Summary
Hong Kong valstrandning svarsprogram har införlivat postmortem datortomografi, som ger värdefull information om den biologiska hälsa och profil av de avlidna djuren. Denna studie beskriver 8 bild rendering tekniker som är väsentliga för identifiering och visualisering av postmortem resultaten i strandsatta valar, som kommer att hjälpa kliniker, veterinärer och strandning svar personal över hela världen att fullt ut utnyttja den radiologiska modalitet.
Abstract
Med 6 års erfarenhet av att genomföra virtopsy rutinmässigt i Hongkong valstrandning svar programmet, standardiserade virtopsy förfaranden, postmortem datortomografi (PMCT) förvärv, postprocessing, och utvärdering var framgångsrikt etablerade. I denna pionjär val virtopsy strandning svarsprogram, VAR PMCT utförs på 193 strandsatta valar, vilket ger postmortem resultaten att stöd obduktion och belysa den biologiska hälsa och profil av djuren. Denna studie syftade till att bedöma 8 bildrenderingstekniker i PMCT, inklusive multiplanarrekonstruktion, böjd planarreformation, maximal intensitetsprojektion, minimal intensitetsprojektion, direkt volymåtergivning, segmentering, överföringsfunktion och perspektivvolymåtergivning. Illustrerad med praktiska exempel, dessa tekniker kunde identifiera de flesta av PM resultaten i strandsatta valar och fungerade som ett verktyg för att undersöka deras biologiska hälsa och profil. Denna studie skulle kunna vägleda radiologer, kliniker och veterinärer genom den ofta svåra och komplicerade rike PMCT bild rendering och granskning.
Introduction
Virtopsy, även känd som postmortem (PM) imaging, är undersökning av ett slaktkropp med avancerade tvärsnittsbilder modaliteter, inklusive postmortem datortomografi (PMCT), postmortem magnetisk resonanstomografi (PMMRI), och ultrasonography1. Hos människor är PMCT användbart för att undersöka traumatiska fall av skelettet ändringar2,3, främmande kroppar, gasformiga fynd4,5,6, och patologier i kärlsystemet7,8,9. Sedan 2014 har virtopsy rutinmässigt genomförts i Hongkongs valprogram för strandning1. PMCT och PMMRI kan skildra pato-morfologiska fynd på slaktkroppar som är alltför neddelas för att utvärderas av konventionella obduktion. Den icke-invasiva radiologiska bedömningen är objektiv och digitalt lagrabar, vilket möjliggör second opinion eller retrospektivastudier år senare 1,10,11. Virtopsy har blivit en värdefull alternativ teknik för att ge nya insikter av PM resultaten i strandsatta marina djur12,13,14,15,16. Kombinerat med obduktion, som är guldmyntfoten för att förklara den patofysiologiska återuppbyggnadenoch dödsorsaken 17, kan djurens biologiska hälsa och profil åtgärdas. Virtopsy har gradvis erkänts och genomförts i strandning svar program över hela världen, inklusive men inte begränsat till Costa Rica, Japan, Kina, Nya Zeeland, Taiwan, Thailand och USA1.
Bildåtergivningstekniker i radiologi använder datoralgoritmer för att omvandla tal till information om vävnaden. Till exempel, radiologisk densitet uttrycks i konventionella röntgenstrålar och CT. Den stora mängden volymetriska data lagras i dicom-formatet (Digital Imaging and Communications in Medicine). CT-bilder kan användas för att producera isotropisk voxel data med hjälp av tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) bildåtergivning i en postprocessing 3D-arbetsstation för högupplöst visualisering18,19. Kvantitativa data och resultat mappas för att omvandla seriellt förvärvade axiella bilder till 3D-bilder med gråskala ellerfärgparametrar 19,20,21. Att välja en lämplig metod för datavisualisering från olika renderingstekniker är en väsentlig teknisk avgörande faktor för visualiseringskvaliteten, vilket avsevärt påverkar analysen och tolkningen av radiologiska fynd21. Detta är särskilt kritiskt för strandningsarbete som involverar personal utan radiologisk bakgrund, som behöver förstå resultaten under olika omständigheter17. Målet med att genomföra dessa tekniker bildåtergivning är att förbättra kvaliteten på visualisering av anatomiska detaljer, relationer och kliniska fynd, som ökar det diagnostiska värdet av bildbehandling och möjliggör en effektiv återgivning av de definierade regionerna av intresse17,19,22,23,24,25.
