Summary
Dit protocol maakt gebruik van multi-view stereo driedimensionale (3D) modellen van niet-gekalibreerde sequenties foto genereren, waardoor het betaalbaar en instelbaar is op een chirurgische omgeving. Stam kaarten tussen de 3D-modellen worden gekwantificeerd-spline gebaseerde isogeometric kinematica, waarin zowel gladde oppervlakken in grove mazen met dezelfde parametrisering vergemakkelijken.
Introduction
Weefselexpansie is veelvuldig toegepast in plastische en reconstructieve chirurgie die huid groeit in vivo voor het corrigeren van grote huiddefecten 1. Neumann, in 1957, was de eerste chirurg om deze procedure te documenteren. Hij geïmplanteerd een ballon onder de huid van een patiënt en opgeblazen geleidelijk over een periode van enkele weken tot nieuw weefsel groeien en weer de kop opsteken een oor 2. Huid, zoals de meeste biologische weefsels, past zich aan uitgeoefende krachten en vervormingen om mechanische homeostase te bereiken. Trekkracht dan de fysiologische regeling, huid groeit 3, 4. Een van de belangrijkste voordelen van weefseluitbreiding is de productie van huid met goede vascularisatie en hetzelfde haar lager, mechanische eigenschappen, kleur en patroon als het omringende weefsel 5.
Na de introductie zes decennia geleden, huid expansion is op grote schaal door plastische en reconstructieve chirurgen vastgesteld en wordt momenteel gebruikt om brandwonden, grote aangeboren afwijkingen en voor borstreconstructie na mastectomie 6, 7 corrigeren. Toch, ondanks het wijdverbreide gebruik, de huid procedures expansie kan leiden tot complicaties 8. Dit is deels te wijten aan het ontbreken van voldoende kwantitatieve gegevens die nodig zijn om de fundamentele Mechanobiologie van de procedure te begrijpen en om de chirurg te begeleiden tijdens de preoperatieve planning 9, 10. Sleutelparameters die bij deze techniek het vulgedeelte, vulvolume per opblazen, de keuze van de vorm en grootte van de uitbreiding en de plaatsing van de inrichting 11, 12. Huidige preoperatieve planning grotendeels op de ervaring van de arts, wat resulteert in een breed scala van willekeurige protocollen die verschillen vaak greatly 13, 14, 15.
De huidige kennishiaten te pakken, geven we een experimenteel protocol om uitzetting veroorzaakte deformatie te kwantificeren in een varkensmodel diermodel weefselexpansie. Het protocol is gebaseerd op het gebruik van multi-view stereo (MVS) om driedimensionale (3D) reconstructie geometrie van sequenties van tweedimensionale (2D) beelden met onbekende cameraposities. Gebruikmakend splines, weergave van gladde oppervlakken leidt tot het berekenen van de overeenkomstige vervorming kaarten via een isogeometric (IGA) Beschrijving. De analyse van de geometrie is gebaseerd op het theoretisch kader van continuümmechanica van membranen met een expliciete parametrisatie 16.
Karakteriseren van fysiologisch relevante vervormingen van levende materialen gedurende lange perioden van tijd nog steeds een uitdagend probleem. Gemeenschappelijke strategieën voorbeeldvorming van biologische weefsels omvatten stereoscopische digital image correlation, commerciële motion capture systemen met reflecterende markers en tweedekker video fluoroscopie 17, 18, 19. Echter, deze technieken vereisen een beperkende experimentele opstelling, zijn over het algemeen duur, en zijn voornamelijk gebruikt voor ex vivo of acute in vivo-instellingen. Huid heeft het voordeel dat een dunne structuur. Hoewel het uit meerdere lagen, de dermis is grotendeels verantwoordelijk voor de mechanische eigenschappen van het weefsel en daardoor het oppervlak vervormen van primair belang 20; kinematische redelijke veronderstellingen worden gemaakt over de deformatie buiten het vlak 21, 22. Bovendien wordt de huid reeds blootgesteld aan de buitenomgeving, waardoor het mogelijk conventionele beeldvormende instrumenten te gebruiken om de geometrie te vangen. Heer stellen we het gebruik van MVS als een betaalbare en flexibele benadering van in vivo vervormingen van de huid gedurende enkele weken volgen zonder majorly interfereren met weefselexpansie protocol. MVS is een techniek die 3D-voorstellingen van objecten of scènes uittreksels uit een collectie van 2D-beelden met onbekende camera angles 23. Pas in de laatste drie jaar hebben verschillende commerciële codes verscheen (zie de lijst van materialen voor voorbeelden). De hoge nauwkeurigheid van het model reconstructie met MVS, met fouten zo laag als 2% 24, maakt deze aanpak geschikt voor de kinematische karakterisering van de huid in vivo gedurende lange tijd.
De overeenkomstige vervorming kaarten huid tijdens weefselexpansie verkrijgen, worden punten tussen twee geometrische configuraties voldoen. Conventioneel, onderzoekers in computationele biomechanica hebben eindige elementen mazen en inverse analyse gebruikt om de vervorming kaart op te halen25, 26. De IGA benadering even werkzaam gebruikt spline basisfuncties deze is beter voor de analyse van dunne membranen 27, 28 bieden. Namelijk, de beschikbaarheid van hoge graad veeltermen vergemakkelijkt representaties van gladde geometrieën zelfs met zeer grof mazen 29, 30. Daarnaast is het mogelijk om dezelfde onderliggende parametrisering aanpassen aan alle oppervlakte patches, die de noodzaak van een inverse probleem om rekening te houden met niet-congruente discretisaties omzeilt de.
De hier beschreven methode opent nieuwe mogelijkheden voor de huid mechaniek in relevante in vivo instellingen gedurende lange tijd te bestuderen. Bovendien, we hebben goede hoop dat onze methodologie is een activerende stap op weg naar het uiteindelijke doel van het ontwikkelen van computationele instrumenten voor persoonlijke planning van de behandeling in de klinische setting. </ P>
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dit protocol omvat dierproeven. Het protocol werd goedgekeurd door de IRB van Ann en Robert H. Lurie Children's Hospital van Chicago Research Center Animal Care en gebruik Comite om humane behandeling van dieren te garanderen. De resultaten van beide compensatoren studies met dit protocol zijn elders gepubliceerd 16, 31.
Uitvoering van dit protocol vereist een team met complementaire expertise. Het eerste deel van het protocol beschrijft de chirurgische procedure op het diermodel, waarbij personeel met de juiste medische opleiding. De volgende analyse, in het bijzonder hoofdstukken 4 en 5, omvatten elementaire computer programmeren in C ++ en Python, en het gebruik van een command line shell.
