Summary
Denne protokol anvender multi-view stereo til at generere tre-dimensionelle (3D) modeller ud af kalibrerede sekvenser af fotografier, hvilket gør det økonomisk overkommeligt og kan justeres til et kirurgisk indstilling. Strain kort mellem de 3D-modeller er kvantificeret med spline-baserede isogeometric kinematik, som letter repræsentation af glatte overflader end grove masker deler samme parametrering.
Introduction
Tissue ekspansion er en almindelig teknik i plast og rekonstruktionskirurgi, der vokser hud in vivo for korrektionen af store kutane defekter 1. Neumann, i 1957, var den første kirurg til at dokumentere denne procedure. Han implanteret en ballon under huden af en patient og oppustet det gradvist over en periode på flere uger til at vokse nyt væv og dukke op igen et øre 2. Hud, ligesom de fleste biologiske væv, tilpasser sig påførte kræfter og deformationer for at nå mekanisk homøostase. Når den strækkes ud over den fysiologiske regime, hud vokser 3, 4. En af de centrale fordele ved vævsekspansion er produktion af huden med ordentlig vaskularisering og samme hår bærende, mekaniske egenskaber, farve og tekstur som det omgivende væv 5.
Efter introduktionen seks årtier siden, hud udvidelse af pln er blevet bredt vedtaget af plast og rekonstruktive kirurger og anvendes for tiden til at korrigere forbrændinger, store medfødte defekter og for brystrekonstruktion efter mastektomi 6, 7. Men på trods af den udbredte anvendelse, kan huden udvidelse af procedurerne føre til komplikationer 8. Dette skyldes til dels manglen på tilstrækkelig kvantitativ dokumentation er nødvendig for at forstå den grundlæggende mechanobiology af proceduren og at vejlede kirurgen under præoperativ planlægning 9, 10. Vigtige parametre i denne teknik er opfyldningshastigheden, påfyldning volumen pr inflation, udvælgelse af formen og størrelsen af ekspanderen, og anbringelsen af anordningen 11, 12. Aktuel præoperativ planlægning afhænger i høj grad af lægens erfaring, hvilket resulterer i en bred vifte af vilkårlige protokoller, der ofte adskiller greatly 13, 14, 15.
At løse de aktuelle videnhuller præsenterer vi en forsøgsprotokol at kvantificere ekspansion-induceret deformation i en porcin dyremodel af væv ekspansion. Protokollen bygger på anvendelsen af multi-view stereo (MVS) at rekonstruere tredimensionelle (3D) geometrier ud af sekvenser af todimensionale (2D) billeder med ukendte kamerapositioner. Anvender noter, repræsentation af glatte overflader fører til beregningen af de tilsvarende deformation kort ved hjælp af en isogeometric (IGA) beskrivelse. Analysen af geometrien er baseret på den teoretiske ramme af kontinuum mekanik af membraner med en udtrykkelig parametrisering 16.
Karakterisering fysiologisk relevante deformationer af levende materialer over lange perioder stadig et udfordrende problem. Fælles strategier forbilleddannelse af biologiske væv indbefatter stereoskopisk digitalt billede korrelation, kommercielle motion capture systemer med reflekterende markører og biplan video fluoroskopi 17, 18, 19. Men disse teknikker kræver en restriktiv forsøgsopstilling, er generelt dyre, og primært blevet anvendt til ex vivo eller akut in vivo indstillinger. Hud har den fordel at være en tynd struktur. Selv om den består af flere lag, dermis er hovedansvarlige for de mekaniske egenskaber af vævet og således overfladen deformation er af primær betydning 20; rimelige kinematiske antagelser kan foretages med hensyn til ud af planet deformation 21, 22. Desuden er huden allerede udsat til det udendørs miljø, hvilket gør det muligt at bruge konventionelle billeddiagnostiske værktøjer til at fange sin geometri. Hførend vi foreslår anvendelsen af MVS som en overkommelig og fleksibel tilgang til at overvåge in vivo deformationer af huden over flere uger uden at interferere majorly med en vævsekspansion protokol. MVS er en teknik, som trækker 3D-gengivelser af genstande eller scener fra en samling af 2D-billeder med ukendt kameravinkler 23. Kun i de sidste tre år har flere kommercielle koder optrådte (se listen over materialer til eksempler). Den høje nøjagtighed af modellen genopbygning med MVS, med fejl så lavt som 2% 24, gør denne fremgangsmåde velegnet til den kinematiske karakterisering af hud in vivo over lange perioder.
