Summary
Dieses Protokoll verwendet Multi-View-Stereo dreidimensionale (3D) Modelle aus unkalibrierten Sequenzen von Fotografien zu erzeugen, ist es erschwinglich und einstellbar auf eine chirurgische Einstellung vornehmen. Dehnungs Karten zwischen den 3D-Modelle sind mit Spline-basierte Isogeometrische Kinematik quantifiziert, die sich über die gleiche Parametrisierung teilen grobe Maschen Darstellung glatten Oberflächen erleichtern.
Introduction
Gewebeexpansion ist eine übliche Technik in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie , die Haut in vivo für die Korrektur von großen Hautdefekten 1 wächst. Neumann, im Jahr 1957, war der erste Chirurg dieses Verfahren zu dokumentieren. Er implantiert , um einen Ballon unter der Haut eines Patienten und aufgeblasen es nach und nach über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis neues Gewebe zu wachsen und ein Ohr 2 wieder auftauchen. Haut, wie die meisten biologischen Geweben, passt sich ausgeübten Kräfte und Verformungen, um mechanische Homöostase zu erreichen. Wenn über die physiologischen Regime gestreckt, wächst Haut 3, 4. Einer der zentralen Vorteile der Gewebeexpansion ist die Herstellung von Haut mit der richtigen Vaskularisierung und der gleichen Haar Lager, mechanische Eigenschaften, Farbe und Textur als das umgebende Gewebe 5.
Nach seiner Einführung vor sechs Jahrzehnten, Haut expansion wurde von plastischen und rekonstruktiven Chirurgen weithin angenommen und derzeit Verbrennungen, große angeborene Defekte zu korrigieren und für die Brustrekonstruktion nach Mastektomie 6, 7 verwendet wird. Doch trotz seiner weiten Verbreitung, Hautexpansionsverfahren kann zu Komplikationen 8 führen. Dies ist zum Teil auf den Mangel an ausreichendem quantitativen Nachweis erforderlich , um die grundlegende Mechanobiologie des Verfahrens zu verstehen und die Chirurgen während der präoperativen Planung 9, 10 zu führen. Schlüsselparameter in dieser Technik sind die Füllrate, Volumen pro Inflation Füllung, wobei die Auswahl der Form und Größe des Expanders und die Anordnung der Vorrichtung 11, 12. Aktuelle präoperativen Planung stützt sich weitgehend auf die Erfahrung des Arztes, in einer Vielzahl von beliebigen Protokollen führt, die oft greatl abweichen13 y, 14, 15.
Um die aktuellen Wissenslücken sprechen, stellen wir ein experimentelles Protokoll expansions induzierte Verformung in einem porcinen Tiermodell der Gewebeexpansion zu quantifizieren. Das Protokoll beruht auf der Verwendung von Multi-View-Stereo (MVS) dreidimensionale (3D) Geometrien aus Sequenzen von zweidimensionalen (2D) Bildern mit unbekannten Kamerapositionen zu rekonstruieren. Verwendung von Keilen, die Abbildung der glatten Oberfläche führt zu der Berechnung der entsprechenden Verformungs Karten mittels einer Isogeometrische (IGA) Beschreibung. Die Analyse der Geometrie basiert auf den theoretischen Rahmen der Kontinuumsmechanik von Membranen eine explizite Parametrisierung mit 16.
Charakterisieren physiologisch relevante Verformungen der Materialien über lange Zeiträume hinweg lebt nach wie vor ein schwieriges Problem. Gemeinsame Strategien fürBildgebung von biologischen Geweben umfasst stereoskopische Bildkorrelation, kommerzielle Bewegungserfassungssysteme mit reflektierenden Markern und biplane Video Fluoroskopie 17, 18, 19. Jedoch erfordern diese Techniken einen restriktiven Versuchsaufbau, sind in der Regel teuer, und haben für ex vivo oder akute in vivo - Einstellungen in erster Linie verwendet. Haut hat den Vorteil, eine dünne Struktur ist. Auch wenn es aus mehreren Schichten besteht, sind die Dermis weitgehend verantwortlich für die mechanischen Eigenschaften des Gewebes und damit die Oberflächenverformung ist von vorrangiger Bedeutung 20; angemessenen kinematischen Annahmen können 21, 22 in Bezug auf die aus der Ebene Verformung erfolgen. Außerdem wird die Haut bereits an die äußeren Umgebung ausgesetzt, es möglich zu verwenden herkömmliche Imaging-Tools machte seine Geometrie zu erfassen. Here schlagen wir die Verwendung von MVS als kostengünstige und flexible Ansatz zur in vivo Verformungen der Haut über mehrere Wochen zu überwachen , ohne majorly mit einem Gewebeexpansion Protokoll zu stören. MVS ist eine Technik , die 3D - Darstellungen von Objekten oder Szenen aus einer Sammlung von 2D - Bildern mit unbekannter Kamera extrahiert Winkel 23. Erst in den letzten drei Jahren haben mehrere kommerzielle Codes erschienen (Liste der Materialien für siehe Beispiele). Die hohe Genauigkeit der Modellrekonstruktion mit MVS, mit Fehlern so niedrig wie 2% 24, macht diesen Ansatz geeignet für die kinematische Charakterisierung der Haut in vivo über längere Zeiträume.
Um die entsprechende Verformung Karten von Haut während der Gewebeexpansion, Punkte zwischen zwei beliebigen geometrischen Konfigurationen angepasst zu erhalten. Herkömmlicherweise werden in der Biomechanik computational Forscher Finite-Elemente-Netze und inverse Analyse verwendet, um die Verformung der Karte abrufen25, 26. Der IGA Ansatz hier verwendet wird, verwendet Spline - Basisfunktionen , die mehrere Vorteile für die Analyse von dünnen Membranen 27, 28 bieten. Und zwar ermöglicht die Verfügbarkeit von hohen Grad Polynomen Repräsentationen von glatten Geometrien auch bei sehr groben Maschen 29, 30. Darüber hinaus ist es möglich, die gleiche zugrunde liegende Parametrisierung an alle Oberflächenstücke zu passen, was die Notwendigkeit für ein inverses Problem für nicht passende Diskretisierungen zu berücksichtigen umgeht.
Das hier beschriebene Verfahren eröffnet neue Wege Haut Mechanik in relevanten in vivo - Einstellungen über lange Zeiträume zu studieren. Darüber hinaus sind wir zuversichtlich, dass unsere Methodik ist ein förderlicher Schritt in Richtung Endziel der Computational Tools für personalisierte Behandlungsplanung im klinischen Umfeld zu entwickeln. </ P>
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Protocol
Dieses Protokoll beinhaltet Tierversuch. Das Protokoll wurde von der IRB von Ann und Robert H. Lurie Kinderkrankenhaus von Chicago Research Center Animal Care und Use Committee genehmigt humaner Behandlung von Tieren zu gewährleisten. Die Ergebnisse für zwei Erweiterungsstudien unter Verwendung dieses Protokolls haben 16 an anderer Stelle veröffentlicht worden, 31.
