Method Article

Die Quantifizierung des Stammes in einem Schweinemodell von Haut Expansion Mit Multi-View Stereo und Isogeometrische Kinematics

DOI:

10.3791/55052

⸱

April 16th, 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Mechanical Engineering, Purdue University, 2Division of Plastic Surgery, Ann and Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 3Mechanical Engineering, Bioengineering, Cardiothoracic Surgery, Stanford University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dieses Protokoll verwendet Multi-View-Stereo dreidimensionale (3D) Modelle aus unkalibrierten Sequenzen von Fotografien zu erzeugen, ist es erschwinglich und einstellbar auf eine chirurgische Einstellung vornehmen. Dehnungs Karten zwischen den 3D-Modelle sind mit Spline-basierte Isogeometrische Kinematik quantifiziert, die sich über die gleiche Parametrisierung teilen grobe Maschen Darstellung glatten Oberflächen erleichtern.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Gewebeexpansion ist eine beliebte Technik in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie, bei der Haut in vivo zur Korrektur großer Defekte wie Verbrennungen und riesiger angeborener Nävi gezüchtet wird. Trotz seiner weit verbreiteten Verwendung ist die Planung und Durchführung eines Expansionsprotokolls eine Herausforderung, da es schwierig ist, die Verformung zu messen, die bei jedem Aufblasschritt und über die Dauer des Verfahrens auferlegt wird. Die Quantifizierung der Verformungsfelder ist von entscheidender Bedeutung, da die Verteilung der Dehnung über die Zeit die Geschwindigkeit und Menge des Hautwachstums am Ende der Behandlung bestimmt. In diesem Manuskript stellen wir eine Methode zur Untersuchung der Gewebeausdehnung vor, um quantitative Kenntnisse über die Verformungen zu gewinnen, die während eines Expansionsprozesses induziert werden. Dieses experimentelle Protokoll umfasst eine Stereo- und isogeometrische kinematische Multi-View-Analyse in einem Schweinemodell der Gewebeexpansion. Multi-View-Stereo ermöglicht die dreidimensionale geometrische Rekonstruktion aus unkalibrierten Bildsequenzen. Bei der isogeometrischen kinematischen Analyse werden Splines verwendet, um die regionalen Verformungen zwischen glatten Oberflächen mit wenigen Netzpunkten zu beschreiben. Unser Protokoll hat das Potenzial, die Lücke zwischen grundlegenden wissenschaftlichen Untersuchungen zur Mechanik der Hautexpansion und dem klinischen Umfeld zu schließen. Wir gehen davon aus, dass die mit unserer Methodik gewonnenen Erkenntnisse letztendlich eine personalisierte Behandlungsplanung mit Hilfe von computergestützten Simulationen der Hautverformung ermöglichen werden.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gewebeexpansion ist eine übliche Technik in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie , die Haut in vivo für die Korrektur von großen Hautdefekten 1 wächst. Neumann, im Jahr 1957, war der erste Chirurg dieses Verfahren zu dokumentieren. Er implantiert , um einen Ballon unter der Haut eines Patienten und aufgeblasen es nach und nach über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis neues Gewebe zu wachsen und ein Ohr 2 wieder auftauchen. Haut, wie die meisten biologischen Geweben, passt sich ausgeübten Kräfte und Verformungen, um mechanische Homöostase zu erreichen. Wenn über die physiologischen Regime gestreckt, wächst Haut 3, 4. Einer der zentralen Vorteile der Gewebeexpansion ist die Herstellung von Haut mit der richtigen Vaskularisierung und der gleichen Haar Lager, mechanische Eigenschaften, Farbe und Textur als das umgebende Gewebe 5.

