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

Ogólnym celem tego eksperymentu jest ilościowe określenie map odkształceń skóry podczas rozszerzania się tkanek za pomocą analizy izogeometrycznej i stereoskopowego z wieloma widokami. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie chirurgii rekonstrukcyjnej z rozszerzaniem tkanek, takie jak określenie deformacji regionalnych wywołanych różnymi kształtami, rozmiarami ekspanderów i szybkościami inflacji. Główną zaletą tej techniki jest to, że wykorzystuje analizę obliczeniową i elastyczne techniki obrazowania 3D.

Dzięki temu może być stosowany na sali operacyjnej bez zmiany rutynowej procedury. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku terapii, ponieważ można ją łatwo przełożyć na warunki kliniczne w celu monitorowania map deformacji skóry u pacjentów poddawanych ekspansji tkanek. Na początek przygotuj i znieczul mini świnkę z Jukatanu do operacji, goląc jej skórę grzbietową brzytwą.

Usuń wszelkie pozostałe włosy taśmą i dokładnie przetrzyj skórę alkoholem izopropylowym, aby oczyścić ją z zanieczyszczeń. Następnie zidentyfikuj grzbietową linię środkową na ciele zwierzęcia i za pomocą długopisu zaznacz grzbietowe granice czterech siatek tak, aby znajdowały się w odległości około dwóch centymetrów od grzbietowej linii środkowej. Po zaznaczeniu na skórze położenia pierwszej siatki przedniej, pozostaw trzycentymetrową przerwę i zaznacz położenie siatki tylnej.

Na koniec upewnij się, że zaznaczone przednie i tylne lokalizacje siatki są symetryczne w stosunku do grzbietowej linii środkowej i umieszczone w tej samej odległości nadogonowej. Po zaznaczeniu lokalizacji siatki przygotuj papierowy szablon siatki o wymiarach 10 centymetrów na 10 centymetrów. Aby to zrobić, mocno obrysuj siatkę, wielokrotnie kolorując linie długopisem, a następnie przytnij szablon.

Następnie dokładnie zwilż żądany obszar skóry alkoholem izopropylowym, aby ułatwić przenoszenie śledzenia siatki, i pozwól nadmiarowi alkoholu wyschnąć na powietrzu, co zapobiegnie wyciekaniu atramentu. Dopasuj krawędzie przygotowanego szablonu siatki do oznaczenia na skórze i przyłóż siatkę do skóry stroną z tuszem skierowaną w dół, a następnie delikatnie dociśnij szablon siatki do skóry, aby zapewnić całkowite przeniesienie tuszu. Po kilku sekundach powoli zdejmij siatkę ze skóry i upewnij się, że trasowanie siatki zostało prawidłowo przeniesione.

Przed tatuowaniem przykryj siatkę wazeliną, aby zmniejszyć rozmazywanie tuszu, a następnie za pomocą urządzenia do tatuowania pokryj linie siatki tuszem do tatuażu. Po wytatuowaniu pierwszej siatki przenieś na skórę zwierzęcia ślad drugiej siatki, upewniając się, że obie siatki są ustawione w odległości trzech centymetrów od siebie. Po wytatuowaniu drugiej siatki upewnij się, że obie siatki znajdują się dwa centymetry z boku od grzbietowej linii środkowej.

Po wytatuowaniu czterech siatek upewnij się, że znajdują się one w odległości dwóch centymetrów od grzbietowej linii środkowej i jeszcze raz rozsuń się na trzy centymetry. Aby rozpocząć operację, należy zaznaczyć na skórze znieczulonej świni miejsce nacięcia, znajdujące się w punkcie środkowym między dwiema siatkami, a następnie zaznaczyć żądane miejsce ekspandera tak, aby znajdował się w górnej części wytatuowanej siatki. Naciąć skórę ostrzem chirurgicznym i za pomocą nożyczek utworzyć szczelny podskórny tunel łączący początkowe nacięcie z obszarem, w którym ma zostać umieszczony ekspander, a następnie tępo wypreparować kieszeń w zaznaczonym miejscu umieszczenia ekspandera.

Następnie umyj utworzony tunel roztworem antybiotyku, aby zapobiec infekcji i włóż ekspander do jego kieszonki podskórnej. Gdy ekspander znajdzie się na miejscu, zaznacz miejsca dwóch nacięć przylegających do grzbietowej linii środkowej, które zostaną wykorzystane do umieszczenia portu ekspandera, i wykonaj nacięcia skalpelem. Następnie wprowadź hemostat przez nacięcie ogonowe i wypreparuj kolejny podskórny tunel łączący go z nacięciem wcześniej używanym do umieszczenia ekspandera, a następnie chwyć rurkę ekspandera i wyciągnij ją przez nacięcie portu ogonowego.

Użyj drugiego nacięcia, aby wyciąć kieszeń w celu umieszczenia portu do pompowania i włóż port do kieszeni. Za pomocą hemostatu należy utworzyć kolejny tunel podskórny łączący dwa nacięcia w postaci umieszczenia portu, a następnie chwycić rurkę portu za pomocą hemostatu i wyciągnąć ją przez to samo nacięcie, w którym umieszczony jest rurka ekspandera. Po przycięciu obu rurek połącz je za pomocą metalowego adaptera.

Zabezpiecz połączenie po obu stronach adaptera, zszywając go wokół rurki. Przeciągnij rurkę przez początkowo wykonane nacięcie, tak aby system rurek został umieszczony podskórnie, a następnie wprowadź igłę o rozmiarze 21 przymocowaną do 50-mililitrowej strzykawki wypełnionej płynem przez skórę do portu ekspandera i usuń powietrze z ekspandera, pociągając za tłok. Po usunięciu całego powietrza wstrzyknij do portu ekspandera około 10 mililitrów płynu, aby potwierdzić, że napełnia się prawidłowo.

