Name: Kwantyfikacja odkształcenia w świńskim modelu rozszerzania się skóry przy użyciu kinematyki stereoskopowej i izogeometrycznej Multi-View (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 14 s
Description: Poznaj metodę kwantyfikacji odkształceń skóry podczas ekspansji tkanek przy użyciu analizy izogeometrycznej i stereoskopii wielokątnej. Technika ta umożliwia precyzyjne mapowanie naprężeń w czasie rzeczywistym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez grant NIH 1R21EB021590-01A1 dla Aruna Gosaina i Ellen Kuhl.

Ten protokół obejmuje eksperymenty na zwierzętach. Protokół został zatwierdzony przez IRB Komitetu ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt w Szpitalu Dziecięcym Ann and Robert H. Lurie w Chicago w celu zagwarantowania humanitarnego traktowania zwierząt. Wyniki dwóch badań nad ekspansją przy użyciu tego protokołu zostały opublikowane gdzie indziej 16,31.
Wykonanie tego protokołu wymaga zespołu o uzupełniającym doświadczeniu. Pierwsza część protokołu opisuje zabieg chirurgiczny na modelu zwierzęcym, wymagający personelu z odpowiednim przeszkoleniem medycznym. Dalsza analiza, w szczególności sekcje 4 i 5, obejmuje podstawowe umiejętności programowania komputerowego w językach C++ i Python oraz użycie powłoki wiersza poleceń.
1. Zabieg chirurgiczny w celu umieszczenia ekspandera
UWAGA: Personel zaangażowany w operację musi być wyszorowany i ubrany w sterylny sposób. Sterylne ręczniki i zasłony są nakładane wokół pola operacyjnego, aby utrzymać sterylność. Wszystkie narzędzia, szwy i ekspandery tkanek są dostarczane w sterylnych opakowaniach i obsługiwane wyłącznie przez sterylny personel. Sterylność miejsca operacyjnego nie może być naruszona do czasu zakończenia zabiegu.
<ol>
	<li>Zaaklimatyzuj miesięczne samce mini świń z Jukatanu w standardowych pomieszczeniach na tydzień i karm je ad libitum.</li>
	<li>W dniu zabiegu należy znieczulić zwierzę za pomocą ketaminy/acepromazyny w celu indukcji (4 - 6 mg/kg), a następnie izofluranu w celu podtrzymania. Oceń głębokość znieczulenia, monitorując odruch powiekowy. Monitoruj również parametry życiowe (tętno, temperaturę ciała, częstość oddechów i/lub reakcję na szczypanie kleszczami tkankowymi). Nałóż maść okulistyczną na oczy, aby chronić przed otarciami rogówki.</li>
	<li>Podaj antybiotyki przed zabiegiem i oczyść skórę grzbietową mydłem chirurgicznym na bazie chlorheksydyny. Przenieś cztery siatki o wymiarach 10 x 10 cm2, po dwie z każdej strony zwierzęcia, z oznaczeniami linii o długości 1 cm na skórę świni za pomocą podłoża do tuszowania. Siatki odpowiadają następującym czterem regionom: lewy rostralny, prawy rostralny, lewy ogonowy i prawy ogonowy. Użyj szablonu z odniesieniem do linii środkowej, aby zapewnić symetryczne rozmieszczenie wzorów siatki.
	<ol>
		<li>Utwórz siatki na papierze, mocno obrysowując kontury siatki długopisem. Umyj obszar na zwierzęciu, w którym ma być umieszczona kratka, alkoholem izopropylowym.</li>
		<li>Nałóż siatkę (stroną z tuszem do pióra skierowaną w dół) bezpośrednio na skórę. Alkohol służy do wysysania części atramentu z papieru, przenosząc siatkę na skórę zwierzęcia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wstrzyknąć znieczulenie miejscowe (1% lidokainy z epinefryną w proporcji 1:100 000) podskórnie w miejsce każdego planowanego nacięcia.</li>
	<li>Wykonaj nacięcie po obu stronach zwierzęcia w środku między dwiema siatkami. 
	UWAGA: Nacięcia umieszcza się po lewej i prawej stronie zwierzęcia między 2 kratkami po tej stronie. Występuje nacięcie lewostronne i nacięcie prawostronne</li>
	<li>Użyj hemostatu, aby rozwinąć podskórny tunel pod siatką zainteresowania. Po wydrążeniu tunelu włóż ekspander pod siatkę. 
	UWAGA: Tunele umieszcza się pod dowolną siatką, która będzie wyposażona w ekspander tkankowy.</li>
	<li>Umieść port do pompowania ekspandera zdalnie przez podskórny tunel utworzony w podobny sposób wzdłuż grzbietowej linii środkowej zwierzęcia. Napraw rany przez zszycie.</li>
	<li>Po operacji zwierzę należy profilaktycznie leczyć antybiotykami (Ceftiofur 5 mg/kg mc. jednorazowo) oraz lekami przeciwbólowymi (buprenorfina 0,05 - 0,1 mg/kg) we wstrzyknięciu domięśniowym co 12 godzin przez 4 dawki, przy czym dodatkowe dawki są dostępne w przypadku objawów stresu u zwierzęcia.</li>
	<li>Obserwuj zwierzęta w sposób ciągły przez 2 godziny po operacji, w tym rutynowy pomiar parametrów życiowych, dopóki nie wznowią poruszania się i nie będą w stanie utrzymać normotermii. Trzymaj zwierzę w oddzielnej klatce i monitoruj, aż będzie w stanie samodzielnie chodzić na wszystkich 4 nogach, zanim przeniesiesz je z powrotem do normalnego obszaru utrzymania i pozostawisz bez opieki.</li>
	<li>Po okresie rekonwalescencji bezpośrednio po znieczuleniu należy codziennie sprawdzać zwierzęta, aby ocenić gojenie się ran. Zdejmij szwy 14 dni po operacji. Nacięcia te nie wymagają opatrunków. Pozostaw nacięcia do zagojenia się na 3-4 tygodnie przed rozpoczęciem ekspansji</li>
</ol>
2. Protokół inflacji
UWAGA: Czas pompowania i ilość roztworu użytego w każdym ekspanderze zależy od konkretnego badanego pytania. Aby scharakteryzować wpływ różnych geometrii ekspanderów, odpowiednim protokołem jest wykonanie pięciu kroków napełniania po 0, 2, 7, 10 i 15 dniach, aby osiągnąć objętość napełnienia odpowiednio 50, 75, 105, 165 i 225 cm3.
<ol>
	<li>Przed każdym etapem napompowania należy uspokoić zwierzę, podając ketaminę (4 - 6 mg/kg) i deksmedetomidynę w stężeniu 20 - 80 μg/kg. 
	UWAGA: Deksmedetomidyna jest agonistą receptorów alfa-adrenergicznych, który można odwrócić za pomocą atipamezolu (1:1 objętość:objętość) w celu ułatwienia szybszego powrotu do zdrowia; Jednakże ten poziom uspokojenia może nie być wystarczający, aby zwierzę tolerowało ekspansję bez nadmiernego ryzyka wyrządzenia szkody zwierzęciu lub osobom zajmującym się pomocą. W takim przypadku należy podać znieczulenie ogólne, podając izofluran przez wentylację maski po indukcji ketaminy/acepromazyny.</li>
	<li>Przymocuj dwie plastikowe elastyczne taśmy miernicze do skóry zwierzęcia za pomocą taśmy chirurgicznej. Umieść taśmę mierniczą między kratkami po lewej i prawej stronie.</li>
	<li>Umieść zwierzę na boku i zdobądź 30 zdjęć sceny pod jak największą liczbą różnych kątów. 
	UWAGA: Celem jest uchwycenie geometrii dwóch siatek widocznych, gdy zwierzę kładzie się na jednej stronie.
	<ol>
		<li>Najpierw ustaw aparat nad zwierzęciem i pochyl się w stronę ogonową, aby uchwycić ujęcie, w którym wytatuowane siatki są w pełni widoczne i wypełniają kadr.</li>
		<li>Poruszaj się po okręgu wokół zwierzęcia po łuku od kierunku ogonowego do rostralnego, robiąc po drodze zdjęcia, upewniając się, że na każdym zdjęciu wytatuowane siatki, które są widoczne, pojawiają się w całości w kadrze.
		<ol>
			<li>Jednocześnie staraj się maksymalizować przestrzeń, jaką zajmują siatki w kadrze. Idealne ujęcie uchwyciłoby plecy zwierzęcia z wytatuowanymi siatkami i tylko małymi obszarami tła.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Następnie ustaw aparat w kierunku strony brzusznej, aby uchwycić kąt ujęcia w przybliżeniu równoległy do podłoża i zrób zdjęcia w łuku od okolicy brzusznej do grzbietowej. 
		UWAGA: Liczba zdjęć nie jest wartością ustaloną . Aby uzyskać dobrą rekonstrukcję, każdy punkt na wytatuowanej siatce powinien znajdować się na co najmniej 3 zdjęciach; Łącznie 30 fotografii to ilość wystarczająca do udanej rekonstrukcji geometrii.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść zwierzę po przeciwnej stronie i zrób 30 zdjęć dwóch pozostałych siatek, wykonując te same czynności, które opisano powyżej.</li>
	<li>Wykonaj krok napełniania, znajdując zdalny port napełniania i wstrzykując wymaganą ilość roztworu soli fizjologicznej odpowiadającą interesującemu Cię protokołowi ekspansji. Używaj sterylnego 0,9% soli fizjologicznej do wstrzykiwań.
	<ol>
		<li>Zlokalizuj porty i przygotuj skórę zwierzęcia chusteczkami nasączonymi alkoholem izopropylowym. Uzyskaj dostęp do portu za pomocą sterylnej igły motylkowej o rozmiarze 25 dołączonej do strzykawki wypełnionej sterylnym solą fizjologiczną do wstrzykiwań. 
		UWAGA: Jak opisano powyżej, porty są tunelowane podskórnie do pozycji na przednim grzbiecie linii środkowej podczas umieszczania ekspandera.</li>
		<li>Wstrzyknąć żądaną ilość roztworu soli fizjologicznej. Proszę zapoznać się z uwagą na początku tej sekcji, aby zapoznać się z objętościami inflacji wstrzykiwanymi na każdym etapie procesu rozbudowy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powtórz kroki pozyskiwania zdjęć po inflacji.</li>
	<li>Gdy protokół inflacji jest gotowy, poddaj zwierzęta eutanazji.
	<ol>
		<li>Podać znieczulenie ogólne, dostarczając izofluran przez wentylację maski po indukcji ketaminy/acepromazyny. Oceń głębokość znieczulenia, monitorując odruch powiekowy. Monitoruj również parametry życiowe (tętno, temperaturę ciała, częstość oddechów i/lub reakcję na szczypanie kleszczami tkankowymi).</li>
		<li>Poddać zwierzę eutanazji przez dożylne przedawkowanie pentobarbitalu 90 - 100 mg/kg. Po przedawkowaniu pentobarbitalu w celu eutanazji należy potwierdzić zgon przy braku wykrywalnego bicia serca za pomocą pulsoksymetru i badania palpacyjnego pulsu, a także braku spontanicznych oddechów.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Rekonstrukcja stereo w wielu widokach
<ol>
	<li>Skorzystaj z dostępnego na rynku oprogramowania, aby przesłać pliki graficzne i zrekonstruować modele geometryczne.
	<ol>
		<li>Uruchom oprogramowanie MVS w przeglądarce i zaloguj się.</li>
		<li>Wybierz Zdjęcie do 3D w lewym górnym rogu.</li>
		<li>Kliknij przycisk Dodaj zdjęcia, przejdź do lokalizacji, w której znajdują się obrazy, a następnie ręcznie wybierz 30 zdjęć odpowiadających jednemu modelowi.</li>
		<li>Nazwij model i kliknij przycisk Utwórz</li>
		<li>Poczekaj na utworzenie modelu. Może to potrwać kilka minut. Kliknij pulpit nawigacyjny po prawej stronie, aby wrócić do oryginalnej strony docelowej oprogramowania. 
		UWAGA: Na pulpicie nawigacyjnym wyświetlane są reprezentatywne obrazy modeli geometrycznych, które zostały utworzone przez użytkownika.</li>
		<li>Umieść kursor na modelu, który właśnie został utworzony. Umieść kursor w prawym dolnym rogu obrazu modelu. Kliknij pliki do pobrania i wybierz obj.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Dopasowanie powierzchni splajnu
<ol>
	<li>Użyj oprogramowania open source do przetwarzania modeli geometrycznych.</li>
	<li>Kliknij File->Import->obj, aby zaimportować plik wygenerowany za pomocą oprogramowania MVS. Na dole widoku 3D kliknij Cieniowanie rzutni i wybierz Tekstura. Poszukaj zakładki po prawej stronie widoku 3D z podmenu: Przekształć, Ołówek tłuszczowy, Widok, Ołówek 3D itp. Kliknij Cieniowanie i wybierz Bezcieniowy.</li>
