Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

Técnicas de renderizado de imágenes en tomografía computarizada postmortem: evaluación de la salud biológica y perfil en cetáceos trenzados

Published: September 27, 2020 doi: 10.3791/61701
Automatic Translation
1,2, 3, 1, 1
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

Summary

El programa de respuesta de trenzado de cetáceos de Hong Kong ha incorporado una tomografía computarizada postmortem, que proporciona información valiosa sobre la salud biológica y el perfil de los animales fallecidos. Este estudio describe 8 técnicas de renderizado de imágenes que son esenciales para la identificación y visualización de los hallazgos postmortem en cetáceos varados, lo que ayudará a los médicos, veterinarios y personal de respuesta de varado en todo el mundo a utilizar plenamente la modalidad radiológica.

Abstract

Con 6 años de experiencia en la implementación rutinaria de virtopsy en el programa de respuesta de varado de cetáceos de Hong Kong, se establecieron con éxito procedimientos de virtopsía estandarizados, adquisición de tomografía computarizada postmortem (PMCT), postprocesamiento y evaluación. En este programa pionero de respuesta de varado de virtopsía de cetáceos, PMCT se realizó en 193 cetáceos varados, proporcionando hallazgos postmortem para ayudar a la necropsia y arrojar luz sobre la salud biológica y el perfil de los animales. Este estudio tenía como objetivo evaluar 8 técnicas de renderizado de imágenes en PMCT, incluida la reconstrucción multiplanar, la reforma plana curvada, la proyección de intensidad máxima, la proyección de intensidad mínima, la representación directa de volúmenes, la segmentación, la función de transferencia y la representación del volumen de perspectiva. Ilustradas con ejemplos prácticos, estas técnicas fueron capaces de identificar la mayoría de los hallazgos de PM en cetáceos varados y sirvieron como una herramienta para investigar su salud biológica y su perfil. Este estudio podría guiar a radiólogos, médicos y veterinarios a través del ámbito a menudo difícil y complicado de la representación y revisión de imágenes PMCT.

Introduction

Virtopsy, también conocida como imágenes postmortem (PM), es el examen de una carcasa con modalidades avanzadas de imágenes transversales, incluyendo tomografía computarizada postmortem (PMCT), resonancia magnética postmortem (PMMRI) y ultrasonografía1. En humanos, PMCT es útil en la investigación de casos traumáticos de alteraciones esqueléticas2,3, cuerpos extraños, hallazgos gaseosos4,5,6, y patologías del sistema vascular7,8,9. Desde 2014, la virtopsía se ha implementado rutinariamente en el programa de respuesta de trenzado de cetáceos de Hong Kong1. PmCT y PMMRI son capaces de representar hallazgos pato morfológicos en cadáveres que están demasiado descompuestos para ser evaluados por necropsia convencional. La evaluación radiológica no invasiva es objetiva y digitalmente almacenable, permitiendo estudios de segunda opinión o retrospectivos años más tarde1,,10,,11. Virtopsy se ha convertido en una valiosa técnica alternativa para proporcionar nuevos conocimientos de los hallazgos de PM en animales marinos varados12,,13,14,15,16. Combinado con la necropsia, que es el estándar de oro para explicar la reconstrucción fisiopatológica y la causa de la muerte17,se puede abordar la salud biológica y el perfil de los animales. Virtopsy ha sido gradualmente reconocida e implementada en programas de respuesta de varado en todo el mundo, incluyendo pero no limitado a Costa Rica, Japón, China continental, Nueva Zelanda, Taiwán, Tailandia y ESTADOS Unidos1.

Las técnicas de renderizado de imágenes en radiología utilizan algoritmos informáticos para transformar números en información sobre el tejido. Por ejemplo, la densidad radiológica se expresa en rayos X convencionales y TC. La gran cantidad de datos volumétricos se almacena en el formato Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Las imágenes CT se pueden utilizar para producir datos de voxel isotrópicos utilizando la representación de imágenes bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D) en una estación de trabajo 3D de postprocesamiento para visualización de alta resolución18,,19. Los datos cuantitativos y los resultados se asignan para transformar imágenes axiales adquiridas en serie en imágenes 3D con parámetros de escala de grises o de color19,,20,,21. Elegir un método de visualización de datos adecuado a partir de diversas técnicas de renderizado es un determinante técnico esencial de la calidad de visualización, que afecta significativamente al análisis e interpretación de los hallazgos radiológicos21. Esto es particularmente crítico para el trabajo de varado que involucra al personal sin ningún tipo de formación radiológica, que necesita entender los resultados en diferentes circunstancias17. El objetivo de implementar estas técnicas de renderizado de imágenes es mejorar la calidad en la visualización de detalles anatómicos, relaciones y hallazgos clínicos, lo que aumenta el valor diagnóstico de la imagen y permite una interpretación eficaz de las regiones definidas de interés17,,19,,22,,23,,24,,25.

Aunque las imágenes primarias de TC/RM axial contienen la mayoría de la información, pueden limitar el diagnóstico o la documentación precisa de las patologías, ya que las estructuras no se pueden ver en varios planos ortogonales. La reforma de la imagen en otros planos alineados anatómicamente permite la visualización de las relaciones estructurales desde otra perspectiva sin tener que cambiar la posición del cuerpo26. Como los datos de anatomía médica y patología forense son predominantemente de naturaleza 3D, las imágenes PMCT codificadas por colores y las imágenes reconstruidas en 3D se prefieren a imágenes en escala de grises e imágenes de cortes 2D en vista de una mejor comprensión e idoneidad para las adjudicaciones de salas de audiencia27,,28. Con los avances en la tecnología PMCT, se ha planteado12,,29la exploración de la visualización (es decir, la creación e interpretación de la imagen 2D y 3D) en la investigación de PM de cetáceo. Diversas técnicas de renderizado volumétrico en la estación de trabajo de radiología permiten a los radiólogos, técnicos, médicos de referencia (por ejemplo, veterinarios y científicos de mamíferos marinos), e incluso laicos (por ejemplo, el personal de respuesta de varado, funcionarios gubernamentales y público en general) visualizar y estudiar las regiones de interés. Sin embargo, la elección de una técnica adecuada y la confusión de la terminología siguen siendo un problema importante. Es necesario comprender el concepto básico, las fortalezas y limitaciones de las técnicas comunes, ya que influiría significativamente en el valor diagnóstico y la interpretación de los hallazgos radiológicos. El uso indebido de técnicas puede generar imágenes engañosas (por ejemplo, imágenes que tienen distorsiones, errores de procesamiento, ruidos de reconstrucción o artefactos) y conducir a un diagnóstico incorrecto30.

