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

Общая цель данного эксперимента заключается в количественном определении карт деформации кожи в процессе экспансии тканей с использованием изогеометрического анализа и многоракурсной стереофотограмметрии. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области реконструктивной хирургии с применением экспансии тканей, такие как определение региональных деформаций, вызванных различными формами, размерами и скоростями наполнения экспандеров. Основным преимуществом данной методики является использование вычислительного анализа и гибких методов 3D-визуализации.

Таким образом, метод может быть использован в операционной без изменения стандартного хода процедуры. Значение данной методики распространяется и на терапию, поскольку ее легко перенести в клинические условия для мониторинга карт деформации кожи у людей, проходящих процедуру экспансии тканей. Для начала подготовьте и анестезируйте мини-пига породы Yucatan для проведения операции, сбрив шерсть с кожи спины с помощью бритвы.

Удалите оставшиеся волоски с помощью липкой ленты и тщательно протрите кожу изопропиловым спиртом, чтобы очистить ее от загрязнений. Затем определите срединную линию спины животного и с помощью маркера отметьте дорсальные границы четырех сеток так, чтобы они располагались примерно в двух сантиметрах от срединной линии спины. Отметив на коже место расположения первой передней сетки, оставьте промежуток в три сантиметра и отметьте положение задней сетки.

Наконец, убедитесь, что отмеченные передние и задние точки сетки симметричны относительно дорсальной срединной линии и расположены на одинаковом супракаудальном расстоянии. После разметки точек сетки подготовьте бумажный шаблон сетки размером 10 сантиметров на 10 сантиметров. Для этого обведите контуры сетки, несколько раз проведя по линиям шариковой ручкой, а затем обрежьте шаблон.

Затем тщательно смочите выбранный участок кожи изопропиловым спиртом для облегчения переноса сетки, и дайте излишкам спирта высохнуть на воздухе, чтобы предотвратить растекание чернил. Совместите края подготовленного шаблона сетки с разметкой на коже и приложите сетку к коже чернильной стороной вниз, затем осторожно прижмите шаблон к коже, чтобы обеспечить полный перенос чернил. Через несколько секунд медленно снимите сетку с кожи и убедитесь, что отпечаток сетки был перенесен правильно.

Перед нанесением татуировки покройте разметку сетки вазелином, чтобы уменьшить размазывание чернил, и с помощью тату-машинки заполните линии сетки татуировочной краской. После нанесения первой сетки перенесите на кожу животного разметку для второй сетки, убедившись, что обе сетки расположены на расстоянии трех сантиметров друг от друга. После нанесения второй сетки подтвердите, что обе сетки находятся в двух сантиметрах латеральнее срединной линии спины.

После татуирования четырех сеток убедитесь, что они расположены в двух сантиметрах от дорсальной срединной линии и разнесены между собой на расстоянии трех сантиметров. Для начала операции отметьте на коже анестезированной свиньи место разреза, расположенное посередине между двумя сетками, затем отметьте желаемое место установки экспандера так, чтобы он находился в верхней части татуированной сетки. Сделайте разрез кожи хирургическим лезвием и с помощью ножниц сформируйте плотный подкожный туннель, соединяющий начальный разрез с областью предполагаемого размещения экспандера, после чего путем тупой диссекции сформируйте карман в отмеченном месте установки экспандера.

Затем промойте созданный туннель раствором антибиотика для предотвращения инфекции и введите экспандер в его подкожный карман. После установки экспандера отметьте места двух разрезов рядом с дорсальной срединной линией, которые будут использоваться для размещения порта экспандера, и выполните разрезы скальпелем. После этого введите гемостат через каудальный разрез и препарируйте еще один подкожный туннель, соединяющий его с разрезом, который ранее использовался для установки экспандера, затем захватите трубку экспандера и вытяните ее через разрез каудального порта.

Используйте второй разрез для препарирования кармана под установку порта для наполнения, затем введите порт в сформированный карман. С помощью гемостата создайте еще один подкожный туннель, соединяющий два разреза для установки портов, затем захватите трубку порта гемостатом и выведите ее через тот же разрез, где установлена трубка экспандера. После подрезания обоих концов трубок соедините их с помощью металлического адаптера.

Закрепите соединение с обеих сторон адаптера, наложив швы вокруг трубки. Протяните трубку через первоначальный разрез так, чтобы система трубок располагалась подкожно, затем введите через кожу в порт экспандера иглу калибра 21G, присоединенную к шприцу объемом 50 мл, заполненному жидкостью, и удалите воздух из экспандера, потянув поршень на себя. После удаления всего воздуха введите в порт экспандера примерно 10 мл жидкости, чтобы подтвердить правильность ее заполнения.

