Waiting
Login processing...

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

Biology

Bildegjengivelsesteknikker i Postmortem Computered Tomografi: Evaluering av biologisk helse og profil i strandede Cetaceans

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

Hong Kong cetacean stranding responsprogrammet har innlemmet postmortem computertomografi, som gir verdifull informasjon om den biologiske helsen og profilen til de avdøde dyrene. Denne studien beskriver 8 bildegjengivelsesteknikker som er avgjørende for identifisering og visualisering av postmortemfunn i strandede cetaceans, som vil hjelpe klinikere, veterinærer og stranding responspersonell over hele verden for å utnytte den radiologiske modaliteten fullt ut.

Abstract

Med 6 års erfaring i å implementere virtopsy rutinemessig inn i Hong Kong cetacean stranding responsprogram, standardiserte virtopsy prosedyrer, postmortem computertomografi (PMCT) oppkjøp, etterbehandling, og evaluering ble vellykket etablert. I denne pioneren cetacean virtopsy stranding responsprogram, PMCT ble utført på 193 strandet cetaceans, gi postmortem funn for å hjelpe necropsy og kaste lys over biologisk helse og profil av dyrene. Denne studien hadde som mål å vurdere 8 bildegjengivelsesteknikker i PMCT, inkludert multiplanarrekonstruksjon, buet planreformasjon, maksimal intensitetsprojeksjon, minimum intensitetsprojeksjon, direkte volumgjengivelse, segmentering, overføringsfunksjon og perspektivvolumgjengivelse. Illustrert med praktiske eksempler, disse teknikkene var i stand til å identifisere de fleste av PM funn i strandet cetaceans og fungerte som et verktøy for å undersøke deres biologiske helse og profil. Denne studien kan veilede radiologer, klinikere og veterinærer gjennom det ofte vanskelige og kompliserte riket av PMCT-bildegjengivelse og gjennomgang.

Introduction

Virtopsy, også kjent som postmortem (PM) avbildning, er undersøkelsen av et med avanserte tverrsnittsavbildningsmodaliteter, inkludert postmortem computertomografi (PMCT), postmortem magnetisk resonansavbildning (PMMRI) og ultrasonografi1. Hos mennesker er PMCT nyttig i å undersøke traumatiske tilfeller av skjelettendringer2,3, fremmedlegemer, gassfunn4,,5,,6og patologier i det vaskulære systemet7,8,9. Siden 2014 har virtopsy blitt rutinemessig implementert i Hong Kong cetacean stranding responsprogram1. PMCT og PMMRI er i stand til å skildre pato-morfologiske funn på som er for nedbrutt til å bli evaluert av konvensjonell necropsy. Den ikke-invasive radiologiske vurderingen er objektiv og digitalt storbar, slik at andre mening eller retrospektive studier årsenere 1,10,11. Virtopsy har blitt en verdifull alternativ teknikk for å gi ny innsikt av PM funn i strandet marine dyr12,13,14,15,16. Kombinert med necropsy, som er gullstandarden for å forklare patofysiologiskrekonstruksjon og dødsårsak 17, kan dyrenes biologiske helse og profil tas opp. Virtopsy har blitt gradvis anerkjent og implementert i stranding responsprogrammer over hele verden, inkludert, men ikke begrenset til Costa Rica, Japan, Fastlands-Kina, New Zealand, Taiwan, Thailand og USA1.

Bildegjengivelsesteknikker i radiologi bruker dataalgoritmer til å forvandle tall til informasjon om vevet. For eksempel uttrykkes radiologisk tetthet i konvensjonelle røntgenstråler og CT. Den enorme mengden volumetriske data lagres i Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)-format. CT-bilder kan brukes til å produsere isotropiske voxel-data ved hjelp av todimensjonale (2D) og tredimensjonale (3D) bildegjengivelse i en postprosessering 3D-arbeidsstasjon for visualisering med høy oppløsning18,,19. Kvantitative data og resultater tilordnes for å transformere serielt anskaffede aksiale bilder til 3D-bilder med gråskala- ellerfargeparametere 19,,20,,21. Å velge en passende datavisualiseringsmetode fra ulike gjengivelsesteknikker er en viktig teknisk determinant for visualiseringskvaliteten, noe som i betydelig grad påvirker analysen og tolkningen av radiologiskefunn 21. Dette er spesielt viktig for stranding arbeid som involverer personell uten radiologi bakgrunn, som trenger å forstå resultatene i ulike omstendigheter17. Målet med å implementere disse bildegjengivelsesteknikkene er å forbedre kvaliteten på visualiseringen av anatomiske detaljer, relasjoner og kliniske funn, noe som øker den diagnostiske verdien av bildebehandling og tillater en effektiv gjengivelse av de definerte områdeneav interesse 17,,19,,22,,23,,24,,25.

