Bild-Rendering-Techniken in der postmortalen Computertomographie: Bewertung der biologischen Gesundheit und des Profils bei gestrandeten Walen

Summary

Das Hong Kong Cetacean Stranding Response Program hat postmortale Computertomographie integriert, die wertvolle Informationen über die biologische Gesundheit und das Profil der verstorbenen Tiere liefert. Diese Studie beschreibt 8 Bild-Rendering-Techniken, die für die Identifizierung und Visualisierung von postmortalen Befunden bei gestrandeten Walen unerlässlich sind, was Ärzten, Tierärzten und Strandpersonal weltweit helfen wird, die radiologische Modalität voll auszuschöpfen.

Abstract

Mit 6 Jahren Erfahrung in der Routinemäßigen Umsetzung von Virtopsy in das Hong Kong Cetacean Stranding Response Program wurden standardisierte Virtopsy-Verfahren, postmortale Computertomographie (PMCT) Erfassung, Nachbearbeitung und Evaluierung erfolgreich etabliert. In diesem Pionier-Wal-Virtopsy-Stranding-Response-Programm wurde PMCT an 193 gestrandeten Walen durchgeführt, die postmortale Befunde lieferten, um nekropische Und Licht auf die biologische Gesundheit und das Profil der Tiere zu werfen. Diese Studie zielte darauf ab, 8 Bild-Rendering-Techniken in PMCT zu bewerten, einschließlich multiplanarer Rekonstruktion, gekrümmter planarer Reformation, Projektion mit maximaler Intensität, minimaler Intensitätsprojektion, direkter Volumenwiedergabe, Segmentierung, Übertragungsfunktion und perspektivischer Lautstärkewiedergabe. Diese Techniken, die mit praktischen Beispielen illustriert wurden, waren in der Lage, die meisten PM-Befunde bei gestrandeten Walen zu identifizieren und dienten als Werkzeug, um ihre biologische Gesundheit und ihr Profil zu untersuchen. Diese Studie könnte Radiologen, Kliniker und Tierärzte durch den oft schwierigen und komplizierten Bereich der PMCT-Bildwiedergabe und -Überprüfung führen.

Introduction

Virtopsy, auch bekannt als postmortem (PM) Imaging, ist die Untersuchung eines Kadavers mit fortschrittlichen querschnittsbildenden Bildmodalitäten, einschließlich postmortaler Computertomographie (PMCT), postmortaler Magnetresonanztomographie (PMMRI) und Ultraschall¹. Beim Menschen ist PMCT nützlich bei der Untersuchung traumatischer Fälle von Skelettveränderungen^2,3, Fremdkörper, gasförmige Befunde^4,5,6und Pathologien des Gefäßsystems^7,8,9. Seit 2014 wird Virtosie routinemäßig im Hong Kong Cetacean Stranding Response Program¹implementiert. PMCT und PMMRI sind in der Lage, pathomorphologische Befunde an Schlachtkörpern darzustellen, die zu zersetzt sind, um durch konventionelle Nekropsie bewertet zu werden. Die nichtinvasive radiologische Beurteilung ist objektiv und digital speicherbar, so dass Zweitmeinungen oder retrospektive Studien Jahre später^1,10,11möglich sind. Virtopsy hat sich zu einer wertvollen alternativen Technik, um neue Erkenntnisse von PM-Befunde bei gestrandeten Meerestieren^{12,13,14,15,16}. In Kombination mit Nekropsie, die der Goldstandard ist, um die pathophysiologische Rekonstruktion und Todesursache¹⁷zu erklären, kann die biologische Gesundheit und das Profil der Tiere angesprochen werden. Virtopsy wurde nach und nach anerkannt und in Stranding Response Programme weltweit implementiert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Costa Rica, Japan, Festlandchina, Neuseeland, Taiwan, Thailand und USA¹.

Bild-Rendering-Techniken in der Radiologie verwenden Computeralgorithmen, um Zahlen in Informationen über das Gewebe zu transformieren. Zum Beispiel wird die radiologische Dichte in konventionellen Röntgenstrahlen und CT ausgedrückt. Die große Menge an volumetrischen Daten wird im DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) gespeichert. CT-Bilder können verwendet werden, um isotrope Voxeldaten mittels zweidimensionaler (2D) und dreidimensionaler (3D) Bildwiedergabe in einer nachbearbeitungen 3D-Workstation für hochauflösende Visualisierung^18,19zu erzeugen. Quantitative Daten und Ergebnisse werden abgebildet, um seriell erfasste axiale Bilder in 3D-Bilder mit Graustufen- oder Farbparametern^19,20,21zu transformieren. Die Wahl einer geeigneten Datenvisualisierungsmethode aus unterschiedlichen Rendering-Techniken ist ein wesentlicher technischer Determinant der Visualisierungsqualität, der die Analyse und Interpretation radiologischer Befunde maßgeblich beeinflusst²¹. Dies ist besonders wichtig für Strandarbeiten, die Personal ohne radiologischen Hintergrund betreffen, die die Ergebnisse unter verschiedenen Umständen verstehen müssen¹⁷. Das Ziel der Implementierung dieser Bild-Rendering-Techniken ist es, die Qualität auf der Visualisierung von anatomischen Details, Beziehungen und klinischen Befunden zu verbessern, die den diagnostischen Wert der Bildgebung steigert und eine effektive Wiedergabe der definierten Regionen von Interesse^{17,19,22,23,24,25}ermöglicht.

