中国香港的鲸豚搁浅救护项目已引入死后计算机断层扫描技术，该技术可为死亡动物的生物学健康状况和特征提供重要信息。本研究描述了8种图像重建技术，这些技术对于识别和可视化搁浅鲸豚的死后发现至关重要，将有助于全球的临床医生、兽医及搁浅救护人员充分运用这一放射学手段。
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摘要
摘要
在香港鲸豚搁浅救援项目中常规实施虚拟解剖已有6年经验，已成功建立标准化的虚拟解剖流程，包括死后计算机断层扫描（PMCT）的采集、后处理及评估方法。在此项开创性的鲸豚虚拟解剖搁浅响应项目中，共对193头搁浅鲸豚实施了PMCT，提供死后影像学发现，以辅助尸体解剖，并揭示动物的生物学健康状况与特征。本研究旨在评估PMCT中的8种图像重建技术，包括多平面重建、曲面重建、最大密度投影、最小密度投影、直接容积渲染、分割、传递函数以及透视容积渲染。通过实际案例展示，这些技术能够识别搁浅鲸豚中的大多数死后异常发现，并作为研究其生物学健康状况与特征的有效工具。本研究可为放射科医师、临床医生及兽医在面对复杂且具挑战性的PMCT图像重建与阅片工作时提供指导。
引言
虚拟解剖（virtopsy），也称为死后（PM）影像学，是指利用先进的断层成像技术对尸体进行检查，包括死后计算机断层扫描（PMCT）、死后磁共振成像（PMMRI）以及超声检查1。在人类医学中，PMCT 有助于研究骨骼结构改变的创伤病例2,3、异物、气体征象4,5,6以及血管系统病理变化7,8,9。自2014年起，虚拟解剖已常规应用于中国香港的鲸豚搁浅响应项目1。PMCT 和 PMMRI 能够显示因严重腐败而无法通过传统尸体解剖评估的病理性形态学发现。这种无创的影像学评估具有客观性且可数字化存储，便于多年后进行会诊或回顾性研究1,10,11。虚拟解剖已成为研究搁浅海洋动物死后发现的重要替代技术，提供了新的科学见解12,13,14,15,16。结合作为解释病理生理重建和死亡原因金标准的尸体解剖17，可全面评估动物的生物学健康状况与特征。目前，虚拟解剖已逐渐被全球多个搁浅响应项目所认可并采用，包括哥斯达黎加、日本、中国大陆、新西兰、中国台湾、泰国和美国等地区1。
放射学中的图像渲染技术利用计算机算法将数字转化为有关组织的信息。例如，放射密度在常规X线片和CT中得以体现。大量的容积数据以医学数字成像和通信（DICOM）格式存储。CT图像可通过二维（2D）和三维（3D）图像渲染，在后处理3D工作站上生成各向同性的体素数据，实现高分辨率可视化18,19。定量数据和结果通过映射，将连续获取的轴向图像转换为具有灰度或彩色参数的3D图像19,20,21。从多种渲染技术中选择合适的数据可视化方法，是决定可视化质量的关键技术因素，显著影响放射学发现的分析与解读21。这一点在涉及无放射学背景人员的串行工作中尤为关键，这些人员需要在不同情境下理解结果17。实施这些图像渲染技术的目标是提升解剖细节、结构关系及临床发现的可视化质量，从而增强影像的诊断价值，并有效呈现所定义的兴趣区域17,19,22,23,24,25。
尽管主要的轴向CT/MRI图像包含大部分信息，但由于无法在多个正交平面上观察结构，可能限制对病变的准确诊断或记录。通过在其他解剖对齐的平面上进行图像重建，可以在不重新调整身体位置的情况下，从另一个视角观察结构之间的关系26。由于医学解剖学和法医病理学数据本质上主要是三维的，相较于灰度图像和二维切片图像，采用彩色编码的死后CT（PMCT）图像和三维重建图像更有利于理解，并更适合法庭裁决使用27,28。随着PMCT技术的进步，在鲸类动物死后检查中，关于可视化探索（即二维和三维图像的生成与解读）的问题已受到关注12,29。放射学工作站中的多种容积渲染技术，使得放射科医生、技术人员、送检临床医生（如兽医和海洋哺乳动物研究人员），甚至非专业人士（如搁浅响应人员、政府官员和公众）都能够观察和研究感兴趣区域。然而，合适技术的选择以及术语的混淆仍然是一个主要问题。有必要理解这些常用技术的基本概念、优势与局限性，因为这将显著影响放射学发现的诊断价值和解释结果。技术的误用可能产生误导性图像（例如存在变形、渲染错误、重建噪声或伪影的图像），进而导致错误诊断30。
