Методическая статья

Количественный штамм в свиных моделях расширения кожи с помощью Multi-View Stereo и Isogeometric кинематики

DOI:

10.3791/55052

⸱

16 апреля 2017 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Этот протокол использует мульти-вид стерео для создания трехмерных моделей (3D) из некалиброванных последовательностей фотографий, что делает его доступным и регулируются в хирургические вмешательства. карты Штамм между 3D-моделей количественно с сплайн основе isogeometric кинематики, которые облегчают представление гладких поверхностей над грубых сетках, разделяющих ту же параметризацию.

Аннотация

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

Расширение тканей - это популярная техника в пластической и реконструктивной хирургии, которая выращивает кожу in vivo для коррекции больших дефектов, таких как ожоги и гигантские врожденные невусы. Несмотря на широкое распространение, планирование и выполнение протокола расширения является сложной задачей из-за сложности измерения деформации, возникающей на каждом этапе инфляции и на протяжении всей процедуры. Количественная оценка полей деформации имеет решающее значение, так как распределение растяжения с течением времени определяет скорость и количество нарастающей кожи в конце процедуры. В этой рукописи мы представляем метод изучения расширения тканей с целью получения количественных знаний о деформациях, индуцированных в процессе расширения. Этот экспериментальный протокол включает в себя многоракурсный стерео и изогеометрический кинематический анализ в модели расширения тканей свиньи. Многовидовое стерео позволяет выполнять трехмерную геометрическую реконструкцию на основе неоткалиброванных последовательностей изображений. В изогеометрическом кинематическом анализе используются сплайны для описания региональных деформаций между гладкими поверхностями с небольшим количеством точек сетки. Наш протокол может преодолеть разрыв между фундаментальными научными исследованиями в отношении механики расширения кожи и клиническими условиями. В конечном счете, мы ожидаем, что знания, полученные с помощью нашей методологии, позволят планировать лечение с использованием компьютерного моделирования деформации кожи в персонализированной манере.

Введение

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

Расширение ткани является распространенным методом в пластической и реконструктивной хирургии , который растет в естественных условиях кожи для коррекции больших кожных дефектов 1. Нейман, в 1957 году, был первым хирургом документировать эту процедуру. Он имплантировал баллон под кожей пациента , и накачивал его постепенно в течение нескольких недель , чтобы вырастить новые ткани и возродиться ухом 2. Кожа, как и большинство биологических тканей, приспосабливается к приложенным силам и деформациям, чтобы достигнуть механического гомеостаза. При растяжении за физиологическим режим, кожа становится 3, 4. Одна из центральных преимуществ расширения ткани является производство кожи с правильной васкуляризации и тот же волос подшипника, механические свойства, цвет и текстуру , как окружающие ткани 5.

После его введения шесть десятилетий назад, кожа expansioп широко принят пластической и реконструктивной хирургии и в настоящее время используется для устранения ожогов, больших врожденных дефектов, а также для реконструкции груди после мастэктомии 6, 7. Тем не менее, несмотря на его широкое применение, процедуры расширения кожи может привести к осложнениям 8. Это отчасти из - за отсутствия достаточных количественных данных , необходимых для понимания фундаментальной mechanobiology процедуры и руководства хирург во время предоперационного планирования 9, 10. Основные параметры этого метода являются скорость наполнения, заполняя объем на инфляцию, выбор формы и размера расширителя, и размещение устройства 11, 12. Текущее предоперационное планирование опирается в основном на опыте врача, в результате широкого спектра произвольных протоколов, которые часто отличаются greatlу 13, 14, 15.

Для устранения существующих пробелов в знаниях, представляет экспериментальный протокол для количественной оценки деформации расширения индуцированных в животной модели свиньи расширения ткани. Протокол основан на использовании нескольких проекций стерео (МВС) для реконструкции трехмерного (3D) геометрии из последовательностей двумерный (2D) изображений с неизвестными положениями камеры. Применение сплайнов, представление гладких поверхностей приводит к вычислению соответствующих карт деформации с помощью isogeometric (IgA) описание. Анализ геометрии основан на теоретической основе механики сплошных сред мембран , имеющих явную параметризацию 16.

