Name: 死后计算断层扫描中的图像渲染技术:受困鲸目动物的生物健康和特征评估 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 32 s
Description: 学习死后计算机断层扫描的八种图像渲染技术，用于评估香港搁浅鲸类的生物健康状况。该方法为兽医和临床医生提供诊断指导，支持野生动物保护研究。

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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。&#160;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。&#160;MEEF2019010 和 MEEF2019010A），海洋生态增益基金，海洋生态学 &amp;#38; 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。

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
<ol>
	<li>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）。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
2. 多平面重建（MPR）
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>单击缩放，按住鼠标左键并拖动鼠标，以放大或缩小图像。</li>
	<li>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）。</li>
	<li>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。</li>
	<li>单击旋转，按住鼠标左键并拖动鼠标，以旋转MPR图像。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
3. 曲面重组（CPR）
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).</li>
</ol>
4. 最大强度投影（MIP）
<ol>
	<li>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）。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
5. 最小强度投影（MinIP）
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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）。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
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。
<ol>
	<li>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）。</li>
	<li>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）。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
7. 分割与感兴趣区域（ROI）编辑
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
8. 传递函数（TF）
<ol>
	<li>在Viewer下点击3D Setting，选择Copy以创建一个新的三维重建模型。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
9. 透视体积渲染（PVR）
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>查看显示的飞行窗口，其中包括Main flythrough window、MPR views和Flat view。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
10. 数据评估
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>