El presente estudio tiene como objetivo evaluar 8 técnicas esenciales de renderizado de imágenes en PMCT que se utilizaron para identificar la mayoría de los hallazgos del PM en cetáceos varados en aguas de Hong Kong. Se proporcionan descripciones y ejemplos prácticos de cada técnica para guiar a radiólogos, médicos y veterinarios de todo el mundo a través del ámbito a menudo difícil y complicado de la representación y revisión de imágenes PMCT para la evaluación de la salud biológica y el perfil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOTA: En el marco del programa de respuesta de trenzado de ceca para el cecaceo de Hong Kong, los cetáceos varados fueron examinados rutinariamente por el PMCT. Los autores se encargaron del escaneo de virtopsy, postprocesamiento de datos (por ejemplo, reconstrucción y representación de imágenes), interpretación de datos e informes virtopsy1. Esta tecnología avanzada hace hincapié en los hallazgos atentos y da información sobre la investigación inicial de los hallazgos de PM antes de la necropsia convencional (https://www.facebook.com/aquanimallab).

1. Preparación de datos

  1. Exporte los conjuntos de datos CT adquiridos en formato DICOM 3.0. Copie la carpeta DICOM en el ordenador (por ejemplo, escritorio).
  2. Abra un visor DICOM gratuito o comercial. Los siguientes pasos se basan en la estación de trabajo TeraRecon Aquarius iNtuition (versión 4.4.12).
  3. Haga doble clic en el icono del icono de Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi). Escriba el nombre de usuario, la contraseña y el nombre del servidor en los campos adecuados. Haga clic en el botón Iniciar sesión.
    NOTA: Asegúrese de que el campo de nombre del servidor tiene la dirección IP del servidor correcta.
  4. Haga clic en Importar en los botones de la herramienta de administración de datos y seleccione la carpeta DICOM que desea importar. Haga clic en el icono Actualizar para renovar la lista de estudio después de que el estado de importación alcance el 100%.
  5. Para ver los conjuntos de datos, seleccione 1 o varias series de TC en la Lista de pacientes haciendo doble clic con el botón izquierdo del 200 de la serie.
  6. Después de cargar la serie designada, haga clic en el botón Diseño de ventana para la interfaz de visualización 2x2, que muestra un diseño predeterminado 2x2, una imagen renderizada en volumen 3D (panel superior derecho) y 3 imágenes MPR en vista axial (panel superior izquierdo), vista coronal (panel inferior izquierdo), vista sagital (panel inferior derecho), dando diferentes orientaciones.
  7. Evalúe a fondo los conjuntos de datos virtopsy utilizando diferentes técnicas de representación de imágenes proporcionadas.

2. Reconstrucción multiplanar (MPR)

  1. Muestre el MPR predeterminado desde la vista axial (panel superior izquierdo), la vista coronal (panel inferior izquierdo) y la vista sagital (panel inferior derecho) después de cargar la serie. Cambie el modo de renderizado a MPR haciendo clic con el botón derecho en la imagen y seleccione MPR o haga clic en MPR en la mini-barra de herramientas del modo de renderización.
  2. Evalúe los datasets virtopsy desde la primera imagen hasta la última imagen utilizando la vista axial, seguida de vistas coronales y sagitales, con la ayuda de las siguientes funciones: Haga clic en Sector, haga clic con el botón izquierdo del ratón y arrastre el ratón para ver y ajustar la imagen CT por sector.
  3. Haga clic en Panorámica, haga clic con el botón izquierdo del ratón y arrastre el ratón para ajustar la ubicación de la imagen dentro del panel.
  4. Haga clic en Zoom, haga clic con el botón izquierdo del ratón y arrastre el ratón para ampliar o minimizar la imagen.
  5. Seleccione la ventana/niveles predefinidos apropiados haciendo clic en Abd 1 (ancho de la ventana: 350, nivel de ventana: 75), Abd 2 (ancho de ventana: 250, nivel de ventana: 40), cabeza (ancho de ventana: 100, nivel de ventana: 45), pulmón (ancho de ventana: 1500, nivel de ventana: -700), hueso (ancho de ventana: 2200, nivel de ventana: 200) en la barra de herramientas de ventana/nivel,dependiendo de las regiones de interés.
  6. Haga clic en Ventana/Nivel (W/L), haga clic con el botón izquierdo del ratón y arrastre el ratón para ajustar manualmente el ancho de la ventana y el nivel de ventana del sector CT.
  7. Haga clic en Rotar, haga clic con el botón izquierdo del ratón y arrastre el ratón para rotar las imágenes MPR.
  8. Mantenga pulsado el botón izquierdo del ratón en el centro de MPR Crosshairs para ajustar simultáneamente las regiones de interés y los sectores en 3 imágenes MPR.
    NOTA: Hay modos de ratón para las 4 funciones principales de rotaciones, panorámica, zoom y cambios de ventana/nivel proporcionados por AQi para facilitar el proceso de visualización. Para ver los métodos abreviados de teclado, consulte la Tabla 1.

