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Biology

Tecniche di rendering delle immagini nella tomografia computerizzata post-mortem: valutazione della salute biologica e del profilo nei cetacei bloccati

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

Il programma di risposta allo spiaggiamento dei cetacei di Hong Kong ha incorporato la tomografia computerizzata post-mortem, che fornisce preziose informazioni sulla salute biologica e sul profilo degli animali deceduti. Questo studio descrive 8 tecniche di rendering delle immagini che sono essenziali per l'identificazione e la visualizzazione dei risultati post-mortem nei cetacei spiaggiati, che aiuteranno medici, veterinari e personale di risposta allo spiaggiamento in tutto il mondo a utilizzare appieno la modalità radiologica.

Abstract

Con 6 anni di esperienza nell'implementazione abituale della virtopsia nel programma di risposta allo spiaggiamento dei cetacei di Hong Kong, sono state stabilite procedure standardizzate di virtopsia, acquisizione della tomografia computerizzata post-mortem (PMCT), post-elaborazione e valutazione sono state stabilite con successo. In questo programma di risposta allo spiaggiamento della virtopsia dei cetacei pionieri, il PMCT è stato eseguito su 193 cetacei spiaggiati, fornendo risultati post-mortem per aiutare la necropsia e far luce sulla salute biologica e sul profilo degli animali. Questo studio mirava a valutare 8 tecniche di rendering delle immagini in PMCT, tra cui la ricostruzione multipiattaforma, la riforma planare curva, la proiezione di intensità massima, la proiezione dell'intensità minima, il rendering diretto del volume, la segmentazione, la funzione di trasferimento e il rendering del volume prospezionato. Illustrate con esempi pratici, queste tecniche sono state in grado di identificare la maggior parte dei risultati di PM nei cetacei spiaggiati e sono servite come strumento per studiare la loro salute biologica e il loro profilo. Questo studio potrebbe guidare radiologi, medici e veterinari attraverso il regno spesso difficile e complicato del rendering e della revisione delle immagini PMCT.

Introduction

Virtopsy, noto anche come imaging postmortem (PM), è l'esame di una carcassa con modalità di imaging trasversale avanzate, tra cui la tomografia computerizzata post-mortem (PMCT), la risonanza magnetica post-mortem (PMMRI) e l'ultrasonografia1. Nell'uomo, il PMCT è utile per studiare casi traumatici di alterazioni scheletriche2,3, corpi estranei, risultati gassosi4,5,6e patologie del sistema vascolare7,8,9. Dal 2014, la virtopsy è stata regolarmente implementata nel programma di risposta allo spiaggiamento dei cetacei di Hong Kong1. PMCT e PMMRI sono in grado di rappresentare i reperti patofobiologici su carcasse troppo decomposte per essere valutate dalla necropsia convenzionale. La valutazione radiologica non invasiva è oggettiva e digitalmente memorizzabile, consentendo una seconda opinione o studi retrospettivianni dopo 1,10,11. Virtopsy è diventata una preziosa tecnica alternativa per fornire nuove intuizioni dei risultati PM negli animali marini spiaggiati12,13,14,15,16. In combinazione con la necropsia, che è il gold standard per spiegare la ricostruzione fisiofisiologica e la causa dellamorte 17, la salute biologica e il profilo degli animali possono essere affrontati. Virtopsy è stato gradualmente riconosciuto e implementato in programmi di risposta spiaggiamento in tutto il mondo, tra cui, ma non solo, Costa Rica, Giappone, Cina continentale, Nuova èelanda, Taiwan, Thailandia e STATIUniti 1.

Le tecniche di rendering delle immagini in radiologia utilizzano algoritmi informatici per trasformare i numeri in informazioni sul tessuto. Ad esempio, la densità radiologica è espressa nei raggi X convenzionali e nella TC. La grande quantità di dati volumetrici viene memorizzata nel formato Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Le immagini TC possono essere utilizzate per produrre dati voxel isotropici utilizzando il rendering di immagini bidimensionali (2D) e tridimensionali (3D) in una workstation 3D post-elaborazione per la visualizzazione adalta risoluzione 18,19. I dati quantitativi e i risultati vengono mappati per trasformare le immagini assiali acquisite in serie in immagini 3D con parametri in scala di grigi o di colore19,20,21. La scelta di un metodo di visualizzazione dei dati appropriato da diverse tecniche di rendering è un fattore tecnico essenziale della qualità di visualizzazione, che influisce in modo significativo sull'analisi e l'interpretazione dei risultatiradiologici 21. Ciò è particolarmente importante per il lavoro di spiaggiamento che coinvolge personale senza alcun background radiologico, che ha bisogno di comprendere i risultati in diverse circostanze17. L'obiettivo dell'implementazione di queste tecniche di rendering delle immagini è quello di migliorare la qualità nella visualizzazione dei dettagli anatomici, delle relazioni e dei risultati clinici, che aumenta il valore diagnostico dell'imaging e consente una resa efficace delle regioni definitedi interesse 17,19,22,23,24,25.