Obwohl die primären axialen CT/MRT-Bilder die meisten Informationen enthalten, können sie die genaue Diagnose oder Dokumentation von Pathologien einschränken, da Strukturen nicht in verschiedenen orthogonalen Ebenen betrachtet werden können. Die Bildreformation auf anderen anatomisch ausgerichteten Ebenen ermöglicht die Visualisierung struktureller Beziehungen aus einer anderen Perspektive, ohne den Körper neu positionieren zu müssen²⁶. Da medizinische Anatomie und forensische Pathologiedaten überwiegend 3D-Natur sind, werden farbcodierte PMCT-Bilder und 3D-rekonstruierte Bilder Graustufenbildern und 2D-Slice-Bildern im Hinblick auf eine verbesserte Verständlichkeit und Eignung für Gerichtsrichter^27,28vorgezogen. Mit den Fortschritten in der PMCT-Technologie wurde ein Anliegen der Visualisierungsexploration (d.h. die Erstellung und Interpretation von 2D- und 3D-Bild) in der Cetacean PM-Untersuchung erhoben^12,29. Verschiedene volumetrische Rendering-Techniken am Radiologie-Arbeitsplatz ermöglichen es Radiologen, Technikern, verweisenden Ärzten (z. B. Tierärzten und Meeressäuger-Wissenschaftlern) und sogar Laien (z. B. Strandungspersonal, Regierungsbeamteund und öffentlichkeitswesen) die Interessengebiete zu visualisieren und zu untersuchen. Dennoch bleibt die Wahl einer geeigneten Technik und die Verwechslung der Terminologie ein großes Thema. Es ist notwendig, das Grundkonzept, die Stärken und Die Grenzen der gängigen Techniken zu verstehen, da es den diagnostischen Wert und die Interpretation radiologischer Befunde erheblich beeinflussen würde. Der Missbrauch von Techniken kann irreführende Bilder erzeugen (z. B. Bilder mit Verzerrungen, Rendering-Fehlern, Rekonstruktionsgeräuschen oder Artefakten) und zu einer falschen Diagnose³⁰führen.

Die vorliegende Studie zielt darauf ab, 8 wesentliche Bilddarstellungstechniken in PMCT zu bewerten, die verwendet wurden, um die meisten PM-Befunde bei gestrandeten Walen in Hongkonger Gewässern zu identifizieren. Beschreibungen und praktische Beispiele jeder Technik werden zur Verfügung gestellt, um Radiologen, Kliniker und Tierärzte weltweit durch den oft schwierigen und komplizierten Bereich der PMCT-Bildwiedergabe und -Überprüfung für die Bewertung der biologischen Gesundheit und des Profils zu führen.

Protocol

HINWEIS: Im Rahmen des Hong Kong Cetacean Virtopsy Stranding Response Program wurden gestrandete Wale routinemäßig von PMCT untersucht. Die Autoren waren verantwortlich für das Virtopsy-Scanning, die Datennachbearbeitung (z.B. Bildrekonstruktion und Rendering), die Dateninterpretation und die Virtopsy-Berichterstattung¹. Diese fortschrittliche Technologie betont aufmerksame Erkenntnisse und gibt Einblicke in die erste Untersuchung von PM-Befunden vor der konventionellen Nekropsie (https://www.facebook.com/aquanimallab).

1. Datenaufbereitung

1. Exportieren Sie die erworbenen CT-Datensätze im DICOM 3.0-Format. Kopieren Sie den DICOM-Ordner auf den Computer (z. B. Desktop).
2. Öffnen Sie einen kostenlosen oder kommerziellen DICOM-Viewer. Die folgenden Schritte basieren auf der TeraRecon Aquarius iNtuition Workstation (Version 4.4.12).
3. Doppelklicken Sie auf das Symbol des Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi)-Symbols. Geben Sie Benutzernamen, Kennwort und Servername in die entsprechenden Felder ein. Klicken Sie auf die Schaltfläche Login.
   HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Servernamensfeld die richtige Server-IP-Adresse hat.
4. Klicken Sie unter den Schaltflächen des Datenverwaltungstools auf Importieren, und wählen Sie den zu importierenden DICOM-Ordner aus. Klicken Sie auf das Symbol Aktualisieren, um die Studienliste zu erneuern, nachdem der Importstatus 100 % erreicht hat.
5. Zeigen Sie die Datasets an, indem Sie 1 oder mehrere CT-Serien aus der Patientenliste auswählen, indem Sie mit einem doppellinken Klick auf die Serie klicken.
6. Nachdem Sie die angegebene Serie geladen haben, klicken Sie auf die Fensterlayout-Schaltfläche für die 2x2-Anzeigeoberfläche, die ein 2x2-Standardlayout, ein gerendertes 3D-Volumenbild (oberes rechtes Bedienfeld) und 3 MPR-Bilder in der axialen Ansicht (obere linke Ansicht), die koronale Ansicht (untere linke Ansicht), die sagittale Ansicht (untere rechte Ansicht) anzeigt und unterschiedliche Ausrichtungen bietet.
7. Bewerten Sie die Virtopsy-Datasets gründlich mit verschiedenen Bild-Rendering-Techniken zur Verfügung gestellt.