Nach seiner Einführung vor sechs Jahrzehnten, Haut expansion wurde von plastischen und rekonstruktiven Chirurgen weithin angenommen und derzeit Verbrennungen, große angeborene Defekte zu korrigieren und für die Brustrekonstruktion nach Mastektomie 6, 7 verwendet wird. Doch trotz seiner weiten Verbreitung, Hautexpansionsverfahren kann zu Komplikationen 8 führen. Dies ist zum Teil auf den Mangel an ausreichendem quantitativen Nachweis erforderlich , um die grundlegende Mechanobiologie des Verfahrens zu verstehen und die Chirurgen während der präoperativen Planung 9, 10 zu führen. Schlüsselparameter in dieser Technik sind die Füllrate, Volumen pro Inflation Füllung, wobei die Auswahl der Form und Größe des Expanders und die Anordnung der Vorrichtung 11, 12. Aktuelle präoperativen Planung stützt sich weitgehend auf die Erfahrung des Arztes, in einer Vielzahl von beliebigen Protokollen führt, die oft greatl abweichen13 y, 14, 15.

Um die aktuellen Wissenslücken sprechen, stellen wir ein experimentelles Protokoll expansions induzierte Verformung in einem porcinen Tiermodell der Gewebeexpansion zu quantifizieren. Das Protokoll beruht auf der Verwendung von Multi-View-Stereo (MVS) dreidimensionale (3D) Geometrien aus Sequenzen von zweidimensionalen (2D) Bildern mit unbekannten Kamerapositionen zu rekonstruieren. Verwendung von Keilen, die Abbildung der glatten Oberfläche führt zu der Berechnung der entsprechenden Verformungs Karten mittels einer Isogeometrische (IGA) Beschreibung. Die Analyse der Geometrie basiert auf den theoretischen Rahmen der Kontinuumsmechanik von Membranen eine explizite Parametrisierung mit 16.

Charakterisieren physiologisch relevante Verformungen der Materialien über lange Zeiträume hinweg lebt nach wie vor ein schwieriges Problem. Gemeinsame Strategien fürBildgebung von biologischen Geweben umfasst stereoskopische Bildkorrelation, kommerzielle Bewegungserfassungssysteme mit reflektierenden Markern und biplane Video Fluoroskopie 17, 18, 19. Jedoch erfordern diese Techniken einen restriktiven Versuchsaufbau, sind in der Regel teuer, und haben für ex vivo oder akute in vivo - Einstellungen in erster Linie verwendet. Haut hat den Vorteil, eine dünne Struktur ist. Auch wenn es aus mehreren Schichten besteht, sind die Dermis weitgehend verantwortlich für die mechanischen Eigenschaften des Gewebes und damit die Oberflächenverformung ist von vorrangiger Bedeutung 20; angemessenen kinematischen Annahmen können 21, 22 in Bezug auf die aus der Ebene Verformung erfolgen. Außerdem wird die Haut bereits an die äußeren Umgebung ausgesetzt, es möglich zu verwenden herkömmliche Imaging-Tools machte seine Geometrie zu erfassen. Here schlagen wir die Verwendung von MVS als kostengünstige und flexible Ansatz zur in vivo Verformungen der Haut über mehrere Wochen zu überwachen , ohne majorly mit einem Gewebeexpansion Protokoll zu stören. MVS ist eine Technik , die 3D - Darstellungen von Objekten oder Szenen aus einer Sammlung von 2D - Bildern mit unbekannter Kamera extrahiert Winkel 23. Erst in den letzten drei Jahren haben mehrere kommerzielle Codes erschienen (Liste der Materialien für siehe Beispiele). Die hohe Genauigkeit der Modellrekonstruktion mit MVS, mit Fehlern so niedrig wie 2% 24, macht diesen Ansatz geeignet für die kinematische Charakterisierung der Haut in vivo über längere Zeiträume.

Um die entsprechende Verformung Karten von Haut während der Gewebeexpansion, Punkte zwischen zwei beliebigen geometrischen Konfigurationen angepasst zu erhalten. Herkömmlicherweise werden in der Biomechanik computational Forscher Finite-Elemente-Netze und inverse Analyse verwendet, um die Verformung der Karte abrufen25, 26. Der IGA Ansatz hier verwendet wird, verwendet Spline - Basisfunktionen , die mehrere Vorteile für die Analyse von dünnen Membranen 27, 28 bieten. Und zwar ermöglicht die Verfügbarkeit von hohen Grad Polynomen Repräsentationen von glatten Geometrien auch bei sehr groben Maschen 29, 30. Darüber hinaus ist es möglich, die gleiche zugrunde liegende Parametrisierung an alle Oberflächenstücke zu passen, was die Notwendigkeit für ein inverses Problem für nicht passende Diskretisierungen zu berücksichtigen umgeht.