	<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy geometrię, aby ją wybrać. U dołu widoku 3D wybierz opcję Tryb edycji, aby wyświetlić trójkątną siatkę.</li>
	<li>Wybierz kolejno węzły na 1 cm oznaczeniach taśmy mierniczej.
	<ol>
		<li>Aby wybrać punkt, kliknij go prawym przyciskiem myszy i podświetl punkt. Współrzędne punktu są wyświetlane na karcie po prawej stronie widoku 3D. Wybierz i skopiuj współrzędne wybranego punktu do pliku tekstowego.</li>
		<li>Powtórz tę operację dla wszystkich punktów na 1 cm oznaczeniach taśmy mierniczej.</li>
		<li>Zrób to dla obu taśm mierniczych. Podano przykłady plików tekstowych współrzędnych: tape1.txt, tape2.txt. 
		UWAGA: Jeśli w punkcie zainteresowania nie ma węzłów siatki, podziel siatkę do momentu, aż w punkcie zainteresowania znajdzie się węzeł. Aby podzielić siatkę, wybierz trzy wierzchołki trójkąta, naciskając Shift i klikając prawym przyciskiem myszy wierzchołki. Następnie kliknij przycisk Podziel na zakładce pojawiającej się po lewej stronie widoku 3D. Ta operacja dodaje trzy kolejne węzły wewnątrz wybranego trójkąta.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wybierz 11 x 11 punktów siatki i zapisz współrzędne 121 punktów w pliku tekstowym we wzorze pokazanym na rysunku 1.
	<ol>
		<li>Analogicznie do tego, co zostało zrobione z taśmą mierniczą, aby wybrać punkt siatki, kliknij go prawym przyciskiem myszy, punkt zostanie podświetlony. Współrzędne punktu pojawią się na karcie po prawej stronie widoku 3D. Wybierz i skopiuj współrzędne wybranego punktu do pliku tekstowego 
		UWAGA: Numeracja punktów siatki jest zawsze doogonowa do rostralnej i od grzbietowej linii środkowej w kierunku obszaru brzusznego. Ta kolejność gwarantuje, że przestrzeń parametrów jest spójna dla dowolnych dwóch poprawek. Jako przykład podano plik gridReference.txt, który zawiera współrzędne 121 punktów naszywki skórnej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pobierz, skompiluj i zainstaluj biblioteki splajnów języka C++. Plik zawiera splineLibraryInstallation.txt link do kodu źródłowego bibliotek splajnów oraz instrukcje instalacji.</li>
	<li>Skompiluj kod źródłowy generateCurve.cpp wygenerowania pliku wykonywalnego generateCurve 
	UWAGA: Program generateCurve musi być skompilowany tylko raz. Aby skompilować ten kod źródłowy języka C++ i wygenerować plik wykonywalny, postępuj zgodnie z instrukcjami w górnej części pliku kodu źródłowego generateCurve.cpp.</li>
	<li>Użyj programu generateCurve, aby dopasować splajny do taśmy mierniczej i do punktów siatki. Aby uruchomić plik wykonywalny w powłoce Bash, wpisz 
	directory$ ./generateCurve
	<ol>
		<li>Po uruchomieniu program poprosi użytkownika o wpisanie ścieżki do pliku zawierającego współrzędne taśmy mierniczej. Następnie program poprosi o nazwę pliku wyjściowego. Dodaj zakończenie .g2 do nazwy pliku. 
		UWAGA: Zakończenie .g2 oznacza narzędzia go i jest skojarzone z bibliotekami splajnów. W tym protokole dostępne są dwa przykłady plików splajnów odpowiadających taśmom mierniczym (tape1.g2, tape2.g2).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Użyj skryptu języka Python scalePoints.py, aby przeskalować punkty siatki. Uruchom program w wierszu polecenia powłoki Bash z trzema argumentami: nazwą pliku punktów siatki i nazwami plików splajnów odpowiadających taśmie mierniczej 
	directory$ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2 
	UWAGA: Skrypt scalePoints.py importuje skrypty B_spline.py i NURBS_Curve.py, dlatego wszystkie trzy skrypty muszą znajdować się w tym samym folderze.</li>
	<li>Skompiluj kod źródłowy generateSurface.cpp aby wygenerować plik wykonywalny generateSurface. 
	UWAGA: Ten krok należy wykonać tylko raz. Bardziej szczegółowe instrukcje są dostępne na początku pliku kodu źródłowego generateSurface.cpp.</li>
	<li>Użyj programu generateSurface, aby dopasować powierzchnię splajnu do punktów siatki. Uruchom plik wykonywalny generateSurface na powłoki Bash 
	directory$ ./generateSurface
	<ol>
		<li>Uruchomienie programu w powłoce poprosi o nazwę pliku zawierającego przeskalowane punkty. Następnie poprosi o nazwę pliku wyjściowego. Dodaj zakończenie .g2 do nazwy pliku wyjściowego. 
		UWAGA: Zakończenie .g2 jest sugerowane przez biblioteki splajnów i oznacza narzędzia go. Pliki gridReference.g2 i gridDeformed.g2 są podane jako przykłady.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Kwantyfikacja deformacji wywołanej ekspansją
<ol>
	<li>Uruchom Pythona w wierszu polecenia powłoki Bash 
	directory$ python 
	UWAGA: Python inicjalizuje interpreter, który jest interfejsem podobnym do powłoki, który pokaże nowe środowisko wiersza poleceń >>></li>
	<li>Zaimportuj skrypt expansionIGA.py który zawiera funkcję o nazwie evaluateMembraneIGA 
	>>> z rozszerzeniaImport IGA oceńMembranaIGA</li>
	<li>Wywołaj funkcję evaluateMembraneIGA, aby obliczyć mapy deformacji. 
	UWAGA: Ta funkcja przyjmuje jako argumenty: 
	Nazwa pliku powierzchni referencyjnej 
	Nazwa pliku zdeformowanej powierzchni 
	Rozdzielczość oceny (ile punktów jest ocenianych w każdym kierunku) 
	Minimalna wartość rozciągnięcia powierzchni użyta do skalowania wykresu konturowego 
	Maksymalna wartość rozciągnięcia powierzchni używana do skalowania wykresu warstwicowego 
	Minimalna wartość rozciągnięcia w kierunku wzdłużnym stosowana do skalowania konturów 
	Maksymalna wartość rozciągnięcia w kierunku wzdłużnym używana do skalowania konturów 
	Minimalna wartość rozciągnięcia w kierunku poprzecznym używana do skalowania konturów 
	Maksymalna wartość rozciągnięcia w kierunku poprzecznym używana do skalowania konturów 
	Odstępy między liniami siatki na wykresie konturowym 
	Nazwa pliku wyjściowego
	<ol>
		<li>Na przykład run 
		>>> evaluateMembraneIGA('gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0.5, 2, 0.5, 2, 0.5, 25, 'deformacja') 
		UWAGA: To polecenie wygeneruje i zapisze sześć plików wyjściowych. Zauważ, że ostatnim argumentem w powyższym przykładzie jest >deformacja nazwy pliku wyjściowego, dlatego pliki, które zostaną wygenerowane, to: 
		deformation_theta.png: wykres konturowy obszaru stretch 
		deformation_theta.txt: tabela wartości odpowiadających wykresowi konturowemu powierzchni stretch 
		deformation_G1.png: wykres konturowy odcinka wzdłuż osi podłużnej zwierzęcia 
		deformation_G1.txt: tabela wartości odpowiadająca wykresowi konturowemu odcinków wzdłuż osi podłużnej zwierzęcia 
		deformation_G2.png: wykres konturowy składowej rozciągliwości w osi poprzecznej zwierzęcia 
		deformation_G2.txt: tabela wartości odpowiadających wykresowi konturowemu składowej odcinka w osi poprzecznej zwierzęcia 
		UWAGA: Nie należy mylić zakończenia plików splajnu .g2 z wektorem G2. Pliki splajnów mają końcówkę .g2 zgodnie z konwencjami nazewnictwa biblioteki splajnów. Z drugiej strony wektory G1 i G2 oznaczają kierunki podłużne i poprzeczne w stosunku do zwierzęcia. 
		UWAGA: Pliki konturów są generowane z wyraźnymi cechami w czterech rogach, aby ułatwić interpretację przestrzeni parametrów: piksel: najbardziej ogonowy, najbardziej grzbietowy; Róg czerwonego piksela: najbardziej rostralny, najbardziej grzbietowy punkt; Róg zielonego piksela: najbardziej ogonowy, najbardziej brzuszny punkt; Róg niebieskiego piksela: najbardziej rostralny, najbardziej brzuszny punkt.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Gosain, A. K., Zochowski, C. G., Cortes, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refinements+of+tissue+expansion+for+pediatric+forehead+reconstruction%3A+a+13-year+experience%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Refinements of tissue expansion for pediatric forehead reconstruction: a 13-year experience.</a> Plast Reconstr Surg. 124, 1559-1570 (2009).</li>
<li>Neumann, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+expansion+of+an+area+of+skin+by+progressive+distention+of+a+subcutaneous+balloon%3A+Use+of+the+Method+for+Securing+Skin+for+Subtotal+Reconstruction+of+the+Ear%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">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.</a> Plast Reconstr Surg. 19, 124-130 (1957).</li>
<li>De Filippo, R. E., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stretch+and+growth%3A+the+molecular+and+physiologic+influences+of+tissue+expansion%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Stretch and growth: the molecular and physiologic influences of tissue expansion.</a> Plast Reconstr Surg. 109, 2450-2462 (2002).</li>
<li>Buganza Tepole, A., Joseph Ploch, C., Wong, J., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growing+skin%3A+A+computational+model+for+skin+expansion+in+reconstructive+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Phys+Solids%22%5BJournal%5D)">Growing skin: A computational model for skin expansion in reconstructive surgery.</a> J Mech Phys Solids. 59, 2177-2190 (2011).</li>
<li>LoGiudice, J., Gosain, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pediatric+Tissue+Expansion%3A+Indications+and+Complications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Craniofac+Surg%22%5BJournal%5D)">Pediatric Tissue Expansion: Indications and Complications.</a> J Craniofac Surg. 14, 866-866 (2003).</li>
<li>Rivera, R., LoGiudice, J., Gosain, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+expansion+in+pediatric+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Plast+Surg%22%5BJournal%5D)">Tissue expansion in pediatric patients.</a> Clin Plast Surg. 32, 35-44 (2005).</li>
<li>Marcus, J., Horan, D. B., Robinson, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+expansion%3A+Past%2C+present%2C+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Acad+Dermatol%22%5BJournal%5D)">Tissue expansion: Past, present, and future.</a> J Am Acad Dermatol. 23, 813-825 (1990).</li>
<li>Patel, P. A., Elhadi, H. M., Kitzmiller, W. J., Billmire, D. A., Yakuboff, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+expander+complications+in+the+pediatric+burn+patient%3A+a+10-year+follow-up%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Plast+Surg%22%5BJournal%5D)">Tissue expander complications in the pediatric burn patient: a 10-year follow-up.</a> Ann Plast Surg. 72, 150-154 (2014).</li>
<li>Pietramaggiori, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tensile+Forces+Stimulate+Vascular+Remodeling+and+Epidermal+Cell+Proliferation+in+Living+Skin%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Surg%22%5BJournal%5D)">Tensile Forces Stimulate Vascular Remodeling and Epidermal Cell Proliferation in Living Skin.</a> Ann Surg. 246, 896-902 (2007).</li>
<li>Khalatbari, B., Bakhshaeekia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ten-year+experience+in+face+and+neck+unit+reconstruction+using+tissue+expanders%5BTitle%5D)+AND+%22Burns%22%5BJournal%5D)">Ten-year experience in face and neck unit reconstruction using tissue expanders.</a> Burns. 39, 522-527 (2013).</li>
