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Técnicas de Renderização de Imagens em Tomografia Computadorizada Pós-Morte: Avaliação da Saúde Biológica e Perfil em Cetáceos Encalhados

DOI:

10.3791/61701

⸱

September 27th, 2020

 ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Marine Pollution, City University of Hong Kong, 2Department of Veterinary Clinical Sciences, Jockey Club College of Veterinary Medicine and Life Sciences, City University of Hong Kong, 3School of Medical and Health Sciences, Tung Wah College

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

O programa de resposta ao encalhe de cetáceos de Hong Kong incorporou a tomografia computadorizada pós-morte, que fornece informações valiosas sobre a saúde biológica e o perfil dos animais falecidos. Este estudo descreve 8 técnicas de renderização de imagens essenciais para a identificação e visualização de achados pós-morte em cetáceos encalhados, o que ajudará médicos, veterinários e pessoas de resposta encalhadas em todo o mundo a utilizar plenamente a modalidade radiológica.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Com 6 anos de experiência na implementação da virtopsia rotineiramente no programa de resposta ao encalhe de cetáceos de Hong Kong, procedimentos padronizados de virtopsia, aquisição de tomografia computadorizada pós-morte (PMCT), pós-processamento e avaliação foram estabelecidos com sucesso. Neste programa pioneiro de resposta ao encalhe virtopsy cetáceo, o PMCT foi realizado em 193 cetáceos encalhados, fornecendo achados pós-morte para auxiliar a necropsia e lançar luz sobre a saúde biológica e o perfil dos animais. Este estudo teve como objetivo avaliar 8 técnicas de renderização de imagem em PMCT, incluindo reconstrução multiplanar, reforma planar curvada, projeção de intensidade máxima, projeção de intensidade mínima, renderização de volume direto, segmentação, função de transferência e renderização de volume de perspectiva. Ilustradas com exemplos práticos, essas técnicas foram capazes de identificar a maioria dos achados da PM em cetáceos encalhados e serviram como ferramenta para investigar sua saúde biológica e perfil. Este estudo poderia orientar radiologistas, clínicos e veterinários através do reino muitas vezes difícil e complicado da renderização e revisão de imagens pmct.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Virtopsy, também conhecido como imagem pós-morte (PM), é o exame de uma carcaça com modalidades avançadas de imagem transversal, incluindo tomografia computadorizada pós-morte (PMCT), ressonância magnética pós-morte (PMMRI) e ultrassonografia1. Em humanos, o PMCT é útil na investigação de casos traumáticos de alterações esqueléticas2,,3, corpos estranhos, achados gasosos4,,5,,6e patologias do sistema vascular7,,8,,9. Desde 2014, a virtopsy tem sido rotineiramente implementada no programa de resposta ao encalhe do cetáceo de Hong Kong1. PMCT e PMMRI são capazes de retratar achados patho-morfológicos em carcaças muito decompostas para serem avaliadas pela necropsia convencional. A avaliação radiológica não invasiva é objetiva e digitalmente armazenada, permitindo segundo parecer ou estudos retrospectivos anosdepois 1,,10,,11. Virtopsy tornou-se uma valiosa técnica alternativa para fornecer novas percepções dos achados da PM em animais marinhos encalhados12,13,14,15,16. Combinado com a necropsia, que é o padrão-ouro para explicar a reconstrução fisiopatológica e a causa da morte17,a saúde biológica e o perfil dos animais podem ser abordados. Virtopsy foi gradualmente reconhecido e implementado em programas de resposta de encalhe em todo o mundo, incluindo, mas não se limitando à Costa Rica, Japão, China continental, Nova Zelândia, Taiwan, Tailândia e EUA1.

Técnicas de renderização de imagens em radiologia usam algoritmos de computador para transformar números em informações sobre o tecido. Por exemplo, a densidade radiológica é expressa em raios-X convencionais e tomografia computadorizada. A grande quantidade de dados volumosos é armazenada no formato De Imagem Digital e Comunicações em Medicina (DICOM). As imagens ct podem ser usadas para produzir dados de voxel isotrópicos usando renderização de imagem bidimensional (2D) e tridimensional (3D) em uma estação de trabalho 3D pós-processamento para visualização de alta resolução18,,19. Dados e resultados quantitativos são mapeados para transformar imagens axiais adquiridas em série em imagens 3D com parâmetros de escala cinza ou de cor19,,20,,21. A escolha de um método adequado de visualização de dados a partir de diversas técnicas de renderização é um determinante técnico essencial da qualidade de visualização, que afeta significativamente a análise e interpretação dos achados radiológicos21. Isso é particularmente crítico para o trabalho de encalhe que envolve pessoal sem qualquer fundo de radiologia, que precisa entender os resultados em diferentes circunstâncias17. O objetivo da implementação dessas técnicas de renderização de imagens é melhorar a qualidade na visualização de detalhes anatômicos, relacionamentos e achados clínicos, o que aumenta o valor diagnóstico da imagem e permite uma efetiva interpretação das regiões de interesse definidas17,,19,,22,,23,,24,,25.

