방법 논문

다중보기 스테레오 및 Isogeometric 운동학을 사용하여 피부 확장의 돼지 모델에서 변형의 정량화

DOI:

10.3791/55052

⸱

2017년 4월 16일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

이 논문에서

요약

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

이 프로토콜은 수술 설정으로는 저렴하고 조정하고, 사진의 보정되지 않은 시퀀스 중 3 차원 (3D) 모델을 생성하는 멀티 뷰 스테레오를 사용합니다. 3 차원 모델 사이의 변형 맵은 동일한 파라미터를 공유 거친 메쉬 위에 매끄러운 표면의 표현을 용이하게 스플라인 기반 isogeometric 운동학으로 정량화된다.

초록

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조직 확장은 성형 및 재건 수술에서 널리 사용되는 기술로, 화상 및 거대 선천성 모반과 같은 큰 결함을 교정하기 위해 생체 내에서 피부를 성장시킵니다. 널리 사용됨에도 불구하고 확장 프로토콜을 계획하고 실행하는 것은 각 팽창 단계와 절차 길이에 걸쳐 부과되는 변형을 측정하기 어렵기 때문에 어렵습니다. 변형 필드를 정량화하는 것은 시간이 지남에 따라 스트레치의 분포가 트리트먼트가 끝날 때 자라는 피부의 속도와 양을 결정하기 때문에 중요합니다. 이 원고에서는 확장 과정에서 유도된 변형에 대한 정량적 지식을 얻기 위해 조직 확장을 연구하는 방법을 제시합니다. 이 실험 프로토콜은 조직 확장의 돼지 모델에서 다중 보기 스테레오 및 등기하학적 운동학 분석을 통합합니다. 멀티뷰 스테레오는 보정되지 않은 이미지 시퀀스에서 3차원 기하학적 재구성을 가능하게 합니다. isogeometric kinematic 해석은 스플라인을 사용하여 메쉬 점이 거의 없는 매끄러운 표면 사이의 영역 변형을 설명합니다. 우리의 프로토콜은 피부 확장 메커니즘에 관한 기초 과학적 탐구와 임상 환경 사이의 격차를 해소할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 결국, 우리는 우리의 방법론을 통해 얻은 지식을 통해 개인화된 방식으로 피부 변형에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 치료 계획을 수립할 수 있을 것으로 기대합니다.

서론

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조직 확장 큰 피부 결함 (1)의 보정에 대한 생체 내 피부 성장 성형 및 재건 수술에서 일반적인 기술이다. 노이만은 1957 년,이 절차를 문서화하는 최초의 외과 의사였다. 그는 환자의 피부 아래에 풍선을 이식하고 새로운 조직을 성장하고 귀 2를 재 포장하는 몇 주에 걸쳐 점차적으로 팽창. 피부, 대부분의 생체 조직과 같은 기계적인 항상성에 도달하기 위해 적용 힘과 변형에 적응. 생리적 정권을 넘어 뻗어 때, 피부는 3, 4를 성장한다. 조직 확장의 중앙 장점은 주변 조직 (5)와 같은 적절한 혈관과 같은 머리 베어링, 기계적 특성, 색상, 질감 피부의 생산이다.

육 년 전 도입, 피부 expansio 후N 널리 플라스틱 외과 의해 채택되었으며 현재 유방 6,7 후의 화상, 많은 선천성 결함 유방 재건을 보정하기 위해 사용된다. 그러나, 그것의 광범위한 사용에도 불구하고, 피부 확장 절차는 합병증 8로 이어질 수 있습니다. 이 절차의 기본 제어 공학을 이해하고 수술 전 계획 9, 10시 외과 의사를 안내하는 데 필요한 충분한 정량적 증거의 부족에 부분적으로 기인한다. 이 기술의 주요 파라미터는 체적 팽창에 따라 충전 충전율, 팽창기의 형상 및 크기의 선택, 장치 (11), (12)의 위치이다. 현재 수술 전 계획은 종종 greatl을 다른 임의의 프로토콜의 다양한 결과, 대부분 의사의 경험에 의존Y 13, 14, 15.

현재의 지식 격차를 해소하기 위해, 우리는 조직 확장의 돼지 동물 모델의 확장에 의한 변형을 정량화하기위한 실험 프로토콜을 제시한다. 이 프로토콜은 알 수없는 카메라 위치와 2 차원 영상 시퀀스에서 3 차원 (3D) 형상을 재구성하는 멀티 뷰 스테레오 (MVS)의 사용에 의존한다. 스플라인 채용 매끄러운 표면의 표현은 isogeometric (IGA)의 설명에 의해 대응하는 변형 맵의 계산을 이끈다. 도형의 분석은 명시 적 파라미터 (16)을 갖는 멤브레인의 연속체 역학 이론 체계에 기초한다.