Til opnåelse af de tilsvarende deformation kort over huden under vævsekspansion, er punkterne mellem to vilkårlige geometriske udformninger matchet. Konventionelt har forskere i beregningsmæssige biomekanik anvendt finite element masker og omvendt analyse for at hente deformation kortet25, 26. IGA fremgangsmåde anvendes her anvender spline basisfunktioner som tilbyder flere fordele til analyse af tynde membraner 27, 28. Nemlig, tilgængeligheden af høje grad polynomier letter repræsentationer af glatte geometrier selv med meget grove masker 29, 30. Desuden er det muligt at montere den samme underliggende parametrering til alle overflade patches, der omgår behovet for et inverst problem at tage højde for ikke-matchende diskretisering.
Den her beskrevne metode åbner nye muligheder for at studere hud mekanik i relevante in vivo indstillinger over lange perioder. Hertil kommer, vi håber, at vores metode er et gunstigt skridt mod det endelige mål at udvikle beregningsværktøjer for personlig behandling planlægning i det kliniske miljø. </ P>
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokol involverer dyreforsøg. Protokollen blev godkendt af IRB af Ann og Robert H. Lurie Børnehospital of Chicago Forskningscenter Animal Care og brug Udvalg at sikre human behandling af dyr. Resultaterne for to ekspansion undersøgelser under anvendelse af denne protokol er blevet offentliggjort andetsteds 16, 31.
Udførelse af denne protokol kræver et team med supplerende ekspertise. Den første del af protokollen beskriver den kirurgiske procedure på dyremodel, som kræver personale med den passende lægelig uddannelse. Den efterfølgende analyse, især punkt 4 og 5, involverer grundlæggende computerprogrammering færdigheder i C ++ og Python, og anvendelse af en kommando shell.
1. Kirurgisk Procedure for Expander placering
BEMÆRK: Personale involveret i driften skal skrubbes og gowned i en steril måde. Sterile håndklæder og gardiner anvendes omkring det kirurgiske felt for at opretholde sterilitet. Alle instrumenter, suturer, og tissue ekspandere modtages i steril emballage og kun behandles af sterile personale. Sterilitet af operationsstedet må ikke krænkes, før proceduren er afsluttet.
- Akklimatisere en måned gammel mand Yucatan minigrise til standard boliger i en uge, og foder ad libitum.
- På dagen for kirurgi, bedøver dyret ved hjælp ketamin / acepromazin til induktion (4 - 6 mg / kg), derefter isofluran til vedligeholdelse. Evaluere dybden af bedøvelse ved overvågning af øjenlågsreflekser. Også overvåge vitale tegn (hjertefrekvens, kropstemperatur, respirationsfrekvens, og / eller respons til at knibe med væv pincet). Påfør oftalmisk salve til øjnene for at beskytte mod hornhinde hudafskrabninger.
- Administrer præ-proceduremæssige antibiotika og rengør den dorsale hud med klorhexidin-baserede kirurgisk sæbe. Overfør fire 10 x 10 cm 2 gitre, to på hver side af dendyr, med 1 cm stregmarkeringer til svinehud anvender tatovering transfer medium. Nettene svarer til følgende fire områder: venstre rostrale, højre rostrale, venstre caudale, og højre caudale. Brug en skabelon med en midtlinie henvisning til at sikre symmetrisk placering af gitter mønstre.
- Opret ristene på papir ved at spore gitteret skitserer tungt med en kuglepen. Vaske området på dyret, hvor gitteret skal placeres med isopropylalkohol.
- Anvende nettet (pen-blæk side nedad) direkte på huden. Alkoholen tjener til at agterliget nogle af blækket ud på papiret, overføre gitteret til dyrets hud.
- Injicere lokalbedøvelse (1% lidocain med 1: 100.000 epinephrin) subkutant ved stedet for hver planlagt indsnit.
- Lav et snit på hver side af dyret i midtpunktet mellem de to gitre.
BEMÆRK: indsnit er placeret på venstre og højre side af dyret mellem de 2 gitre påden side. Der er en venstre sidet snit og en højre sidet snit - Brug en hæmostat til at udvikle en subkutan tunnel under gitteret af interesse. Efter at have udviklet en tunnel, skal du indsætte expander under gitteret.