Anche se le immagini TC/MRI assiali primarie contengono la maggior parte delle informazioni, possono limitare la diagnosi accurata o la documentazione delle patologie in quanto le strutture non possono essere visualizzate in vari piani ortogonali. La riforma delle immagini in altri piani anatomicamente allineati consente la visualizzazione delle relazioni strutturali da un'altra prospettiva senza dover riposizionare il corpo26. Poiché i dati di anatomia medica e patologia forense sono prevalentemente di natura 3D, le immagini PMCT codificate a colori e le immagini ricostruite in 3D sono preferite alle immagini in scala di grigi e alle immagini a fette 2D in vista di una migliore comprensione e idoneità per i27,28. Con i progressi della tecnologia PMCT, è stata sollevata una preoccupazione di esplorazione della visualizzazione (cioè la creazione e l'interpretazione dell'immagine 2D e 3D) nell'indagine PM cetaceo12,29. Varie tecniche di rendering volumetrico nella postazione di lavoro radiologica consentono ai radiologi, ai tecnici, ai medici di riferimento (ad esempio, veterinari e scienziati dei mammiferi marini) e persino ai laici (ad esempio, personale di risposta allo spiaggiamento, agli ufficiali governativi e al pubblico in generale) di visualizzare e studiare le regioni di interesse. Tuttavia, la scelta di una tecnica adeguata e la confusione della terminologia rimangono una questione importante. È necessario comprendere il concetto di base, i punti di forza e i limiti delle tecniche comuni, poiché influenzerebbe in modo significativo il valore diagnostico e l'interpretazione dei risultati radiologici. L'uso improprio delle tecniche può generare immagini fuorvianti (ad esempio, immagini con distorsioni, errori di rendering, rumori di ricostruzione o artefatti) e portare a una diagnosierrata 30.

Il presente studio mira a valutare 8 tecniche essenziali di rendering dell'immagine nel PMCT che sono state utilizzate per identificare la maggior parte dei risultati di PM nei cetacei spiaggiati nelle acque di Hong Kong. Vengono fornite descrizioni ed esempi pratici di ogni tecnica per guidare radiologi, medici e veterinari in tutto il mondo attraverso il regno spesso difficile e complicato del rendering e della revisione delle immagini PMCT per la valutazione della salute biologica e del profilo.

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Protocol

NOTA: Nel quadro del programma di risposta allo spiaggiamento dei cetacei di Hong Kong, i cetacei spiaggiati sono stati regolarmente esaminati dal PMCT. Gli autori erano responsabili della scansione virtopsia, del post-elaborazione dei dati (ad esempio, la ricostruzione e il rendering delle immagini), dell'interpretazione dei dati e della segnalazione della virtupsia1. Questa tecnologia avanzata enfatizza i risultati attenti e fornisce approfondimenti sull'indagine iniziale dei risultati del PM prima della necropsia convenzionale (https://www.facebook.com/aquanimallab).

1. Preparazione dei dati

  1. Esportare i set di dati CT acquisiti in formato DICOM 3.0. Copiare la cartella DICOM sul computer (ad esempio, desktop).
  2. Aprire un visualizzatore DICOM gratuito o commerciale. I seguenti passaggi sono basati sulla workstation TeraRecon Aquarius iNtuition (versione 4.4.12).
  3. Fare doppio clic sull'icona di Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi). Immettere il nome utente, la password e il nome del server nei campi appropriati. Fare clic sul pulsante Login.
    NOTA: assicurarsi che il campo del nome del server abbia l'indirizzo IP del server corretto.
  4. Fare clic su Importa sotto i pulsanti dello strumento di gestione dei dati e selezionare la cartella DICOM da importare. Fare clic sull'icona Aggiorna per rinnovare l'elenco di studio dopo che lo stato dell'importazione raggiunge il 100%.
  5. Visualizzare i set di dati selezionando 1 o più serie CT dall'Elenco pazienti facendo doppio clic sulla serie.
  6. Dopo aver caricato la serie designata, fare clic sul pulsante Layout finestra per l'interfaccia di visualizzazione 2x2, mostrando un layout predefinito 2x2, un'immagine di rendering del volume 3D (pannello in alto a destra) e 3 immagini MPR in visualizzazione assiale (pannello superiore sinistro), vista coronale (pannello in basso a sinistra), vista sagittale (pannello in basso a destra), dando diversi orientamenti.
  7. Valutare accuratamente i set di dati virtopsy utilizzando diverse tecniche di rendering delle immagini fornite.

