死后计算断层扫描中的图像渲染技术:受困鲸目动物的生物健康和特征评估

摘要

香港鲸目动物搁浅反应计划纳入了验尸计算机断层扫描，提供有关死亡动物的生物健康和档案的宝贵资料。这项研究描述了8种图像渲染技术，这些技术对于识别和可视化搁浅鲸目动物的验尸发现至关重要，这将有助于全世界的临床医生、兽医和绞尽脑，充分利用放射性模式。

摘要

在香港鲸目动物绞线反应计划、标准化病毒贴顶程序、验尸计算机断层扫描（PMCT）采集、后处理和评估方面拥有6年的经验，成功建立。在这个首创的鲸目动物病毒搁浅反应计划，PMCT被执行193个搁浅鲸目动物，提供验尸发现，以帮助尸检和揭示动物的生物健康和配置文件。本研究旨在评估PMCT中的8种图像渲染技术，包括多平面重建、弯曲平面改造、最大强度投影、最小强度投影、直接体积渲染、分割、传输函数和透视体积渲染。这些技术以实际实例说明，能够识别搁浅鲸目动物中的大多数PM发现，并用作调查其生物健康和特征的工具。这项研究可以指导放射科医生、临床医生和兽医完成PMCT图像渲染和审查这一通常困难和复杂的领域。

引言

Virtopsy，也称为验尸（PM）成像，是检查具有高级横截面成像模式的尸体，包括验尸计算机断层扫描（PMCT）、死后磁共振成像（PMMRI）和超声^成像1。在人类中，PMCT有助于调查骨骼改变^{,,,2、3、,3}异体、气态发现^4、5、6,5和血管系统^7、8、9的^{病理的创伤性病例}。⁶⁸自2014年以来，病毒性病毒一直在香港鲸目动物搁浅反应计划^1中实施。PMCT 和 PMMRI 能够描绘尸体的病理形态学发现，这些发现过于分解，无法通过常规尸检进行评估。非侵入性放射性评估是客观的，以数字方式进行，允许第二次意见或回顾性研究^{多年后1，10，11。,10,11}Virtopsy已成为一种有价值的替代技术，为^{12、13、14、15、16,13,14,}等搁浅海洋动物的^{PM发现提供新的见解}。结合尸检，这是解释病理生理重建和死因^{的黄金标准17，}可以解决动物的生物健康和特征。Virtopsy已逐渐得到认可，并在全球实施绞线应对计划，包括但不限于哥斯达黎加、日本、中国大陆、新西兰、台湾、泰国^{和美国1。}

放射学中的图像渲染技术使用计算机算法将数字转换为有关组织的信息。例如，放射性密度用传统的X射线和CT表示。大量的体积数据以医学（DICOM）格式存储为数字成像和通信。CT图像可用于在后处理3D工作站中使用二维（2D）和三维（3D）图像渲染来生成等向异性体美数据，用于高分辨率可视化^{18，19。18,}定量^,数据和结果被映射，以将连续获得的轴向图像转换为具有灰度或颜色参数^{19、20、21,20}的^3D图像。从不同的渲染技术中选择适当的数据可视化方法是可视化质量的一个基本技术决定因素，它极大地影响了对放射性结果^{的分析和解释}。对于涉及没有任何放射学背景的人员的绞线工作来说，这^{一点尤其重要}，他们需要了解不同情况下的结果。实施这些图像渲染技术的目标是提高解剖细节、关系和临床发现可视化的质量，从而提升成像的诊断价值，并允许^{有效再现感兴趣的目标区域17、19、22、23、24、25。,19,22,23,24,25}