BEMÆRK: Tunneler placeres under enhver gitter, der vil have et væv expander. - Placer port til ekspander inflation på afstand gennem en subkutan tunnel udviklet på en lignende måde langs ryggens midtlinie af dyret. Reparation sår ved suturering.
- Postoperativt, behandle dyret med profylaktisk antibiotika (Ceftiofur 5 mg / kg IM en gang) samt analgetika (Buprenorfin 0,05 - 0,1 mg / kg) via intramuskulær injektion hver 12. time i 4 doser, med yderligere doser tilgængelige for tegn på dyr nød.
- Overhold dyr uafbrudt i 2 timer postoperativt, herunder rutinemæssig måling af vitale tegn, indtil de har genoptaget mobilisering og er i stand til at opretholde normal temperatur. Hus dyret i et separat bur og skærm, indtil jegt er i stand til at gå selvstændigt på alle 4 ben, inden du overfører det tilbage til sin normale boligområdet og lade det uden opsyn.
- Efter den umiddelbare post anæstesi tilbagebetalingsperioden, tjek dyrene dagligt for at vurdere sårheling. Fjern suturerne 14 dage postoperativt. Disse indsnit kræver ikke forbindinger. Lad snit til at helbrede i 3 - 4 uger, før du begynder ekspansion
2. Inflation protokollen
BEMÆRK: Timingen af de inflationer og mængde opløsning, der anvendes i hver expander afhænger af den specifikke spørgsmål, der undersøges. At karakterisere virkningen af forskellige expanderhoveder geometrier, en egnet protokol er at udføre fem trin inflation på 0, 2, 7, 10 og 15 dage for at opnå påfyldning volumener 50, 75, 105, 165, og 225 cc henholdsvis.
- Før hver inflation trin, bedøve dyret administrationsindretningen ketamin (4 - 6 mg / kg) og dexmedetomidin ved 20 - 80 ug / kg.
BEMÆRK: Dexmedetomidin er enn a-adrenerg agonist, der kan vendes med atipamezol (1: 1 volumen: volumen) for at lette hurtigere helbredelse; dog kan dette niveau af sedation ikke være hensigtsmæssige for dyret at tolerere ekspansion uden unødig risiko for skade på dyret eller handlere. Hvis dette er tilfældet, administrere generel anæstesi ved at levere isofluran via maske ventilation efter ketamin / acepromazin induktion. - Sæt to plastik fleksible målebånd til huden af dyret ved hjælp af kirurgisk tape. Placer målebånd mellem nettene på de venstre og højre side.
- Placer dyret på den ene side og erhverve 30 fotografier af scene fra så mange forskellige vinkler som muligt.
BEMÆRK: Målet er at fange geometrien af de to gitre synlige, når dyret ligger ned på den ene side.- Først placere kameraet over dyret og hælder til den caudale side, for at fange et skud, hvor de tatoverede net er fuldt synlige og udfylde rammen.
- Move i et cirkulært mønster omkring dyret i en bue fra den caudale til den rostrale retning, tage fotografier undervejs, hvilket sikrer, at for hver fotografi, de tatoverede gitre, der er synlige vises helt i rammen.
- Samtidig, så prøv at maksimere den plads, nettene indtager i rammen. En ideel skudt ville fange ryggen af dyret med de tatoverede net og kun små områder af baggrunden.
- Dernæst placere kameraet mod ventrale side for at fange et skud vinkel, der er omtrent parallelt med jorden og tage fotografier i en bue fra den ventrale til rygområdet.
BEMÆRK: Mængden af fotografierne er ikke en fast værdi. For en god rekonstruktion, bør ethvert punkt på den tatoverede gitteret være i mindst 3 fotografier; 30 billeder i alt er en passende mængde for vellykket geometri genopbygning.
- Placer dyret på den modsatte side og tage 30 fotografier af toresterende net efter de samme trin er skitseret ovenfor.
- Udfør trin inflation ved at finde fjernbetjeningen påfyldningsåbning og injicere den nødvendige mængde saltopløsning svarende til ekspansion protokol af interesse. Bruge sterilt 0,9% injicerbar saltopløsning.
- Lokalisere havne og prep over huden af dyret med isopropylalkohol servietter. Adgang til porten med en steril 25-gauge butterfly nål fastgjort til en sprøjte fyldt med sterilt injicerbart saltvand.
BEMÆRK: Som beskrevet ovenfor er portene tunnelførte subkutant til en position på den forreste midterlinie dorsum under expander placering. - Injicere den ønskede mængde saltvandsopløsning. Der henvises til noten i begyndelsen af dette afsnit for inflationstallene mængder injiceret på hvert trin i udvidelsesprocessen.
