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Biology

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

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

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

Abstract

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

Introduction

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

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

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

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

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Protocol

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

1. Preparação de dados

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

2. Reconstrução multiplanar (MPR)

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

3. Reforma planar curva (RCP)

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

4. Projeção de intensidade máxima (MIP)

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

5. Projeção de intensidade mínima (MinIP)

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

6. Renderização de volume direto (DVR)

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

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

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

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

8. Funções de transferência (TF)

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

9. Renderização do volume de perspectiva (PVR)

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

10. Avaliação de dados

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

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Representative Results

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

Figure 1
Figura 1: Função MPR exibindo um golfinho jubarte indo-pacífico falecido em (A) axial, (B) reconstruído 3D, (C) coronal reconstruído, e (D) vistas sagiais reconstruídas. As medidas da área do espaço atlanto-occipital são demonstradas no plano axial. São demonstradas medidas lineares do tubérculo ventral às margens externas do condíleo occipital (coronal), arco basion-dorsal e arco optalthion-ventral (sagitário) para o diagnóstico de dissociação atlanto-occipital. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Função de RCP exibindo estruturas curvas na nadadeira de um boto indo-pacífico sem barbatana falecido na vista do planar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Função MIP destacando nódulos pulmonares hiperatenuados (pontos brancos intensos) em ambos os pulmões de um botos indo-pacífico sem barba. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Função MinIP destacando estruturas hiperatenuadas cheias de gás, ou seja, árvores traqueobronquiais em ambos os pulmões de um boto indo-pacífico sem barbatana falecido. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Função DVR exibindo diferentes componentes de um boto indo-pacífico sem barbatana falecido. (A) Vasculaturas sobrepostas com o sistema esquelético são destacadas pela AAA. (B) O sistema respiratório é destacado por Lung. (C) O sistema esquelético, incluindo as placas de fiseal vertebral, é destacado por Bone plus Plate. (D) Ossos de ouvido hiperatenuados e anzóis de peixe são destacados pelo Hardware. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Função de edição de ROI exibindo um boto sem barbante indo-pacífico falecido (A) com o sofá CT e (B) com o sofá CT removido. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: Função TF exibindo diferentes componentes de um boto indo-pacífico sem barbatana falecido. A areia em um saco de ar é destacada em ciano. O conteúdo estomacal é destacado em verde. Uma lesão de mastite granulomatosa parasitária é destacada em vermelho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 8
Figura 8: Função PVR demonstrando uma broncoscopia virtual de um golfinho jubarte indo-pacífico falecido com a função Flythrough. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Tabela 1: Atalhos de teclado do software para diferentes funções de pós-processamento de imagem. Clique aqui para baixar esta tabela.

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Discussion

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

Reconstrução multiplanar (MPR)
MPR é o processo de criação de imagens 2D não axiais, incluindo a coronal, sagital, e qualquer imagem de avião oblíquo anatomicamente alinhada24,30, que não é adquirida diretamente durante a aquisição em um plano axial. Esta técnica dominante de renderização 2D é especialmente útil na avaliação de qualquer estrutura anatômica ou patologia intacta no plano necessário com imagens de alta qualidade31,32. Com a ajuda da RMR, as investigações da PM do cetáceo de todo o corpo, ortopédico e neurológico/coluna foram realizadas rotineiramente em 3 direções simultaneamente, o que melhorou significativamente a precisão dos achados(Figura 1). Através da observação abrangente dos 3 planos, a taxa de erro de identificação incorreta de patologias minuciosas é reduzida. Além disso, o MPR também suporta medição linear e de área no plano axial, coronal e sagital. No entanto, é dependente do operador, e requer conhecimento anatômico suficiente para identificar estruturas normais e condições patológicas, que evitam a má interpretação das imagens renderizadas.