本研究旨在评估在PMCT中用于识别中国香港水域搁浅鲸豚类动物大多数死后发现的8种基本图像重建技术。文中提供了每种技术的描述和实际示例，以指导全球放射科医生、临床医生和兽医在PMCT图像重建与阅片这一通常复杂而困难的领域中，对生物体健康状况和特征进行评估。
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方案
注意：在香港鲸豚类虚拟解剖搁浅响应项目框架下，搁浅的鲸豚类动物通常接受死后计算机断层扫描（PMCT）检查。作者负责虚拟解剖扫描、数据后处理（例如图像重建与渲染）、数据分析解读以及虚拟解剖报告撰写1。该先进技术强调细致的发现，可在传统尸体解剖之前为死后所见提供初步洞察（https://www.facebook.com/aquanimallab）。
1. 数据准备
- 以 DICOM 3.0 格式导出采集的 CT 数据集。将 DICOM 文件夹复制到计算机（例如桌面）。
- 打开一个免费或商业的 DICOM 查看软件。以下步骤基于 TeraRecon Aquarius iNtuition Workstation（版本 4.4.12）进行。
- 双击 Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi) 图标。在相应字段中输入用户名、密码和服务器名称。点击 登录 按钮。
注意：请确保服务器名称字段中填写了正确的服务器 IP 地址。 - 在数据管理工具按钮中点击 导入，选择要导入的 DICOM 文件夹。当导入进度达到 100% 后，点击 更新 图标以刷新研究列表。
- 在患者列表中通过双击左键选择一个或多个 CT 序列，以查看数据集。
- 加载指定序列后，点击 窗口布局按钮，选择 2x2 显示界面，该界面默认显示为 2x2 布局，右上角窗格为三维容积重建图像，左上角（轴状面）、左下角（冠状面）和右下角（矢状面）窗格分别显示三个多平面重建（MPR）图像，提供不同的解剖方位视图。
- 利用软件提供的多种图像渲染技术，全面评估虚拟解剖（virtopsy）数据集。
2. 多平面重建（MPR）
- 加载序列后，显示轴向视图（左上方面板）、冠状视图（左下方面板）和矢状视图（右下方面板）的默认多平面重建（MPR）。通过右键单击图像并选择MPR，或单击渲染模式迷你工具栏中的MPR，将渲染模式更改为MPR。
- 使用轴向视图，从第一幅图像到最后一幅图像依次评估虚拟解剖（virtopsy）数据集，随后结合冠状视图和矢状视图，并借助以下功能进行操作：单击切片，按住鼠标左键并拖动鼠标，逐层查看和调整CT图像切片。
- 单击平移，按住鼠标左键并拖动鼠标，以调整图像在面板内的位置。
- 单击缩放，按住鼠标左键并拖动鼠标，以放大或缩小图像。
- 根据感兴趣区域，单击窗宽/窗位迷你工具栏中的适当预设窗宽/窗位：如Abd 1（窗宽：350，窗位：75）、Abd 2（窗宽：250，窗位：40）、Head（窗宽：100，窗位：45）、Lung（窗宽：1500，窗位：-700）、Bone（窗宽：2200，窗位：200）。
- 单击窗宽/窗位（W/L），按住鼠标左键并拖动鼠标，手动调整CT切片的窗宽和窗位。
- 单击旋转，按住鼠标左键并拖动鼠标，以旋转MPR图像。
- 在MPR十字线中心处按住鼠标左键，可同时调整三幅MPR图像中的感兴趣区域和切片位置。
注：AQi提供了旋转、平移、缩放和窗宽/窗位调整这四项主要功能的鼠标操作模式，以辅助查看过程。键盘快捷键请参见表1。
3. 曲面重组（CPR）
- 确定感兴趣的解剖区域。在该区域中心按住鼠标左键 MPR 十字线 到特定的兴趣区域。
- 从三个不同视角观察MPR。确保 MPR 十字线 放置在正确位置。调整 MPR 十字线 如果并非如此。
- 从轴状面、冠状面和矢状面中选择一个显示面板作为研究面板，例如选择轴状面以观察鳍状肢。
- 根据研究组别的不同，调整 MPR十字线的延长线 （例如，蓝色）从冠状面垂直于目标区域，通过鼠标左键点击并按住 延长线的旋转点.