<ol><li>Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W., Chung, T. Y. T., Chan, D. K. P. <a target="_blank" href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2020.542015/abstract">Virtopsy as a revolutionary tool for cetacean stranding programs: Implementation and management.</a> Frontiers in Marine Sciences. , (2020).</li>
<li>Jacobsen, C., Bech, B. H., Lynnerup, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparative+study+of+cranial%2C+blunt+trauma+fractures+as+seen+at+medicolegal+autopsy+and+by+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">A comparative study of cranial, blunt trauma fractures as seen at medicolegal autopsy and by computed tomography.</a> BMC Medical Imaging. 9 (18), 1-9 (2009).</li>
<li>Jacobsen, C., Lynnerup, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Craniocerebral+trauma--congruence+between+post-mortem+computed+tomography+diagnoses+and+autopsy+results%3A+a+2-year+retrospective+study%5BTitle%5D)+AND+%22Forensic+Science+International%22%5BJournal%5D)">Craniocerebral trauma--congruence between post-mortem computed tomography diagnoses and autopsy results: a 2-year retrospective study.</a> Forensic Science International. 194 (1-3), 9-14 (2010).</li>
<li>Plattner, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtopsy-postmortem+multislice+computed+tomography+%28MSCT%29+and+magnetic+resonance+imaging+%28MRI%29+in+a+fatal+scuba+diving+incident%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Forensic+Sciences%22%5BJournal%5D)">Virtopsy-postmortem multislice computed tomography (MSCT) and magnetic resonance imaging (MRI) in a fatal scuba diving incident.</a> Journal of Forensic Sciences. 48 (6), 1347-1355 (2003).</li>
<li>Jackowski, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+and+quantification+of+air+embolism+structure+by+processing+postmortem+MSCT+data%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Forensic+Sciences%22%5BJournal%5D)">Visualization and quantification of air embolism structure by processing postmortem MSCT data.</a> Journal of Forensic Sciences. 49 (6), 1339-1342 (2004).</li>
<li>Aghayev, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pneumomediastinum+and+soft+tissue+emphysema+of+the+neck+in+postmortem+CT+and+MRI%3B+a+new+vital+sign+in+hanging%5BTitle%5D)+AND+%22Forensic+Science+International%22%5BJournal%5D)">Pneumomediastinum and soft tissue emphysema of the neck in postmortem CT and MRI; a new vital sign in hanging.</a> Forensic Science International. 153 (2-3), 181-188 (2005).</li>
<li>Jackowski, C., Persson, A., Thali, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole+Body+Postmortem+Angiography+with+a+High+Viscosity+Contrast+Agent+Solution+Using+Poly+Ethylene+Glycol+as+Contrast+Agent+Dissolver%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Forensic+Sciences%22%5BJournal%5D)">Whole Body Postmortem Angiography with a High Viscosity Contrast Agent Solution Using Poly Ethylene Glycol as Contrast Agent Dissolver.</a> Journal of Forensic Sciences. 53 (2), 465-468 (2008).</li>
<li>Jackowski, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtopsy%3A+postmortem+minimally+invasive+angiography+using+cross+section+techniques+-+implementation+and+preliminary+results%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Forensic+Sciences%22%5BJournal%5D)">Virtopsy: postmortem minimally invasive angiography using cross section techniques - implementation and preliminary results.</a> Journal of Forensic Sciences. 50 (5), 1175-1186 (2005).</li>
<li>Grabherr, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+CT+angiography+compared+with+autopsy%3A+a+forensic+multicenter+study%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Postmortem CT angiography compared with autopsy: a forensic multicenter study.</a> Radiology. 288 (1), 270-276 (2018).</li>
<li>Yuen, A. H. L., Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+and+reliability+of+cetacean+cranial+measurements+using+computed+tomography+three+dimensional+volume+rendered+images%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">Accuracy and reliability of cetacean cranial measurements using computed tomography three dimensional volume rendered images.</a> PloS one. 12 (3), 0174215(2017).</li>
<li>Kot, B. C. W., Chan, D. K. P., Yuen, A. H. L., Tsui, H. C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diagnosis+of+atlanto-occipital+dissociation%3A+Standardised+measurements+of+normal+craniocervical+relationship+in+finless+porpoises+%28genus+Neophocaena%29+using+postmortem+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Diagnosis of atlanto-occipital dissociation: Standardised measurements of normal craniocervical relationship in finless porpoises (genus Neophocaena) using postmortem computed tomography.</a> Scientific Reports. 8, 8474(2018).</li>
<li>Chan, D. K. P., Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Database+documentation+of+marine+mammal+stranding+and+mortality%3A+current+status+review+and+future+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Diseases+of+Aquatic+Organisms%22%5BJournal%5D)">Database documentation of marine mammal stranding and mortality: current status review and future prospects.</a> Diseases of Aquatic Organisms. 126 (3), 247-256 (2017).</li>
<li>Chan, D. K. P., Kot, B. C. W. <a target="_blank" href="https://www.vin.com/apputil/content/defaultadv1.aspx?pId=18363&meta=Generic&catId=98268&id=7977743&ind=135&objTypeID=17">Cetaceans postmortem multimedia analysis platform (CPMAP): pilot web-accessed database of a virtopsy-driven stranding response program in the Hong Kong waters.</a> Proceedings of International Association for Aquatic Animal Medicine 48th Annual Conference, Cancun, MEX. , (2017).</li>
<li>Hamel, P. E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+computed+tomography+and+magnetic+resonance+imaging+findings+in+a+case+of+coinfection+of+dolphin+morbillivirus+and+Aspergillus+fumigatus+in+a+juvenile+bottlenose+dolphin+%28Tursiops+truncatus%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Zoo+and+Wildlife+Medicine%22%5BJournal%5D)">Postmortem computed tomography and magnetic resonance imaging findings in a case of coinfection of dolphin morbillivirus and Aspergillus fumigatus in a juvenile bottlenose dolphin (Tursiops truncatus).</a> Journal of Zoo and Wildlife Medicine. 51 (2), 448-454 (2020).</li>
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<li>Kot, B. C. W., Tsui, H. C. L., Chung, T. Y. T., Lau, A. P. Y. <a target="_blank" href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2020.544037/abstract">Postmortem neuroimaging of cetacean brains using computed tomography and magnetic resonance imaging.</a> Frontiers in Marine Science. , (2020).</li>
<li>Lundström, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State-of-the-art+of+visualization+in+post-mortem+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Pathologica%2C+Microbiologica%2C+et+Immunologica+Scandinavica%22%5BJournal%5D)">State-of-the-art of visualization in post-mortem imaging.</a> Acta Pathologica, Microbiologica, et Immunologica Scandinavica. 120 (4), 316-326 (2012).</li>
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<li>Ebert, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forensic+3D+visualization+of+CT+data+using+cinematic+volume+rendering%3A+a+preliminary+study%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">Forensic 3D visualization of CT data using cinematic volume rendering: a preliminary study.</a> American Journal of Roentgenology. 208 (2), 233-240 (2017).</li>
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作者无任何利益冲突需要披露。

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...