Das hier beschriebene Verfahren eröffnet neue Wege Haut Mechanik in relevanten in vivo - Einstellungen über lange Zeiträume zu studieren. Darüber hinaus sind wir zuversichtlich, dass unsere Methodik ist ein förderlicher Schritt in Richtung Endziel der Computational Tools für personalisierte Behandlungsplanung im klinischen Umfeld zu entwickeln.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dieses Protokoll beinhaltet Tierversuch. Das Protokoll wurde von der IRB von Ann und Robert H. Lurie Kinderkrankenhaus von Chicago Research Center Animal Care und Use Committee genehmigt humaner Behandlung von Tieren zu gewährleisten. Die Ergebnisse für zwei Erweiterungsstudien unter Verwendung dieses Protokolls haben 16 an anderer Stelle veröffentlicht worden, 31.

Die Ausführung dieses Protokoll erfordert ein Team mit komplementären Know-how. Der erste Teil des Protokolls beschreibt das chirurgische Verfahren am Tiermodell, Personal mit der entsprechenden medizinischen Ausbildung erfordern. Die anschließende Analyse, insbesondere die Abschnitte 4 und 5 gezeigt, beinhalten grundlegende Computerprogrammierkenntnisse in C ++ und Python, und die Verwendung einer Shell-Befehlszeile.

1. Chirurgisches Verfahren für Expander Platzierung

HINWEIS: Personal im Betrieb beteiligt sind, müssen in einer sterilen Art und Weise geschrubbt und gowned werden. sterile Handtücher und Vorhänge sind rund um den OP-Bereich angewendet zur Aufrechterhaltung der Sterilität. Alle Instrumente, Fäden und Gewebeexpander sind steril verpackt und gehandhabt nur durch steriles Personal erhalten. Sterilität der Operationsstelle darf nicht verletzt werden, bis der Vorgang abgeschlossen ist.

  1. Akklimatisieren einmonatigen alte männliche Yucatan Minischweine zu Standard - Gehäusen für eine Woche, und Futter ad libitum.
  2. Am Tag der Operation, betäubt das Tier mit Ketamin / Acepromazin für Induktion (4 - 6 mg / kg), dann Isofluran für die Wartung. Evaluieren der Narkosetiefe durch die Augenlidreflexe zu überwachen. Außerdem überwachen Vitalfunktionen (Herzfrequenz, Körpertemperatur, Atemfrequenz und / oder Reaktion von Geweben Zange kneifen). Bewerben Augensalbe auf die Augen gegen Hornhauterosionen zu schützen.
  3. Administrieren vorprozessualer Antibiotika und reinigen Sie die Rückenhaut mit Chlorhexidin-basierten chirurgischer Seife. Transfer vier 10 x 10 cm 2 Rost, zwei auf jeder Seite derTier, mit 1 cm Linienmarkierungen auf die Schweinehaut unter Verwendung von Tätowierung Übertragungsmedium. Die Gitter entsprechen den folgenden vier Bereiche: rostral linken, rechten rostral, linke kaudale und rechten kaudalen. Verwenden Sie eine Vorlage mit einer Mittellinie Referenz symmetrische Anordnung der Gittermuster zu gewährleisten.
    1. Erstellen Sie die Gitter auf dem Papier durch das Raster Tracing skizziert stark mit einem Kugelschreiber. Waschen Sie den Bereich auf dem Tier, wo das Gitter mit Isopropylalkohol plaziert werden soll.
    2. Anwenden des Gitters (Stift-Tintenseite nach unten) direkt auf die Haut. Der Alkohol dient einem Teil der Tinte aus dem Papier Blutegel, das Gitter auf die Haut des Tieres zu übertragen.
  4. Injiziert Lokalanästhetikum (1% Lidocain mit 1: 100.000 Epinephrin) subkutan an der Stelle jeden geplanten Einschnitts.
  5. Einen Einschnitt auf beiden Seiten des Tieres in der Mitte zwischen den zwei Gittern.
    HINWEIS: Die Einschnitte auf der linken und rechten Seite des Tieres zwischen den zwei Gittern angeordnet sind, aufdiese Seite. Es ist eine linksseitige Einschnitt und eine rechtsseitige Einschnitt
  6. Verwenden Sie einen hemostat einen subkutanen Tunnel unter dem Gitter von Interesse zu entwickeln. Nach der Entwicklung in einen Tunnel, legt die Expander unter dem Gitter.
    HINWEIS: Tunnel wird unter einem beliebigen Raster platziert, die einen Gewebeexpander haben.
  7. Setzen Sie den Anschluss für Expander Inflation der Ferne über einen subkutanen Tunnel entwickelte in ähnlicher Weise entlang der dorsalen Mittellinie des Tieres. Reparatur Wunden durch Vernähen.
  8. Postoperativ Behandlung des Tieres mit prophylaktischer Antibiotika (Ceftiofur 5 mg / kg IM einmal) sowie Analgetika (Buprenorphin 0,05-0,1 mg / kg) durch intramuskuläre Injektion alle 12 h für 4 Dosen, mit zusätzlichen Dosen zum Nachweis von tierischem distress.
  9. Beobachten Sie Tiere kontinuierlich für 2 h postoperativ, einschließlich Routinemessung der Vitalfunktionen, bis sie Gehfähigkeit wieder aufgenommen und sind in der Lage Normothermie aufrechtzuerhalten. Haus das Tier in einem separaten Käfig und Monitor bis it in der Lage, unabhängig von allen 4 Beinen zu gehen, bevor es wieder in den normalen Aufnahmebereich übertragen und es unbeaufsichtigt lassen.
  10. Im Anschluss an die Zeit unmittelbar nach der Anästhesie Erholungsphase überprüfen Tiere täglich um die Wundheilung zu bewerten. Entfernen Sie die Nähte 14 Tage postoperativ. Diese Einschnitte erfordern keine Dressings. Lassen Sie die Einschnitte 3 zu heilen - 4 Wochen vor der Erweiterung beginnen