Även om de primära axial CT/MRI bilder innehåller de flesta information, kan de begränsa korrekt diagnos eller dokumentation av patologier som strukturer inte kan ses i olika ortogonala plan. Bildreformation vid andra anatomiskt anpassade plan tillåter visualisering av strukturella relationer från ett annat perspektiv utan att behöva flytta kroppen26. Som medicinsk anatomi och kriminaltekniska patologi data är främst 3D i naturen, färgkodade PMCT bilder och 3D rekonstruerade bilder är att föredra att gråskala bilder och 2D-skiva bilder med tanke på förbättrad förståelighet och lämplighet för rättssalen adjudications27,28. Med de framsteg i PMCT-teknik, en oro för visualisering utforskning (dvs, skapandet och tolkningen av 2D och 3D-bild) i valAR PM undersökningen har tagitsupp 12,29. Olika volymetriska renderingstekniker i röntgenarbetsstationen gör det möjligt för radiologer, tekniker, hänvisande kliniker (t.ex. veterinärer och forskare inom marina däggdjur), och till och med lekmän (t.ex. insatspersonal för strandning, statstjänstemän och allmänhet) att visualisera och studera de regioner som är av intresse. Ändå är valet av en lämplig teknik och förvirring av terminologi fortfarande en viktig fråga. Det är nödvändigt att förstå de grundläggande begrepp, styrkor och begränsningar av de vanliga teknikerna, eftersom det skulle avsevärt påverka det diagnostiska värdet och tolkningen av radiologiska fynd. Missbruk av tekniker kan generera missvisande bilder (t.ex. bilder som har förvrängningar, återgivningsfel, rekonstruktionsljud eller artefakter) och leda till en felaktigdiagnos 30.
Den föreliggande studien syftar till att bedöma 8 viktiga bildåtergivningstekniker i PMCT som användes för att identifiera de flesta av PM resultaten i strandsatta valar i Hongkong vatten. Beskrivningar och praktiska exempel på varje teknik tillhandahålls för att vägleda radiologer, kliniker och veterinärer över hela världen genom den ofta svåra och komplicerade sfären av PMCT bildåtergivning och översyn för utvärdering av biologisk hälsa och profil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
OBS: Inom ramen för Hong Kong val virtopsy strandning svarsprogram, strandsatta valar undersöktes rutinmässigt av PMCT. Författarna var ansvariga för virtopsy scanning, data postprocessing (t.ex. bildrekonstruktion och rendering), datatolkning och virtopsy rapportering1. Denna avancerade teknik betonar uppmärksamma resultat och ger insikter om den inledande undersökningen av PM resultat före konventionella obduktioner (https://www.facebook.com/aquanimallab).
1. Förberedelse av data
- Exportera de förvärvade CT-datauppsättningarna i DICOM 3.0-format. Kopiera DICOM-mappen till dator (t.ex. skrivbord).
- Öppna en gratis eller kommersiell DICOM-tittare. Följande steg är baserade på TeraRecon Aquarius iNtuition Workstation (version 4.4.12).
- Dubbelklicka på ikonen för Aquarius iNtuition Client Viewer (AQi) ikon. Ange användarnamn, lösenord och servernamn i lämpliga fält. Klicka på knappen Inloggning.
OBS: Kontrollera att fältet för servernamn har rätt server-IP-adress. - Klicka på Importera under knapparna för datahanteringsverktyget och välj den DICOM-mapp som ska importeras. Klicka på ikonen Uppdatera om du vill förnya studielistan efter att importstatusen har nått 100 %.
- Visa datauppsättningarna genom att välja 1 eller flera CT-serier i Patientlistan genom att dubbel-vänsterklicka på serien.
- Efter inläsning av den angivna serien klickar du på knappen Fönsterlayout för 2x2-bildskärmsgränssnittet, som visar en 2x2 standardlayout, en 3D-volym renderad bild (övre högerpanel) och 3 MPR-bilder i axiell vy (övre vänstra panelen), koronal vy (panel i nedre vänstra hörnet), sagittal vy (panel i nedre högra hörnet), vilket ger olika orienteringar. 2x2
- Utvärdera de virtopsy datauppsättningarna noggrant med hjälp av olika bildrenderingstekniker som tillhandahålls.
2. Multiplanar återuppbyggnad (MPR)
- Visa standard MPR från axialvyn (panelen övre vänstra), koronal vy (panel i nedre vänstra hörnet) och sagittalvy (panel i nedre högra hörnet) när serien har laddats. Ändra återgivningsläget till MPR genom att antingen högerklicka på bilden och välj MPR eller klicka på MPR i miniverktygsfältet För renderingsläge.
- Utvärdera datauppsättningarna för virtopsy från den första bilden till den sista bilden med hjälp av den axiella vyn, följt av koronala och sagittala vyer, med hjälp av följande funktioner: Klicka på Segment, vänsterklicka-håll musknappen och dra musen för att visa och justera CT-bilden segment för segment.