오랜 기간 동안 자료를 생활의 생리 학적으로 관련 변형을 특성화하는 것은 여전히 ​​어려운 문제로 남아있다. 일반적인 전략생물학적 조직의 입체 영상은 디지털 화상 상관 반사 마커 상업적 모션 캡쳐 시스템 및 복 투시 영상 (17), (18, 19)을 포함한다. 그러나 이러한 기술은 제한적인 실험 설정이 필요 일반적으로 고가이며, 주로 생체 나 생체 설정에서 급성 사용되어왔다. 피부는 얇은 구조 있다는 장점을 갖는다. 그것은 여러 레이어로 구성되어 있지만, 진피는 기계적 조직의 특성과에 크게 책임이있다, 따라서 표면의 변형이 가장 중요 (20)이다; 합리적인 가정 학적 평면 변형 (21, 22)의 출력과 관련 될 수있다. 또한, 피부는 이미 수의 형상을 포착하기 위해 기존의 이미징 도구를 사용하고, 외부 환경에 노출되어있다. H오히려 우리는 조직 확장 프로토콜 majorly을 방해하지 않고 몇 주 동안 피부의 생체 변형을 모니터링 할 수있는 저렴하고 유연한 접근 방식과 같은 MVS의 사용을 제안한다. MVS는 23 각도 알 수없는 카메라로 2D 이미지의 컬렉션에서 개체 또는 장면의 3D 표현을 추출하는 기술이다. 만 지난 3 년 동안, 여러 상업 코드 (예 재료의 목록 참조) 나타났다. (24) 2 %로 낮은 에러와 함께 MVS 모델 재건 정밀도는 장기간에 걸쳐 체내에서 피부 학적 특성에 적절한 접근한다.

조직 팽창 동안 피부의 대응 변형 맵을 얻기 위해 두 기하학적 구성 간의 점 매칭된다. 통상적으로, 계산 역학 연구자들은 변형지도를 검색하는 유한 요소 메쉬 및 역 분석을 사용한25, 26. 여기에 사용 된 IGA 방식은 얇은 막 (27), (28)의 분석에 여러 가지 이점을 제공 스플라인 기저 함수를 사용한다. 즉, 고차 다항식의 가용성에도 매우 거친 메시 (29), (30)과의 원활한 형상의 표현을 용이하게한다. 또한, 비 매칭 이산화를 고려하여, 역 문제에 대한 필요성을 회피하는 모든 표면 패치 동일한 기본 파라미터에 적합 할 수있다.

여기에 설명 된 방법은 오랜 기간 동안 생체 설정에서 관련 피부 역학을 연구하기 위해 새로운 길을 엽니 다. 또한, 우리는 우리의 방법론은 임상 환경에서 개인화 된 치료 계획에 대한 계산 도구를 개발의 궁극적 인 목표를 향해 활성화 단계는 희망이다.

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프로토콜

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이 프로토콜은 동물 실험을 포함한다. 이 프로토콜은 동물의 인도적인 대우를 보장 앤 시카고 연구 센터 동물 관리 및 사용위원회의 로버트 H. 루리 어린이 병원의 IRB 승인을 받았다. 이 프로토콜을 사용하여 두 개의 확장 연구 결과, 31 곳 (16)을 발표했다.

이 프로토콜의 실행은 상호 보완적인 전문성을 갖춘 팀이 필요합니다. 프로토콜의 첫 번째 부분은 적절한 의료 교육 인력을 필요로하는, 동물 모델에서 수술 절차를 설명합니다. 이후 분석, 특히 섹션 4, 5, C에서 기본적인 컴퓨터 프로그래밍 기술을 포함 ++ 및 Python 및 명령 줄 셸의 사용.

확장기 배치 1. 수술

참고 : 작업에 참여 인원은 세정 및 살균 방식으로 gowned해야합니다. Steril전자 수건, 커튼은 불임을 유지하기 위해 수술 부위의 주위에 적용됩니다. 모든 악기, 봉합, 조직 확장기는 멸균 포장으로 수신 만 무균 직원에 의해 처리됩니다. 절차가 완료 될 때까지 수술 부위의 무균 위반하지 않아야합니다.