虽然主轴向CT/MRI图像包含大多数信息，但它们可能限制对病理的准确诊断或记录，因为各种正交平面上无法查看结构。其他解剖学对齐平面的图像转换允许从另一个角度可视化结构关系，而不必重新定位身体^26。由于医学解剖学和法医病理学数据主要是3D性质，彩色编码PMCT图像和3D重建图像优先于灰度图像和2D切片图像，因为提高可理解性和适合^{法庭裁决27，28。,28}随着PMCT技术的进步，鲸目动物PM调查中对可视化探索（即2D和3D图像的创建和解释）的关注已经引起^关注,。放射学工作站中的各种体积渲染技术使放射科医生、技术人员、转介临床医生（例如兽医和海洋哺乳动物科学家）甚至外行（例如绞线反应人员、政府官员和一般公众）能够可视化并研究感兴趣的区域。然而，选择适当的技术和术语的混淆仍然是一个主要问题。有必要了解常见技术的基本概念、优点和局限性，因为这将显著影响放射性发现诊断价值和解释。滥用技术可能会产生误导性的图像（例如，具有失真的图像、渲染错误、重建噪音或人工制品），并导致不正确的^{诊断 30}。

本研究旨在评估 PMCT 中的 8 种基本图像渲染技术，这些技术用于鉴定香港水域搁浅鲸目动物中大部分 PM 的发现。提供了每种技术的描述和实际示例，以指导全世界的放射科医生、临床医生和兽医完成 PMCT 图像渲染和审查这一通常困难而复杂的领域，以评估生物健康和轮廓。

研究方案

注:在香港鲸目动物病毒搁浅反应计划的框架内，搁浅的鲸目动物由PMCT进行例行检查。作者负责病毒处理扫描、数据后处理（例如图像重建和渲染）、数据解释和病毒处理报告^1。这项先进技术强调细心的发现，并提供了在常规尸检（前）对PM发现的初步https://www.facebook.com/aquanimallab。

1. 数据准备

1. 以 DICOM 3.0 格式导出获取的 CT 数据集。将 DICOM 文件夹复制到计算机（例如桌面）。
2. 打开免费或商业的 DICOM 查看器。以下步骤基于 TeraRecon 水瓶座 iNtuion 工作站（版本 4.4.12）。
3. 双击水瓶座 图标客户端查看器 （AQi） 图标。在相应的字段中输入用户名、密码和服务器名称。单击登录 按钮 。
   注意:确保服务器名称字段具有正确的服务器 IP 地址。
4. 单击 数据 管理工具按钮下的"导入"，然后选择要导入的 DICOM 文件夹。在导入 状态 达到 100% 后，单击"更新"图标以续订研究清单。
5. 通过双左单击序列，从患者列表中选择 1 个或多个 CT 系列来查看数据集。
6. 加载指定系列后， 单击 2x2 显示 界面的"窗口布局"按钮，在轴向视图（左上角面板）、日冕视图（左下角面板）、下垂视图（右下角面板）中显示 2x2 默认布局、3D 体积渲染图像（右上角）和 3 个 MPR 图像，给出不同的方向。
7. 使用提供的不同图像渲染技术彻底评估病毒数据集。

2. 多平面重建

1. 加载序列后，从轴向视图（左上角面板）、日冕视图（左下角面板）和下垂视图（右下面板）显示默认 MPR。通过右键单击图像并选择 MPR 或在渲染模式迷你工具栏中单击 MPR，将渲染模式更改为 MPR。
2. 使用轴向视图评估从第一个图像到最后一个图像的病毒数据集，然后是日冕视图和下垂视图，并借助以下功能: 单击"切片"，左键单击鼠标按钮并拖动鼠标以按切片查看和调整 CT 图像切片。
3. 单击"平移"左键单击鼠标按钮并拖动鼠标以调整面板内图像的位置。
4. 单击 "缩放"，左键按住鼠标按钮，然后拖动鼠标放大或缩小图像。
5. 单击 Abd 1（窗口宽度:350， 窗口级别: 75）， Abd 2 （窗口宽度: 250， 窗口级别: 40）， 头 （窗口宽度: 100， 窗口级别: 45）， 肺 （窗口宽度: 1500， 窗口级别: -700）， 骨 （ 窗口 宽度: 2200， 窗口级别: 200） 在窗口 / 级别迷你工具栏， 取决于感兴趣的区域.
6. 单击 窗口/级别 （W/L），左键按住鼠标按钮并拖动鼠标以手动调整 CT 切片的窗口宽度和窗口级别。
7. 单击 "旋转"，左键按住鼠标按钮，然后拖动鼠标旋转 MPR 图像。
8. 左键单击鼠标单击 MPR 十字线中心， 可同时调整 3 个 MPR 图像中感兴趣的区域和切片。
   注:AQi 提供的旋转、平移、缩放和窗口/级别更改等 4 个主要功能有鼠标模式，便于查看过程。有关键盘快捷键，请参阅表 1。

