JMIR J医疗互联网服务 医学互联网研究杂志 1438 - 8871 卡塔尔世界杯8强波胆分析 加拿大多伦多 v24i11e38650 36416872 10.2196/38650 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 11 2022 23 11 2022 24 11 e38650 11 4 2022 24 7 2022 4 8 2022 2 9 2022 ©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

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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(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。

GDPR和研究——研究人员概述 英国研究与创新 2020 2021-12-31 https://www.ukri.org/about-us/policies-standards-and-data/gdpr-and-research-an-overview-for-researchers/ 施瓦兹 CG 克雷默 Therneau TM 锋利的 RR 甘特 莱托 Vemuri P Arani 一个 Spychalla AJ Kantarci K Knopman DS 彼得森 钢筋混凝土 杰克 CR 用面部识别软件识别匿名MRI研究参与者 N英语J医学 2019 10 24 381 17 1684 1686 10.1056 / NEJMc1908881 31644852 PMC7091256 持有人 罗宾逊 到来 JH 指纹资料手册 司法项目办公室 2011 2022-11-18 https://www.ojp.gov/pdffiles1/nij/225320.pdf 羟基 尼古拉斯 柯林斯 Caitlyn J 阿特金斯 彭妮R HR-pQCT与micro-CT在形态测量和生物力学分析中的验证:综述 骨代表 2020 12 13 100711 10.1016 / j.bonr.2020.100711 33392364 s2352 - 1872 (20) 30471 - x PMC7772687 Katsamenis OL 奥尔丁 华纳 晶澳 小城堡 DS 琼斯 毫克 Sgalla G Smit B 拉金 橙汁 黑格 Richeldi l 辛克莱 Lackie 施耐德 P 用于无损三维(3D) x射线组织学的x射线微计算机断层扫描 Am J Pathol 2019 08 189 8 1608 1620 10.1016 / j.ajpath.2019.05.004 31125553 s0002 - 9440 (19) 30206 - 8 PMC6680277 三维x线组织学 南安普顿大学 2022 2022-11-18 https://www.xrayhistology.org Schindelin 约翰内斯 Arganda-Carreras Ignacio 毛圈绒头织物 欧文 Kaynig Verena Longair 马克 Pietzsch 托拜厄斯 Preibisch 斯蒂芬 Rueden 柯蒂斯 Saalfeld 斯蒂芬 施密德 便雅悯 Tinevez 白色 丹尼尔·詹姆斯 Hartenstein Volker Eliceiri 凯文 Tomancak 帕维尔 卡多纳· 艾伯特 斐济:生物图像分析的开源平台 Nat方法 2012 06 28 9 7 676 82 10.1038 / nmeth.2019 22743772 nmeth.2019 PMC3855844 欧洲议会和理事会2016年4月27日关于在个人数据处理和此类数据自由流动方面保护自然人的条例(EU) 2016/679,以及废除指令95/46/EC(一般数据保护条例) EUR-Lex 2016 2022-11-18 https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32016R0679 皮克林 B 信任,但要核实:知情同意、人工智能技术和公共卫生突发事件 未来的互联网 2021 05 18 13 5 132 10.3390 / fi13050132
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