2. Multiplanare Rekonstruktion (MPR)

1. Zeigen Sie die Standard-MPR aus der axialen Ansicht (obere linke Ansicht), der koronalen Ansicht (untere linke Ansicht) und der sagittalen Ansicht (untere rechte Ansicht) nach dem Laden der Serie an. Ändern Sie den Rendering-Modus in MPR, indem Sie entweder mit der rechten Maustaste auf das Bild klicken und MPR auswählen oder in der Mini-Toolbarim Rendermodus auf MPR klicken.
2. Bewerten Sie die Virtopsy-Datasets vom ersten bis zum letzten Bild mithilfe der axialen Ansicht, gefolgt von koronalen und sagittalen Ansichten, mit Hilfe der folgenden Funktionen: Klicken Sie auf Slice, die Maustaste mit der linken Maustaste gedrückt, und ziehen Sie die Maus, um das CT-Bildsegment slice für Slice anzuzeigen und anzupassen.
3. Klicken Sie auf Schwenken,die Maustaste mit der linken Maustaste gedrückt, und ziehen Sie die Maus, um die Position des Bildes im Bedienfeld anzupassen.
4. Klicken Sie auf Zoom, links klicken-halten Sie die Maustaste und ziehen Sie die Maus, um das Bild zu vergrößern oder zu verkleinern.
5. Wählen Sie das entsprechende voreingestellte Fenster/Ebenen aus, indem Sie auf Abd 1 (Fensterbreite: 350, Fensterebene: 75), Abd 2 (Fensterbreite: 250, Fensterebene: 40), Kopf (Fensterbreite: 100, Fensterebene: 45), Lunge (Fensterbreite: 1500, Fensterebene: -700), Knochen (Fensterbreite: 2200, Fensterebene: 200) in der Fenster-/Level Mini-Toolbar, je nach Interessensbereichen.
6. Klicken Sie auf Fenster/Ebene (W/L), die Maustaste mit der linken Maustaste gedrückt, und ziehen Sie die Maus, um die Fensterbreite und die Fensterebene des CT-Slices manuell anzupassen.
7. Klicken Sie auf Drehen, links klicken Sie die Maustaste gedrückt und ziehen Sie die Maus, um die MPR-Bilder zu drehen.
8. Linksklick-Maustaste in der Mitte von MPR Fadenkreuz, um gleichzeitig die Bereiche von Interesse und Slices in 3 MPR-Bildern anzupassen.
   HINWEIS: Es gibt Mausmodi für die 4 Hauptfunktionen Drehungen, Schwenken, Zoomen und Fenster-/Ebenenänderungen, die von AQi bereitgestellt werden, um den Anzeigeprozess zu erleichtern. Tastenkombinationen finden Sie in Tabelle 1.

3. Gekrümmte planare Reformation (CPR)

1. Entscheiden Sie die Region von anatomischem Interesse. Linksklick-Maustaste in der Mitte von MPR Fadenkreuz zu dem jeweiligen Bereich von Interesse.
2. Sehen Sie sich die MPR aus 3 verschiedenen Ansichten an. Stellen Sie sicher, dass die MPR-Fadenkreuze an einer richtigen Stelle platziert werden. Passen Sie die MPR-Fadenkreuze an, wenn dies nicht der Fall ist.
3. Wählen Sie 1 Anzeigefeld aus axialen, koronaren und sagittalen Ansichten als Untersuchungspanel aus, z. B. mit dem Ziel, den Flipper aus einer axialen Ansicht anzuzeigen.
4. Je nach Studienpanel passen Sie die verlängerte Linie der MPR-Fadenkreuze (z. B. blaue Farbe) von der koronalen Ansicht senkrecht zum Interessenbereich per Linksklick-Maustaste am Drehpunkt der erweiterten Liniean.
5. Passen Sie eine weitere erweiterte Linie (z. B. rote Farbe) von MPR-Fadenkreuzen aus der sagittalen Ansicht parallel zum Interessenbereich per Linksklick-Maustaste am Drehpunkt der erweiterten Liniean.
6. Sehen Sie sich die axiale Ansicht an, um zu überprüfen, ob der Interessenbereich korrekt angepasst ist. Passen Sie die erweiterten Linien an, wenn dies nicht der Fall ist. Bewerten Sie die Virtopsy-Datasets mit den 4 Hauptfunktionen Rotation, Schwenken, Zoomen und Fenster-/Ebenenänderungen.
   HINWEIS: Es gibt 3 farbige erweiterte Linien von MPR-Fadenkreuzen (grün, rot und blau), die verschiedene Ausrichtungen der MPR-Ebene darstellen (Abbildung 2).

4. Maximale Intensitätsprojektion (MIP)

1. Ändern Sie den Rendermodus in MIP, indem Sie entweder mit der rechten Maustaste auf das Bild klicken und MIP auswählen, oder indem Sie in der Mini-Symbolleiste rendering Modeauf MIP klicken.
2. Passen Sie die Plattendicke in der rechten oberen Ecke (Minimum: 1 mm, maximal: 500 mm) an, indem Sie auf die grüne Anmerkung klicken und eine neue Dicke auswählen, um die Interessenbereiche zu visualisieren, z. B. den Bronchialbaum in der Lunge.
3. Bewerten Sie die Virtopsy-Datasets anhand der 4 Hauptfunktionen Rotation, Schwenken, Zoomen und Fenster-/Ebenenänderungen.

5. Minimale Intensitätsprojektion (MinIP)

1. Ändern Sie den Rendermodus in MIP, indem Sie entweder mit der rechten Maustaste auf das Bild klicken und MinIP auswählen, oder indem Sie in der Mini-Symbolleiste rendering Modeauf MinIP klicken.
2. Passen Sie die Plattendicke in der rechten oberen Ecke (Minimum: 1 mm, maximal: 500 mm) an, indem Sie auf die grüne Anmerkung klicken und eine neue Dicke auswählen, um die Interessenbereiche (z. B. den Bronchialbaum in der Lunge) zu visualisieren.
3. Bewerten Sie die Virtopsy-Datasets anhand der 4 Hauptfunktionen Rotation, Schwenken, Zoomen und Fenster-/Ebenenänderungen.