- Lokalisere havne og prep over huden af dyret med isopropylalkohol servietter. Adgang til porten med en steril 25-gauge butterfly nål fastgjort til en sprøjte fyldt med sterilt injicerbart saltvand.
- Gentag trinene foto erhvervelse efter inflationen.
- Når inflationen protokol er færdig, aflive dyrene.
- Administrer generelleanæstesi ved at levere isofluran via maske ventilation efter ketamin / acepromazin induktion. Evaluere dybden af bedøvelse ved overvågning af øjenlågsreflekser. Også overvåge vitale tegn (hjertefrekvens, kropstemperatur, respirationsfrekvens, og / eller svar til at knibe med væv pincet).
- Aflive dyret ved intravenøs overdosis af pentobarbital 90 - 100 mg / kg. Efter pentobarbital overdosis for eutanasi, bekræfter døden ved fravær af påviselig hjerteslag ved hjælp af en pulsoximeter og puls palpation samt fraværet af spontane respirations.
3. Multi-view Stereo Genopbygning
- Brug kommercielt tilgængeligt software til at uploade billedfiler og rekonstruere de geometriske modeller.
- Start MVS software på browseren og log ind.
- Vælg Foto til 3D i øverste venstre hjørne.
- Klik tilføje billeder, gå til den placering af imaldre og manuelt vælge de 30 fotografier, der svarer til en enkelt model.
- Navngiv model, og klik skabe
- Vent på, at modellen, der skal oprettes. Dette kan tage flere minutter. Klik instrumentbræt til højre for at gå tilbage til den oprindelige destinationsside af softwaren.
BEMÆRK: Instrumentbrættet viser repræsentative billeder af de geometriske modeller, der er blevet skabt af brugeren. - Placer markøren på den model, der netop er blevet oprettet. Placer markøren i nederste højre hjørne af modellen billedet. Klik downloads og vælg obj.
4. Spline Surface Fit
- Brug open source software til at behandle de geometriske modeller.
- Klik Fil-> Importér-> obj at importere filen genereres fra MVS-softwaren. På bunden af 3D-visning klik på Viewport Skygge og select Texture. Kig efter en fane på højre side af 3D-visning med undermenuer: TRANSFORM, Grease Blyant, Udsigt, 3D Blyant mv Klik på skygge og vælg Shadeless.
- Højreklik på geometri for at vælge det. På bunden af 3D-visning skal du vælge Edit Mode til at visualisere den trekantede maske.
- Vælg én efter én de noder på de 1 cm markeringer af målebånd.
- For at vælge et punkt, højreklik på den, og fremhæve det punkt. Koordinater for punktet vises på tappen på højre side af 3D-visning. Vælg og kopiere koordinaterne for det valgte punkt til en tekstfil.
- Gentag denne operation for alle punkter på 1 cm markeringer af målebånd.
- Gør dette for begge målebånd. Eksempler på koordinat tekstfiler er gived: tape1.txt, tape2.txt.
BEMÆRK: Hvis der ikke er nogen knuder i masken på interessepunktet, underinddele masken, indtil der er en knude på det punkt af interesse. For at underinddele masken vælge de tre hjørner i en trekant ved at trykke på Shift-tasten og højreklikke på de hjørner. Klik derefter på knappen Opdel på fanen vises på venstre side af 3D-visning. Denne operation tilføjer yderligere tre knuder i den valgte trekant.
- Vælg de 11 x 11 punkter i gitteret og gemme koordinaterne for de 121 point til en tekstfil i mønstret vist i figur 1.
- Analogt til hvad der blev gjort for målebånd, for at vælge et punkt i gitteret, højreklik på den, vil punktet blive fremhævet. Koordinater for punktet vises på tappen på højre side af 3D-visning. Vælg og kopiere koordinaterne for det valgte punkt til en tekstfil
BEMÆRK: Nummereringen af gitterpunkter er ALWays kaudalt for rostralt og fra dorsale midtlinje mod den ventrale region. Denne bestilling garanterer, at parameteren rum er konsistent for eventuelle to patches. Som et eksempel, er filen gridReference.txt som indeholder koordinaterne for 121 punkter i en hud plaster forudsat.
