Name: La cuantificación de la cepa en un modelo porcino de expansión de la piel Uso de Multi-View estéreo y Isogeometric Cinemática (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 14 s
Description: Aprenda a cuantificar mapas de deformación cutánea durante la expansión tisular mediante análisis isogeométrico y estéreo multivista en cerdos miniatura Yucatán. Esta técnica computacional permite evaluar deformaciones regionales inducidas por diferentes configuraciones de expansores en tiempo real.

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Este trabajo fue financiado por la subvención 1R21EB021590-01A1 de los NIH a Arun Gosain y Ellen Kuhl.

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</ol>

sthe autores tienen nada que revelar.

<html> Aquí presentamos un protocolo para caracterizar las deformaciones inducidas durante un procedimiento de expansión del tejido en un modelo porcino usando múltiples vistas estéreo (MVS) y la cinemática isogeometric (cinemática IgA). Durante la expansión del tejido, piel sufre grandes deformaciones que van de una superficie lisa y relativamente plana a una forma 3D de cúpula. De la piel, al igual que otras membranas biológicas 34, responde a estirar mediante la producción de nuevo material, el...

La expansión de tejido es una técnica común en cirugía plástica y reconstructiva que crece la piel in vivo para la corrección de grandes defectos cutáneos 1. Neumann, en 1957, fue el primer cirujano para documentar este procedimiento. Se implanta un globo debajo de la piel de un paciente y se infla gradualmente durante un período de varias semanas para crecer nuevo tejido y resurgir una oreja 2. La piel, como la mayoría de los tejidos biológicos, se adapta a las fuerzas aplicadas y deformaciones con el fin de alcanzar la homeostasis mecánica. Cuando se estira más allá del régimen fisiológico, piel crece 3, 4. Una de las ventajas fundamentales de la expansión del tejido es la producción de la piel con la vascularización adecuada y el mismo cojinete de pelo, propiedades mecánicas, color y textura que el tejido circundante 5. Después de su introducción hace seis décadas, la piel expansion ha sido ampliamente adoptado por los cirujanos plásticos y de reconstrucción y se utiliza actualmente para corregir quemaduras, grandes defectos congénitos, y para la reconstrucción de mama después de la mastectomía 6, 7. Sin embargo, a pesar de su uso generalizado, procedimientos de expansión de la piel puede dar lugar a complicaciones 8. Esto se debe en parte a la falta de suficiente evidencia cuantitativa necesaria para entender la mecanobiología fundamental del procedimiento y para guiar al cirujano durante la planificación preoperatoria 9, 10. Los parámetros clave en esta técnica son la tasa de llenado, el volumen de llenado por inflación, la selección de la forma y tamaño del expansor, y la colocación del dispositivo 11, 12. planificación preoperatoria actual se basa en gran medida en la experiencia del médico, lo que resulta en una amplia variedad de protocolos arbitrarios que a menudo difieren greatly 13, 14, 15. Para hacer frente a las lagunas de conocimientos actuales, presentamos un protocolo experimental para cuantificar deformación por expansión inducida en un modelo animal porcino de la expansión del tejido. El protocolo se basa en el uso de múltiples vistas estéreo (MVS) para reconstruir geometrías tridimensionales (3D) de secuencias de imágenes en dos dimensiones (2D) con posiciones de cámara desconocidos. El empleo de splines, la representación de superficies lisas conduce al cálculo de los mapas de deformación correspondientes por medio de una descripción isogeometric (IGA). El análisis de la geometría se basa en el marco teórico de la mecánica del continuo de membranas que tienen una parametrización explícita 16. La caracterización de las deformaciones fisiológicamente relevantes de substancias durante largos períodos de tiempo viviendo todavía sigue siendo un problema difícil. Las estrategias comunes paraformación de imágenes de tejidos biológicos incluyen estereoscópica de correlación de imágenes digital, sistemas de captura de movimiento comerciales con marcadores reflectantes, y el vídeo biplano fluoroscopia 17, 18, 19. Sin embargo, estas técnicas requieren una configuración experimental restrictivo, son generalmente caros, y se han utilizado principalmente para ex vivo o aguda en entornos in vivo. La piel tiene la ventaja de ser una estructura delgada. A pesar de que se compone de varias capas, la dermis es en gran parte responsable de las propiedades mecánicas del tejido y de este modo la deformación de la superficie es de importancia primaria 20; supuestos cinemáticas razonables se pueden hacer en relación con la deformación fuera del plano 21, 22. Por otra parte, la piel ya está expuesta al ambiente exterior, por lo que es posible el uso de herramientas convencionales de imágenes para capturar su geometría. MARIDOERE proponemos el uso de MVS como un enfoque asequible y flexible para monitorizar deformaciones in vivo de la piel durante varias semanas sin interferir mayormente con un protocolo de la expansión del tejido. MVS es una técnica que extrae representaciones 3D de objetos o escenas de una colección de imágenes en 2D con la cámara desconocida ángulos de 23. Sólo en los últimos tres años, han aparecido varios códigos comerciales (véase la lista de materiales para ejemplos). La alta precisión de la reconstrucción modelo con MVS, con errores tan bajas como 2% 24, hace que este enfoque adecuado para la caracterización cinemática de la piel in vivo durante largos períodos de tiempo. Para obtener los correspondientes mapas de deformación de la piel durante la expansión del tejido, puntos entre dos configuraciones geométricas se hacen coincidir. Convencionalmente, los investigadores en biomecánica computacionales han utilizado mallas de elementos finitos y análisis inverso para recuperar el mapa de deformación25, 26. El enfoque IGA empleado aquí utiliza funciones de base spline, que ofrecen varias ventajas para el análisis de membranas delgadas 27, 28. A saber, la disponibilidad de polinomios alto grado facilita representaciones de geometrías lisas incluso con mallas muy gruesas 29, 30. Además, es posible para adaptarse a la misma parametrización subyacente a todos los parches de superficie, lo que evita la necesidad de un problema inverso para tener en cuenta discretizaciones no coincidentes. El método aquí descrito abre nuevas vías para estudiar la mecánica de la piel en los ajustes pertinentes en vivo durante largos períodos de tiempo. Además, tenemos la esperanza de que nuestra metodología es un paso que permite hacia el objetivo final de desarrollar herramientas computacionales para la planificación del tratamiento personalizado en el entorno clínico. &lt;/ P&gt;