- 调节另一个 延伸线 （例如，红色） MPR十字线的 从矢状面视图中，通过鼠标左键点击并按住目标区域 延长线的旋转点.
- 在轴向视图中检查目标区域是否已正确调整。若未正确调整，请调节延伸线。使用旋转、平移、缩放和窗宽/窗位调整这四项主要功能来评估虚拟解剖（virtopsy）数据集。
注意：共有3种颜色 MPR 十字线的延伸线 （绿色、红色和蓝色），代表MPR平面的不同对齐方式（图2).
4. 最大强度投影（MIP）
- 通过右键单击图像并选择MIP，或单击渲染模式迷你工具栏中的MIP，将渲染模式更改为最大强度投影（MIP）。
- 通过单击右上角的绿色标注，调整层厚（最小值：1 mm，最大值：500 mm），并选择新的厚度以可视化感兴趣区域，例如肺部的支气管树。
- 利用旋转、平移、缩放和窗宽/窗位调整这四项主要功能，评估虚拟尸检数据集。
5. 最小强度投影（MinIP）
- 通过右键单击图像并选择MinIP，或单击渲染模式迷你工具栏中的MinIP，将渲染模式更改为MIP。
- 通过单击右上角的绿色注释，调整层厚（最小值：1 mm，最大值：500 mm），并选择新的厚度以可视化感兴趣区域（例如肺部的支气管树）。
- 使用旋转、平移、缩放和窗宽/窗位调整这四项主要功能评估虚拟解剖数据集。
6. 直接体绘制（DVR）
注意：作为默认显示的 2x2 界面之一，DVR（右上方面板）显示尸体的三维渲染图像。默认的 DVR 模板设置为 AAA（腹主动脉瘤；窗宽：530，窗位：385），可呈现尸体的大体骨骼结构。
- 自动调整窗宽窗位设置，方法是单击 模板 在……之下 观众 并选择适当的DVR模板，例如， 灰色 10% （窗宽：442，窗位：115） 骨折 （窗宽：2228，窗位：1414）（如需要）。
- 点击 窗宽/窗位（W/L），左键按住鼠标并拖动，手动调整CT切片的窗宽和窗位，以显示从外层（如表皮表面）到内层的结构 (例如，内部结构）。
- 使用旋转、平移、缩放和窗宽/窗位调整这四项主要功能进行进一步校正。
注意：AQi 提供的所有 DVR 模板均面向人类临床应用，未指定用于鲸类动物的 PM 成像。
7. 分割与感兴趣区域（ROI）编辑
- 使用三种不同的工具对 CT 图像切片进行分割：Slab and Cube View 工具、Free ROI 工具 和 Dynamic region growing 工具。
- 对于 Slab and Cube View 工具，在 Tool 下点击 Slab，生成一条平行显示线。通过调整相应 MPR 视图中的 MPR crosshairs 来重新定位 slab 的位置。通过 slab thickness bar 调整 slab 厚度（最小值：1 mm，最大值：500 mm），从而实现对尸体三维重建图像的分割。
- 对于 Free ROI 工具，在 Tool 下点击 FreeRO。按住键盘上的 Shift 键，然后使用 Draw Free Curve on MPR、Draw Circle on MPR 或 Draw Sphere on MPR 在 MPR 视图和 DVR 中排除或包含感兴趣区域。
- 对于 Dynamic region growing 工具，在 Tool 下点击 Region。按住键盘上的 Shift 键，左键单击并按住鼠标，滚动鼠标中键（向上滚动：扩大选择区域，向下滚动：缩小选择区域），以高亮显示目标区域。点击 Exclude 删除该区域，点击 Include 保留该区域。
8. 传递函数（TF）
- 在Viewer下点击3D Setting，选择Copy以创建一个新的三维重建模型。
- 在新的三维重建模型中，于Tool下点击FreeRO或Region。按住键盘上的Shift键，使用3D VR包含感兴趣区域，然后点击Select。
- 配置3D Setting下的三维设置，包括W/L Slider、W/L Text-input Boxes、VR Pull-down Menu、Opacity Slider（最小值：0，最大值：1）、Opacity Text-input Box以及HU Range Color Slider。
- 右键点击颜色滑块栏中的任意一个滑块以更改DVR的颜色。如需自定义颜色，选择Change Color并从调色板中定义颜色。
9. 透视体积渲染（PVR）
- 要启动飞行模块，请右键单击选定的序列，然后从右键菜单中选择Flythrough。
