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医学互联网研究杂志
1438 - 8871
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研究信
研究信
从高分辨率计算机断层扫描数据重建人体指纹:可行性研究和相关的伦理问题
Kukafka
丽塔
阿瑟
欧文
Roguljić
Marija
Katsamenis
Orestis L
理学士、理学硕士、博士
1
μ -VIS x射线成像中心
工程与自然科学学院“,
南安普顿大学
海菲尔德校园
南安普顿,SO17 1BJ
联合王国
44 2380593468
o.katsamenis@soton.ac.uk
https://orcid.org/0000-0003-4367-4147
Burson-Thomas
查尔斯·B
孟,PGCE,博士
2
https://orcid.org/0000-0001-9308-4669
Basford
菲利普J
孟,MIET,博士
1
https://orcid.org/0000-0001-6058-8270
皮克林
J布莱恩
MA, PGCert, MSc, MBPsS, MBCS, DPhil
3.
https://orcid.org/0000-0002-6815-2938
布朗
马丁
二元同步通信博士
2
https://orcid.org/0000-0001-5184-050X
μ -VIS x射线成像中心
工程与自然科学学院“,
南安普顿大学
南安普顿
联合王国
生物工程科学研究组
工程与自然科学学院“,
南安普顿大学
南安普顿
联合王国
电子与计算机科学
工程与自然科学学院“,
南安普顿大学
南安普顿
联合王国
通讯作者:oretis L Katsamenis
o.katsamenis@soton.ac.uk
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©Orestis L Katsamenis, Charles B Burson-Thomas, Philip J Basford, J Brian Pickering, Martin Browne。最初发表于《医疗互联网研究杂志》(//www.mybigtv.com), 2022年11月23日。
2022
这是一篇开放获取的文章,根据创作共用署名许可(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)的条款发布,允许在任何媒介上无限制地使用、分发和复制,前提是正确引用最初发表在《医学互联网研究杂志》上的原创作品。必须包括完整的书目信息,//www.mybigtv.com/上的原始出版物的链接,以及此版权和许可信息。
microcomputed断层扫描
μCT
microCT
HRpQCT
指纹
指纹
道德
道德
图像
数据
生物识别
信息
人类
手
x射线
CT
护理
简介
磁共振成像(MRI)或x射线计算机断层扫描(CT)等方式的体积成像在临床、临床前和基础研究的许多领域都是有价值的工具。图像文件数据丰富,通常包含(或链接到)这两者的元数据
个人而且
敏感的数据,如参与者的名字或诊断。当涉及到共享这些数据用于研究时,当前的道德共识和立法要求所有可用于将共享数据集直接或间接链接到参与者的数据都要小心删除[
1].这是非常重要的,因为去识别的数据集确保保护参与者的机密性。然而,在某些情况下,可以将参与者与数据链接起来的信息并不只是作为元数据伴随数据。它
是(部分)数据,例如,在头部成像的情况下,数据集可用于以足够质量重建参与者的面部图像,然后可用于参与者的再识别[
2].
然而,头部并不是唯一可以提取独特生物特征信息的部位。也许最广泛应用于人类个性化的生物特征信息是指尖上的摩擦脊纹,通常被称为指纹[
3.].与头部成像中的面部一样,当参与者的手被成像时,摩擦脊也被记录为成像数据的一部分。高分辨率x线CT成像方式,如高分辨率外周定量CT和微焦点CT (μCT)用于对人手进行成像,以获取体素大小<100 μm的小梁结构或各种病理改变(如骨关节炎)[
4].在这里,我们首次展示了这些技术提供的空间分辨率能够检索摩擦脊图。
方法
使用用于3D x射线组织学的μCT系统对来自人体捐赠者的固定尸体右手进行成像[
5]在三维x光组织学实验室[
6英国南安普顿大学教授。在160 kVp下,使用72 μm的各向同性体素(边缘)进行成像,保持电子束光斑尺寸<15 μm (
表1).图像处理使用Fiji/ImageJ [
7]和使用VG Studio Max (v2.1.4 64位,Volume Graphics GmbH)的体积效果图。脊纹二维网络的提取是在Fiji/ImageJ中进行的,其中包括分离手指外表面含脊纹体素的工作流程,即表皮、真皮层和部分皮下层,以及将图案投影到二维平面上的方法,该方法概述于
图1(见
多媒体附件1有关详情)。
微聚焦计算机断层扫描成像参数。
扫描仪使用 |
x射线组织学扫描仪(定制尼康XT H 225 ST) |
大概总扫描时间(h:min:s) |
0:23:37 |
探测器装箱 |
1 × (2850 × 3850 dexels) |
目标材料 |
钨(W) |
加速电压(kVp) |
160 |
当前(µ) |
112 |
权力(W) |
17.92 |
角预测 |
2001 |
每个投影帧数 |
4 |
每帧曝光量(毫秒) |
177 |
模拟增益(dB) |
24 |
过滤材料 |
没有一个 |
体素大小(µm) |
72.00(各向同性) |
斐济/ImageJ处理工作流,用于从处理过的体积中提取摩擦脊信息
多媒体附件1.(A)皮肤层最大强度投影(左)和SD投影(右),(B) SD投影的模糊图像,(C)模糊图像和SD图像相减后的边缘图像,(D) (C)的骨架图像,(E)插入图像中所示的选定摩擦脊区域(轮廓区域的内部区域)的频域傅里叶图像(下)
多媒体附件2).