2. Ricostruzione multiplana (MPR)

  1. Dopo aver caricato la serie, visualizzate la MPR di default dalla vista assiale (pannello in alto a sinistra), dalla vista coronale (pannello in basso a sinistra) e dalla vista sagittale (pannello in basso a destra). Modificare la modalità di rendering in MPR facendo clic con il pulsante destro del mouse sull'immagine e selezionare MPR oppure fare clic su MPR nella barra di formattazione rapida modalità di rendering.
  2. Valutare i set di dati virtopsy dalla prima all'ultima immagine utilizzando la visualizzazione assiale, seguita dalle viste coronale e sagittal, con l'assistenza delle seguenti funzioni: Fare clic su Slice, tenere premuto il pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse e trascinare il mouse per visualizzare e regolare l'immagine CT sezione per sezione.
  3. Fare clic su Pan, tenere premuto il pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse e trascinare il mouse per regolare la posizione dell'immagine all'interno del pannello.
  4. Fare clic suIngrandisci , tenere premuto il pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse e trascinare il mouse per ingrandire o ridurre al minimo l'immagine.
  5. Selezionare la finestra/livelli predefiniti appropriati facendo clic su Abd 1 (larghezza finestra: 350, livello della finestra: 75), Abd 2 (larghezza finestra: 250, livello finestra: 40), Testa (larghezza finestra: 100, livello finestra: 45), Polmone (larghezza finestra: 1500, livello finestra: -700), Osso (larghezza finestra: 2200, livello della finestra: 200) nella barra di formattazione rapida finestra/livello, a seconda delle aree di interesse.
  6. Fare clic su Finestra/Livello (W/L), tenere premuto il pulsante sinistro del mouse e trascinare il mouse per regolare manualmente la larghezza della finestra e il livello della finestra della sezione CT.
  7. Fare clic suRuota , tenere premuto il pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse e trascinare il mouse per ruotare le immagini MPR.
  8. Pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse al centro del mirino MPR per regolare contemporaneamente le aree di interesse e le sezioni in 3 immagini MPR.
    NOTA: Ci sono modalità del mouse per le 4 funzioni principali di rotazioni, panoramica, zoom e modifiche di finestra/ livello fornite da AQi per facilitare il processo di visualizzazione. Per le scelte rapide da tastiera, vedere La tabella 1.

3. Riforma planare curva (CPR)

  1. Decidere la regione di interesse anatomico. Pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse al centro del mirino MPR per la particolare area di interesse.
  2. Visualizza l'MPR da 3 diverse viste. Assicurarsi che il mirino MPR sia posizionato in una posizione corretta. Se non lo è, regolare il mirino MPR.
  3. Selezionare 1 pannello di visualizzazione dalle viste assiali, coronali e sagittal come pannello di studio, ad esempio, con l'obiettivo di visualizzare il flipper da una vista assiale.
  4. A seconda del pannello di studio, regolare la linea estesa del mirino MPR (ad esempio, il colore blu) dalla vista coronale perpendicolarmente alla regione di interesse con il pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse sul punto di rotazione della linea estesa.
  5. Regolare un'altra linea estesa (ad esempio, il colore rosso) del mirino MPR dalla vista sagittale parallela alla regione di interesse con il pulsante del mouse con il pulsante sinistro del mouse sul punto di rotazione della linea estesa.
  6. Esaminare la vista assiale per verificare se la regione di interesse è regolata correttamente. Regolare le linee estese in caso non lo è. Valutare i set di dati virtopsy utilizzando le 4 funzioni principali di rotazione, panoramica, zoom e modifiche di finestra/livello.
    NOTA: sono disponibili 3 linee estese colorate di mirino MPR (verde, rosso e blu), che rappresentano diversi allineamenti del piano MPR (Figura 2).

4. Proiezione di intensità massima (MIP)

  1. Modificare la modalità di rendering in MIP facendo clic con il pulsante destro del mouse sull'immagine e selezionando MIP oppure facendo clic su MIP nella barra degli strumenti mini-barra degli strumenti Modalità rendering.
  2. Regolare lo spessore della soletta nell'angolo superiore destro (minimo: 1 mm, massimo: 500 mm) facendo clic sull'annotazione verde e selezionare un nuovo spessore per visualizzare le regioni di interesse, ad esempio l'albero bronchiale nel polmone.
  3. Valutare i dataset virtopsy utilizzando le 4 funzioni principali di rotazione, panoramica, zoom e modifiche di finestra/livello.

5. Proiezione di intensità minima (MinIP)

  1. Modificare la modalità di rendering in MIP facendo clic con il pulsante destro del mouse sull'immagine e selezionando MinIP oppure facendo clic su MinIP nella barra di formattazione rapida modalità di rendering.
  2. Regolare lo spessore della soletta nell'angolo superiore destro (minimo: 1 mm, massimo: 500 mm) facendo clic sull'annotazione verde e selezionare un nuovo spessore per visualizzare le regioni di interesse (ad esempio, l'albero bronchiale nel polmone).
  3. Valutare i dataset virtopsy utilizzando le 4 funzioni principali di rotazione, panoramica, zoom e modifiche di finestra/livello.

6. Rendering diretto del volume (DVR)

NOTA: come 1 delle interfacce di visualizzazione 2x2 di default, DVR (pannello in alto a destra) mostra le immagini renderizzate 3D della carcassa. L'impostazione predefinita del modello DVR è AAA (aneurisma aortico addominale; larghezza della finestra: 530, livello della finestra: 385), dando una struttura scheletrica lorda della carcassa.