Характеризуя физиологически соответствующие деформации живых материалов в течение длительного периода времени, по-прежнему остается сложной задачей. Общие стратегиивизуализации биологических тканей включают в себя стереоскопическое корреляции цифровых изображений, коммерческие системы захвата движения с отражательными маркерами, и биплан видео рентгеноскопии 17, 18, 19. Однако эти методы требуют ограничительной экспериментальной установки, как правило , дорого, и были в основном используются для бывших естественных или острого в естественных условиях настройки. Кожа имеет то преимущество, что тонкая структура. Несмотря на то, что состоит из нескольких слоев, дермы в значительной степени ответственны за механические свойства ткани и , таким образом , деформация поверхности имеет первостепенное значение 20; разумные кинематические предположения могут быть сделаны относительно отказа от плоской деформации 21, 22. Кроме того, кожа уже подвергается воздействию внешней среды, что позволяет использовать обычные инструменты визуализации, чтобы захватить его геометрию. ЧАСпрежде чем мы предлагаем использовать МВС в качестве доступного и гибкого подхода к мониторингу виво деформации в кожи в течение нескольких недель , не мешая главно с протоколом расширения ткани. МВС представляет собой метод , который извлекает 3D представление объектов или сцен из коллекции 2D - изображений с неизвестными ракурсами 23. Только за последние три года, несколько коммерческих кодов появились (список материалов для примеров). Высокая точность модели реконструкции с MVS, с ошибками , как низко как 2% 24, делает этот подход , подходящий для кинематической характеристики кожи в естественных условиях в течение длительных периодов времени.

Для того, чтобы получить соответствующие деформационные карты кожи во время расширения ткани, точки между любыми двумя геометрическими конфигурациями совпадают. Традиционно, исследователи в области вычислительной биомеханики использовали конечные сетки элементов и обратный анализ, чтобы получить карту деформации25, 26. IGA подход используется здесь используется сплайн базисных функций , которые предлагают ряд преимуществ для анализа тонких мембран 27, 28. А именно, наличие высоких многочленов степени облегчает представления гладких геометрий даже при очень грубых сетках 29, 30. Кроме того, можно приспосабливать те же базовую настройку параметров для всех участков поверхности, которые обходят необходимость обратной задачи для учета несовпадающих дискретизаций.

Описанный здесь метод открывает новые возможности для изучения механики кожи в соответствующих настройках в естественных условиях в течение длительных периодов времени. Кроме того, мы надеемся, что наша методика является благоприятным шагом на пути к конечной цели развития вычислительных средств для персонализированного планирования лечения в клинических условиях.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

Этот протокол включает в себя эксперименты на животных. Протокол был одобрен IRB Энн и Роберта Х. Лурье детской больницы Исследовательского центра Чикаго ухода и использование животных комитета гарантировать гуманное обращение с животными. Результаты двух исследований расширения с использованием этого протокола, были опубликованы в другом месте 16, 31.

Выполнение этого протокола требует команды с дополнительным опытом. Первая часть протокола описывает хирургические процедуры на модели животных, требующая персонал с соответствующей медицинской подготовкой. Последующий анализ, в частности, разделы 4 и 5, включают основные навыки компьютерного программирования на C ++ и Python, а также использование командной строки оболочки.

1. Хирургическая процедура для размещения Expander

Примечание: Сотрудники, участвующие в операции, должны быть вымыты и gowned в стерильной форме. Sterilе полотенца и простыни применяются вокруг операционного поля для поддержания стерильности. Все инструменты, шовные и тканевые экспандеры принимаются в стерильной упаковке и обрабатываются только стерильным персоналом. Стерильность оперативного сайта не должна быть нарушена, пока процедура не завершена.