1. Chirurgische Procedure voor Expander Placement
LET OP: Personeel betrokken bij de operatie moet worden geschrobd en gewaden in een steriele wijze. Sterile handdoeken en gordijnen worden toegepast rond de chirurgische veld om de steriliteit te behouden. Alle instrumenten, hechtingen en weefselexpanders worden ontvangen steriel verpakt en behandeld door steriele personeel. Steriliteit van de operatieve site mag niet worden overtreden totdat de procedure is voltooid.
- Acclimatiseren één maand oude mannelijke Yucatan mini varkens standaard behuizing voor een week, en voer ad libitum.
- Op de dag van de operatie, het verdoven dier via ketamine / acepromazine voor inductie (4-6 mg / kg), vervolgens isofluraan onderhoud. Evalueer de diepte van de anesthesie door het bewaken van de ooglidreflex. Ook bewaken vitale functies (hartslag, lichaamstemperatuur, ademhalingsfrequentie en / of reactie op knijpen door weefsel tang). Breng oogzalf om de ogen te beschermen tegen het hoornvlies schaafwonden.
- Dien pre-procedurele antibiotica en het reinigen van de dorsale huid met chloorhexidine gebaseerde chirurgische zeep. Transfer vier 10 x 10 cm2 netten, twee aan elke zijde van dedier, met 1 cm belijning op de varkenshuid behulp tatoeage overdrachtsmedium. De roosters overeen met de volgende vier gebieden: rostrale links, rechts rostrale, caudale linker en rechter caudale. Gebruik een sjabloon met een middellijn verwijzing naar de symmetrische plaatsing van de rasterpatronen waarborgen.
- Maak de roosters op papier door het traceren van het raster schetst zwaar met een balpen. Was de plek op het dier waarbij het rooster met isopropylalcohol worden geplaatst.
- Breng het rooster (pen inkt naar beneden) direct op de huid. De alcohol dient om een deel van de inkt uit bloedzuiger van het papier, het overdragen van de raster om de dierlijke huid.
- Injecteren plaatselijke verdoving (1% lidocaïne met 1: 100.000 epinefrine) subcutaan op de plaats van elke geplande incisie.
- Een insnijding aan weerszijden van het dier in het midden tussen de twee rasters.
OPMERKING: De incisies worden aan de linker- en rechterzijde van het dier geplaatst tussen de 2 roostersdie kant. Er is een linker eenzijdig incisie en een rechter eenzijdige incisie - Gebruik een hemostaat om een subcutane tunnel onder het rooster van belang te ontwikkelen. Na het ontwikkelen van een tunnel, plaatst de zwelinrichting onder het rooster.
Opmerking tunnels worden onder alle raster dat een weefseluitzetter zal geplaatst. - Plaats de poort expander opblazen afstand via een subcutane tunnel ontwikkeld op een soortgelijke wijze langs de dorsale middellijn van het dier. Reparatie wonden door hechten.
- Postoperatief behandelen dier met profylactische antibiotica (Ceftiofur 5 mg / kg IM eenmaal) en analgetica (buprenorfine 0,05-0,1 mg / kg) via intramusculaire injectie elke 12 uur gedurende 4 weken met additionele doses vindt bewijs voor dieren leed.
- Observeer de dieren onafgebroken gedurende 2 uur na de operatie, met inbegrip van routinematige controle van de vitale functies, totdat ze ambulation hebben hervat en zijn in staat om normothermia handhaven. Huis van het dier in een aparte kooi en de monitor tot it kan zelfstandig lopen alle 4 poten vóór de overdracht naar de normale behuizing stippellijn u deze achterlaat.
- Naar aanleiding van de onmiddellijk na verdoving herstelperiode, controleren dieren dagelijks om wondgenezing te evalueren. Verwijder de hechtingen 14 dagen na de operatie. Deze insnijdingen niet dressings nodig. Laat de incisies te genezen voor 3-4 weken voor het begin van de uitbreiding
2. Inflatie Protocol
LET OP: De timing van de inflaties en de hoeveelheid oplossing die in elk expander is afhankelijk van de specifieke vraag wordt bestudeerd. Om het effect van verschillende geometrieën expander karakteriseren een geschikt protocol tot vijf inflatie stappen uit te voeren bij 0, 2, 7, 10, en 15 dagen om het vullen volumes 50, 75, 105, 165 en 225 cc respectievelijk bereiken.
- Vóór elke inflatie stap verdoven van het dier toedienen ketamine (4-6 mg / kg) en dexmedetomidine bij 20-80 gg / kg.
OPMERKING: Dexmedetomidine is eenn alfa-adrenergische agonist die kan worden omgekeerd atipamezol (1: 1 volume: volume) sneller herstel te bevorderen; dit kan echter sedatieniveau ongeschikt zijn voor het dier expansie tolereren zonder onnodig risico voor beschadiging van het dier of hanteren. Als dit het geval is, het beheer van algemene anesthesie door het leveren van isofluraan via maskerventilatie volgende ketamine / acepromazine inductie. - Bevestig twee flexibele kunststof meetlinten aan de huid van het dier met behulp chirurgische tape. Plaats de meetlinten tussen de roosters aan de linker- en rechterkant.
- Leg het dier aan de ene kant en het verwerven van 30 foto's van de scène uit zoveel verschillende hoeken mogelijk te maken.
Opmerking: Het doel is de geometrie van de twee rasters zichtbaar te vangen wanneer het dier bepalen op één zijde.- Ten eerste plaats de camera boven het dier en geneigd de caudale kant, een schot waar de getatoeëerde roosters volledig zichtbaar vangen en vullen het frame.
- Move in een cirkelvormig patroon rond het dier boog tussen caudaal van de rostrale richting fotografeert onderweg, zodat voor elke foto, de getatoeëerde rasters die zichtbaar zijn geheel weergegeven in het frame.
- Op hetzelfde moment, proberen om de ruimte die de roosters te bezetten in het frame te maximaliseren. Een ideaal schot zou de rug van het dier met de getatoeëerde roosters en slechts kleine gebieden van de achtergrond vast te leggen.
- Vervolgens plaatst de camera op de ventrale zijde van een schot hoek die nagenoeg evenwijdig is aan de grond en fotograferen in een boog van de ventrale naar de dorsale gebied vangen.
NB: Het aantal foto's is geen vaste waarde. Voor een goede reconstructie dient elk punt van de getatoeëerde rooster in tenminste 3 foto's; 30 foto's in totaal is een voldoende hoeveelheid voor een succesvolle reconstructie geometrie.