<li>Brobmann, F. F., Huber, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+different-shaped+tissue+expanders+on+transluminal+pressure%2C+oxygen+tension%2C+histopathologic+changes%2C+and+skin+expansion+in+pigs%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Effects of different-shaped tissue expanders on transluminal pressure, oxygen tension, histopathologic changes, and skin expansion in pigs.</a> Plast Reconstr Surg. 76, 731-736 (1985).</li>
<li>van Rappard, J. H., Molenaar, J., van Doorn, K., Sonneveld, G. J., Borghouts, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-area+increase+in+tissue+expansion%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Surface-area increase in tissue expansion.</a> Plast Reconstr Surg. 82, 833-839 (1988).</li>
<li>Pusic, A. L., Cordeiro, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+accelerated+approach+to+tissue+expansion+for+breast+reconstruction%3A+experience+with+intraoperative+and+rapid+postoperative+expansion+in+370+reconstructions%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">An accelerated approach to tissue expansion for breast reconstruction: experience with intraoperative and rapid postoperative expansion in 370 reconstructions.</a> Plast Reconstr Surg. 111, 1871-1875 (2003).</li>
<li>Schneider, M. S., Wyatt, D. B., Konvolinka, C. W., Hassanein, K. M., Hiebert, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Rapid+Versus+Slow+Tissue+Expansion+on+Skin-Flap+Viability%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Comparison of Rapid Versus Slow Tissue Expansion on Skin-Flap Viability.</a> Plast Reconstr Surg. 92, 1126-1132 (1993).</li>
<li>Schmidt, S. C., Logan, S. E., Hayden, J. M., Ahn, S. T., Mustoe, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+versus+conventional+tissue+expansion%3A+experimental+verification+of+a+new+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Continuous versus conventional tissue expansion: experimental verification of a new technique.</a> Plast Reconstr Surg. 87, 10-15 (1991).</li>
<li>Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-view+stereo+analysis+reveals+anisotropy+of+prestrain%2C+deformation%2C+and+growth+in+living+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomech+Model+Mechanobiol%22%5BJournal%5D)">Multi-view stereo analysis reveals anisotropy of prestrain, deformation, and growth in living skin.</a> Biomech Model Mechanobiol. 14, 1007-1019 (2015).</li>
<li>Tonge, T. K., Atlan, L. S., Voo, L. M., Nguyen, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full-field+bulge+test+for+planar+anisotropic+tissues%3A+Part+I-Experimental+methods+applied+to+human+skin+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Full-field bulge test for planar anisotropic tissues: Part I-Experimental methods applied to human skin tissue.</a> Acta Biomater. 9, 5913-5925 (2013).</li>
<li>Park, S. I., Hodgins, J. K. <a target="_blank" href="http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1141970">Capturing and animating skin deformation in human motion.</a> ACM Trans Graph. 25, 881-881 (2006).</li>
<li>Rausch, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+dynamic+strains+of+the+ovine+anterior+mitral+valve+leaflet%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">In vivo dynamic strains of the ovine anterior mitral valve leaflet.</a> J Biomech. 44, 1149-1157 (2011).</li>
<li>Leyva-Mendivil, M. F., Page, A., Bressloff, N. W., Limbert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mechanistic+insight+into+the+mechanical+role+of+the+stratum+corneum+during+stretching+and+compression+of+the+skin%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Behav+Biomed+Mater%22%5BJournal%5D)">A mechanistic insight into the mechanical role of the stratum corneum during stretching and compression of the skin.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 49, 197-219 (2015).</li>
<li>Buganza Tepole, A., Kabaria, H., Bletzinger, K. -U., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isogeometric+Kirchhoff-Love+shell+formulations+for+biological+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Methods+Appl+Mech+Eng%22%5BJournal%5D)">Isogeometric Kirchhoff-Love shell formulations for biological membranes.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 293, 328-347 (2015).</li>
<li>Prot, V., Skallerud, B., Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/nme.1983/abstract">Transversely isotropic membrane shells with application to mitral valve mechanics. Constitutive modelling and finite element implementation.</a> Int J Num Meth Eng. 71, 987-1008 (2007).</li>
<li>Seitz, S. M., Curless, B., Diebel, J., Scharstein, D., Szeliski, R. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1640800/">A comparison and evaluation of multi-view stereo reconstruction algorithms.</a> Proc IEEE CVPR. 1, 519-528 (2006).</li>
<li>Furukawa, Y., Ponce, J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/232616972_Dense_3D_motion_capture_for_human_faces">Dense 3D motion capture for human faces.</a> 2009 IEEE CVPR. , (2009).</li>
<li>Jor, J. W. Y., Nash, M. P., Nielsen, P. M. F., Hunter, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+material+parameters+of+a+structurally+based+constitutive+relation+for+skin+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Biomech+Model+Mechanobiol%22%5BJournal%5D)">Estimating material parameters of a structurally based constitutive relation for skin mechanics.</a> Biomech Model Mechanobiol. 10, 767-778 (2010).</li>
<li>Weickenmeier, J., Jabareen, M., Mazza, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suction+based+mechanical+characterization+of+superficial+facial+soft+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Suction based mechanical characterization of superficial facial soft tissues.</a> J Biomech. 48, 4279-4286 (2015).</li>
<li>Hughes, T. J. R., Cottrell, J. A., Bazilevs, Y. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045782504005171">Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 194, 4135-4195 (2005).</li>
<li>Echter, R., Oesterle, B., Bischoff, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hierarchic+family+of+isogeometric+shell+finite+elements%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Methods+Appl+Mech+Eng%22%5BJournal%5D)">A hierarchic family of isogeometric shell finite elements.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 254, 170-180 (2013).</li>
<li>Benson, D. J., Hartmann, S., Bazilevs, Y., Hsu, M. C., Hughes, T. J. R. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/237196543_Blended_Isogeometric_Shells">Blended isogeometric shells.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 255, 133-146 (2013).</li>
<li>Chen, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/262304157_Explicit_finite_deformation_analysis_of_isogeometric_membranes">Explicit finite deformation analysis of isogeometric membranes.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 277, 104-130 (2014).</li>
<li>Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Incompatibility+of+Living+Systems%3A+Characterizing+Growth-Induced+Incompatibilities+in+Expanded+Skin%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">The Incompatibility of Living Systems: Characterizing Growth-Induced Incompatibilities in Expanded Skin.</a> Ann Biomed Eng. 44, 1734-1752 (2016).</li>
<li>Buganza Tepole, A., Gart, M., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+living+skin+using+multi-view+stereo+and+isogeometric+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Characterization of living skin using multi-view stereo and isogeometric analysis.</a> Acta Biomater. 10, 4822-4831 (2014).</li>
<li>Rose, E. H., Ksander, G. A., Vistnes, L. M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/834784">Skin tension lines in the domestic pig.</a> Plast Reconstr Surg. 57, 729-732 (1976).</li>
<li>Rausch, M. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+mechanics+of+growing+thin+biological+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Phys+Solids%22%5BJournal%5D)">On the mechanics of growing thin biological membranes.</a> J Mech Phys Solids. 63, 128-140 (2014).</li>
<li>Argenta, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+tissue+expansion+in+reconstructive+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Plast+Surg%22%5BJournal%5D)">Controlled tissue expansion in reconstructive surgery.</a> Br J Plast Surg. 37, 520-529 (1984).</li>
<li>Hudson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maximising+the+use+of+tissue+expanded+flaps%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Plast+Surg%22%5BJournal%5D)">Maximising the use of tissue expanded flaps.</a> Br J Plast Surg. 56, 784-790 (2003).</li>
<li>Bartell, T. H., Mustoe, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+of+human+tissue+expansion%5BTitle%5D)+AND+%22Plast+Reconstr+Surg%22%5BJournal%5D)">Animal models of human tissue expansion.</a> Plast Reconstr Surg. 83, 681-686 (1989).</li>
<li>Belkoff, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+subcutaneous+expansion+on+the+mechanical+properties+of+porcine+skin%5BTitle%5D)+AND+%22J+Surg+Res%22%5BJournal%5D)">Effects of subcutaneous expansion on the mechanical properties of porcine skin.</a> J Surg Res. 58, 117-123 (1995).</li>
<li>Ni Annaidh, A., Bruyère, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Otténio, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+estimation+of+collagen+fibre+dispersion+in+the+dermis+and+its+contribution+to+the+anisotropic+behaviour+of+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Automated estimation of collagen fibre dispersion in the dermis and its contribution to the anisotropic behaviour of skin.</a> Ann Biomed Eng. 5, 139-148 (2012).</li>
<li>Kiendl, J., Bletzinger, K. U., Linhard, J., Wüchner, R. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/250693564_Isogeometric_shell_analysis_with_Kirchhoff-Love_elements">Isogeometric shell analysis with Kirchhoff-Love elements.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 198, 3902-3914 (2009).</li>
<li>Changchang, W. VisualSFM: A Visual Structure from Motion System. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://ccwu.me/vsfm/index.html">http://ccwu.me/vsfm/index.html</a> (2011).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym artykule przedstawiono protokół charakteryzujący deformacje wywołane podczas procedury ekspansji tkanek w modelu świni z wykorzystaniem multi-view stereo (MVS) i kinematyki izogeometrycznej (kinematyka IGA). Podczas rozszerzania się tkanki skóra ulega dużym deformacjom, przechodząc od gładkiej i stosunkowo płaskiej powierzchni do kopuły w kształcie 3D. Skóra, podobnie jak inne błony biologiczne 34, reaguje na rozciąganie, wytwarzając nowy materiał, zwiększając powierzchnię, która może być na...