6. Direktes Volume-Rendering (DVR)

HINWEIS: Als 1 der Standardanzeige 2x2 Schnittstellen zeigt DVR (oberes rechtes Panel) die 3D-gerenderten Bilder der Karkasse an. Die Standardmäßige DVR-Vorlageneinstellung ist AAA (bauchisches Aortenaneurysm; Fensterbreite: 530, Fensterebene: 385), was eine grobe Skelettstruktur des Schlachtkörpers ergibt.

1. Passen Sie die Fenstereinstellung automatisch an, indem Sie unter dem Viewer auf Vorlage klicken und bei Bedarf die entsprechende DVR-Vorlage auswählen, z. B. Grau 10 % (Fensterbreite: 442, Fensterebene: 115), Fraktur (Fensterbreite: 2228, Fensterebene: 1414).
2. Klicken Sie auf Fenster/Ebene (W/L), die Linke-Klick-Taste und ziehen Sie die Maus, um die Fensterbreite und die Fensterebene des CT-Slices manuell anzupassen, wodurch eine äußere Ebene (z. B. epidermale Oberfläche) der inneren Ebene (z.B. interne Struktur) angezeigt wird.
3. Verwenden Sie die 4 Hauptfunktionen Drehung, Schwenken, Zoomen und Fenster-/Ebenenänderungen für weitere Korrekturen.
   HINWEIS: Alle von AQi bereitgestellten DVR-Vorlagen sind klinisch orientiert und nicht für die PM-Bildgebung von Walen bestimmt.

7. Segmentierung und Region-of-Interest (ROI) Redaktion

1. Segmentieren Sie das CT-Bild-Slice mit 3 verschiedenen Werkzeugen, Slab und Cube View Tool, Free ROI Toolund Dynamic Region Growing Tool.
2. Klicken Sie für das Werkzeug Slab und Cube Viewunter Werkzeugauf Slab , um eine parallele Anzeigelinie anzuzeigen. Passen Sie die Plattenposition an, indem Sie die MPR-Fadenkreuze aus den entsprechenden MPR-Ansichten verschieben. Ändern Sie die Plattendicke (Minimum: 1 mm, maximal: 500 mm) über den Plattendickenbalken,was zu einer Segmentierung der 3D-gerenderten Bilder der Schlachtkörper führt.
3. Klicken Sie für das Kostenlose ROI-Toolauf FreeRO unter Tool. Halten Sie die Umschalttaste auf der Tastatur gedrückt, und verwenden Sie entweder Draw Free Curve auf MPR, Draw Circle on MPR oder Draw Sphere on MPR, um den Interessenbereich aus den MPR-Ansichten und DVR auszuschließen/einzuschließen.
4. Klicken Sie unter Werkzeugfür dynamisches Bereichswachstumstoolauf Region . Halten Sie die Umschalttaste auf der Tastatur gedrückt, halten Sie die Maustaste mit der linken Maustaste gedrückt und scrollen Sie mit der mittleren Maustaste (Scroll-up: Vergrößern Sie den Auswahlbereich, scrollen Sie nach unten: verringern Sie den Auswahlbereich), wobei ein markierter Bereich angezeigt wird. Klicken Sie auf Ausschließen, um die Region zu löschen. Klicken Sie auf Einschließen, um die Region beizubehalten.

8. Übertragungsfunktionen (TF)

1. Klicken Sie unter Viewerauf 3D-Einstellung , wählen Sie Kopieren aus, um ein neues 3D-rekonstruiertes Modell zu erstellen.
2. Klicken Sie im neuen 3D-rekonstruierten Modell unter Toolauf FreeRO oder Region . Halten Sie die Umschalttaste auf der Tastatur gedrückt, verwenden Sie 3D VR, um den Interessenbereich einzuschließen, und klicken Sie dann auf Auswählen.
3. Konfigurieren Sie die 3D-Einstellungen, einschließlich W/L Slider, W/L Text-Input Boxes, VR Pull-down Menu, Opacity Slider (Minimum: 0, maximum: 1), Opacity Text-input Boxund HU Range Color Slider unter 3D-Einstellung.
4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf 1 der Schieberegler im Farbschieberegler, um die Farbe des DVR zu ändern. Wählen Sie Farbe ändern aus, und definieren Sie bei Bedarf eine benutzerdefinierte Farbe aus der Farbpalette.

9. Perspective Volume Rendering (PVR)

1. Um das Flythrough-Modul zu starten, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die ausgewählte Serie, und wählen Sie Flythrough aus dem Rechtsklickmenü aus.
2. Wählen Sie den primären 3D-Assistenten für die Lesestileinstellung für die primäre Ansichtsauswahl aus. Klicken Sie auf das 2x2-Bildschirmlayout und OK, was zu einem automatischen RVR, z.B. Doppelpunkt, führt. Stellen Sie sicher, dass die Interessenregion ausgewählt ist.
3. Erstellen Sie eine Flugbahn, indem Sie den Anfang und das Ende von Kontrollpunkten platzieren, indem Sie einen Pfad zeichnen. Korrigieren Sie den Pfad, indem Sie im Bedienfeld "Verbindungbearbeiten/Pfad bearbeiten" klicken, wenn ein fehlerhafter Pfad oder eine fehlende Struktur vorhanden ist, die Kontrollpunkte für glattere Abschnitte der Kurve bearbeiten oder Probleme beheben. Erstellen Sie neue Kontrollpunkte, indem Sie auf die Flugbahn klicken. Sobald der Flugweg korrekt ist, klicken Sie auf OK.
4. Zeigen Sie das angezeigte Flythrough-Fenster an, in dem ein Main Flythrough-Fenster, MPR-Ansichten und Flache Ansicht angezeigtwird.
5. Verwenden Sie Cine Tools, indem Sie auf den Werkzeugbereich auf der rechten Seite des Bildschirms klicken, um die Luminalstruktur auszuwerten. Passen Sie die Geschwindigkeit und Richtung des Flythrough stolperbar mit Fly backward, Pause, Fly Forward, Slow down flythrough und Speed up flythrough unter den Cine-Tools an.