- Klicka påPanorera , musen för vänsterklickning och dra musen för att justera bildens placering inuti panelen.
- Klicka på Zooma, musen för vänsterklickning och dra musen för att förstora eller minifiera bilden.
- Välj lämpligt förinställda fönster/nivåer genom att klicka på Abd 1 (fönsterbredd: 350, fönsternivå: 75), Abd 2 (fönsterbredd: 250, fönsternivå: 40), Huvud (fönsterbredd: 100, fönsternivå: 45), Lung (fönsterbredd: 1500, fönsternivå: -700), Ben (fönsterbredd: 2200, fönsternivå: 200) i Mini-Toolbar för fönster/nivå, beroende på vilka regioner som är av intresse.
- Klicka på Fönster/nivå (W/L), musknapp för vänsterklick och dra musen för att manuellt justera fönsterbredden och fönsternivån för CT-segmentet.
- Klicka påRotera , musen vänsterklicka och dra musen för att rotera MPR-bilderna.
- Vänsterklicka på musknapp i mitten av MPR Crosshairs för att samtidigt justera de regioner av intresse och segment i 3 MPR-bilder.
OBS: Det finns muslägen för de 4 huvudfunktionerna i rotationer, panorering, zoomning och fönster/nivåändringar som AQi tillhandahåller för att underlätta visningsprocessen. Kortkommandon finns i tabell 1.
3. Böjd planar-reformation (HLR)
- Bestäm regionen av anatomiskt intresse. Vänsterklicka-håll musknapp på mitten av MPR hårkors till den särskilda regionen av intresse.
- Visa MPR från 3 olika vyer. Se till att MPR-hårkorset är placerat på en korrekt plats. Justera MPR-hårkorset om det inte är det.
- Välj 1 visningspanel från axiella, koronala och sagittala vyer som studiepanel, t.ex.
- Beroende på studiepanelen, justera den utökade linjen av MPR hårkors (t.ex. blå färg) från koronal vy vinkelrätt till den region av intresse genom vänster-klicka-håll musknapp på rotationspunkten för förlängd linje.
- Justera en annan utsträckt linje (t.ex. röd färg) av MPR-hårkors från sagittalvy parallellt med den region av intresse genom vänsterklick-håll musknapp på rotationspunkten för förlängd linje.
- Titta på den axiella vyn för att kontrollera om den region av intresse som är korrekt justerad. Justera de förlängda linjerna om det inte är det. Utvärdera datauppsättningarna virtopsy med hjälp av de 4 huvudfunktionerna rotation, panorering, zoomning och ändringar av fönster/nivå.
OBS: Det finns 3 färgade utsträckta linjer av MPR hårkors (grönt, rött och blått), som representerar olika inriktningar av MPR-planet (Bild 2).
4. Maximal intensitetsprojektion (MIP)
- Ändra återgivningsläget till MIP genom att antingen högerklicka på bilden och välja MIP eller genom att klicka på MIP i miniverktygsfältet För renderingsläge.
- Justera plattans tjocklek på högra övre hörnet (minimum: 1 mm, maximum: 500 mm) genom att klicka på den gröna annoteringen och välj en ny tjocklek för att visualisera de områden av intresse, t.ex.
- Utvärdera datauppsättningarna virtopsy med hjälp av de 4 huvudfunktionerna rotation, panorering, zoomning och ändringar i fönster/nivå.
5. Minsta intensitetsprojektion (MinIP)
- Ändra renderingsläget till MIP genom att antingen högerklicka på bilden och välja MinIP eller genom att klicka på MinIP i miniverktygsfältet Renderingsläge.
- Justera plattans tjocklek på högra övre hörnet (minimum: 1 mm, maximum: 500 mm) genom att klicka på den gröna annoteringen och välj en ny tjocklek för att visualisera de områden av intresse (t.ex. luftrörsträdet i lungan).
- Utvärdera datauppsättningarna virtopsy med hjälp av de 4 huvudfunktionerna rotation, panorering, zoomning och ändringar i fönster/nivå.
6. Rendering av direkt volym (DVR)
OBS: Som 1 av standarddisplayen 2x2 gränssnitt, DVR (övre högra panelen) visar 3D-renderade bilder av stommen. Standardinställningen för DVR-mall är AAA (bukaortaaneurysm; fönsterbredd: 530, fönsternivå: 385), vilket ger en bruttoskelettstruktur av stommen.
- Justera fönsterinställningen automatiskt genom att klicka på Mall under Viewer och välj lämplig DVR-mall, t.ex., Grå 10 % (fönsterbredd: 442, fönsternivå: 115), Fraktur (fönsterbredd: 2228, fönsternivå: 1414) om det behövs.