Selv om de primære aksiale CT/MR-bildene inneholder mest informasjon, kan de begrense nøyaktig diagnose eller dokumentasjon av patologier, da strukturer ikke kan ses i ulike ortogonale plan. Bildereformasjon ved andre anatomisk justerte fly tillater visualisering av strukturelle relasjoner fra et annet perspektiv uten å måtte omplassere kroppen26. Som medisinsk anatomi og rettsmedisinske patologi data er overveiende 3D i naturen, fargekodede PMCT bilder og 3D rekonstruerte bilder foretrekkes til gråskala bilder og 2D skive bilder i lys av forbedret forståelse og egnethet for rettssalenbedømmelser 27,28. Med fremskritt i PMCT-teknologi, en bekymring for visualisering leting (det vil vil vil at etableringen og tolkningen av 2D og 3D-bilde) i cetacean PM undersøkelse har blitt reist12,29. Ulike volumetriske gjengivelsesteknikker i radiologiarbeidsstasjonen tillater radiologer, teknikere, henvisende klinikere (f.eks. veterinærer og marine pattedyrforskere), og til og med lekmenn (f.eks. stranding responspersonell, offentlige tjenestemenn og allmennheten) å visualisere og studere regionene av interesse. Likevel er valget av en passende teknikk og forvirring av terminologi fortsatt et stort problem. Det er nødvendig å forstå det grunnleggende konseptet, styrkene og begrensningene i de vanlige teknikkene, siden det vil påvirke diagnostisk verdi og tolkning av radiologiske funn betydelig. Misbruk av teknikker kan generere villedende bilder (f.eks. bilder som har forvrengninger, gjengivelsesfeil, rekonstruksjonslyder eller gjenstander) og føre til feildiagnose 30.

Den nåværende studien tar sikte på å vurdere 8 viktige bildegjengivelsesteknikker i PMCT som ble brukt til å identifisere de fleste pm-funnene i strandede cetaceans i Hong Kong-farvann. Beskrivelser og praktiske eksempler på hver teknikk er gitt for å veilede radiologer, klinikere og veterinærer over hele verden gjennom det ofte vanskelige og kompliserte riket av PMCT-bildegjengivelse og gjennomgang for evaluering av biologisk helse og profil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: Innenfor rammen av Hong Kong cetacean virtopsy stranding responsprogram, strandet cetaceans ble rutinemessig undersøkt av PMCT. Forfatterne var ansvarlig for virtopsy skanning, data etterbehandling (f.eks bilde rekonstruksjon og gjengivelse), datatolkning, og virtopsy rapportering1. Denne avanserte teknologien legger vekt på oppmerksomme funn og gir innsikt i den første undersøkelsen av PM-funn før konvensjonell necropsy (https://www.facebook.com/aquanimallab).

1. Forberedelse av data

  1. Eksporter de anskaffede CT-datasettene i DICOM 3.0-format. Kopier DICOM-mappen til datamaskinen (f.eks. skrivebord).
  2. Åpne et gratis eller kommersielt DICOM-visningsprogram. Følgende trinn er basert på TeraRecon Aquarius iNtuition Workstation (versjon 4.4.12).
  3. Dobbeltklikk ikonet for Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi). Skriv inn brukernavn, passord og servernavn i de aktuelle feltene. Klikk på Logg inn-knappen.
    MERK: Kontroller at servernavnfeltet har riktig SERVER-IP-adresse.
  4. Klikk Importer under knappene for databehandlingsverktøyet, og velg DICOM-mappen du vil importere. Klikk Oppdater-ikonet for å fornye studielisten etter at importstatusen når 100 %.
  5. Vis datasettene ved å velge 1 eller flere CT-serier fra pasientlisten ved å dobbeltklikke serien.
  6. Når du har lastet inn den angitte serien, klikker du på Vindusoppsett-knappen for 2x2-skjermgrensesnittet, som viser et 2x2-standardoppsett, et 3D-volum gjengitt bilde (øvre høyre panel) og 3 MPR-bilder i aksialvisning (øvre venstre panel), koronarvisning (nedre venstre panel), sagittalvisning (nedre høyre panel), som gir forskjellige retninger.
  7. Evaluer virtopsy-datasettene grundig ved hjelp av forskjellige bildegjengivelsesteknikker som følger med.