3. 曲线平面改造

1. 确定解剖感兴趣的区域。左键按住鼠标按钮在 MPR 十 字线的中心 到特定感兴趣的区域。
2. 从 3 个不同的视图查看 MPR。确保 MPR 十字 线放置在正确的位置。调整 MPR 十字线 （如果不是）。
3. 从轴向视图、日冕视图和下垂视图中选择 1 个显示面板作为研究面板，例如，旨在从轴向视图查看翻转器。
4. 根据研究面板，通过扩展线旋转 点上的左 键按住鼠标按钮，从日冕视图垂直调整 MPR 十字线（例如 蓝色）。
5. 通过 扩展线的旋转 点上的左键按住鼠标按钮，从与感兴趣区域平行的 SAgittal 视图调整 MPR 十字线的另一条扩展线（ 例如红色）。
6. 查看轴向视图以检查感兴趣区域是否正确调整。如果不是，请调整延长线。使用旋转、平移、缩放和窗口/级别更改的 4 个主要功能评估病毒数据集。
   注:有 3 条 彩色的 MPR 十字线 （绿色、红色和蓝色），表示 MPR 平面的不同对齐方式（图 2）。

4. 最大强度投影 （MIP）

1. 通过右键单击图像并选择MIP或单击渲染模式迷你工具栏中的 MIP，将渲染模式更改为 MIP。
2. 通过 单击绿色 注释并选择新的厚度来可视化感兴趣的区域（例如，肺中的支气管树），调整右上角的板厚（最小:1 mm，最大值:500 mm）。
3. 使用旋转、平移、缩放和窗口/级别更改的 4 个主要功能评估病毒性数据集。

5. 最小强度投影（MinIP）

1. 通过右键单击图像并选择MinIP或单击渲染模式迷你工具栏中的MinIP 将渲染模式更改为 MIP。
2. 通过 单击绿色 注释并选择新的厚度来可视化感兴趣的区域（例如，肺中的支气管树），调整右上角的板厚（最小:1 mm，最大值:500 mm）。
3. 使用旋转、平移、缩放和窗口/级别更改的 4 个主要功能评估病毒性数据集。

6. 直接音量渲染 （DVR）

注:作为默认显示 2x2 接口的 1 个接口，DVR（右上角的面板）显示尸体的 3D 渲染图像。默认 DVR 模板设置为 AAA（ 腹部主动脉瘤;窗口宽度:530，窗口级别:385），给出尸体的毛骨骼结构。

1. 通过单击查看器下的模板自动调整窗口设置，并选择相应的 DVR 模板，例如，灰色 10%（窗口宽度:442，窗口级别: 115）、断开（窗口宽度: 2228，窗口级别: 1414）（如果需要）。
2. 单击窗口/级别 （W/L），左键单击鼠标按钮并拖动鼠标以手动调整 CT 切片的窗口宽度和窗口级别，将外层（例如表皮表面）赋予内层（例如内部结构）。 (
3. 使用旋转、平移、缩放和窗口/级别更改的 4 个主要功能进行进一步更正。
   注:AQi 提供的所有 DVR 模板都是面向人类的临床模板，不指定用于鲸目动物的 PM 成像。