- Klicka på Fönster/Nivå (W/L), musknapp för vänsterklick och dra musen för att justera fönsterbredden och fönsternivån för CT-segmentet manuellt, vilket ger ett yttre lager (t.ex. epidermal yta) till inre skikt (t.ex. inre struktur).
- Använd de 4 huvudfunktionerna rotation, panorering, zoomning och ändringar på fönster/nivå för ytterligare korrigeringar.
OBS: Alla DVR mallar som tillhandahålls av AQi är mänskliga kliniska orienterade, inte utsetts för PM bildframställning av valar.
7. Redigering av segmentering och region av intresse (ROI)
- Segmentera CT-bildsegmentet med hjälp av 3 olika verktyg, verktyget Slab och Cube View, Free ROI-verktygetoch Dynamic region growing tool.
- För verktyg för ritplatta och kubvyklickar du på Platta under Verktyg, vilket ger en parallell visningslinje. Justera platsen för plattan genom att omplacera MPR-hårkorset från motsvarande MPR-vyer. Ändra plattan tjocklek (minimum: 1 mm, max: 500 mm) via plattan tjocklekbar , vilket resulterar en segmentering av 3D utförda bilder av stommen.
- För Free ROI verktyg, klicka freeRO under Tool. Håll i Skift-tangenten på tangentbordet, och använd antingen Rita gratiskurva på MPR, Rita cirkel på MPR eller Rita sfär på MPR för att utesluta/inkludera den region av intresse från MPR-vyerna och DVR.
- För Växande verktyg för dynamisk regionklickar du på Region under Verktyg. Håll fast på Skift-tangenten på tangentbordet, vänsterklicka-håll musknappen och bläddra mittenknappen på musen (scroll-up: öka den väljande regionen, bläddra-nedåt: minska välja region), vilket ger en markerad region. Shift Klicka på Uteslut om du vill ta bort regionen. Klicka på Inkludera om du vill behålla regionen.
8. Överföringsfunktioner (TF)
- Klicka på 3D-inställning under Viewer, välj Kopiera för att skapa en ny 3D-rekonstruerad modell.
- I den nya 3D-rekonstruerade modellen klickar du på FreeRO eller Region under Verktyg. Håll i Skift-tangenten på tangentbordet, använd 3D VR för att inkludera den region som är intresseområde och klicka sedan på Välj.
- Konfigurera 3D-inställningarna, inklusive W/L Slider, Text-in-inmatningsrutor för W/L, VR-neddragningsmeny, Opacity Slider (minimum: 0, maximum: 1), Opacitet Text-input Boxoch HU-reglage för områdesfärg under 3D-inställning.
- Högerklicka på 1 av skjutreglagen i färgreglagefältet om du vill ändra färgen på DVR-knappen. Välj Ändra färg och definiera en egen färg från färgpaletten om det behövs.
9. Återgivning av perspektivvolym (PVR)
- För att lansera Flythrough-modulen högerklickar du på den valda serien och väljer Flythrough från högerklicksmenyn.
- Välj den primära 3D i guiden Inställningar för lässtil för primärvisningsmarkering. Klicka på skärmlayouten 2x2 och OK, vilket resulterar i en automatiskt RVR, t.ex. Kontrollera att den region av intresse är markerad.
- Bygg en flygväg genom att placera start- och av kontrollpunkter genom att rita en bana. Korrigera banan genom att klicka på alternativknappen Redigera anslutning/Redigera bana på verktygspanelen om det finns en trasig bana eller en struktur som saknas, redigera kontrollpunkterna för jämnare sektioner av kurvan eller korrigera problem. Skapa nya kontrollpunkter genom att klicka på flygbanan. När flygbanan är korrekt klickar du på OK.
- Visa fönstret Flythrough som visas, och visa ett Main flythrough-fönster, MPR-vyer och Plattvy.
- Använd Cine Tools genom att klicka på verktygspanelen som finns till höger på skärmen för att utvärdera luminalstrukturen. Justera flytritens hastighet och riktning med hjälp av Fly backward, Pause, Fly Forward, Sakta ner flytritning och Snabba på flytritning under Cine-verktygen.
10. Utvärdering av uppgifter
- Genomföra virtopsy utvärdering systematiskt från huvud till svans. Det är i allmänhet inom 30 minuter, fungerar som en hänvisning till guide veterinärer för efterföljande obduktion.