  1. 일주일 동안 표준 주택 한 달 된 남성 유카탄 미니 돼지를 적응 및 광고 무제한으로 공급.
  2. 유지 보수 후 이소 플루 란, - (6 밀리그램 / kg 4) 수술 당일 유도 케타민 / 아세 프로 마진을 사용하여 동물을 마취. 눈꺼풀 반사를 모니터링하여 마취의 깊이를 평가합니다. 또한, 생체 신호 (심장 박동, 체온, 호흡, 및 / 또는 응답 조직 집게가 끼지)를 모니터링 할 수 있습니다. 각막 찰과상을 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 적용합니다.
  3. 이전 절차 항생제 관리하고 클로르헥시딘 기반 수술 비누 등쪽 피부를 깨끗하게. 이전 네 개의 10 × 10cm 2 그리드의 각각의 측면에 두문신 전달 매체를 이용하여 돼지 피부 1cm 광고 표시와 동물. 입쪽 왼쪽, 오른쪽 입쪽, 꼬리 왼쪽 및 오른쪽 꼬리 : 그리드는 다음의 4 개 개의 영역에 대응한다. 격자 패턴의 대칭 배치를 보장하기 위해 중간 선을 참조하여 템플릿을 사용하십시오.
    1. 그리드를 추적하여 종이에 그리드를 만들기 볼펜 심하게 설명합니다. 그리드는 이소 프로필 알코올로 러빙 배치되는 동물의 영역을 씻는다.
    2. 직접 피부에 그리드 (아래 펜 잉크 측)을 적용합니다. 알코올은 동물의 피부에 그리드 전송, 종이 떨어져 잉크의 일부를 거머리하는 역할을한다.
  4. 피하 각 계획 절개의 사이트에서 : 국소 마취제 (100,000 에피네프린 1 1 % 리도카인)를 주입한다.
  5. 두 격자들 사이의 중간에있는 동물의 양측에 절개를.
    주 : 절개는의 2 그리드 사이 동물의 왼쪽 및 오른쪽 측면에 배치그 쪽. 왼쪽 양면 절개와 권리 양면 절개가있다
  6. 관심있는 그리드 아래에 피하 터널을 개발하는 지혈제를 사용합니다. 터널을 개발 한 후, 그리드 아래 확장기를 삽입합니다.
    참고 : 터널은 조직 확장기를해야합니다 어떤 그리드 아래에 배치됩니다.
  7. 동물의 지느러미 중간 선을 따라 비슷한 방식으로 개발 된 피하 터널을 통해 원격으로 확장 인플레이션에 대한 포트를 놓습니다. 봉합에 의한 수리 상처.
  8. 동물의 고통의 기록 가능한 추가 투여 량으로 4 개의 투여 량을 위해 근육 내 주사를 통해 매 12 시간을 - (0.1 밀리그램 / kg 프레 놀핀 0.05) 수술 후 예방 적 항생제 동물 (세프 티오 푸르 5 밀리그램 / kg IM 회)뿐만 아니라 진통제의 치료.
  9. 그들은 보행을 재개하고 정상 체온을 유지 할 수 있습니다 때까지 활력 징후의 일상적인 측정을 포함하여, 수술 후 2 시간 동안 지속적으로 동물을 관찰한다. 하우스 별도의 케이지 동물과 모니터 전까지t는 일반 주택 지역에 다시 전송 및 무인을 떠나기 전에 4 개 다리에 독립적으로 걸을 수 있습니다.
  10. 직후 마취 회복 기간 후, 상처 치유를 평가하기 위해 매일 동물을 확인합니다. 수술 후 봉합사 14 일 제거합니다. 이 절개는 드레싱이 필요하지 않습니다. 확장을 시작하기 전에 사주 - 3 치유 절개를 남겨

2. 인플레이션 프로토콜

참고 : 각 확장에 사용되는 inflations 및 솔루션의 양의 타이밍은 특정 질문이 연구되고에 따라 달라집니다. 다른 팽창기 형상의 영향을 특성화하는 적절한 프로토콜은 각각 50, 75, 105, 165, 225 CC의 충전 양을 달성하기 위해 0, 2, 7, 10, 15 일째에 다섯 팽창 단계를 수행하는 것이다.