Die Ausführung dieses Protokoll erfordert ein Team mit komplementären Know-how. Der erste Teil des Protokolls beschreibt das chirurgische Verfahren am Tiermodell, Personal mit der entsprechenden medizinischen Ausbildung erfordern. Die anschließende Analyse, insbesondere die Abschnitte 4 und 5 gezeigt, beinhalten grundlegende Computerprogrammierkenntnisse in C ++ und Python, und die Verwendung einer Shell-Befehlszeile.
1. Chirurgisches Verfahren für Expander Platzierung
HINWEIS: Personal im Betrieb beteiligt sind, müssen in einer sterilen Art und Weise geschrubbt und gowned werden. sterile Handtücher und Vorhänge sind rund um den OP-Bereich angewendet zur Aufrechterhaltung der Sterilität. Alle Instrumente, Fäden und Gewebeexpander sind steril verpackt und gehandhabt nur durch steriles Personal erhalten. Sterilität der Operationsstelle darf nicht verletzt werden, bis der Vorgang abgeschlossen ist.
- Akklimatisieren einmonatigen alte männliche Yucatan Minischweine zu Standard - Gehäusen für eine Woche, und Futter ad libitum.
- Am Tag der Operation, betäubt das Tier mit Ketamin / Acepromazin für Induktion (4 - 6 mg / kg), dann Isofluran für die Wartung. Evaluieren der Narkosetiefe durch die Augenlidreflexe zu überwachen. Außerdem überwachen Vitalfunktionen (Herzfrequenz, Körpertemperatur, Atemfrequenz und / oder Reaktion von Geweben Zange kneifen). Bewerben Augensalbe auf die Augen gegen Hornhauterosionen zu schützen.
- Administrieren vorprozessualer Antibiotika und reinigen Sie die Rückenhaut mit Chlorhexidin-basierten chirurgischer Seife. Transfer vier 10 x 10 cm 2 Rost, zwei auf jeder Seite derTier, mit 1 cm Linienmarkierungen auf die Schweinehaut unter Verwendung von Tätowierung Übertragungsmedium. Die Gitter entsprechen den folgenden vier Bereiche: rostral linken, rechten rostral, linke kaudale und rechten kaudalen. Verwenden Sie eine Vorlage mit einer Mittellinie Referenz symmetrische Anordnung der Gittermuster zu gewährleisten.
- Erstellen Sie die Gitter auf dem Papier durch das Raster Tracing skizziert stark mit einem Kugelschreiber. Waschen Sie den Bereich auf dem Tier, wo das Gitter mit Isopropylalkohol plaziert werden soll.
- Anwenden des Gitters (Stift-Tintenseite nach unten) direkt auf die Haut. Der Alkohol dient einem Teil der Tinte aus dem Papier Blutegel, das Gitter auf die Haut des Tieres zu übertragen.
- Injiziert Lokalanästhetikum (1% Lidocain mit 1: 100.000 Epinephrin) subkutan an der Stelle jeden geplanten Einschnitts.
- Einen Einschnitt auf beiden Seiten des Tieres in der Mitte zwischen den zwei Gittern.
HINWEIS: Die Einschnitte auf der linken und rechten Seite des Tieres zwischen den zwei Gittern angeordnet sind, aufdiese Seite. Es ist eine linksseitige Einschnitt und eine rechtsseitige Einschnitt - Verwenden Sie einen hemostat einen subkutanen Tunnel unter dem Gitter von Interesse zu entwickeln. Nach der Entwicklung in einen Tunnel, legt die Expander unter dem Gitter.
HINWEIS: Tunnel wird unter einem beliebigen Raster platziert, die einen Gewebeexpander haben. - Setzen Sie den Anschluss für Expander Inflation der Ferne über einen subkutanen Tunnel entwickelte in ähnlicher Weise entlang der dorsalen Mittellinie des Tieres. Reparatur Wunden durch Vernähen.
- Postoperativ Behandlung des Tieres mit prophylaktischer Antibiotika (Ceftiofur 5 mg / kg IM einmal) sowie Analgetika (Buprenorphin 0,05-0,1 mg / kg) durch intramuskuläre Injektion alle 12 h für 4 Dosen, mit zusätzlichen Dosen zum Nachweis von tierischem distress.
- Beobachten Sie Tiere kontinuierlich für 2 h postoperativ, einschließlich Routinemessung der Vitalfunktionen, bis sie Gehfähigkeit wieder aufgenommen und sind in der Lage Normothermie aufrechtzuerhalten. Haus das Tier in einem separaten Käfig und Monitor bis it in der Lage, unabhängig von allen 4 Beinen zu gehen, bevor es wieder in den normalen Aufnahmebereich übertragen und es unbeaufsichtigt lassen.
- Im Anschluss an die Zeit unmittelbar nach der Anästhesie Erholungsphase überprüfen Tiere täglich um die Wundheilung zu bewerten. Entfernen Sie die Nähte 14 Tage postoperativ. Diese Einschnitte erfordern keine Dressings. Lassen Sie die Einschnitte 3 zu heilen - 4 Wochen vor der Erweiterung beginnen
2. Inflation Protokoll
HINWEIS: Das Timing der Inflationen und Menge der Lösung in jedem Expander verwendet wird, hängt von der spezifischen Frage untersucht. Um die Wirkung des verschiedenen Expander Geometrien zu charakterisieren, ist ein geeignetes Protokoll fünf Inflations Schritte auszuführen bei 0, 2, 7, 10 und 15 Tagen Füllvolumen von 50 zu erreichen, 75, 105, 165, und 225 cc verbunden.
- Vor jedem Aufblasstufe, sedieren den Tier verabreichenden Ketamin (4 - 6 mg / kg) und Dexmedetomidin bei 20 - 80 & mgr; g / kg.
HINWEIS: Dexmedetomidin ist einn alpha-adrenergen Agonisten, die mit Atipamezol umgekehrt werden kann (1: 1 Volumen: Volumen), um eine schnellere Wiederherstellung zu erleichtern; aber dieses Niveau der Sedierung kann nicht ausreichend sein, für das Tier Expansion ohne übermäßige Gefahr für das Tier oder Menschen zu tolerieren. Wenn dies der Fall ist, verwalten Allgemeinanästhesie durch folgende Ketamin / Acepromazin Induktion Isofluran über Maskenbeatmung zu liefern. - Befestigen Sie zwei Kunststoff flexible Maßbänder auf die Haut des Tieres chirurgisches Klebeband. Legen Sie die Maßbänder zwischen den Gittern auf der linken und rechten Seite.
- Legen Sie das Tier auf der einen Seite und erwerben 30 Fotos von der Szene aus so vielen verschiedenen Winkeln wie möglich.
