Studium przypadku: kontrola wzrokowa jako dowód uzupełniający

Każde pojęcie z tego rozdziału jest niewidoczne w tablicy, ale widoczne w przeglądarce obrazów. Maska przesunięta o jeden przekrój względem guza, zmiana próbkowania, która przesunęła granicę, czy rejestracja, która po cichu wprowadziła niedopasowanie — najpierw je widzisz, a potem mierzysz. To końcowe studium przypadku przedstawia rzeczywistą kontrolę wzrokową danych RIDER jako opartą na skryptach, możliwą do audytowania procedurę. Procedura jasno pokazuje, co ogląd może, a czego nie może poświadczyć.

Maska może wyglądać poprawnie, choć jest błędna geometrycznie

Otwórz obraz CT wraz z maską guza. Maska jest kolorową nakładką znajdującą się mniej więcej w miejscu guza. Czy jednak pokrywa go dokładnie w każdej płaszczyźnie i na każdym przekroju? Nie da się tego stwierdzić na podstawie jednego widoku osiowego. Trzeba przejrzeć wolumen w trzech płaszczyznach, włączać i wyłączać maskę, porównać dane źródłowe z przetworzonymi, a następnie zapisać werdykt.

Uzupełnianie działa w obie strony. Kontrola wzrokowa wychwytuje poważne awarie, które mogą umknąć kontrolom automatycznym, gdy ich założenia są błędne: nakładkę przesuniętą o jeden przekrój, granicę przesuniętą po zmianie próbkowania albo rejestrację, która niewłaściwie wyrównała anatomię, choć każdy tag wyglądał wiarygodnie. Wzrok nie może jednak poświadczyć tego, co poświadczają kontrole geometryczne: sam wygląd nie pozwala potwierdzić niewielkiej różnicy w metadanych — to, czy zmiana taka jak 0.1 mm odstępu jest w ogóle dostrzegalna, zależy od skumulowanego przesunięcia, pola widzenia, zadania, wyświetlacza i narzędzi, a panel metadanych, linijka lub kontrola automatyczna mogą ujawnić takie różnice bezpośrednio — i żadne nałożenie nie dowodzi integralności odwołań do źródeł ani sum skrótów. Kontrola wzrokowa uzupełnia kontrole geometrii i pochodzenia danych; nie zastępuje ich.

Kontekst: 3D Slicer jako przeglądarka geometrii

W tym przypadku do oglądania geometrii służy 3D Slicer, ponieważ odczytuje przekształcenie afiniczne i wyświetla rzeczywiste widoki wielopłaszczyznowe. Materiał uzupełniający o 3D Slicer łączy zweryfikowany materiał przypadku Witowskiego z tymi pojęciami; w tym przypadku znaczenie mają trzy kwestie. Przewijanie w płaszczyźnie czołowej wolumenu pozyskanego osiowo jest ukrytą zmianą próbkowania — Slicer wyznacza nowy przekrój wolumenu na wyświetlanej płaszczyźnie, interpolując na podstawie pełnej geometrii obrazu: całego przekształcenia afinicznego wraz z początkiem układu, odstępami i kierunkiem, a nie samej macierzy kierunku (sekcja o zmianie próbkowania). Import DICOM jest zorganizowany według hierarchii Patient/Study/Series, a dane wczytuje się zgodnie z interpretacją właściwą dla wtyczki: SeriesInstanceUID identyfikuje serię, a wybrana wtyczka decyduje, jak pliki stają się wolumenami — może zaproponować kilka interpretacji lub podserii i może zregularizować niespójną geometrię akwizycji — po czym Slicer korzysta z dostępnych metadanych przestrzennych i obiektów, do których prowadzą odwołania. Samo grupowanie ani nie rozstrzyga Frame of Reference, ani nie waliduje automatycznie spójności (rozdział 3, sekcja o wspólnej przestrzeni). Z kolei okno i poziom odwzorowują HU→obraz wyświetlany, co nawiązuje do współczynnika nachylenia i wyrazu wolnego z rozdziału 3.

Przypadek: oparta na skryptach kontrola wzrokowa danych RIDER

Badany potok eksportuje pakiety QC — źródłowy obraz CT, źródłową maskę, przetworzony obraz CT i przetworzoną maskę — wraz ze skryptem uruchamiającym Slicer, który otwiera je w układzie 2×3 (wiersze: dane źródłowe i przetworzone; kolumny: płaszczyzna osiowa, czołowa i strzałkowa) z oknem płucnym pakietu (W≈1500, L≈−600 w wyświetlaniu HU). Zatwierdzone narzędzia pakietu zapisują również pochodzenie, geometrię i sumy skrótów, dzięki czemu to, co widzi recenzent, jest powiązane z rzeczywistym wynikiem potoku. Procedura przebiega w pięciu krokach.

Wczytaj badanie. Przeciągnij serię CT ze zbioru RIDER do programu Slicer; potwierdź ustawienie okna płucnego oraz spójność reformatów osiowego, czołowego i strzałkowego — wszystkie są obliczane na podstawie jednej geometrii, więc niespójność na tym etapie sama stanowi ustalenie.

Nałóż maskę guza. Wczytaj segmentację z obiektu SEG lub wyeksportowanego pliku .nrrd. Włączaj i wyłączaj jej widoczność. Potwierdź, że maska znajduje się na guzie, a nie jest przesunięta o jeden przekrój. Jeżeli jest przesunięta, jest to obserwacja, a nie diagnoza: przyczyną może być wybór lub powiązanie niewłaściwego źródła, etap rejestracji, kierunek przekształcenia, pochodzenie segmentacji, odwzorowanie klatek albo pełna geometria siatki. Najpierw zbadaj ten łańcuch, a następnie ponownie wykonaj kontrole wspólnej przestrzeni.