2. Multiplanar rekonstruksjon (MPR)

  1. Vis standard MPR fra aksialvisning (øvre venstre panel), koronarvisning (nedre venstre panel) og sagittalvisning (nedre høyre panel) etter lasting av serien. Endre gjengivelsesmodus til MPR ved å høyreklikke bildet og velge MPR eller klikke MPR i miniverktøylinjen i gjengivelsesmodus.
  2. Evaluer virtopsy-datasettene fra det første bildet til det siste bildet ved hjelp av aksialvisningen, etterfulgt av koronar- og sagittalvisninger, ved hjelp av følgende funksjoner: Klikk Slice, venstreklikk-hold-museknapp og dra musen for å vise og justere CT-bildeslic for slice.
  3. Klikk Panorer, venstreklikk-hold-museknapp og dra musen for å justere plasseringen av bildet inne i panelet.
  4. Klikk Zoom, venstreklikk-hold museknapp og dra musen for å forstørre eller minifisere bildet.
  5. Velg riktig forhåndsinnsett vindu/nivåer ved å klikke Abd 1 (vindusbredde: 350, vindusnivå: 75), Abd 2 (vindusbredde: 250, vindusnivå: 40), Hode (vindusbredde: 100, vindusnivå: 45), Lunge (vindusbredde: 1500, vindusnivå: -700), Bone (vindusbredde: 2200, vindusnivå: 200) i vindu / nivå Mini-Verktøylinje, avhengig av regionene av interesse.
  6. Klikk Vindu/nivå (W/L), venstreklikk-hold museknapp og dra musen for å justere vindusbredden og vindusnivået for CT-sektoren manuelt.
  7. Klikk Roter, venstreklikk-hold museknapp og dra musen for å rotere MPR-bildene.
  8. Venstreklikk-hold-museknapp i midten av MPR-trådkorset for å justere områdene av interesse og skiver samtidig i 3 MPR-bilder.
    MERK: Det finnes musemoduser for de 4 hovedfunksjonene for rotasjoner, panorering, zooming og vindus-/nivåendringer levert av AQi for å lette visningsprosessen. Hvis du vil ha hurtigtaster, kan du se Tabell 1.

3. Buet planar reformasjon (HLR)

  1. Bestem regionen av anatomisk interesse. Venstreklikk-hold-museknapp i midten av MPR-trådkorset til det bestemte interesseområdet.
  2. Vis MPR fra 3 forskjellige visninger. Kontroller at MPR-trådkorset er plassert på riktig sted. Juster MPR-trådkorset hvis det ikke er det.
  3. Velg 1 skjermpanel fra aksiale, koronar- og sagittale visninger som studiepanel, for eksempel med sikte på å vise flipperen fra en aksialvisning.
  4. Avhengig av studiepanelet justerer du den utvidede linjen med MPR-trådkors (f.eks. blå farge) fra koronarvisning vinkelrett på interesseområdet ved å venstreklikk-hold-museknappen på rotasjonspunktet for utvidet linje.
  5. Juster en annen utvidet linje (f.eks. rød farge) av MPR-trådkors fra skyttens visning parallelt med interesseområdet ved å venstreklikk-hold-museknappen på rotasjonspunktet for utvidet linje.
  6. Se på aksialvisningen for å kontrollere om interesseområdet er riktig justert. Juster de utvidede linjene hvis den ikke er det. Evaluer virtopsy datasettene ved hjelp av de 4 hovedfunksjonene rotasjon, panorering, zooming og vindu / nivå endringer.
    MERK: Det er 3 fargede utvidede linjer med MPR trådkors (grønn, rød og blå), som representerer forskjellige justeringer av MPR-planet (figur 2).

4. Maksimal intensitetprojeksjon (MIP)

  1. Endre gjengivelsesmodusen til MIP ved å høyreklikke bildet og velge MIP eller ved å klikke MIP i miniverktøylinjen i gjengivelsesmodus.
  2. Juster skivetykkelsen på høyre øvre hjørne (minimum: 1 mm, maksimum: 500 mm) ved å klikke på den grønne merknaden og velge en ny tykkelse for å visualisere interesseområdene, for eksempel bronkialtreet i lungene.
  3. Evaluer virtopsy-datasettene ved hjelp av de 4 hovedfunksjonene rotasjon, panorering, zooming og vindu/nivåendringer.

5. Minimum intensitetprojeksjon (MinIP)

  1. Endre gjengivelsesmodusen til MIP ved å høyreklikke bildet og velge MinIP eller ved å klikke MinIP i miniverktøylinjen i gjengivelsesmodus.
  2. Juster skivetykkelsen på høyre øvre hjørne (minimum: 1 mm, maksimum: 500 mm) ved å klikke på den grønne merknaden og velge en ny tykkelse for å visualisere interesseområdene (f.eks. bronkialtreet i lungene).
  3. Evaluer virtopsy-datasettene ved hjelp av de 4 hovedfunksjonene rotasjon, panorering, zooming og vindu/nivåendringer.

6. Direkte volumgjengivelse (DVR)

MERK: Som 1 av standard 2x2-grensesnitt, viser DVR (øvre høyre panel) 3D-gjengitte bilder av. Standard DVR-malinnstilling er AAA (abdominal aortaaneurisme, vindusbredde: 530, vindusnivå: 385), noe som gir en grov skjelettstruktur av.