HINWEIS: Das Ziel ist es, die Geometrie der beiden Gitter sichtbar zu erfassen, wenn das Tier auf einer Seite nach unten legt.- Zuerst wird die Position der Kamera über das Tier und Neigung zu der kaudalen Seite, eine Aufnahme zu machen, wo die tätowierten Gitter vollständig sichtbar sind und den Rahmen zu füllen.
- MOve in einem kreisförmigen Muster um das Tier in einem Bogen von der kaudal die rostralen Richtung, Fotos auf dem Weg zu nehmen, dass die Gewährleistung für jede Fotografie, die tätowierten Raster, die sichtbar sind, erscheinen gänzlich im Rahmen.
- Zur gleichen Zeit, versuchen, den Raum zu maximieren, die die Gitter in dem Rahmen einnehmen. Ein idealer Schuss würde den Rücken des Tieres mit den tätowierten Gitter und nur kleine Bereiche Hintergrund erfassen.
- Als nächstes wird die Position der Kamera in Richtung der Bauchseite eine Schusswinkel zu erfassen, die in etwa dem Boden parallel ist und von der ventralen zur dorsalen Region in einem Bogen fotografieren.
HINWEIS: Die Menge an Fotos nicht ein fester Wert ist. Für eine gute Rekonstruktion sollte jeder Punkt auf dem Gitter in tätowierten mindestens 3 Fotografien sein; 30 Fotografien insgesamt eine ausreichende Menge für eine erfolgreiche Rekonstruktion Geometrie.
- Legen Sie das Tier auf der gegenüberliegenden Seite und nehmen 30 Fotografien der beidenverbleibenden Gitter die gleichen oben beschriebenen Schritten folgen.
- Führen Sie die Inflation Schritt für die Remote-Einfüllöffnung zu finden und die erforderliche Menge an Salzlösung eingespritzt, um die Expansion Protokoll von Interesse entspricht. Verwenden Sie sterile 0,9% injizierbare Kochsalzlösung.
- Suchen Sie die Häfen und prep über die Haut des Tieres mit Isopropylalkohol wischt. Zugriff auf den Port mit einer sterilen 25-Gauge-Butterfly-Nadel an eine Spritze mit steriler injizierbarer Kochsalzlösung gefüllt befestigt.
HINWEIS: Wie oben beschrieben, werden die Ports subkutan in eine Position auf der vorderen Mittellinie dorsum während Expander Platzierung getunnelt. - Injizieren, um die gewünschte Menge an Kochsalzlösung. Bitte beachten Sie den Hinweis am Anfang dieses Abschnitts für die Inflation Volumina bei jedem Schritt des Expansionsprozesses injiziert.
- Suchen Sie die Häfen und prep über die Haut des Tieres mit Isopropylalkohol wischt. Zugriff auf den Port mit einer sterilen 25-Gauge-Butterfly-Nadel an eine Spritze mit steriler injizierbarer Kochsalzlösung gefüllt befestigt.
- Wiederholen Sie die Fotoaufnahmeschritte nach dem Aufblasen.
- Sobald die Inflation Protokoll abgeschlossen ist, einschläfern die Tiere.
- administrieren allgemeineAnästhesie durch folgende Ketamin / Acepromazin Induktions Isofluran über die Maskenlüftung liefern. Evaluieren der Narkosetiefe durch die Augenlidreflexe zu überwachen. Außerdem überwachen Vitalfunktionen (Herzfrequenz, Körpertemperatur, Atemfrequenz und / oder Reaktion mit dem Gewebe Zange kneifen).
- Euthanize das Tier durch intravenöse Überdosis Pentobarbital 90-100 mg / kg. Nach Pentobarbitalüberdosis für Euthanasie, bestätigt den Tod durch das Fehlen von nachweisbarem Herzschlag eines Pulsoximeter und Puls Palpation sowie das Fehlen von spontaner Respiration verwenden.
3. Multi-View Stereo Wiederaufbau
- Verwenden Sie handelsübliche Software, um die Bilddateien zu laden und zu rekonstruieren, die die geometrischen Modelle.
- Starten Sie die MVS-Software auf dem Browser und melden Sie sich an.
- Wählen Sie Foto auf der linken oberen Ecke auf 3D.
- Klicken Sie auf die Fotos, wechseln Sie zum Speicherort der imAlter und manuell die Fotografien 30 entsprechen, ein einziges Modell auszuwählen.
- Nennen Sie das Modell aus und klicken Sie erstellen
- Warten Sie das Modell erstellt werden. Dies kann einige Minuten dauern. Klicken Sie Armaturenbrett auf der rechten Seite gehen zurück auf die ursprüngliche Zielseite der Software.
HINWEIS: Das Armaturenbrett zeigt repräsentative Bilder der geometrischen Modelle, die vom Benutzer erstellt wurden. - Setzen Sie den Cursor auf dem Modell, das soeben erstellt wurde. Setzen Sie den Cursor auf der rechten unteren Ecke des Modellbildes. Klicken Sie auf Download und wählen Sie obj.
4. Spline-Oberfläche Fit
- Verwenden Open Source Software, die die geometrischen Modelle zu verarbeiten.
- Klicken Sie auf File-> Importieren-> obj importieren , um die Datei aus der MVS - Software generiert. Auf der Unterseite der 3D - Ansicht klicken Sie auf Ansichtsfenster - Shading und select Textur. Suchen Sie nach einer Registerkarte auf der rechten Seite der 3D - Ansicht mit den Untermenüs: Transformieren, Fettstift, Ansicht, 3D Bleistift, usw. Klicken Sie auf Schattierung und wählen schattenlos.
- Rechtsklick auf die Geometrie, um sie auszuwählen. Am unteren Rande der 3D - Ansicht Edit - Modus wählen Sie das Dreiecksnetz zu visualisieren.
- Wählen nacheinander die Knoten auf den 1 cm Markierungen des Maßbandes.
- Um einen Punkt auszuwählen, klicken Sie rechts auf, und den Punkt markieren. Koordinaten für den Punkt erscheinen auf der Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht. Markieren und kopieren Sie die Koordinaten des ausgewählten Punktes in eine Textdatei.
- Wiederholen dieser Operation für alle Punkte auf dem 1 cm Markierungen des Maßbandes.
- Tun Sie dies für beide Maßbänder. Beispiele für Textdateien koordinieren sind bereitstellend: tape1.txt, tape2.txt.
HINWEIS: Wenn es keine Knoten des Netzes auf dem Punkt von Interesse sind, unterteilt das Netz, bis ein Knoten auf dem Punkt von Interesse ist. Das Netz wählen Sie die drei Eckpunkte eines Dreiecks Unterteilung durch Shift - Taste und die rechte Maustaste auf den Ecken drücken. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche auf der Registerkarte Subdivide auf der linken Seite der Ansicht 3D erscheinen. Dieser Vorgang fügt drei weitere Knoten innerhalb des ausgewählten Dreiecks.