- Analogt til hvad der blev gjort for målebånd, for at vælge et punkt i gitteret, højreklik på den, vil punktet blive fremhævet. Koordinater for punktet vises på tappen på højre side af 3D-visning. Vælg og kopiere koordinaterne for det valgte punkt til en tekstfil
- Download, kompilere og installere C ++ spline biblioteker. Filen splineLibraryInstallation.txt indeholder linket til kildekoden af spline biblioteker og instruktioner til installation.
- Kompilere kildekoden generateCurve.cpp til at generere den eksekverbare generateCurve
BEMÆRK: Programmet generateCurve skal kun skal udarbejdes én gang. For at kompilere denne C ++ kildekode og generere en eksekverbar følge instruktionerne i toppen af kildekoden fil generateCurve.cpp. - Brug programmet generateCurve at passe splines til båndet foranstaltninger, og til gitterpunkter. For at køre den eksekverbare i en Baske shell, type
Vejviser $ ./generateCurve- Ved at køre programmet, vil det bede brugeren om at indtaste stien til den fil, der indeholder koordinaterne for den målebånd. Så vil programmet bede om et navn til output filen. Tilføj opsigelsen .g2 til filnavnet.
BEMÆRK: Afslutningen .g2 står for go værktøjer, og er forbundet til de spline biblioteker. To eksempler på spline filer svarende til målebånd er tilgængelige med denne protokol (tape1.g2, tape2.g2).
- Ved at køre programmet, vil det bede brugeren om at indtaste stien til den fil, der indeholder koordinaterne for den målebånd. Så vil programmet bede om et navn til output filen. Tilføj opsigelsen .g2 til filnavnet.
- Brug Python script scalePoints.py at skalere gitterpunkter. Kør programmet i et Bash shell prompt med tre argumenter: filnavnet på gitterpunkterne og filnavnene på de noter, der svarer til målebånd
mappe $ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
BEMÆRK: Scriptet scalePoints.py importerer scripts B_spline.py og NURBS_Curv e.py, derfor alle tre scripts skal være i samme mappe. - Kompilere kildekoden generateSurface.cpp til at generere den eksekverbare generateSurface.
BEMÆRK: Dette trin skal kun gøres en gang. Mere detaljerede instruktioner er tilgængelige i begyndelsen af kildekoden fil generateSurface.cpp. - Brug programmet generateSurface at passe en spline overflade til gitterpunkterne. Køre den eksekverbare generateSurface på Bash shell
Vejviser $ ./generateSurface- Kørsel af programmet i en skal vil bede om filnavnet indeholder de skalerede point. Så det vil bede om navnet på output filen. Tilføj opsigelsen .g2 til output filnavn.
BEMÆRK: Afslutningen .g2 er foreslået af spline biblioteker og står for go værktøjer. Filerne gridReference.g2 og gridDeformed.g2 leveres som eksempler.
- Kørsel af programmet i en skal vil bede om filnavnet indeholder de skalerede point. Så det vil bede om navnet på output filen. Tilføj opsigelsen .g2 til output filnavn.
- Start Python i Bash shell prompt
Vejviser $ python
BEMÆRK: Python initialiserer tolken, som udgør en grænseflade svarende til skallen, der vil vise en ny kommando linje miljø >>> - Importer scriptet expansionIGA.py som indeholder en funktion kaldet evaluateMembraneIGA
>>> fra expansionIGA import evaluateMembraneIGA - Kald funktionen evaluateMembraneIGA at beregne deformation kort.
BEMÆRK: Denne funktion har som argumenter:
Filnavn af referencefladen
Filnavn af den deformerede overflade
Opløsning af evalueringen (hvor mange point evalueres i hver retning)
Mindsteværdi på området strækning anvendes til at skalere konturplot
Maksimal værdi af området strækning anvendes til at skalere kontur plot
Minimumsværdi på stræk i længderetningen osed at skalere konturerne
Maksimale værdi af stræk i længderetningen bruges til at skalere konturerne
Minimumsværdi på strækning i tværgående retning anvendes til at skalere konturerne
Maksimale værdi af stræk i tværgående retning anvendes til at skalere konturerne
Afstanden mellem gitterlinjer i konturplot
uddatafilnavnet- For eksempel køre
>>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0,5, 2, 0,5, 2, 0,5, 25, 'deformation')
BEMÆRK: Denne kommando vil generere og gemme seks output-filer. Bemærk, at det sidste argument i eksemplet ovenfor er uddatafilnavnet deformation dermed de filer, der vil blive genereret, er:
deformation_theta.png: konturplot af området strækning
deformation_theta.txt: tabel over værdier svarende til konturen plot af området stretch
deformation_G1.png: konturplot af strækningen along længdeaksen af dyret
deformation_G1.txt: tabel over værdier svarende til konturen plot af strækninger langs længdeaksen af dyret
deformation_G2.png: konturplot af strækningen komponent i den tværgående akse af dyret
deformation_G2.txt: tabel over værdier svarende til konturen plot af komponenten af strækningen i den tværgående akse af dyret
BEMÆRK: Du må ikke forveksle ophør af spline-filer, .g2, med vektoren G2. De spline filer er slutter .g2 efter navngivning af spline biblioteket. På den anden side, den vektorer G1 og G2 betegner de langsgående og tværgående retninger i forhold til dyret.
