Image Rendering Technieken in Postmortem Computed Tomography: Evaluatie van biologische gezondheid en profiel in gestrande walvisachtigen
Summary
Het Hong Kong cetacean stranding response programma heeft opgenomen postmortem computertomografie, die waardevolle informatie over de biologische gezondheid en het profiel van de overleden dieren biedt. Deze studie beschrijft 8 beeldweergavetechnieken die essentieel zijn voor de identificatie en visualisatie van postmortembevindingen in gestrande walvisachtigen, die clinici, dierenartsen en strandingresponspersoneel wereldwijd zullen helpen om de radiologische modaliteit volledig te gebruiken.
Abstract
Met 6 jaar ervaring in het routinematig implementeren van virtopsy in het Hong Kong cetacean stranding response programma, werden gestandaardiseerde virtopsy procedures, postmortem computed tomography (PMCT) acquisitie, nabewerking en evaluatie met succes vastgesteld. In dit pioneer cetacean virtopsy stranding response programma, WERD PMCT uitgevoerd op 193 gestrande walvisachtigen, het verstrekken van postmortem bevindingen om obductie te helpen en licht werpen op de biologische gezondheid en het profiel van de dieren. Deze studie was gericht op het beoordelen van 8 beeldweergavetechnieken in PMCT, waaronder multiplanar reconstructie, gebogen planaire reformatie, maximale intensiteitsprojectie, minimale intensiteitsprojectie, directe volumeweergave, segmentatie, overdrachtsfunctie en perspectiefvolumeweergave. Geïllustreerd met praktische voorbeelden, deze technieken waren in staat om de meeste van de PM bevindingen in gestrande walvisachtigen te identificeren en diende als een instrument om hun biologische gezondheid en profiel te onderzoeken. Deze studie kan radiologen, clinici en dierenartsen door het vaak moeilijke en ingewikkelde rijk van PMCT beeldweergave en -evaluatie leiden.
Introduction
Virtopsy, ook bekend als postmortem (PM) imaging, is het onderzoek van een karkas met geavanceerde cross-sectionele beeldvorming modaliteiten, met inbegrip van postmortem computertomografie (PMCT), postmortem magnetische resonantie imaging (PMMRI), en ultrasonografie1. Bij mensen is PMCT nuttig bij het onderzoeken van traumatische gevallen van skeletveranderingen2,3, vreemde lichamen, gasvormige bevindingen4,5,6en pathologieën van het vasculaire systeem7,8,9. Sinds 2014 wordt virtopsy routinematig geïmplementeerd in het Hong Kong cetacean stranding response program1. PMCT en PMMRI zijn in staat om patho-morfologische bevindingen weer te geven op karkassen die te ontbonden zijn om te worden geëvalueerd door conventionele obductie. De niet-invasieve radiologische beoordeling is objectief en digitaal storable , waardoor jaren later 1,10 ,,11second opinion of retrospectieve studies mogelijk zijn .110 Virtopsy is een waardevolle alternatieve techniek geworden om nieuwe inzichten te verschaffen over pm-bevindingen bij gestrande zeedieren12,13,14,15,16. In combinatie met obductie, de gouden standaard om de pathofysiologische reconstructie en doodsoorzaak17te verklaren, kunnen de biologische gezondheid en het profiel van de dieren worden aangepakt. Virtopsy is geleidelijk erkend en geïmplementeerd in stranding respons programma’s wereldwijd, met inbegrip van, maar niet beperkt tot Costa Rica, Japan, Vasteland China, Nieuw-Zeeland, Taiwan, Thailand en de VS1.
Beeldrenderingstechnieken in de radiologie gebruiken computeralgoritmen om getallen om te zetten in informatie over het weefsel. Radiologische dichtheid wordt bijvoorbeeld uitgedrukt in conventionele röntgenfoto’s en CT. De enorme hoeveelheid volumetrische gegevens wordt opgeslagen in het dicom-formaat (Digital Imaging and Communications in Medicine). CT-beelden kunnen worden gebruikt om isotropische voxel-gegevens te produceren met behulp van tweedimensionale (2D) en driedimensionale (3D) beeldweergave in een postprocessing 3D-werkstation voor visualisatie met hoge resolutie18,19. Kwantitatieve gegevens en resultaten worden in kaart gebracht om serieel verworven axiale afbeeldingen om te zetten in 3D-afbeeldingen met grijsschaal- of kleurparameters19,20,21. Het kiezen van een geschikte datavisualisatiemethode uit diverse renderingtechnieken is een essentiële technische determinant van de visualisatiekwaliteit, die de analyse en interpretatie van radiologische bevindingen aanzienlijk beïnvloedt21. Dit is met name van cruciaal belang voor het strandingswerk waarbij personeel zonder radiologie achtergrond betrokken is, die de resultaten in verschillende omstandigheden moeten begrijpen17. Het doel van de implementatie van deze beeldweergavetechnieken is het verbeteren van de kwaliteit van de visualisatie van anatomische details, relaties en klinische bevindingen, die de diagnostische waarde van beeldvorming verhoogt en een effectieve weergave van de gedefinieerde regio’s van belang17,19,22,23,24,25mogelijk maakt .