- Wählen Sie die 11 x 11 Punkte des Gitters und Speichern der Koordinaten der Punkte 121 in einer Textdatei in dem Muster in Abbildung 1 dargestellt.
- Analog zu dem, was für die Maßbänder getan, einen Punkt des Gitters auszuwählen, direkt darauf klicken, wird der Punkt markiert. Koordinaten für den Punkt wird auf der Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht angezeigt werden. Markieren und kopieren Sie die Koordinaten des ausgewählten Punktes in eine Textdatei
HINWEIS: Die Nummerierung der Gitterpunkte ist ALWays kaudal rostral und von der dorsalen Mittellinie in Richtung der Bauchregion. Diese Reihenfolge wird sichergestellt, dass der Parameterraum für zwei beliebige Patches konsistent ist. Als ein Beispiel, das die Datei gridReference.txt die Koordinaten von 121 Punkten eines Hautpflasters zur Verfügung gestellt wird , enthält.
- Analog zu dem, was für die Maßbänder getan, einen Punkt des Gitters auszuwählen, direkt darauf klicken, wird der Punkt markiert. Koordinaten für den Punkt wird auf der Registerkarte auf der rechten Seite der 3D-Ansicht angezeigt werden. Markieren und kopieren Sie die Koordinaten des ausgewählten Punktes in eine Textdatei
- Herunterladen, kompilieren und C ++ Spline-Bibliotheken installieren. Die Datei splineLibraryInstallation.txt enthält den Link zum Quellcode der Spline - Bibliotheken und Anweisungen für die Installation.
- Kompilieren des Quellcodes generateCurve.cpp die ausführbare generateCurve zu erzeugen
HINWEIS: Das Programm generateCurve muss nur einmal erstellt werden. Diese C ++ Quellcode zu kompilieren und eine ausführbare Datei folgen Sie den Anweisungen am oberen Ende der Quellcodedatei generateCurve.cpp erzeugen. - Verwenden Sie das Programm generateCurve Splines auf die Maßbänder zu passen und zu den Gitterpunkten. Um die ausführbare Datei in einem B laufenash Schale, Typ
Verzeichnis $ ./generateCurve- Nach dem Ausführen des Programms wird den Benutzer bitten, den Pfad zu der Datei eingeben, die Koordinaten des Maßbandes enthält. Dann wird das Programm nach einem Namen fragt für die Ausgabedatei. Fügen Sie die Beendigung .g2 an den Dateinamen.
HINWEIS: Die Kündigung .g2 für Go - Tools steht, und ist nicht auf die Spline - Bibliotheken verbunden. Zwei Beispiele für Spline - Dateien auf die Maßbänder entsprechenden sind mit diesem Protokoll (tape1.g2, tape2.g2).
- Nach dem Ausführen des Programms wird den Benutzer bitten, den Pfad zu der Datei eingeben, die Koordinaten des Maßbandes enthält. Dann wird das Programm nach einem Namen fragt für die Ausgabedatei. Fügen Sie die Beendigung .g2 an den Dateinamen.
- Verwenden Sie den Python - Skript scalePoints.py die Gitterpunkte zu skalieren. Führen Sie das Programm in einem Schlag-Shell-Prompt mit drei Argumenten: die Dateinamen der Gitterpunkte und die Dateinamen des Splines an die Maßbänder entsprechenden
Verzeichnis $ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
HINWEIS: Das Skript scalePoints.py importiert die Skripte B_spline.py und NURBS_Curv e.py daher alle drei Skripte müssen im selben Ordner sein. - Kompilieren des Quellcodes generateSurface.cpp die ausführbare generateSurface zu erzeugen.
HINWEIS: Dieser Schritt muss nur einmal durchgeführt werden. Weitere detaillierte Anweisungen sind zu Beginn der Quellcodedatei generateSurface.cpp verfügbar. - Verwenden Sie das Programm generateSurface eine Spline - Oberfläche zu den Gitterpunkten zu passen. Führen Sie die ausführbare generateSurface auf der Bash - Shell
Verzeichnis $ ./generateSurface- das Programm in einer Shell ausführen, wird für die Dateinamen stellt die skalierten Punkte enthalten. Dann wird es für den Namen der Ausgabedatei fragen. Fügen Sie die Beendigung .g2 an den Ausgabedateinamen.
HINWEIS: Die Kündigung .g2 wird durch die Spline - Bibliotheken vorgeschlagen und steht für Go - Tools. Die Dateien gridReference.g2 und gridDeformed.g2 sind als Beispiele.
- das Programm in einer Shell ausführen, wird für die Dateinamen stellt die skalierten Punkte enthalten. Dann wird es für den Namen der Ausgabedatei fragen. Fügen Sie die Beendigung .g2 an den Ausgabedateinamen.
- Starten Python in der Schlag-Shell-Prompt
Verzeichnis $ python
HINWEIS: Python initialisiert den Interpreter, der eine Schnittstelle ähnlich die Schale ist , die eine neue Kommandozeilen - Umgebung zeigen >>> - Importieren Sie das Skript expansionIGA.py , die eine Funktion enthält , genannt evaluateMembraneIGA
>>> von expansionIGA Import evaluateMembraneIGA - Rufen Sie die Funktion evaluateMembraneIGA , um die Verformung Karten zu berechnen.
HINWEIS: Diese Funktion nimmt als Argument:
Dateinamen der Referenzfläche
Dateinamen der verformten Oberfläche
Auflösung der Auswertung (wie viele Punkte in jede Richtung ausgewertet)
Mindestwert des Flächenstreck verwendet, um die Konturdarstellung maßstäblich
Maximalwert der Flächenstreck verwendet, um die Konturdarstellung maßstäblich
Minimalwert der Dehnung in Längsrichtung used die Konturen maßstabs
Maximalwert der Dehnung in Längsrichtung verwendet, um die Konturen zu skalieren
Minimalwert der Dehnung in Querrichtung verwendet, um die Konturen zu skalieren
Maximalwert der Dehnung in Querrichtung verwendet, um die Konturen zu skalieren
Der Abstand zwischen den Rasterlinien in dem Konturplot
Name der Ausgabedatei- Zum Beispiel laufen
>>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0,5, 2, 0,5, 2, 0,5, 25, 'Deformation')
ANMERKUNG: Dieser Befehl wird generiert und sechs Ausgabedateien speichern. Beachten Sie, dass das letzte Argument in dem obigen Beispiel die Ausgabedatei Verformung ist, so werden die Dateien , die generiert werden , sind:
deformation_theta.png: Konturdiagramm des Flächenstreck
deformation_theta.txt: Tabelle der Werte der Konturplot Flächenstreck entspricht
deformation_G1.png: Konturplot des streck Along die Längsachse des Tieres
deformation_G1.txt: Tabelle der Werte der Konturplot erstreckt sich entlang der Längsachse des Tieres entspricht ,
deformation_G2.png: Konturdiagramm der stretch - Komponente in der Querachse des Tieres
deformation_G2.txt: Tabelle des Wertes der Konturdiagramm der Komponente der Dehnung in der Querachse des Tieres entspricht ,
Hinweis: Verwechseln Sie nicht die Beendigung der Spline - Dateien, .g2, mit dem Vektor G2. Die Spline - Dateien Endung .g2 nach den Namenskonventionen der Spline - Bibliothek. Auf der anderen Seite bezeichnen die Vektoren G1 und G2 , die Längs- und Querrichtung in Bezug auf das Tier.