- 在主视图选择中，选择Reading Style Preference Wizard的Primary 3D。点击2x2 screen layout和OK，系统将自动生成RVR（例如结肠）。请确保已选中感兴趣区域。
- 通过绘制路径并设置control points的起点和终点来构建飞行路径。如果路径中断或结构缺失，可在工具面板中点击Edit Connection/Edit Path单选按钮，编辑control points以使曲线更平滑或修正问题。通过在飞行路径上点击来创建新的control points。路径正确后，点击OK。
- 查看显示的飞行窗口，其中包括Main flythrough window、MPR views和Flat view。
- 点击屏幕右侧的工具面板中的Cine Tools，以评估管腔结构。在Cine工具下，使用Fly backward、Pause、Fly Forward、Slow down flythrough和Speed up flythrough来调节飞行速度和方向。
10. 数据评估
- 从头部到尾部系统地进行虚拟尸检评估。该过程通常在30分钟内完成，可作为指导兽医进行后续解剖的参考。
- 解剖后，比较虚拟尸检结果与解剖结果。根据现场报告、虚拟尸检、解剖结果以及样本分析（如组织病理学和微生物学），对搁浅鲸类动物的生物学健康状况和特征完成死后调查结论。
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结果
2014年1月至2020年5月期间，共有193头在香港水域搁浅的鲸豚类动物接受了PMCT检查，其中包括42头中华白海豚（Sousa chinensis）、130头印太江豚（Neophocaena phocaenoides）以及21头其他物种。对136具尸体进行了全身扫描，对57具尸体进行了头骨和鳍肢的局部扫描。通过8种图像重建技术展示了常见的解剖特征和病理变化，用于评估搁浅鲸豚类动物的生物学健康状况和个体特征。
图1：MPR功能显示一具死亡的印度-太平洋驼背海豚，分别为（A）轴状位、（B）重建后的三维图像、（C）重建后的冠状位图像，以及（D）重建后的矢状位图...
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讨论
为了清晰地可视化虚拟解剖数据集，常规对每具搁浅的尸体应用8种图像重建技术，包括二维和三维重建，以进行死后生物学健康状况和特征的调查。这些重建技术包括多平面重建（MPR）、曲面重建（CPR）、最大密度投影（MIP）、最小密度投影（MinIP）、容积再现（DVR）、分割、传递函数（TF）和透视容积重建（PVR）。多种重建技术通常结合窗宽窗位调整互补使用。本文还描述了每种图像重组技术的概念及其优势。
多平面重建（MPR）
MPR 是指生成非轴向的二维图像，包括冠状面、矢状面以及任何与解剖结构对齐的斜面图像24,30，这些图像并非在轴向扫描过程中直接获取。这种主流的二维图像重建技术特别有助于在所需平面上以高质量图像评估完整的解剖结构或病理变化31,32。借助 MPR，可对鲸类动物的全身、骨科及神经/脊柱进行常规的...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者谨此感谢香港特别行政区政府渔农自然护理署对本项目持续的支持。同时，衷心感谢来自香港城市大学水生动物虚拟解剖实验室、香港海洋公园保育基金及香港海洋公园的兽医、工作人员和志愿者。 感谢为本项目搁浅动物救护响应工作付出巨大努力的各位。特别感谢城市大学兽医医疗中心和香港兽医影像中心的技术人员为本研究操作CT和MRI设备。本文所表达的任何观点、发现、结论或建议，不一定反映海洋生态提升基金或受托方的观点。本项目由香港研究资助局（资助编号：UGC/FDS17/M07/14）和海洋生态提升基金（资助编号：MEEF2017014、MEEF2017014A）资助。 MEEF2019010 和 MEEF2019010A），海洋生态增益基金，海洋生态学 & 渔业增殖基金受托有限公司。特别感谢玛丽亚·何塞·罗夫莱斯·马拉甘巴博士对本文稿的英文编辑。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Aquarius iNtuition 工作站 | TeraRecon Inc | NA | |
| 西门子 64 排多层螺旋 CT 扫描仪 Somatom go.Up | 西门子医疗 | NA |
参考文献
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