Rozszerzanie tkanek jest powszechną techniką w chirurgii plastycznej i rekonstrukcyjnej, która zwiększa powierzchnię skóry in vivo w celu korekcji dużych wad skórnych 1. Neumann w 1957 roku był pierwszym chirurgiem, który udokumentował tę procedurę. Wszczepił balon pod skórę pacjenta i stopniowo nadmuchiwał go przez kilka tygodni, aby wyhodować nową tkankę i przywrócić powierzchnię ucha 2. Skóra, podobnie jak większość tkanek biologicznych, przystosowuje się do przyłożonych sił i deformacji, aby osiągnąć mechaniczną homeostazę. Po rozciągnięciu poza reżim fizjologiczny skóra rośnie 3,4. Jedną z głównych zalet ekspansji tkanek jest wytwarzanie skóry o odpowiednim unaczynieniu i takim samym łożysku włosów, właściwościach mechanicznych, kolorze i teksturze jak otaczająca tkanka 5.
Po wprowadzeniu sześć dekad temu, ekspansja skóry została szeroko przyjęta przez chirurgów plastycznych i rekonstrukcyjnych i obecnie jest używana do korygowania oparzeń, dużych wad wrodzonych oraz do rekonstrukcji piersi po mastektomii 6,7. Jednak pomimo powszechnego stosowania, zabiegi rozszerzania skóry mogą prowadzić do powikłań 8. Wynika to częściowo z braku wystarczających dowodów ilościowych potrzebnych do zrozumienia podstawowej mechanobiologii procedury i prowadzenia chirurga podczas planowania przedoperacyjnego 9,10. Kluczowymi parametrami w tej technice są szybkość napełniania, objętość napełniania na napompowanie, wybór kształtu i rozmiaru ekspandera oraz umiejscowienie urządzenia 11,12. Obecne planowanie przedoperacyjne opiera się w dużej mierze na doświadczeniu lekarza, co skutkuje szeroką gamą arbitralnych protokołów, które często znacznie się różnią 13,14,15.
Aby wypełnić obecne luki w wiedzy, przedstawiamy eksperymentalny protokół do ilościowego określenia deformacji wywołanej ekspansją w modelu ekspansji tkanek u świń zwierzęcych. Protokół opiera się na wykorzystaniu multi-view stereo (MVS) do rekonstrukcji trójwymiarowych (3D) geometrii z sekwencji dwuwymiarowych (2D) obrazów z nieznanymi pozycjami kamery. Za pomocą splajnów reprezentacja gładkich powierzchni prowadzi do obliczenia odpowiednich map odkształceń za pomocą opisu izogeometrycznego (IGA). Analiza geometrii opiera się na teoretycznych ramach mechaniki kontinuum membran posiadających wyraźną parametryzację 16.
Charakteryzowanie fizjologicznie istotnych deformacji żywych materiałów w długich okresach czasu nadal pozostaje trudnym problemem. Typowe strategie obrazowania tkanek biologicznych obejmują stereoskopową korelację obrazów cyfrowych, komercyjne systemy przechwytywania ruchu z markerami odblaskowymi oraz dwupłaszczyznową fluoroskopię wideo 17,18,19. Techniki te wymagają jednak restrykcyjnej konfiguracji eksperymentalnej, są na ogół drogie i są stosowane głównie w warunkach ex vivo lub ostrych warunkach in vivo. Skóra ma tę zaletę, że jest cienką strukturą. Mimo że składa się z kilku warstw, skóra właściwa jest w dużej mierze odpowiedzialna za właściwości mechaniczne tkanki, a zatem deformacja powierzchni ma pierwszorzędne znaczenie 20; Można przyjąć rozsądne założenia kinematyczne dotyczące deformacji poza płaszczyzną <klasa SUP = "xref" >21,< klasa SUP = "odnośnik zewnętrzny">22. Co więcej, skóra jest już wystawiona na działanie środowiska zewnętrznego, co umożliwia użycie konwencjonalnych narzędzi do obrazowania w celu uchwycenia jej geometrii. W tym miejscu proponujemy zastosowanie MVS jako niedrogiego i elastycznego podejścia do monitorowania deformacji skóry in vivo przez kilka tygodni bez znaczącej ingerencji w protokół ekspansji tkanek. MVS to technika, która wyodrębnia reprezentacje 3D obiektów lub scen z kolekcji obrazów 2D z nieznanymi kątami kamery 23. Tylko w ciągu ostatnich trzech lat pojawiło się kilka kodeksów handlowych (przykłady w wykazie materiałów). Wysoka dokładność rekonstrukcji modelu za pomocą MVS, z błędami tak niskimi jak 2% 24, sprawia, że podejście to nadaje się do kinematycznej charakterystyki skóry in vivo w długich okresach czasu.
Aby uzyskać odpowiednie mapy deformacji skóry podczas rozszerzania się tkanki, punkty pomiędzy dowolnymi dwiema konfiguracjami geometrycznymi są dopasowywane. Tradycyjnie badacze zajmujący się biomechaniką obliczeniową używali siatek elementów skończonych i analizy odwrotnej do uzyskania mapy deformacji 25,26. Zastosowane tutaj podejście IGA wykorzystuje funkcje bazowe splajnu, które oferują kilka zalet do analizy cienkich membran 27,28. Mianowicie, dostępność wielomianów wysokiego stopnia ułatwia reprezentację gładkich geometrii nawet przy bardzo grubych oczkach 29,30. Ponadto możliwe jest dopasowanie tej samej podstawowej parametryzacji do wszystkich łatek powierzchni, co pozwala obejść potrzebę wystąpienia problemu odwrotnego w celu uwzględnienia niepasujących dyskretyzacji.
Opisana tutaj metoda otwiera nowe możliwości badania mechaniki skóry w odpowiednich warunkach in vivo przez długie okresy czasu. Ponadto mamy nadzieję, że nasza metodologia jest krokiem umożliwiającym osiągnięcie ostatecznego celu, jakim jest opracowanie narzędzi obliczeniowych do spersonalizowanego planowania leczenia w warunkach klinicznych.