HINWEIS: Die Kontur-Dateien generiert mit unterschiedlichen Funktionen an den vier Ecken Interpretation des Parameterraum zu erleichtern: Schwarz Pixel: kaudalste, die meisten dorsalen Punkt; Red Pixel Ecke: most rostral meisten dorsalen Punkt; Grüne Pixel Ecke: kaudalste, die meisten ventralen Punkte; Blau-Pixel Ecke: Die meisten rostral, die meisten Bauch Punkt.
- Zum Beispiel laufen
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Representative Results
Diese Methode wurde erfolgreich eingesetzt , um die Verformung durch unterschiedliche Geometrien Expander induzierte zu studieren: Rechteck, Kugel und Crescent Expander 31, 32. Die Ergebnisse entsprechen die Kugel und Crescent Expander werden als nächstes diskutiert. Figur 2 zeigt die drei Schritte von MVS Modellrekonstruktion. Der Ausgangspunkt ist eine Sammlung von Fotografien aus einer statischen Szene. Das Tier mit den tätowierten Gitter und die Maßbänder lag immer noch als die Fotografien aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden. Die MVS-Algorithmus zwischen den zusammenpassenden Merkmalen zu extrahieren Fotografien 3D-Koordinaten. Als Ergebnis wurde ein geometrisches Modell eines Dreiecks-Mesh mit Textur bestehend erzeugt.
Das hier beschriebene Protokoll kann verwendet werden, um verschiedene Aspekte des Gewebeexpansionsprozesses zu untersuchen. die Variationenin der Region von Kugel und Crescent Expandern induzierten Stämmen ist ein wichtiger Aspekt des Expansionsprozesses, da es zu regionalen Schwankungen in der Menge der Haut führt gezüchtet. Beide Geräte wurden auf das gleiche Volumen zu jedem Zeitpunkt gefüllt. Fünf Inflations Schritte wurden bei 0, 2, durchgeführt, 7, 10, und 15 Tage, Füllvolumen von 50 zu erzeugen, 75, 105, 165, und 225 cc. Abbildung 3 zeigt Fotografien der expandierten Hautgitter am Ende jeden Aufblasstufe. Die Expander gestreckt, um die Haut und die Verformung durch die Verzerrung des Rasters über die Zeit ersichtlich war.
Für jede Konfiguration des Gitters wurde eine Spline-Oberfläche erzeugt wird, wie in dem Protokoll beschrieben. Deformierungen wurden durch die Wahl einer Referenz und eine verformte Gitternetz berechnet , wie in 1 dargestellt. Die Ergebnisse von zwei verschiedenen Arten von Analysen werden hier diskutiert. Um die chronische Verformung zu untersuchen, wurde das Schwein am Tag 0 als t ausgewählter Referenzkonfiguration und im Vergleich zu allen anderen Zeitpunkten. Vergleicht man das Ende jeder Aufblasstufe der Referenzkonfiguration führt zu den Konturplots in Abbildung 4 dargestellt. Die Methodik präsentiert hier extrahiert drei Maßnahmen der Verformung. Der Bereichswechsel wird θ bezeichnet ist , ist die Strecke in der Längsrichtung λ G1 bezeichnet und λ G2 ist die Dehnung in der Querrichtung, wie in Abbildung 1 dargestellt. Der Verlauf der Flächenänderungen und erstreckt sich in den beiden orthogonalen Richtungen für Kugel und Crescent Expander ist in Abbildung 4 dargestellt. Spline-Flächen sind in der Regel glatt und damit die entsprechenden Konturplots waren glatt. Dennoch wurde die Grobkörnigkeit des Netzes durch die Konturen bewiesen, die vor Ort Merkmale aufwiesen. Ein feineres Raster würde die Treue der Deformationskarten erhöhen. Dennoch war die Unterschiede zwischen den verschiedenen Expander Geometrien sofort apparent und quantifizierbar. Obwohl beiden Expander auf das gleiche Volumen gefüllt waren, der sphärische Expander eine größere Verformung induzierte. Die räumliche Variation der Kontur-Plots ergab, dass die Haut wurde in der Mitte des Aufweiters gedehnt mehr im Vergleich zu dem Umfang des Gitters. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Eine zweite Analyse bestand die akute Verformung bei jedem Schritt des Bestimmens Inflations. In diesem Fall betrug die Referenzkonfiguration das Gitter unmittelbar vor der Expansion, und das verformte Gitternetz war, die unmittelbar nach dem Aufblasen Schritt. Die Verformungen an jeder Inflation Schritt induziert waren bemerkenswert ähnlich im Durchschnitt zwischen den verschiedenen Zeitpunkten. Die Zusammenfassung ist in Tabelle 2 enthalten. Im Durchschnitt war die Deformation der Nähe von 1 (wobei 1 das Fehlen einer Verformung wäre). Inspektion der Konturkarten in 5 gezeigten präsentiert evident räumliche Variationen. Auch wenn es fast keine Verformung im Durchschnitt war, wurden einige Zonen des Netzes gestreckt, während andere in Bezug auf die Referenz geschrumpft wurden. Ähnlich wie bei der Analyse der chronischen Verformung waren die mittleren Bereiche diejenigen, die am meisten gedehnt werden.
In beiden der akuten und chronischen Fällen Längs- und Querstrecken zeigten eine deutliche Tendenz der Anisotropie indikativ. Haut, da die meisten kollagenen Gewebe, zeigt eine bevorzugte Orientierung Faser zu einer anisotropen beitrag mechanische Antwort 25. Im Fall der Haut auf der Rückseite eines Schweins werden Fasern gedacht 33 quer ausgerichtet sind. Unsere Experimente zeigten, dass bei der Hautexpansion, die Ausdehnungen in der Längsrichtung als die entlang der Querrichtung stets größer waren. Dies galt sowohl für die Kugel und der Halbmond-Expandern, zu allen Zeitpunkten und für die akute und chronische Verformung contours. Dieses Ergebnis unterstützt die Hypothese, dass die Haut Anisotropie kann die Deformationen während eines Gewebeexpansionsverfahren induziert auswirken.