10. Datenauswertung

1. Virtopsy-Evaluierung systematisch von Kopf bis Schwanz durchführen. Es ist in der Regel innerhalb von 30 Minuten, als Referenz für die Führung Tierärzte für die nachfolgende Nekropsie.
2. Nach nekropsie, vergleichen Sie Virtopsy Befunde und Nekropsie Befunde. Basierend auf dem Standortbericht, Virtopsy, Nekropsie und Probenanalyse (z. B. Histopathologie und Mikrobiologie), abschlussdiedie PM-Untersuchung über die biologische Gesundheit und das Profil des gestrandeten Wales.

Representative Results

Von Januar 2014 bis Mai 2020 wurden insgesamt 193 Wale, die in Hongkonger Gewässern gestrandet waren, von PMCT untersucht, darunter 42 indopazifische Buckeldelfine (Sousa chinensis), 130 indopazifische finless Schweinswale (Neophocaena phocaenoides) und 21 andere Arten. Ein Ganzkörper-Scan wurde an 136 Kadavern durchgeführt, während 57 Teilscans an Schädeln und Flippern durchgeführt wurden. Anatomische Merkmale und Pathologien, die häufig beobachtet wurden, wurden mit den 8 Bild-Rendering-Techniken zur Bewertung der biologischen Gesundheit und des Profils der gestrandeten Wale veranschaulicht.

Abbildung 1: MPR-Funktion, die einen verstorbenen indopazifischen Buckeldelfin in (A) axial, (B) rekonstruierten 3D, (C) rekonstruierten koronalen und (D) rekonstruierten sagittalen Ansichten zeigt. Flächenmessungen des atlanto-okzipitalen Raumes werden in der Axialebene demonstriert. Lineare Messungen des ventralen Tuberkels an den äußeren Rändern des okzipitalen Kondyskels (koronal), des basion-dorsalen Bogens und des opisthion-ventralen Bogens (sagittal) zur Diagnose der atlanto-okzipitalen Dissoziation werden demonstriert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: CPR-Funktion, die gekrümmte Strukturen im Flipper eines verstorbenen indopazifischen schweinlosen Schweinsinsinonise in planarer Ansicht anzeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: MIP-Funktion zur Hervorhebung von hyperattenuatierten Lungenknollen (intensive weiße Punkte) in beiden Lungen eines verstorbenen indopazifischen flossenlosen Schweinswals. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: MinIP-Funktion zur Hervorhebung von hyperattenuatierten gasgefüllten Strukturen, d.h. tracheobronchiale Bäume in beiden Lungen eines verstorbenen indopazifischen finless Schweinswal. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: DVR-Funktion mit verschiedenen Komponenten eines verstorbenen indopazifischen flossenlosen Schweinswals. (A) Vaskulaturen, die mit dem Skelettsystem überlagert sind, werden durch AAAhervorgehoben. (B) Das Atmungssystem wird durch Lungehervorgehoben. (C) Das Skelettsystem einschließlich der Wirbel-Physealplatten wird durch Bone plus Platehervorgehoben. (D) Hyperattenuated Ohrknochen und Fischhaken werden durch Hardwarehervorgehoben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: ROI-Bearbeitungsfunktion, die einen verstorbenen indopazifischen finless Schweinswal (A) mit der CT-Couch und (B) mit der CT-Couch entfernt anzeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: TF-Funktion mit verschiedenen Komponenten eines verstorbenen indopazifischen flossenlosen Schweinswals. Sand in einem Luftsack wird in Cyan hervorgehoben. Der Mageninhalt wird grün hervorgehoben. Eine parasitäre granulomatäre Mastitisläsion ist rot hervorgehoben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 8: PVR-Funktion, die eine virtuelle Bronchoskopie eines verstorbenen indopazifischen Buckeldelfins mit der Flythrough-Funktion demonstriert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1: Tastenkombinationen der Software für verschiedene Bildnachbearbeitungsfunktionen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Discussion

Für die klare Visualisierung von Virtopsy-Datensätzen wurden 8 Bild-Rendering-Techniken, bestehend aus 2D- und 3D-Rendering, routinemäßig auf jeden gestrandeten Kadaver angewendet, um ihre biologische Gesundheit und ihr Profil zu untersuchen. Diese Rendering-Techniken umfassten MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, Segmentierung, TF und PVR. Vielfältige Rendering-Techniken werden komplementär zusammen mit der Fensteranpassung eingesetzt. Die Konzepte jeder Bildreformationstechnik und -vorteile werden ebenfalls beschrieben.