  1. 80 μg의가 / kg - 20 - (6- 밀리그램 / kg 4) 및 덱스 메데 토미 딘 각각의 팽창 단계 전에, 동물 관리 케타민 진정제.
    참고 : 덱스 메데 토미 딘이있다atipamezole 역전 될 수 N 알파 - 아드레날린 작용제 빠른 회복을 촉진하는 (: 1 볼륨 1 부피); 동물이 동물이나 핸들러에 해의 과도한 위험없이 확장을 허용하는 그러나, 진정 작용의 수준은 적절하지 않을 수 있습니다. 이 경우, 케타민 / 아세 프로 마진 유도 다음 마스크 환기를 통해 이소 플루 란을 전달하여 전신 마취를 관리.
  2. 수술 테이프를 사용하여 동물의 피부에 두 개의 플라스틱 유연한 줄자를 연결합니다. 왼쪽과 오른쪽에있는 그리드의 줄자를 놓는다.
  3. 한쪽 동물을 배치 가능한 많은 서로 다른 각도로부터의 장면 (30 개)의 사진을 획득.
    참고 : 목적은 동물이 한쪽에 내려 놓고 때 두 개의 그리드 볼의 형상을 캡처하는 것입니다.
    1. 우선, 문신 그리드 완전히 표시되는 총 캡처 프레임을 채우기 위해, 동물의 위 꼬리쪽으로 기울고 카메라 위치.
    2. 엠그 보장 도중에 사진 촬영 입쪽 방향 꼬리에서 아치 동물 주위에 원형 패턴을 비켜, 모든 사진을 위해 가시적 인 문신 그리드 프레임에 완전히 나타난다.
      1. 동시에, 격자 프레임에서 차지하는 공간을 최대화하려고합니다. 이상적인 슛은 문신 그리드와 배경의 작은 지역과 동물의 뒷면을 캡처하는 것입니다.
    3. 다음에, 대략 그라운드에 평행 등쪽 영역 복부에서 아치에서 사진 촬영하는 촬영 각도를 캡처 복부쪽으로 카메라 위치.
      참고 : 사진의 양이 고정 된 값이 아닙니다. 좋은 재건를 들어, 문신 그리드의 모든 지점은 최소 3 개 사진에 있어야합니다; 총 30 개 사진은 성공적인 구조 재건을위한 충분한 양이다.
  4. 반대측에 동물을 놓고 30 개의 사진 촬영위에서 설명한 동일한 단계에 따라 나머지 격자.
  5. 원격 충전 포트를 발견하고 관심의 확장 프로토콜에 대응 식염수의 요구량을 주입하여 팽창 공정을 수행한다. 멸균 0.9 % 주 사용 생리 식염수를 사용합니다.
    1. 이소 프로필 알코올 잎사귀와 동물의 피부에 포트와 준비를 찾습니다. 멸균 생리 식염수로 채워진 주사기에 부착 된 멸균 25 게이지 버터 플라이 니들과 입구 포트.
      참고 : 상기 한 바와 같이, 포트 확장기 배치시 전방 중간 선 배부의 위치로 피하 터널링된다.
    2. 식염수의 원하는 양을 주입. 확장 프로세스의 각 단계에서 주입되는 인플레이션 볼륨이 섹션의 시작 부분에 메모를 참조하십시오.
  6. 인플레이션 후 사진 수집 단계를 반복합니다.
  7. 인플레이션 프로토콜이 완료되면, 동물을 안락사.
    1. 일반 관리케타민 / 아세 프로 마진 유도 다음 마스크 환기를 통해 이소 플루 란을 제공함으로써 마취. 눈꺼풀 반사를 모니터링하여 마취의 깊이를 평가합니다. 또한, 생체 신호 (심장 박동, 체온, 호흡, 및 / 또는 응답 조직 포셉 끼지)를 모니터링 할 수 있습니다.
    2. 100 ㎎ / ㎏ - 펜토 바르 비탈 (90)의 정맥 과다하여 동물을 안락사. 안락사에 대한 펜토 바르 비탈 과다 복용 후, 펄스 산소 농도계 펄스 촉진뿐만 아니라 자발적인 호흡의 부재를 사용하여 감지 하트 비트의 부재에 의해 죽음을 확인합니다.

3. 멀티 - 뷰 스테레오 재건

  1. 기하학적 모델을 이미지 파일을 업로드하고 재구성하는 상용 소프트웨어를 사용합니다.
    1. 브라우저에서 MVS 소프트웨어를 실행하고 로그인합니다.
    2. 왼쪽 상단에 3D로 사진을 선택합니다.
    3. , 사진을 추가 클릭 메신저의 위치를 찾아연령과 수동은 하나의 모델에 해당하는 30 개 사진을 선택합니다.
    4. 모델의 이름을 지정하고 만들기를 클릭합니다
    5. 모델이 생성 될 때까지 기다립니다. 이 작업은 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 소프트웨어의 원래 방문 페이지로 돌아가려면 오른쪽에있는 대시 보드를 클릭합니다.
      참고 : 대시 보드는 사용자에 의해 생성 된 기하학적 모델의 대표 이미지를 보여줍니다.
    6. 방금 생성 된 모델에 커서를 놓습니다. 모델 이미지의 오른쪽 아래 모서리에 커서를 놓습니다. 다운로드를 클릭하고 OBJ를 선택합니다.