3. Reforma plana curvada (RCP)

  1. Decida la región de interés anatómico. Mantenga pulsado el botón izquierdo del ratón en el centro del punto de mira MPR a la región de interés en particular.
  2. Vea el MPR desde 3 vistas diferentes. Asegúrese de que el punto de mira MPR se coloca en una ubicación correcta. Ajuste el punto de mira MPR si no lo está.
  3. Seleccione 1 panel de visualización de vistas axiales, coronales y sagitales como panel de estudio, por ejemplo, con el objetivo de ver la aleta desde una vista axial.
  4. Dependiendo del panel de estudio, ajuste la línea extendida de punto de mira MPR (por ejemplo, color azul) desde la vista coronal perpendicularmente a la región de interés haciendo clic con el botón izquierdo del ratón en el punto de rotación de la línea extendida.
  5. Ajuste otra línea extendida (por ejemplo, color rojo) de la cruz MPR desde la vista sagital paralela a la región de interés haciendo clic izquierdo con el botón del ratón en el punto de rotación dela línea extendida.
  6. Observe la vista axial para comprobar si la región de interés se ha ajustado correctamente. Ajuste las líneas extendidas si no lo es. Evalúe los datasets virtopsy utilizando las 4 funciones principales de rotación, panorámica, zoom y cambios de ventana/nivel.
    NOTA: Hay 3 líneas extendidas de color de punto de mira MPR (verde, rojo y azul), que representan diferentes alineaciones del plano MPR (Figura 2).

4. Proyección de intensidad máxima (MIP)

  1. Cambie el modo de renderizado a MIP haciendo clic con el botón derecho en la imagen y seleccionando MIP o haciendo clic en MIP en la mini-barra de herramientas del modo de renderización.
  2. Ajuste el grosor de la losa en la esquina superior derecha (mínimo: 1 mm, máximo: 500 mm) haciendo clic en la anotación verde y seleccione un nuevo grosor para visualizar las regiones de interés, por ejemplo, el árbol bronquial en el pulmón.
  3. Evalúe los datasets virtopsy utilizando las 4 funciones principales de rotación, panorámica, zoom y cambios de ventana/nivel.

5. Proyección de intensidad mínima (MinIP)

  1. Cambie el modo de representación a MIP haciendo clic con el botón derecho en la imagen y seleccionando MinIP o haciendo clic en MinIP en la minibarra de herramientas del modo de renderización.
  2. Ajuste el grosor de la losa en la esquina superior derecha (mínimo: 1 mm, máximo: 500 mm) haciendo clic en la anotación verde y seleccione un nuevo grosor para visualizar las regiones de interés (por ejemplo, el árbol bronquial en el pulmón).
  3. Evalúe los datasets virtopsy utilizando las 4 funciones principales de rotación, panorámica, zoom y cambios de ventana/nivel.

6. Renderizado de volumen directo (DVR)

NOTA: Como 1 de las interfaces 2x2 de la pantalla predeterminada, DVR (panel superior derecho) muestra las imágenes renderizadas en 3D de la carcasa. La configuración predeterminada de la plantilla DVR es AAA (aneurisma aórtico abdominal; ancho de la ventana: 530, nivel de ventana: 385), dando una estructura esquelética bruta de la carcasa.

  1. Ajuste automáticamente la configuración de ventanas haciendo clic en Plantilla bajo el Visor y seleccione la plantilla DE DVR adecuada, por ejemplo, Gris 10% (ancho de la ventana: 442, nivel de ventana: 115), Fractura (ancho de la ventana: 2228, nivel de ventana: 1414) si es necesario.
  2. Haga clic en Ventana/Nivel (W/L), haga clic con el botón izquierdo del ratón y arrastre el ratón para ajustar manualmente el ancho de la ventana y el nivel de la ventana del sector CT, dando una capa externa (por ejemplo, superficie epidérmica) a la capa interna (porejemplo, estructura interna).
  3. Utilice las 4 funciones principales de rotación, panorámica, zoom y cambios de ventana/nivel para realizar correcciones adicionales.
    NOTA: Todas las plantillas DVR proporcionadas por AQi están orientadas clínicamente humanas, no designadas para la toma de imágenes PM de cetáceos.

7. Segmentación y edición de la región de interés (ROI)

  1. Segmente el sector de imagen CT con 3 herramientas diferentes, la herramienta Vista de losa y cubo,la herramienta De roi librey la herramienta de crecimiento de regiones dinámicas.
  2. Para la herramienta Vista de losa y cubo, haga clic en Losa en Herramienta, dando una línea de visualización paralela. Ajuste la ubicación de la losa reubicando el punto de mira MPR de las vistas MPR correspondientes. Cambiar el espesor de la losa (mínimo: 1 mm, máximo: 500 mm) a través de la barra de espesor de losa,lo que resulta en una segmentación de imágenes renderizadas 3D de la carcasa.
  3. Para la herramienta DE RETORNO de roi libre, haga clic en FreeRO en Herramienta. Mantenga pulsada la tecla Mayús en el teclado y utilice Dibujar curva libre en MPR, Dibujar círculo en MPR o Dibujar esfera en MPR para excluir/incluir la región de interés de las vistas MPR y DVR.
  4. En Herramienta de crecimiento de región dinámica, haga clic en Región en Herramienta. Mantenga pulsada la tecla Mayús del teclado, mantenga pulsado el botón izquierdo del ratón y desplácese por el botón central del ratón (desplazamiento hacia arriba: aumente la región de selección, desplácese hacia abajo: reduzca la región de selección), dando una región resaltada. Haga clic en Excluir para eliminar la región. Haga clic en Incluir para conservar la región.

8. Funciones de transferencia (TF)

  1. Haga clic en Configuración 3D en Visor, seleccione Copiar para crear un nuevo modelo reconstruido 3D.
  2. En el nuevo modelo reconstruido 3D, haga clic en FreeRO o región en Herramienta. Mantenga pulsada la tecla Mayús del teclado, utilice 3D VR para incluir la región de interés y, a continuación, haga clic en Seleccionar.
  3. Configure los ajustes 3D, incluidos W/L Slider, W/L Text-input Boxes, VR Pull-down Menu, Opacity Slider (mínimo: 0, máximo: 1), Opacity Text-input Boxy HU Range Color Slider en 3D Setting.
  4. Haga clic con el botón derecho en 1 de los controles deslizantes en la barra deslizante de color para cambiar el color del DVR. Seleccione Cambiar color y defina un color personalizado en la paleta de colores si es necesario.