<table><tbody><tr><td>Cerdos miniatura de Yucatán</td><td>Sinclair Bioresources, Windham, ME</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Antibióticos</td><td>Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CA</td><td>sc-362931Rx</td><td>Ceftiofur, dosis 5 mg/kg</td></tr><tr><td>Jabón quirúrgico intramuscular a base de clorhexidina</td><td>Cardinal Health, Dublín, OH</td><td>AS-4CHGL(4-32)</td><td>4% gluconato de clorhexidina exfoliante quirúrgico</td></tr><tr><td>para manos Medio de transferencia de tatuajes&nbsp;</td><td>Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WA</td><td>TRANSF</td><td>Plantilla de papel de transferencia de tatuaje térmico</td></tr><tr><td>Lidocaína con epinefrina</td><td>ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA</td><td>001-1423</td><td>Lidocaína Hcl 1% (xilocaína) - Epinefrina 1:100.000, 20 mL</td></tr><tr><td>Buprenorfina</td><td>ZooPharm, Windsor, CO</td><td></td><td>1 mg/mL liberación sostenida, dosis 0,01 mg/kg intramuscular</td></tr><tr><td>Cámara digital</td><td>Sony</td><td>Alpha33</td><td>Cámara digital estándar con 18 - 35&nbsp; Lente mm, apertura de 3.5 - 5.6. Utilizado en modo automático, sin flash</td></tr><tr><td>Cinta métrica</td><td>Medline, Mundelein, Illinois</td><td>NON171330</td><td>Cinta métrica retráctil, tela, estuche de plástico, 72 pulgadas</td></tr><tr><td>Expansores de tejidos</td><td>PMT, Chanhassen, MN</td><td>03610-06-02</td><td>4 cm x 6 cm, rectangular, 120 cc, serie 3610 Expansor de tejidos de 2 etapas con puerto estándar</td></tr><tr><td>ReCap360</td><td>Autodesk</td><td>N/A</td><td>Software MVS, Aplicación web: recap360.autodesk.com</td></tr><tr><td>Blender</td><td>Blender Foundation</td><td>N/A</td><td>Software de gráficos por computadora, código abierto:</td></tr><tr><td>blender.org SISL</td><td>SINTEF</td><td>N/A</td><td>C++ spline libraries, código abierto: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/</td></tr></tbody></table>

la cuantificación de la cepa en un modelo porcino de expansión de la piel uso de multi-view estéreo y isogeometric cinemática