Obejrzyj model 3D. W modułach Models / Segmentations włącz widok 3D. „Migocząca” granica lub sylwetka przypominająca płytę są wyglądem nieswoistym, a nie diagnozą: wśród możliwych przyczyn, które należy zbadać, są interpolacja widoku, schodkowanie konturu, anizotropowe próbkowanie, własny kształt segmentacji, progowanie, renderowanie, ruch i rzeczywista anatomia (sekcja o zmianie próbkowania, przypadek rekonstrukcji z rozdziału 1). Sam wygląd nie uprawnia do diagnozy efektu objętości częściowej, szumu etykiet ani artefaktu grubości przekroju.

Porównaj dane źródłowe z przetworzonymi. Otwórz przetworzony obraz wraz z przetworzoną maską po zmianie próbkowania. Przeglądaj kolejne przekroje i sprawdzaj: czy kształt guza przetrwał zmianę próbkowania? Czy granica znajduje się w tym samym miejscu fizycznym? Przełączaj się między danymi źródłowymi i przetworzonymi, aby wykryć błędną rejestrację.

Zapisz werdykt. Użyj rejestratora oceny potoku: PASS / FAIL / NEEDS_INVESTIGATION wraz z uzasadnieniem. To właśnie czyni kontrolę możliwą do audytowania: niezapisana ocena nie może zostać uznana za ukończony dowód.

Wyłączenie maski usuwa kolorową nakładkę i ponownie odsłania obraz pod nią; nie sprawia, że guz znika z CT. Wiarygodne nałożenie we wszystkich trzech płaszczyznach i na każdym przekroju jest ograniczonym dowodem — dowodem przeciw poważnym, widocznym defektom, takim jak oczywiste przesunięcie, obrót lub odcięcie — a nie poświadczeniem, że przekształcenie afiniczne, kolejność przekrojów i zgodność siatek CT↔SEG są jednocześnie poprawne. Jeżeli coś wygląda źle, płaszczyzna lub przekrój, na którym występuje problem, nie identyfikuje jednoznacznie błędnej kontroli wcześniejszego etapu — nadal trzeba rozważyć ponowne sprawdzenie przekształcenia afinicznego, kolejności, geometrii wspólnej przestrzeni i zmiany próbkowania.

Co oznacza werdykt

Zapisany werdykt PASS oznacza w tym przypadku, że człowiek przejrzał wolumen w trzech płaszczyznach, porównał dane źródłowe z przetworzonymi i nie znalazł poważnej awarii geometrycznej — mając obok obrazów sumy skrótów i zapis geometrii pakietu. Nie oznacza, że maska w sposób dowiedziony leży na siatce CT, że zmiana próbkowania była optymalna ani że pochodzenie danych jest kompletne; te kwestie rozstrzygają odpowiednio kontrole geometryczne, walidacja odwołań i manifest. Uczciwe znaczenie kontroli wzrokowej odpowiada otwarciu tego rozdziału: jest ona dowodem uzupełniającym — skutecznie wychwytuje to, co pominęły założenia, i milczy o tym, czego wzrok nie potrafi rozstrzygnąć.

Rozdział rozpoczął się od maski, która wyglądała poprawnie, ale znajdowała się w niewłaściwej przestrzeni. Kolejne sekcje zbudowały narzędzia, dzięki którym taka awaria staje się wykrywalna, a nie katastrofalna: przekształcenie afiniczne lokalizujące woksel, normalną do przekroju porządkującą stos, porównanie siatek rozstrzygające o wspólnej przestrzeni, reprezentacje przenoszące lub niszczące pochodzenie danych oraz reguły zmiany próbkowania, które zapobiegają wymyślaniu pomiarów przez interpolację. Każde narzędzie zmieniło jeden cichy tryb awarii w jawną kontrolę, a to studium przypadku zastosowało je wspólnie do rzeczywistych danych.

Na poprawności geometrycznej kończy się ta część książki, ale poprawna geometria nie jest jeszcze pomiarem. Wolumen może być idealnie umieszczony, prawidłowo uporządkowany i wiernie poddany zmianie próbkowania, a liczba wyznaczona z niego przez cechę może nadal być złą odpowiedzią na źle postawione pytanie. Następny rozdział otwiera ten problem: liczba jest wynikiem systemu pomiarowego, a obraz stanowi tylko jeden z jego elementów.

Źródła

• 3D Slicer User Guide — moduły DICOM i Volumes: hierarchia DICOM, wtyczki, import i wczytywanie; wolumeny, geometria siatki, widoki przekrojów, interpolacja, okno/poziom i nakładki. (slicer.readthedocs.io)
• Kolekcja RIDER lung CT (Version 3) — Zhao B, Schwartz LH, Kris MG, Riely GJ, The Cancer Imaging Archive, doi:10.7937/K9/TCIA.2015.U1X8A5NR. (doi.org)
• Dowody kontroli wzrokowej TRACE-CT w commicie 7aaf308c76ed2718fd0b364d1cde856969711b72 — zatwierdzony zbiorczy wynik kontroli wzrokowej RIDER, schemat pakietu, skrypt otwierający pakiet w Slicer i rejestrator oceny. (commit trace-ct 7aaf308c)