9. Representación de volumen de perspectiva (PVR)

  1. Para iniciar el módulo Flythrough, haga clic con el botón derecho en la serie seleccionada y seleccione Flythrough en el menú contextual.
  2. Elija el Asistente para preferencias de estilo de lectura 3D principal de lectura para la selección de vista principal. Haga clic en el diseño de la pantalla 2x2 y OK, lo que resulta en un RVR automáticamente, por ejemplo, dos puntos. Asegúrese de que la región de interés está seleccionada.
  3. Cree una ruta de vuelo colocando los puntos de inicio y fin de control dibujando un trazado. Corrija la ruta haciendo clic en el botón de opción Editar conexión/Editar ruta en el panel de herramientas si hay un trazado roto o una estructura que falta, editando los puntos de control para obtener secciones más suaves de la curva o corregir problemas. Cree nuevos puntos de control haciendo clic en la ruta de vuelo. Una vez que la ruta de vuelo sea correcta, haga clic en Aceptar.
  4. Vea la ventana Flythrough que se muestra, que muestra una ventana desplegable principal, vistas MPR y vista plana.
  5. Utilice Herramientas cine haciendo clic en el Panel de herramientas situado en el lado derecho de la pantalla para evaluar la estructura luminal. Ajuste la velocidad y la dirección del flythrough usando Fly backward, Pause, Fly Forward, Slow down flythrough y Speed up flythrough bajo las herramientas Cine.

10. Evaluación de datos

  1. Llevar a cabo una evaluación de la virtopsía sistemáticamente de la cabeza a la cola. Generalmente es dentro de 30 minutos, actuando como una referencia a los veterinarios guía para la necropsía posterior.
  2. Después de la necropsía, comparar los hallazgos de la virtopsía y los hallazgos de la necropsa. Sobre la base del informe del sitio, la virtopsía, la necropsia y el análisis de muestras (por ejemplo, histopatología y microbiología), concluye la investigación de PM sobre la salud biológica y el perfil del cetáceo varado.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De enero de 2014 a mayo de 2020, un total de 193 cetáceos que quedaron varados en aguas de Hong Kong fueron examinados por PMCT, incluyendo 42 delfines jorobados del Indo-Pacífico (Sousa chinensis), 130 marsopas sin fin indopacíficos (Neophocaena phocaenoides) y 21 otras especies. Se realizó una exploración de todo el cuerpo en 136 cadáveres, mientras que 57 fueron escaneos parciales en cráneos y aletas. Las características anatómicas y las patologías comúnmente observadas se ilustraron con las 8 técnicas de renderizado de imágenes para la evaluación de la salud biológica y el perfil de los cetáceos varados.

Figure 1
Figura 1: Función MPR que muestra un delfín jorobado Indo-Pacífico fallecido en vistas sagitales (A) axiales, (B) reconstruidas, (C) reconstruidas y (D) reconstruidas. Las mediciones de área del espacio atlanto-occipital se muestran en el plano axial. Se muestran mediciones lineales del tubérculo ventral a los márgenes exteriores del cóndilo occipital (coronal), arco basión-dorsal y arco opistáximo-ventral (sagittal) para el diagnóstico de la disociación atlanto-occipital. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Función de RCP que muestra estructuras curvas en la aleta de una marsopa sin aleta Indo-Pacífico fallecida en vista plana. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Función MIP que destaca los nódulos pulmonares hiperatenuados (puntos blancos intensos) en ambos pulmones de una marsopa indopacífico sin aletas fallecida. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Función MinIP que destaca las estructuras hiperatenuadas llenas de gas, es decir, los árboles traqueobronquiales en ambos pulmones de una marsopa sin aleta indopacífico fallecida. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Función DVR que muestra diferentes componentes de una marsopa sin aleta Indo-Pacífico fallecida. (A) Las vasculaturas superpuestas con el sistema esquelético son resaltadas por AAA. (B) El sistema respiratorio es resaltado por Lung. (C) El sistema esquelético que incluye las placas físicas vertebrales se destaca por Hueso más Placa. (D) Los huesos de oído hiperatentados y los anzuelos de pescado son resaltados por Hardware. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Función de edición de ROI que muestra una marsopa indopacífico indopacífico (A) fallecida con el sofá CT y (B) con el sofá CT eliminado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7: Función TF que muestra diferentes componentes de una marsopa indopacífico indopacífico fallecida. La arena en un saco de aire se resalta en cian. El contenido estomacal se resalta en verde. Una lesión parasitaria de mastitis granulomatosa se resalta en rojo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 8
Figura 8: Función PVR que demuestra una broncoscopia virtual de un delfín jorobado Indo-Pacífico fallecido con la función Flythrough. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Métodos abreviados de teclado del software para diferentes funciones de postprocesamiento de imagen. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Para la visualización clara de conjuntos de datos virtopsy, 8 técnicas de renderizado de imágenes, que consisten en renderizado 2D y 3D, se aplicaron rutinariamente a cada canal varado para la investigación de PM de su salud biológica y perfil. Estas técnicas de renderizado incluyeron MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, segmentación, TF y PVR. Diversas técnicas de renderizado se utilizan de forma complementaria junto con el ajuste de ventanas. También se describen los conceptos de cada técnica de reforma de imagen y ventajas.

Reconstrucción multiplanar (MPR)
MPR es el proceso de creación de imágenes 2D no axiales, incluyendo la imagen de plano oblicuo anatómicamente alineada24,30, que no se adquiere directamente durante la adquisición en un plano axial. Esta técnica de renderizado 2D dominante es especialmente útil en la evaluación de cualquier estructura anatómica intacta o patología en el plano requerido con imágenes de alta calidad31,,32. Con la ayuda de MRP, las investigaciones de PM de cetáceos de todo el cuerpo, ortopédicas y neurológicas/espinas se realizaron rutinariamente en 3 direcciones simultáneamente, lo que mejoró significativamente la precisión de los hallazgos (Figura 1). A través de la observación exhaustiva de los 3 planos, se reduce la tasa de error de las patologías de minutos erróneas. Además, MPR también admite la medición lineal y de área en el plano axial, coronal y sagital. Sin embargo, depende del operador y requiere suficiente conocimiento anatómico para identificar tanto las estructuras normales como las condiciones patológicas, que evitan la interpretación errónea de las imágenes renderizadas.