Embora as imagens primárias de tomografia computadorizada/ressonância magnética contenham a maioria das informações, elas podem limitar o diagnóstico preciso ou a documentação das patologias, pois as estruturas não podem ser visualizadas em vários planos ortogonais. A reforma de imagem em outros planos anatomicamente alinhados permite a visualização de relações estruturais de outra perspectiva sem ter que reposicionar o corpo26. Como os dados de anatomia médica e patologia forense são predominantemente de natureza 3D, imagens PMCT codificadas por cores e imagens reconstruídas em 3D são preferidas para imagens em escala cinza e imagens de fatia 2D, tendo em vista uma melhor compreensão e adequação para os julgamentos27,,28. Com os avanços da tecnologia PMCT, foi levantada uma preocupação com a exploração de visualização (ou seja, a criação e interpretação de imagem 2D e 3D) na investigação da PM do Cetáceo.12,29 Várias técnicas de renderização volumosa na estação de trabalho de radiologia permitem que radiologistas, técnicos, clínicos de referência (por exemplo, veterinários e cientistas de mamíferos marinhos) e até leigos (por exemplo, pessoal de resposta de encalhe, oficiais do governo e público em geral) visualizem e estudem as regiões de interesse. No entanto, a escolha de uma técnica adequada e confusão da terminologia continuam sendo uma questão importante. É necessário compreender o conceito básico, os pontos fortes e limitações das técnicas comuns, uma vez que influenciaria significativamente o valor diagnóstico e a interpretação dos achados radiológicos. O uso indevido de técnicas pode gerar imagens enganosas (por exemplo, imagens que têm distorções, erros de renderização, ruídos de reconstrução ou artefatos) e levar a um diagnóstico incorreto30.

O presente estudo tem como objetivo avaliar 8 técnicas essenciais de renderização de imagens em PMCT que foram utilizadas para identificar a maioria dos achados da PM em cetáceos encalhados em águas de Hong Kong. Descrições e exemplos práticos de cada técnica são fornecidos para orientar radiologistas, clínicos e veterinários em todo o mundo através do reino muitas vezes difícil e complicado da renderização e revisão de imagem pmct para a avaliação da saúde biológica e perfil.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NOTA: No âmbito do programa de resposta de encalhe virtopsy do cetáceo de Hong Kong, cetáceos encalhados eram rotineiramente examinados pelo PMCT. Os autores foram responsáveis pela varredura virtopsy, pós-processamento de dados (por exemplo, reconstrução e renderização de imagens), interpretação de dados e reportagem virtopsy1. Esta tecnologia avançada enfatiza os achados atentos e dá insights sobre a investigação inicial dos achados da PM antes da necropsia convencional (https://www.facebook.com/aquanimallab).

1. Preparação de dados

  1. Exporte os conjuntos de dados CT adquiridos no formato DICOM 3.0. Copie a pasta DICOM para computador (por exemplo, desktop).
  2. Abra um visualizador DICOM gratuito ou comercial. As etapas a seguir são baseadas na Estação de Trabalho de iNtuition TeraRecon Aquarius (versão 4.4.12).
  3. Clique duas vezes no ícone do ícone Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi). Digite nome de usuário, senha e nome do servidor nos campos apropriados. Clique no botão Login.
    NOTA: Certifique-se de que o campo de nome do servidor tenha o endereço IP do servidor correto.
  4. Clique em Importar sob os botões da ferramenta de gerenciamento de dados e selecione a pasta DICOM para importar. Clique no ícone Atualizar para renovar a lista de estudos após o status de importação atingir 100%.
  5. Veja os conjuntos de dados selecionando 1 ou várias séries CT da Lista do Paciente clicando duas vezes à esquerda na série.
  6. Depois de carregar a série designada, clique no Botão de Layout da janela para a interface de exibição 2x2, mostrando um layout padrão 2x2, uma imagem renderizada de volume 3D (painel superior direito) e imagens de 3 MPR na exibição axial (painel superior esquerdo), visão coronal (painel inferior-esquerdo), visão sagital (painel inferior-direito), dando diferentes orientações.
  7. Avalie minuciosamente os conjuntos de dados virtopsy usando diferentes técnicas de renderização de imagem fornecidas.