Hoewel de primaire axiale CT/MRI-beelden de meeste informatie bevatten, kunnen ze de nauwkeurige diagnose of documentatie van pathologieën beperken, omdat structuren niet in verschillende orthogonale vlakken kunnen worden bekeken. Beeldreformatie op andere anatomisch uitgelijnde vlakken maakt visualisatie van structurele relaties vanuit een ander perspectief mogelijk zonder het lichaam te hoeven herpositioneren26. Aangezien medische anatomie en forensische pathologie gegevens zijn voornamelijk 3D in de natuur, kleurgecodeerde PMCT beelden en 3D gereconstrueerde beelden hebben de voorkeur aan grijs-schaal beelden en 2D-segment beelden met het oog op verbeterde begrijpelijkheid en geschiktheid voor rechtszaal arbiters27,28. Met de vooruitgang in PMCT-technologie, een zorg van visualisatie exploratie (dat wil zeggen, de creatie en interpretatie van 2D en 3D-beeld) in walvisachtige PM onderzoek is verhoogd12,29. Verschillende volumetrische rendering technieken in de radiologie werkstation kunnen radiologen, technici, verwijzende clinici (bijvoorbeeld dierenartsen en zeezoogdieren wetenschappers), en zelfs leken (bijvoorbeeld stranding respons personeel, ambtenaren en het algemeen publiek) te visualiseren en te bestuderen van de regio’s van belang. Toch blijft de keuze van een geschikte techniek en verwarring van terminologie een belangrijk punt. Het is noodzakelijk om het basisconcept, de sterke punten en de beperkingen van de gemeenschappelijke technieken te begrijpen, omdat het de diagnostische waarde en interpretatie van radiologische bevindingen aanzienlijk zou beïnvloeden. Misbruik van technieken kan misleidende beelden genereren (bijvoorbeeld afbeeldingen met vervormingen, renderingfouten, reconstructiegeluiden of artefacten) en leiden tot een onjuiste diagnose30.
Deze studie heeft tot doel 8 essentiële beeldweergavetechnieken in PMCT te beoordelen die werden gebruikt om de meeste pm-bevindingen in gestrande walvisachtigen in de wateren van Hongkong te identificeren. Beschrijvingen en praktische voorbeelden van elke techniek worden verstrekt om radiologen, clinici en dierenartsen wereldwijd te begeleiden door de vaak moeilijke en ingewikkelde wereld van PMCT image rendering en review voor de evaluatie van biologische gezondheid en profiel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voor de duidelijke visualisatie van virtopsy datasets werden 8 beeldweergavetechnieken, bestaande uit zowel 2D als 3D rendering, routinematig toegepast op elk gestrand karkas voor het PM-onderzoek naar hun biologische gezondheid en profiel. Deze renderingtechnieken omvatten MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, segmentatie, TF en PVR. Diverse rendering technieken worden complementair gebruikt samen met windowing aanpassing. Ook de concepten van elk beeldreformatietechniek en -voordelen worden beschreven.
<p class="jove_content"…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen het ministerie van Landbouw, Visserij en Behoud van de speciale administratieve regioregering van Hongkong bedanken voor de voortdurende steun aan dit project. Oprechte waardering wordt ook uitgebreid tot dierenartsen, personeel en vrijwilligers van de Aquatic Animal Virtopsy Lab, City University of Hong Kong, Ocean Park Conservation Foundation Hong Kong en Ocean Park Hong Kong voor het betalen van grote inspanning op de stranding reactie in dit project. Speciale dankbaarheid is verschuldigd aan technici in CityU Veterinary Medical Centre en Hong Kong Veterinary Imaging Centre voor de exploitatie van de CT en MRI-eenheden voor deze studie. Alle adviezen, bevindingen, conclusies of aanbevelingen hierin niet noodzakelijkerwijs weerspiegelen de standpunten van de Marine Ecology Enhancement Fund of de Trustee. Dit project werd gefinancierd door de Hong Kong Research Grants Council (Grant number: UGC/FDS17/M07/14) en het Marine Ecology Enhancement Fund (subsidienummer: MEEF2017014, MEEF2017014A, MEEF2019010 en MEEF2019010A), Marine Ecology Enhancement Fund, Marine Ecology & Fisheries Enhancement Funds Limited. Speciale dank aan Dr. María José Robles Malagamba voor de Engelse montage van dit manuscript.
Materials
| 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. , (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. , (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. , (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. , 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).