<table><tbody><tr><td>Miniaturowa świnia z Jukatanu</td><td>Sinclair Bioresources, Windham, ME</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Antybiotyki</td><td>Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CA</td><td>sc-362931Rx</td><td>Ceftiofur, dawka 5 mg/kg domięśniowo</td></tr><tr><td>Mydło chirurgiczne na bazie chlorheksydyny</td><td>Cardinal Health, Dublin, OH</td><td>AS-4CHGL(4-32)</td><td>4% glukonian chlorheksydyny chirurgiczny peeling do rąk</td></tr><tr><td>Medium do przenoszenia tatuażu&nbsp;</td><td>Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WA</td><td>TRANSF</td><td>Szablon termiczny papier do tatuażu</td></tr><tr><td>Lidokaina z epinefryną</td><td>ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA</td><td>001-1423</td><td>Lidokaina Hcl 1% (ksylokaina) - Epinefryna 1:100 000, 20 ml</td></tr><tr><td>Buprenorfina</td><td>ZooPharm, Windsor, CO</td><td></td><td>1 mg / ml o przedłużonym uwalnianiu, dawka 0,01 mg / kg domięśniowo</td></tr><tr><td>Aparat cyfrowy</td><td>Sony</td><td>Alpha33</td><td>Standardowy aparat cyfrowy z 18 - 35&nbsp; mm obiektyw, przysłona 3.5 - 5.6. Używany w trybie automatycznym, bez lampy błyskowej</td></tr><tr><td>Taśma miernicza</td><td>Medline, Mundelein, Illinois</td><td>NON171330</td><td>Wysuwana taśma miernicza, tkanina, plastikowa obudowa, 72 cale</td></tr><tr><td>Ekspandery tkankowe</td><td>PMT, Chanhassen, MN</td><td>03610-06-02</td><td>4 cm x 6 cm, prostokątne, 120 cc, seria 3610 2-stopniowy ekspander tkanek ze standardowym portem</td></tr><tr><td>ReCap360</td><td></td><td>Autodesk N/A</td><td>MVS Software, Aplikacja internetowa: recap360.autodesk.com</td></tr><tr><td>Blender</td><td>Blender Foundation</td><td>N/A</td><td>Computer Graphics Software, open source: blender.org</td></tr><tr><td>SISL</td><td>SINTEF</td><td>N/A</td><td>C++ biblioteki splajnów, open source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/</td></tr></tbody></table>