  1. Juster vindusinnstillingen automatisk ved å klikke Mal under visningsprogrammet og velge riktig DVR-mal, for eksempel Grå 10 % (vindusbredde: 442, vindusnivå: 115), Brudd (vindusbredde: 2228, vindusnivå: 1414) om nødvendig.
  2. Klikk Vindu/nivå (W/L), venstreklikk-hold-museknapp og dra musen for å justere vindusbredden og vindusnivået for CT-skiven manuelt, noe som gir et ytre lag (f.eks. epidermal overflate) til indre lag (f.eks. intern struktur).
  3. Bruk de 4 hovedfunksjonene rotasjon, panorering, zooming og vindu/nivå endringer for ytterligere korrigeringer.
    MERK: Alle DVR-maler levert av AQi er kliniske orienterte mennesker, ikke utpekt for PM-avbildning av cetaceans.

7. Segmentering og region-of-interest (ROI) redigering

  1. Segmenter CT-bildeskjøpen ved hjelp av 3 forskjellige verktøy, verktøy for skive- og kubevisning, gratis roi-verktøy og dynamisk områdevoksende verktøy.
  2. For verktøyet For visning av plate- og kubeklikker du Plate under Verktøy, noe som gir en parallell visningslinje. Juster skiveplasseringen ved å flytte MPR-trådkorset fra de tilsvarende MPR-visningene. Endre skivetykkelsen (minimum: 1 mm, maksimum: 500 mm) via skivetykkelsesstangen, noe som resulterer i en segmentering av 3D-gjengitte bilder av.
  3. For gratis roi verktøy, klikker du FreeRO under Verktøy. Hold nede Skift-tasten på tastaturet, og bruk enten Draw Free Curve på MPR, Draw Circle på MPR eller Draw Sphere på MPR for å ekskludere / inkludere interesseområdet fra MPR-visningene og DVR.
  4. Klikk Område under Verktøyfor verktøyet for vekst av dynamisk område. Hold nede Skift-tasten på tastaturet, venstreklikk-hold-museknapp og bla den midterste knappen på musen (rulle opp: øk valgområdet, rull ned: reduser det merkende området), noe som gir et uthevet område. Klikk På Utelat for å slette området. Klikk Inkluder for å beholde området.

8. Overføringsfunksjoner (TF)

  1. Klikk på 3D-innstilling under Visningsprogram, velg Kopier for å opprette en ny 3D-rekonstruert modell.
  2. Klikk FreeRO eller Region under Verktøy i den nye 3D-rekonstruerte modellen. Region Hold nede Skift-tasten på tastaturet, bruk 3D VR til å inkludere interesseområdet, og klikk deretter Velg.
  3. Konfigurer 3D-innstillingene, inkludert W/L Slider, W/L Tekstinndatabokser, VR-nedtrekksmeny, Tetthetsglidebryter (minimum: 0, maksimum: 1), Tetthetstekstinndataboksog HU-områdefargeglidebryter under 3D-innstilling.
  4. Høyreklikk 1 av glidebryterne på fargeglidebryteren for å endre fargen på DVR. Velg Endre farge, og definer en egendefinert farge fra fargepaletten om nødvendig.

9. Perspektiv volum gjengivelse (PVR)

  1. For å starte Flythrough Module, høyreklikk på den valgte serien og velg Flythrough fra høyreklikkmenyen.
  2. Velg primær 3D for innstilling av lesestil for valg av primærvisning. Klikk 2x2-skjermoppsettet og OK, noe som resulterer i en automatisk BOBIL, for eksempel kolon. Kontroller at interesseområdet er valgt.
  3. Bygg en flybane ved å plassere starten og slutten av kontrollpunktene ved å tegne en bane. Korriger banen ved å klikke på alternativknappen Redigertilkobling /rediger bane i verktøypanelet hvis det er en ødelagt bane eller manglende struktur, redigere kontrollpunktene for jevnere deler av kurven eller rette opp problemer. Opprett nye kontrollpunkter ved å klikke på flybanen. Når flybanen er riktig, klikker du OK.
  4. Vis flygjennomsiktsvinduet som vises, og viser et hovedgjennomsiktsvindu, MPR-visninger og flat visning.
  5. Bruk Cine Tools ved å klikke på verktøypanelet på høyre side av skjermen for å evaluere armstrukturen. Juster hastigheten og retningen på gjennomfarten ved hjelp av Fly bakover, Pause, Fly fremover,Sakte ned flygjennom, og Fremskynde flythrough under Cine verktøy.