Reforma plana curvada (RCP)
La RCP también se denomina MPR curvo. A pesar de ser tratado como MRP en algunas literaturas vistas entre pares, la RCP es una técnica de representación 2D distinta. Utilizando imágenes isotrópicas que alinean el eje largo del plano de imagen con una estructura anatómica seleccionada, las imágenes 2D se reformatean sin pérdida de calidad de imagen18,,24. Esto permite al operador definir manualmente una ruta de línea constructiva para una reconstrucción curva dentro del dataset volumétrico. Esto es particularmente crucial cuando el sujeto no puede colocarse en una posición anatómica verdadera o relativamente verdadera en referencia a los detectores PMCT (es decir, verdadera imagen coronal/sagital/axial reconstruida), especialmente para canales congelados o momificados. La alineación de estructuras complicadas, tortuosas o calcificadas es necesaria para obtener una imagen más simétrica para el diagnóstico. Debido a sus características flexibles de aplanamiento y distorsión, la interpretación errónea se puede inducir fácilmente. El operador debe recordar claramente la posición y la forma de las estructuras anatómicas de interés. Las aletas son 1 de las partes más difíciles del cuerpo para obtener una verdadera posición anatómica, ya que están curvadas hacia los flancos del cuerpo, a menos que se resecen antes de la exploración PMCT. Con la utilización de RCP, la mayoría de las características anatómicas en las aletas se demostraron en 1 plano y para la estimación de la edad esquelética (Figura 2).

Proyección de intensidad máxima (MIP)
MIP proyecta solo el valor de atenuación más alto en cada píxel de los datasets volumétricos a la vista del espectador32 y selecciona el vóxel con la intensidad máxima como el valor del píxel de visualización18correspondiente. Originalmente, esta técnica se reconoce para evaluar el material osteológico, los implantes metálicos y las estructuras llenas de contraste para la angiografía por TC en radiología clínica antemortem17,,33. Debido a la descomposición de estructuras y órganos internos, y la ausencia de perfusión de sangre en cadáveres varados, la adopción de MIP en la evaluación de las estructuras llenas de contraste para la angiografía por TC se vuelve muy difícil en la virtopsía. Sin embargo, el MIP todavía tiene un carácter dominante en el examen de materiales osteológicos, cuerpos extraños (por ejemplo, bolo alimentario, restos de peces, piedra, enredo metálico) y calcificaciones dentro de los tejidos blandos, así como estructuras altamente atenuadas, estrechas y llenas de sangre o agua, como las principales arterias y venas. A través del ajuste del espesor de losa (es decir, el grosor de la imagen para la reconstrucción de datos) subjetivo al tamaño del objetivo evaluado, se podría enfatizar la visualización de las lesiones. Por ejemplo, utilizando diferentes losas delgadas deslizantes34, la identificación de pequeños nódulos pulmonares en los pulmones colapsados de una canal trenzada se mejoró intensamente, ya que MIP hizo hincapié en estos minutos de motas hiperateuadas, lo que evidenciaba la presencia de consolidación pulmonar y neumonía parasitaria (Figura 3).

Proyección de intensidad mínima (MinIP)
A diferencia de MIP, MinIP proyecta sólo el valor de atenuación más bajo encontrado a lo largo de un rayo pasar a través de un volumen hacia la vista del espectador dentro de un volumen18,,24. Aunque MinIP no se utiliza comúnmente en la radiología clínica24, esta técnica todavía sirvió como una excelente herramienta de visualización en estructuras hipoatentadas y estructuras llenas de gas, como el tracto respiratorio y gastrointestinal. El examen de la morfología y las anomalías parénquimales pulmonares, comenzó desde el orificio hasta el árbol traqueobronquial, en los cetáceos varados se mejoraron significativamente (Figura 4). Al igual que el MIP, se debe tomar un control adicional sobre el espesor de la losa, sujeto a las patologías examinadas, para generar una imagen más distinguible35,ya que el espesor de la losa es fundamental para determinar la distinción de las estructuras presentadas en las estructuras estudiadas.

Renderizado directo de volumen (DVR)
DVR es un algoritmo que convierte todo un conjunto de imágenes 3D en imágenes 2D directamente sin descartar ninguna información18. La imagen 2D mostrada final se crea en función de sus unidades Hounsfield asignando a cada voxel en la imagen un color específico y un valor de opacidad junto con otros vóxeles en el mismo rayo de proyección. Como oposición a la creación de una representación intermedia (por ejemplo, un modelo de superficie extraído mediante una herramienta de eliminación de tejidos blandos), las condiciones internas y externas de una carcasa trenzada en todas las profundidades con el método 3D se pueden examinar a la vez, sin oscurecerse entre sí. Esta técnica de renderizado 3D fue una herramienta rápida, versátil e interactiva para una evaluación de carcasa de todo el cuerpo desde cualquier ángulo. Se pudieron identificar lesiones óseas, fracturas complejas, fragmentación del cuerpo y cuerpos extraños causados por la interacción humana (por ejemplo, lesiones traumáticas causadas por colisiones de buques y pesquerías)(Figura 5). El desafío de DVR es que el operador necesita ajustar los parámetros de renderizado, es decir,la opacidad y el brillo, para mostrar la vasculatura con mayor precisión21,36.