Наконец, зашейте все три разреза с помощью хирургических швов, затем отметьте место разреза между двумя сетками на противоположной стороне тела свиньи, чтобы установить второй экспандер по диагонали относительно места установки первого экспандера. После анестезии животного закрепите между сетками гибкие пластиковые измерительные ленты с помощью хирургического пластыря, затем положите животное на бок, чтобы сфотографировать сетку. Крайне важно делать фотографии с разных ракурсов, следя за тем, чтобы изображения были сфокусированы и содержали преимущественно объект исследования, а не фон.

Это обеспечит точную реконструкцию 3D-геометрии, что имеет решающее значение для анализа. Начните с размещения камеры над животным с наклоном в каудальную сторону, чтобы сделать снимок примерно параллельно поверхности земли, при котором татуированные сетки полностью видны и заполняют кадр; затем перемещайтесь по кругу вокруг животного по дуге от каудального к ростральному направлению, делая фотографии по ходу движения, при этом все татуированные сетки всегда должны оставаться в кадре и заполнять его. Далее расположите камеру со стороны вентральной поверхности так, чтобы угол съемки был примерно параллелен поверхности земли, и сделайте серию фотографий по дуге от вентральной области к дорсальной.

После фотографирования животного с обеих сторон выполните этап раздувания в соответствии с используемым протоколом. Сначала очистите кожу животного вокруг порта изопропиловым спиртом. Затем наполните шприц 0.9% раствором для инъекций физиологического раствора и подсоедините его к бабочковой игле 25 G.

Затем подсоедините иглу к порту и введите физраствор в экспандер. После инъекции снова сфотографируйте сетки, как и в предыдущий раз. Для цифровой реконструкции используйте имеющееся в продаже программное обеспечение.

В данной демонстрации используется MVS. Начните с выбора функции photo to 3D в верхнем левом углу. Затем нажмите add photos, перейдите к папке с изображениями и вручную выберите 30 фотографий, относящихся к одной модели, после чего присвойте модели имя и нажмите create.

Создание модели может занять несколько минут. Затем нажмите «dashboard» (панель управления) справа, чтобы вернуться к просмотру репрезентативных изображений геометрических моделей. Чтобы сохранить модель для анализа, выберите ее в правом нижнем углу, нажмите «downloads» (загрузки) и выберите «obj».

Используйте программное обеспечение с открытым исходным кодом для обработки геометрической модели. Импортируйте файл, созданный в ПО MVS, затем в нижней части 3D-вида нажмите на «viewport shading» (шейдинг окна просмотра) и выберите «texture» (текстура). Найдите вкладку в правой части 3D-вида с подменю, содержащим пункт «shading» (шейдинг).

В меню Shading выберите режим Shadeless, затем щелкните правой кнопкой мыши по геометрии, чтобы выделить ее, и в нижней части 3D-вида перейдите в режим Edit Mode для визуализации треугольной сетки. Теперь поочередно выбирайте узлы сетки, щелкая правой кнопкой мыши и подсвечивая точку. Координаты точки появятся на вкладке в правой части 3D-вида.

Выберите и скопируйте эти координаты, затем вставьте их в текстовый файл. Повторите эту процедуру для всех точек сетки, чтобы сохранить все 121 координаты, а затем следуйте инструкциям в текстовом протоколе для итогового количественного определения деформации на основе этих данных. Данная методика была успешно применена для изучения деформации, вызванной различными геометриями расширителей.

Основное внимание было уделено вариациям региональных деформаций, вызванных сферическими и серповидными расширителями. В каждый момент времени оба устройства заполнялись до одного и того же объема. На основе реконструированных сплайн-поверхностей расчет деформаций проводился с использованием эталонной и деформированной сеток.

День ноль был принят за точку отсчета. Путем сравнения результатов в конце каждого этапа раздувания с исходной конфигурацией и анализом контурных графиков была изучена динамика изменения площади, угла theta и растяжения в двух ортогональных направлениях, lambda. В конечном итоге пространственное распределение на контурных графиках показало, что кожа в центре экспандера растягивалась сильнее, чем на периферии.

Интересно, что, несмотря на заполнение обоих экспандеров до одного и того же объема, заполнение экспандера сферической формы вызвало более значительные деформации по сравнению с заполнением экспандера в форме полумесяца. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как количественно оценить карты деформации кожи с помощью многовидового стереоскопического метода и изогеометрического анализа. При выполнении этой процедуры важно фотографически документировать каждый этап процесса с использованием измерительных лент, чтобы геометрию можно было масштабировать во время анализа.

После выполнения этой процедуры можно применить другие методы, такие как биопсия тканей, последующий гистохимический анализ и секвенирование генома, чтобы получить ответы на дополнительные вопросы о клеточных реакциях, лежащих в основе растяжения кожи.