  1. Regolare automaticamente l'impostazione della finestra facendo clic su Modello sotto il visualizzatore e selezionare il modello DVR appropriato, ad esempio, Grigio 10% (larghezza finestra: 442, livello della finestra: 115), Frattura (larghezza finestra: 2228, livello finestra: 1414) se necessario.
  2. Fare clic su Finestra/Livello (W/L), tenere premuto il pulsante sinistro del mouse e trascinare il mouse per regolare manualmente la larghezza della finestra e il livello della finestra della sezione CT, assegnando un livello esterno (ad esempio, superficie epidermica) al livello interno (adesempio, la struttura interna).
  3. Utilizzare le 4 funzioni principali di rotazione, panoramica, zoom e modifiche di finestra/livello per ulteriori correzioni.
    NOTA: tutti i modelli DVR forniti da AQi sono orientati alla clinica umana, non designati per l'imaging PM dei cetacei.

7. Segmentazione e modifica della regione di interesse (ROI)

  1. Segmentare la sezione dell'immagine CT utilizzando 3 diversi strumenti, lo strumento Slab e Vistacubo, lo strumento ROI liberoe lo strumento crescita area dinamica.
  2. Per lo strumento Lastra e Vista cubo, fare clic su Slab in Strumento, fornendo una linea di visualizzazione parallela. Regolare la posizione della soletta riposizionando i mirini MPR dalle viste MPR corrispondenti. Modificare lo spessore della soletta (minimo: 1 mm, massimo: 500 mm) tramite la barra di spessore della soletta, con conseguente segmentazione delle immagini renderizzate 3D della carcassa.
  3. Per lo strumento ROI libero, fare clic su FreeRO in Strumento. Tenere premuto il tasto Maiusc sulla tastiera e utilizzare Disegna curva libera su MPR, Disegna cerchio su MPR o Disegna sfera su MPR per escludere/includere la regione di interesse dalle viste MPR e dal DVR.
  4. Per Lo strumento Area dinamica , fareclic su Regione in Strumento. Tenere premuto il tasto Maiusc sulla tastiera, tenere premuto il tasto sinistro del mouse e scorrere il pulsante centrale del mouse (scorrimento verso l'alto: aumentare l'area di selezione, scorrere verso il basso: ridurre l'area di selezione), dando una regione evidenziata. Fare clic su Escludi per eliminare l'area. Fare clic su Includi per mantenere l'area.

8. Funzioni di trasferimento (TF)

  1. Fare clic su Impostazione 3D inVisualizzatore , selezionare Copia per creare un nuovo modello ricostruito 3D.
  2. Nel nuovo modello 3D ricostruito, fare clic su FreeRO o Regione in Strumento. Tenere premuto il tasto MAIUSC sulla tastiera, utilizzare 3D VR per includere l'area di interesse e quindi fare clic su Seleziona.
  3. Configurare le impostazioni 3D, tra cui W/L Slider, W/L Text-input Boxes, VR Menu Pull-down Menu, Opacity Slider (minimo: 0, massimo: 1), Opacity Text-input Boxe HU Range Color Slider in 3D Setting.
  4. Fare clic con il pulsante destro del mouse su 1 dei cursori nella barra di scorrimento del colore per modificare il colore del DVR. Selezionare Cambia colore e definire un colore personalizzato dalla tavolozza dei colori, se necessario.

9. Rendering del volume prospettica (PVR)

  1. Per avviare il modulo Flythrough, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla serie selezionata e selezionare Flythrough dal menu di scelta rapida.
  2. Scegliere la 3D principale della Preferenza guidata stile di lettura per la selezione della vista principale. Fare clic sul layout dello schermo 2x2 e su OK, con conseguente RVR automatico, ad esempio i due punti. Assicurarsi che la regione di interesse sia selezionata.
  3. Creare un percorso di volo posizionando l'inizio e la fine dei punti di controllo disegnando un percorso. Correggere il tracciato facendo clic sul pulsante di opzione Modificaconnessione/Modificatracciato nel pannello strumenti se è presente un tracciato interrotto o una struttura mancante, modificando i punti di controllo per le sezioni più uniformi della curva o correggendo i problemi. Creare nuovi punti di controllo facendo clic sul percorso di volo. Una volta corretto il percorso di volo, fare clic su OK.
  4. Visualizzare la finestra Del volantino visualizzata, con una finestra principale del volantino, le viste MPR e la vista piatta.
  5. Utilizzare Strumenti Cine facendo clic sul pannello strumenti situato sul lato destro dello schermo per valutare la struttura luminare. Regolare la velocità e la direzione del flythrough utilizzando Vola indietro, Pausa, Vola avanti, Rallenta il flythrough e Accelera il flythrough sotto gli strumenti Cine.

10. Valutazione dei dati

  1. Condurre la valutazione virtopsy sistematicamente dalla testa alla coda. È generalmente entro 30 minuti, agendo come riferimento per guidare i veterinari per la necropsia successiva.
  2. Dopo la necropsia, confronta i risultati della virtopsia e dei risultati della necropsia. Sulla base del rapporto del sito, virtopsia, necropsia e analisi dei campioni (ad esempio, istopatologia e microbiologia), concludere l'indagine PM sulla salute biologica e il profilo del cetaceo spiaggiato.