2. Inflation Protokoll

HINWEIS: Das Timing der Inflationen und Menge der Lösung in jedem Expander verwendet wird, hängt von der spezifischen Frage untersucht. Um die Wirkung des verschiedenen Expander Geometrien zu charakterisieren, ist ein geeignetes Protokoll fünf Inflations Schritte auszuführen bei 0, 2, 7, 10 und 15 Tagen Füllvolumen von 50 zu erreichen, 75, 105, 165, und 225 cc verbunden.

  1. Vor jedem Aufblasstufe, sedieren den Tier verabreichenden Ketamin (4 - 6 mg / kg) und Dexmedetomidin bei 20 - 80 & mgr; g / kg.
    HINWEIS: Dexmedetomidin ist einn alpha-adrenergen Agonisten, die mit Atipamezol umgekehrt werden kann (1: 1 Volumen: Volumen), um eine schnellere Wiederherstellung zu erleichtern; aber dieses Niveau der Sedierung kann nicht ausreichend sein, für das Tier Expansion ohne übermäßige Gefahr für das Tier oder Menschen zu tolerieren. Wenn dies der Fall ist, verwalten Allgemeinanästhesie durch folgende Ketamin / Acepromazin Induktion Isofluran über Maskenbeatmung zu liefern.
  2. Befestigen Sie zwei Kunststoff flexible Maßbänder auf die Haut des Tieres chirurgisches Klebeband. Legen Sie die Maßbänder zwischen den Gittern auf der linken und rechten Seite.
  3. Legen Sie das Tier auf der einen Seite und erwerben 30 Fotos von der Szene aus so vielen verschiedenen Winkeln wie möglich.
    HINWEIS: Das Ziel ist es, die Geometrie der beiden Gitter sichtbar zu erfassen, wenn das Tier auf einer Seite nach unten legt.
    1. Zuerst wird die Position der Kamera über das Tier und Neigung zu der kaudalen Seite, eine Aufnahme zu machen, wo die tätowierten Gitter vollständig sichtbar sind und den Rahmen zu füllen.
    2. MOve in einem kreisförmigen Muster um das Tier in einem Bogen von der kaudal die rostralen Richtung, Fotos auf dem Weg zu nehmen, dass die Gewährleistung für jede Fotografie, die tätowierten Raster, die sichtbar sind, erscheinen gänzlich im Rahmen.
      1. Zur gleichen Zeit, versuchen, den Raum zu maximieren, die die Gitter in dem Rahmen einnehmen. Ein idealer Schuss würde den Rücken des Tieres mit den tätowierten Gitter und nur kleine Bereiche Hintergrund erfassen.
    3. Als nächstes wird die Position der Kamera in Richtung der Bauchseite eine Schusswinkel zu erfassen, die in etwa dem Boden parallel ist und von der ventralen zur dorsalen Region in einem Bogen fotografieren.
      HINWEIS: Die Menge an Fotos nicht ein fester Wert ist. Für eine gute Rekonstruktion sollte jeder Punkt auf dem Gitter in tätowierten mindestens 3 Fotografien sein; 30 Fotografien insgesamt eine ausreichende Menge für eine erfolgreiche Rekonstruktion Geometrie.
  4. Legen Sie das Tier auf der gegenüberliegenden Seite und nehmen 30 Fotografien der beidenverbleibenden Gitter die gleichen oben beschriebenen Schritten folgen.
  5. Führen Sie die Inflation Schritt für die Remote-Einfüllöffnung zu finden und die erforderliche Menge an Salzlösung eingespritzt, um die Expansion Protokoll von Interesse entspricht. Verwenden Sie sterile 0,9% injizierbare Kochsalzlösung.
    1. Suchen Sie die Häfen und prep über die Haut des Tieres mit Isopropylalkohol wischt. Zugriff auf den Port mit einer sterilen 25-Gauge-Butterfly-Nadel an eine Spritze mit steriler injizierbarer Kochsalzlösung gefüllt befestigt.
      HINWEIS: Wie oben beschrieben, werden die Ports subkutan in eine Position auf der vorderen Mittellinie dorsum während Expander Platzierung getunnelt.
    2. Injizieren, um die gewünschte Menge an Kochsalzlösung. Bitte beachten Sie den Hinweis am Anfang dieses Abschnitts für die Inflation Volumina bei jedem Schritt des Expansionsprozesses injiziert.
  6. Wiederholen Sie die Fotoaufnahmeschritte nach dem Aufblasen.
  7. Sobald die Inflation Protokoll abgeschlossen ist, einschläfern die Tiere.
    1. administrieren allgemeineAnästhesie durch folgende Ketamin / Acepromazin Induktions Isofluran über die Maskenlüftung liefern. Evaluieren der Narkosetiefe durch die Augenlidreflexe zu überwachen. Außerdem überwachen Vitalfunktionen (Herzfrequenz, Körpertemperatur, Atemfrequenz und / oder Reaktion mit dem Gewebe Zange kneifen).
    2. Euthanize das Tier durch intravenöse Überdosis Pentobarbital 90-100 mg / kg. Nach Pentobarbitalüberdosis für Euthanasie, bestätigt den Tod durch das Fehlen von nachweisbarem Herzschlag eines Pulsoximeter und Puls Palpation sowie das Fehlen von spontaner Respiration verwenden.

3. Multi-View Stereo Wiederaufbau

  1. Verwenden Sie handelsübliche Software, um die Bilddateien zu laden und zu rekonstruieren, die die geometrischen Modelle.
    1. Starten Sie die MVS-Software auf dem Browser und melden Sie sich an.
    2. Wählen Sie Foto auf der linken oberen Ecke auf 3D.
    3. Klicken Sie auf die Fotos, wechseln Sie zum Speicherort der imAlter und manuell die Fotografien 30 entsprechen, ein einziges Modell auszuwählen.
    4. Nennen Sie das Modell aus und klicken Sie erstellen
    5. Warten Sie das Modell erstellt werden. Dies kann einige Minuten dauern. Klicken Sie Armaturenbrett auf der rechten Seite gehen zurück auf die ursprüngliche Zielseite der Software.
      HINWEIS: Das Armaturenbrett zeigt repräsentative Bilder der geometrischen Modelle, die vom Benutzer erstellt wurden.
    6. Setzen Sie den Cursor auf dem Modell, das soeben erstellt wurde. Setzen Sie den Cursor auf der rechten unteren Ecke des Modellbildes. Klicken Sie auf Download und wählen Sie obj.

4. Spline-Oberfläche Fit

  1. Verwenden Open Source Software, die die geometrischen Modelle zu verarbeiten.
  2. Klicken Sie auf File-> Importieren-> obj importieren , um die Datei aus der MVS - Software generiert. Auf der Unterseite der 3D - Ansicht klicken Sie auf Ansichtsfenster - Shading und select Textur. Suchen Sie nach einer Registerkarte auf der rechten Seite der 3D - Ansicht mit den Untermenüs: Transformieren, Fettstift, Ansicht, 3D Bleistift, usw. Klicken Sie auf Schattierung und wählen schattenlos.
  3. Rechtsklick auf die Geometrie, um sie auszuwählen. Am unteren Rande der 3D - Ansicht Edit - Modus wählen Sie das Dreiecksnetz zu visualisieren.
  4. Wählen nacheinander die Knoten auf den 1 cm Markierungen des Maßbandes.
    1. Um einen Punkt auszuwählen, klicken Sie rechts auf, und den Punkt markieren. Koordinaten für den Punkt erscheinen auf der Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht. Markieren und kopieren Sie die Koordinaten des ausgewählten Punktes in eine Textdatei.
    2. Wiederholen dieser Operation für alle Punkte auf dem 1 cm Markierungen des Maßbandes.
    3. Tun Sie dies für beide Maßbänder. Beispiele für Textdateien koordinieren sind bereitstellend: tape1.txt, tape2.txt.
      HINWEIS: Wenn es keine Knoten des Netzes auf dem Punkt von Interesse sind, unterteilt das Netz, bis ein Knoten auf dem Punkt von Interesse ist. Das Netz wählen Sie die drei Eckpunkte eines Dreiecks Unterteilung durch Shift - Taste und die rechte Maustaste auf den Ecken drücken. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche auf der Registerkarte Subdivide auf der linken Seite der Ansicht 3D erscheinen. Dieser Vorgang fügt drei weitere Knoten innerhalb des ausgewählten Dreiecks.
  5. Wählen Sie die 11 x 11 Punkte des Gitters und Speichern der Koordinaten der Punkte 121 in einer Textdatei in dem Muster in Abbildung 1 dargestellt.
    1. Analog zu dem, was für die Maßbänder getan, einen Punkt des Gitters auszuwählen, direkt darauf klicken, wird der Punkt markiert. Koordinaten für den Punkt wird auf der Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht angezeigt werden. Markieren und kopieren Sie die Koordinaten des ausgewählten Punktes in eine Textdatei
      HINWEIS: Die Nummerierung der Gitterpunkte ist ALWays kaudal rostral und von der dorsalen Mittellinie in Richtung der Bauchregion. Diese Reihenfolge wird sichergestellt, dass der Parameterraum für zwei beliebige Patches konsistent ist. Als ein Beispiel, das die Datei gridReference.txt die Koordinaten von 121 Punkten eines Hautpflasters zur Verfügung gestellt wird , enthält.
  6. Herunterladen, kompilieren und C ++ Spline-Bibliotheken installieren. Die Datei splineLibraryInstallation.txt enthält den Link zum Quellcode der Spline - Bibliotheken und Anweisungen für die Installation.
  7. Kompilieren des Quellcodes generateCurve.cpp die ausführbare generateCurve zu erzeugen
    HINWEIS: Das Programm generateCurve muss nur einmal erstellt werden. Diese C ++ Quellcode zu kompilieren und eine ausführbare Datei folgen Sie den Anweisungen am oberen Ende der Quellcodedatei generateCurve.cpp erzeugen.
  8. Verwenden Sie das Programm generateCurve Splines auf die Maßbänder zu passen und zu den Gitterpunkten. Um die ausführbare Datei in einem B laufenash Schale, Typ
    Verzeichnis $ ./generateCurve
    1. Nach dem Ausführen des Programms wird den Benutzer bitten, den Pfad zu der Datei eingeben, die Koordinaten des Maßbandes enthält. Dann wird das Programm nach einem Namen fragt für die Ausgabedatei. Fügen Sie die Beendigung .g2 an den Dateinamen.
      HINWEIS: Die Kündigung .g2 für Go - Tools steht, und ist nicht auf die Spline - Bibliotheken verbunden. Zwei Beispiele für Spline - Dateien auf die Maßbänder entsprechenden sind mit diesem Protokoll (tape1.g2, tape2.g2).
  9. Verwenden Sie den Python - Skript scalePoints.py die Gitterpunkte zu skalieren. Führen Sie das Programm in einem Schlag-Shell-Prompt mit drei Argumenten: die Dateinamen der Gitterpunkte und die Dateinamen des Splines an die Maßbänder entsprechenden
    Verzeichnis $ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
    HINWEIS: Das Skript scalePoints.py importiert die Skripte B_spline.py und NURBS_Curv e.py daher alle drei Skripte müssen im selben Ordner sein.
  10. Kompilieren des Quellcodes generateSurface.cpp die ausführbare generateSurface zu erzeugen.
    HINWEIS: Dieser Schritt muss nur einmal durchgeführt werden. Weitere detaillierte Anweisungen sind zu Beginn der Quellcodedatei generateSurface.cpp verfügbar.
  11. Verwenden Sie das Programm generateSurface eine Spline - Oberfläche zu den Gitterpunkten zu passen. Führen Sie die ausführbare generateSurface auf der Bash - Shell
    Verzeichnis $ ./generateSurface
    1. das Programm in einer Shell ausführen, wird für die Dateinamen stellt die skalierten Punkte enthalten. Dann wird es für den Namen der Ausgabedatei fragen. Fügen Sie die Beendigung .g2 an den Ausgabedateinamen.
      HINWEIS: Die Kündigung .g2 wird durch die Spline - Bibliotheken vorgeschlagen und steht für Go - Tools. Die Dateien gridReference.g2 und gridDeformed.g2 sind als Beispiele.
itle "> 5. Die Quantifizierung der Expansion induzierten Deformation