4. 스플라인 표면에 맞추기

  1. 기하학적 모델을 처리하기 위해 오픈 소스 소프트웨어를 사용합니다.
  2. 파일 -을 클릭> 수출입> obj에 MVS 소프트웨어에서 생성 된 파일을 가져옵니다. 3 차원보기의 맨 아래에 뷰포트 쉐이딩과 실리를 클릭CT 텍스처입니다. 하위 메뉴와 3D 뷰의 오른쪽에 탭을 찾습니다 변환, 그리스 연필,보기, 3D 연필 등 음영을 클릭하고 Shadeless를 선택합니다.
  3. 마우스 오른쪽을 선택하는 형상을 클릭합니다. 3 차원보기의 하단에있는 삼각형 메쉬를 시각화 편집 모드를 선택합니다.
  4. 줄자의 1cm의 표시에 하나 개의 노드 하나를 선택합니다.
    1. 포인트를 선택하려면, 바로 그것을 클릭하고 포인트를 강조 표시합니다. 지점에 대한 좌표는 3D 뷰의 오른쪽에있는 탭에 나타납니다. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사합니다.
    2. 줄자의 1cm 마킹 모든 점이 조작을 반복한다.
    3. 모두 테이프 조치에 대해이 작업을 수행합니다. 텍스트 파일을 좌표의 예는 제공 할 수 있습니다D : tape1.txt, tape2.txt.
      참고 : 관심 지점에 메쉬의 어떤 노드가없는 경우 관심 지점에 노드가있을 때까지, 메쉬 세분화. 메쉬가 정점에 Shift 키와 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭을 눌러 삼각형의 세 꼭지점을 선택 분할합니다. 그런 다음 3D 뷰의 왼쪽에 나타나는 탭 세분] 버튼을 클릭합니다. 이 작업은 선택한 삼각형 내부에 세 개 이상의 노드를 추가합니다.
  5. 그리드의 11 X 11의 포인트를 선택하고,도 1에 도시 된 패턴의 텍스트 파일로 121 점의 좌표를 저장한다.
    1. 유사 그리드의 포인트를 선택, 테이프 조치에 대해 수행 된 것과, 바로 클릭 지점이 강조 표시됩니다. 3 차원보기의 오른쪽에있는 탭에 표시됩니다 지점에 대한 좌표. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사
      참고 : 격자 점의 번호가 ALW입니다입쪽과 복부 영역쪽으로 등쪽 정중선 AYS 꼬리. 이 순서는 매개 변수 공간이 두 패치에 대한 일관성이 있음을 보장합니다. 예를 들어, 피부 패치 (121)의 점의 좌표를 포함하는 파일 gridReference.txt 제공된다.
  6. 다운로드, 컴파일 및 C ++ 스플라인 라이브러리를 설치합니다. 파일 splineLibraryInstallation.txt 설치에 대한 스플라인 라이브러리 및 명령의 소스 코드에 대한 링크가 포함되어 있습니다.
  7. 실행 generateCurve를 생성하는 소스 코드 generateCurve.cpp 컴파일
    참고 : 프로그램 generateCurve 한 번만 컴파일 할 필요가있다. 이 C ++ 소스 코드를 컴파일하고 실행 소스 코드 파일 generateCurve.cpp 상단의 지시에 따라 발생합니다.
  8. 테이프 조치 및 격자 점에 스플라인에 맞게 프로그램 generateCurve를 사용합니다. A B에서 실행 파일을 실행하려면재 쉘, 유형
    디렉토리 $ ./generateCurve
    1. 프로그램을 실행하면, 그것은 줄자의 좌표를 포함하는 파일의 경로를 입력하도록 사용자에게 요청합니다. 그런 다음 프로그램은 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다.
      참고 : 이동 도구를 의미하고, 스플라인 라이브러리에 연결되어 .g2 종단. 테이프 조치에 해당하는 스플라인 파일의 두 가지 예는이 프로토콜 (tape1.g2, tape2.g2)을 사용할 수 있습니다.
  9. 격자 점의 크기를 조절하는 데 파이썬 스크립트 scalePoints.py를 사용합니다. 세 개의 인수 bash 쉘 프롬프트에서 프로그램을 실행 격자 점의 파일 이름과 테이프 조치에 해당하는 스플라인의 파일 이름을
    디렉토리 $ 파이썬 scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
    참고 : 스크립트 scalePoints.py는 스크립트 B_spline.py 및 NURBS_Curv를 가져옵니다 e.py 따라서 세 가지 스크립트는 동일한 폴더에 있어야합니다.
  10. 실행 generateSurface를 생성하는 소스 코드 generateSurface.cpp를 컴파일합니다.
    참고 :이 단계는 한 번만 수행해야합니다. 더 자세한 설명은 소스 코드 파일 generateSurface.cpp의 시작 부분에 사용할 수 있습니다.
  11. 격자 점에 스플라인 표면에 맞게 프로그램 generateSurface를 사용합니다. 배쉬 쉘에서 실행 generateSurface을 실행
    디렉토리 $ ./generateSurface
    1. 쉘에서 프로그램을 실행하면 스케일 포인트를 포함하는 파일 이름을 요청합니다. 그런 다음 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 출력 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다.
      참고 : 종료 .g2 스플라인 라이브러리에 의해 제안 및 이동 도구를 의미한다. 파일 gridReference.g2 및 gridDeformed.g2은 예제로 제공됩니다.
확장 - 유도 변형 '타이틀 "> 5. 부량