Edición de segmentación y región de interés (ROI)
Las estructuras irrelevantes, los objetos (por ejemplo, la bolsa del cuerpo y el sofá CT) y los artefactos (por ejemplo, cremalleras metálicas) que se muestran en el modelo DVR pueden degradar la calidad de la imagen y el diagnóstico radiológico oscuro. Para ilustrar ciertas áreas de la anatomía o la patología de una mejor manera, la segmentación se utiliza para incluir o excluir datos volumétricos seleccionados en imágenes 2D o 3D18,,24. Aunque los programas automatizados de segmentación están disponibles, la segmentación manual que requiere un alto reconocimiento y delineación de tejidos por parte del operador se realizó en la mayoría de las circunstancias para ayudar a la identificación de hallazgos radiológicos en el DVR de canales trenzados. La edición de ROI fue la herramienta de segmentación más común utilizada en el presente estudio, que permitió al operador incluir o excluir una región de interés manualmente dibujando una forma rectangular, elíptica u otra forma para definir el límite espacial preciso del destino (Figura 6). Al igual que las plantillas DVR proporcionadas en la estación de trabajo 3D, la segmentación automatizada se basa en las reglas de conexión y umbral, y se somete a radiología clínica, que en su mayoría no era adecuada para este estudio, excepto para la función de eliminación automática de hueso corporal.

Funciones de transferencia (TF)
TF es un algoritmo para controlar el umbral de opacidad, brillo y color del volumen seleccionado18,,24. Esta herramienta permite al operador revelar selectivamente las estructuras relevantes en el modelo DVR, seleccionando el valor de umbral, rango y forma, para servir a diferentes propósitos en la región definida. Por ejemplo, la elección de un umbral de opacidad inferior elimina los tejidos blandos externos de baja opacidad (piel y grasa) y oscurece el contenido abdominal, mientras que un umbral de opacidad alto mantiene objetos opacos altos (por ejemplo, hueso, calcio y materiales de contraste excretados); cambiar el color, el brillo y la escala de contraste resalta la región de interés y hace que la apariencia del modelo DVR se vea diferente. Estos controles dan una mejor elucidación y una diferenciación más rápida de las estructuras en función de su atenuación. Sin embargo, estos son vulnerables a la variabilidad de interobservador y dependen del dominio del operador en la optimización de los parámetros de representación21. Con la contribución de la segmentación y el TF, la relación de los tejidos, órganos y cuerpos extraños expuestos en los canales escaneados fue bien clasificada (Figura 7). Se demostraron hallazgos preliminares rápidos y claros sobre cetáceos varados en el modelo DVR editado, que dio a los veterinarios y al personal de respuesta de varado una visión general sobre la condición interna y externa, así como los resultados iniciales de la investigación de PM, y facilitó la posterior necropsia convencional.

Representación de volumen de perspectiva (PVR)
PvR, también llamado imágenes endoluminales o renderizado inmersivo, se aplica principalmente a estructuras que contienen aire como tráquea, colon, esófago y arterias. Permite al operador visualizar las condiciones internas del lumen mediante navegación virtual35. El operador designa el punto inicial, el punto final y un trazado de línea constructiva por el que volar. Al mostrar una animación de vuelo a través de la estructura, las relaciones entre las estructuras anatómicas y las anomalías endoluminales como pólipos o crecimientos cancerosos en las paredes se pueden identificar como en una endoscopia virtual no invasiva19. Las imágenes MPR correspondientes mostradas junto permiten la revisión simultánea de lesiones particulares37,38. Al extender PVR más allá del lumen, las estructuras extraluminales adyacentes también se pueden visualizar24. En el presente estudio, PVR sólo se aplicaba a las canales frescas con estructuras no colapsadas, lo que permitía la reconstrucción de la vista endoluminal (Figura 8).

En la presente visión general de las técnicas de renderizado, sólo se describieron 8 técnicas comúnmente utilizadas en la virtopsía rutinaria de cetáceos varados, mientras que otras fueron discutidas debido a su limitada utilidad. Las técnicas mencionadas también podrían dar una idea y aplicarse a otros animales en general. En radiología clínica, hay muchas otras técnicas de renderizado y plantillas DVR, construidas sobre algoritmos basados en umbrales con valores preestablecidos de opacidad, brillo, iluminación, escala de calor, nivel de ventana y ancho de ventana, proporcionados en la mayoría de las estaciones de trabajo 3D. Estos están diseñados para enfatizar la ilustración de diferentes tipos de tejidos y partes del cuerpo para exámenes especiales, por ejemplo, contraste vascular, vías respiratorias, estómago o trombo18,,24,,31. Sin embargo, en el caso de las canales varadas, hay acumulación de gas causada por la descomposición sin perfusión de órganos. La mayoría de los ajustes preestablecidos de DVR de la tc clínica, especialmente la angiografía por TC, requieren inyección de contraste y, por lo tanto, no se pudieron aplicar en el presente estudio. Las plantillas DVR autodiseñadas combinadas con modelos DVR individuales o múltiples para la investigación de PM de cetáceos podrían establecerse después de la estandarización de los algoritmos basados en umbrales en términos de especies y su nivel de descomposición. Sin embargo, sobre la base de nuestra experiencia, las 8 técnicas de renderizado enumeradas fueron capaces de identificar la mayoría de los hallazgos del PM en cetáceos varados, y fueron suficientes para investigar su salud biológica y su perfil.

La preparación y el escaneo de canales es fundamental para el posterior postprocesamiento y visualización de datos virtopsy. El funcionamiento de una máquina de TC, una unidad radiológica ionizante, debe ser realizado por un técnico radiológico certificado o un médico de conformidad con la ley. Aunque los sujetos escaneados eran canales, la dosis de radiación debe mantenerse tan baja como sea razonablemente alcanzable. El control de los parámetros de escaneo, especialmente el grosor de la rebanada, influiría en gran medida en la precisión de los planos coronales y sagitales reconstruidos. Además, la reducción del grosor de la rebanada por TC permite un diagnóstico más preciso. Por ejemplo, la adquisición de imágenes de PMCT con un grosor de 3 mm puede descuidar un granuloma parásito de 1 x 1 x 1 mm, comúnmente observado en las glándulas mamarias de cetáceos varados. Para evitar perderse cualquier hallazgo y mejorar la resolución de la representación 2D y 3D, se utilizó un protocolo de escaneo estandarizado. El espesor de la rebanada se controló a 1 mm, y hasta 0,625 mm siempre que sea posible, que es el espesor mínimo de corte disponible para la máquina de TC utilizada.

