Kwantificering van Strain in een varkensmodel van Skin Expansion Met behulp van Multi-View Stereo en Isogeometric Kinematica

Het algemene doel van dit experiment is om rekkaarten van de huid tijdens weefselexpansie te kwantificeren met behulp van isogeometrische analyse en multi-view stereo. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van de reconstructieve chirurgie met weefselexpansie, zoals het bepalen van regionale vervormingen veroorzaakt door verschillende vormen, formaten en opblaassnelheden van de expander. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat deze gebruikmaakt van computationele analyse en flexibele 3D-beeldvormingstechnieken.

Hierdoor kan het in de operatiekamer worden gebruikt zonder de routinematige procedure te wijzigen. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de therapie, omdat deze eenvoudig kan worden vertaald naar de klinische setting om huiddeformatiekaarten te monitoren bij menselijke patiënten die een weefselexpansie ondergaan. Begin met het voorbereiden en anesthetiseren van de Yucatan-minivarken voor de operatie door de dorsale huid met een scheermes te scheren.

Verwijder eventueel resterend haar met tape en veeg de huid grondig af met isopropylalcohol om verontreinigingen te verwijderen. Identificeer vervolgens de dorsale middenlijn op het lichaam van het dier en markeer met een pen de dorsale grenzen van vier rasters, zodanig dat deze zich ongeveer twee centimeter van de dorsale middenlijn bevinden. Laat na het markeren van de locatie van het eerste anterieure raster op de huid een tussenruimte van drie centimeter en markeer vervolgens de positie van het posterieure raster.

Bevestig ten slotte dat de gemarkeerde anterieure en posterieure rasterlocaties symmetrisch zijn ten opzichte van de dorsale middenlijn en op dezelfde supracaudale afstand zijn geplaatst. Zodra de locaties van het raster zijn gemarkeerd, maakt u een papieren sjabloon van een raster van 10 centimeter bij 10 centimeter. Doe dit door de lijnen van het raster herhaaldelijk met een balpen dik aan te zetten en vervolgens het sjabloon bij te snijden.

Maak vervolgens het gewenste huidgebied grondig vochtig met isopropylalcohol om de overdracht van de rastertekening te vergemakkelijken, en laat het overtollige alcohol aan de lucht drogen om te voorkomen dat de inkt uitloopt. Lijn de randen van het voorbereide rastertemplate uit met de markering op de huid en breng het raster aan op de huid met de inktzijde naar beneden; druk het rastertemplate vervolgens voorzichtig tegen de huid om een volledige overdracht van de inkt te garanderen. Verwijder het raster na enkele seconden langzaam van de huid en controleer of de rastertekening correct is overgebracht.

Breng vóór het tatoeëren vaseline aan over de rastertekening om het uitvloeien van de inkt te verminderen en bedek de lijnen van het raster met tatoeage-inkt met behulp van een tatoeageapparaat. Zodra het eerste raster is getatoeëerd, brengt u de tekening voor het tweede raster over op de huid van het dier, waarbij u erop let dat beide rasters drie centimeter van elkaar verwijderd zijn. Bevestig na het tatoeëren van het tweede raster dat beide rasters zich twee centimeter lateraal ten opzichte van de dorsale middenlijn bevinden.

Zodra vier rasters zijn getatoeerd, moet worden bevestigd dat deze twee centimeter van de dorsale middenlijn zijn geplaatst en met een tussenruimte van drie centimeter over elkaar zijn verspreid. Om de operatie te beginnen, markeert u op de huid van het geanestheseerde varken een incisieplaats, gelegen op het middenpunt tussen twee rasters, en markeert u vervolgens de gewenste locatie van de expander, zodanig dat deze in het bovenste deel van het getatoeerde raster wordt geplaatst. Maak een incisie in de huid met een chirurgisch mesje en creëer met een schaar een nauwe subcutane tunnel die de initiële incisie verbindt met het gebied waar de expander zal worden geplaatst; dissekeer vervolgens stomp de pocket vrij binnen de gemarkeerde plaatsingslocatie van de expander.

Was daarna de gemaakte tunnel met een antibioticumoplossing om infectie te voorkomen en breng de expander aan in de subcutane pocket. Zodra de expander op zijn plaats zit, markeert u de locaties van twee incisies naast de dorsale middellijn die worden gebruikt voor de plaatsing van een expanderpoort, en maakt u de sneden met het scalpel. Voer vervolgens een hemostaat in via de caudale incisie en dissekeer een andere subcutane tunnel die deze verbindt met de incisie die eerder voor de plaatsing van de expander is gebruikt; pak vervolgens de slang van de expander vast en trek deze naar buiten door de caudale poortincisie.

Gebruik de tweede incisie om een pocket te dissekeren voor de plaatsing van een inflatiepoort en plaats de poort in de pocket. Creëer met een hemostaat een weitere subcutane tunnel die de twee incisies voor de poortplaatsing verbindt, pak vervolgens de slang van de poort vast met de hemostaat en trek deze naar buiten via dezelfde incisie waar de slang van de expander is geplaatst. Nadat beide slangen zijn afgeknipt, worden ze met een metalen adapter aan elkaar verbonden.

Zet de verbinding aan beide zijden van de adapter vast door rondom de slang te hechten. Trek de slang door de eerder gemaakte incisie zodat het slangensysteem subcutaan wordt geplaatst, voer vervolgens een 21 gauge naald, bevestigd aan een spuit van 50 milliliter gevuld met vloeistof, door de huid in de poort van de expander en verwijder de lucht uit de expander door aan de zuiger te trekken. Zodra alle lucht is verwijderd, injecteer ongeveer 10 milliliter van de vloeistof in de poort van de expander om te bevestigen dat deze correct wordt gevuld.