- Plaats het dier aan de andere kant en neemt 30 foto's van de tweeoverblijvende rasters volgens dezelfde bovenstaande stappen.
- Voer de inflatie stap voor het vinden van de afstand vulopening en het injecteren van de vereiste hoeveelheid zoutoplossing die overeenkomt met de uitbreiding protocol van belang. Gebruik steriele injecteerbare 0,9% zoutoplossing.
- Zoek de havens en prep over de huid van het dier met isopropylalcohol doekjes. Toegang tot de haven met een steriele 25-gauge vlindernaald bevestigd aan een spuit met een steriele injecteerbare zoutoplossing.
Opmerking: Zoals hierboven beschreven, worden de poorten subcutaan getunneld naar een positie op de voorste middenlijn dorsum tijdens expander plaatsing. - Injecteer de gewenste hoeveelheid zoutoplossing. Raadpleeg de opmerking aan het begin van dit hoofdstuk voor de inflatie volumes geïnjecteerd bij elke stap van de uitbreiding proces.
- Zoek de havens en prep over de huid van het dier met isopropylalcohol doekjes. Toegang tot de haven met een steriele 25-gauge vlindernaald bevestigd aan een spuit met een steriele injecteerbare zoutoplossing.
- Herhaal de foto acquisitie stappen na het opblazen.
- Zodra de inflatie protocol is voltooid, euthanaseren dieren.
- Dien algemeneanesthesie door het leveren van isofluraan via maskerventilatie volgende ketamine / acepromazine inductie. Evalueer de diepte van de anesthesie door het bewaken van de ooglidreflex. Ook bewaken vitale functies (hartslag, lichaamstemperatuur, ademhalingsfrequentie en / of reactie op knijpen met weefsel tang).
- Euthanaseren het dier door intraveneuze overdosis pentobarbital 90-100 mg / kg. Na overdosis pentobarbital om euthanasie, bevestigt dood door de afwezigheid van detecteerbare hartslag met behulp van een pulsoximeter en hartslag palpatie en de afwezigheid van spontane ademhaling.
3. Multi-view Stereo Reconstructie
- Gebruik in de handel verkrijgbare software om het beeld bestanden te uploaden en te reconstrueren de geometrische modellen.
- Start de MVS-software op de browser en meld u aan.
- Selecteer Photo naar 3D op de linker bovenhoek.
- Klik op foto's toevoegen, bladert u naar de locatie van de imleeftijden en handmatig selecteren van de 30 foto's die overeenkomen met een enkel model.
- Noem het model en klik creëren
- Wacht tot het model moet worden gemaakt. Dit kan enkele minuten duren. Klik op het dashboard op de rechter om terug te gaan naar de oorspronkelijke landing page van de software.
NB: Het dashboard toont representatieve beelden van de geometrische modellen die zijn gemaakt door de gebruiker. - Plaats de cursor op het model dat zojuist is gecreëerd. Plaats de cursor op de rechterbenedenhoek imago van het model van. Klik downloads en selecteer obj.
4. Spline oppervlakte Fit
- Gebruik open source software om de geometrische modellen te verwerken.
- Klik File-> Import-> obj om het bestand gegenereerd uit de MVS-software te importeren. Op de bodem van de 3D-weergave op Viewport Shading en Select Textuur. Kijk voor een lipje aan de rechterkant van de 3D-weergave met de submenu's: Transform, Grease Pencil, View, 3D Potlood, etc. Klik op Shading en selecteer Shadeless.
- Klik met de rechtermuisknop op de geometrie te selecteren. Op de bodem van de 3D-weergave te selecteren Edit Mode aan de driehoekige mesh te visualiseren.
- Selecteer één voor één de knooppunten op de 1 cm markeringen van het meetlint.
- Om een punt te selecteren, klik met de rechtermuisknop op, en selecteert u het punt. Coördinaten voor het punt op het lipje aan de rechterzijde van de 3D-weergave. Selecteer en kopieer de coördinaten van het geselecteerde punt naar een tekstbestand.
- Herhaal deze handeling voor alle punten op de 1 cm markeringen van het meetlint.
- Doe dit voor beide meetlinten. Voorbeelden van de coördinatie van tekstbestanden zijn voorziend: tape1.txt, tape2.txt.
LET OP: Als er geen knooppunten van het netwerk op het punt van belang, te verdelen het gaas totdat er een knooppunt op het punt van belang. Onderverdelen het gaas selecteert de drie hoekpunten van een driehoek door te drukken op Shift-toets en rechts te klikken op de hoekpunten. Klik vervolgens op de knop Verdeel op het tabblad die op de linkerkant van de 3D-weergave. Deze operatie voegt drie meer knooppunten in de geselecteerde driehoek.
- Selecteer 11 x 11 punten van het raster en sla de coördinaten van de punten 121 een tekstbestand in de in figuur 1 patroon.
- Analoog aan wat er is gedaan voor de meetlinten, op een punt van het raster te selecteren, klik met de rechtermuisknop op het, zal het punt worden gemarkeerd. Coördinaten voor het punt zal verschijnen op het lipje aan de rechterzijde van de 3D-weergave. Selecteer en kopieer de coördinaten van het geselecteerde punt naar een tekstbestand
NB: De nummering van de grid punten alwegen caudaal rostrale en de dorsale middellijn naar het buikgebied. Deze ordening garandeert dat de parameter ruimte is consistent zijn voor elke twee patches. Als voorbeeld wordt het bestand gridReference.txt die de coördinaten van 121 punten van een huidpleister bevat verschaft.
- Analoog aan wat er is gedaan voor de meetlinten, op een punt van het raster te selecteren, klik met de rechtermuisknop op het, zal het punt worden gemarkeerd. Coördinaten voor het punt zal verschijnen op het lipje aan de rechterzijde van de 3D-weergave. Selecteer en kopieer de coördinaten van het geselecteerde punt naar een tekstbestand
- Download, compileren en installeren C ++ spline bibliotheken. Het bestand splineLibraryInstallation.txt bevat de link naar de broncode van de spline bibliotheken en instructies voor de installatie.
- Compileren de broncode generateCurve.cpp naar het uitvoerbare generateCurve genereren
OPMERKING: Het programma generateCurve hoeft slechts één keer te worden opgesteld. Deze C ++ broncode compileert en genereert een uitvoerbaar de instructies bovenaan de broncode bestand generateCurve.cpp. - Gebruik het programma generateCurve om splines te passen aan de meetlinten en aan het net punten. Om het programma te starten in een Bas shell type
directory $ ./generateCurve- Bij het uitvoeren van het programma, zal het de gebruiker te vragen om in het pad naar het bestand met de coördinaten van het meetlint. Dan zal het programma vragen om een naam voor de output file. Voeg de beëindiging .G2 aan de bestandsnaam.
