La quantificazione di Strain in un modello suino di espansione pelle con Multi-View stereo e isogeometrica Cinematica

L'obiettivo generale di questo esperimento è quantificare le mappe di deformazione della pelle durante l'espansione dei tessuti utilizzando l'analisi isogeometrica e lo stereo multi-view. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della chirurgia ricostruttiva con l'espansione dei tessuti, come la determinazione delle deformazioni regionali indotte da diverse forme, dimensioni e tassi di inflazione degli espansori. Il vantaggio principale di questa tecnica è che utilizza l'analisi computazionale e tecniche di imaging 3D flessibili.

Pertanto, può essere utilizzato in sala operatoria senza alterare la procedura di routine. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia perché può essere facilmente tradotta in ambito clinico per monitorare le mappe di deformazione cutanea di pazienti umani sottoposti a espansione tissutale. Per iniziare, prepara e anestetizza il maialino dello Yucatan per l'intervento chirurgico rasandogli la pelle dorsale con un rasoio.

Rimuovere i peli rimanenti con del nastro adesivo e pulire accuratamente la pelle con un alcol isopropilico per ripulirla dai contaminanti. Quindi, identifica la linea mediana dorsale sul corpo dell'animale e, usando una penna, segna i limiti dorsali di quattro griglie in modo che siano posizionate a circa due centimetri di distanza dalla linea mediana dorsale. Dopo aver segnato sulla pelle la posizione della prima griglia anteriore, lasciare uno spazio di tre centimetri e segnare la posizione della griglia posteriore.

Infine, confermare che le posizioni marcate della griglia anteriore e posteriore siano simmetriche rispetto alla linea mediana dorsale e posizionate alla stessa distanza sopracaudale. Una volta contrassegnate le posizioni della griglia, preparare un modello di carta di una griglia di 10 centimetri per 10 centimetri. Per fare ciò, delinea pesantemente la griglia colorando le linee ripetutamente con una penna a sfera e poi taglia il modello.

Quindi, inumidire accuratamente l'area della pelle desiderata con alcol denaturato isopropilico per facilitare il trasferimento del tracciato della griglia e lasciare asciugare l'alcol in eccesso all'aria, evitando che l'inchiostro fuoriesca. Allineare i bordi del modello di griglia preparato al segno sulla pelle e applicare la griglia sulla pelle con il lato dell'inchiostro rivolto verso il basso, quindi premere delicatamente il modello di griglia contro la pelle per garantire un trasferimento completo dell'inchiostro. Dopo alcuni secondi, rimuovere lentamente la griglia dalla pelle e assicurarsi che il tracciato della griglia sia stato trasferito correttamente.

Prima del tatuaggio, coprire il tracciato della griglia con vaselina per ridurre le sbavature dell'inchiostro e, utilizzando un dispositivo per tatuaggi, coprire le linee della griglia con inchiostro per tatuaggi. Una volta tatuata la prima griglia, trasferisci sulla pelle dell'animale il tracciato per la seconda griglia, assicurandoti che entrambe le griglie siano posizionate a tre centimetri di distanza l'una dall'altra. Dopo aver tatuato la seconda griglia, verificare che entrambe le griglie si trovino a due centimetri lateralmente rispetto alla linea mediana dorsale.

Una volta tatuate quattro griglie, conferma che siano posizionate a due centimetri di distanza dalla linea mediana dorsale e divaricate di tre centimetri ancora una volta. Per iniziare l'intervento, segnare sulla pelle del maiale anestetizzato un sito di incisione, situato nel punto medio tra due griglie, quindi segnare la posizione desiderata dell'espansore in modo che sia posizionato nella parte superiore della griglia tatuata. Incidere la pelle con una lama chirurgica e, usando le forbici, creare uno stretto tunnel sottocutaneo che colleghi l'incisione iniziale con un'area in cui verrà posizionato l'espansore, quindi sezionare senza mezzi termini la tasca all'interno del sito di posizionamento dell'espansore contrassegnato.

Successivamente, lavare il tunnel creato con una soluzione antibiotica per prevenire l'infezione e inserire l'espansore nella sua tasca sottocutanea. Una volta posizionato l'espansore, segnare i siti di due incisioni adiacenti alla linea mediana dorsale che verranno utilizzate per il posizionamento della porta dell'espansore ed eseguire i tagli con il bisturi. Successivamente, inserire un emostatico attraverso l'incisione caudale e sezionare un altro tunnel sottocutaneo collegandolo con l'incisione precedentemente utilizzata per il posizionamento dell'espansore, quindi afferrare il tubo dell'espansore ed estrarlo attraverso l'incisione della porta caudale.

Utilizzare la seconda incisione per sezionare una tasca per il posizionamento di una porta di gonfiaggio e inserire la porta nella tasca. Creare con l'emostatico un altro tunnel sottocutaneo che collega le due incisioni di posizionamento della porta, quindi afferrare il tubo della porta con l'emostatico ed estrarlo attraverso la stessa incisione in cui è posizionato il tubo di espansione. Dopo aver tagliato entrambi i tubi, collegarli tramite un adattatore metallico.

Fissare il collegamento su entrambi i lati dell'adattatore suturando attorno al tubo. Tirare il tubo attraverso l'incisione inizialmente praticata in modo che il sistema di tubi sia posizionato sottocutaneamente, quindi introdurre un ago da 21 gauge collegato a una siringa da 50 millilitri riempita di liquido attraverso la pelle fino alla porta dell'espansore e rimuovere l'aria dall'espansore tirando lo stantuffo. Una volta rimossa tutta l'aria, iniettare nella porta di espansione circa 10 millilitri di liquido per confermare che si riempia correttamente.