Abbildung 1: Grid - Konfigurationen und Parameterraum. Gitter werden auf dem Rücken der Tiere tätowiert und mit Maßbänder statt, um die geometrischen Modelle (oben) maßstäblich photographiert. Flächenänderung θ, Längsdehnung λ G1 und G2 Querstreck λ (oben): Deformation zwischen einer Referenz und einer deformierten Konfiguration wird durch drei Variablen charakterisiert. Das Gitter wird durch die Nummerierung der Punkte immer von kaudal rostral und von dorsal nach ventral Richtungen (links unten) durchgängig parametriert. Die Ausgabe der Analyse ist ein Konturdiagramm über den Parameterraum. Die Konturen sind an den Ecken markiert mit einem Pixel, das takihm die Farbe schwarz, rot, grün und blau, die Identifizierung von caudal zu erleichtern, rostral, dorsalen und ventralen Seiten (rechts unten). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2: Multi-View - Stereo Rekonstruktion eines Expansionsprozesses. MVS ist ein Algorithmus vom Computer Vision, die mit unbekannten Kamerapositionen (links) als Eingang Fotografien aus unterschiedlichen Winkeln stattfindet. Der Algorithmus passt Funktionen über die Bilder 3D-Koordinaten (Mitte) zu finden. Die Ausgabe des Algorithmus ist ein Dreiecksgitternetz mit der Textur überlagert (rechts). (Abbildung mit Genehmigung nach 31) Bitte klickenhier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3: Expansion der Kugel und Crescent Expanders. Kugel (obere Reihe) und Crescent (untere Reihe) Expander unterhalb der tätowierten Haut auf dem Rücken eines Schweins plaziert wurden und aufgeblasen an den Tagen 0, 2, 7, 10, und 15 Tage, Füllvolumen von 50 zu erzeugen, 75, 105, 165, und 225 cc. (Abbildung geeignet ist, mit Erlaubnis von 31). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4: Chronic verformungsinduzierten durch Kugel und Crescent Expander. Die Gitter wurden tätowiert umgewandelt Oberflächen für die Analyse Keilnut (Reihen 1 und 2).die Referenz genommen wird das Gitter am Tag 0, drei Maßnahmen der Verformung wird berechnet. Flächenänderung zeigte zunehmend höhere Werte im Laufe der Zeit, mit höherer Verformung im Mittelbereich des Expanders und höhere Verformung im Bereich gegenüber der Mondsichel (Zeilen 3 und 4). Längsstrecken (Zeilen 5 und 6) ähnelten Gebiet erstreckt, während transversale Ausdehnungen (Zeilen 7 und 8) zeigten Banden von Verformung und weniger Dehnung auf die Längsrichtung verglichen. (Abbildung mit Genehmigung nach 31) Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 5: Akute verformungsinduzierten durch Kugel und Crescent Expander. Unter der Konfiguration als Referenz unmittelbar vor einem Inflations Schritt, und alsdie Konfiguration verformt unmittelbar nach der Injektion der Lösung in einen Expander, wurden akute Verformungen berechnet. Deformations Karten waren glatt, jedoch waren einige Randeffekte bemerkbar und der Grobkörnigkeit der Diskretisierung wurde in punktartigen Muster der Verformung reflektiert. Flächenänderungen (Reihen 1 und 2) zeigten, regionale Unterschiede, mit höherer Dehnung in der Region zum Expander entspricht. Dehnt waren ähnlich in den verschiedenen Zeitpunkten. Der gleiche Trend zur Längsstrecke (Zeilen 3 und 4) zu sehen ist. Querstrecken (Zeilen 5 und 6) zeigten gleichförmigere Verteilung und niedrigere Werte im Vergleich zu dem Längs Fall. (Abbildung mit Genehmigung nach 31) Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
| Zeit [Tage] | Volumen [cc] | Flächenänderung θ | Längsdehnung λ G1 | Querstreck λ G2 | |||||||
| max | min | avg | max | min | avg | max | min | avg | |||
| 0 | Kugel | 50 | 1,44 | 0,71 | 0,98 | 1,37 | 0,76 | 1 | 1.17 | 0,84 | 0,97 |
| 0 | Halbmond | 50 | 1,46 | 0,76 | 0,98 | 0,79 | 1 | 1.17 | 0,84 | 0,98 | |
| 2 | Kugel | 75 | 1,74 | 0,68 | 1,08 | 1,51 | 0,73 | 1,08 | 1.19 | 0,75 | 1 |
| 2 | Halbmond | 75 | 1,43 | 0,66 | 1 | 1.31 | 0.65 | 1 | 1,26 | 0,77 | 1 |
| 7 | Kugel | 105 | 0,01 | 0,69 | 1.21 | 1.7 | 0,75 | 1.13 | 1,32 | 0,84 | 1,07 |
| 7 | Halbmond | 105 | 1,66 | 0.83 | 1.15 | 1.4 | 0,87 | 1.11 | 1,33 | 0,86 | 1,03 |
| 10 | Kugel | 165 | 2,26 | 0,74 | 1,36 | 1,76 | 0,77 | 1.21 | 1,39 | 0.83 | 1.11 |
| 10 | Halbmond | 165 | 1,86 | 0,87 | 1,26 | 1,58 | 0,8 | 1.15 | 1,45 | 0.83 | 1,09 |
| 15 | Kugel | 225 | 2,77 | 0,72 | 1,52 | 2.01 | 0,69 | 1,29 | 1,47 | 0,89 | 1.18 |
| 15 | Halbmond | 225 | 1,87 | 0.83 | 1,32 | 1,46 | 0,84 | 1.17 | 1,44 | 0,92 | 1,14 |
| 21 | Kugel | 225 | 3,09 | 0,93 | 1.7 | 2.13 | 0,9 | 1,33 | 1.62 | 0,98 | 1,27 |
| 21 | Halbmond | 225 | 2,25 | 0,87 | 1,49 | 1,66 | 0,85 | 1,25 | 1,67 | 0,96 | 1.2 |
Tabelle 1: Zusammenfassung der chronischen Deformation. Die Stämme wurden berechnet, um die Anfangskonfiguration als Referenz genommen wird und die Pflaster am Ende jeder Aufblasstufe mit Bezug auf sie zu vergleichen. Der Mittelwert der Expander in dem Bereich zurückgeführt Verformung erreicht 1,70 am Tag 21, während der Mondsichel Expander durch das Ende der Expansion in 1.49 Bereich deformiert. Es gab erhebliche räumliche Variation und Maximal- und Minimalwerte in Bezug variierten zum Durchschnitt. Die Längs Strecken erreichten 1,33 und 1,25 für die Kugel und Halb Expander sind, während transversale Ausdehnungen niedriger waren, mit Werten von 1,27 und 1,20. (Tabelle angepasst mit Erlaubnis