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Representative Results

Da gennaio 2014 a maggio 2020, un totale di 193 cetacei che si sono arenati nelle acque di Hong Kong sono stati esaminati da PMCT, tra cui 42 delfini megattere indo-pacifici (Sousa chinensis), 130 focene senza pinne indo-pacifiche (neofoacaena focaenoides) e 21 altre specie. È stata eseguita una scansione di tutto il corpo su 136 carcasse, mentre 57 sono state scansioni parziali su teschi e pinne. Le caratteristiche e le patologie anatomiche comunemente osservate sono state illustrate con le 8 tecniche di rendering delle immagini per la valutazione della salute biologica e del profilo dei cetacei spiaggiati.

Figure 1
Figura 1: funzione MPR che mostra un delfino megattere Indo-Pacifico deceduto in (A) assiale, (B) ricostruito 3D, (C) ricostruito coronale, e (D) ricostruito viste sagittal. Le misurazioni dell'area dello spazio alanto-occipitale sono dimostrate nel piano assiale. Vengono dimostrate le misurazioni lineari del tuberlo ventrale ai margini esterni del condyle occipitale (coronal), dell'arco basino-dorsale e dell'arco opisthion-ventrale (sagittale) per la diagnosi della dissociazione atlanto-occipitale. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: funzione CPR che mostra strutture curve nel flipper di una focena senza pinne Indo-Pacifico deceduta in vista planare. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: funzione MIP che evidenzia noduli polmonari iperattenuati (punti bianchi intensi) in entrambi i polmoni di una focena senza pinne indo-pacifica deceduta. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: funzione MinIP che evidenzia strutture piene di gas iperattenuate, cioè alberi tracheobronchiali in entrambi i polmoni di una focena senza pinne indo-pacifico deceduta. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Funzione DVR che visualizza diversi componenti di una focena senza pinne Indo-Pacifico deceduta. (A) Le vascolature sovrapposte al sistema scheletrico sono evidenziate da AAA. (B) Il sistema respiratorio è evidenziato da Lung. (C) Il sistema scheletrico che include le piastre physeal vertebrali è evidenziato da Osso più Piastra. (D) Le ossa dell'orecchio iperattenuato e i ganci di pesce sono evidenziati da Hardware. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: funzione di editing del ROI che mostra una focena senza pinne Indo-Pacifico deceduta (A) con il divano CT e (B) con il divano CT rimosso. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: funzione TF che visualizza diversi componenti di una focena senza pinne Indo-Pacifico deceduta. La sabbia in un sacco d'aria è evidenziata in ciano. Il contenuto dello stomaco è evidenziato in verde. Una lesione parassita della mastite granulomatoosa è evidenziata in rosso. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: Funzione PVR che dimostra una broncoscopia virtuale di un delfino megattero Indo-Pacifico deceduto con la funzione Flythrough. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tabella 1: Scelte rapide da tastiera del software per diverse funzioni di post-elaborazione delle immagini. Clicca qui per scaricare questa tabella.

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Discussion

Per la chiara visualizzazione dei set di dati virtopsy, 8 tecniche di rendering delle immagini, costituite sia dal rendering 2D che da quello 3D, sono state regolarmente applicate a ciascuna carcassa spiaggiata per l'analisi PM della loro salute biologica e del loro profilo. Queste tecniche di rendering includevano MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, segmentazione, TF e PVR. Diverse tecniche di rendering vengono utilizzate in modo complementare insieme alla regolazione della finestra. Vengono inoltre descritti i concetti di ogni tecnica di riformazione delle immagini e i vantaggi.

Ricostruzione multiplana (MPR)
MPR è il processo di creazione di immagini 2D non assiali, tra cui il coronale, sagittale, e qualsiasi immagine piano obliquoanatomicamente allineato 24,30, che non viene acquisita direttamente durante l'acquisizione in un piano assiale. Questa tecnica di rendering 2D dominante è particolarmente utile per valutare qualsiasi struttura anatomica o patologia intatta nel piano richiesto con immagini di altaqualità 31,32. Con l'aiuto di MRP, le indagini PM dei cetacei su tutto il corpo, ortopedico e neurologico/spina dorsale sono state eseguite regolarmente in 3 direzioni contemporaneamente, il che ha migliorato significativamente l'accuratezza dei risultati (Figura 1). Attraverso un'osservazione completa da 3 piani, il tasso di errore delle patologie minuti di identificazione errata è ridotto. Inoltre, MPR supporta anche la misurazione lineare e dell'area al piano assiale, coronale e sagittale. Tuttavia, è dipendente dall'operatore e richiede conoscenze anatomiche sufficienti per identificare sia le strutture normali che le condizioni patologiche, che evitano un'errata interpretazione delle immagini renderizzate.