2. Reconstrução multiplanar (MPR)

  1. Exibir o MPR padrão da exibição axial (painel superior esquerdo), exibição coronal (painel inferior esquerdo) e exibição sagital (painel inferior-direito) após o carregamento da série. Altere o modo de renderização para MPR clicando com o botão direito do mouse na imagem e selecione MPR ou clique em MPR na barra de ferramentas do modo de renderização.
  2. Avalie os conjuntos de dados virtopsy da primeira imagem até a última imagem usando a visão axial, seguido por visualizações coronais e sagidas, com a ajuda das seguintes funções: Clique em Fatia, botão do mouse com clique esquerdo e arraste o mouse para visualizar e ajustar a imagem CT fatiada por fatia.
  3. Clique em Pan, botão do mouse com clique esquerdo e arraste o mouse para ajustar a localização da imagem dentro do painel.
  4. Clique em Zoom, botão do mouse com clique esquerdo e arraste o mouse para ampliar ou minificar a imagem.
  5. Selecione a janela/níveis pré-definidos apropriados clicando em Abd 1 (largura da janela: 350, nível da janela: 75), Abd 2 (largura da janela: 250, nível da janela: 40), Cabeça (largura da janela: 100, nível da janela: 45), Pulmão (largura da janela: 1500, nível da janela: -700), Osso (largura da janela: 2200, nível da janela: 200) na janela/Nível Mini-Toolbar,dependendo das regiões de interesse.
  6. Clique em Janela/Nível (W/L), botão do mouse com clique esquerdo e arraste o mouse para ajustar manualmente a largura da janela e o nível da janela da fatia CT.
  7. Clique em Girar, botão do mouse com clique esquerdo e arraste o mouse para girar as imagens MPR.
  8. Botão do mouse com clique esquerdo no centro da Mira mpr para ajustar simultaneamente as regiões de interesse e fatias em imagens de 3 MPR.
    NOTA: Existem modos de mouse para as 4 principais funções de rotações, garimpo, zoom e alterações de janela/nível fornecidas pelo AQi para facilitar o processo de visualização. Para atalhos de teclado, consulte tabela 1.

3. Reforma planar curva (RCP)

  1. Decida a região de interesse anatômico. Botão do mouse com clique esquerdo no centro da mira do MPR para a região de interesse particular.
  2. Veja o MPR de 3 pontos de vista diferentes. Certifique-se de que a mira do MPR está colocada em um local correto. Ajuste a mira do MPR se não estiver.
  3. Selecione 1 painel de exibição a partir de visões axiais, coronais e sagitárias como painel de estudo, por exemplo, com o objetivo de visualizar a nadadeira a partir de uma exibição axial.
  4. Dependendo do painel de estudo, ajuste a linha estendida de mira mpr (por exemplo, cor azul) da visão coronal perpendicularmente para a região de interesse pelo botão do mouse de suporte à esquerda no ponto de rotação da linha estendida.
  5. Ajuste outra linha estendida (por exemplo, cor vermelha) da mira mpr da vista sagital paralela à região de interesse pelo botão do mouse de suporte à esquerda no ponto de rotação da linha estendida.
  6. Veja a visão axial para verificar se a região de juros está ajustada corretamente. Ajuste as linhas estendidas se não estiver. Avalie os conjuntos de dados virtopsy usando as 4 principais funções de rotação, panorâmis, zoom e alterações de nível/janela.
    NOTA: Existem 3 linhas estendidas coloridas de mira MPR (verde, vermelho e azul), representando diferentes alinhamentos do plano MPR(Figura 2).

4. Projeção de intensidade máxima (MIP)

  1. Altere o modo de renderização para MIP clicando com o botão direito do mouse na imagem e selecionando MIP ou clicando em MIP na barra de mini-ferramentasdo modo de renderização .
  2. Ajuste a espessura da laje no canto superior direito (mínimo: 1 mm, máximo: 500 mm) clicando na anotação verde e selecione uma nova espessura para visualizar as regiões de interesse, por exemplo, a árvore brônquica no pulmão.
  3. Avalie os conjuntos de dados virtopsy usando as 4 principais funções de rotação, panorâmis, zoom e alterações de nível/janela.