Multiplanare Rekonstruktion (MPR)
MPR ist der Prozess der Erstellung nicht-axialer 2D-Bilder, einschließlich der koronalen, sagittalen und jeder anatomisch ausgerichteten Schrägebene Bild^24,30, das nicht direkt während der Erfassung in einer axialen Ebene erfasst wird. Diese dominante 2D-Rendering-Technik ist besonders hilfreich bei der Beurteilung intakter anatomischer Struktur oder Pathologie in der gewünschten Ebene mit hochwertigen Bildern^31,32. Mit Hilfe von MRP wurden Wal-PM-Untersuchungen des gesamten Körpers, orthopädischen und neurologischen/spinne routinemäßig in 3 Richtungen gleichzeitig durchgeführt, was die Genauigkeit der Befunde signifikant verbesserte (Abbildung 1). Durch umfassende Beobachtung der 3 Ebenen wird die Fehlerrate falsch identifizierender Minutenpathologien reduziert. Darüber hinaus unterstützt MPR auch die lineare und Flächenmessung an der axialen, koronalen und sagittalen Ebene. Es ist jedoch bedienerabhängig und erfordert ausreichende anatomische Kenntnisse, um sowohl normale Strukturen als auch pathologische Bedingungen zu identifizieren, die eine Fehlinterpretation der gerenderten Bilder vermeiden.

Gekrümmte planare Reformation (CPR)
CPR wird auch als gekrümmte MPR bezeichnet. Obwohl CPR in einigen Peer-Seen-Literaturen als MRP behandelt wird, ist es eine ausgeprägte 2D-Rendering-Technik. Mit isotroper Bildgebung, die die lange Achse der Bildebene an einer ausgewählten anatomischen Struktur ausrichtet, werden 2D-Bilder ohne Verlust der Bildqualität^18,24neu formatiert. Auf diese Weise kann der Bediener manuell einen Mittellinienpfad für eine gekrümmte Rekonstruktion innerhalb des volumetrischen Datasets definieren. Dies ist besonders dann von entscheidender Bedeutung, wenn das Motiv nicht in eine echte oder relativ echte anatomische Position in Bezug auf die PMCT-Detektoren (d. h. echtes rekonstruiertes koronales/sagittales/axiales Bild) insbesondere für gefrorene oder mumifizierte Schlachtkörper gebracht werden kann. Die Ausrichtung komplizierter, gewundener oder verkalkter Strukturen ist notwendig, um ein symmetrischeres Bild für die Diagnose zu erhalten. Durch seine flexiblen Abflachungs- und Verzerrungseigenschaften kann eine Fehlinterpretation leicht induziert werden. Der Bediener muss sich die Position und Form der anatomischen Strukturen des Interesses deutlich merken. Flipper sind eines der schwierigsten Körperteile, um eine echte anatomische Position zu erhalten, da sie zu den Körperflanken gekrümmt sind, es sei denn, sie werden vor dem PMCT-Scan reseciert. Mit der Verwendung von CPR wurden die meisten anatomischen Merkmale in den Flippern auf 1 Ebene und für die Schätzung des Skelettalters demonstriert (Abbildung 2).

Maximale Intensitätsprojektion (MIP)
MIP projiziert nur den höchsten Dämpfungswert in jedem Pixel der volumetrischen Datensätze innerhalb des Betrachters³² und wählt den Voxel mit der maximalen Intensität als Wert des entsprechenden Anzeigepixels¹⁸aus. Ursprünglich ist diese Technik anerkannt, um das osteologische Material, metallische Implantate und kontrastgefüllte Strukturen für die CT-Angiographie in der klinischen Radiologie antemortem^17,33zu bewerten. Aufgrund der Zersetzung der inneren Strukturen und Organe und des Fehlens von Blutperfusion in gestrandeten Kadavern wird die Annahme von MIP bei der Bewertung der kontrastgefüllten Strukturen für die CT-Angiographie bei der Virtosie sehr schwierig. Bei der Untersuchung von osteologischen Materialien, Fremdkörpern (z. B. Nahrungsbolus, Fischreste, Stein, metallische Verstrickungen) und Verkalkungen in Weichgeweben sowie stark abgeschwächten, schmalen und blut- oder wassergefüllten Strukturen wie den Hauptarterien und Venen hat MIP jedoch nach wie vor einen dominanten Charakter. Durch die Anpassung der Plattendicke (d.h. Bilddicke für die Datenrekonstruktion) subjektiv auf die Größe des ausgewerteten Ziels konnte die Visualisierung von Läsionen hervorgehoben werden. Zum Beispiel wurde die Identifizierung kleiner³⁴Lungenknollen in kollabierten Lungen eines gestrandeten Kadavers intensiv verbessert, wie MIP diese Minuten der hyperattenuatierten Flecken hervorhob, die das Vorhandensein von Lungenkonsolidierung und parasitärer Lungenentzündung belegten (Abbildung 3).

Minimale Intensitätsprojektion (MinIP)
Im Gegensatz zu MIP projiziert MinIP nur den niedrigsten Dämpfungswert, der entlang eines Strahldurchlaufs durch einen Volumendurchlauf in Richtung des Betrachters innerhalb eines Bandes^18,24auftritt. Obwohl MinIP nicht häufig in der klinischen Radiologie²⁴verwendet wird, diente diese Technik immer noch als ausgezeichnetes Visualisierungswerkzeug für hypoattenuierte Strukturen und gasgefüllte Strukturen, wie Atemwegs- und Magen-Darm-Trakt. Die Untersuchung der Morphologie und der pulmonalen parenchymalen Anomalien, die vom Blasloch bis zum Tracheobronchialbaum begannen, wurden bei den gestrandeten Walen signifikant verstärkt (Abbildung 4). Ähnlich wie bei MIP sollte die Plattendicke vorbehaltlich der untersuchten Pathologien zusätzlich kontrolliert werden, um ein unterscheidbareres Bild³⁵zu erzeugen, da die Plattendicke entscheidend ist, um die Unterscheidung der dargestellten Strukturen auf den untersuchten Strukturen zu bestimmen.