  1. Акклиматизироваться один-месяц-летний мужчина Юкатана мини - свиней в стандартный корпус в течение одной недели, и кормить вволю.
  2. В день операции, анестезию животного с помощью кетамина / Ацепромазин для индукции (4 - 6 мг / кг), а затем изофлуран для технического обслуживания. Оценка глубины анестезии путем мониторинга глазного рефлекса. Кроме того, мониторинг жизненно важных функций (частота сердечных сокращений, температура тела, частота дыхания, и / или ответ зажать с помощью щипцов ткани). Применение глазной мази для глаз для защиты от ссадин роговицы.
  3. Администрирование предварительно процедурный антибиотики и очистить кожу спины с хлоргексидином на основе хирургического мыла. Передача четыре 10 х 10 см 2 сетки, два на каждой сторонеживотное, с 1 см линии разметки на свиной кожи с использованием передачи татуировки среды. Сетки соответствуют следующим четыре регионов: левая ростральных, правые ростральному, левые хвостовой и правый хвостовых. Используйте шаблон со ссылкой средней линии, чтобы обеспечить симметричное расположение шаблонов сетки.
    1. Создание сетки на бумаге, прослеживая сетку очерчивает сильно шариковую ручку. Вымойте область на животных, где сетка должна быть помещена с изопропиловым спиртом.
    2. Применение сетки (перо с чернилами стороной вниз) непосредственно на кожу. Спирт служит для пиявки некоторых красок от бумаги, перенося сетками на кожу животного.
  4. Вводят местный анестетик (1% лидокаина с 1: 100 000 адреналина) подкожно в месте каждого планируемого разреза.
  5. Сделайте надрез по обе стороны от животного в средней точке между двумя сетками.
    Примечание: Разрезы расположены на левой и правой стороне животного между 2 сеток наэта сторона. Существует левый односторонний надрез и правый сторонний надрез
  6. Используйте кровоостанавливающий разработать подкожный туннель под сеткой интересов. После разработки туннеля, вставьте расширитель под сеткой.
    Примечание: Туннели помещаются под любой сеткой, которая будет иметь расширитель ткани.
  7. Установите порт для расширителя инфляции удаленно через подкожный туннель развитом аналогичным образом вдоль средней линии спины животного. Ремонт ран по ушиванию.
  8. В послеоперационном период лечения животного с профилактическими антибиотиками (цефтиофур 5 мг / кг внутримышечно один раз), а также анальгетики (бупренорфин 0,05 - 0,1 мг / кг) с помощью внутримышечной инъекции каждых 12 ч в течение 4-х доз, с дополнительными дозами доступными для доказательства дистресса животных.
  9. Наблюдайте животное непрерывно в течение 2 часов после операции, в том числе рутинного измерения жизненно важных признаков, пока они не возобновили ходьбу и способны поддерживать нормотермию. Дом не животное в отдельной клетке и монитор, пока ят способен самостоятельно ходить на все 4 ноги перед передачей его обратно в нормальной области жилищного и оставить его без присмотра.
  10. После Сразу после анестезии периода восстановления, проверьте животное ежедневно, чтобы оценить заживление ран. Удалить Швы 14 дней после операции. Эти разрезы не требуют перевязок. Оставьте надрезы, чтобы зажить в течение 3 - 4 недель до начала расширения

Протокол 2. Инфляция

Примечание: Выбор времени вздутий и количества раствора, используемых в каждом расширителя зависит от того, конкретный вопрос изучается. Для того, чтобы охарактеризовать влияние различных геометрий расширителя, подходящий протокол для выполнения пяти шагов инфляции на 0, 2, 7, 10 и 15 дней, чтобы достичь наполнения объемов 50, 75, 105, 165 и 225 см соответственно.