Infine, chiudere tutte e tre le incisioni applicando suture chirurgiche, quindi procedere segnando il sito di incisione tra le due griglie sul lato opposto del corpo del maiale per posizionare il secondo espansore in diagonale rispetto al sito di posizionamento del primo espansore. Dopo aver anestetizzato l'animale, attaccare dei metri di plastica flessibili tra le griglie utilizzando del nastro chirurgico, quindi posizionare l'animale su un lato per documentare fotograficamente la griglia. È fondamentale scattare le fotografie da molte angolazioni diverse, assicurandosi che le immagini siano a fuoco e contengano principalmente l'oggetto di interesse piuttosto che lo sfondo.

Ciò garantirà un'accurata ricostruzione della geometria 3D, che è fondamentale per l'analisi. Inizia posizionando la fotocamera sopra l'animale ma appoggiandola al lato caudale per catturare uno scatto approssimativamente parallelo al suolo dove le griglie tatuate sono completamente visibili e riempiono l'inquadratura, quindi spostati in uno schema circolare attorno all'animale in un arco dalla direzione caudale a quella rostrale, scattando fotografie lungo il percorso e catturando sempre tutte le griglie tatuate nell'inquadratura, con le griglie che riempiono il telaio. Quindi, posiziona la fotocamera verso il lato ventrale per catturare un angolo di ripresa approssimativamente parallelo al suolo e scatta fotografie in un arco dalla regione ventrale a quella dorsale.

Dopo aver fotografato entrambi i lati dell'animale, eseguire la fase di gonfiaggio secondo il protocollo in uso. Per prima cosa, pulisci la pelle dell'animale intorno al porto con alcol isopropilico. Quindi, caricare una siringa con soluzione fisiologica iniettabile allo 0,9% e collegarla a un ago a farfalla calibro 25.

Quindi, collegare l'ago alla porta, quindi iniettare la soluzione fisiologica nell'espansore. Dopo l'iniezione, fotodocumentare nuovamente le griglie, come prima. Per effettuare la ricostruzione digitale, utilizzare un software disponibile in commercio.

In questa dimostrazione viene utilizzato MVS. Inizia selezionando la foto in 3D nell'angolo in alto a sinistra. Quindi, fai clic su Aggiungi foto, individua la posizione delle immagini e seleziona manualmente le 30 fotografie corrispondenti a un singolo modello, quindi assegna un nome al modello e fai clic su Crea.

La creazione del modello può richiedere alcuni minuti. Quindi, fai clic su dashboard a destra per tornare a vedere le immagini rappresentative dei modelli geometrici. Per salvare un modello per l'analisi, selezionarlo nell'angolo in basso a destra, fare clic su download e selezionare obj.

Utilizza un software opensource per elaborare il modello geometrico. Importa il file generato dal software MVS, quindi nella parte inferiore della vista 3D, fai clic su ombreggiatura viewport e seleziona texture. Cerca una scheda a destra della vista 3D con il sottomenu contenente l'ombreggiatura.

Dall'ombreggiatura, selezionare senza ombra, quindi fare clic con il pulsante destro del mouse su una geometria per selezionarla e, nella parte inferiore di una vista 3D, scegliere la modalità di modifica per visualizzare la mesh triangolare. Ora, uno per uno, seleziona i nodi della griglia facendo clic con il pulsante destro del mouse ed evidenziando il punto. Le coordinate del punto appariranno nella scheda sul lato destro della vista 3D.

Seleziona e copia quelle coordinate, quindi incollale in un file di testo. Procedi con questa operazione per tutti i punti della griglia per salvare tutte le 121 coordinate, quindi segui le istruzioni nel protocollo di testo per quantificare infine la deformazione da questi dati. Questa metodologia è stata impiegata con successo per studiare la deformazione indotta da diverse geometrie di espansori.

Ci si è concentrati sulle variazioni delle deformazioni regionali indotte dagli espansori a sfera e a mezzaluna. Entrambi i dispositivi sono stati riempiti allo stesso volume in ogni momento. Dalle superfici spline ricostruite, le deformazioni sono state calcolate utilizzando un riferimento e una griglia deformata.

Il giorno zero era considerato il riferimento. Confrontando la fine di ogni fase di gonfiaggio con i risultati della configurazione di riferimento e i grafici di contorno, è stata quindi analizzata la progressione del cambiamento di area, theta, e l'allungamento nelle due direzioni ortogonali, lambda. In definitiva, la variazione spaziale dei grafici di contorno ha rivelato che la pelle era allungata più al centro dell'espansore che alla periferia.

È interessante notare che, anche se entrambi gli espansori sono stati riempiti allo stesso volume, il riempimento dell'espansore a forma di sfera ha indotto deformazioni maggiori rispetto al riempimento dell'espansore a forma di mezzaluna. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come quantificare le mappe di deformazione della pelle utilizzando l'analisi stereo e isogeometrica multi-view. Durante il tentativo di questa procedura, è importante documentare fotograficamente ogni fase del processo con metri a nastro in modo che le geometrie possano essere scalate durante l'analisi.

Dopo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi, come le biopsie tissutali, la successiva analisi istochimica e il sequenziamento del genoma, per rispondere a ulteriori domande sulle risposte cellulari sottostanti allo stiramento della pelle.