道德的考虑
本研究按照南安普顿大学的伦理政策和伦理指南(ERGO/FEPS/67396)进行。该样本是由遗体捐赠者获得的,他们同意将自己的遗体用于科学研究和成像。
结果
遵循上面描述的工作流程
多媒体附件1时,每个手指只剩下一个体积,其中只包含摩擦脊的体积灰度信息,现在可以将这些信息投影到单个二维平面上,以便记录和进一步处理摩擦脊图案的网络(
图1而且
2).中显示了进一步处理的两个示例
图1D和E,其中提出了边缘图像的傅里叶(频域)图像(1E)的骨架(1D)。
在南安普顿大学的x射线组织学实验室,使用高分辨率x射线微聚焦计算机断层扫描系统,为解剖精确的革命性植入骨保骨关节炎治疗(杏)项目的需要对尸体右手成像。左窗格(A-C):手部的体积效果图,描绘了食指和拇指的定位和分割,以供进一步分析。右窗格:(D,I)分割手指卷的顶部和(E,J)底部的体积渲染视图。(F,K)从表面(皮肤)去除所有深度超过10个体素的信息后,横跨分割体的SD投影。(G,L)二值化(G,L)图像(F,K)和(H,M)骨架的边缘图像(
多媒体).
讨论
μCT成像足以识别指尖摩擦脊。利用全手μCT数据集对拇指和食指的指纹进行硅化重建
图2.随着基于指纹的识别被广泛应用于取证之外的一系列应用中,例如访问个人帐户和设备,在道德应用中应该考虑和讨论重新识别、模仿和密码泄露的风险。关于后一点,应该让成像科学家意识到,处理此类数据可能会对数据保护义务产生潜在影响;由于生物特征数据被用于身份识别(例如,认证),它们变得
特殊类别个人资料(《一般资料保障规例》第9-1条)[
8].我们的研究补充了先前的影像学研究,这些研究评估了与使用MRI数据重新识别参与者风险相关的伦理意义[
2并强调了现代高分辨率成像方式(如x射线μCT)意外产生可识别信息的风险。我们认为,包含人手高分辨率CT图像的数据集应被视为“敏感”数据,因此应适当谨慎地处理和共享,因为数据主体和成像科学家可能无法先验地识别进一步处理的所有影响[
9].相关机构(如机构伦理委员会或数据保护委员会)在审查研究或临床成像方案时应考虑高分辨率ct的这一方面,并根据当前适用的法律和当地的实践准则提出建议。
补充信息。
补充
图1.
补充
图2.
缩写
CT
计算机断层扫描
核磁共振成像
磁共振成像
μCT
微焦点计算机断层扫描
这项工作得到了欧盟地平线2020拨款863183,威康信托基金拨款212940/Z/18/Z的支持,NVIDIA公司捐赠了用于生成所有图像的RTX A6000。OLK和BJP分别是南安普顿大学研究伦理委员会的成员和主席。我们非常感谢南安普顿大学解剖科学研究中心解剖科学实验室的David Walker博士和Ellen Adams女士提供的标本。
数据可用性
在研究过程中产生的数据可根据要求从通讯作者处获得。
没有宣布。
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周
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