  1. Перед каждый шаг инфляции, успокоительное животное управляющего кетамин (4 - 6 мг / кг) и дексмедетомидин на 20 - 80 мкг / кг.
    Примечание: Дексмедетомидин являетсяп альфа-адренергические агонисты, которые могут быть отменены с атипамезолом (1: 1 объем: объем), чтобы облегчить более быстрое восстановление; Однако этот уровень седации не может быть достаточным, чтобы животное терпеть расширение без излишнего риска причинения вреда животному или обработчиков. Если это так, то управлять общим наркозом путем доставки изофлурана через маску вентиляцию после индукции кетамина / Ацепромазина.
  2. Приложить две пластиковые гибкие меры ленты на кожу животного с помощью хирургической ленты. Поместите меры ленты между сетками на левой и правой сторон.
  3. Поместите животное на одной стороне и приобрести 30 фотографий сцены из многих различных углов, как это возможно.
    Примечание: Цель состоит в том, чтобы захватить геометрию двух сеток, видимых, когда животное лежит вниз на одной стороне.
    1. Во-первых, положение камеры над животным и склоняется к хвостовой части, чтобы сделать снимок, где татуированные сетки полностью видимы и заполнить кадр.
    2. MОве по кругу вокруг животного в арке из хвостовых в ростральное направление, фотографирование по пути, гарантируя, что для каждой фотографии, татуированные сетки, которые видны появляются полностью в кадре.
      1. В то же время, стараются максимизировать пространство, что сетки занимают в кадре. Идеальный выстрел будет захватить спину животного с татуировкой сеток и только малыми областями фона.
    3. Затем установите камеру на брюшной стороне, чтобы захватить угол выстрела, который приблизительно параллельно земле и фотосъемку в арку из вентральной к дорсальной области.
      Примечание: Количество фотографий не является фиксированной величиной. Для хорошей реконструкции, каждая точка татуировкой сетки должна быть по крайней мере 3 фотографий; 30 фотографий в общей сложности это достаточное количество для успешной реконструкции геометрии.
  4. Поместите животное на противоположную сторону и занять 30 фотографий двухОстальные сетки следующих те же самые шаги, описанные выше.
  5. Выполните шаг инфляции путем нахождения удаленного порта и заполнений инъекционного необходимого количества солевого раствора, соответствующего протокол расширения интереса. Используйте стерильный 0,9% инъекционный раствор.
    1. Найдите порты и приготовительный на коже животного с изопропиловыми спиртовыми салфетками. Доступ к порту с помощью стерильной 25-го калибра бабочка иглы, прикрепленной к шприцу, заполненный стерильной инъекционной солевым раствором.
      Примечание: Как описано выше, порты туннелируется подкожно в положении на передней средней линии спины во время размещения расширителя.
    2. Вводят желаемое количество физиологического раствора. Пожалуйста, обратитесь к примечанию в начале данного раздела объемов инфляции инжектированных на каждом этапе процесса расширения.
  6. Повторите шаги приобретения фото после инфляции.
  7. После того, как протокол инфляции завершен, эвтаназии животных.
    1. Администрирование общегоанестезия путем доставки изофлурана через маску вентиляцию после индукции кетамина / Ацепромазина. Оценка глубины анестезии путем мониторинга глазного рефлекса. Кроме того, мониторинг жизненно важных функций (частота сердечных сокращений, температура тела, частота дыхания и / или ответа зажать пинцетом ткани).
    2. Эвтаназии животное путем внутривенной передозировки пентобарбитала 90 - 100 мг / кг. После передозировки пентобарбитала для эвтаназии, подтверждает смерть отсутствия обнаруживаемой сердцебиение с использованием пульсоксиметр и пальпации пульса, а также отсутствие спонтанных дыханий.

3. Multi-стереоизображение Реконструкция

  1. Используйте коммерчески доступное программное обеспечение для загрузки файлов изображений и реконструировать геометрические модели.
    1. Запустите программу MVS в браузере и войти.
    2. Выберите фото в 3D в верхнем левом углу.
    3. Нажмите добавить фотографии, перейдите к месту нахождения имвозраст и вручную выбрать 30 фотографий, соответствующих одной модели.
    4. Название модели и нажмите на кнопку Создать
    5. Подождите, пока модель будет создана. Это может занять несколько минут. Нажмите на панель справа , чтобы вернуться к исходной целевой странице программного обеспечения.
      Примечание: Приборная панель показывает репрезентативные изображения геометрических моделей, созданных пользователем.
    6. Поместите курсор на модель, которая только что была создана. Поместите курсор в правом нижнем углу модели изображения. Нажмите загрузки и выберите OBJ.