kwantyfikacja odkształcenia w świńskim modelu rozszerzania się skóry przy użyciu kinematyki stereoskopowej i izogeometrycznej multi-view

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

Rozszerzanie tkanek jest popularną techniką w chirurgii plastycznej i rekonstrukcyjnej, która hoduje skórę in vivo w celu korekcji dużych defektów, takich jak oparzenia i gigantyczne wrodzone znamiona. Pomimo powszechnego stosowania, planowanie i wykonywanie protokołu ekspansji jest trudne ze względu na trudności w pomiarze odkształceń nakładanych na każdym etapie inflacji i przez cały czas trwania procedury. Kwantyfikacja pól deformacji ma kluczowe znaczenie, ponieważ rozkład rozciągliwości w czasie określa tempo i ilość wzrostu skóry pod koniec zabiegu. W niniejszym manuskrypcie przedstawiono metodę badania ekspansji tkanek w celu uzyskania ilościowej wiedzy na temat deformacji wywołanych podczas procesu ekspansji. Ten eksperymentalny protokół obejmuje wielowidokową stereofoniczną i izogeometryczną analizę kinematyczną w świńskim modelu ekspansji tkanek. Stereo z wieloma widokami umożliwia trójwymiarową rekonstrukcję geometryczną z nieskalibrowanych sekwencji obrazów. Izogeometryczna analiza kinematyczna wykorzystuje splajny do opisania regionalnych odkształceń między gładkimi powierzchniami z niewielką liczbą punktów siatki. Nasz protokół ma potencjał, aby wypełnić lukę między podstawowymi badaniami naukowymi dotyczącymi mechaniki rozszerzania się skóry a warunkami klinicznymi. Docelowo oczekujemy, że wiedza zdobyta dzięki naszej metodyce umożliwi planowanie leczenia z wykorzystaniem symulacji obliczeniowych deformacji skóry w sposób spersonalizowany.

Niniejsza metodologia została z sukcesem zastosowana do badania deformacji wywołanej przez różne geometrie ekspanderów: prostokątne, sferyczne i półksiężycowate 31,32. Wyniki dotyczące ekspanderów sferycznych i półksiężycowatych zostaną omówione w dalszej części. Rysunek 2 przedstawia trzy etapy rekonstrukcji modelu MVS. Punktem wyjścia jest zbiór fotografii statycznej sceny. Zwierzę z wytatuowanymi siatkami i mia...

Ten protokół wykorzystuje stereo z wieloma widokami do generowania trójwymiarowych (3D) modeli z nieskalibrowanych sekwencji zdjęć, dzięki czemu jest przystępny cenowo i można go dostosować do warunków chirurgicznych. Mapy odkształceń między modelami 3D są określane ilościowo za pomocą kinematyki izogeometrycznej opartej na splajnach, która ułatwia odwzorowanie gładkich powierzchni na grubych oczkach o tej samej parametryzacji.

Kwantyfikacja odkształcenia w świńskim modelu rozszerzania się skóry przy użyciu kinematyki stereoskopowej i izogeometrycznej Multi-View

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 ...