10. Dataevaluering

  1. Gjennomføre virtopsy evaluering systematisk fra hode til hale. Det er vanligvis innen 30 minutter, som fungerer som en referanse til guide veterinærer for påfølgende necropsy.
  2. Etter necropsy, sammenligne virtopsy funn og necropsy funn. Basert på nettstedet rapporten, virtopsy, necropsy, og prøveanalyse (f.eks histopathology og mikrobiologi), konkludere pm undersøkelse på biologisk helse og profil av strandet cetacean.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fra januar 2014 til mai 2020 ble totalt 193 cetaceans som strandet i Hong Kong-farvann undersøkt av PMCT, inkludert 42 indo-stillehavskvalp delfiner (Sousa chinensis), 130 indo-stillehavsfinnløse niser (Neophocaena phocaenoides) og 21 andre arter. En helkroppsskanning ble utført på 136, mens 57 var delvise skanninger på hodeskaller og svømmeføtter. Anatomiske egenskaper og patologier som vanligvis observeres ble illustrert med de 8 bildegjengivelsesteknikkene for evaluering av de strandede cetaceans biologiske helse og profil.

Figure 1
Figur 1: MPR-funksjon som viser en avdød indo-stillehavs-knølhvaldelfin i (A) aksial, (B) rekonstruert 3D, (C) rekonstruert koronar, og (D) rekonstruert sagittal visninger. Area målinger av atlanto-occipital plass er demonstrert i aksialplanet. Lineære målinger av ventral tuberkel til ytre marginer av occipital condyle (koronal), basion-dorsal bue og opisthion-ventral bue (sagittal) for diagnostisering av atlanto-occipital dissosiasjon er demonstrert. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: HLR-funksjon som viser buede strukturer i flipperen til en avdød indo-stillehavsfinnløs porpoise i planærvisning. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: MIP-funksjon som fremhever hyperattenuated lungeknoppfler (intense hvite prikker) i begge lungene til en avdød indo-stillehavsnøffri nise. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: MinIP-funksjon som fremhever hyperattenuated gassfylte strukturer, det vil si tracheobronchial trær i begge lungene til en avdød Indo-Pacific finløs porpoise. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: DVR-funksjon som viser forskjellige komponenter i en avdød indo-stillehavsfnøspoise. (A) Vaskulaturer overlaid med skjelettsystemet er uthevet av AAA. (B)Åndedrettssystemet er fremhevet av Lung. (C)Skjelettsystemet inkludert vertebrale fysealplater er uthevet av Bone plus Plate. (D)Hyperattenuated ørebein og fiskekroker er uthevet av Hardware. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: ROI redigeringsfunksjon som viser en avdød indo-stillehavs finløs porpoise (A) med CT-sofaen og (B) med CT-sofaen fjernet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: TF-funksjon som viser forskjellige komponenter i en avdød indo-stillehavsfnuløs nise. Sand i en luftsec er uthevet i cyan. Mageinnhold er uthevet i grønt. En parasittisk granulomatøs mastittlesjon er uthevet i rødt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 8
Figur 8: PVR-funksjon som viser en virtuell bronkoskopi av en avdød indo-stillehavsfinfin med Flythrough-funksjonen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tabell 1: Hurtigtaster i programvaren for ulike etterbehandlingsfunksjoner for bilder. Vennligst klikk her for å laste ned denne tabellen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

For den klare visualiseringen av virtopsy datasett, 8 bilde gjengivelse teknikker, bestående av både 2D og 3D gjengivelse, ble rutinemessig brukt på hver strandet for PM undersøkelse av deres biologiske helse og profil. Disse gjengivelsesteknikkene inkluderte MPR, HLR, MIP, MinIP, DVR, segmentering, TF og PVR. Ulike gjengivelsesteknikker brukes komplementært sammen med vindusjustering. Begrepene for hver bilde reformasjon teknikk og fordeler er også beskrevet.

Multiplanar rekonstruksjon (MPR)
MPR er prosessen med å lage ikke-aksiale 2D-bilder, inkludert koronar, sagittal, og noen anatomisk justert skråplan bilde24,30, som ikke er kjøpt direkte under oppkjøpet i et aksialt plan. Denne dominerende 2D-gjengivelsesteknikken er spesielt nyttig for å vurdere intakt anatomisk struktur eller patologi i ønsket plan med bilder av høy kvalitet31,32. Ved hjelp av MRP ble cetacean PM-undersøkelser av hele kroppen, ortopediske og nevrologiske / ryggraden rutinemessig utført i 3 retninger samtidig, noe som betydelig forbedret nøyaktigheten av funn (figur 1). Gjennom omfattende observasjon fra de 3 flyene reduseres feilfrekvensen for feilidentifisering av minuttpatologier. I tillegg støtter MPR også lineær og områdemåling ved aksial, koronar og skyttenplan. Det er imidlertid operatøravhengig, og krever tilstrekkelig anatomisk kunnskap for å identifisere både normale strukturer og patologiske forhold, som unngår feiltolkning av de gjengitte bildene.