4. сплайн поверхности Fit

  1. для обработки геометрических моделей Использование программного обеспечения с открытым исходным кодом.
  2. Нажмите File-> Import-> OBJ , чтобы импортировать файл , созданный с помощью программного обеспечения MVS. На нижней части 3D View нажмите на Viewport Shading и Селект Texture. Посмотрите на вкладку справа от 3D - вида с подменю: Transform, Grease Pencil, View, 3D Карандаш и т.д. Нажмите на Shading и выберите Shadeless.
  3. Щелкните правой кнопкой мыши на геометрии, чтобы выбрать его. На нижней части 3D View выберите режим редактирования для визуализации треугольной сетки.
  4. Выберите один за другими узлами на см маркировок рулетки 1.
    1. Для того, чтобы выбрать точку, щелкните правой кнопкой мыши на нем и выберите пункт. Координаты для точки отображаются на вкладке на правой стороне 3D View. Выделите и скопируйте координаты выбранной точки в текстовый файл.
    2. Повторите эту операцию для всех точек на см маркировки рулетки 1.
    3. Сделайте это для обеих рулеток. Примеры координат текстовых файлов обеспечиваютд: tape1.txt, tape2.txt.
      Примечание: Если нет узлов сетки на точке интереса, подразделяют сетки до тех пор, пока узел в точке интереса. Для того, чтобы разделить сетки выбрать три вершины треугольника, нажав клавишу Shift , и щелкнув правой кнопкой мыши на вершинах. Затем нажмите на кнопку Разбить на вкладке появляется на левой стороне 3D View. Эта операция добавляет еще три узла внутри выбранного треугольника.
  5. Выберите 11 х 11 точек сетки и сохранить координаты 121 точек в текстовый файл в структуре , показанной на рисунке 1.
    1. Аналогично тому, что было сделано для рулеток, чтобы выбрать точку сетки, щелкните правой кнопкой мыши на ней, точка будет выделена. Координаты для точки будут отображаться на вкладке на правой стороне 3D View. Выделите и скопируйте координаты выбранной точки в текстовый файл
      Примечание: Нумерация точек сетки является ALWAYS каудально ростральная и от средней линии спины в сторону брюшной области. Это упорядочение гарантирует, что пространство параметров соответствуют для любых двух пластырей. В качестве примера, файл gridReference.txt , который содержит координаты 121 точек кожного пластыря обеспечивается.
  6. Скачать, скомпилировать и установить C ++ библиотеки сплайна. Файл splineLibraryInstallation.txt содержит ссылку на исходный код библиотеки сплайн и инструкции по установке.
  7. Компиляция исходного кода generateCurve.cpp генерировать исполняемый generateCurve
    Примечание: Программа generateCurve должен быть собран только один раз. Для компиляции C ++ исходный код и сгенерировать исполняемый файл следовать инструкциям в верхней части исходного кода файла generateCurve.cpp.
  8. Используйте программу generateCurve , чтобы соответствовать шлицы с рулетками и к точкам сетки. Чтобы запустить исполняемый файл в Bзолы оболочки, тип
    каталог $ ./generateCurve
    1. После запуска программы она предложит пользователю ввести путь к файлу, содержащему координаты рулеткой. Затем программа запросит имя для выходного файла. Добавьте терминации .g2 к имени файла.
      Примечание: Прекращение .g2 означает ие инструменты, и связан с библиотеками сплайна. Два примера сплайн файлов , соответствующих рулетки доступны с этим протоколом (tape1.g2, tape2.g2).
  9. Используйте скрипт scalePoints.py Python для масштабирования точек сетки. Запуск программы в командной строке Bash оболочки с тремя аргументами: имя файла точек сетки и имена файлов шлицы, соответствующие рулетками
    каталог $ питон scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
    Примечание: Сценарий scalePoints.py импортирует сценарии B_spline.py и NURBS_Curv e.py, поэтому все три сценария должен быть в той же папке.
  10. Компиляция исходного кода generateSurface.cpp генерировать исполняемый generateSurface.
    Примечание: Этот шаг нужно сделать только один раз. Более подробные инструкции можно найти в начале исходного кода файла generateSurface.cpp.
  11. Используйте программу generateSurface , чтобы соответствовать поверхности сплайн к точкам сетки. Запустите исполняемый generateSurface на Баш оболочки
    каталог $ ./generateSurface
    1. Запуск программы в оболочке запросит имя файла, содержащего масштабированные точки. Затем он запросит имя выходного файла. Добавьте терминации .g2 к выходному файлу.
      Примечание: Прекращение .g2 предлагается библиотеками сплайна и стенды для их инструментов. Файлы gridReference.g2 и gridDeformed.g2 приводятся в качестве примеров.
Заголовка "> 5. Количественное расширения-индуцированной деформации