- Efter obduktion, jämför virtopsy resultaten och obduktionsresultaten. Baserat på webbplatsen rapport, virtopsy, obduktion, och prov analys (t.ex. histopatologi och mikrobiologi), avsluta PM undersökningen om biologisk hälsa och profil av strandsatta valar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Från januari 2014 till maj 2020 undersöktes totalt 193 valar som strandade i Hongkongs vatten av PMCT, inklusive 42 Indo-Pacific humpback delfiner (Sousa chinensis), 130 Indo-Pacific finless tumlare (Neophocaena phocaenoides) och 21 andra arter. En hel-body scan utfördes på 136 slaktkroppar medan 57 var partiella skanningar på skallar och simfötter. Anatomiska funktioner och patologier som vanligen observerats illustrerades med 8 bild rendering tekniker för utvärdering av de strandade valar biologiska hälsa och profil.
Bild 1: MPR funktion visar en avliden Indo-Pacific humpback delfin i (A) axiell, (B) rekonstruerade 3D, (C) rekonstruerade koronal, och (D) rekonstruerade sagittal åsikter. Areamätningar av atlanto-occipitalrummet visas i det axiella planet. Linjära mätningar av ventrala tubercle till yttre marginaler av den occipital kondyle (koronal), basion-dorsala arch och opisthion-ventral arch (sagittal) för diagnos av atlanto-occipital dissociation påvisas. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 2: HLR-funktion som visar böjda strukturer i flippern hos en avliden Indo-Pacific finless tumlare i planarvyn. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 3: MIP funktion som belyser hyperattenuated pulmonell härdarna (intensiv vita prickar) i båda lungorna av en avliden Indo-Pacific finless tumlare. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 4: MinIP-funktion som belyser hyperattenuerade gasfyllda strukturer, dvs, tracheobronkiala träd i båda lungorna hos en avliden Indo-Pacific finless tumlare. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 5: DVR-funktion som visar olika komponenter i en avliden Indo-Pacific finless tumlare. (A) Vaskulaturer överdragna med skelettsystemet framhävs av AAA. (B) Andningsorganen framhävs av Lung. (C) Skelettsystemet inklusive kotfysens plåtar framhävs av Bone plus Plate. (D) Hyperattenuated örat ben och fisk krokar markeras av Hardware. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 6: ROI redigeringsfunktion som visar en avliden Indo-Pacific finless tumlare (A) med CT soffan och (B) med CT soffan bort. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 7: TF funktion som visar olika komponenter i en avliden Indo-Pacific finless tumlare. Sand i en luftsäck är markerad i cyan. Maginnehållet är markerat i grönt. En parasitisk granulomatous mastit lesion är markerad i rött. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 8: PVR-funktion som visar en virtuell bronkoskopi av en avliden Indo-Pacific humpback delfin med Funktionen Flythrough. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Tabell 1: Mjukvarans kortkommandon för olika bildinprocessingsfunktioner. Vänligen klicka här för att ladda ner denna tabell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
För tydlig visualisering av virtopsy dataset, 8 bild rendering tekniker, bestående av både 2D och 3D rendering, tillämpades rutinmässigt på varje strandsatta slaktkroppar för PM undersökningen av deras biologiska hälsa och profil. Dessa renderingstekniker inkluderade MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, segmentering, TF och PVR. Diverse renderingstekniker används kompletterande tillsammans med fönsterjustering. Begreppen för varje bildreformationsteknik och fördelar beskrivs också.
Multiplanar rekonstruktion (MPR)
MPR är processen att skapa icke-axiella 2D-bilder, inklusive koronal, sagittal, och alla anatomiskt inriktade sneda plan bild24,30, som inte förvärvas direkt under förvärvet i ett axiellt plan. Denna dominerande 2D-renderingsteknik är särskilt användbar vid bedömningen av eventuell intakt anatomisk struktur eller patologi i det erforderliga planet med högkvalitativa bilder31,32. Med hjälp av MRP, var val PM undersökningar av hela kroppen, ortopediska, och neurologiska /ryggraden rutinmässigt utförs i 3 riktningar samtidigt, vilket avsevärt förbättrat noggrannheten i resultaten (Figur 1). Genom omfattande observation från de 3 plan, är felfrekvensen av felidentifierande minut patologier minskas. Dessutom stöder MPR också linjär och områdesmätning vid det axiella, koronala och sagittala planet. Det är dock operatörsberoende, och kräver tillräcklig anatomisk kunskap för att identifiera både normala strukturer och patologiska förhållanden, som undviker feltolkning av de återgivna bilderna.