BEMÆRK: kontur filer er genereret med forskellige funktioner på de fire hjørner for at lette fortolkningen af parameteren plads: Sort pixel: mest caudale, mest dorsale punkt; Rød pixel hjørne: MOSt rostralt, mest dorsale punkt; Grøn pixel hjørne: mest caudale, mest ventrale punkt; Blå pixel hjørne: mest rostralt, mest ventrale punkt.
- For eksempel køre
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Denne metode er blevet anvendt til at studere deformationen fremkaldt af forskellige expander geometrier: rektangel, sfære og halvmåne ekspandere 31, 32. Resultaterne svarer til kugle og halvmåne ekspandere diskuteres næste. Figur 2 illustrerer de tre trin af genopbygning MVS model. Udgangspunktet er en samling af fotografier fra en statisk scene. Dyret med de tatoverede net og de målebånd lå stadig som fotografierne blev taget fra forskellige vinkler. De MVS algoritme matchede funktioner mellem fotografierne til at udtrække 3D-koordinater. Som et resultat blev en geometrisk model, som består af en trekantet maske med tekstur genereres.
Den her beskrevne protokol kan anvendes til at undersøge forskellige aspekter af vævet ekspansionsprocessen. variationernei regionale stammer induceret af kugle og halvmåne ekspandere er et vigtigt aspekt af ekspansionsprocessen da den fører til regionale variationer i mængden af hud vokset. Begge enheder var fyldt til samme volumen på hvert tidspunkt. Fem trin inflation blev udført ved 0, 2, 7, 10 og 15 dage til at generere påfyldning volumener 50, 75, 105, 165, og 225 cc. Figur 3 viser fotografier af de ekspanderede hud net ved slutningen af hver inflation trin. De ekspandere strakt huden og deformationen var tydelig ved forvridningen af gitteret over tid.
For hver konfiguration af nettet en spline overflade blev genereret som beskrevet i afsnittet protokol. Deformationer blev beregnet ved at vælge en reference og en deformeret gitter som vist i figur 1. Resultaterne af to forskellige typer af analyser diskuteres her. For at studere kronisk deformation, blev svinet på dag 0 valgt som than referere konfiguration og i forhold til alle andre tidspunkter. Sammenligning af slutningen af hver inflation skridt efter henvisning konfiguration resulterer i kontur plots vist i figur 4. Den metode, der præsenteres her udtrækker tre Mål deformation. Området Ændringen betegnes θ, strækningen i længderetningen betegnes λ G1, og λ G2 er strækket i den tværgående retning, som vist i figur 1. Progressionen af de ændringer og strækninger i området i de to ortogonale retninger for sfære og halvmåne ekspandere er afbildet i figur 4. Spline overflader er generelt glat og derfor de tilsvarende kontur plots var glatte. Ikke desto mindre blev grovheden af nettet fremgår af konturerne som viste spot funktioner. En finere gitter vil øge troskab af deformation kort. Ikke desto mindre er forskellene mellem de forskellige expander geometrier blev straks apparent og kvantificerbare. Selv om begge ekspandere blev fyldt til samme volumen, den sfæriske ekspander inducerede en større deformation. Den rumlige variation af kontur plots viste, at huden blev strakt mere i centrum af ekspanderen i forhold til periferien af gitteret. Resultaterne er opsummeret i tabel 1.