Una adecuada visualización y manipulación del postprocesamiento de conjuntos de datos vitopsy requiere una comprensión clara de los principios y escollos de las técnicas de representación comunes utilizadas para la investigación del PM de cetáceo, por ejemplo, la identificación de la fuerza y la debilidad entre las técnicas21. La elección de las técnicas de renderizado depende de las estructuras anatómicas y de las patologías subyacentes que se van a ilustrar, no existe una sola técnica que pueda reconocer exhaustivamente todos los hallazgos del PM. Conocer los pros y los contras y elegir las técnicas de renderizado adecuadas puede aumentar la calidad de imagen y la interpretación de los conjuntos de datos virtopsy, lo que ayuda a obtener un diagnóstico correcto. Revisar cuidadosamente los conjuntos de datos vitopsy y correlacionarlos con otras técnicas puede evitar el posible error de renderización y segmentación18. Aún así, el juicio y el diagnóstico final deben ser realizados por radiólogos veterinarios o médicos radiológicos certificados y con experiencia para reportar hallazgos de virtopsía.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Los autores desean dar las gracias al Departamento de Agricultura, Pesca y Conservación del Gobierno de la Región Administrativa Especial de Hong Kong por el apoyo continuo en este proyecto. También se extiende una apreciación sincera a los veterinarios, el personal y los voluntarios del Laboratorio de Virtopsía de Animales Acuáticos, la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, Ocean Park Conservation Foundation Hong Kong y Ocean Park Hong Kong por rendir un gran esfuerzo en la respuesta de varado en este proyecto. Se debe especial gratitud a los técnicos del Centro Médico Veterinario de la Ciudad y del Centro de Imágenes Veterinarias de Hong Kong por operar las unidades de TC y RMN para el presente estudio. Las opiniones, hallazgos, conclusiones o recomendaciones expresadas en el presente documento no reflejan necesariamente las opiniones del Fondo de Mejora de la Ecología Marina o del Fideicomisario. Este proyecto fue financiado por el Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong (Número de Subvención: UGC/FDS17/M07/14), y el Fondo de Mejora de la Ecología Marina (número de becas: MEEF2017014, MEEF2017014A, MEEF2019010 y MEEF2019010A), Fondo de Mejora de la Ecología Marina, Fideicomisario limitado de ecología marina y fondos de mejora de la pesca. Agradecimiento especial a la Dra. María José Robles Malagamba por la edición en inglés de este manuscrito.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aquarius iNtuition workstation TeraRecon Inc NA
Siemens 64-row multi-slice spiral CT scanner Somatom go.Up Siemens Healthineers NA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W., Chung, T. Y. T., Chan, D. K. P. Virtopsy as a revolutionary tool for cetacean stranding programs: Implementation and management. Frontiers in Marine Sciences. , (2020).
  2. Jacobsen, C., Bech, B. H., Lynnerup, N. A comparative study of cranial, blunt trauma fractures as seen at medicolegal autopsy and by computed tomography. BMC Medical Imaging. 9 (18), 1-9 (2009).
  3. Jacobsen, C., Lynnerup, N. Craniocerebral trauma--congruence between post-mortem computed tomography diagnoses and autopsy results: a 2-year retrospective study. Forensic Science International. 194 (1-3), 9-14 (2010).
  4. Plattner, T., et al. Virtopsy-postmortem multislice computed tomography (MSCT) and magnetic resonance imaging (MRI) in a fatal scuba diving incident. Journal of Forensic Sciences. 48 (6), 1347-1355 (2003).
  5. Jackowski, C., et al. Visualization and quantification of air embolism structure by processing postmortem MSCT data. Journal of Forensic Sciences. 49 (6), 1339-1342 (2004).
  6. Aghayev, E., et al. Pneumomediastinum and soft tissue emphysema of the neck in postmortem CT and MRI; a new vital sign in hanging. Forensic Science International. 153 (2-3), 181-188 (2005).
  7. Jackowski, C., Persson, A., Thali, M. J. Whole Body Postmortem Angiography with a High Viscosity Contrast Agent Solution Using Poly Ethylene Glycol as Contrast Agent Dissolver. Journal of Forensic Sciences. 53 (2), 465-468 (2008).
  8. Jackowski, C., et al. Virtopsy: postmortem minimally invasive angiography using cross section techniques - implementation and preliminary results. Journal of Forensic Sciences. 50 (5), 1175-1186 (2005).
  9. Grabherr, S., et al. Postmortem CT angiography compared with autopsy: a forensic multicenter study. Radiology. 288 (1), 270-276 (2018).
  10. Yuen, A. H. L., Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W. Accuracy and reliability of cetacean cranial measurements using computed tomography three dimensional volume rendered images. PloS one. 12 (3), 0174215 (2017).
  11. Kot, B. C. W., Chan, D. K. P., Yuen, A. H. L., Tsui, H. C. L. Diagnosis of atlanto-occipital dissociation: Standardised measurements of normal craniocervical relationship in finless porpoises (genus Neophocaena) using postmortem computed tomography. Scientific Reports. 8, 8474 (2018).
  12. Chan, D. K. P., Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W. Database documentation of marine mammal stranding and mortality: current status review and future prospects. Diseases of Aquatic Organisms. 126 (3), 247-256 (2017).
  13. Chan, D. K. P., Kot, B. C. W. Cetaceans postmortem multimedia analysis platform (CPMAP): pilot web-accessed database of a virtopsy-driven stranding response program in the Hong Kong waters. Proceedings of International Association for Aquatic Animal Medicine 48th Annual Conference, Cancun, MEX. , (2017).
  14. Hamel, P. E. S., et al. 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). Journal of Zoo and Wildlife Medicine. 51 (2), 448-454 (2020).