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest ilościowe określenie map odkształceń skóry podczas ekspansji tkanki z wykorzystaniem analizy izogeometrycznej oraz stereoskopii wielowidokowej. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie chirurgii rekonstrukcyjnej z użyciem ekspanderów tkankowych, takich jak określenie regionalnych odkształceń wywołanych przez różne kształty, rozmiary i tempo pompowania ekspanderów. Główną zaletą tej techniki jest wykorzystanie analizy obliczeniowej oraz elastycznych technik obrazowania 3D.W związku z tym może być ono stosowane w sali operacyjnej bez zmiany rutynowej procedury. Znaczenie tej techniki rozciąga się na obszar terapii, ponieważ może ona zostać łatwo przeniesiona do warunków klinicznych w celu monitorowania map odkształceń skóry u pacjentów poddawanych ekspansji tkankowej. Na początek przygotuj i znieczul mini świnię rasy Yucatan do operacji, goląc brzytwą skórę na grzbiecie.Usuń pozostałe włosy za pomocą taśmy i dokładnie przemyj skórę alkoholem izopropylowym, aby oczyścić ją z zanieczyszczeń. Następnie wyznacz linię środkową grzbietu ciała zwierzęcia i za pomocą pisaka zaznacz granice grzbietowe czterech siatek w taki sposób, aby znajdowały się one w odległości około 2 cm od linii środkowej grzbietu. Po zaznaczeniu na skórze lokalizacji pierwszej przedniej siatki, pozostaw 3 cm odstępu i zaznacz położenie siatki tylnej.Na koniec należy upewnić się, że zaznaczone przednie i tylne punkty siatki są symetryczne względem linii środkowej grzbietu i znajdują się w tej samej odległości od nasady ogona. Po wyznaczeniu pozycji siatki należy przygotować papierowy szablon siatki o wymiarach 10 centymetrów na 10 centymetrów. W tym celu należy wyraźnie obrysować siatkę, wielokrotnie rysując linie długopisem, a następnie przyciąć szablon.Następnie należy dokładnie zwilżyć wybrany obszar skóry alkoholem izopropylowym, aby ułatwić przeniesienie odrysowania siatki, i pozwolić nadmiarowi alkoholu odparować, co zapobiegnie rozlewaniu się tuszu. Należy dopasować krawędzie przygotowanego szablonu siatki do oznaczenia na skórze i przyłożyć go do skóry stroną z tuszem do dołu, a następnie delikatnie docisnąć szablon do skóry, aby zapewnić całkowite przeniesienie tuszu. Po kilku sekundach należy powoli zdjąć siatkę ze skóry i upewnić się, że odrysowanie siatki zostało prawidłowo przeniesione.Przed wykonaniem tatuażu pokryć szkic siatki wazeliną, aby zmniejszyć rozmazywanie tuszu, a następnie za pomocą urządzenia do tatuażu wypełnić linie siatki tuszem do tatuażu. Po wytatuowaniu pierwszej siatki przenieść na skórę zwierzęcia szkic drugiej siatki, upewniając się, że obie siatki są od siebie oddalone o 3 cm. Po wytatuowaniu drugiej siatki potwierdzić, że obie siatki znajdują się 2 cm bocznie od linii środkowej grzbietu.Po wytatuowaniu czterech siatek należy potwierdzić, że są one rozmieszczone w odległości dwóch centymetrów od linii środkowej grzbietu i oddalone od siebie o kolejne trzy centymetry. Aby rozpocząć zabieg, należy zaznaczyć na skórze znieczulonej świni miejsce nacięcia, znajdujące się w połowie odległości między dwiema siatkami, a następnie wyznaczyć pożądane miejsce umieszczenia ekspandera tak, aby znajdował się on w górnej części wytatuowanej siatki. Naciąć skórę skalpelem, a następnie za pomocą nożyczek utworzyć ciasny tunel podskórny łączący początkowe nacięcie z obszarem, w którym zostanie umieszczony ekspander; następnie drogą rozwarstwiania tępego przygotować kieszeń w wyznaczonym miejscu implantacji ekspandera.Następnie należy wypłukać utworzony tunel roztworem antybiotyku, aby zapobiec infekcji, a następnie wprowadzić ekspander do jego podskórnej kieszeni. Po umieszczeniu ekspandera należy zaznaczyć miejsca dwóch nacięć w sąsiedztwie linii środkowej grzbietu, które posłużą do umieszczenia portu ekspandera, i wykonać cięcia skalpelem. Następnie przez nacięcie w części ogonowej należy wprowadzić hemostatykę i wypreparować kolejny tunel podskórny łączący go z nacięciem użytym wcześniej do umieszczenia ekspandera, a następnie chwycić rurkę ekspandera i wyciągnąć ją przez nacięcie portu w części ogonowej.Wykorzystaj drugie nacięcie, aby wypreparować kieszeń pod port do pompowania, a następnie umieść port w tej kieszeni. Za pomocą kleszczyków hemostatycznych utwórz kolejny tunel podskórny łączący oba nacięcia do umieszczenia portów, następnie chwyć kleszczykami rurkę portu i wyciągnij ją przez to samo nacięcie, w którym umieszczono rurkę ekspandera. Po przycięciu obu rurek połącz je za pomocą metalnego adaptera.Zabezpiecz połączenie po obu stronach adaptera, nakładając szwy wokół rurki. Przeciągnij rurkę przez wykonane wcześniej nacięcie, tak aby system rurek został umieszczony podskórnie, następnie wprowadź przez skórę do portu ekspandera igłę 21 gauge przymocowaną do strzykawki 50 milliliter wypełnionej cieczą i usuń powietrze z ekspandera, wyciągając tłok. Po usunięciu całego powietrza wstrzyknij do portu ekspandera około 10 milliliters cieczy, aby potwierdzić, że napełnia się on prawidłowo.Na koniec zamknij wszystkie trzy nacięcia za pomocą szwów chirurgicznych, a następnie wyznacz miejsce nacięcia pomiędzy dwiema siatkami po przeciwnej stronie ciała świni, aby umieścić drugi ekspander ukośnie w odniesieniu do miejsca umieszczenia pierwszego ekspandera. Po znieczuleniu zwierzęcia przymocuj plastikowe, elastyczne miary pomiędzy siatkami za pomocą taśmy chirurgicznej, a następnie połóż zwierzę na boku, aby udokumentować siatkę fotograficznie. Kluczowe jest wykonanie zdjęć z wielu różnych kątów, dbając o to, aby obrazy były ostre i zawierały przede wszystkim badany obiekt, a nie tło.Zapewni to dokładną rekonstrukcję geometrii 3D, co jest kluczowe dla przeprowadzonej analizy. Należy rozpocząć od ustawienia kamery nad zwierzęciem, z nachyleniem w stronę strony ogonowej, aby wykonać zdjęcie mniej więcej równoległe do podłoża, na którym widoczne są wszystkie wytatuowane siatki i które wypełniają one kadr; następnie należy poruszać się po okręgu wokół zwierzęcia, łukiem od strony ogonowej do strony głowowej, wykonując po drodze zdjęcia, dbając o to, aby wszystkie wytatuowane siatki zawsze znajdowały się w kadrze i wypełniały go. Następnie należy skierować kamerę w stronę strony brzusznej, aby uzyskać kąt ujęcia mniej więcej równoległy do podłoża, i wykonywać zdjęcia łukiem od strony brzusznej do strony grzbietowej.Po sfotografowaniu obu stron zwierzęcia należy przeprowadzić etap pompowania zgodnie z obowiązującym protokołem. Najpierw oczyścić skórę zwierzęcia wokół portu za pomocą alkoholu izopropylowego. Następnie napełnić strzykawkę 0.9% roztworem soli fizjologicznej do wstrzykiwań i podłączyć ją do igły motylkowej o rozmiarze 25 gauge.Następnie przymocuj igłę do portu, a potem wstrzyknij sól fizjologiczną do ekspandera. Po wstrzyknięciu ponownie wykonaj dokumentację fotograficzną siatek, tak jak poprzednio. Do przeprowadzenia rekonstrukcji cyfrowej użyj dostępnego komercyjnie oprogramowania.W tej demonstracji wykorzystano oprogramowanie MVS. Rozpocznij od wybrania opcji photo to 3D w lewym górnym rogu. Następnie kliknij add photos, przejdź do folderu z obrazami i ręcznie zaznacz 30 fotografii odpowiadających jednemu modelowi, po czym nazwij model i kliknij create.Tworzenie modelu może potrwać kilka minut. Następnie kliknij dashboard po prawej stronie, aby powrócić do widoku reprezentatywnych obrazów modeli geometrycznych. Aby zapisać model do analizy, zaznacz go w prawym dolnym rogu, kliknij downloads i wybierz obj.Użyj oprogramowania open source do przetworzenia modelu geometrycznego. Zaimportuj plik wygenerowany przez oprogramowanie MVS, a następnie na dole widoku 3D kliknij cieniowanie widoku i wybierz teksturę. Znajdź zakładkę po prawej stronie widoku 3D z podmenu zawierającym cieniowanie.Z menu cieniowania (shading) wybierz opcję bez cieniowania (shadeless), następnie kliknij prawym przyciskiem myszy na geometrię, aby ją zaznaczyć, a na dole widoku 3D wybierz tryb edycji (edit mode), aby zwizualizować siatkę trójkątów. Teraz po kolei zaznaczaj węzły siatki, klikając prawym przyciskiem myszy i podświetlając dany punkt. Współrzędne punktu pojawią się na karcie po prawej stronie widoku 3D.Zaznacz i skopiuj te współrzędne, a następnie wklej je do pliku tekstowego. Powtórz tę czynność dla wszystkich punktów siatki, aby zapisać wszystkie 121 współrzędnych, a następnie postępuj zgodnie z instrukcjami w protokole tekstowym, aby ostatecznie ilościowo określić deformację na podstawie tych danych. Metodologia ta została z powodzeniem zastosowana do badania deformacji wywołanej przez różne geometrie ekspanderów.Skupiono się na analizie zmienności szczepów regionalnych indukowanej przez rozszerzacze sferyczne i półksiężycowate. Oba urządzenia wypełniano taką samą objętością w każdym punkcie czasowym. Na podstawie zrekonstruowanych powierzchni splajnowych obliczono odkształcenia, wykorzystując siatkę referencyjną oraz zdeformowaną.Dzień zerowy uznano za punkt odniesienia. Porównując wyniki z końca każdego etapu nadmuchiwania z konfiguracją referencyjną oraz wykresami konturowymi, przeanalizowano postęp zmiany powierzchni (theta) oraz rozciągania w dwóch kierunkach ortogonalnych (lambda). Ostatecznie analiza zmian przestrzennych na wykresach konturowych wykazała, że skóra była bardziej rozciągnięta w centrum ekspandera niż na jego obwodzie.Co ciekawe, mimo że oba ekspandery wypełniono do tej samej objętości, wypełnienie ekspandera o kształcie sferycznym wywołało większe odkształcenia w porównaniu z wypełnieniem ekspandera o kształcie półksiężyca. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak ilościowo określać mapy odkształceń skóry przy użyciu stereoskopii wielowidokowej oraz analizy izogeometrycznej. Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest udokumentowanie fotograficzne każdego etapu procesu z użyciem miar taśmowych, aby geometrie można było przeskalować podczas analizy.Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić inne metody, takie jak biopsje tkankowe, późniejsza analiza histochemiczna oraz sekwencjonowanie genomu, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące podstawowych odpowiedzi komórkowych na rozciąganie skóry.