5. Projeção de intensidade mínima (MinIP)

  1. Altere o modo de renderização para MIP clicando com o botão direito do mouse na imagem e selecionando MinIP ou clicando em MinIP na barra de ferramentas do modo de renderização.
  2. Ajuste a espessura da laje no canto superior direito (mínimo: 1 mm, máximo: 500 mm) clicando na anotação verde e selecione uma nova espessura para visualizar as regiões de interesse (por exemplo, a árvore brônquica no pulmão).
  3. Avalie os conjuntos de dados virtopsy usando as 4 principais funções de rotação, panorâmis, zoom e alterações de nível/janela.

6. Renderização de volume direto (DVR)

NOTA: Como 1 das interfaces padrão do display 2x2, o DVR (painel superior direito) mostra as imagens renderizadas 3D da carcaça. A configuração padrão do modelo DVR é AAA (aneurisma de aoórtico abdominal; largura da janela: 530, nível da janela: 385), dando uma estrutura esquelética bruta da carcaça.

  1. Ajuste automaticamente a configuração de janelas clicando em Modelo sob o Visualizador e selecione o modelo DVR apropriado, por exemplo, Cinza 10% (largura da janela: 442, nível da janela: 115), Fratura (largura da janela: 2228, nível da janela: 1414) se necessário.
  2. Clique em Janela/Nível (W/L), botão do mouse com clique esquerdo e arraste o mouse para ajustar a largura da janela e o nível da janela da fatia ct manualmente, dando uma camada externa (por exemplo, superfície epidérmica) à camada interna (porexemplo, estrutura interna).
  3. Use as 4 principais funções de rotação, panorâm(cabeça), zoom e alterações de nível/janela para novas correções.
    NOTA: Todos os modelos de DVR fornecidos pela AQi são orientados para clínicas humanas, não designados para imagens pm de cetáceos.

7. Segmentação e Edição de Região de Interesse (ROI)

  1. Segmente a fatia de imagem CT usando 3 ferramentas diferentes, ferramenta Slab e Cube View, ferramenta ROI livree ferramenta de crescimento de região dinâmica.
  2. Para a ferramenta Slab e Cube View,clique em Slab em Ferramenta, dando uma linha de exibição paralela. Ajuste o local da laje realocando as miras do MPR a partir das visualizações de MPR correspondentes. Altere a espessura da laje (mínima: 1 mm, máxima: 500 mm) através da barra de espessura da laje,resultando em uma segmentação de imagens renderizadas em 3D da carcaça.
  3. Para a ferramenta ROI grátis,clique em FreeRO em Ferramenta. Segure a tecla Shift no teclado e use ou Draw Free Curve no MPR, Draw Circle on MPR ou Draw Sphere on MPR para excluir/incluir a região de interesse das visualizações MPR e DVR.
  4. Para ferramenta de crescimento de região dinâmica,clique em Região sob Ferramenta. Segure a tecla Shift no teclado, botão do mouse com clique esquerdo e role o botão médio do mouse (role-up: aumente a região de seleção, role para baixo: diminua a região de seleção), dando uma região destacada. Clique em Excluir para excluir a região. Clique em Incluir para manter a região.

8. Funções de transferência (TF)

  1. Clique em Configuração 3D em Visualizador,selecione Copiar para criar um novo modelo reconstruído 3D.
  2. No novo modelo reconstruído 3D, clique em FreeRO ou Região sob Ferramenta. Segure a tecla Shift no teclado, use 3D VR para incluir a região de interesse e clique em Selecionar.
  3. Configure as configurações 3D, incluindo slider W/L, Caixas de entrada de texto W/L, Menu De tração VR, Controle deslizante de opacidade (mínimo: 0, máximo: 1), Caixa de entrada de texto de opacidadee controle deslizante de cor da gama HU sob configuração 3D.
  4. Clique com o botão direito do mouse 1 dos controles deslizantes na barra de controle deslizante de cores para alterar a cor do DVR. Selecione Alterar cores e defina uma cor personalizada da paleta de cores, se necessário.