Böjd planar-reformation (HLR)
HLR kallas även för krökt MPR. Trots att behandlas som MRP i vissa peer-viewed litteraturer, HLR är en distinkt 2D-rendering teknik. Med hjälp av isotropisk avbildning som riktar in den långa axeln i bildplanet med en vald anatomisk struktur, 2D-bilder omformaterats utan förlust av bildkvalitet18,24. Detta gör att operatören manuellt definierar en centerline-bana för en böjd rekonstruktion inom den volymtriska datauppsättningen. Detta är särskilt avgörande när motivet inte kan placeras i en sann eller relativt sann anatomisk position med hänvisning till PMCT-detektorerna (dvs. äkta rekonstruerade korona/sagittal/axialbild), särskilt för frysta eller mumifierade slaktkroppar. Anpassningen av komplicerade, tortuous eller calcified strukturer behövs för att få en mer symmetrisk bild för diagnos. På grund av dess flexibla plattning och distorsion egenskaper, kan feltolkning lätt induceras. Operatören måste tydligt komma ihåg positionen och formen på de anatomiska strukturerna av intresse. Flippers är 1 av de svåraste kroppsdelar för att få en sann anatomisk position som de är böjda mot kroppen flankerna, om inte resected innan PMCT scan. Med utnyttjandet av HLR, de flesta av de anatomiska funktioner i flippers visades vid 1 plan och för skelett ålder uppskattning (Figur 2).
Maximal intensitetsprojektion (MIP)
MIP projicerar endast det högsta dämpningsvärdet i varje pixel av de volymtriska datamängderna inom betraktarens syn32 och väljer voxel med maximal intensitet som värdet för motsvarande visningspixel18. Ursprungligen är denna teknik erkänt att utvärdera det osteologiska materialet, metalliska implantat, och kontrastfyllda strukturer för CT-angiografi i klinisk radiologi antemortem17,33. På grund av nedbrytning av inre strukturer och organ, och frånvaron av blodperfusion i strandade slaktkroppar, antagandet av MIP i utvärderingen av de kontrastfyllda strukturer för CT angiografi blivit mycket svårt i virtopsy. MIP tar dock fortfarande en dominerande karaktär i att undersöka osteologiska material, främmande kroppar (t.ex. mat bolus, fiskrester, sten, metalliska trassel) och förkalkningar inom mjuka vävnader, samt mycket försvagade, smala, och blod- eller vattenfyllda strukturer såsom de stora artärerna och vener. Genom justering av slab tjocklek (dvs. bild tjocklek för data återuppbyggnad) subjektiva till storleken på det utvärderade målet, visualisering av skador kunde betonas. Till exempel, med hjälp av olika glidande tunn-platta34, identifiering av små pulmonell härdarna i kollapsade lungor av en strandad kadaver var intensivt förbättras, som MIP betonade dessa minuter av hyperattenuated fläckar, som bevisade förekomsten av lungkonsolidering och parasitisk lunginflammation (Figur 3).
Minsta intensitetsprojektion (MinIP)
I motsats till MIP, MinIP projekt endast den lägsta dämpning värde stött längs en stråle passera genom en volym mot betraktarens syn inom en volym18,24. Även om MinIP inte är vanligt förekommande i klinisk radiologi24, denna teknik fortfarande fungerat som ett utmärkt visualisering verktyg på hypoattenuated strukturer och gas-fyllda strukturer, såsom luftvägarna och mag-tarmkanalen. Undersökningen av de morfologi och pulmonell parenkymala avvikelser, startade från blåshålet ner till tracheobronchial trädet, i de strandsatta valar var betydligt förstärkt (Figur 4). Liknar MIP, bör ytterligare kontroll tas på plattan tjocklek, med förbehåll för de undersökta patologier, för att generera en mer urskiljbar bild35, som platta tjocklek är kritisk för att bestämma distinktionen av presenterade strukturer på de studerade strukturer.
Rendering av direkt volym (DVR)
DVR är en algoritm som omvandlar en hel 3D-bilduppsättning till 2D-bilder direkt utan att kassera någon information18. Den slutliga visade 2D-bilden skapas baserat på dess Hounsfield enheter genom att tilldela varje voxel i bilden en specifik färg och opacitet värde tillsammans med andra voxels i samma projektionsstråle. Eftersom motståndet mot att skapa en mellanliggande representation (t.ex. en extraherad ytmodell genom mjukvävnadsborttagningsverktyg), kan man undersöka de inre och yttre förhållandena för ett strandat kadaver på alla djup med 3D-metoden på en gång, utan att skymma varandra. Denna 3D-renderingsteknik var ett snabbt, mångsidigt och interaktivt verktyg för en helkroppsstomter utvärdering från alla vinklar. Beniga lesioner, komplexa frakturer, fragmentering av kroppen, och främmande kroppar orsakade av mänsklig interaktion (t.ex. traumatiska skador orsakade av fartygskollision och fiske) var möjliga att identifiera (Figur 5). Utmaningen med DVR är att operatören behöver justera i.e.återgivningsparametrarna, dvs , opaciteten och ljusstyrkan, för att visa vasculaturen mer exakt21,36.