LET OP: De beëindiging .G2 staat voor go gereedschappen, en wordt geassocieerd met de spline bibliotheken. Twee voorbeelden van spline bestanden uit de categorieën meetlinten zijn beschikbaar met dit protocol (tape1.g2, tape2.g2).
- Bij het uitvoeren van het programma, zal het de gebruiker te vragen om in het pad naar het bestand met de coördinaten van het meetlint. Dan zal het programma vragen om een naam voor de output file. Voeg de beëindiging .G2 aan de bestandsnaam.
- Gebruik de Python-script scalePoints.py om het raster punten schaal. Voer het programma in een Bash shell prompt met drie argumenten: de bestandsnaam van de grid punten en de bestandsnamen van de spieën die overeenkomt met de meetlinten
directory $ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
LET OP: Het script scalePoints.py importeert de scripts B_spline.py en NURBS_Curv e.py, dus alle drie de scripts moeten in dezelfde map. - Compileren de broncode generateSurface.cpp het uitvoerbare generateSurface genereren.
LET OP: Deze stap hoeft slechts één keer te worden gedaan. Meer gedetailleerde instructies zijn beschikbaar in het begin van de broncode bestand generateSurface.cpp. - Met het programma generateSurface een spie oppervlak geschikt om de roosterpunten. Start het uitvoerbare generateSurface op de Bash shell
directory $ ./generateSurface- Het uitvoeren van het programma in een shell zal vragen om de bestandsnaam die de geschaalde punten. Dan zal vragen om de naam van de output file. Voeg de beëindiging .G2 om de output bestandsnaam.
LET OP: De beëindiging .G2 wordt gesuggereerd door de spline bibliotheken en staat voor go gereedschap. De bestanden gridReference.g2 en gridDeformed.g2 zijn bedoeld als voorbeelden.
- Het uitvoeren van het programma in een shell zal vragen om de bestandsnaam die de geschaalde punten. Dan zal vragen om de naam van de output file. Voeg de beëindiging .G2 om de output bestandsnaam.
- Start Python in de Bash shell prompt
directory $ python
OPMERKING: Python initialiseert de tolk, dat is een interface die lijkt op de schelp die een nieuwe command line omgeving zal laten zien >>> - Importeer het script expansionIGA.py die een functie genaamd evaluateMembraneIGA bevat
>>> van expansionIGA import evaluateMembraneIGA - Roep de functie evaluateMembraneIGA de vervorming kaarten te berekenen.
OPMERKING: Deze functie heeft als argumenten:
Bestandsnaam van het referentieoppervlak
Bestandsnaam van het vervormde oppervlak
Resolutie van de evaluatie (hoeveel punten worden geëvalueerd in elke richting)
Minimumwaarde van oppervlakteverstrekverhouding gebruikt om de contour plotschaal
Maximumwaarde van oppervlakteverstrekverhouding gebruikt om de contour plotschaal
Minimumwaarde van rek in langsrichting onsed aan de contouren schalen
Maximumwaarde van rek in langsrichting van de contouren gebruikte schalen
Minimumwaarde van rek in dwarsrichting van de contouren gebruikte schalen
Maximumwaarde van rek in dwarsrichting van de contouren gebruikte schalen
Afstand tussen rasterlijnen in de contourgrafiek
Output filename- Voer bijvoorbeeld
>>> evaluateMembraneIGA (gridReference.g2 ', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0,5, 2, 0,5, 2, 0,5, 25, 'vervorming')
LET OP: Deze opdracht zal genereren en op te slaan zes output bestanden. Merk op dat het laatste argument in het bovenstaande voorbeeld is de output bestandsnaam vervorming, dus de bestanden die worden gegenereerd, zijn:
deformation_theta.png: contourgrafiek van de oppervlakteverstrekverhouding
deformation_theta.txt: tabel van waarden die overeenkomen met de contour plot van oppervlakteverstrekverhouding
deformation_G1.png: contourgrafiek van de rek along de langsas van het dier
deformation_G1.txt: tabel van waarden die overeenkomen met de contourgrafiek van strekt zich uit langs de lengteas van het dier
deformation_G2.png: contourgrafiek van de rek component in de dwarsas van het dier
deformation_G2.txt: tabel van waarden die overeenkomen met de contourgrafiek van de component van de rek in de dwarsas van het dier
LET OP: Niet te verwarren de beëindiging van de spline-bestanden, .G2, met de vector G2. De spline bestanden eindigend .G2 na de naamgeving van de spline-bibliotheek. Anderzijds, de vectoren G1 en G2 geven de langs- en dwarsrichtingen ten opzichte van het dier.
LET OP: De contour bestanden worden gegenereerd met verschillende functies op de vier hoeken van de interpretatie van de parameter ruimte te vergemakkelijken: Black pixel: de meeste caudale, meest dorsale punt; Red pixel hoek: most rostrale meeste dorsale punt; Green pixel hoek: de meeste caudale, meest ventrale punt; Blue pixel hoek: de meeste rostrale, meest ventrale punt.
- Voer bijvoorbeeld
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Deze methode is met succes toegepast om de deformatie geïnduceerd door verschillende geometrieën expander studeren: rechthoek, bol en toenemende expanders 31, 32. De resultaten die overeenkomen met de sfeer en halve maan expanders worden nu besproken. Figuur 2 toont de drie stappen van MVS modelwederopbouw. Het uitgangspunt is een verzameling van foto's uit een statische scene. Het dier met de getatoeëerde roosters en meetlinten lag nog steeds de foto's werden genomen vanuit verschillende hoeken. De MVS algoritme aangepast functies tussen de foto's te extraheren 3D-coördinaten. Als resultaat werd een geometrisch model bestaat uit een driehoekige maas met textuur gegenereerd.
De hier beschreven protocol kan worden gebruikt om verschillende aspecten van het weefsel expansieproces te onderzoeken. de variatiesregionale stammen geïnduceerd door bol en toenemende uitbreidingen is een belangrijk aspect van het expansieproces omdat het leidt tot regionale verschillen in de hoeveelheid huid gekweekt. Beide apparaten werden gevuld tot hetzelfde volume op elk tijdstip. Vijf inflatie stappen werden bij 0, 2, 7, 10, en 15 dagen om het vullen volumes 50, 75, 105, 165 en 225 cc genereren. Figuur 3 toont foto's van de geëxpandeerde huid rasters aan het einde van elke stap inflatie. De expanders uitgerekte huid en de vervorming was duidelijk door de vervorming van het rooster in de tijd.