9. Renderização do volume de perspectiva (PVR)

  1. Para iniciar o Módulo Flythrough, clique com o botão direito do mouse na série selecionada e selecione Flythrough no menu com o botão direito do mouse.
  2. Escolha o assistente de preferência 3D primário do estilo de leitura para a seleção de exibição primária. Clique no layout da tela 2x2 e OK,resultando em um RVR automaticamente, por exemplo, cólon. Certifique-se de que a região de interesse está selecionada.
  3. Construa uma rota de voo colocando os pontos de partida e fim dos pontos de controle desenhando um caminho. Corrija o caminho clicando no botão Editar conexão/Editar o botão de rádio Caminho no painel da ferramenta se houver um caminho quebrado ou uma estrutura faltando, editando os pontos de controle para seções mais suaves da curva ou corrigindo problemas. Crie novos pontos de controle clicando na rota de voo. Uma vez que o caminho de voo esteja correto, clique em OK.
  4. Veja a janela Flythrough exibida, mostrando uma janela principal, vistas MPR e vista plana.
  5. Use o Cine Tools clicando no Painel de Ferramentas localizado no lado direito da tela para avaliar a estrutura luminal. Ajuste a velocidade e a direção do flythrough usando Fly backward, Pause, Fly Forward, Slow down flythrough e Speed up flythrough sob as ferramentas Cine.

10. Avaliação de dados

  1. Realizar avaliação virtopsy sistematicamente de cabeça a cauda. É geralmente dentro de 30 minutos, atuando como uma referência aos veterinários orientadores para a necropsia subsequente.
  2. Após a necropsia, compare os achados da virtopsia e os achados da necropsia. Com base no relatório do local, virtopsia, necropsia e análise amostral (por exemplo, histopatologia e microbiologia), concluem a investigação da PM sobre a saúde biológica e o perfil do cetáceo encalhado.

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Results

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De janeiro de 2014 a maio de 2020, um total de 193 cetáceos encalhados nas águas de Hong Kong foram examinados pelo PMCT, incluindo 42 golfinhos jubarte indo-pacíficos (Sousa chinensis), 130 botos indo-pacíficos(focaenoides neophocaena) e 21 outras espécies. Um escaneamento do corpo inteiro foi realizado em 136 carcaças, enquanto 57 foram escaneamentos parciais em crânios e nadadeiras. Características anatômicas e patologias comumente observadas foram ilustradas com as 8 técnicas de renderização de imag...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Para a visualização clara dos conjuntos de dados virtopsy, 8 técnicas de renderização de imagem, compostas tanto pela renderização 2D quanto 3D, foram rotineiramente aplicadas a cada carcaça encalhada para a investigação da PM sobre sua saúde biológica e perfil. Essas técnicas de renderização incluíram MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, segmentação, TF e PVR. Diversas técnicas de renderização são utilizadas de forma complementar juntamente com o ajuste de janelas. Os conceitos de cada técnica de reforma de imagem e vantagens tam...

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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Os autores gostariam de agradecer ao Departamento de Agricultura, Pesca e Conservação do Governo da Região Administrativa Especial de Hong Kong pelo apoio contínuo neste projeto. A apreciação sincera também é estendida a veterinários, funcionários e voluntários do Laboratório de Virtopsy animal aquático, da City University of Hong Kong, da Ocean Park Conservation Foundation Hong Kong e do Ocean Park Hong Kong por pagar grande esforço na resposta encalhada neste projeto. Gratidão especial é devido aos técnicos do Centro Médico Veterinário da CityU e do Centro veterinário de Imagem de Hong Kong para operar as unidades de tomografia e ressonância magnética para o presente estudo. Quaisquer opiniões, conclusões, conclusões ou recomendações aqui expressas não refletem necessariamente as opiniões do Fundo de Aprimoramento da Ecologia Marinha ou do Curador. Este projeto foi financiado pelo Conselho de Bolsas de Pesquisa de Hong Kong (número de subvenção: UGC/FDS17/M07/14), e pelo Marine Ecology Enhancement Fund (número de subvenção: MEEF2017014, MEEF2014A, MEEF2019010 e MEEF2019010A), Fundo de Melhoria da Ecologia Marinha, Fundo de Valorização da Ecologia Marinha e Fundos de Valorização da Pesca Limited. Agradecimentos especiais ao Dr. María José Robles Malagamba pela edição em inglês deste manuscrito.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Estação de trabalho Aquarius iNtuitionTeraRecon IncNA
Siemens 64 linhas multi-slice scanner CT espiral Somatom go. UpSiemens HealthineersNA

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