Riforma planare curva (CPR)
La RCP è anche chiamata MPR curva. Nonostante sia trattata come MRP in alcune letteratura peer-viewed, la RCP è una tecnica di rendering 2D distinta. Utilizzando l'imaging isotropico che allinea l'asse lungo del piano dell'immagine con una struttura anatomica selezionata, le immagini 2D vengono riformattate senza perdita di qualitàdell'immagine 18,24. Ciò consente all'operatore di definire manualmente un percorso di mezzeria per una ricostruzione curva all'interno del set di dati volumetrico. Ciò è particolarmente importante quando il soggetto non può essere collocato in una posizione anatomica vera o relativamente vera in riferimento ai rivelatori PMCT (cioè, vera immagine coronale/sagittale/assiale ricostruita), in particolare per le carcasse congelate o mummificate. L'allineamento di strutture complicate, tortuose o calcificate è necessario per ottenere un'immagine più simmetrica per la diagnosi. A causa delle sue caratteristiche flessibili di appiattimento e distorsione, l'errata interpretazione può essere facilmente indotta. L'operatore deve ricordare chiaramente la posizione e la forma delle strutture anatomiche di interesse. I flipper sono 1 delle parti del corpo più difficili per ottenere una vera posizione anatomica in quanto sono curve verso i fianchi del corpo, a meno che non siano resected prima della scansione PMCT. Con l'utilizzo della RCP, la maggior parte delle caratteristiche anatomiche nelle pinne sono state dimostrate a 1 piano e per la stima dell'età scheletrica (Figura 2).

Proiezione di massima intensità (MIP)
MIP proietta solo il valore di attenuazione più alto in ogni pixel dei set di dati volumetrici all'interno della vista32 del visualizzatore e seleziona il voxel con l'intensità massima come valore del pixel di visualizzazionecorrispondente 18. Originariamente, questa tecnica è riconosciuta per valutare il materiale osteologico, impianti metallici, e strutture a contrasto per l'angiografia TC in radiologia clinica antemortem17,33. A causa della decomposizione delle strutture e degli organi interni e dell'assenza di perfusione di sangue nelle carcasse spiaggiate, l'adozione del MIP nella valutazione delle strutture piene di contrasto per l'angiografia TC diventa molto difficile in virtu'. Tuttavia, il MIP assume ancora un carattere dominante nell'esame dei materiali osteologici, dei corpi estranei (ad esempio, bolo alimentare, resti di pesci, pietra, impigliamento metallico) e delle calcificazioni all'interno dei tessuti molli, nonché di strutture altamente attenuate, strette e piene di sangue o acqua come le principali arterie e vene. Attraverso la regolazione dello spessore della soletta (cioè lo spessore dell'immagine per la ricostruzione dei dati) soggettiva alle dimensioni dell'obiettivo valutato, si potrebbe sottolineare la visualizzazione delle lesioni. Ad esempio, utilizzando diverse lamiere sottiliscorrevoli 34, l'identificazione di piccoli noduli polmonari nei polmoni collassati di una carcassa spiaggiata è stata intensamente migliorata, come MIP ha sottolineato questi minuti di macchie iperattenuate, che hanno evidenziato la presenza di consolidamento polmonare e polmonite parassitaria (Figura 3).

Proiezione ad intensità minima (MinIP)
A differenza di MIP, MinIP proietta solo il valore di attenuazione più basso rilevato lungo un raggio che passa attraverso un volume verso la vista dello spettatore all'interno di un volume18,24. Anche se MinIP non è comunemente usato nella radiologia clinica24, questa tecnica è servita ancora come un eccellente strumento di visualizzazione su strutture ipoattenuate e strutture piene di gas, come il tratto respiratorio e gastrointestinale. L'esame della morfologia e delle anomalie parenchimiche polmonari, iniziato dallo sfiatatoio fino all'albero tracheobronchiale, nei cetacei spiaggiati sono stati significativamente migliorati(Figura 4). Simile al MIP, dovrebbe essere assunto un controllo aggiuntivo sullo spessore della lastra, soggetta alle patologie esaminate, per generare un'immaginepiù distinguibile 35, in quanto lo spessore della soletta è fondamentale per determinare la distinzione delle strutture presentate sulle strutture studiate.

Rendering diretto del volume (DVR)
DVR è un algoritmo che converte un intero set di immagini 3D in immagini 2D direttamente senza scartare alcuna informazione18. L'immagine 2D visualizzata finale viene creata in base alle sue unità Hounsfield assegnando a ciascun voxel nell'immagine un colore e un valore di opacità specifici insieme ad altri voxel nello stesso raggio di proiezione. Come l'opposizione di creare una rappresentazione intermedia (ad esempio, un modello di superficie estratto da strumento di rimozione dei tessuti molli), le condizioni interne ed esterne di una carcassa spiaggiata a tutte le profondità con il metodo 3D possono essere esaminate in una sola volta, senza oscurarsi a vicenda. Questa tecnica di rendering 3D è stata uno strumento rapido, versatile e interattivo per una valutazione della carcassa di tutto il corpo da qualsiasi angolazione. Sono state individuate lesioni ossee, fratture complesse, frammentazione del corpo e corpi estranei causati dall'interazione umana (ad esempio, lesioni traumatiche causate dalla collisione e dalla pesca dellenavi) (Figura 5). La sfida di DVR è che l'operatore deve regolare i parametri di rendering, cioè l'opacità e laluminosità, per visualizzare la vascolatura in modo più accurato21,36.