Voor elke configuratie van het rooster is een spline oppervlak gegenereerd zoals beschreven in het hoofdstuk protocol. Vervormingen werden berekend door het kiezen van een referentie en een vervormd rooster zoals in figuur 1. De resultaten van twee verschillende soorten analyses worden besproken. De chronische de deformatie, de varkens op dag 0 werd geselecteerd als thij referentie configuratie en in vergelijking met alle andere tijdstippen. Het vergelijken van het einde van elke stap inflatie de referentieconfiguratie resultaten in de contour plots figuur 4. De hier gepresenteerde methode extraheert drie maten vervorming. Het gebied verandering wordt aangeduid θ, de rek in de lengterichting wordt genoemd λ G1 en G2 λ is de rek in de dwarsrichting, zoals getoond in figuur 1. Het verloop van de veranderingen en strekt gebied in de twee orthogonale richtingen voor bol en crescent expanders zijn afgebeeld in Figuur 4. Spline oppervlakken algemeen glad en daardoor de overeenkomstige contour plots waren glad. Niettemin, de grofheid van de maas bleek uit de contouren die ter kenmerken vertoonde. Een fijner raster zou de betrouwbaarheid van de vervorming kaarten te verhogen. Toch is de verschillen tussen de verschillende expander geometrieën was meteen apparent en kwantificeerbaar. Hoewel beide expanders werden tot hetzelfde volume, de sferische expansie induceerde een grotere deformatie. De ruimtelijke variatie van de contour plots bleek dat huid werd gerekt in het midden van de zwelinrichting opzichte van de omtrek van het rooster. De resultaten zijn samengevat in tabel 1.
Een tweede was gebaseerd op de bepaling van de acute vervorming bij elke stap inflatie. In dit geval is de referentieconfiguratie was het net juist voor expansie en de vervormde rooster was dat direct na de stap opblazen. De vervormingen geïnduceerd bij elke stap inflatie waren opmerkelijk vergelijkbaar gemiddeld tussen de verschillende tijdstippen. De samenvatting is opgenomen in tabel 2. Gemiddeld is de vervorming dicht bij 1 (waarbij 1 de afwezigheid van vervorming zou zijn). Inspectie van de contourkaarten figuur 5 toonde duidelijk ruimtevariaties. Hoewel er vrijwel geen vervorming gemiddeld werden sommige zones van het net gestrekt terwijl anderen verkleind ten opzichte van de referentie. Net als bij de analyse van de chronische vervorming, het centrum van de regio's waren degenen die het meest uitgerekt.
In zowel de acute als chronische gevallen, longitudinale en transversale rek vertoonde een duidelijke trend indicatief anisotropie. Huid, zoals de meeste collageenachtige weefsels toont een voorkeurs vezeloriëntatie bijdraagt aan een anisotrope mechanische respons 25. Bij huid in de rug van een varken worden gedacht vezels in dwarsrichting 33 worden uitgelijnd. Onze experimenten toonden dat gedurende expansie huid, de rek in de langsrichting waren altijd groter dan die in de dwarsrichting. Dit gold voor zowel de bol en de halve maan expanders, op alle tijdstippen, en voor de acute en chronische vervorming Contours. Dit resultaat ondersteunt de hypothese dat de huid anisotropie vervormingen geïnduceerd tijdens een weefselexpansie procedure kan beïnvloeden.
Figuur 1: netconfiguraties en Parameter Space. Roosters getatoeëerd op de rug van de dieren en gefotografeerd met meetlinten ingesteld om de geometrische modellen (boven) schaal. Deformatie tussen een referentie- en een gedeformeerde konfiguratie wordt gekenmerkt door drie variabelen: de stippellijn θ verandering, longitudinale rek λ G1 en G2 transversale rek λ (boven). Het rooster altijd geparametriseerd door nummering betrekking altijd van caudaal naar rostraal en naar dorsale ventrale richting (linksonder). De uitgang van de analyse is een contourgrafiek via parameterruimte. De contouren zijn aangegeven op de hoeken met één beeldpunt die takes de kleur zwart, rood, groen en blauw, om de identificatie van de staart, rostrale, dorsale en ventrale zijden (rechtsonder) te vergemakkelijken. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Multi-view Stereo Reconstructie van een expansieproces. MVS is een algoritme van computer vision die als invoer foto's uit verschillende hoeken met onbekende cameraposities (links). Het algoritme overeenkomt met kenmerken over de beelden naar 3D-coördinaten (midden) te vinden. De uitvoer van het algoritme is een driehoekige maas met de textuur bedekte (rechts). (Figuur aangepast met toestemming van 31) Gelieve te klikkenhier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Uitbreiding Sphere en Toenemende expanders. Bol (bovenste rij) en halve maan (onderste rij) expanders werden onder de getatoeëerde huid op de rug van een varken aangebracht en opgepompt op dag 0, 2, 7, 10, en 15 dagen om het vullen volumes genereren 50, 75, 105, 165 en 225 cc. (Figuur aangepast met toestemming van 31). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4: Chronic vervorming geïnduceerd door Sphere en Toenemende expanders. De getatoeëerde roosters omgezet om oppervlakken spline analyse (rijen 1 en 2).Van verwijzing naar het rooster op dag 0 zijn, werden drie maten deformatie berekend. Specifieke veranderingen vertoonden steeds hogere waarden over de tijd, met een hogere vervorming in het middengebied van de expander en hogere vervorming in het gebied ten opzichte van de sikkel (rijen 3 en 4). Longitudinale stukken (rijen 5 en 6) leken strekt dit zich tijdens dwarse stukken (rijen 7 en 8) bevatte banden van vervorming en minder rek ten opzichte van de langsrichting. (Figuur aangepast met toestemming van 31) Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5: Acute vervorming geïnduceerd door Sphere en Toenemende expanders. Met als referentie de configuratie vlak voor een opblaas stap, en datvervormde configuratie onmiddellijk na injectie oplossing naar een expandeerder, acute vervormingen berekend. Vervorming kaarten werden gladde echter enige randeffecten waren merkbaar en de grofheid van de discretisatie bleek uit puntvormige patronen van vervorming. gebied verandert (rijen 1 en 2) vertoonden regionale variatie met hogere rek in het gebied dat overeenkomt met de expander. Strekt waren vergelijkbaar in de verschillende tijdstippen. Dezelfde trend is waargenomen voor longitudinale stukken (rijen 3 en 4). Transversale rek (rijen 5 en 6) vertoonde meer uniforme verdeling en lagere waarden vergeleken met de longitudinale behuizing. (Figuur aangepast met toestemming van 31) Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
