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

Общая цель этого эксперимента заключается в количественной оценке карт деформации кожи во время расширения тканей с использованием изогеометрического анализа и многопроекционного стерео. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области реконструктивной хирургии с расширением тканей, такие как определение региональных деформаций, вызванных различными формами, размерами и темпами надувания экспандеров. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она использует вычислительный анализ и гибкие методы 3D-визуализации.

Таким образом, его можно использовать в операционной без изменения рутинной процедуры. Применение этого метода распространяется и на терапию, поскольку его можно легко перенести в клинические условия для мониторинга карт деформации кожи пациентов, подвергающихся расширению тканей. Для начала подготовьте и обезболите мини-пига Юкатан перед операцией, побрив его спинную сторону кожи бритвой.

Удалите оставшиеся волосы с помощью ленты и тщательно протрите кожу изопропиловым спиртом, чтобы очистить ее от загрязнений. Затем определите дорсальную среднюю линию на теле животного и с помощью пера отметьте дорсальные границы четырех сеток так, чтобы они располагались примерно в двух сантиметрах от дорсальной средней линии. Отметив на коже расположение первой передней сетки, оставьте трехсантиметровый зазор и отметьте положение задней сетки.

Наконец, убедитесь, что отмеченные передние и задние положения сетки симметричны по отношению к дорсальной средней линии и расположены на одинаковом надкаудальном расстоянии. После того, как места расположения сетки обозначены, подготовьте бумажный шаблон сетки размером 10 на 10 сантиметров. Для этого сильно обведите сетку, многократно раскрашивая линии шариковой ручкой, а затем обрежьте шаблон.

Затем тщательно смочите желаемый участок кожи изопропиловым медицинским спиртом, чтобы облегчить перенос трассировки сетки, и дайте излишкам спирта высохнуть на воздухе, что предотвратит вытекание чернил. Выровняйте края подготовленного шаблона сетки по отметке на коже и нанесите сетку на кожу стороной чернил вниз, затем аккуратно прижмите шаблон сетки к коже, чтобы обеспечить полный перенос чернил. Через несколько секунд медленно снимите сетку с кожи и убедитесь, что трассировка сетки была перенесена правильно.

Перед нанесением татуировки покройте сетчатую обводку вазелином, чтобы уменьшить размазывание чернил, и с помощью татуационного устройства покройте линии сетки чернилами для татуировки. После того, как первая сетка будет татуирована, перенесите на кожу животного контур для второй сетки, следя за тем, чтобы обе сетки располагались на расстоянии трех сантиметров друг от друга. После нанесения татуировки второй сетки подтвердите, что обе сетки расположены на два сантиметра латеральнее дорсальной средней линии.

После того, как четыре сетки будут татуированы, убедитесь, что они расположены на расстоянии двух сантиметров от дорсальной средней линии и раздвинуты на три сантиметра еще раз. Чтобы начать операцию, отметьте на коже обезболенной свиньи место разреза, расположенное посередине между двумя сетками, затем отметьте желаемое расположение расширителя так, чтобы он располагался в верхней части татуированной сетки. Разрежьте кожу хирургическим лезвием и с помощью ножниц создайте узкий подкожный туннель, соединяющий первоначальный разрез с областью, где будет размещен экспандер, затем тупо рассеките карман в отмеченном месте размещения экспандера.

Далее промываем созданный тоннель раствором антибиотика для предотвращения инфицирования и вводим расширитель в его подкожный карман. Как только эспандер будет на месте, отметьте места двух разрезов, прилегающих к дорсальной средней линии, которые будут использоваться для размещения порта экспандера, и сделайте надрезы скальпелем. После этого введите кровоостанавливающее средство через каудальный разрез и рассеките другой подкожный туннель, соединяющий его с разрезом, ранее использовавшимся для установки экспандера, затем захватите трубку экспандера и вытяните его через разрез каудального порта.

Используйте второй разрез, чтобы рассечь карман для размещения порта для надувания, и вставьте порт в карман. Создайте с помощью гемостата еще один подкожный туннель, соединяющий два разреза для размещения порта, затем захватите трубку порта с помощью гемостата и вытяните его через тот же разрез, где размещена трубка расширителя. Обрезав обе трубки, соедините их через металлический переходник.

Закрепите соединение с обеих сторон адаптера, наложив швы на трубку. Протяните трубку через первоначально сделанный разрез так, чтобы система трубок была размещена подкожно, затем введите иглу 21 калибра, прикрепленную к шприцу объемом 50 миллилитров, наполненному жидкостью, через кожу в порт экспандера и удалите воздух из расширителя, потянув за поршень. После того, как весь воздух будет удален, введите в порт экспандера примерно 10 миллилитров жидкости, чтобы убедиться, что она заполнена правильно.