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。

<table><tbody><tr><td>Aquarius iNtuition 工作站</td><td>TeraRecon Inc</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>西门子 64 排多层螺旋 CT 扫描仪 Somatom go.Up</td><td>西门子医疗</td><td>NA</td><td></td></tr></tbody></table>

死后计算机断层扫描中的图像渲染技术：搁浅鲸类生物健康与特征评估

Image Rendering Techniques in Postmortem Computed Tomography: Evaluation of Biological Health and Profile in Stranded Cetaceans

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。

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。
<img alt="动物CT扫描分析与三维重建，医学影像中的横断面及测量示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61701/61701fig1v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图1"> 
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...

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。

凭借六年将虚拟解剖（virtopsy）常规应用于中国香港鲸豚搁浅响应项目的经验，已建立标准化的虚拟解剖操作流程，……

本研究旨在评估香港水域搁浅鲸类动物尸体的死后计算机断层扫描中，不同图像重建技术在生物学健康状况与特征分析中的应用价值。该研究有助于指导放射科医师、临床医生及兽医更好地理解和分析死后计算机断层扫描图像中常见且复杂的影像表述与阅片过程。针对每例搁浅鲸类动物，常规应用八种图像重建技术，包括二维（2-D）和三维（3-D）重建方法，以开展生物学健康状况与特征的调查。第一种是多平面重建（MPR）。加载序列后，显示默认的轴向、冠状向和矢状向多平面重建视图。按住鼠标左键并拖动 MPR 十字线的中心，可同时调整三个 MPR 图像中的感兴趣区域和切片位置。单击“旋转”，按住鼠标左键并拖动鼠标以旋转 MPR 图像。单击“画笔”，按住鼠标左键并拖动鼠标以调整面板内图像的位置。单击“缩放”按钮，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，在窗口调平迷你工具栏中单击“app one”、“app two”、“head”、“lung”或“bone”，选择合适的预设窗宽窗位；单击“窗宽窗位”后，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“切片”按钮，按住鼠标左键并拖动鼠标，逐一切片地从第一幅图像到最后一个图像评估虚拟解剖数据集。第二种是曲面重组（CPR）。设计解剖学感兴趣区域时，用鼠标左键按住多平面重建（MPR）十字线的中心，并拖动至特定感兴趣区域。从三个不同视角观察多平面重建图像，确保多平面重建的十字线位于正确位置。如果不符合，调整多平面重建（MPR）的十字线。从轴向、冠状或矢状视图中选择一个显示面板作为研究面板。例如，若需根据研究面板从轴向视图观察鳍状肢，则通过在延长线的旋转点处按住鼠标左键，从冠状视图调整MPR十字线的延长线，使其垂直于目标区域；再通过在延长线的旋转点处按住鼠标左键，从矢状视图调整另一条MPR十字线的延长线，使其平行于目标区域。查看轴向视图以检查感兴趣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节这四项主要功能来评估虚拟解剖（virtopsy）数据集。第三种是最大强度投影（MIP）。通过点击渲染模式迷你工具栏中的 MIP，将渲染模式更改为 MIP，然后点击右上角的绿色标注并选择新的厚度，以调整体块厚度并可视化感兴趣区域。通过旋转、平移、缩放和窗宽窗位调节这四项主要功能来评估虚拟解剖（virtopsy）数据集。