Buet planar reformasjon (HLR)
HLR kalles også buet MPR. Til tross for å bli behandlet som MRP i noen peer-sett litteratur, HLR er en distinkt 2D gjengivelse teknikk. Ved hjelp av isotropisk bildebehandling som justerer den lange aksen til bildeplanet med en valgt anatomisk struktur, formateres 2D-bilder uten tap av bildekvalitet18,,24. Dette gjør det mulig for operatøren å manuelt definere en midtlinjebane for en buet rekonstruksjon i volumetrisk datasett. Dette er spesielt avgjørende når motivet ikke kan plasseres i en sann eller relativt sann anatomisk posisjon i forhold til PMCT-detektorene (det vil si ekte rekonstruerte koronar /sagittal/aksialbilde), spesielt for frosne eller mumifiserte. Justeringen av kompliserte, tortuous eller forkalket strukturer er nødvendig for å få et mer symmetrisk bilde for diagnose. På grunn av sine fleksible flatings- og forvrengningsegenskaper kan feiltolkning lett induseres. Operatøren må tydelig huske posisjonen og formen på de anatomiske strukturene av interesse. Svømmeføtter er en av de vanskeligste kroppsdelene for å oppnå en sann anatomisk posisjon som de er buet mot kroppen flanker, med mindre de ble resected før PMCT skanning. Med utnyttelsen av HLR ble de fleste anatomiske trekkene i svømmeføtter demonstrert ved 1 plan og for skeleal aldersestimering (figur 2).

Maksimal intensitetsprojeksjon (MIP)
MIP projiserer bare den høyeste dempelsesverdien i hver piksel av de volumetriske datasettene i betrakterens syn32 og velger voxelen med maksimal intensitet som verdien for den tilsvarende skjermpikselen18. Opprinnelig er denne teknikken anerkjent for å evaluere det osteologiske materialet, metalliske implantater og kontrastfylte strukturer for CT-angiografi i klinisk radiologi antemortem17,33. På grunn av nedbrytning av indre strukturer og organer, og fraværet av blodperfusjon i strandede, blir innføringen av MIP i evalueringen av kontrastfylte strukturer for CT-angiografi svært vanskelig i virtopsy. MIP tar imidlertid fortsatt en dominerende karakter i å undersøke osteologiske materialer, fremmedlegemer (f.eks. matbolus, fiskerester, stein, metallisk forviklinger) og forkalkninger i bløtvev, samt svært dempede, smale og blod- eller vannfylte strukturer som de store arteriene og venene. Gjennom justering av skivetykkelse (det vil si bildetykkelse for datarekonstruksjon) som er subjektiv for størrelsen på det evaluerte målet, kan visualiseringen av lesjoner vektlegges. For eksempel, ved hjelp av forskjellige glidende tynn-skive34, identifisering av små lungeknoppfler i kollapset lunger av en strandet ble intensivt forbedret, som MIP understreket disse minuttene av hyperattenuated flekker, noe som viste tilstedeværelsen av lungekonsolidering og parasittisk lungebetennelse (Figur 3).

Minimum intensitetsprojeksjon (MinIP)
I motsetning til MIP prosjekter MinIP bare den laveste dempende verdien som oppstår langs en stråle passerer gjennom et volum mot betrakterens syn i et volum18,24. Selv om MinIP ikke er vanlig i kliniskradiologi 24,fungerte denne teknikken fortsatt som et utmerket visualiseringsverktøy på hypoattenuerte strukturer og gassfylte strukturer, som luftveiene og mage-tarmkanalen. Undersøkelsen av morfologi og lungeparenchymale abnormiteter, startet fra blowhole ned til tracheobronchial treet, i strandet cetaceans ble betydelig forbedret (Figur 4). I likhet med MIP bør ytterligere kontroll tas på skivetykkelsen, underlagt de undersøkte patologiene, for å generere et mer skillebart bilde35, da skivetykkelsen er avgjørende for å bestemme skillet mellom presenterte strukturer på de studerte strukturene.

Direkte volumgjengivelse (DVR)
DVR er en algoritme som konverterer et helt 3D-bilde satt til 2D-bilder direkte uten å forkaste informasjon18. Det endelige viste 2D-bildet opprettes basert på Hounsfield-enhetene ved å tildele hver voxel i bildet en bestemt farge- og tetthetsverdi sammen med andre voxels i samme projeksjonsstråle. Som motstanden mot å skape en mellomliggende representasjon (f.eks. en ekstrahert overflatemodell ved bløtvevsfjerningsverktøy), kan de interne og eksterne forholdene til et strandet på alle dybder med 3D-metoden undersøkes samtidig, uten å skjule hverandre. Denne 3D-gjengivelsesteknikken var et raskt, allsidig og interaktivt verktøy for en helkropps kadaverevaluering fra alle vinkler. Benete lesjoner, komplekse frakturer, kroppsfragmentering og fremmedlegemer forårsaket av menneskelig interaksjon (f.eks. traumatiske skader forårsaket av karkollisjon og fiskeri) var mulig å identifisere (figur 5). Utfordringen med DVR er at operatøren må justere gjengivelsesparametrene, det vil siopasiteten og lysstyrken, for å vise vaskulaturen mer nøyaktig21,36.