  1. Запустите Python в командной строке Bash оболочки
    каталог $ питон
    Примечание: Python инициализирует интерпретатор, который представляет собой интерфейс , аналогичный интерфейс оболочки , которая будет показывать новую среду командной строки >>>
  2. Импорт сценария expansionIGA.py , который содержит функцию , называемую evaluateMembraneIGA
    >>> от expansionIGA импортного evaluateMembraneIGA
  3. Вызов функции evaluateMembraneIGA для расчета карт деформации.
    Примечание: Эта функция принимает в качестве аргументов:
    Имя файла опорной поверхности
    Имя файла деформированной поверхности
    Разрешение оценки (сколько баллов оцениваются в каждом направлении)
    Минимальное значение площади растяжения используется для масштабирования контура участка
    Максимальное значение площади растяжения используется для масштабирования контура участка
    Минимальное значение растяжения в продольном направлении с намиред масштабировать контуры
    Максимальное значение растяжения в продольном направлении используется для масштабирования контуров
    Минимальное значение простирания в поперечном направлении используется для масштабирования контуров
    Максимальное значение растяжения в поперечном направлении используется для масштабирования контуров
    Расстояние между линиями сетки на контурном участке
    Имя выходного файла
    1. Например, запустить
      >>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0,5, 2, 0,5, 2, 0,5, 25, 'деформации')
      Примечание: Эта команда будет создавать и сохранять шесть выходных файлов. Обратите внимание , что последний аргумент в приведенном выше примере является деформация выходного файла, таким образом, файлы , которые будут сгенерированы являются:
      deformation_theta.png: контурная участок площади участка
      deformation_theta.txt: таблица значений , соответствующих контур участок зона растяжения
      deformation_G1.png: контур участка натяжного Алонг продольная ось животного
      deformation_G1.txt: таблица значений , соответствующих контур участок тянется вдоль продольной оси животного
      deformation_G2.png: контурный график компоненты растягивания в поперечных осях животного
      deformation_G2.txt: таблица значений , соответствующих контур участок компонента на участке в поперечных осях животного
      Примечание: Не следует путать прекращение сплайн файлов, .g2, с вектором G2. Сплайн файлы заканчивая .g2 следуя правилам именования библиотеки сплайна. С другой стороны, векторы G1 и G2 обозначают продольные и поперечные направления по отношению к животным.
      Примечание: Файлы контура создаются с различными особенностями в четырех углах, чтобы облегчить интерпретацию пространства параметров: Black пиксельных: большинство хвостовых, наиболее дорсальной точки; Красный угол пикселя: МОСт ростральный, наиболее дорсальная точка; Зеленый угол пикселя: наиболее каудально, наиболее вентральной точка; Синий пиксель угол: наиболее ростральной, наиболее вентральной точка.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Эта методика была успешно использована для изучения деформации , вызванной различным расширитель геометрии: прямоугольник, сферой и серповидных расширителями 31, 32. Результаты, соответствующие сферы и полумесяц расширителей обсуждаются в следующем. На рисунке 2 показаны три стадии реконструкции модели MVS. Отправной точкой является коллекция фотографий из статической сцены. Животное с татуировкой сеток и рулетка...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Здесь мы представили протокол для характеристики деформации, индуцированной в ходе процедуры расширения тканей в модели свиньи с использованием нескольких проекций стерео (MVS) и isogeometric кинематики (IgA кинематики). Во время расширения ткани, кожа претерпевает большие деформации, идущие от гладкой и относительно плоской поверхности к куполообразной форме 3D. Кожа, как и другие биологические мембраны 34, реагирует растягиваться, производя новый материал, увеличиваясь в области , которая...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

SThe авторы не имеют ничего раскрывать.

Благодарности

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

Эта работа была поддержана грантом NIH 1R21EB021590-01A1 для Аруна Госаина и Эллен Кул.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Юкатан миниатюрные свиньиSinclair Bioresources, Windham, MEN/A
АнтибиотикиSanta Cruz Animal Health, Пасо Роблес, CAsc-362931RxЦефтиофур, дозировка 5 мг/кг внутримышечное
хирургическое мыло на основе хлоргексидинаCardinal Health, Дублин, ОгайоAS-4CHGL(4-32)4% хлоргексидина глюконат хирургический скраб для рук
Средство для переноса татуировок Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WATRANSFТрафарет термотрансферная бумага для татуировок
Лидокаин с эпинефриномACE Surgical Supply Co, Броктон, Массачусетс001-1423Лидокаин гидрохлорид 1% (ксилокаин) - Эпинефрин 1:100 000, 20 мл
БупренорфинZooPharm, Виндзор, CO1 мг/мл замедленного высвобождения, дозировка 0,01 мг/кг внутримышечно
Цифровая камераSonyAlpha33Стандартный цифровой фотоаппарат с 18 - 35  мм объектива, диафрагма 3.5 - 5.6. Используется в автоматическом режиме, без вспышки
РулеткаMedline, Mundelein, IllinoisNON171330Выдвижная рулетка, ткань, пластиковый кейс, 72 дюйма
Расширители тканейPMT, Chanhassen, MN03610-06-024 см x 6 см, прямоугольные, 120 куб. см, 3610 серия 2 ступени расширитель тканей со стандартным портом
ReCap360AutodeskN/AMVS Программное обеспечение, Веб-приложение: recap360.autodesk.com
BlenderBlender FoundationN/AПрограммное обеспечение для компьютерной графики, открытый исходный код: blender.org
SISLSINTEFN/AC++ spline libraries, открытый исходный код: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Tissue ExpansionMulti View StereoIsogeometric AnalysisStrain QuantificationPorcine ModelSkin Deformation3D ReconstructionGrid TattooingExpander InflationRegional Strains

Похожие статьи