第四种是最低强度投影（MinIP）。通过点击渲染模式迷你工具栏中的 MinIP，将渲染模式更改为 MinIP。通过点击右上角的绿色注释，调整层厚，并选择新的厚度以可视化目标区域。使用旋转、平移、缩放和窗宽窗位调整这四个主要功能来评估虚拟解剖数据集。第五个功能是直接体绘制（DVR）。作为默认的2×2显示界面之一，DVR可显示尸体的三维重建图像。默认的DVR模板设置为AAA，可显示尸体的粗略骨骼结构。通过点击查看器下方的模板，自动调整渲染设置，并选择合适的DVR模板，例如gray（灰色）、10%和fracture（骨折）。使用旋转、平移、缩放和窗位调整这四种主要功能进行进一步校正。第六项是分割和感兴趣区域（ROI）编辑。使用三种不同的工具对CT切片进行分割。切片和立方体视图工具、FreeROI 工具以及动态区域生长工具。使用切片和立方体视图工具时，点击工具栏下的“slab”选项，即可生成平行显示线。通过调整相应 MPR 视图中的 MPR 十字准线位置，来调节切片的位置。通过调节 slab 厚度条来改变 slab 厚度，从而实现对尸体三维重建图像的分割。对于 FreeROI 工具，点击工具栏中的 FreeRO。按住键盘上的 shift 键，可在 MPR 视图和 DVR 中排除或包含感兴趣区域。对于动态区域生长工具，单击工具下方的区域。按住键盘上的 Shift 键，同时按住鼠标左键并滚动鼠标中键，以框选出高亮区域。单击“排除”以删除该区域。第七步是传递函数（TF）。在查看器中点击“3D设置”下的“副本”，以创建一个新的三维重建模型。在新的三维重建模型中，点击工具下的“FreeRO”或“区域”。按住键盘上的 Shift 键，并使用 3-D VR 来包含一个感兴趣区域。然后单击“选择”，右键单击颜色滑动条中的任意一个滑块以更改 DVR 的颜色。选择“更改颜色”，并根据需要从颜色调色板中定义自定义颜色。第八种是透视体积渲染（PVR）。要启动飞越模块，可右键单击选定的序列，然后从右键菜单中选择“飞越”。在首选阅读样式向导中选择主视图的三维显示模式。点击二乘二屏幕布局，然后确定。这将自动生成 PVR。确保已选中感兴趣区域。通过绘制路径并设置控制点的起点和终点来构建飞行路径。在工具面板中，单击“编辑连接”或“编辑路径”单选按钮以修正路径。如果路径中断或结构缺失，请添加控制点以使曲线段更平滑，或修正存在的问题。通过单击飞行路径来创建新的控制点。当飞行路径调整正确后，单击“确定”。查看显示的飞行预览窗口，其中包括主飞行预览窗口、多平面重建（MPR）视图和展开视图。通过点击屏幕右侧的工具面板，使用三维工具评估管腔结构。在三维工具下，利用向后飞行、暂停、向前飞行、减慢飞行和加速飞行等功能调节穿越速度和方向。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死后计算机断层扫描检查。以下是应用于搁浅鲸类动物健康状况和个体特征调查中的各种图像渲染技术的结果。MPR 功能展示了印度-太平洋驼背豚在轴向、重建的三维、重建的冠状面以及重建的矢状面图像中的病变情况。同时展示了用于诊断枕寰关节脱位的线性和面积测量方法。CPR功能显示患病的印度-太平洋维纳斯江豚鳍状肢中呈弯曲结构的部位。MIP功能突出显示双肺内出现的高密度肺部结节，表现为明亮的白色小点，见于一只患病的印度-太平洋维纳斯江豚。MinIP功能突出显示双肺内高密度的支气管树结构，即支气管树，在一只患病的印度-太平洋维纳斯江豚中呈现为明显的支气管影像。DVR 功能，显示患病的印度-太平洋江豚的不同结构。AAA 标注了血管系统与骨骼系统的叠加部分。肺标注了呼吸系统。骨骼系统（包括椎体生理骨板）通过“骨组织加骨板”模式突出显示。高密度的耳骨和鱼钩通过“硬件”模式突出显示。通过感兴趣区域（ROI）编辑功能，展示了一只患病的印度-太平洋江豚，图像包含CT检查床以及去除了CT检查床的情况。显示患病的印度-太平洋江豚不同组成部分的TF功能图像。气囊中的沙粒以青色标出。胃内容物以绿色标出。寄生性肉芽肿性乳腺炎病变以红色标出。PVR 功能显示利用飞越功能对一只患病的印度-太平洋驼背海豚进行的虚拟肠镜检查。根据我们的经验，所列出的八种重建技术能够识别出大部分搁浅鲸类动物的死后发现，并可作为研究其生物学健康状况和特征的工具，而其他重建技术在本研究中由于使用不常见且实用性有限而存在争议。合理运用成像技术可提升死后诊断的准确性，并更有效地向其他转诊兽医、临床医生及研究人员传达复杂信息，例如潜在病理、解剖结构以及骨骼形态学和分类学信息，使其更容易理解。