Segmentering og område-of-interest (ROI) redigering
Irrelevante strukturer, objekter (f.eks. karossepose og CT-sofa) og gjenstander (f.eks. metalliske glidelåser) som vises på DVR-modellen, kan forringe bildekvaliteten og obskure radiologiske diagnoser. For å illustrere visse områder av anatomi eller patologi på en bedre måte, brukes segmentering til å inkludere eller utelukke utvalgte volumetriske data på enten 2D- eller 3D-bilder18,,24. Selv om automatiserte segmenteringsprogrammer er tilgjengelige, ble manuell segmentering som krever høy vevsgjenkjenning og avgrensning av operatøren utført i de fleste tilfeller for å bistå identifisering av radiologiske funn på DVR av strandede. ROI-redigering var det vanligste segmenteringsverktøyet som ble brukt i den nåværende studien, som gjorde det mulig for operatøren å inkludere eller ekskludere et interesseområde manuelt ved å tegne en rektangulær, elliptisk eller annen form for å definere den nøyaktige romlige grensen for målet (figur 6). I likhet med DVR-maler som tilbys i 3D-arbeidsstasjonen, er automatisert segmentering basert på reglene for connectedness og tersering, og utsatt for klinisk radiologi, som for det meste var uegnet for denne studien, med unntak av den automatiske kroppsbenfjerningsfunksjonen.

Overføringsfunksjoner (TF)
TF er en algoritme for å kontrollere terskelen for tetthet, lysstyrke og farge på det valgte volumet18,,24. Dette verktøyet gjør det mulig for operatøren å selektivt avsløre de relevante strukturene på DVR-modellen, ved å velge terskelverdien, området og formen, for å tjene forskjellige formål i det definerte området. For eksempel, velge en lavere tetthet terskel fjerner ekstern lav tetthet bløtvev (hud og fett) og skjuler mageinnholdet, mens en høy tetthet terskel holder høye ugjennomsiktige objekter (f.eks bein, kalsium, og utskilles kontrastmaterialer); endre farge, lysstyrke og kontrast skala fremhever området av interesse, og gjør utseendet på DVR-modellen for å se annerledes ut. Disse kontrollene gir en bedre belysning og raskere differensiering av strukturer basert på deres demping. Disse er imidlertid sårbare for interobserver-variabilitet og avhengig av operatør mestring i optimalisering av gjengivelsesparametere21. Med bidrag fra segmentering og TF var forholdet mellom viste vev, organer og fremmedlegemer i skannede godt klassifisert (figur 7). Raske og klare foreløpige funn på strandede cetaceans ble demonstrert på den redigerte DVR-modellen, som ga veterinærer og stranding responspersonell en oversikt over den interne og eksterne tilstanden, samt de første PM-undersøkelsesfunnene, og tilrettelagte påfølgende konvensjonell necropsy.

Perspektivvolumgjengivelse (PVR)
PVR, også kalt endoluminal imaging eller oppslukende gjengivelse, brukes hovedsakelig på luftholdige strukturer som luftrør, kolon, spiserør og arterier. Det gjør det mulig for operatøren å visualisere de interne forholdene til lumen ved virtuellnavigasjon 35. Operatøren angir startpunktet, sluttpunktet og en midtlinjebane som skal flys gjennom. Ved å vise en animasjon av å fly gjennom strukturen, kan forholdet mellom anatomiske strukturer og endoluminale abnormiteter som polypper eller kreftvekster på veggene identifiseres som i en ikke-invasiv virtuell endoskopi19. De tilsvarende MPR-bildene som vises sammen med, tillater samtidig gjennomgang av bestemte lesjoner37,38. Ved å utvide PVR utover lumen, kan tilstøtende ekstraluminale strukturer også visualiseres24. I den nåværende studien var PVR bare aktuelt på ferske skrotter med uinnsamlede strukturer, noe som tillot rekonstruksjon av endoluminal view (figur 8).