Direktes Volume-Rendering (DVR)
DVR ist ein Algorithmus, der einen gesamten 3D-Bildsatz direkt in 2D-Bilder konvertiert, ohne Informationen zu verwerfen¹⁸. Das endgültige angezeigte 2D-Bild wird basierend auf seinen Hounsfield-Einheiten erstellt, indem jedem Voxel im Bild eine bestimmte Farbe und ein genauer Deckkraftwert zusammen mit anderen Voxeln im gleichen Projektionsstrahl zugewiesen wird. Da die Schaffung einer Zwischendarstellung (z. B. eines extrahierten Oberflächenmodells durch Weichgewebeentfernungswerkzeug) widersteht, können die inneren und äußeren Bedingungen eines gestrandeten Schlachtkörpers in allen Tiefen mit der 3D-Methode gleichzeitig untersucht werden, ohne sich gegenseitig zu verdecken. Diese 3D-Rendering-Technik war ein schnelles, vielseitiges und interaktives Werkzeug für eine Ganzkörper-Körper-Körper-Körperbewertung aus jedem Winkel. Knochenläsionen, komplexe Frakturen, Körperfragmentierung und Fremdkörper, die durch menschliche Interaktion verursacht wurden (z. B. traumatische Verletzungen durch Schiffskollision und Fischerei), konnten identifiziert werden (Abbildung 5). Die Herausforderung von DVR besteht darin, dass der Bediener die Rendering-Parameter, d. h.die Deckkraft und Helligkeit, anpassen muss, um die Vaskulatur genauer anzuzeigen^21,36.

Segmentierung und Region-of-Interest (ROI) Bearbeitung
Irrelevante Strukturen, Objekte (z. B. Körpertasche und CT-Couch) und Artefakte (z. B. metallische Reißverschlüsse), die auf dem DVR-Modell angezeigt werden, können die Bildqualität beeinträchtigen und die radiologische Diagnose obskur. Um bestimmte Bereiche der Anatomie oder Pathologie besser zu veranschaulichen, wird die Segmentierung verwendet, um ausgewählte volumetrische Daten auf 2D- oder 3D-Bildern^18,24einzuschließen oder auszuschließen. Obwohl automatisierte Segmentierungsprogramme verfügbar sind, wurde die manuelle Segmentierung, die eine hohe Gewebeerkennung und Abgrenzung durch den Bediener erfordert, in den meisten Fällen durchgeführt, um die Identifizierung radiologischer Befunde auf dem DVR gestrandeter Kadaver zu unterstützen. Die ROI-Bearbeitung war das häufigste Segmentierungswerkzeug, das in dieser Studie verwendet wurde, das es dem Bediener ermöglichte, einen Bereich von Interesse manuell einzuschließen oder auszuschließen, indem er eine rechteckige, elliptische oder andere Form zeichnete, um die genaue räumliche Grenze des Ziels zu definieren (Abbildung 6). Ähnlich wie dVR-Vorlagen, die in der 3D-Workstation bereitgestellt werden, basiert die automatisierte Segmentierung auf den Regeln der Vernetzung und Schwellenundund und unterliegt der klinischen Radiologie, die für diese Studie mit Ausnahme der automatischen Körperknochenentfernungsfunktion meist ungeeignet war.

Übertragungsfunktionen (TF)
TF ist ein Algorithmus zur Steuerung des Schwellenwerts für Deckkraft, Helligkeit und Farbe des ausgewählten Volumes^18,24. Dieses Werkzeug ermöglicht es dem Bediener, die relevanten Strukturen im DVR-Modell selektiv anzuzeigen, indem er den Schwellenwert, den Bereich und die Form auswählt, um unterschiedlichen Zwecken in der definierten Region zu dienen. Beispielsweise entfernt die Wahl eines niedrigeren Opazitätsschwellenwerts die externen, niederopazizitätsarmen Weichgewebe (Haut und Fett) und verdunkelt den Bauchgehalt, während eine hohe Deckkraftschwelle hohe undurchsichtige Objekte (z. B. Knochen-, Kalzium- und ausgeschiedene Kontrastmaterialien) beibehält. Das Ändern der Farb-, Helligkeits- und Kontrastskala hebt den Interessenbereich hervor und lässt das Erscheinungsbild des DVR-Modells anders aussehen. Diese Kontrollen ermöglichen eine bessere Aufklärung und eine schnellere Differenzierung der Strukturen auf der Grundlage ihrer Dämpfung. Diese sind jedoch anfällig für Interobserver-Variabilität und hängen von der Beherrschung des Bedieners bei der Optimierung der Renderingparameter²¹ab. Mit dem Beitrag von Segmentierung und TF wurde die Beziehung zwischen angezeigten Geweben, Organen und Fremdkörpern in gescannten Schlachtkörpern gut klassifiziert (Abbildung 7). Schnelle und klare vorläufige Befunde zu gestrandeten Walen wurden auf dem bearbeiteten DVR-Modell nachgewiesen, das Tierärzten und Strandungspersonal einen Überblick über den inneren und äußeren Zustand sowie die ersten PM-Untersuchungsergebnisse gab und die anschließende konventionelle Nekropsie erleichterte.