Segmentazione e modifica della regione di interesse (ROI)
Strutture irrilevanti, oggetti (ad esempio, sacco per il corpo e divano CT) e manufatti (ad esempio, cerniere metalliche) visualizzati sul modello DVR possono degradare la qualità dell'immagine e oscura diagnosi radiologica. Per illustrare alcune aree di anatomia o patologia in modo migliore, la segmentazione viene utilizzata per includere o escludere i dati volumetrici selezionati su immagini 2D o 3D18,24. Sebbene siano disponibili programmi di segmentazione automatizzati, la segmentazione manuale che richiede un elevato riconoscimento e delineazione dei tessuti da parte dell'operatore è stata eseguita nella maggior parte delle circostanze per facilitare l'identificazione dei risultati radiologici sul DVR delle carcasse spiaggiate. La modifica del ROI è stato lo strumento di segmentazione più comune utilizzato nel presente studio, che ha permesso all'operatore di includere o escludere manualmente una regione di interesse disegnando una forma rettangolare, ellittica o di altro tipo per definire il limite spaziale preciso del bersaglio (Figura 6). Simile ai modelli DVR forniti nella workstation 3D, la segmentazione automatizzata si basa sulle regole di connessione e soglia, e sottoposta a radiologia clinica, che era per lo più inadatta per questo studio, fatta eccezione per la funzione di rimozione automatica dell'osso del corpo.

Funzioni di trasferimento (TF)
TF è un algoritmo per controllare la soglia di opacità, luminosità e colore del volumeselezionato 18,24. Questo strumento consente all'operatore di rivelare in modo selettivo le strutture rilevanti sul modello DVR, selezionando il valore di soglia, l'intervallo e la forma, per servire scopi diversi nella regione definita. Ad esempio, la scelta di una soglia di opacità più bassa rimuove i tessuti molli esterni a bassa opacità (pelle e grasso) e oscura il contenuto addominale, mentre un'alta soglia di opacità mantiene oggetti opachi elevati (ad esempio, ossa, calcio e materiali a contrasto escreti); la modifica del colore, della luminosità e della scala di contrasto evidenzia la regione di interesse e rende l'aspetto del modello DVR diverso. Questi controlli forniscono una migliore chiarimento e una differenziazione più rapida delle strutture in base alla loro attenuazione. Tuttavia, questi sono vulnerabili alla variabilità del server interob e dipendono dalla padronanza dell'operatore nell'ottimizzazione dei parametri di rendering21. Con il contributo della segmentazione e della TF, il rapporto tra tessuti, organi e corpi estranei esposti nelle carcasse scansionate era ben classificato (Figura 7). I risultati preliminari chiari e veloci sui cetacei spiaggiati sono stati dimostrati sul modello DVR modificato, che ha fornito ai veterinari e al personale di risposta agli spiaggiamenti una panoramica sulle condizioni interne ed esterne, nonché sui risultati iniziali dell'indagine PM, e ha facilitato la successiva necropsia convenzionale.

Volume rendering prospettica (PVR)
Il PVR, chiamato anche imaging endoluminale o rendering immersivo, viene applicato principalmente a strutture contenenti aria come trachea, colon, esofago e arterie. Permette all'operatore di visualizzare le condizioni interne del lumen con la navigazione virtuale35. L'operatore indica il punto iniziale, il punto finale e un percorso di mezzeria attraverso cui passare. Mostrando un'animazione di volo attraverso la struttura, le relazioni tra strutture anatomiche e anomalie endoluminali come polipi o escresanze cancerose sulle pareti possono essere identificate come in un'endoscopia virtuale non invasiva19. Le immagini MPR corrispondenti visualizzate insieme consentono la revisione simultanea di particolari lesioni37,38. Estendendo PVR oltre il lumen, adiacenti strutture extraluminali possono anche essere visualizzate24. Nel presente studio, il PVR era applicabile solo su carcasse fresche con strutture noncollapsed, il che ha permesso la ricostruzione della vista endoluminale (Figura 8).