I den nåværende oversikten over gjengivelsesteknikker ble bare 8 teknikker som vanligvis brukes i rutinemessig virtopsy av strandede cetaceans beskrevet, mens andre ble omstridt på grunn av deres begrensede nytte. De nevnte teknikkene kan også gi innsikt og brukes på andre dyr generelt. I klinisk radiologi er det mange andre gjengivelsesteknikker og DVR-maler, bygget på terskelbaserte algoritmer med forhåndsinnstilte verdier for tetthet, lysstyrke, belysning, varmeskala, vindusnivå og vindusbredde, levert i de fleste 3D-arbeidsstasjoner. De er utformet for å understreke illustrasjonen av ulike vevstyper og kroppsdeler for spesielle undersøkelser, for eksempel vaskulær kontrast, luftveier, mage eller trombe18,,24,,31. Men i tilfelle av strandede er det gassakkumulering forårsaket av nedbrytning uten organperfusjon. De fleste DVR-forhåndsinnstillinger for klinisk CT-undersøkelse, spesielt CT-angiografi, krever kontrastinjeksjon og kunne derfor ikke brukes i den nåværende studien. De selvdesignede DVR-malene kombinert med enkelt- eller flere DVR-modeller for cetacean PM-undersøkelse kan etableres etter standardisering av terskelbaserte algoritmer når det gjelder arter og deres nivå av nedbrytning. Likevel, basert på vår erfaring, de 8 gjengivelsesteknikkene som er oppført, var i stand til å identifisere de fleste av PM-funnene i strandede cetaceans, og var tilstrekkelige til å undersøke deres biologiske helse og profil.

Forberedelse og skanning av er avgjørende for etterfølgende etterbehandling og visualisering av virtopsy data. Drift av en CT-maskin, en irioniserende radiologisk enhet, må utføres av en sertifisert radiologisk tekniker eller kliniker i samsvar med loven. Selv om de skannede forsøkspersonene var, bør strålingsdosen holdes til så lav som rimelig oppnåelig. Kontrollen av skanneparametere, spesielt skivetykkelse, ville ha stor innflytelse på nøyaktigheten av de rekonstruerte koronar- og sagittale flyene. Videre tillater reduksjon i CT skivetykkelse mer presis diagnose. For eksempel kan det å anskaffe PMCT-bilder med 3 mm tykkelse forsømme en 1 × 1 × 1 mm parasittisk granulom, ofte observert i brystkjertlene til strandede cetaceans. For å unngå å gå glipp av funn og forbedre oppløsningen på 2D- og 3D-gjengivelse, ble det brukt en standardisert skanneprotokoll. Skivetykkelsen ble kontrollert ved 1 mm, og ned til 0,625 mm når det er mulig, noe som er den minste skivetykkelsen som er tilgjengelig for CT-maskinen som brukes.

En riktig postprosessering visualisering og manipulering av virtopsy datasett krever klar forståelse av prinsippene og fallgruvene i de vanlige gjengivelsesteknikkene som brukes til cetacean PM-undersøkelse, for eksempel identifisering av styrke og svakhet mellom teknikkene21. Valget av gjengivelsesteknikker avhenger av de anatomiske strukturene og de underliggende patologiene som skal illustreres, det er ingen enkelt teknikk som kan gjenkjenne alle PM-funnene. Å kjenne fordeler og ulemper og velge de riktige gjengivelsesteknikkene kan øke bildekvaliteten og tolket av virtopsy datasett, som bidrar til å få en riktig diagnose. Nøye gjennomgang av virtopsy datasett og korrelere dem med andre teknikker kan unngå potensiell gjengivelse og segmentering feil18. Likevel bør den endelige vurderingen og diagnosen gjøres av veterinærradiologer eller radiologiske klinikere som er attestert og har erfaring til å rapportere virtopsy funn.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne vil gjerne takke landbruks-, fiskeri- og konserveringsavdelingen i Hong Kong Special Administrative Region Government for kontinuerlig støtte i dette prosjektet. Oppriktig takknemlighet er også utvidet til veterinærer, ansatte og frivillige fra Aquatic Animal Virtopsy Lab, City University of Hong Kong, Ocean Park Conservation Foundation Hong Kong og Ocean Park Hong Kong for å betale stor innsats på stranding respons i dette prosjektet. Spesiell takknemlighet skyldes teknikere i CityU Veterinary Medical Centre og Hong Kong Veterinary Imaging Centre for drift av CT- og MR-enheter for den nåværende studien. Eventuelle meninger, funn, konklusjoner eller anbefalinger uttrykt her gjenspeiler ikke nødvendigvis synspunktene til Marine Ecology Enhancement Fund eller Bobestyreren. Dette prosjektet ble finansiert av Hong Kong Research Grants Council (Grant number: UGC/FDS17/M07/14), og Marine Ecology Enhancement Fund (tilskuddsnummer: MEEF2017014, MEEF2017014A, MEEF2019010 og MEEF2019010A), Marine Ecology Enhancement Fund, Marine Ecology & Fisheries Enhancement Funds Trustee Limited. Spesiell takk til Dr. María José Robles Malagamba for engelsk redigering av dette manuskriptet.

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

Biologi Bildegjengivelse postmortem computertomografi stranding cetaceans biologisk helse biologisk profil virtopsy veterinærmedisin
Bildegjengivelsesteknikker i Postmortem Computered Tomografi: Evaluering av biologisk helse og profil i strandede Cetaceans
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