En anden analyse bestod i at bestemme den akutte deformation ved hver inflation trin. I dette tilfælde reference konfiguration var gitteret lige før ekspansion, og den deformerede gitteret var der umiddelbart efter inflationen trin. De deformationer induceret ved hvert inflationen skridt var bemærkelsesværdigt ens i gennemsnit mellem de forskellige tidspunkter. Resuméet er indeholdt i tabel 2. I gennemsnit deformationen var tæt på 1 (hvor 1 ville være fraværet af deformation). Inspektion af konturkort vist i figur 5 viste tydelige rumlige variationer. Selv om der var næsten ingen deformation i gennemsnit var visse zoner af gitteret strækkes, mens andre blev krympet i forhold til referencen. Svarende til analysen af den kroniske deformation, de center regioner var dem der strakte mest.
I både akutte og kroniske tilfælde viste langsgående og tværgående strækninger en klar tendens indikerer anisotropi. Hud, da de fleste collagene væv, viser en foretrukken orientering fiber bidrager til en anisotrop mekanisk reaktion 25. I tilfælde af hud i ryggen af en gris, er fibre menes at være rettet på tværs 33. Vores eksperimenter viste, at i huden ekspansion, strækningerne i de langsgående retninger var altid større end dem langs den tværgående retning. Dette var tilfældet for både området og halvmåne ekspandere, på alle tidspunkter, og til akut og kronisk deformation contoUrs. Dette resultat understøtter den hypotese, at huden anisotropi kan påvirke deformationerne induceret under en vævsekspansion procedure.
Figur 1: Grid Konfigurationer og Parameter Space. Gitre er tatoveret på ryggen af dyrene og fotograferet med målebånd på plads for at skalere de geometriske modeller (øverst). Deformation mellem en reference og en deformeret konfiguration er karakteriseret ved tre variabler: område ændring Ø, langsgående stretch λ G1, og tværgående stretch λ G2 (øverst). Gitteret er konsekvent parametreres ved nummerering punkterne altid fra kaudalt for rostralt og fra dorsale til ventrale retninger (nederst til venstre). Udgangen af analysen er et konturplot over parameterrummet. Konturerne er markeret i hjørnerne med en pixel, som takes farven sort, rød, grøn og blå, for at lette identifikationen af halefinnen, rostralt, bryst-, og ventrale sider (nederst til højre). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Multi-view Stereo Rekonstruktion af en ekspansionsproces. MVS er en algoritme fra computer vision, der tager som input fotografier fra forskellige vinkler med ukendte kamera positioner (venstre). Algoritmen matcher funktioner på tværs billederne for at finde 3D-koordinater (i midten). Udgangen af algoritmen er en trekantet maske med tekstur overlejret (til højre). (Figur tilpasset med tilladelse fra 31) Klikher for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Udvidelse af Sphere og Crescent Expanders. Sfære (øverste række) og halvmåne (nederste række) ekspandere blev anbragt under den tatoverede hud på ryggen af en gris og oppustet på dag 0, 2, 7, 10 og 15 dage til at generere påfyldning volumener 50, 75, 105, 165, og 225 cc. (Figur tilpasset med tilladelse fra 31). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Kronisk Deformation induceret af Sphere og Crescent Expanders. De tatoverede gitre blev omdannet til spline overflader til analyse (række 1 og 2).Idet henvisningen til være gitteret på dag 0 blev tre Mål deformation beregnes. Område ændring viste progressivt højere værdier over tid, med højere deformation i midterområdet af ekspanderen, og højere deformation på området sammenlignet med halvmåne (række 3 og 4). Langsgående strækninger (række 5 og 6) lignede område strækninger mens tværgående strækninger (række 7 og 8) viste bånd af deformation og mindre stretch i forhold til længderetningen. (Figur tilpasset med tilladelse fra 31) Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Akut Deformation induceret af Sphere og Crescent Expanders. Som reference konfigurationen lige før en inflation trin, og somdeformeret konfigurationen umiddelbart efter injektion af opløsning i en ekspander, blev akutte deformationer beregnet. Deformationsegenskaber kort blev glat, men nogle kanteffekter var mærkbar og grovheden af den diskretisering blev afspejlet i spot-lignende mønstre af deformation. Area ændringer (rækkerne 1 og 2) viste regional variation, med højere stræk i området svarende til ekspanderen. Strækker var ens på tværs af de forskellige tidspunkter. Den samme tendens kan ses for langsgående strækninger (række 3 og 4). Tværgående strækninger (række 5 og 6) viste mere ensartede fordelinger og lavere værdier sammenlignet med den langsgående sag. (Figur tilpasset med tilladelse fra 31) Klik her for at se en større version af dette tal.