ontent“fo: keep-together.within-page =‚1‘> Tabelle 2:.. Zusammenfassung der Acute Umformgrade berechnet wurde , die die Konfiguration vor , wie der Bezug auf Expansion und nimmt die Konfiguration unmittelbar nach dem Aufpumpen Schritt als deformiertes Gitter auf Durchschnitt sowohl die Kugel und Crescent Expander zeigten Ähnliche Trends, wobei die Werte nahe 1, die keine Deformation anzeigen würden. jedoch aufgrund räumlicher Variationen maßen wir maximale Flächenänderungen für die Kugel so hoch wie 1,60 waren und 1,50 für den Halbmond. Das Strecken in Längs- und Querrichtung waren anisotrop, mit den Maximalwerten von Längs erstreckt sich fast immer höher als der Querstrecken. (Tabelle 31 mit Genehmigung von angepasst) Zeit [Tage] Expander Volumen [cc] Flächenänderung θ Längsdehnung λ G1 Querstreck λ G2 max min avg max min avg max min avg 0 Kugel 50 1,32 0,72 0,98 1,44 0,75 1 1,23 0,83 0,97 0 Halbmond 50 1.5 0,71 0,98 1.3 0,8 1 1.21 0,84 0,98 2 Kugel 75 1,36 0,69 0,98 1,26 0,66 1 1.2 0,8 0,98 2 Halbmond 75 1.31 0,61 0,98 1,24 0,8 1.01 1,34 0,68 0,97 7 Kugel 105 1.4 0,79 0,98 1.3 0,57 1 1.2 0,77 0,98 7 Halbmond 105 1,37 0,59 1 1.6 < / Td> 0.83 1.02 1.16 0,77 0,98 10 Kugel 165 1.6 0,73 1.01 1,35 0,6 1.02 1,25 0,75 0,99 10 Halbmond 165 1,48 0,58 1.01 1,42 0,75 1.02 1,22 0,77 1 15 Kugel 225 1,27 0,73 1.01 1,35 0,55 1.02 1,22 0,79 0,98 15 Halbmond 225 1,34 0,54 1.02 1,37 0,8 1.02 1,32 0,81 1
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Discussion
Hier haben wir ein Protokoll, um die Verformungen zu charakterisieren während eines Gewebeexpansion Verfahren in einem Schweinemodell induziert mit Multi-View-Stereo (MVS) und Isogeometrische Kinematik (IGA Kinematik). Während Gewebeexpansion erfährt Haut gehen große Verformungen von einer glatten und relativ flachen Oberfläche mit einer kuppelartigen 3D-Form. Haut, wie auch andere biologische Membranen 34, reagiert , indem sie die Herstellung von neuem Material strecken, in der Fläche zu erhöhen, die dann für die rekonstruktive Zwecke 35 verwendet werden. Daher genaue Bestimmung der durch einen Expander erzeugt Strecke ist von entscheidender Bedeutung, die Mechanismen zu verstehen, die die Anpassung der Haut regulieren. Ein Expansionsverfahrens Planung ist eine Herausforderung , weil Gewebeexpander in verschiedenen Größen und Formen, die Strecke Verteilung nicht gleichmäßig über den gesamten erweiterten Bereich ist und es hängt von der Lage und Geschwindigkeit der Inflation 11,ref "> 36. ein Protokoll genau zu schätzen Expansion induzierte Verformung und in der Lage zu lösen große Dehnungen, 3D - Formen und regionale Unterschiede zu haben, eröffnet neue Wege die mechanische Regulierung des Hautwachstums zu studieren, und kann schließlich zu quantitativen präoperative Planungstool führt auf dem Weg zu diesem Ziel., entwickeln wir eine nicht-invasive, kostengünstige und flexible Methodik Verformung in einem Schweinemodell der Haut Expansion 32 zu messen.
kritische Schritte
Tiermodelle für die Gewebeexpansion seit mehr als zwei Jahrzehnten 37 gut charakterisiert. Porcine Haut zeigt vergleichbare Eigenschaften wie menschliche integument. Des Weiteren bei Schweinen Haut Expansion folgt ein ähnliches Verfahren , wie es beim Menschen 38 durchgeführt werden würde. Die Gewebeexpansion Verfahren ist der Grundstein für den Erfolg dieses Protokolls. Erfahrene Chirurgen, Experten in der Gewebeexpansion, führten den technique im Tiermodell vorgestellt.
Haut ist gut mit der äußeren Umgebung ausgesetzt , und es ist eine dünne Membran, damit seine Verformung kann durch Spurpunkte auf seiner Oberfläche 17 charakterisiert werden. MVS bietet eine flexible und kostengünstige Technik 3D Hautdeformationen in vivo über längere Zeit zu studieren. Dieser Algorithmus nimmt als Eingabe eine Reihe von Fotografien von einer statischen Szene und verwendet in den Fotografien Merkmalsanpassung 3D-Koordinaten zu extrahieren. MVS Wiederaufbau und die anschließende kinematische Analyse hängen entscheidend von den Fotoaufnahmeschritten dieses Protokolls.
Technische Änderungen und Fehlerbehebung
Während der Gewebeexpansion kann die Vorrichtung wandert aus dem Netz entfernt aufgrund Tierbewegungen und Lösen der Tasche, in welcher der Expander ursprünglich getätigt. Wenn der erweiterte Bereich außerhalb des Gitters bewegt, sollte der Expander entleert und entfernt werden. diese problem wurde in eine von acht Gitter 31, 32 unter Verwendung des Protokolls anzutreffen. Expander können auch auslaufen, wenn sie während der Inflation Protokolls defekt oder durchbohrt sind. Dies beeinträchtigt auch die Gültigkeit des Experiments und die Sicherheit des Tieres, daher sollte der Expander entfernt werden. Dieses Problem wurde 31, in einem von acht Gitter 32 unter Verwendung dieses Protokolls festgestellt.
MVS Rekonstruktion kann für einige Gruppen von Fotografien wegen der Lichteffekte, Mangel an Konzentration und Hintergrundrauschen 23 herausfordernd. Auch wenn die kommerziellen Werkzeuge für MVS mächtig sind, wenn die Ergebnisse nicht genau genug auf dem ersten sind, die folgenden Schritte zur Fehlerbehebung haben immer das Problem in unserer Erfahrung korrigiert: manuell den Hintergrund in den Fotos entfernen; Wählen Sie eine Untergruppe von Fotografien mit schärferen Fokus und verwerfen verschwommen iMagier; Wählen Sie manuell Matchpunkte über Fotografien in der kommerziellen Software-Schnittstelle.