| Time [dagen] | Volume [cc] | Area verandering θ | Longitudinale rek λ G1 | Transversale rek λ G2 | |||||||
| max | min | avg | max | min | avg | max | min | avg | |||
| 0 | gebied | 50 | 1.44 | 0.71 | 0.98 | 1.37 | 0.76 | 1 | 1.17 | 0.84 | 0,97 |
| 0 | halve maan | 50 | 1.46 | 0.76 | 0.98 | 0.79 | 1 | 1.17 | 0.84 | 0.98 | |
| 2 | gebied | 75 | 1.74 | 0.68 | 1.08 | 1.51 | 0.73 | 1.08 | 1.19 | 0.75 | 1 |
| 2 | halve maan | 75 | 1.43 | 0.66 | 1 | 1.31 | 0.65 | 1 | 1.26 | 0.77 | 1 |
| 7 | gebied | 105 | 0.01 | 0,69 | 1.21 | 1.7 | 0.75 | 1.13 | 1.32 | 0.84 | 1.07 |
| 7 | halve maan | 105 | 1,66 | 0,83 | 1.15 | 1.4 | 0.87 | 1.11 | 1.33 | 0.86 | 1.03 |
| 10 | gebied | 165 | 2.26 | 0.74 | 1.36 | 1.76 | 0.77 | 1.21 | 1.39 | 0,83 | 1.11 |
| 10 | halve maan | 165 | 1.86 | 0.87 | 1.26 | 1.58 | 0.8 | 1.15 | 1.45 | 0,83 | 1.09 |
| 15 | gebied | 225 | 2.77 | 0.72 | 1.52 | 2.01 | 0,69 | 1.29 | 1.47 | 0,89 | 1.18 |
| 15 | halve maan | 225 | 1.87 | 0,83 | 1.32 | 1.46 | 0.84 | 1.17 | 1.44 | 0.92 | 1.14 |
| 21 | gebied | 225 | 3.09 | 0.93 | 1.7 | 2.13 | 0.9 | 1.33 | 1.62 | 0.98 | 1.27 |
| 21 | halve maan | 225 | 2.25 | 0.87 | 1.49 | 1,66 | 0.85 | 1.25 | 1.67 | 0.96 | 1.2 |
Tabel 1: Overzicht van chronische Vervorming. Stammen werden berekend door de initiële configuratie als referentie en vergelijking van de pleisters aan het einde van elke stap inflatie ten opzichte daarvan. Het gemiddelde van de vervorming toegeschreven aan de bol expansie bereikt 1,70 op dag 21, terwijl de toenemende expansie vervormd 1,49 in gebied eind expansie. Er was aanzienlijke ruimtelijke variatie en maximale en minimale waarden varieerden ten opzichte van het gemiddelde. De longitudinale stukken bereikte 1,33 en 1,25 voor de bol crescent expanders respectievelijk terwijl transversale stukken lager waren, met waarden van 1,27 en 1,20. (Tabel aangepast met toestemming van
NHOUD" fo: keep-together.within-page = '1'> Tabel 2:.. Samenvatting van acute Vervorming Stammen werden berekend door de configuratie vóór het uitzetten als de referentie en de configuratie onmiddellijk na het opblazen stap de gedeformeerde raster On gemiddeld zowel de bol crescent expanders werd dezelfde ontwikkeling waargenomen, met waarden dicht bij 1, dat geen vervorming zou aangeven. vanwege ruimtelijke variaties we gemeten maximale gebied verandert zo hoog als 1,60 voor de bol en 1,50 voor de sikkel waren. de strekt zich in langs- en dwarsrichting waren anisotroop, met de maximale waarden van longitudinale rek bijna altijd hoger dan de transversale rek. (Tabel aangepast met toestemming van 31) Time [dagen] expander Volume [cc] Area verandering θ Longitudinale rek λ G1 Transversale rek λ G2 max min avg max min avg max min avg 0 gebied 50 1.32 0.72 0.98 1.44 0.75 1 1.23 0.83 0,97 0 halve maan 50 1.5 0.71 0.98 1.3 0.8 1 1.21 0.84 0.98 2 gebied 75 1.36 0,69 0.98 1.26 0.66 1 1.2 0.8 0.98 2 halve maan 75 1.31 0.61 0.98 1.24 0.8 1.01 1.34 0.68 0,97 7 gebied 105 1.4 0.79 0.98 1.3 0.57 1 1.2 0.77 0.98 7 halve maan 105 1.37 0.59 1 1.6 < / Td> 0,83 1.02 1.16 0.77 0.98 10 gebied 165 1.6 0.73 1.01 1.35 0.6 1.02 1.25 0.75 0.99 10 halve maan 165 1.48 0.58 1.01 1.42 0.75 1.02 1.22 0.77 1 15 gebied 225 1.27 0.73 1.01 1.35 0.55 1.02 1.22 0.79 0.98 15 halve maan 225 1.34 0.54 1.02 1.37 0.8 1.02 1.32 0,81 1
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hier presenteerden we een protocol om de vervormingen geïnduceerd tijdens een weefselexpansie procedure in een varkensmodel behulp van multi-view stereo (MVS) en isogeometric kinematica (IGA kinematica) te karakteriseren. Tijdens weefselexpansie, huid ondergaat grote vervormingen gaande van een glad en relatief vlak oppervlak tot een koepelachtige vorm 3D. Huid, zoals andere biologische membranen 34, reageert op rekken produceren nieuw materiaal, waardoor op plaatsen die vervolgens kan worden gebruikt voor reconstructieve doeleinden 35. Daarom nauwkeurige bepaling van het traject door een expander is cruciaal voor de mechanismen die de aanpassing van de huid te reguleren begrijpen. Planning van een expansieprocedure uitdagend omdat weefselexpanders er in verschillende maten en vormen, de rek verdeling niet uniform over het gehele uitgezette stippellijn is afhankelijk van de locatie en inflatie 11,ref "> 36. Het hebben van een protocol goed te schatten-expansie geïnduceerde vervorming en kunnen oplossen grote stammen, 3D-vormen, en regionale verschillen, opent nieuwe wegen om de mechanische regeling van de huid groei te bestuderen, en kan uiteindelijk leiden tot kwantitatieve preoperatieve planning gereedschappen . naar dat doel, ontwikkelden we een niet-invasieve, betaalbaar en flexibel methodologie om vervorming te meten in een varkensmodel van huid uitbreiding 32.
kritische stappen
Diermodellen voor weefseluitbreiding zijn goed gekarakteriseerd voor meer dan twee decennia 37. Porcine huid vertoont vergelijkbare eigenschappen als menselijk omhulsel. Bovendien huid expansie in varkens volgt op een soortgelijke procedure als hij zou worden gedaan bij de mens 38. De weefseluitbreiding procedure is de basis voor het succes van dit protocol. Ervaren chirurgen, experts in weefselexpansie, voerde de technique in het dier hier gepresenteerde model.
