Bildrenderingstekniker i postmortem-datortomografi: Utvärdering av biologisk hälsa och profil i strandade valar
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.
Protocol
Representative Results
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.
<strong…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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).