quantification-strain-porcine-model-skin-expansion-using-multi-view

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Rozkłady odkształceń tętnicy wywołane przez stent są charakteryzowane przy użyciu optycznego systemu pomiaru odkształceń powierzchniowych. Ta technika wizualizacji jest wykorzystywana w celu uzyskania wiedzy na temat wpływu implantacji stentu na naczynie gospodarza.

Monitorowanie mechaniki ścianek podczas wprowadzania stentu do naczynia

Techniki mikroskopii poklatkowej i przetwarzania obrazów zostały użyte do obserwacji i analizy zagęszczenia żelu za pośrednictwem fibroblastów i wyrównania włókien fibryny w bioreaktorze kontrolowanym przez środowisko przez okres 48 godzin.

Obserwacja i ilościowe określanie zagęszczenia fibryny w żelu za pośrednictwem fibroblastów

Opisujemy użycie cyfrowej korelacji obrazu do scharakteryzowania lokalnego pola odkształcenia powierzchniowego na próbkach tkanki naczyniowej poddanych jednoosiowej próbie rozciągania. Pomiary te ułatwiają precyzyjną kwantyfikację reakcji mechanicznej próbki i generowanie konstytutywnych relacji naprężenie-odkształcenie.

Wykorzystanie cyfrowej korelacji obrazów do scharakteryzowania lokalnych szczepów na próbkach tkanki naczyniowej

Przedstawiona metoda polega na jednoosiowym rozciąganiu miękkich hydrożeli 3D osadzonych w gumie silikonowej, umożliwiając jednocześnie mikroskopię konfokalną na żywo. Przedstawiono charakterystykę zewnętrznych i wewnętrznych szczepów hydrożelu, a także wyrównanie włókien. Opracowane urządzenie i protokół mogą oceniać reakcję komórek na różne reżimy szczepów.

Kontrolowane odkształcanie hydrożeli 3D w obrazowaniu mikroskopowym na żywo

Podwójna fluoroskopia dokładnie rejestruje in vivo dynamiczny ruch ludzkich stawów, który można zobrazować w odniesieniu do zrekonstruowanej anatomii (np. artrokinematyki). W niniejszym artykule przedstawiono szczegółowy protokół ilościowego określania artrokinematyki stawu biodrowego podczas czynności związanych z obciążeniem w życiu codziennym, w tym integrację podwójnej fluoroskopii z tradycyjnym przechwytywaniem ruchu markera skórnego.

In vivo (in vivo) Kwantyfikacja artrokinematyki stawu biodrowego podczas dynamicznych czynności obciążających przy użyciu podwójnej fluoroskopii

Ten artykuł opisuje algorytm korelacji obrazów cyfrowych o otwartym kodzie źródłowym do pomiaru lokalnych szczepów tkanek 2D w eksplantatach ścięgien. Dokładność tej techniki została zweryfikowana przy użyciu wielu technik i jest ona dostępna do użytku publicznego.

Pomiar lokalnych naprężeń tkanek w ścięgnach za pomocą cyfrowej korelacji obrazu o otwartym kodzie źródłowym

Ten protokół przedstawia ustandaryzowany model myszy do rozszerzania szwów oraz metodę wizualizacji 3D do badania mechanobiologicznych zmian szwu i przebudowy kości pod wpływem siły rozciągającej.

Technika wizualizacji 3D do przebudowy kości w mysim modelu rozszerzania szwów

Ten protokół implementuje system kamer stereo-obrazowania, skalibrowany za pomocą bezpośredniej transformacji liniowej, aby uchwycić trójwymiarowe przemieszczenia in situ rozciągniętych nerwów obwodowych. Rejestrując te przemieszczenia, można określić obciążenie wywołane przy różnym stopniu rozciągnięcia, informując o progach uszkodzenia rozciągania, które mogą posunąć naprzód naukę o naprawie nerwów zależnej od rozciągania.

Bezpośrednia transformacja liniowa do pomiaru napięcia nerwów obwodowych in-situ podczas rozciągania

Przedstawiamy szczegółowy protokół trójwymiarowej analizy zmian tkanek miękkich z wykorzystaniem stereofotogrametrii.

Protokół ilościowej oceny zmian objętościowych tkanek miękkich twarzy z wykorzystaniem stereofotogrametrii

W niniejszym raporcie opisujemy trójwymiarowy model rekonstrukcji skóry, który naśladuje architekturę i skład ludzkiej skóry. Wykorzystując model rekonstrukcji skóry, badano fizjologię melanocytów, progresję czerniaka oraz losy dermalnych komórek macierzystych. Model ten jest również przydatny jako narzędzie przedkliniczne do oceny leków.

Trójwymiarowy model rekonstrukcji ludzkiej skóry: narzędzie do badania normalnej skóry i progresji czerniaka

Poznaj metodę kwantyfikacji odkształceń skóry podczas ekspansji tkanek przy użyciu analizy izogeometrycznej i stereoskopii wielokątnej. Technika ta umożliwia precyzyjne mapowanie naprężeń w czasie rzeczywistym.

Kwantyfikacja odkształcenia w świńskim modelu rozszerzania się skóry przy użyciu kinematyki stereoskopowej i izogeometrycznej Multi-View (Wideo) | JoVE Journal

Kwantyfikacja odkształcenia w świńskim modelu rozszerzania się skóry przy użyciu kinematyki stereoskopowej i izogeometrycznej Multi-View

Przeglądaj więcej filmów