  1. bash 쉘 프롬프트에서 파이썬을 시작합니다
    디렉토리 $ 파이썬
    참고 : 파이썬은 새로운 명령 줄 환경을 보여줍니다 쉘과 유사한 인터페이스가 인터프리터를 초기화 >>>
  2. evaluateMembraneIGA라는 함수를 포함하는 스크립트 expansionIGA.py 가져 오기
    >>> expansionIGA 수입 evaluateMembraneIGA에서
  3. 변형 맵을 계산하는 기능 evaluateMembraneIGA를 호출합니다.
    참고 :이 함수는 인수로 취
    기준면의 파일명
    변형 된 표면의 파일명
    평가의 해상도 (각 방향으로 평가됩니다 얼마나 많은 점)
    지역 스트레치의 최소 값은 등고선 플롯의 크기를 조절하는 데 사용
    지역 스트레칭의 최대 값은 등고선 플롯의 크기를 조절하는 데 사용
    길이 방향의 신축성 최소값 우리에드 윤곽을 확장 할 수
    세로 방향으로 스트레칭의 최대 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용
    가로 방향으로 스트레칭의 최소 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용
    가로 방향으로 스트레칭의 최대 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용
    윤곽 플롯의 격자 선 사이의 간격
    출력 파일 이름
    1. 예를 들어, 실행
      >>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0.5, 2, 0.5, 2, 0.5, 25, "변형")
      참고 :이 명령은 생성하고 여섯 개 출력 파일을 저장합니다. 위의 예에서의 마지막 인자는 출력 파일명 변형 유의, 따라서 생성 될 파일은 :
      deformation_theta.png : 지역 스트레치의 윤곽 플롯
      deformation_theta.txt : 영역 신축성 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표
      deformation_G1.png : 스트레치 아론의 윤곽 플롯g 동물의 종축
      deformation_G1.txt : 동물의 길이 방향 축을 따라 뻗어 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표
      deformation_G2.png : 동물의 횡축의 스트레칭 성분의 윤곽 플롯
      deformation_G2.txt : 동물의 횡축의 스트레칭 성분의 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표
      참고 : 벡터 G2로, 스플라인 파일, .g2의 종료를 혼동하지 마십시오. 스플라인 파일은 스플라인 라이브러리의 명명 규칙 다음 .g2을 종료했다. 한편, 벡터들 G1 및 G2는 동물에 대하여 종 방향 및 횡 방향을 나타낸다.
      참고 : 검정 픽셀 : 윤곽 파일이 매개 변수 공간의 해석을 용이하게하기 위해 네 모서리에 서로 다른 기능과 함께 생성되는 대부분의 꼬리, 대부분의 지느러미 포인트; 레드 픽셀 코너 : MOSt의 주동이, 대부분의 지느러미 포인트; 녹색 픽셀 코너 : 대부분의 꼬리, 대부분의 복부 점; 블루 픽셀 코너 : 가장 주동이, 대부분의 복부 점.

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결과

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사각형, 구와 초승달 확장기 (31), (32) :이 방법은 성공적으로 다른 확장 형상에 의해 유도 변형을 연구하기 위해 사용되어왔다. 구와 초승달 확장기에 해당하는 결과는 다음에 설명되어 있습니다. 그림 2는 MVS 모델 재건의 세 단계를 보여줍니다. 출발점은 정적 현장에서 사진의 모음입니다. 사진을 다른 각도에서 촬영 한 것처럼 문신 격자 테이프 대책 동물 계속 누워 하였다. 사진 사이 MVS 알고리즘 유사한 기능 차원 좌표를 추출한다. 그 결과, 질감 삼각형 메쉬로 구성된 기하학적 모델이 생성되었습니다.

여기에 설명 된 프로토콜 티슈 팽창 과정의 다양한 양상을 연구하기 위해 사용될 수있다. 변이그것이 성장 피부의 양으로 ...

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토론

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여기에서 우리는 멀티 뷰 스테레오 (MVS) 및 isogeometric 운동학 (IGA 운동학)를 사용하여 돼지 모델에서 조직 확장 과정에서 유발되는 변형을 특성화하기 위해 프로토콜을 제시했다. 조직 확장하는 동안, 피부는 돔 모양의 3D 모양에 부드럽고 비교적 평평한 표면에서가는 큰 변형을 겪는다. 피부는 다른 생물학적 막 (34)과 마찬가지로 다음 35 재건 목적에 사용할 수있는 영역이 증가, 새로운 물질을 생성함으로써 응답 스트레칭. 따라서, 팽창기에 의해 제조 된 신축성의 정확한 결정은 피부의 적응을 조절하는 메카니즘을 이해하는 것이 중요하다. 조직 확장기는 서로 다른 크기와 형태가 있기 때문에 확장 절차를 계획하는 것은 도전, 스트레치 분포는 전체 확장 영역에 걸쳐 균일하지 않고는 인플레이션 (11)의 위치와 속도에 따라 달라집니다,심판 "> 36...

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공개 사항

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SThe 저자가 공개하는 게 없다.