Наконец, закройте все три разреза, наложив хирургические швы, затем отметьте место разреза между двумя сетками на противоположной стороне тела свиньи, чтобы разместить второй экспандер по диагонали по отношению к первому месту размещения экспандера. После обезболивания животного прикрепите пластиковую гибкую рулетку между сетками с помощью хирургической ленты, затем положите животное на одну сторону, чтобы сфотографировать сетку. Очень важно делать фотографии с разных ракурсов, следя за тем, чтобы изображения были сфокусированы и содержали в первую очередь интересующий объект, а не фон.

Это обеспечит точную 3D-реконструкцию геометрии, которая имеет решающее значение для анализа. Начните с расположения камеры над животным, но наклоняясь к хвостовой стороне, чтобы сделать снимок примерно параллельно земле, где татуированные сетки полностью видны и заполняют кадр, затем двигайтесь по кругу вокруг животного по дуге от каудального к ростральному направлению, делая фотографии по пути и всегда захватывая все татуированные сетки в кадре. С помощью сеток заполняем рамку. Затем расположите камеру ближе к вентральной стороне, чтобы захватить угол съемки, который примерно параллелен земле, и сделайте снимки по дуге от вентральной до дорсальной области.

После фотографирования обеих сторон животного выполните этап надувания в соответствии с действующим протоколом. Сначала очистите кожу животного вокруг порта с помощью изопропилового спирта. Затем загрузите в шприц 0,9% инъекционного физиологического раствора и прикрепите его к игле-бабочке 25 калибра.

Далее приложите иглу к порту, затем введите физиологический раствор в расширитель. После инъекции сфотографируйте сетки еще раз, как и раньше. Чтобы провести цифровую реконструкцию, используйте имеющееся в продаже программное обеспечение.

В этой демонстрации используется MVS. Начните с выбора фото в 3D в верхнем левом углу. Затем нажмите «Добавить фотографии», перейдите к расположению изображений и вручную выберите 30 фотографий, соответствующих одной модели, затем назовите модель и нажмите «Создать».

Создание модели может занять несколько минут. Затем нажмите на панель справа, чтобы вернуться к репрезентативным изображениям геометрических моделей. Чтобы сохранить модель для анализа, выберите ее в правом нижнем углу, нажмите «Загрузки» и выберите obj.

Используйте программное обеспечение с открытым исходным кодом для обработки геометрической модели. Импортируйте файл, сгенерированный программным обеспечением MVS, затем в нижней части 3D-вида нажмите на затенение видового экрана и выберите текстуру. Найдите вкладку справа от 3D-вида с подменю, содержащим затенение.

В разделе «Затенение» выберите «Без тени», затем щелкните правой кнопкой мыши геометрию, чтобы выбрать ее, и в нижней части 3D-вида выберите режим редактирования, чтобы визуализировать треугольную сетку. Теперь один за другим выберите узлы сетки, щелкнув правой кнопкой мыши и выделив точку. Координаты точки появятся на вкладке в правой части 3D-вида.

Выберите и скопируйте эти координаты, а затем вставьте их в текстовый файл. Сделайте это для всех точек сетки, чтобы сохранить все 121 координаты, затем следуйте инструкциям в текстовом протоколе, чтобы в конечном итоге количественно оценить деформацию по этим данным. Эта методология была успешно использована для изучения деформаций, индуцированных различными геометриями экспандеров.

Основное внимание уделялось вариациям региональных деформаций, индуцированным сферическими и серповидными экспандерами. Оба устройства были заполнены до одинакового объема в каждый момент времени. По восстановленным поверхностям сплайнов были рассчитаны деформации с использованием опорной и деформированной сетки.

Нулевой день считался эталонным. Сравнивая окончание каждого шага инфляции с результатами эталонной конфигурации и контурными графиками, затем была проанализирована прогрессия изменения площади, тета, и растяжение в двух ортогональных направлениях, лямбда. В конечном счете, пространственное изменение контурных графиков показало, что кожа растягивается больше в центре экспандера, чем на периферии.

Интересно, что, несмотря на то, что оба расширителя были заполнены до одного и того же объема, заполнение расширителя в форме сферы вызывало большие деформации по сравнению с заполнением расширителя в форме полумесяца. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как количественно оценить карты деформаций кожи с помощью многоракурсного стерео и изогеометрического анализа. При попытке выполнить эту процедуру важно сфотографировать каждый этап процесса с помощью рулетки, чтобы геометрию можно было масштабировать во время анализа.

После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как биопсия тканей, последующий гистохимический анализ и секвенирование генома, чтобы ответить на дополнительные вопросы об основных клеточных реакциях на растяжение кожи.