Reforma planar curva (RCP)
A RCP também é chamada de MPR curva. Apesar de ser tratada como MRP em algumas literaturas vistas por pares, a RCP é uma técnica distinta de renderização 2D. Utilizando imagens isotrópicas que alinham o longo eixo do plano de imagem com uma estrutura anatômica selecionada, as imagens 2D são reformatadas sem perda de qualidade de imagem18,24. Isso permite que o operador defina manualmente um caminho central para uma reconstrução curva dentro do conjunto de dados volumoso. Isso é particularmente crucial quando o sujeito não pode ser colocado em uma posição anatômica verdadeira ou relativamente verdadeira em relação aos detectores PMCT (ou seja, verdadeira imagem coronal/sagital/axial reconstruída), especialmente para carcaças congeladas ou mumificadas. O alinhamento de estruturas complicadas, tortuosas ou calcificadas é necessário para obter uma imagem mais simétrica para o diagnóstico. Devido às suas características flexíveis de achatamento e distorção, a má interpretação pode ser facilmente induzida. O operador deve lembrar claramente a posição e a forma das estruturas anatômicas de interesse. As nadadeiras são 1 das partes mais difíceis do corpo para obter uma posição anatômica verdadeira, pois são curvadas em direção aos flancos do corpo, a menos que ressecadas antes da varredura pmct. Com a utilização da RCP, a maioria das características anatômicas nas nadadeiras foi demonstrada em 1 plano e para estimativa de idade esquelética(Figura 2).

Projeção de intensidade máxima (MIP)
O MIP projeta apenas o maior valor de atenuação em cada pixel dos conjuntos de dados volumosos dentro da visão do espectador32 e seleciona o voxel com a intensidade máxima como o valor do pixel de exibição correspondente18. Originalmente, essa técnica é reconhecida para avaliar o material osteológico, implantes metálicos e estruturas cheias de contraste para angiografia de tomografia computadorizada em radiologia clínica antemortem17,33. Devido à decomposição de estruturas e órgãos internos, e à ausência de perfusão de sangue em carcaças encalhadas, a adoção do MIP na avaliação das estruturas cheias de contraste para angiografia de tomografia se torna muito difícil na virtopsia. No entanto, o MIP ainda tem um caráter dominante na análise de materiais osteológicos, corpos estranhos (por exemplo, bolus alimentar, restos de peixe, pedra, emaranhado metálico) e calcificações dentro de tecidos moles, bem como estruturas altamente atenuadas, estreitas e cheias de sangue ou água, como as principais artérias e veias. Através do ajuste da espessura da laje (ou seja, espessura da imagem para reconstrução de dados) subjetiva ao tamanho do alvo avaliado, a visualização das lesões pôde ser enfatizada. Por exemplo, utilizando diferentes lajes finasdeslizantes 34, a identificação de pequenos nódulos pulmonares em pulmões colapsados de uma carcaça encalhada foi intensamente melhorada, como o MIP enfatizou esses minutos de manchas hiperatenuadas, que evidenciaram a presença de consolidação pulmonar e pneumonia parasitária(Figura 3).

Projeção de intensidade mínima (MinIP)
Em contraste com o MIP, o MinIP projeta apenas o menor valor de atenuação encontrado ao longo de um raio passar por um volume em direção à visão do espectador dentro de um volume18,24. Embora o MinIP não seja comumente utilizado na radiologia clínica24,essa técnica ainda serviu como uma excelente ferramenta de visualização em estruturas hipoacertadas e estruturas cheias de gás, como o trato respiratório e gastrointestinal. O exame da morfologia e anormalidades parênteses pulmonares, iniciado desde o orifício até a árvore traqueobronquial, nos cetáceos encalhados foram significativamente aprimorados(Figura 4). Semelhante ao MIP, deve-se tomar um controle adicional sobre a espessura da laje, sujeita às patologias examinadas, para gerar uma imagem mais distinguível35,uma vez que a espessura da laje é fundamental para determinar a distinção das estruturas apresentadas nas estruturas estudadas.