Redigerande av segmentering och region av intresse (ROI)
Irrelevanta strukturer, föremål (t.ex. body bag och CT-soffa), och artefakter (t.ex. metalliska blixtlås) som visas på DVR-modellen kan försämra bildkvaliteten och obskyra radiologiska diagnos. För att illustrera vissa områden av anatomi eller patologi på ett bättre sätt används segmentering för att inkludera eller utesluta utvalda volymetriska data på antingen 2D- eller 3D-bilder18,24. Även om automatiserade segmentering program finns tillgängliga, manuell segmentering som kräver hög vävnad erkännande och avsaltning av operatören utfördes i de flesta omständigheter för att bistå identifiering av radiologiska resultaten på DVR av strandsatta slaktkroppar. ROI-redigering var det vanligaste segmenteringsverktyget som användes i den föreliggande studien, som gjorde det möjligt för operatören att inkludera eller utesluta en region av intresse manuellt genom att rita en rektangulär, elliptisk eller annan form för att definiera målets exakta rumsliga gräns (Figur 6). I likhet med DVR-mallar som tillhandahålls i 3D-arbetsstationen, automatiserad segmentering bygger på reglerna för samhörighet och tröskelvärde, och utsätts för klinisk radiologi, som var mestadels olämplig för denna studie, med undantag för den automatiska kroppen ben borttagning funktion.
Överföringsfunktioner (TF)
TF är en algoritm för att styra tröskeln för opacitet, ljusstyrka och färg på den valda volymen18,24. Med det här verktyget kan operatören selektivt avslöja de relevanta strukturerna på DVR-modellen, genom att välja tröskelvärde, intervall och form, för att tjäna olika syften vid den definierade regionen. Att välja en lägre opacitetströskel tar till exempel bort de yttre mjukvävnaderna med låg opacitet (hud och fett) och skymmer bukinnehållet, medan en hög opacitetströskel håller höga ogenomskinliga objekt (t.ex. ben- kalcium och utsöndrerade kontrastmaterial); ändra färg, ljusstyrka och kontrastskala framhäver den region av intresse, och gör utseendet på DVR-modellen för att se annorlunda ut. Dessa kontroller ger en bättre klarläggande och snabbare differentiering av strukturer baserat på deras dämpning. Dessa är dock sårbara för interobservervariabilitet och beroende av operatörsbehärse i optimering av renderingsparametrar21. Med bidrag segmentering och TF, förhållandet av visade vävnader, organ, och främmande kroppar i skannade slaktkroppar var välklassificerade (Figur 7). Snabba och tydliga preliminära resultat om strandsatta valar visades på den redigerade DVR-modellen, som gav veterinärer och strandning svarspersonal en översikt över det interna och externa tillståndet, liksom de första PM undersökningsresultaten, och underlättade efterföljande konventionella obduktion.
Perspektivvolymåtergivning (PVR)
PVR, även kallad endoluminal imaging eller uppslukande rendering, tillämpas främst på luft-innehållande strukturer såsom luftstrupe, kolon, matstrupe, och artärer. Det gör det möjligt för operatören att visualisera de interna förhållandena i lumen genom virtuell navigering35. Operatören utser startpunkten, slutpunkten och en mittlinjebana som ska flygas igenom. Genom att visa en animation av att flyga genom strukturen, sambanden mellan anatomiska strukturer och endoluminal avvikelser såsom polyper eller cancerösa utsvationar på väggarna kan identifieras som i en icke-invasiv virtuell endoskopi19. Motsvarande MPR-bilder som visas tillsammans tillåter samtidig granskning av särskilda lesioner37,38. Genom att förlänga PVR bortom lumen kan intilliggande extraluminala strukturer också visualiseras24. I den föreliggande studien var PVR endast tillämpligt på färska slaktkroppar med icke-hopkollade strukturer, vilket gjorde det möjligt att återuppbygga den endoluminala vyn (Figur 8).
I den föreliggande översikten av renderingstekniker beskrevs endast 8 tekniker som vanligen används i rutinen virtopsy av strandade valar, medan andra var omtvistade på grund av deras begränsade användbarhet. De tekniker som nämns skulle också kunna ge insikt och tillämpas på andra djur i allmänhet. Inom klinisk radiologi finns det många andra renderingstekniker och DVR-mallar, som bygger på tröskelbaserade algoritmer med förinställda värden för opacitet, ljusstyrka, belysning, värmeskala, fönsternivå och fönsterbredd, som tillhandahålls i de flesta 3D-arbetsstationer. De är utformade för att betona illustrationen av olika vävnadstyper och kroppsdelar för speciella undersökningar, till exempel, vaskulär kontrast, luftvägar, mage eller tromb18,24,31. När det gäller strandade djurkroppar förs dock gasansamling orsakad av sönderdelning utan organperfusion. De flesta DVR förinställningar av klinisk CT-undersökning, särskilt CT angiografi, kräver kontrast injektion och därmed inte kunde tillämpas i den föreliggande studien. De egendesignade DVR-mallarna i kombination med enstaka eller flera DVR-modeller för val-PM-undersökning kunde fastställas efter standardisering av de tröskelbaserade algoritmerna i fråga om art och deras nivå av nedbrytning. Ändå, baserat på vår erfarenhet, de 8 renderingstekniker som anges kunde identifiera de flesta av PM resultaten i strandsatta valar, och var tillräckliga för att undersöka deras biologiska hälsa och profil.