7. 细分和兴趣区域 （ROI） 编辑

1. 使用3个不同的工具，板和立方体视图工具，自由ROI工具和动态区域增长工具分割CT图像切片。
2. 对于"板"和"立方体视图"工具，单击"工具"下的"板"，从而提供平行显示线。通过从相应的 MPR 视图重新定位 MPR 十字线来调整板的位置。通过板厚条更改板厚（最小:1 mm，最大值:500 mm），从而分割尸体的 3D 渲染图像。
3. 有关 免费投资回报率工具，请单击 工具下的 FreeRO 。按住键盘上的 Shift 键，并使用 MPR 上的"绘制自由曲线"，"在 MPR 上绘制圆"， 或在 MPR 上绘制球体，以从 MPR 视图和 DVR 中排除/包括感兴趣的区域。
4. 对于动态区域增长工具，请单击"工具"下的"区域"。按住键盘上的Shift键，左键按住鼠标按钮并滚动鼠标的中间按钮（向上滚动:增加选择区域，向下滚动:减少选择区域），从而显示一个突出显示区域。单击"排除"以删除该区域。单击"包括"以保留该区域。

8. 传输功能 （TF）

1. 单击 "查看器"下的 3D 设置， 选择" 复制"以创建新的 3D 重建模型。
2. 在新的 3D 重建模型中，单击"工具"下的 FreeRO 或区域。按住键盘上的 Shift键，使用3D VR包括感兴趣的区域，然后单击"选择"。
3. 配置 3D 设置，包括 W/L 滑块、W/L 文本输入框、VR 下拉菜单、不透明度滑块（最小:0、最大值:1）、不透明度文本输入框和3D设置下的HU 范围颜色滑块。
4. 右键单击颜色滑块栏中的 1 个滑块以更改 DVR 的颜色。如果需要 ，选择 "更改颜色"，然后从调色板中定义自定义颜色。

9. 透视音量渲染 （PVR）

1. 要启动"飞行传递模块"，请右键单击所选系列，然后 从右键 单击菜单中选择"飞通"。
2. 为主视图选择选择选择"阅读样式首选项"主要3D 向导。单击2x2 屏幕布局和"确定"，从而自动生成 RVR，例如冒号。确保选择了感兴趣区域。
3. 通过绘制路径来放置控制点的开始和结束来构建飞行路径。如果路径断开或结构缺失，单击工具面板中的"编辑连接/编辑路径单选按钮"，编辑控制点以弄平曲线的平滑部分或纠正问题，即可更正路径。通过单击飞行路径创建新的控制点。飞行路径正确后，单击"确定"。
4. 查看显示的"通过"窗口，显示主"飞行"窗口、MPR 视图和平面视图。
5. 单击屏幕右侧的工具面板来评估发光结构，即可使用 Cine 工具。使用向后飞行、暂停、向前飞行、慢速飞行和Pause在 CineSlow down flythrough,工具下加速飞行，调整飞行的速度和方向。

10. 数据评估

1. 系统地从头到尾进行病毒评估。它通常是在30分钟内，作为参考，指导兽医为随后的尸检。
2. 在尸检之后，比较病毒毒性发现和尸检发现。根据现场报告、病毒毒性、尸检和样本分析（例如组织病理学和微生物学），结束PM对搁浅鲸目动物的生物健康和特征的调查。

结果

从2014年1月至2020年5月，PMCT共检查了193只搁浅于香港水域的鲸目动物，包括42只印度-太平洋座头鲸海豚 （Sousa chinensis）、130 只印度-太平洋无鳍海豚（新磷豚类）和21种其他物种。对136具尸体进行了全身扫描，57具对头骨和鳍进行部分扫描。通过8种图像渲染技术，对搁浅鲸目动物的生物健康和特征进行评价，对通常观察到的解剖特征和病理进行了说明。

讨论

为了清晰可视化病毒数据集，通常将 8 种图像渲染技术（包括 2D 和 3D 渲染）应用于每个搁浅尸体，以调查其生物健康和轮廓。这些渲染技术包括 MPR、CPR、MIP、MinIP、DVR、分段、TF 和 PVR。不同的渲染技术与窗口调整一起得到补充使用。介绍了每种图像改造技术的概念和优点。

多平面重建
MPR 是创建非轴 2D 图像的过程，包括日冕、下垂和任何解剖对齐的斜平面图...

材料

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