  15. Weisbrod, T. C., Walsh, M. T., Marquardt, S., Giglio, R. F. Computed tomography diagnosis of pneumothorax and cardiac foreign body secondary to stingray injury in a bottlenose dolphin (Tursiops truncatus). Aquatic Mammals. 46 (3), 326-330 (2020).
  16. Kot, B. C. W., Tsui, H. C. L., Chung, T. Y. T., Lau, A. P. Y. Postmortem neuroimaging of cetacean brains using computed tomography and magnetic resonance imaging. Frontiers in Marine Science. , (2020).
  17. Lundström, C., et al. State-of-the-art of visualization in post-mortem imaging. Acta Pathologica, Microbiologica, et Immunologica Scandinavica. 120 (4), 316-326 (2012).
  18. Lipson, S. A. MDCT and 3D Workstations. , Springer. (2006).
  19. Perandini, S., Faccioli, N., Zaccarella, A., Re, T. J., Mucelli, R. P. The diagnostic contribution of CT volumetric rendering techniques in routine practice. Indian Journal of Radiology and Imaging. 20 (2), 92-97 (2010).
  20. Pavone, P., Luccichenti, G., Cademartiri, F. From maximum intensity projection to volume rendering. Seminars in Ultrasound, CT and MRI. 22 (5), 413-419 (2001).
  21. Fishman, E. K., et al. Volume rendering versus maximum intensity projection in CT angiography: what works best, when, and why. RadioGraphics. 26 (3), 905-922 (2006).
  22. Udupa, J. K. Three-dimensional visualization and analysis methodologies: a current perspective. RadioGraphics. 19 (3), 783-806 (1999).
  23. Thali, M. J., et al. a new imaging horizon in forensic pathology: virtual autopsy by postmortem multislice computed tomography (MSCT) and magnetic resonance imaging (MRI) - a feasibility study. Journal of Forensic Sciences. 48 (2), 386-403 (2003).
  24. Dalrymple, N. C., Prasad, S. R., Freckleton, M. W., Chintapalli, K. N. Informatics in radiology (infoRAD): introduction to the language of three-dimensional imaging with multidetector CT. RadioGraphics. 25 (5), 1409-1428 (2005).
  25. Thali, M. J., et al. Virtopsy - documentation, reconstruction and animation in forensic: individual and real 3D data based geo-metric approach including optical body/object surface and radiological CT/MRI scanning. Journal of Forensic Sciences. 50 (2), 428-442 (2015).
  26. Tsui, H. C. L., Kot, B. C. W. Role of image reformation techniques in postmortem computed tomography imaging of stranded cetaceans. Proceedings of International Association for Aquatic Animal Medicine 47th Annual Conference. , Virginia Beach, VA, USA. (2016).
  27. Ampanozi, G., et al. Format preferences of district attorneys for post-mortem medical imaging reports: understandability, cost effectiveness, and suitability for the courtroom: a questionnaire based study. Legal Medicine (Tokyo). 14 (3), 116 (2012).
  28. Ebert, L. C., et al. Forensic 3D visualization of CT data using cinematic volume rendering: a preliminary study. American Journal of Roentgenology. 208 (2), 233-240 (2017).
  29. Alonso-Farré, J. M., et al. Cross-sectional anatomy, computed tomography and magnetic resonance imaging of the head of common dolphin (Delphinus delphis) and striped dolphin (Stenella Coeruleoalba). Anatomia, Histologia, Embryologia. 44 (1), 13-21 (2015).
  30. Gascho, D., Thali, M. J., Niemann, T. Post-mortem computed tomography: technical principles and recommended parameter settings for high-resolution imaging. Medicine, Science and the Law. 58 (1), 70-83 (2018).
  31. Lee, E. Y., et al. MDCT evaluation of thoracic aortic anomalies in pediatric patients and young adults: comparison of axial, multiplanar, and 3D images. American Journal of Roentgenology. 182 (3), 777-784 (2004).
  32. Errickson, D., Thompson, T. J. U., Rankin, B. W. J. The application of 3D visualization of osteological trauma for the courtroom: a critical review. Journal of Forensic Radiology and Imaging. 2 (3), 132-137 (2014).
  33. Prokop, M., Galanski, M. Spiral and multislice computed tomography of the body. , Thieme Medical Publishers. (2003).
  34. Kawel, N., Seifert, B., Luetolf, M., Boehm, T. Effect of slab thickness on the CT detection of pulmonary nodules: use of sliding thin-slab maximum intensity projection and volume rendering. American Journal of Roentgenology. 192 (5), 1324-1329 (2009).
  35. Vlassenbroek, A. The use of isotropic imaging and computed tomography reconstructions. Comparative Interpretation of CT and Standard Radiography of the Chest, Medical Radiology. , Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. 53-73 (2011).
  36. van Ooijen, P. M., et al. Noninvasive coronary imaging using electron beam CT: surface rendering versus volume rendering. American Journal of Roentgenology. 180 (1), 223-226 (2003).
  37. Remy-Jardin, M., Remy, J., Artaud, D., Fribourg, M., Duhamel, A. Volume rendering of the tracheobronchial tree: clinical evaluation of bronchographic images. Radiology. 208 (3), 761-770 (1998).
  38. Bassett, J. T., Liotta, R. A., Barlow, D., Lee, D., Jensen, D. Colonic perforation during screening CT colonography using automated CO2 insufflation in an asymptomatic adult. Abdominal Imaging. 33 (5), 598-600 (2008).

Tags

Biología Número 163 Representación de imágenes tomografía computarizada postmortem varos cetáceos salud biológica perfil biológico virtopsia medicina veterinaria
Técnicas de renderizado de imágenes en tomografía computarizada postmortem: evaluación de la salud biológica y perfil en cetáceos trenzados
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kot, B. C. W., Chan, D. K. P.,… More

Kot, B. C. W., Chan, D. K. P., Chung, T. Y. T., Tsui, H. C. L. Image Rendering Techniques in Postmortem Computed Tomography: Evaluation of Biological Health and Profile in Stranded Cetaceans. J. Vis. Exp. (163), e61701, doi:10.3791/61701 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter