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

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die Dehnungskarten der Haut während der Gewebeexpansion mittels isogeometrischer Analyse und Multi-View-Stereo zu quantifizieren. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der rekonstruktiven Chirurgie mit Gewebeexpansion zu beantworten, wie z.B. die Bestimmung regionaler Verformungen, die durch unterschiedliche Expanderformen, -größen und -aufblasraten induziert werden. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie computergestützte Analysen und flexible 3D-Bildgebungsverfahren verwendet.

Somit kann es im Operationssaal eingesetzt werden, ohne den Routineablauf zu verändern. Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie, da sie leicht auf das klinische Umfeld übertragen werden kann, um Hautdeformationskarten von menschlichen Patienten zu überwachen, die sich einer Gewebeexpansion unterziehen. Bereiten Sie zunächst das Minischwein von Yucatán für die Operation vor und betäuben Sie es, indem Sie seine Rückenhaut mit einem Rasiermesser rasieren.

Entfernen Sie alle verbleibenden Haare mit Klebeband und wischen Sie die Haut gründlich mit Isopropylalkohol ab, um sie von Verunreinigungen zu reinigen. Identifizieren Sie als Nächstes die dorsale Mittellinie am Körper des Tieres und markieren Sie mit einem Stift die dorsalen Grenzen von vier Gittern, so dass sie etwa zwei Zentimeter von der dorsalen Mittellinie entfernt sind. Nachdem Sie auf der Haut die Position des ersten vorderen Gitters markiert haben, lassen Sie einen Abstand von drei Zentimetern und markieren Sie die Position des hinteren Gitters.

Bestätigen Sie abschließend, dass die markierten Positionen des vorderen und hinteren Gitters symmetrisch zur dorsalen Mittellinie sind und im gleichen suprakaudalen Abstand positioniert sind. Sobald die Positionen des Rasters markiert sind, bereiten Sie eine Papierschablone mit einem Raster von 10 Zentimetern x 10 Zentimetern vor. Konturieren Sie dazu das Raster stark, indem Sie die Linien wiederholt mit einem Kugelschreiber einfärben und dann die Vorlage zuschneiden.

Befeuchten Sie anschließend die gewünschte Hautpartie gründlich mit Isopropyl-Reinigungsalkohol, um die Übertragung des Gitters zu erleichtern, und lassen Sie den überschüssigen Alkohol an der Luft trocknen, um ein Auslaufen der Tinte zu verhindern. Richten Sie die Kanten der vorbereiteten Rasterschablone an der Markierung auf der Haut aus, bringen Sie das Gitter mit der Tintenseite nach unten auf die Haut an und drücken Sie dann die Rasterschablone vorsichtig gegen die Haut, um eine vollständige Übertragung der Tinte zu gewährleisten. Entfernen Sie nach einigen Sekunden langsam das Gitter von der Haut, und stellen Sie sicher, dass die Rasternachzeichnung ordnungsgemäß übertragen wurde.

Decken Sie vor dem Tätowieren das Gitter mit Vaseline ab, um das Verschmieren der Tinte zu verringern, und bedecken Sie mit einem Tätowiergerät die Linien des Gitters mit Tätowierfarbe. Sobald das erste Gitter tätowiert ist, übertragen Sie die Markierung für das zweite Gitter auf die Haut des Tieres und achten Sie darauf, dass beide Gitter drei Zentimeter voneinander entfernt sind. Nachdem Sie das zweite Gitter tätowiert haben, bestätigen Sie, dass sich beide Gitter zwei Zentimeter lateral der dorsalen Mittellinie befinden.

Sobald vier Gitter tätowiert sind, bestätigen Sie, dass sie zwei Zentimeter von der dorsalen Mittellinie entfernt positioniert sind und sich ein weiteres Mal in drei Zentimetern auseinander bewegen. Um die Operation zu beginnen, markieren Sie auf der Haut des anästhesierten Schweins eine Schnittstelle, die sich in der Mitte zwischen zwei Gittern befindet, und markieren Sie dann die gewünschte Stelle des Expanders, so dass er im oberen Teil des tätowierten Gitters positioniert ist. Schneiden Sie die Haut mit einer chirurgischen Klinge ein und erstellen Sie mit einer Schere einen engen subkutanen Tunnel, der den ersten Schnitt mit einem Bereich verbindet, in dem der Expander platziert werden soll, und präparieren Sie dann die Tasche innerhalb der markierten Expander-Platzierungsstelle.

Waschen Sie anschließend den erstellten Tunnel mit einer antibiotischen Lösung, um eine Infektion zu verhindern, und führen Sie den Expander in seine Unterhauttasche ein. Sobald der Expander an Ort und Stelle ist, markiere die Stellen von zwei Schnitten neben der dorsalen Mittellinie, die für die Platzierung eines Expander-Ports verwendet werden, und führe die Schnitte mit dem Skalpell aus. Führen Sie danach einen Blutstiller durch den kaudalen Schnitt ein und präparieren Sie einen weiteren subkutanen Tunnel, der ihn mit dem Schnitt verbindet, der zuvor für die Platzierung des Expanders verwendet wurde, fassen Sie dann den Schlauch des Expanders und ziehen Sie ihn durch den kaudalen Portschnitt heraus.

Verwenden Sie den zweiten Schnitt, um eine Tasche für die Platzierung eines Aufblasanschlusses zu präparieren, und führen Sie den Anschluss in die Tasche ein. Erstellen Sie mit dem Blutstillstand einen weiteren subkutanen Tunnel, der die beiden Einschnitte an der Portplatzierung verbindet, fassen Sie dann den Schlauch des Hämostaten mit dem Hämostaten an und ziehen Sie ihn durch denselben Einschnitt heraus, an dem der Expanderschlauch platziert ist. Nachdem Sie beide Schläuche abgeschnitten haben, verbinden Sie sie mit einem Metalladapter.

Sichern Sie die Verbindung auf beiden Seiten des Adapters, indem Sie um den Schlauch herum nähen. Ziehen Sie den Schlauch durch den ursprünglich gemachten Schnitt, so dass das Schlauchsystem subkutan platziert wird, führen Sie dann eine 21-Gauge-Nadel ein, die an einer mit Flüssigkeit gefüllten 50-Milliliter-Spritze befestigt ist, durch die Haut zum Expanderanschluss und entfernen Sie die Luft aus dem Expander, indem Sie den Kolben ziehen. Sobald die gesamte Luft entfernt ist, injizieren Sie etwa 10 Milliliter der Flüssigkeit in die Expanderöffnung, um zu bestätigen, dass sie richtig gefüllt ist.

Schließen Sie schließlich alle drei Schnitte, indem Sie chirurgische Nähte anbringen, und markieren Sie dann die Inzisionsstelle zwischen den beiden Gittern auf der gegenüberliegenden Seite des Schweinekörpers, um den zweiten Expander diagonal in Bezug auf die erste Expander-Platzierungsstelle zu platzieren. Nachdem Sie das Tier betäubt haben, befestigen Sie mit chirurgischem Klebeband flexible Maßbänder aus Kunststoff zwischen den Gittern und legen Sie das Tier dann auf eine Seite, um das Gitter zu fotografieren. Es ist wichtig, die Fotos aus vielen verschiedenen Blickwinkeln aufzunehmen und sicherzustellen, dass die Bilder fokussiert sind und in erster Linie das Objekt von Interesse und nicht den Hintergrund enthalten.

Dies gewährleistet eine genaue 3D-Geometrierekonstruktion, die für die Analyse von entscheidender Bedeutung ist. Beginnen Sie damit, die Kamera über dem Tier zu positionieren, aber lehnen Sie sich zur Schwanzseite, um eine Aufnahme aufzunehmen, die ungefähr parallel zum Boden verläuft, wo die tätowierten Gitter vollständig sichtbar sind und den Rahmen ausfüllen, dann bewegen Sie sich in einem kreisförmigen Muster um das Tier in einem Bogen von kaudaler zu rostraler Richtung, fotografieren Sie unterwegs und fangen Sie immer alle tätowierten Gitter im Bild ein. wobei die Gitter den Rahmen ausfüllen. Positionieren Sie die Kamera als Nächstes in Richtung der Bauchseite, um einen Aufnahmewinkel aufzunehmen, der ungefähr parallel zum Boden ist, und fotografieren Sie in einem Bogen vom ventralen zum dorsalen Bereich.

Nachdem Sie beide Seiten des Tieres fotografiert haben, führen Sie den Aufblasschritt gemäß dem verwendeten Protokoll durch. Reinigen Sie zunächst die Haut des Tieres um den Port herum mit Isopropylalkohol. Laden Sie als Nächstes eine Spritze mit 0,9 % injizierbarer Kochsalzlösung und befestigen Sie sie an einer 25-Gauge-Schmetterlingsnadel.

Befestigen Sie dann die Nadel an der Öffnung und injizieren Sie dann die Kochsalzlösung in den Expander. Nach der Injektion die Gitter wieder wie zuvor fotodokumentieren. Um die digitale Rekonstruktion durchzuführen, verwenden Sie handelsübliche Software.

In dieser Demonstration wird MVS verwendet. Beginnen Sie mit der Auswahl von Foto in 3D in der oberen linken Ecke. Klicken Sie anschließend auf Fotos hinzufügen, navigieren Sie zum Speicherort der Bilder und wählen Sie manuell die 30 Fotos aus, die einem einzelnen Modell entsprechen, benennen Sie das Modell und klicken Sie auf Erstellen.

Es kann mehrere Minuten dauern, bis das Modell erstellt ist. Klicken Sie anschließend rechts auf das Dashboard, um zurückzugehen und repräsentative Bilder der geometrischen Modelle anzuzeigen. Um ein Modell für die Analyse zu speichern, wählen Sie es in der unteren rechten Ecke aus, klicken Sie auf Downloads und wählen Sie obj aus.

Verwenden Sie Open-Source-Software, um das geometrische Modell zu verarbeiten. Importieren Sie die von der MVS-Software generierte Datei, klicken Sie dann am unteren Rand der 3D-Ansicht auf Ansichtsfensterschattierung und wählen Sie Textur aus. Suchen Sie nach einer Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht mit dem Untermenü mit der Schattierung.

Wählen Sie unter Schattierung die Option Schattierung aus, klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf eine Geometrie, um sie auszuwählen, und wählen Sie am unteren Rand einer 3D-Ansicht den Bearbeitungsmodus, um das dreieckige Netz zu visualisieren. Wählen Sie nun nacheinander die Knoten des Rasters aus, indem Sie mit der rechten Maustaste klicken und den Punkt markieren. Die Koordinaten für den Punkt werden auf der Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht angezeigt.

Wählen Sie diese Koordinaten aus, kopieren Sie sie und fügen Sie sie in eine Textdatei ein. Fahren Sie fort, dies für alle Punkte des Gitters zu tun, um alle 121 Koordinaten zu speichern, und befolgen Sie dann die Anweisungen im Textprotokoll, um letztendlich die Verformung aus diesen Daten zu quantifizieren. Diese Methodik wurde erfolgreich eingesetzt, um die Verformung zu untersuchen, die durch verschiedene Expandergeometrien induziert wird.

Im Fokus standen die Variationen der regionalen Stämme, die durch Kugel- und Sichelexpander induziert werden. Beide Geräte wurden zu jedem Zeitpunkt mit dem gleichen Volumen befüllt. Aus den rekonstruierten Spline-Flächen wurden Verformungen anhand einer Referenz und eines verformten Gitters berechnet.

Der Tag Null galt als Referenz. Durch den Vergleich des Endes jedes Aufblasschritts mit den Ergebnissen der Referenzkonfiguration und den Konturdiagrammen wurde dann der Verlauf der Flächenänderung, Theta, und die Dehnung in die beiden orthogonalen Richtungen, Lambda, analysiert. Letztendlich zeigte die räumliche Variation der Konturdiagramme, dass die Haut in der Mitte des Expanders stärker gedehnt wurde als an der Peripherie.

Interessanterweise führte die Füllung des kugelförmigen Expanders zu größeren Verformungen im Vergleich zur Füllung des sichelförmigen Expanders, obwohl beide Expander auf das gleiche Volumen gefüllt waren. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Deformationskarten der Haut mithilfe der Stereo- und isogeometrischen Multi-View-Analyse quantifizieren können. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, jeden Schritt des Prozesses mit Maßbändern zu dokumentieren, damit die Geometrien während der Analyse skaliert werden können.

Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie Gewebebiopsien, anschließende histochemische Analysen und Genomsequenzierung durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu den zugrunde liegenden zellulären Reaktionen auf die Hautdehnung zu beantworten.