Quantification of Strain in a Porcine Model of Skin Expansion Using Multi-View Stereo and Isogeometric Kinematics

La expansión de tejidos es una técnica popular en cirugía plástica y reconstructiva que hace crecer la piel in vivo para la corrección de grandes defectos como quemaduras y nevos congénitos gigantes. A pesar de su uso generalizado, la planificación y ejecución de un protocolo de expansión es un desafío debido a la dificultad para medir la deformación impuesta en cada paso de inflado y a lo largo del procedimiento. La cuantificación de los campos de deformación es crucial, ya que la distribución del estiramiento a lo largo del tiempo determina la velocidad y la cantidad de piel que crece al final del tratamiento. En este manuscrito se presenta un método para estudiar la expansión tisular con el fin de obtener conocimiento cuantitativo de las deformaciones inducidas durante un proceso de expansión. Este protocolo experimental incorpora análisis cinemáticos estereoscópicos e isogeométricos multivista en un modelo porcino de expansión tisular. El estéreo multivista permite la reconstrucción geométrica tridimensional a partir de secuencias de imágenes no calibradas. El análisis cinemático isogeométrico utiliza splines para describir las deformaciones regionales entre superficies lisas con pocos puntos de malla. Nuestro protocolo tiene el potencial de cerrar la brecha entre la investigación científica básica sobre la mecánica de la expansión de la piel y el entorno clínico. Eventualmente, esperamos que el conocimiento adquirido con nuestra metodología permita la planificación del tratamiento utilizando simulaciones computacionales de la deformación de la piel de manera personalizada.

Esta metodología se ha empleado con éxito para estudiar la deformación inducida por diferentes geometrías de expansión: rectángulo, esfera y expansores de media luna 31, 32. Los resultados correspondientes a los expansores de esfera y de media luna se discuten a continuación. La Figura 2 ilustra los tres pasos de MVS reconstrucción modelo. El punto de partida es una colección de fotografías de una escena estática...

Este protocolo utiliza múltiples vistas estéreo para generar tres dimensiones (3D-models) fuera de las secuencias no calibrados de fotografías, lo que es asequible y ajustable a un entorno quirúrgico. mapas de deformación entre los modelos 3D se cuantifican con cinemática isogeometric basado-spline, que facilitan la representación de superficies lisas más de mallas gruesas que comparten la misma parametrización.

La cuantificación de la cepa en un modelo porcino de expansión de la piel Uso de Multi-View estéreo y Isogeometric Cinemática

Tissue expansion is a popular technique in plastic and reconstructive surgery that grows skin in vivo for correction of large defects such as burns and ...

El objetivo general de este experimento es cuantificar mapas de deformación de la piel durante la expansión del tejido mediante análisis isogeométrico y estéreo de múltiples vistas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la cirugía reconstructiva con expansión de tejidos, como determinar las deformaciones regionales inducidas por diferentes formas, tamaños y tasas de inflado de los expansores. La principal ventaja de esta técnica es que utiliza análisis computacional y técnicas flexibles de imagen 3D.Por lo tanto, puede utilizarse en el quirófano sin alterar el procedimiento habitual. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia, ya que puede trasladarse fácilmente al entorno clínico para monitorear mapas de deformación de la piel en pacientes humanos sometidos a expansión de tejidos. Para comenzar, prepare y anestesie un cerdo miniatura Yucatán para la cirugía afeitando su piel dorsal con una cuchilla.Retire cualquier pelo restante con cinta y limpie bien la piel con alcohol isopropílico para eliminar contaminantes. A continuación, identifique la línea media dorsal en el cuerpo del animal y, utilizando un bolígrafo, marque los límite

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Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Stent inducidas distribuciones de tensión arterial se caracterizan mediante una tensión óptica superficie sistema de medición. Esta técnica de visualización se utiliza para obtener información sobre el impacto de la implantación de un stent en el vaso receptor.