Renderização de volume direto (DVR)
DVR é um algoritmo que converte uma imagem 3D inteira definida em imagens 2D diretamente sem descartar qualquer informação18. A imagem 2D exibida final é criada com base em suas unidades Hounsfield, atribuindo a cada voxel na imagem um valor específico de cor e opacidade, juntamente com outros voxels no mesmo raio de projeção. Como a oposição de criar uma representação intermediária (por exemplo, um modelo de superfície extraído por ferramenta de remoção de tecido mole), as condições internas e externas de uma carcaça encalhada em todas as profundidades com o método 3D podem ser examinadas de uma só vez, sem ocultar umas às outras. Esta técnica de renderização 3D foi uma ferramenta rápida, versátil e interativa para uma avaliação de carcaça de corpo inteiro de qualquer ângulo. Foram possíveis identificar lesões ósseas, fraturas complexas, fragmentação corporal e corpos estranhos causados pela interação humana (por exemplo, lesões traumáticas causadas por colisão de embarcações e pesca)(Figura 5). O desafio do DVR é que o operador precisa ajustar os parâmetros de renderização, ou seja,a opacidade e o brilho, para exibir a vasculatura com mais precisão21,36.

Edição de Segmentação e Região de Interesse (ROI)
Estruturas irrelevantes, objetos (por exemplo, saco de corpo e sofá CT) e artefatos (por exemplo, zíperes metálicos) exibidos no modelo DVR podem degradar a qualidade da imagem e o diagnóstico radiológico obscuro. Para ilustrar certas áreas de anatomia ou patologia de uma maneira melhor, a segmentação é usada para incluir ou excluir dados volumosos selecionados em imagens 2D ou 3D18,24. Embora estejam disponíveis programas automatizados de segmentação, a segmentação manual que requer alto reconhecimento tecidual e delineamento pelo operador foi realizada na maioria das circunstâncias para auxiliar na identificação de achados radiológicos no DVR de carcaças encalhadas. A edição do ROI foi a ferramenta de segmentação mais comum utilizada no presente estudo, que permitiu ao operador incluir ou excluir uma região de interesse manualmente, desenhando uma forma retangular, elíptica ou outra para definir o limite espacial preciso do alvo (Figura 6). Semelhante aos modelos dvr fornecidos na estação de trabalho 3D, a segmentação automatizada baseia-se nas regras de conectividade e limiaridade, e submetida à radiologia clínica, que foi principalmente inadequada para este estudo, exceto para a função automática de remoção óssea do corpo.

Funções de transferência (TF)
TF é um algoritmo para controlar o limiar de opacidade, brilho e cor do volume selecionado18,24. Esta ferramenta permite que o operador revele seletivamente as estruturas relevantes no modelo DVR, selecionando o valor, alcance e forma do limiar, para servir diferentes propósitos na região definida. Por exemplo, a escolha de um limiar de opacidade mais baixo remove os tecidos moles externos de baixa opacidade (pele e gordura) e obscurece o conteúdo abdominal, enquanto um alto limiar de opacidade mantém objetos opacos elevados (por exemplo, materiais de contraste ósseo, cálcio e excretados); mudar a cor, brilho e escala de contraste destaca a região de interesse, e faz com que a aparência do modelo DVR pareça diferente. Esses controles dão uma melhor elucidação e diferenciação mais rápida das estruturas com base em sua atenuação. No entanto, estes são vulneráveis à variabilidade do interobservador e dependem do domínio do operador na otimização dos parâmetros de renderização21. Com a contribuição da segmentação e da TF, a relação de tecidos, órgãos e corpos estranhos expostos em carcaças digitalizadas foi bem classificada(Figura 7). Foram demonstrados resultados preliminares rápidos e claros sobre cetáceos encalhados no modelo dvr editado, o que deu aos veterinários e ao pessoal de resposta de encalhe uma visão geral sobre a condição interna e externa, bem como os resultados iniciais da investigação da PM, e facilitou a posterior necropsia convencional.

Renderização de volume de perspectiva (PVR)
PvR, também chamada de imagem endoluminal ou renderização imersiva, é aplicada principalmente a estruturas que contêm ar, como traqueia, cólon, esôfago e artérias. Permite que o operador visualize as condições internas do lúmen por navegação virtual35. O operador designa o ponto de partida, o ponto final e um caminho central para voar. Ao exibir uma animação de voar através da estrutura, as relações entre estruturas anatômicas e anormalidades endoluminais, como pólipos ou crescimentos cancerígenos nas paredes, podem ser identificadas como em uma endoscopia virtual não invasiva19. As imagens de MPR correspondentes exibidas ao lado permitem a revisão simultânea de lesões específicas37,38. Ao estender pvr além do lúmen, estruturas extraluminais adjacentes também podem ser visualizadas24. No presente estudo, a PVR só foi aplicável em carcaças frescas com estruturas não cascuadas, o que permitiu a reconstrução da visão endoluminal(Figura 8).