Na koniec zamknij wszystkie trzy nacięcia, zakładając szwy chirurgiczne, a następnie przystąp, zaznaczając miejsce nacięcia między dwiema siatkami po przeciwnej stronie ciała świni, aby umieścić drugi ekspander po przekątnej w stosunku do pierwszego miejsca umieszczenia ekspandera. Po znieczuleniu zwierzęcia przymocuj plastikową elastyczną taśmę mierniczą między siatkami za pomocą taśmy chirurgicznej, a następnie umieść zwierzę po jednej stronie, aby sfotografować siatkę. Bardzo ważne jest, aby robić zdjęcia pod wieloma różnymi kątami, upewniając się, że obrazy są ostre i zawierają przede wszystkim obiekt zainteresowania, a nie tło.

Zapewni to dokładną rekonstrukcję geometrii 3D, co ma kluczowe znaczenie dla analizy. Zacznij od umieszczenia aparatu nad zwierzęciem, ale pochylając się na stronę ogonową, aby uchwycić ujęcie w przybliżeniu równoległe do ziemi, gdzie wytatuowane siatki są w pełni widoczne i wypełniają kadr, a następnie poruszaj się po okręgu wokół zwierzęcia w łuku od kierunku ogonowego do rostralnego, robiąc zdjęcia po drodze i zawsze rejestrując wszystkie wytatuowane siatki w kadrze, z kratkami wypełniającymi ramę. 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.

Po sfotografowaniu obu stron zwierzęcia wykonaj krok nadmuchiwania zgodnie z obowiązującym protokołem. Najpierw oczyść skórę zwierzęcia wokół portu alkoholem izopropylowym. Następnie załaduj strzykawkę 0,9% solą fizjologiczną do wstrzykiwań i przymocuj ją do igły motylkowej o rozmiarze 25.

Następnie przymocuj igłę do portu, a następnie wstrzyknij sól fizjologiczną do ekspandera. Po iniekcji należy ponownie sfotografować siatki, tak jak poprzednio. Do wykonania rekonstrukcji cyfrowej należy skorzystać z dostępnego na rynku oprogramowania.

W tej demonstracji używany jest MVS. Zacznij od wybrania zdjęcia do 3D w lewym górnym rogu. Następnie kliknij dodaj zdjęcia, przejdź do lokalizacji obrazów i ręcznie wybierz 30 zdjęć odpowiadających jednemu modelowi, a następnie nazwij model i kliknij utwórz.

Utworzenie modelu może potrwać kilka minut. Następnie kliknij pulpit nawigacyjny po prawej stronie, aby wrócić i zobaczyć reprezentatywne obrazy modeli geometrycznych. Aby zapisać model do analizy, zaznacz go w prawym dolnym rogu, kliknij pliki do pobrania i wybierz obj.

Użyj oprogramowania opensource do przetworzenia modelu geometrycznego. Zaimportuj plik wygenerowany z oprogramowania MVS, a następnie na dole widoku 3D kliknij cieniowanie rzutni i wybierz teksturę. Poszukaj zakładki po prawej stronie widoku 3D z podmenu zawierającym cieniowanie.

W obszarze cieniowania wybierz opcję bez cieniowania, a następnie kliknij prawym przyciskiem myszy geometrię, aby ją wybrać, a u dołu widoku 3D wybierz tryb edycji, aby wyświetlić trójkątną siatkę. Teraz jeden po drugim wybierz węzły siatki, klikając prawym przyciskiem myszy i podświetlając punkt. Współrzędne punktu pojawią się na zakładce po prawej stronie widoku 3D.

Wybierz i skopiuj te współrzędne, a następnie wklej je do pliku tekstowego. Postępuj zgodnie z instrukcjami dla wszystkich punktów siatki, aby zapisać wszystkie 121 współrzędnych, a następnie postępuj zgodnie z instrukcjami w protokole tekstowym, aby ostatecznie określić ilościowo deformację na podstawie tych danych. Metodologia ta została z powodzeniem zastosowana do badania deformacji indukowanych przez różne geometrie ekspanderów.

Skupiono się na różnicach w odkształceniach regionalnych indukowanych przez ekspandery sferyczne i półksiężycowe. Oba urządzenia były wypełnione do tej samej objętości w każdym punkcie czasowym. Na podstawie zrekonstruowanych powierzchni splajnu obliczono odkształcenia przy użyciu odniesienia i zdeformowanej siatki.

Dzień zero został uznany za punkt odniesienia. Porównując koniec każdego kroku inflacji z wynikami konfiguracji odniesienia i wykresami konturowymi, przeanalizowano progresję zmiany obszaru, theta, oraz rozciąganie w dwóch kierunkach ortogonalnych, lambda. Ostatecznie przestrzenna zmienność wykresów konturowych ujawniła, że skóra była rozciągnięta bardziej w środku ekspandera niż na obrzeżach.

Co ciekawe, mimo że oba ekspandery były wypełnione do tej samej objętości, wypełnienie ekspandera w kształcie kuli wywołało większe deformacje w porównaniu z wypełnieniem ekspandera w kształcie półksiężyca. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak określić ilościowo mapy deformacji skóry za pomocą wielowidokowej analizy stereo i izogeometrycznej. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby udokumentować fotograficzny każdy etap procesu za pomocą taśmy mierniczej, aby można było skalować geometrie podczas analizy.

Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak biopsje tkanek, późniejsza analiza histochemiczna i sekwencjonowanie genomu, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące leżących u podstaw reakcji komórkowych na rozciąganie skóry.