감사의 글

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이 작업은 Arun Gosain과 Ellen Kuhl에게 NIH 보조금 1R21EB021590-01A1의 지원을 받았습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
유카탄 미니어처 돼지Sinclair Bioresources, Windham, MEN/A
항생제Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CAsc-362931RxCeftiofur, 복용량 5 mg/kg 근육 내
클로르헥시딘 기반 수술용 비누Cardinal Health, Dublin, OHAS-4CHGL(4-32)4% 클로르헥시딘 글루코네이트 수술용 핸드 스크럽
타투 전송 매체 Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WATRANSF스텐실 열 문신 전사지
리도카인 에피네프린ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA001-1423리도카인 Hcl 1%(자일로카인) - 에피네프린 1:100,000, 20mL
부프레노르핀ZooPharm, Windsor, CO1mg/mL 서방형, 복용량 0.01mg/kg 근육 내
디지털 카메라SonyAlpha33표준 디지털 카메라에는 18 - 35  mm 렌즈, 3.5 - 5.6 조리개. 자동 모드에서 사용, 플래시 없음
줄자Medline, Mundelein, IllinoisNON171330개폐식 줄자, 천, 플라스틱 케이스, 72 인치
조직 확장기PMT, Chanhassen, MN03610-06-024cm x 6cm, 직사각형, 120cc, 3610 시리즈 2 단계 조직 확장기 표준 포트
ReCap360AutodeskN/AMVS 소프트웨어, 웹 응용 프로그램 : recap360.autodesk.com
BlenderBlender FoundationN/A컴퓨터 그래픽 소프트웨어, 오픈 소스: blender.org
SISLSINTEFN/AC++ 스플라인 라이브러리, 오픈 소스: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/