Einschränkungen der Technik
Wie oben erläutert, Schweine- integument menschliche ähnlich ist 38, doch gibt es immer noch Unterschiede. Daher wird ein Schweinemodell nicht vollständig prädiktiven Protokolle menschliche Gewebeexpansion zu erwarten 37. Eine weitere Einschränkung des Protokolls ist der Mangel an kommerziellen Tool oder ein benutzerfreundliche Software, die die geometrischen Modelle zu analysieren. Derzeit einmal die Geometrie durch MVS erzeugt wird, wird die Analyse mit eigenem Code durchgeführt, die von C ++ und Python-Skripte besteht. Während auf der einen Seite, das vorgeschlagene Verfahren ist kreativ und bietet eine kostengünstige, komfortable Möglichkeit , die Mechanik von Weichgewebe über einen längeren Zeitraum zu untersuchen, ist die Datenanalyse auf Technologien angewiesen , die nur für den letzten zehn Jahren 27 populär gewesen sind. Um CIRCUMentlüften diese Einschränkung, bieten wir unsere Implementierung von Spline-Subroutinen mit dieser Vorlage. Eine weitere Einschränkung ist die Einschränkung eines tätowierten grid um chronische Verformungen zu verfolgen. Die Notwendigkeit eines tätowierten Gitter behindert die Übersetzung des Protokolls der klinischen Einstellungen.
Bedeutung der Technik in Bezug auf bestehende / Alternative Methods
Derzeit vertrauen Ärzte meist über ihre Erfahrungen während der präoperativen Planung von Gewebeexpansion Verfahren, die zu einer Vielzahl von beliebigen Protokollen geführt hat , die oft stark unterscheiden 13, 14, 15. Das Protokoll hier vorgestellten Adressen bestehende Wissenslücken durch Ausdehnung bewirkten Verformung in einem porcinen Tiermodell der Gewebeexpansion zu quantifizieren. Nach Kenntnis des Autors, ist dies das erste Protokoll kontinuierliche Verformung Karten auf ansehnliche Flecken auf der Haut Gewebe zu quantifizieren <sup class = "xref"> 31, 32.
Das Protokoll ist innovative, nicht-invasive, kostengünstige und flexibel; Es stützt sich auf die jüngsten Entwicklungen in der Computer Vision Algorithmen wie MVS, und numerische Analyse wie IGA Kinematik. MVS hat intensiv in den letzten zehn Jahren fortgeschritten, Rekonstruktionsfehler so niedrig wie 2% 24 erreicht. Der Anstieg im Handel erhältliche Software sowie Open - Source - Code zeigt die hohe Popularität dieses Verfahrens 41. MVS ist erschwinglich, weil es sich benötigt nur eine Digitalkamera und Fotos ohne Kalibrierung der Kameraposition aufgenommen. Im Gegensatz dazu erfordern andere Techniken wie Stereorekonstruktion zusätzliche Hardware , um die Position der Kamera 17 zu steuern. MVS ist flexibel, weil es so lange in einer Vielzahl von Szenarien durchgeführt werden, wie Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden können. Dies ist eine Funktion, die mehr rele wirdvant, wenn eine mögliche klinische Anwendung unter Berücksichtigung. Im Gegensatz dazu erfordern andere Techniken wie Motion - Tracking ein bestimmtes Setup und nicht in einer beliebigen Position 18 durchgeführt werden. Ein weiteres Merkmal des MVS ist die Herstellung von 3D-Geometrien. Andere Techniken, wie beispielsweise digitale Bildkorrelation (DIC), werden bevorzugt für die 2D - Bewegung 39 zu verfolgen. Die hier präsentierten Ergebnisse präsentierten die Fähigkeit der kommerziellen Algorithmen getreu die 3D-Formen zu rekonstruieren während Gewebeexpansion induziert.
Aus den 3D-Geometrien haben Verformungen berechnet werden. Dieses Protokoll beruht auf der Verwendung von Spline-Oberfläche IGA Kinematik. Splines sind nützlich , weil einige Kontrollpunkt glatte Geometrien mit hohen Kontinuität parametrisieren , die für die Analyse von dünnen Membranen 40 benötigt werden. Der größte Vorteil von Splines in dieser Anwendung ist die Vorstellung eines Parameterraumes. Andere Techniken, wie Finite elegen, fehlt einen globalen Parameter-Bereich. Während dies bequem für bestimmte Probleme, wie beispielsweise Simulation irregulärer Flecken (patches beispielsweise mit Löchern) ist, ermöglicht die Bestimmung von Strecken auf einfache Weise zwischen zwei beliebigen Konfigurationen eine explizite Parametrierung aufweist. Zum Beispiel wurden zwei verschiedene Analysen hier gezeigt: chronische und akute Verformungen. Um die Spannungen in den Netzen mit diesem Protokoll zu berechnen ist es genug, um die Verzahnung der beiden Oberflächen von Interesse, da alle Flächen den gleichen Parameter-Bereich zur Verfügung zu stellen.
Bei der Gewebeexpansion, reagiert die Haut auf die angelegte Verformung durch in-Oberfläche wachsen, neue Integument produzieren, die dann für die rekonstruktive Chirurgie eingesetzt werden können. Charakterisieren klinisch relevante Verformungen der Haut über längere Zeit kann unser Verständnis der Mechanobiologie dieses Organs sowie ermöglicht die Entwicklung von quantitativen präoperativen Tool verbessern. Das Protokoll beschrieb ihree befasst sich speziell mit der Notwendigkeit eines experimentellen Design mit potentiellen Übersetzung der klinischen Einstellung.
Zukünftige Anwendungen oder Anfahrt nach dieser Technik Mastering
Der Quellcode, der in diesem Protokoll verwendet wird, leicht an andere Anwendungen angepasst werden kann und könnte in benutzerfreundlicher Implementierungen integriert werden. Ausgerüstet mit diesem Papier sind Routinen Spline-Basisfunktionen zu bewerten, parametrieren kontinuierliche Felder über Spline-Flächen, insbesondere solche kontinuierlichen Felder zu integrieren, und Verformungsverläufe, Membran- und Biegespannungen zu berechnen. Wir gehen davon aus, dass dieser Quellcode wird weiterhin auf ein Werkzeug entwickeln, die schließlich in realen klinischen Anwendungen der Gewebeexpansion verwendet werden können, sowie anderen Anwendungen ermöglichen. Ein weiteres zukünftiges Arbeitsgebiet ist die Verfeinerung dieses Protokolls in Betracht mechanische Eigenschaften und die Spannungen im Gewebe zu nehmen und nicht nur Kinematik.
From eine klinisch relevante Perspektive ist dieses Protokoll können regionale Unterschiede der Gewebe Verformung quantifizieren, sowie Unterschiede zwischen den verschiedenen Formen und Expander Teuerungsraten 31, 32. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Wirkung der unterschiedlichen Ausdehnungsparameter auf die Gewebereaktion auf weiter zu bewerten. Darüber hinaus sind weitere Verfeinerung des Schweinemodell mit Schwerpunkt auf die biologischen Mechanismen der Anpassung kann grundlegenden Mechanismen aufklären helfen Haut Anpassung Regulierung zu überlasten. Das ultimative Ziel ist es, das Protokoll in einem Schweinemodell, um zu validieren, um es in der klinischen Einstellung zu übersetzen.
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Disclosures
SDie Autoren haben nichts zu offenbaren.
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/ |
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