Bild-Rendering-Techniken in der postmortalen Computertomographie: Bewertung der biologischen Gesundheit und des Profils bei gestrandeten Walen
Summary
Das Hong Kong Cetacean Stranding Response Program hat postmortale Computertomographie integriert, die wertvolle Informationen über die biologische Gesundheit und das Profil der verstorbenen Tiere liefert. Diese Studie beschreibt 8 Bild-Rendering-Techniken, die für die Identifizierung und Visualisierung von postmortalen Befunden bei gestrandeten Walen unerlässlich sind, was Ärzten, Tierärzten und Strandpersonal weltweit helfen wird, die radiologische Modalität voll auszuschöpfen.
Abstract
Mit 6 Jahren Erfahrung in der Routinemäßigen Umsetzung von Virtopsy in das Hong Kong Cetacean Stranding Response Program wurden standardisierte Virtopsy-Verfahren, postmortale Computertomographie (PMCT) Erfassung, Nachbearbeitung und Evaluierung erfolgreich etabliert. In diesem Pionier-Wal-Virtopsy-Stranding-Response-Programm wurde PMCT an 193 gestrandeten Walen durchgeführt, die postmortale Befunde lieferten, um nekropische Und Licht auf die biologische Gesundheit und das Profil der Tiere zu werfen. Diese Studie zielte darauf ab, 8 Bild-Rendering-Techniken in PMCT zu bewerten, einschließlich multiplanarer Rekonstruktion, gekrümmter planarer Reformation, Projektion mit maximaler Intensität, minimaler Intensitätsprojektion, direkter Volumenwiedergabe, Segmentierung, Übertragungsfunktion und perspektivischer Lautstärkewiedergabe. Diese Techniken, die mit praktischen Beispielen illustriert wurden, waren in der Lage, die meisten PM-Befunde bei gestrandeten Walen zu identifizieren und dienten als Werkzeug, um ihre biologische Gesundheit und ihr Profil zu untersuchen. Diese Studie könnte Radiologen, Kliniker und Tierärzte durch den oft schwierigen und komplizierten Bereich der PMCT-Bildwiedergabe und -Überprüfung führen.
Introduction
Virtopsy, auch bekannt als postmortem (PM) Imaging, ist die Untersuchung eines Kadavers mit fortschrittlichen querschnittsbildenden Bildmodalitäten, einschließlich postmortaler Computertomographie (PMCT), postmortaler Magnetresonanztomographie (PMMRI) und Ultraschall1. Beim Menschen ist PMCT nützlich bei der Untersuchung traumatischer Fälle von Skelettveränderungen2,3, Fremdkörper, gasförmige Befunde4,5,6und Pathologien des Gefäßsystems7,8,9. Seit 2014 wird Virtosie routinemäßig im Hong Kong Cetacean Stranding Response Program1implementiert. PMCT und PMMRI sind in der Lage, pathomorphologische Befunde an Schlachtkörpern darzustellen, die zu zersetzt sind, um durch konventionelle Nekropsie bewertet zu werden. Die nichtinvasive radiologische Beurteilung ist objektiv und digital speicherbar, so dass Zweitmeinungen oder retrospektive Studien Jahre später1,10,11möglich sind. Virtopsy hat sich zu einer wertvollen alternativen Technik, um neue Erkenntnisse von PM-Befunde bei gestrandeten Meerestieren12,13,14,15,16. In Kombination mit Nekropsie, die der Goldstandard ist, um die pathophysiologische Rekonstruktion und Todesursache17zu erklären, kann die biologische Gesundheit und das Profil der Tiere angesprochen werden. Virtopsy wurde nach und nach anerkannt und in Stranding Response Programme weltweit implementiert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Costa Rica, Japan, Festlandchina, Neuseeland, Taiwan, Thailand und USA1.
Bild-Rendering-Techniken in der Radiologie verwenden Computeralgorithmen, um Zahlen in Informationen über das Gewebe zu transformieren. Zum Beispiel wird die radiologische Dichte in konventionellen Röntgenstrahlen und CT ausgedrückt. Die große Menge an volumetrischen Daten wird im DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) gespeichert. CT-Bilder können verwendet werden, um isotrope Voxeldaten mittels zweidimensionaler (2D) und dreidimensionaler (3D) Bildwiedergabe in einer nachbearbeitungen 3D-Workstation für hochauflösende Visualisierung18,19zu erzeugen. Quantitative Daten und Ergebnisse werden abgebildet, um seriell erfasste axiale Bilder in 3D-Bilder mit Graustufen- oder Farbparametern19,20,21zu transformieren. Die Wahl einer geeigneten Datenvisualisierungsmethode aus unterschiedlichen Rendering-Techniken ist ein wesentlicher technischer Determinant der Visualisierungsqualität, der die Analyse und Interpretation radiologischer Befunde maßgeblich beeinflusst21. Dies ist besonders wichtig für Strandarbeiten, die Personal ohne radiologischen Hintergrund betreffen, die die Ergebnisse unter verschiedenen Umständen verstehen müssen17. Das Ziel der Implementierung dieser Bild-Rendering-Techniken ist es, die Qualität auf der Visualisierung von anatomischen Details, Beziehungen und klinischen Befunden zu verbessern, die den diagnostischen Wert der Bildgebung steigert und eine effektive Wiedergabe der definierten Regionen von Interesse17,19,22,23,24,25ermöglicht.