Förberedelse och skanning av slaktkroppar är avgörande för efterföljande postprocessing och visualisering av virtopsy data. Drift av en CT-maskin, en joniserande radiologisk enhet, måste utföras av en certifierad radiologisk tekniker eller kliniker i överensstämmelse med lagen. Även om de skannade försökspersonerna var slaktkroppar, bör stråldosen hållas så låg som rimligen är möjligt. Kontrollen av skanningsparametrar, särskilt skiva tjocklek, skulle i hög grad påverka noggrannheten hos den rekonstruerade koronal och sagittal plan. Dessutom tillåter minskning av CT skiva tjocklek mer exakt diagnos. Till exempel kan förvärva PMCT bilder på 3 mm tjocklek försumma en 1 × 1 × 1 mm parasitiska granulom, vanligen observeras i bröstkörtlarna i strandade valar. För att undvika att någon hitta och förbättra upplösningen på 2D- och 3D-rendering användes ett standardiserat skanningsprotokoll. Skivatjocklek kontrollerades vid 1 mm, och ner till 0,625 mm när det är möjligt, vilket är den minsta skiva tjocklek som finns för CT-maskinen som används.
En korrekt postprocessing visualisering och manipulering av virtopsy dataset kräver tydlig förståelse av de principer och fallgropar av de vanliga renderingstekniker som används för val PM undersökning, t.ex.21 Valet av renderingstekniker beror på de anatomiska strukturerna och de underliggande patologier som ska illustreras, det finns ingen enskild teknik som kan känna igen alla PM-fynden. Att känna till för-och nackdelar och välja lämpliga renderingstekniker kan öka bildkvalitet och tolkningsbarhet av virtopsy dataset, som stöd för att få en korrekt diagnos. Noggrant granska virtopsy datauppsättningar och korrelera dem med andra tekniker kan undvika potentiella rendering och segmentering fel18. Fortfarande, den slutliga domen och diagnos bör göras av veterinärmedicinska radiologer eller radiologiska kliniker som är intygade och erfarna att rapportera virtopsy resultaten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Författarna vill tacka avdelningen för jordbruk, fiske och bevarande i Hongkongs särskilda administrativa region regeringen för det kontinuerliga stödet i detta projekt. Uppriktig uppskattning är också utvidgas till veterinärer, personal och frivilliga från Aquatic Animal Virtopsy Lab, City University of Hong Kong, Ocean Park Conservation Foundation Hong Kong och Ocean Park Hong Kong för att betala stora insatser på strandning svar i detta projekt. Särskild tacksamhet är skyldig tekniker i CityU Veterinary Medical Centre och Hong Kong Veterinary Imaging Centre för drift av CT och MRI enheter för den aktuella studien. Alla åsikter, resultat, slutsatser eller rekommendationer som uttrycks här återspeglar inte nödvändigtvis åsikter Marine Ecology Enhancement Fund eller förvaltaren. Detta projekt finansierades av Hong Kong Research Grants Council (Grant nummer: UGC/FDS17/M07/14), och Marine Ecology Enhancement Fund (bidragsnummer: MEEF2017014, MEEF2017014A, MEEF2019010 och MEEF2019010A), Marine Ecology Enhancement Fund, Marine Ecology & Fisheries Enhancement Funds Förvaltar Limited. Speciellt tack till Dr María José Robles Malagamba för engelsk redigering av detta manuskript.
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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Grabherr, S., et al. Postmortem CT angiography compared with autopsy: a forensic multicenter study. Radiology. 288 (1), 270-276 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lipson, S. A. MDCT and 3D Workstations. , Springer. (2006).
- 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).
- Pavone, P., Luccichenti, G., Cademartiri, F. From maximum intensity projection to volume rendering. Seminars in Ultrasound, CT and MRI. 22 (5), 413-419 (2001).
- 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).
- Udupa, J. K. Three-dimensional visualization and analysis methodologies: a current perspective. RadioGraphics. 19 (3), 783-806 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Prokop, M., Galanski, M. Spiral and multislice computed tomography of the body. , Thieme Medical Publishers. (2003).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