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

死后计算断层扫描中的图像渲染技术:受困鲸目动物的生物健康和特征评估

只有通过断层扫描技术才能实现无损的体积可视化，其中最有效的方法是X射线显微计算机断层扫描（CT）。...

Ex-Vivo 生物样本的显微CT高分辨率三维成像

冠状血管的可视化对于深入理解心血管疾病至关重要。本文介绍一种通过不透射线的硅橡胶（Microfil）灌注小鼠冠状血管的方法，以为微型计算机断层扫描（μCT）成像做好准备。...

小鼠冠状血管逆行灌注与充填作为显微计算机断层扫描成像的制备方法

在骨科植入物感染的小鼠模型中，结合光学成像与显微计算机断层扫描（μCT）成像，并利用一种经基因工程改造的发光葡萄球菌（Staphylococcus...

结合 体内 光学成像与 µCT 成像以监测小鼠骨科植入物感染中的感染、炎症及骨解剖结构

自体和同种异体骨移植是治疗严重颅面骨缺损的公认方法。然而，移植物成分对血管新生、细胞分化与骨形成之间相互作用的影响尚不明确。本文介绍一种多模态成像方案，旨在阐明移植物邻近区域血管生成与成骨作用之间的相互依赖关系。...

利用计算机断层扫描和光学成像技术研究颅骨自体移植与异体移植中成骨-血管生成偶联以评估骨整合

本方法概述了使用量子微计算机断层扫描（MicroCT）结合碘化对比剂，在实验性心肌缺血小鼠模型中评估心脏形态、功能、灌注、代谢及存活能力。该技术可用于多种人类心脏病动物模型的无创、高通量、纵向体内成像。...

体内 心肌结构、功能、灌注及存活性的定量评估：基于心脏微型计算机断层扫描技术

了解章鱼独特的生理和解剖结构，可对生物医学研究产生重大影响。本指南介绍了如何建立和维护适合该物种生存的海洋环境，并包含先进的成像与分析方法，以可视化章鱼神经系统的解剖结构与功能。...

为生物医学与生物工程研究建立章鱼生态系统

本文介绍了一种用于获取健康和病理状态下大型哺乳动物完整心脏的高分辨率显微计算机断层扫描图像的实验方案，该方法采用胶原选择性对比增强技术。...

用于慢性疾病大型哺乳动物心脏模型的对比增强微型计算机断层扫描成像的组织制备技术

本新方法涉及利用小动物连续微小正电子发射断层扫描（PET）/微小计算机断层扫描（CT）图像，对心血管钙化进展进行定量分析。...

利用纵向微正电子发射断层扫描/微计算机断层扫描图像评估心血管钙化进展的新型定量方法

本方案采用微型计算机断层扫描技术，可对小型动物的瘦体组织（包括骨骼肌和内脏组织）、脂肪组织以及骨骼组织进行经济高效的定量分析。该方法能够区分瘦体组织与脂肪组织，这在生物医学研究中具有显著优势，尤其适用于小型动物的转化医学研究。...

利用微型计算机断层扫描技术对小型动物骨骼肌进行无创定量分析

磁调制生物传感系统可用于快速、灵敏且简便地检测生物样本，例如DNA分子和蛋白质。...

基于磁调制生物传感系统的生物检测快速均相检测方法

学习死后计算机断层扫描的八种图像渲染技术，用于评估香港搁浅鲸类的生物健康状况。该方法为兽医和临床医生提供诊断指导，支持野生动物保护研究。

死后计算机断层扫描中的图像渲染技术：搁浅鲸类生物健康与特征评估

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