Nell'attuale panoramica delle tecniche di rendering, sono state descritte solo 8 tecniche comunemente utilizzate nella virtopsia di routine dei cetacei spiaggiati, mentre altre sono state contestate a causa della loro limitata utilità. Le tecniche menzionate potrebbero anche dare informazioni ed essere applicate ad altri animali in generale. Nella radiologia clinica, ci sono molte altre tecniche di rendering e modelli DVR, basati su algoritmi basati su soglia con valori preimpostati per opacità, luminosità, illuminazione, scala di calore, livello della finestra e larghezza della finestra, forniti nella maggior parte delle workstation 3D. Questi sono progettati per sottolineare l'illustrazione di diversi tipi di tessuto e parti del corpo per esami speciali, ad esempio, contrasto vascolare, vie aeree, stomaco o trombo18,24,31. Tuttavia, nel caso di carcasse spiaggiate, c'è un accumulo di gas causato dalla decomposizione senza perfusione di organi. La maggior parte delle preimpostazioni DVR dell'esame clinico della TC, in particolare l'angiografia TC, richiedono l'iniezione di contrasto e quindi non possono essere applicate nel presente studio. I modelli DVR autopromossi combinati con modelli DVR singoli o multipli per l'indagine PM dei cetacei potrebbero essere stabiliti dopo la standardizzazione degli algoritmi basati sulla soglia in termini di specie e il loro livello di decomposizione. Tuttavia, sulla base della nostra esperienza, le 8 tecniche di rendering elencate sono state in grado di identificare la maggior parte dei risultati di PM nei cetacei spiaggiati e sono stati sufficienti per studiare la loro salute biologica e il loro profilo.

La preparazione e la scansione delle carcasse è fondamentale per il successivo post-elaborazione e visualizzazione dei dati di virtopsy. Il funzionamento di una macchina CT, un'unità radiologica ionizzante, deve essere eseguito da un tecnico radiologico certificato o da un medico in conformità con la legge. Anche se i soggetti sottoposti a scansione erano carcasse, la dose di radiazioni dovrebbe essere mantenuta al livello più basso possibile. Il controllo dei parametri di scansione, in particolare lo spessore delle fette, influenzerebbe fortemente l'accuratezza dei piani coronali e sagittal ricostruiti. Inoltre, la riduzione dello spessore della sezione CT consente una diagnosi più precisa. Ad esempio, l'acquisizione di immagini PMCT con uno spessore di 3 mm può trascurare un granuloma parassita di 1/1 mm, comunemente osservato nelle ghiandole mammarie dei cetacei spiaggiati. Per evitare di perdere qualsiasi ricerca e migliorare la risoluzione del rendering 2D e 3D, è stato utilizzato un protocollo di scansione standardizzato. Lo spessore della fetta è stato controllato a 1 mm, e fino a 0,625 mm quando possibile, che è lo spessore minimo della fetta disponibile per la macchina CT utilizzata.

Una corretta visualizzazione post-elaborazione e manipolazione dei set di dati di virtopsy richiede una chiara comprensione dei principi e delle insidie delle tecniche di rendering comuni utilizzate per l'indagine dei PM dei cetacei, ad esempio l'identificazione della forza e della debolezza tra le tecniche21. La scelta delle tecniche di rendering dipende dalle strutture anatomiche e dalle patologie sottostanti da illustrato, non esiste un'unica tecnica in grado di riconoscere in modo completo tutti i risultati del PM. Conoscere i pro e i contro e scegliere le tecniche di rendering appropriate può aumentare la qualità dell'immagine e l'interpretabilità dei set di dati virtopsy, che aiutano a ottenere una diagnosi corretta. Una revisione attentamente dei dataset virtopsy e la loro correlazione con altre tecniche può evitare potenziali errori di rendering e segmentazione18. Tuttavia, il giudizio finale e la diagnosi dovrebbero essere fatti da radiologi veterinari o medici radiologici che sono certificati ed esperti per segnalare i risultati della virtuopsia.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Gli autori ringraziano il Dipartimento per l'Agricoltura, la Pesca e la Conservazione del Governo della Regione Amministrativa Speciale di Hong Kong per il continuo sostegno a questo progetto. L'apprezzamento sincero è esteso anche a veterinari, personale e volontari dell'Aquatic Animal Virtopsy Lab, della City University di Hong Kong, della Ocean Park Conservation Foundation di Hong Kong e dell'Ocean Park Hong Kong per aver pagato un grande sforzo per la risposta allo spiaggiamento di questo progetto. Particolare gratitudine è dovuta ai tecnici del CityU Veterinary Medical Centre e del Centro di imaging veterinario di Hong Kong per il funzionamento delle unità TC e MRI per il presente studio. Eventuali pareri, conclusioni, conclusioni o raccomandazioni espresse nel presente documento non riflettono necessariamente le opinioni del Marine Ecology Enhancement Fund o del Trustee. Questo progetto è stato finanziato dall'Hong Kong Research Grants Council (numero grant: UGC/FDS17/M07/14) e dal Marine Ecology Enhancement Fund (numero di sovvenzione: MEEF2017014, MEEF2017014A, MEEF2019010 e MEEF2019010A), Marine Ecology Enhancement Fund, Marine Ecology Enhancement Funds Trustee Limited. Un ringraziamento speciale al Dr. Maria José Robles Malagamba per l'editing in inglese di questo manoscritto.

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

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Biologia Numero 163 Rendering dell'immagine tomografia computerizzata post-mortem spiaggiamento cetacei salute biologica profilo biologico virtopsia medicina veterinaria
Tecniche di rendering delle immagini nella tomografia computerizzata post-mortem: valutazione della salute biologica e del profilo nei cetacei bloccati
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