El seguimiento de los mecánica de la pared durante la implementación del stent en un buque

La microscopia del lapso de tiempo y las técnicas de proceso de imagen fueron utilizadas para observar y para analizar la compactación fibroblasto-mediada del gel y el realineamiento de la fibra de la fibrina en un biorreactor ambientalmente controlado durante un período de 48 horas.

Observación Y Cuantificación De Fibroblastos Mediada Por Fibrina Gel Compactamiento

Describimos el uso de la correlación de imágenes digitales para caracterizar el campo de deformación superficial local en muestras de tejido vascular sometidas a ensayos de tracción uniaxial. Estas mediciones facilitan la cuantificación precisa de la respuesta mecánica de la muestra y la generación de relaciones constitutivas tensión-deformación.

El uso de Correlación Digital de Imágenes para caracterizar cepas locales en muestras de tejido vascular

El método presentado implica el estiramiento uniaxial de hidrogeles blandos 3D incrustados en caucho de silicona mientras permite la microscopía confocal viva. Se demuestra la caracterización de las cepas de hidrogel externas e internas, así como la alineación de la fibra. El dispositivo y el protocolo desarrollados pueden evaluar la respuesta de las células a diversos regímenes de deformación.

Cepa controlada de hidrogeles 3D bajo imágenes de microscopía en vivo

La fluoroscopia dual captura con precisión el movimiento dinámico in vivo de las articulaciones humanas, que se puede visualizar en relación con la anatomía reconstruida (por ejemplo, artroquina). Aquí, se presenta un protocolo detallado para cuantificar la artroquina de cadera durante las actividades de soporte de peso de la vida diaria, incluida la integración de la fluoroscopia dual con la captura de movimiento tradicional de marcadores de piel.

In vivo Cuantificación de la artrocinamática de cadera durante las actividades dinámicas de soporte de peso mediante fluoroscopia dual

Este documento describe un algoritmo de correlación de imágenes digitales de código abierto para medir las tensiones locales de tejido 2D dentro de los explantes de tendones. La precisión de la técnica ha sido validada utilizando múltiples técnicas, y está disponible para uso público.

Medición de tensiones tisulares locales en tendones a través de la correlación de imágenes digitales de código abierto

Este protocolo presenta un modelo de ratón estandarizado de expansión de sutura y un método de visualización 3D para estudiar los cambios mecanobiológicos de la sutura y la remodelación ósea bajo carga de fuerza de tracción.

Una técnica de visualización en 3D para la remodelación ósea en un modelo de ratón de expansión de sutura

Este protocolo implementa un sistema de cámara de imagen estereoscópica calibrado mediante transformación lineal directa para capturar desplazamientos tridimensionales in situ de nervios periféricos estirados. Al capturar estos desplazamientos, se puede determinar la tensión inducida en diversos grados de estiramiento, informando los umbrales de lesión por estiramiento que pueden avanzar en la ciencia de la reparación nerviosa dependiente del estiramiento.

Transformación lineal directa para la medición de la tensión de los nervios periféricos in situ durante el estiramiento

Aquí, presentamos un dispositivo de estiramiento equibiaxial versátil que se acciona neumáticamente y es compatible con la microscopía de alta resolución.

Dispositivo de estiramiento equibiaxial para microscopía de fluorescencia confocal de células vivas de gran aumento

La vascularización es clave para enfoques en la ingeniería de tejidos éxito. Por lo tanto, se requieren tecnologías fiables para evaluar el desarrollo de las redes vasculares en los tejidos-construcciones. Aquí presentamos un método simple y rentable para visualizar y cuantificar la vascularización in vivo.

Una piel llena de defectos modelo para evaluar la vascularización de Biomateriales<em&gt; En Vivo</em

Aprenda a cuantificar mapas de deformación cutánea durante la expansión tisular mediante análisis isogeométrico y estéreo multivista en cerdos miniatura Yucatán. Esta técnica computacional permite evaluar deformaciones regionales inducidas por diferentes configuraciones de expansores en tiempo real.

La cuantificación de la cepa en un modelo porcino de expansión de la piel Uso de Multi-View estéreo y Isogeometric Cinemática

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