Sluit ten slotte alle drie de incisies door chirurgische hechtingen aan te brengen. Markeer vervolgens de incisielocatie tussen de twee rasters aan de tegenovergestelde zijde van het lichaam van het varken om de tweede expander diagonaal ten opzichte van de plaatsingslocatie van de eerste expander te plaatsen. Bevestig na het anesthesie van het dier flexibele plastic meetlinten tussen de rasters met behulp van chirurgisch plakband en leg het dier vervolgens op één zijde om het raster fotografisch te documenteren. Het is essentieel om de foto's vanuit vele verschillende hoeken te nemen, waarbij moet worden gewaarborgd dat de beelden scherp zijn en primair het object van interesse bevatten in plaats van de achtergrond.

Dit zorgt voor een nauwkeurige 3D-geometrische reconstructie, wat cruciaal is voor de analyse. Begin met het positioneren van de camera boven het dier, maar neigend naar de caudale zijde om een opname te maken die ongeveer parallel aan de grond loopt, waarbij de getatoeëerde rasters volledig zichtbaar zijn en het beeldvlak vullen; beweeg vervolgens in een cirkelvormig patroon in een boog rond het dier van de caudale naar de rostrale richting, waarbij u onderweg foto's maakt en altijd alle getatoeëerde rasters in beeld brengt, zodat de rasters het beeldvlak vullen. Positioneer daarna de camera naar de ventrale zijde om een opnamehoek te verkrijgen die ongeveer parallel aan de grond loopt, en maak foto's in een boog van de ventrale naar de dorsale regio.

Nadat beide zijden van het dier zijn gefotografeerd, wordt de inflatiestap uitgevoerd volgens het gehanteerde protocol. Reinig eerst de huid van het dier rondom de poort met isopropylalcohol. Vul vervolgens een spuit met 0,9% injecteerbare zoutoplossing en bevestig deze aan een 25 gauge vlindernaald.

Bevestig vervolgens de naald aan de poort en injecteer daarna de zoutoplossing in de expander. Documenteer na de injectie de roosters opnieuw fotografisch, zoals eerder gedaan. Gebruik voor de digitale reconstructie commercieel verkrijgbare software.

In deze demonstratie wordt MVS gebruikt. Begin met het selecteren van photo to 3D in de linkerbovenhoek. Klik vervolgens op add photos, blader naar de locatie van de afbeeldingen en selecteer handmatig de 30 foto's die bij één enkel model horen, geef het model vervolgens een naam en klik op create.

Het kan enkele minuten duren voordat het model is aangemaakt. Klik vervolgens rechts op dashboard om terug te keren en representatieve afbeeldingen van de geometrische modellen te bekijken. Om een model voor analyse op te slaan, selecteert u dit in de rechterbenedenhoek, klikt u op downloads en selecteert u obj.

Gebruik opensourcesoftware om het geometrische model te verwerken. Importeer het bestand dat door de MVS-software is gegenereerd, en klik vervolgens onderaan het 3D-weergavevenster op viewport shading en selecteer texture. Zoek aan de rechterkant van de 3D-weergave naar een tabblad met het submenu voor shading.

Selecteer onder shading de optie shadeless, klik vervolgens met de rechtermuisknop op een geometrie om deze te selecteren en kies onderaan een 3D-weergave voor de bewerkingsmodus om het driehoekige mesh te visualiseren. Selecteer nu één voor één de knooppunten van het raster door met de rechtermuisknop op het punt te klikken en dit te markeren. De coördinaten van het punt verschijnen in het tabblad aan de rechterkant van de 3D-weergave.

Selecteer en kopieer deze coördinaten en plak ze vervolgens in een tekstbestand. Herhaal dit voor alle punten van het raster om alle 121 coördinaten op te slaan, en volg daarna de instructies in het tekstprotocol om uiteindelijk de vervorming op basis van deze gegevens te kwantificeren. Deze methodologie is met succes toegepast om de vervorming te bestuderen die wordt veroorzaakt door verschillende expandergeometrieën.

Er werd gefocust op de variaties in regionale stammen geïnduceerd door bolvormige en sikkelvormige expanders. Beide apparaten werden op elk tijdstip tot hetzelfde volume gevuld. Vanuit de gereconstrueerde spline-oppervlakken werden deformaties berekend met behulp van een referentierooster en een gedeformeerd rooster.

Dag nul werd als referentie beschouwd. Door het einde van elke inflatiestap te vergelijken met de resultaten van de referentieconfiguratie en de contourplots, werd vervolgens de progressie van de oppervlakteverandering, theta, en de rek in de twee orthogonale richtingen, lambda, geanalyseerd. Uiteindelijk onthulde de ruimtelijke variatie van de contourplots dat de huid in het centrum van de expander sterker was uitgerekt dan aan de periferie.

Interessant is dat, hoewel beide expanders tot hetzelfde volume waren gevuld, het vullen van de sferisch gevormde expander grotere deformaties veroorzaakte in vergelijking met het vullen van de sikkelvormige expander. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht hebben in hoe u deformatiekaarten van de huid kunt kwantificeren met behulp van multi-view stereo en isogeometrische analyse. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om elke stap van het proces fotografisch te documenteren met rolmaten, zodat de geometrieën tijdens de analyse geschaald kunnen worden.

Na deze procedure kunnen andere methoden, zoals weefselbiopten, daaropvolgende histochemische analyse en genoomsequencing, worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden over de onderliggende cellulaire reacties op huidrekking.