참고문헌

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  1. Gosain, A. K., Zochowski, C. G., Cortes, W. Refinements of tissue expansion for pediatric forehead reconstruction: a 13-year experience. Plast Reconstr Surg. 124, 1559-1570 (2009).
  2. Neumann, C. G. The expansion of an area of skin by progressive distention of a subcutaneous balloon: Use of the Method for Securing Skin for Subtotal Reconstruction of the Ear. Plast Reconstr Surg. 19, 124-130 (1957).
  3. De Filippo, R. E., Atala, A. Stretch and growth: the molecular and physiologic influences of tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 109, 2450-2462 (2002).
  4. Buganza Tepole, A., Joseph Ploch, C., Wong, J., Gosain, A. K., Kuhl, E. Growing skin: A computational model for skin expansion in reconstructive surgery. J Mech Phys Solids. 59, 2177-2190 (2011).
  5. LoGiudice, J., Gosain, A. K. Pediatric Tissue Expansion: Indications and Complications. J Craniofac Surg. 14, 866-866 (2003).
  6. Rivera, R., LoGiudice, J., Gosain, A. K. Tissue expansion in pediatric patients. Clin Plast Surg. 32, 35-44 (2005).
  7. Marcus, J., Horan, D. B., Robinson, J. K. Tissue expansion: Past, present, and future. J Am Acad Dermatol. 23, 813-825 (1990).
  8. Patel, P. A., Elhadi, H. M., Kitzmiller, W. J., Billmire, D. A., Yakuboff, K. P. Tissue expander complications in the pediatric burn patient: a 10-year follow-up. Ann Plast Surg. 72, 150-154 (2014).
  9. Pietramaggiori, G., et al. Tensile Forces Stimulate Vascular Remodeling and Epidermal Cell Proliferation in Living Skin. Ann Surg. 246, 896-902 (2007).
  10. Khalatbari, B., Bakhshaeekia, A. Ten-year experience in face and neck unit reconstruction using tissue expanders. Burns. 39, 522-527 (2013).
  11. Brobmann, F. F., Huber, J. Effects of different-shaped tissue expanders on transluminal pressure, oxygen tension, histopathologic changes, and skin expansion in pigs. Plast Reconstr Surg. 76, 731-736 (1985).
  12. van Rappard, J. H., Molenaar, J., van Doorn, K., Sonneveld, G. J., Borghouts, J. M. Surface-area increase in tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 82, 833-839 (1988).
  13. Pusic, A. L., Cordeiro, P. G. An accelerated approach to tissue expansion for breast reconstruction: experience with intraoperative and rapid postoperative expansion in 370 reconstructions. Plast Reconstr Surg. 111, 1871-1875 (2003).
  14. Schneider, M. S., Wyatt, D. B., Konvolinka, C. W., Hassanein, K. M., Hiebert, J. M. Comparison of Rapid Versus Slow Tissue Expansion on Skin-Flap Viability. Plast Reconstr Surg. 92, 1126-1132 (1993).
  15. Schmidt, S. C., Logan, S. E., Hayden, J. M., Ahn, S. T., Mustoe, T. A. Continuous versus conventional tissue expansion: experimental verification of a new technique. Plast Reconstr Surg. 87, 10-15 (1991).
  16. Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. Multi-view stereo analysis reveals anisotropy of prestrain, deformation, and growth in living skin. Biomech Model Mechanobiol. 14, 1007-1019 (2015).
  17. Tonge, T. K., Atlan, L. S., Voo, L. M., Nguyen, T. D. Full-field bulge test for planar anisotropic tissues: Part I-Experimental methods applied to human skin tissue. Acta Biomater. 9, 5913-5925 (2013).
  18. Park, S. I., Hodgins, J. K. Capturing and animating skin deformation in human motion. ACM Trans Graph. 25, 881-881 (2006).
  19. Rausch, M. K., et al. In vivo dynamic strains of the ovine anterior mitral valve leaflet. J Biomech. 44, 1149-1157 (2011).
  20. Leyva-Mendivil, M. F., Page, A., Bressloff, N. W., Limbert, G. A mechanistic insight into the mechanical role of the stratum corneum during stretching and compression of the skin. J Mech Behav Biomed Mater. 49, 197-219 (2015).
  21. Buganza Tepole, A., Kabaria, H., Bletzinger, K. -U., Kuhl, E. Isogeometric Kirchhoff-Love shell formulations for biological membranes. Comput Methods Appl Mech Eng. 293, 328-347 (2015).
  22. Prot, V., Skallerud, B., Holzapfel, G. A. Transversely isotropic membrane shells with application to mitral valve mechanics. Constitutive modelling and finite element implementation. Int J Num Meth Eng. 71, 987-1008 (2007).
  23. Seitz, S. M., Curless, B., Diebel, J., Scharstein, D., Szeliski, R. A comparison and evaluation of multi-view stereo reconstruction algorithms. Proc IEEE CVPR. 1, 519-528 (2006).
  24. Furukawa, Y., Ponce, J. Dense 3D motion capture for human faces. 2009 IEEE CVPR. , (2009).
  25. Jor, J. W. Y., Nash, M. P., Nielsen, P. M. F., Hunter, P. J. Estimating material parameters of a structurally based constitutive relation for skin mechanics. Biomech Model Mechanobiol. 10, 767-778 (2010).
  26. Weickenmeier, J., Jabareen, M., Mazza, E. Suction based mechanical characterization of superficial facial soft tissues. J Biomech. 48, 4279-4286 (2015).
  27. Hughes, T. J. R., Cottrell, J. A., Bazilevs, Y. Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement. Comput Methods Appl Mech Eng. 194, 4135-4195 (2005).
  28. Echter, R., Oesterle, B., Bischoff, M. A hierarchic family of isogeometric shell finite elements. Comput Methods Appl Mech Eng. 254, 170-180 (2013).
  29. Benson, D. J., Hartmann, S., Bazilevs, Y., Hsu, M. C., Hughes, T. J. R. Blended isogeometric shells. Comput Methods Appl Mech Eng. 255, 133-146 (2013).
  30. Chen, L., et al. Explicit finite deformation analysis of isogeometric membranes. Comput Methods Appl Mech Eng. 277, 104-130 (2014).
  31. Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. The Incompatibility of Living Systems: Characterizing Growth-Induced Incompatibilities in Expanded Skin. Ann Biomed Eng. 44, 1734-1752 (2016).
  32. Buganza Tepole, A., Gart, M., Gosain, A. K., Kuhl, E. Characterization of living skin using multi-view stereo and isogeometric analysis. Acta Biomater. 10, 4822-4831 (2014).
  33. Rose, E. H., Ksander, G. A., Vistnes, L. M. Skin tension lines in the domestic pig. Plast Reconstr Surg. 57, 729-732 (1976).
  34. Rausch, M. K., Kuhl, E. On the mechanics of growing thin biological membranes. J Mech Phys Solids. 63, 128-140 (2014).
  35. Argenta, L. C. Controlled tissue expansion in reconstructive surgery. Br J Plast Surg. 37, 520-529 (1984).
  36. Hudson, D. Maximising the use of tissue expanded flaps. Br J Plast Surg. 56, 784-790 (2003).
  37. Bartell, T. H., Mustoe, T. A. Animal models of human tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 83, 681-686 (1989).
  38. Belkoff, S. M., et al. Effects of subcutaneous expansion on the mechanical properties of porcine skin. J Surg Res. 58, 117-123 (1995).
  39. Ni Annaidh, A., Bruyère, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Otténio, Automated estimation of collagen fibre dispersion in the dermis and its contribution to the anisotropic behaviour of skin. Ann Biomed Eng. 5, 139-148 (2012).
  40. Kiendl, J., Bletzinger, K. U., Linhard, J., Wüchner, R. Isogeometric shell analysis with Kirchhoff-Love elements. Comput Methods Appl Mech Eng. 198, 3902-3914 (2009).
  41. Changchang, W. VisualSFM: A Visual Structure from Motion System. , Available from: http://ccwu.me/vsfm/index.html (2011).

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