Huid wordt geschikt blootgesteld aan de buitenomgeving en het is een dun membraan derhalve de vervorming kan worden gekenmerkt door het volgen punten op het oppervlak 17. MVS biedt een flexibele en betaalbare techniek om 3D huid vervormingen in vivo te bestuderen gedurende een lange periode van tijd. Dit algoritme neemt als input een reeks foto's van een statische scène en maakt gebruik van feature matching over de foto's om 3D-coördinaten te halen. MVS reconstructie en de daaropvolgende kinematische analyse mate afhangen van de foto overname stappen van het protocol.
Wijzigingen en problemen oplossen
Tijdens weefselexpansie, kan de inrichting van het net te migreren als gevolg van verplaatsing van dieren en losraken van de zak waarin de expander oorspronkelijk geplaatst. Wanneer het uitgebreide gebied verplaatst buiten het raster, moet de expander worden leeggelaten en verwijderd. dit probleem is opgetreden gebruik van het protocol in een van de acht rasters 31, 32. Expanders kan ook lek als ze defect of doorboord tijdens de inflatie protocol. Dit doet afbreuk aan ook de geldigheid van het experiment en de veiligheid van het dier, dus de uitbreiding moeten worden verwijderd. Dit probleem is opgetreden met dit protocol in één van de acht rasters 31, 32.
MVS reconstructie kan een uitdaging zijn voor een aantal sets van foto's als gevolg van lichteffecten, gebrek aan focus, en achtergrondgeluiden 23 zijn. Hoewel de commerciële tools voor het MVS zijn krachtig, als de resultaten niet nauwkeurig genoeg op het eerste, zijn de volgende stappen voor probleemoplossing altijd het probleem verholpen in op onze ervaring: met de hand op de achtergrond op de foto's te verwijderen; selecteer een subset van foto's met scherpere focus en gooi wazig images; handmatig matching punten over foto's te selecteren in de commerciële software-interface.
Beperkingen van de Techniek
Zoals hierboven besproken, varkens integument lijkt op humane 38 niettemin er nog steeds verschillen. Derhalve wordt een varkensmodel niet verwacht volledig voorspellend humaan weefselexpansie protocollen 37 zijn. Een andere beperking van het protocol is het ontbreken van commerciële gereedschappen of gebruiksvriendelijke software om de geometrische modellen te analyseren. Momenteel, wanneer de geometrie worden gegenereerd door MVS De analyse wordt uitgevoerd met interne code die bestaat uit C ++ en Python scripts. Terwijl aan de ene kant, de voorgestelde werkwijze is creatief en biedt een betaalbare, handige manier om de mechanica van zacht weefsel gedurende een lange periode van tijd te bestuderen, de data-analyse is afhankelijk van de technologieën die alleen populair zijn geweest voor de afgelopen tien jaar 27. om circumvent deze beperking, bieden wij onze uitvoering van spline subroutines met deze inzending. Nog een beperking is de beperking van een getatoeëerde raster om chronische vervormingen te volgen. De behoefte aan een getatoeëerde raster belemmert de vertaling van het protocol bij klinische settings.
Betekenis van de techniek met betrekking tot bestaande / Alternative Methods
Momenteel artsen zijn overwegend gebaseerd op hun ervaringen tijdens preoperatieve planning weefselexpansie procedures, die heeft geleid tot een groot aantal willekeurige protocollen die vaak sterk verschillen 13, 14, 15. Het protocol hier gepresenteerde lost bestaande kennis leemten door het kwantificeren expansie veroorzaakte vervorming in een varken diermodel weefselexpansie. Voor zover de auteur, is dit het eerste protocol om continue deformatie kaarten op aanzienlijke plekken op de huid weefsel te kwantificeren <sup class = "xref"> 31, 32.
Het protocol is innovatief, non-invasieve, betaalbaar en flexibel; het berust op recente ontwikkelingen in de computer vision algoritmen, zoals MVS, en numerieke analyse zoals IGA kinematica. MVS is intens gevorderd in het afgelopen decennium bereiken reconstructiefouten zo laag als 2% 24. De stijging in de handel verkrijgbare software en open source code toont de hoge populariteit van deze methode 41. MVS is betaalbaar omdat het vereist alleen een digitale camera en foto's worden genomen zonder kalibratie van de camera positie. In tegenstelling tot andere technieken, zoals stereo reconstructie vereisen extra hardware om de locatie van de camera 17 te besturen. MVS is flexibel omdat het in diverse scenario's kan worden uitgevoerd zolang foto's zijn genomen vanuit verschillende hoeken. Dit is een functie die meer rele wordtvant bij het overwegen van een mogelijke klinische toepassing. Daarentegen andere technieken zoals motion tracking vereisen een specifieke situatie en kunnen niet worden uitgevoerd op een willekeurige plaats 18. Nog een kenmerk van MVS is de productie van 3D-geometrieën. Andere technieken, zoals digitale beeldcorrelatie (DIC), hebben de voorkeur voor 2D motion tracking-39. De hier gepresenteerde resultaten toonde de mogelijkheid van commerciële algoritmen om trouw te reconstrueren van de 3D-vormen geïnduceerd tijdens weefselexpansie.
Van de 3D-geometrie, vervormingen moeten worden berekend. Dit protocol gebaseerd op het gebruik van spie oppervlak IGA kinematica. Splines zijn nuttig omdat enkele controlepunten parametriseren gladde geometrieën hoge continuïteit die nodig zijn voor het analyseren van dunne membranen 40. Het grootste voordeel van splines in deze toepassing is de notie van een parametrische ruimte. Andere technieken, zoals eindige elementen, gebrek aan een globale parameter domein. Hoewel dit geschikt voor bepaalde problemen zoals simulatie van onregelmatige pleisters (bijvoorbeeld pleisters met gaten) met een expliciete parametrisatie maakt de bepaling trajecten tussen twee configuraties op een eenvoudige manier. Zo werden twee verschillende analysen hier: chronische en acute vervormingen. De spanningen in de roosters met dit protocol te berekenen is het voldoende om de vertanding van de twee oppervlakken van belang zijnde aangezien alle oppervlakken dezelfde parameter domein.