  1. Starten Python in der Schlag-Shell-Prompt
    Verzeichnis $ python
    HINWEIS: Python initialisiert den Interpreter, der eine Schnittstelle ähnlich die Schale ist , die eine neue Kommandozeilen - Umgebung zeigen >>>
  2. Importieren Sie das Skript expansionIGA.py , die eine Funktion enthält , genannt evaluateMembraneIGA
    >>> von expansionIGA Import evaluateMembraneIGA
  3. Rufen Sie die Funktion evaluateMembraneIGA , um die Verformung Karten zu berechnen.
    HINWEIS: Diese Funktion nimmt als Argument:
    Dateinamen der Referenzfläche
    Dateinamen der verformten Oberfläche
    Auflösung der Auswertung (wie viele Punkte in jede Richtung ausgewertet)
    Mindestwert des Flächenstreck verwendet, um die Konturdarstellung maßstäblich
    Maximalwert der Flächenstreck verwendet, um die Konturdarstellung maßstäblich
    Minimalwert der Dehnung in Längsrichtung used die Konturen maßstabs
    Maximalwert der Dehnung in Längsrichtung verwendet, um die Konturen zu skalieren
    Minimalwert der Dehnung in Querrichtung verwendet, um die Konturen zu skalieren
    Maximalwert der Dehnung in Querrichtung verwendet, um die Konturen zu skalieren
    Der Abstand zwischen den Rasterlinien in dem Konturplot
    Name der Ausgabedatei
    1. Zum Beispiel laufen
      >>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0,5, 2, 0,5, 2, 0,5, 25, 'Deformation')
      ANMERKUNG: Dieser Befehl wird generiert und sechs Ausgabedateien speichern. Beachten Sie, dass das letzte Argument in dem obigen Beispiel die Ausgabedatei Verformung ist, so werden die Dateien , die generiert werden , sind:
      deformation_theta.png: Konturdiagramm des Flächenstreck
      deformation_theta.txt: Tabelle der Werte der Konturplot Flächenstreck entspricht
      deformation_G1.png: Konturplot des streck Along die Längsachse des Tieres
      deformation_G1.txt: Tabelle der Werte der Konturplot erstreckt sich entlang der Längsachse des Tieres entspricht ,
      deformation_G2.png: Konturdiagramm der stretch - Komponente in der Querachse des Tieres
      deformation_G2.txt: Tabelle des Wertes der Konturdiagramm der Komponente der Dehnung in der Querachse des Tieres entspricht ,
      Hinweis: Verwechseln Sie nicht die Beendigung der Spline - Dateien, .g2, mit dem Vektor G2. Die Spline - Dateien Endung .g2 nach den Namenskonventionen der Spline - Bibliothek. Auf der anderen Seite bezeichnen die Vektoren G1 und G2 , die Längs- und Querrichtung in Bezug auf das Tier.
      HINWEIS: Die Kontur-Dateien generiert mit unterschiedlichen Funktionen an den vier Ecken Interpretation des Parameterraum zu erleichtern: Schwarz Pixel: kaudalste, die meisten dorsalen Punkt; Red Pixel Ecke: most rostral meisten dorsalen Punkt; Grüne Pixel Ecke: kaudalste, die meisten ventralen Punkte; Blau-Pixel Ecke: Die meisten rostral, die meisten Bauch Punkt.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Methode wurde erfolgreich eingesetzt , um die Verformung durch unterschiedliche Geometrien Expander induzierte zu studieren: Rechteck, Kugel und Crescent Expander 31, 32. Die Ergebnisse entsprechen die Kugel und Crescent Expander werden als nächstes diskutiert. Figur 2 zeigt die drei Schritte von MVS Modellrekonstruktion. Der Ausgangspunkt ist eine Sammlung von Fotografien aus einer statischen Szene. Das Ti...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier haben wir ein Protokoll, um die Verformungen zu charakterisieren während eines Gewebeexpansion Verfahren in einem Schweinemodell induziert mit Multi-View-Stereo (MVS) und Isogeometrische Kinematik (IGA Kinematik). Während Gewebeexpansion erfährt Haut gehen große Verformungen von einer glatten und relativ flachen Oberfläche mit einer kuppelartigen 3D-Form. Haut, wie auch andere biologische Membranen 34, reagiert , indem sie die Herstellung von neuem Material strecken, in der Fläche zu e...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