No panorama atual das técnicas de renderização, apenas 8 técnicas comumente utilizadas na virtopsia rotineira de cetáceos encalhados foram descritas, enquanto outras foram contestadas devido à sua utilidade limitada. As técnicas mencionadas também poderiam dar insights e serem aplicadas a outros animais em geral. Na radiologia clínica, existem muitas outras técnicas de renderização e modelos de DVR, construídos em algoritmos baseados em limiar com valores predefinidos para opacidade, brilho, iluminação, escala de calor, nível de janela e largura da janela, fornecidos na maioria das estações de trabalho 3D. Estes são projetados para enfatizar a ilustração de diferentes tipos de tecidos e partes do corpo para exames especiais, por exemplo, contraste vascular, vias aéreas, estômago ou trombo18,,24,31. No entanto, no caso das carcaças encalhadas, há acúmulo de gás causado pela decomposição sem perfusão de órgãos. A maioria das predefinições de DVR do exame clínico de tomografia computadorizada, especialmente a angiografia de tomografia computadorizada, requerem injeção de contraste e, portanto, não poderia ser aplicada no presente estudo. Os modelos de DVR auto-projetados combinados com modelos de DVR únicos ou múltiplos para investigação pm cetáceo poderiam ser estabelecidos após a padronização dos algoritmos baseados em limiares em termos de espécie e seu nível de decomposição. No entanto, com base em nossa experiência, as 8 técnicas de renderização listadas foram capazes de identificar a maioria dos achados da PM em cetáceos encalhados, e foram suficientes para investigar sua saúde biológica e perfil.

A preparação e varredura das carcaças é fundamental para o pós-processamento subsequente e visualização de dados virtopsy. O funcionamento de uma máquina de tomografia, uma unidade radiológica ionizante, deve ser realizado por um técnico radiológico certificado ou médico em conformidade com a lei. Embora os sujeitos escaneados fossem carcaças, a dose de radiação deve ser mantida tão baixa quanto razoavelmente alcançável. O controle dos parâmetros de varredura, especialmente a espessura das fatias, influenciaria fortemente a precisão dos planos coronais e sagitos reconstruídos. Além disso, a redução da espessura da fatia da TC permite um diagnóstico mais preciso. Por exemplo, a aquisição de imagens PMCT com espessura de 3 mm pode negligenciar um granuloma parasitico de 1×1×1 mm, comumente observado nas glândulas mamárias de cetáceos encalhados. Para evitar perder qualquer achado e melhorar a resolução da renderização 2D e 3D, foi utilizado um protocolo de digitalização padronizado. A espessura da fatia foi controlada a 1 mm, e até 0,625 mm sempre que possível, que é a espessura mínima da fatia disponível para a máquina ct utilizada.

Uma visualização pós-processamento adequada e manipulação de conjuntos de dados virtopsy requer uma compreensão clara dos princípios e armadilhas das técnicas comuns de renderização utilizadas para a investigação do PM do cetáceo, por exemplo, a identificação de força e fraqueza entre as técnicas21. A escolha das técnicas de renderização depende das estruturas anatômicas e das patologias subjacentes a serem ilustradas, não há uma única técnica que possa reconhecer de forma abrangente todos os achados da PM. Conhecer os prós e contras e escolher as técnicas de renderização adequadas pode aumentar a qualidade da imagem e a interpretação dos conjuntos de dados virtopsy, que ajudam a obter um diagnóstico correto. Revisar cuidadosamente os conjuntos de dados virtopsy e correlacioná-los com outras técnicas pode evitar possíveis erros de renderização e segmentação18. Ainda assim, o julgamento final e o diagnóstico devem ser feitos por radiologistas veterinários ou clínicos radiológicos certificados e experientes para relatar achados virtopsia.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

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

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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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).

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