Tijdens weefselexpansie, huid reageert op de uitgeoefende vervorming door groei in oppervlaktegebied, produceren nieuwe omhulling die vervolgens kan worden toegepast voor reconstructieve chirurgie. Karakteriseren van klinisch relevante vervormingen van de huid gedurende een lange periode van tijd kan ons begrip van de Mechanobiologie van dit orgaan te verbeteren, alsmede in staat stellen de ontwikkeling van kwantitatieve preoperatieve gereedschappen. Het protocol beschreven haare specifiek ingegaan op de noodzaak van een experimenteel ontwerp met mogelijke vertaling naar de klinische setting.
Toekomstige toepassingen of richtingen na Mastering deze techniek
De broncode die wordt gebruikt in dit protocol kan gemakkelijk worden aangepast aan andere toepassingen en in gebruiksvriendelijker implementaties kunnen worden opgenomen. Die bij dit document zijn routines spline basisfuncties evalueren, parametriseren continue velden via spline oppervlakken die continu gebieden integreren en bereken vervorming gradiënten, membraan en buigspanningen. We verwachten dat dit broncode zal blijven evolueren naar een tool die uiteindelijk kan worden gebruikt in echte klinische toepassingen van weefselexpansie evenals in staat andere toepassingen. Een andere toekomstige werkterrein is de verfijning van dit protocol om rekening te houden met de mechanische eigenschappen en spanningen in het weefsel en niet alleen kinematica.
frOM klinisch relevante perspectief is dit protocol kunnen regionale verschillen weefsel vervorming, alsmede tussen verschillende expander vormen en inflatie 31, 32 kwantificeren. Verder onderzoek is nodig om door te gaan naar het effect van verschillende expansie parameters op het weefsel respons te beoordelen. Bovendien verdere verfijning van het varkensmodel met de nadruk op de biologische mechanismen van adaptatie kan helpen ophelderen fundamentele mechanismen reguleren aanpassing huid over te belasten. Het uiteindelijke doel is om het protocol te valideren in een varken model om het te vertalen naar de klinische setting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Sde auteurs hebben niets te onthullen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Yucatan miniature swine | Sinclair Bioresources, Windham, ME | N/A | |
| Antibiotics | Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CA | sc-362931Rx | Ceftiofur, dosage 5 mg/kg intramuscular |
| Chlorhexidine-based surgical soap | Cardinal Health, Dublin, OH | AS-4CHGL(4-32) | 4% chlorhexidine gluconate surgical hand scrub |
| Tattoo transfer medium | Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WA | TRANSF | Stencil thermal tattoo transfer paper |
| Lidocaine with epinephrine | ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA | 001-1423 | Lidocaine Hcl 1% (Xylocaine) - Epinephrine 1:100,000, 20 mL |
| Buprenorphine | ZooPharm, Windsor, CO | 1 mg/mL sustained release, dosage 0.01 mg/kg intramuscular | |
| Digital camera | Sony | Alpha33 | Standard digital camera with 18 - 35 mm lens, 3.5 - 5.6 aperture. Used in automatic mode, no flash |
| Tape measure | Medline, Mundelein, Illinois | NON171330 | Retractable tape measure, cloth, plastic case, 72 inches |
| Tissue expanders | PMT, Chanhassen, MN | 03610-06-02 | 4 cm x 6 cm, rectangular, 120 cc, 3610 series 2 stage tissue expander with standard port |
| ReCap360 | Autodesk | N/A | MVS Software, Web application: recap360.autodesk.com |
| Blender | Blender Foundation | N/A | Computer Graphics Software, open source: blender.org |
| SISL | SINTEF | N/A | C++ spline libraries, open source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/ |
References
- 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).
- 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).
- De Filippo, R. E., Atala, A. Stretch and growth: the molecular and physiologic influences of tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 109, 2450-2462 (2002).
- 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).
- LoGiudice, J., Gosain, A. K. Pediatric Tissue Expansion: Indications and Complications. J Craniofac Surg. 14, 866-866 (2003).
- Rivera, R., LoGiudice, J., Gosain, A. K.
- Marcus, J., Horan, D. B., Robinson, J. K. Tissue expansion: Past, present, and future. J Am Acad Dermatol. 23, 813-825 (1990).
- 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).
- Pietramaggiori, G., et al. Tensile Forces Stimulate Vascular Remodeling and Epidermal Cell Proliferation in Living Skin. Ann Surg. 246, 896-902 (2007).
- Khalatbari, B., Bakhshaeekia, A. Ten-year experience in face and neck unit reconstruction using tissue expanders. Burns. 39, 522-527 (2013).
- 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).
- van Rappard, J. H., Molenaar, J., van Doorn, K., Sonneveld, G. J., Borghouts, J. M.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Park, S. I., Hodgins, J. K. Capturing and animating skin deformation in human motion. ACM Trans Graph. 25, 881-881 (2006).
- Rausch, M. K., et al. In vivo dynamic strains of the ovine anterior mitral valve leaflet. J Biomech. 44, 1149-1157 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Furukawa, Y., Ponce, J. Dense 3D motion capture for human faces. 2009 IEEE CVPR. , (2009).
- 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).
- Weickenmeier, J., Jabareen, M., Mazza, E. Suction based mechanical characterization of superficial facial soft tissues. J Biomech. 48, 4279-4286 (2015).
- 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).
- Echter, R., Oesterle, B., Bischoff, M. A hierarchic family of isogeometric shell finite elements. Comput Methods Appl Mech Eng. 254, 170-180 (2013).
- 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).
- Chen, L., et al. Explicit finite deformation analysis of isogeometric membranes. Comput Methods Appl Mech Eng. 277, 104-130 (2014).
- 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).
- 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).
- Rose, E. H., Ksander, G. A., Vistnes, L. M. Skin tension lines in the domestic pig. Plast Reconstr Surg. 57, 729-732 (1976).
- Rausch, M. K., Kuhl, E. On the mechanics of growing thin biological membranes. J Mech Phys Solids. 63, 128-140 (2014).
- Argenta, L. C. Controlled tissue expansion in reconstructive surgery. Br J Plast Surg. 37, 520-529 (1984).
- Hudson, D. Maximising the use of tissue expanded flaps. Br J Plast Surg. 56, 784-790 (2003).
- Bartell, T. H., Mustoe, T. A. Animal models of human tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 83, 681-686 (1989).
- Belkoff, S. M., et al. Effects of subcutaneous expansion on the mechanical properties of porcine skin. J Surg Res. 58, 117-123 (1995).
- 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).
- 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).
- Changchang, W. VisualSFM: A Visual Structure from Motion System. , Available from: http://ccwu.me/vsfm/index.html (2011).