SDie Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Arbeit wurde durch das NIH-Stipendium 1R21EB021590-01A1 an Arun Gosain und Ellen Kuhl unterstützt.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Yucatan MiniaturschweinSinclair Bioresources, Windham, MEN/A
AntibiotikaSanta Cruz Animal Health, Paso Robles, CAsc-362931RxCeftiofur, Dosierung 5 mg/kg intramuskuläre
chirurgische Seife auf Chlorhexidin-BasisCardinal Health, Dublin, OHAS-4CHGL(4-32)4% Chlorhexidingluconat chirurgisches Handpeeling
Tattoo-Transfermedium Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WATRANSFSchablone thermisches Tattoo-Transferpapier
Lidocain mit AdrenalinACE Surgical Supply Co, Brockton, MA001-1423Lidocain Hcl 1% (Xylocain) - Epinephrin 1:100.000, 20 mL
BuprenorphinZooPharm, Windsor, CO1 mg/mL verzögerte Freisetzung, Dosierung 0,01 mg/kg intramuskulär
DigitalkameraSonyAlpha33Standard Digitalkamera mit 18 - 35  mm-Objektiv, 3,5 - 5,6 Blende. Verwendung im Automatikmodus, kein Blitz
MaßbandMedline, Mundelein, IllinoisNON171330Einziehbares Maßband, Stoff, Kunststoffgehäuse, 72 Zoll
GewebeexpanderPMT, Chanhassen, MN03610-06-024 cm x 6 cm, rechteckig, 120 cc, Serie 3610 2-stufiger Gewebeexpander mit Standardanschluss
ReCap360AutodeskN/AMVS Software, Webanwendung: recap360.autodesk.com
BlenderBlender FoundationN/AComputer Graphics Software, Open Source: blender.org
SISLSINTEFN/AC++ Spline Libraries, Open Source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/

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