Obwohl die primären axialen CT/MRT-Bilder die meisten Informationen enthalten, können sie die genaue Diagnose oder Dokumentation von Pathologien einschränken, da Strukturen nicht in verschiedenen orthogonalen Ebenen betrachtet werden können. Die Bildreformation auf anderen anatomisch ausgerichteten Ebenen ermöglicht die Visualisierung struktureller Beziehungen aus einer anderen Perspektive, ohne den Körper neu positionieren zu müssen26. Da medizinische Anatomie und forensische Pathologiedaten überwiegend 3D-Natur sind, werden farbcodierte PMCT-Bilder und 3D-rekonstruierte Bilder Graustufenbildern und 2D-Slice-Bildern im Hinblick auf eine verbesserte Verständlichkeit und Eignung für Gerichtsrichter27,28vorgezogen. Mit den Fortschritten in der PMCT-Technologie wurde ein Anliegen der Visualisierungsexploration (d.h. die Erstellung und Interpretation von 2D- und 3D-Bild) in der Cetacean PM-Untersuchung erhoben12,29. Verschiedene volumetrische Rendering-Techniken am Radiologie-Arbeitsplatz ermöglichen es Radiologen, Technikern, verweisenden Ärzten (z. B. Tierärzten und Meeressäuger-Wissenschaftlern) und sogar Laien (z. B. Strandungspersonal, Regierungsbeamteund und öffentlichkeitswesen) die Interessengebiete zu visualisieren und zu untersuchen. Dennoch bleibt die Wahl einer geeigneten Technik und die Verwechslung der Terminologie ein großes Thema. Es ist notwendig, das Grundkonzept, die Stärken und Die Grenzen der gängigen Techniken zu verstehen, da es den diagnostischen Wert und die Interpretation radiologischer Befunde erheblich beeinflussen würde. Der Missbrauch von Techniken kann irreführende Bilder erzeugen (z. B. Bilder mit Verzerrungen, Rendering-Fehlern, Rekonstruktionsgeräuschen oder Artefakten) und zu einer falschen Diagnose30führen.
Die vorliegende Studie zielt darauf ab, 8 wesentliche Bilddarstellungstechniken in PMCT zu bewerten, die verwendet wurden, um die meisten PM-Befunde bei gestrandeten Walen in Hongkonger Gewässern zu identifizieren. Beschreibungen und praktische Beispiele jeder Technik werden zur Verfügung gestellt, um Radiologen, Kliniker und Tierärzte weltweit durch den oft schwierigen und komplizierten Bereich der PMCT-Bildwiedergabe und -Überprüfung für die Bewertung der biologischen Gesundheit und des Profils zu führen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Für die klare Visualisierung von Virtopsy-Datensätzen wurden 8 Bild-Rendering-Techniken, bestehend aus 2D- und 3D-Rendering, routinemäßig auf jeden gestrandeten Kadaver angewendet, um ihre biologische Gesundheit und ihr Profil zu untersuchen. Diese Rendering-Techniken umfassten MPR, CPR, MIP, MinIP, DVR, Segmentierung, TF und PVR. Vielfältige Rendering-Techniken werden komplementär zusammen mit der Fensteranpassung eingesetzt. Die Konzepte jeder Bildreformationstechnik und -vorteile werden ebenfalls beschrieben.</p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken der Abteilung Für landwirtschaft, Fischerei und Naturschutz der Regierung der Sonderverwaltungsregion Hongkong für die kontinuierliche Unterstützung bei diesem Projekt. Die aufrichtige Anerkennung gilt auch Tierärzten, Mitarbeitern und Freiwilligen des Aquatic Animal Virtopsy Lab, der City University of Hong Kong, der Ocean Park Conservation Foundation Hong Kong und des Ocean Park Hong Kong für die große Anstrengung, die Strandungsreaktion in diesem Projekt zu unternehmen. Besonderer Dank gilt den Technikern des CityU Veterinary Medical Centre und des Hong Kong Veterinary Imaging Centre für den Betrieb der CT- und MRT-Einheiten für die vorliegende Studie. Alle hierin geäußerten Meinungen, Feststellungen, Schlussfolgerungen oder Empfehlungen spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Marine Ecology Enhancement Fund oder des Treuhänders wider. Dieses Projekt wurde vom Hong Kong Research Grants Council (Grant-Nummer: UGC/FDS17/M07/14) und dem Marine Ecology Enhancement Fund (Grant-Nummer: MEEF2017014, MEEF2017014A, MEEF2019010 und MEEF2019010A), Marine Ecology Enhancement Fund, Marine Ecology & Fisheries Enhancement Funds Trustee Limited finanziert. Besonderer Dank geht an Dr. Maria José Robles Malagamba für die englische Bearbeitung dieses Manuskripts.
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).
