaly přítomnost SVP ve vyšší míře než předchozí studie. Metody navíc identifikovaly další pulzující složky sítnice - pulzace intenzity poháru optického disku (OCP, z aj. optic cup pulsation) zřejmě arteriálního původu, a složku vykazující pulzaci o nízké frekvenci vzniklou vlivem dýchání. Žádná s těchto dvou složek nebyly zaznamenány v předchozích studiích. Dále bylo zjištěno, že morfologie jednotlivých pulzů SVP a OCP jsou korelovány s tepovou frekvencí a věkem. Tyto korelace byly zjištěny v datasetech sekvenčních snímků sítnice získaných na oční klinice v Erlangenu (Německo) a na University of Minnesota, Minneapolis (USA). Pro akvizici obou datasetů byl použit unikátní video-oftalmoskop (Tornow, 2015). Poslední část této práce popisuje návrh a realizaci prvního simultánního měření sekvenčních snímků sítnice, neinvazivního měření biosignálů (tj. elektrokardiogram, elektrookulogram, prstová pletysmografie), a invazivního měření intralebního tlaku. Pojízdný stůl s ramenem, nesoucí video-oftalmoskop s polohováním ovládaným joystickem, byl navrhnut a sestrojen pro potřeby pacientů umístěných na jednotkách neurologické intenzivní péče. Byl získán první dataset simultánního měření funkčního zobrazování sítnice a intralebního tlaku. Tento mezník představuje počátek pro následné studie zabývající se odhadem intralebního tlaku bezkontaktně na základě sekvenčních snímků sítnice. Závěrem, tato práce rozšířila dosavadní vývoj funkčního zobrazení sítnice o automatickou analýzu a identifikaci jevů samovolných žilních pulzací v optickém disku, pulzací optického disku a projevu dýchání v sítnici. Tato práce dále identifikuje tepovou frekvenci jako důležitý faktor pro další klinické studie zabývající se hemodynamikou v sítnici. A nakonec, tyto teze představily první simultánní měření sekvenčních snímků sítnice a intralebního tlaku.en
dc.description.abstractPartly verified hypothesis is that ophthalmological and all systemic diseases affecting cardiovascular system imprints pathophysiological features into retinal hemodynamics. Retinal hemodynamics are easy to non-invasively access through the eye lens via optical imaging sensitive to blood volume or flow. Today, functional retina imaging (fRI) is an emerging field trying to identify candidates for non-invasive biomarkers of various diseases. The overall objective of this doctoral thesis was to push the state-of-the-art in fRI methods and employ the methods in pioneering biomedical applications. The first part of the thesis summarizes the fRI state-of-the-art including (i) retina anatomy and physiology; (ii) etiology of retinal pulsatile phenomena such as spontaneous venous pulsation (SVP); (iii) fRI principles and methods; (iv) image analysis in fRI; (v) multivariate statistics promising for fRI; and (vi) pitfalls. The second part contains original research that has been peer-reviewed, presented at international conferences, and published as original research articles (in the IEEE Transactions on Medical Imaging and the Communications Biology). Here, the thesis presents a novel implementation of automated and data-driven principal (PCA) and independent (ICA) component analyses in fRI utilized via video-ophthalmoscopy. Both, PCA and ICA, detected SVP with higher detection rate than previous literature. Moreover, PCA and ICA identified optic cup pulsation (OCP) pattern, hypothesized to be of arterial origin, and components potentially related to respiratory induced effects. Neither OCP nor respiratory induced effects were widely reported before. Further, SVP and OCP morphology was identified to be correlated to heart rate and ageing. The correlations were identified on pilot dataset acquired in Erlangen, Germany and confirmed on retest dataset acquired in Minneapolis, USA. The video-ophthalmoscope (VO) device has been synchronized with a hub enabling simultaneous acquisition of non-invasive and invasive biosignals, such as electrocardiogram, electrooculogram, finger plethysmography, respiratory plethysmography, and intracranial pressure (ICP). Mobile bedside cart with joystick-driven and motorized VO positioning system has been designed and assembled. Preliminary simultaneous fRI-ICP dataset has been acquired and research project investigating in vivo predictive fRI power to ICP has been initiated. In conclusion, implementation of PCA and ICA improved state-of-the-art of SVP, OCP and respiratory pattern imaging. The thesis also demonstrates that heart rate and age are important biological factors which needs to be considered in study designs investigating retinal hemodynamics. Finally, the thesis initiated a pioneering research project which has a potential to develop non-invasive and non-contact ICP measurement technology.cs
dc.description.markPcs
dc.identifier.citationLABOUNKOVÁ, I. Analýza obrazových sekvencí sítnice z experimentálního oftalmoskopu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2025.cs
dc.identifier.other160803cs
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11012/250880
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologiícs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subjectAnalýza hlavních komponenten
dc.subjectanalýza nezávislých komponenten
dc.subjectzobrazování sítniceen
dc.subjectvideo-oftalmoskopen
dc.subjectpulsační složky sítniceen
dc.subjectspontánní žilní pulsaceen
dc.subjectpulsace poháru optického diskuen
dc.subjectsítniceen
dc.subjectPrincipal component analysiscs
dc.subjectindependent component analysiscs
dc.subjectretina imagingcs
dc.subjectvideo-ophthalmoscopecs
dc.subjectretinal pulsatile patterncs
dc.subjectspontaneous venous pulsationcs
dc.subjectoptic cup pulsationcs
dc.subjectretinacs
dc.titleAnalýza obrazových sekvencí sítnice z experimentálního oftalmoskopuen
dc.title.alternativeAnalysis of Image Retinal Sequences from Experimental Ophthalmoscopecs
dc.typeTextcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs
dcterms.dateAccepted2025-04-09cs
dcterms.modified2025-04-10-15:04:28cs
eprints.affiliatedInstitution.facultyFakulta elektrotechniky a komunikačních technologiícs
sync.item.dbid160803en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2025.04.11 05:57:00en
sync.item.modts2025.04.11 05:33:15en
thesis.disciplinebez specializacecs
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. Ústav biomedicínského inženýrstvícs
thesis.levelDoktorskýcs
thesis.namePh.D.cs
Files
Original bundle
Now showing 1 - 4 of 4
Thumbnail Image
Name:
final-thesis.pdf
Size:
31.23 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file final-thesis.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-posudek oponenta doc. Matula_disertace Ing. Labounkova.pdf
Size:
2.62 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-posudek oponenta doc. Matula_disertace Ing. Labounkova.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Opponent Review Dr. Heitmar_dissertation Labounkova.pdf
Size:
1.26 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Opponent Review Dr. Heitmar_dissertation Labounkova.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
review_160803.html
Size:
3.23 KB
Format:
Hypertext Markup Language
Description:
file review_160803.html
Download
Collections
2025