Perspektivische Lautstärkewiedergabe (PVR)
PVR, auch endoluminale Bildgebung oder immersives Rendering genannt, wird hauptsächlich auf lufthaltige Strukturen wie Luftröhren, Dickdarm, Speiseröhre und Arterien angewendet. Es ermöglicht dem Bediener, die internen Bedingungen des Lumens durch virtuelle Navigation³⁵zu visualisieren. Der Operator bezeichnet den Startpunkt, den Endpunkt und einen Mittellinienpfad, durch den geflogen werden soll. Durch die Darstellung einer Animation des Fliegens durch die Struktur können die Beziehungen zwischen anatomischen Strukturen und endoluminalen Anomalien wie Polypen oder Krebswachstum an den Wänden als in einer nicht-invasiven virtuellen Endoskopie¹⁹identifiziert werden. Die entsprechenden MPR-Bilder, die neben angezeigt werden, ermöglichen die gleichzeitige Überprüfung bestimmter Läsionen^37,38. Durch die Erweiterung von PVR über das Lumen hinaus können auch benachbarte extraluminale Strukturen visualisiert werden²⁴. In der vorliegenden Studie war PVR nur auf frische Schlachtkörper mit nicht zusammengeklappten Strukturen anwendbar, was die Rekonstruktion der endoluminalen Ansicht ermöglichte (Abbildung 8).

In der vorliegenden Übersicht über Rendering-Techniken wurden nur 8 Techniken beschrieben, die häufig bei der Routinemäßigvirtopsie gestrandeter Wale verwendet werden, während andere wegen ihrer begrenzten Nützlichkeit umstritten waren. Die genannten Techniken könnten auch Einblicke geben und auf andere Tiere im Allgemeinen angewendet werden. In der klinischen Radiologie gibt es viele andere Rendering-Techniken und DVR-Vorlagen, die auf schwellenwertbasierten Algorithmen mit voreingestellten Werten für Deckkraft, Helligkeit, Beleuchtung, Wärmeskala, Fensterebene und Fensterbreite basieren und in den meisten 3D-Workstations bereitgestellt werden. Diese sollen die Darstellung verschiedener Gewebetypen und Körperteile für spezielle Untersuchungen hervorheben, z.B. Gefäßkontrast, Atemwege, Magen oder Thrombus^18,24,31. Bei gestrandeten Kadavern kommt es jedoch zu einer Gasansammlung, die durch Zersetzung ohne Organdurchblutung verursacht wird. Die meisten DVR-Voreinstellungen der klinischen CT-Untersuchung, insbesondere die CT-Angiographie, erfordern eine Kontrastinjektion und konnten daher in der vorliegenden Studie nicht angewendet werden. Die selbst entworfenen DVR-Vorlagen in Kombination mit einzelnen oder mehreren DVR-Modellen für die Cetacean-PM-Untersuchung konnten nach der Standardisierung der schwellenbasierten Algorithmen in Bezug auf Diespezigkeit und deren Zersetzungsgrad ermittelt werden. Dennoch konnten die 8 aufgeführten Rendering-Techniken aufgrund unserer Erfahrung die meisten PM-Befunde bei gestrandeten Walen identifizieren und reichten aus, um ihre biologische Gesundheit und ihr Profil zu untersuchen.

Die Aufbereitung und das Scannen von Schlachtkörpern ist für die anschließende Nachbearbeitung und Visualisierung von Virtopsiedaten von entscheidender Bedeutung. Der Betrieb einer CT-Maschine, einer ionisierenden radiologischen Einheit, muss von einem zertifizierten Radiologischen Techniker oder Kliniker in Übereinstimmung mit dem Gesetz durchgeführt werden. Obwohl es sich bei den gescannten Probanden um Kadaver handelte, sollte die Strahlendosis so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar gehalten werden. Die Kontrolle von Scanparametern, insbesondere der Scheibendicke, würde die Genauigkeit der rekonstruierten koronalen und sagittalen Ebenen stark beeinflussen. Darüber hinaus ermöglicht die Reduzierung der CT-Scheibendicke eine genauere Diagnose. Zum Beispiel kann das Erfassen von PMCT-Bildern mit einer Dicke von 3 mm ein parasitäres Granulom von 1 x 1 mm vernachlässigen, das häufig in den Brustdrüsen gestrandeter Wale beobachtet wird. Um zu vermeiden, dass ein Fund entgeht und die Auflösung von 2D- und 3D-Rendering verbessert wird, wurde ein standardisiertes Scanprotokoll verwendet. Die Scheibendicke wurde mit 1 mm und nach Möglichkeit auf 0,625 mm kontrolliert, was der mindesten Scheibendicke für die verwendete CT-Maschine entspricht.

Eine korrekte Nachbearbeitung und Manipulation von Virtopsy-Datensätzen erfordert ein klares Verständnis der Prinzipien und Fallstricke der gängigen Rendering-Techniken, die für die Cetacean-PM-Untersuchung verwendet werden, z. B. die Identifizierung von Stärke und Schwäche zwischen den Techniken²¹. Die Wahl der Rendering-Techniken hängt von den anatomischen Strukturen und den zugrunde liegenden Pathologien, die illustriert werden, es gibt keine einzige Technik, die alle PM-Befunde umfassend erkennen kann. Das Wissen um das Für und Wider und die Auswahl der geeigneten Rendering-Techniken kann die Bildqualität und Diesebilität von Virtopsy-Datensätzen steigern, die helfen, eine korrekte Diagnose zu erhalten. Eine sorgfältige Überprüfung von Virtopsy-Datensätzen und deren Korrelation mit anderen Techniken kann potenzielle Rendering- und Segmentierungsfehler vermeiden¹⁸. Dennoch sollte das endgültige Urteil und die Diagnose von Tierärzten Radiologen oder radiologischen Klinikern getroffen werden, die zertifiziert sind und Erfahrung haben, um Virtopsiebe zu melden.

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