| Tid [dage] | Volumen [cc] | Område ændring θ | Langsgående strækning λ G1 | Tværgående strækning λ G2 | |||||||
| max | min | gns | max | min | gns | max | min | gns | |||
| 0 | sfære | 50 | 1,44 | 0,71 | 0,98 | 1,37 | 0,76 | 1 | 1.17 | 0,84 | 0,97 |
| 0 | halvmåne | 50 | 1,46 | 0,76 | 0,98 | 0,79 | 1 | 1.17 | 0,84 | 0,98 | |
| 2 | sfære | 75 | 1,74 | 0,68 | 1,08 | 1,51 | 0,73 | 1,08 | 1,19 | 0,75 | 1 |
| 2 | halvmåne | 75 | 1,43 | 0,66 | 1 | 1,31 | 0,65 | 1 | 1,26 | 0,77 | 1 |
| 7 | sfære | 105 | 0,01 | 0,69 | 1,21 | 1.7 | 0,75 | 1.13 | 1,32 | 0,84 | 1,07 |
| 7 | halvmåne | 105 | 1,66 | 0,83 | 1,15 | 1.4 | 0,87 | 1.11 | 1,33 | 0,86 | 1,03 |
| 10 | sfære | 165 | 2,26 | 0,74 | 1,36 | 1,76 | 0,77 | 1,21 | 1,39 | 0,83 | 1.11 |
| 10 | halvmåne | 165 | 1,86 | 0,87 | 1,26 | 1,58 | 0,8 | 1,15 | 1,45 | 0,83 | 1,09 |
| 15 | sfære | 225 | 2,77 | 0,72 | 1,52 | 2,01 | 0,69 | 1,29 | 1,47 | 0,89 | 1,18 |
| 15 | halvmåne | 225 | 1,87 | 0,83 | 1,32 | 1,46 | 0,84 | 1.17 | 1,44 | 0,92 | 1.14 |
| 21 | sfære | 225 | 3,09 | 0,93 | 1.7 | 2.13 | 0,9 | 1,33 | 1,62 | 0,98 | 1,27 |
| 21 | halvmåne | 225 | 2,25 | 0,87 | 1,49 | 1,66 | 0,85 | 1,25 | 1,67 | 0,96 | 1.2 |
Tabel 1: Sammenfatning af kronisk Deformation. Stammer blev beregnet under den indledende konfiguration som reference og sammenligning af plastre ved slutningen af hver inflation trin i forhold til det. Gennemsnittet af deformationen tilskrives sfære expander nåede 1,70 på dag 21, medens halvmåne expander deformeres 1,49 i området ved udgangen af ekspansion. Der var betydelig rumlig variation og maksimum- og minimumværdier varierede i forhold til gennemsnittet. De langsgående strækninger nåede 1,33 og 1,25 for sfære og halvmåne ekspandere henholdsvis mens tværgående strækninger var lavere, med værdier på 1,27 og 1,20. (Tabel tilpasset med tilladelse fra
Indholdsproduktion" fo: keep-together.within-side = '1'> Tabel 2:.. Sammendrag af akut Deformation Stammer beregnes under konfigurationen før ekspansion som reference og konfigurationen umiddelbart efter inflationen trin som deformerede gitter On gennemsnit, både sfære og halvmåne ekspandere viste tilsvarende tendenser, med værdier tæt til 1 hvilket indicerer ingen deformation. Men på grund af rumlige variationer, målte vi maksimale ændringer i området var så høj som 1,60 til kuglen og 1,50 for halvmåne. den strækninger i de langsgående og tværgående retninger var anisotropt, med de maksimale værdier for langsgående strækninger næsten altid højere end de tværgående strækninger. (tabel tilpasset med tilladelse fra 31) Tid [dage] Expander Volumen [cc] Område ændring θ Langsgående strækning λ G1 Tværgående strækning λ G2 max min gns max min gns max min gns 0 sfære 50 1,32 0,72 0,98 1,44 0,75 1 1,23 0,83 0,97 0 halvmåne 50 1.5 0,71 0,98 1.3 0,8 1 1,21 0,84 0,98 2 sfære 75 1,36 0,69 0,98 1,26 0,66 1 1.2 0,8 0,98 2 halvmåne 75 1,31 0,61 0,98 1.24 0,8 1.01 1,34 0,68 0,97 7 sfære 105 1.4 0,79 0,98 1.3 0,57 1 1.2 0,77 0,98 7 halvmåne 105 1,37 0,59 1 1.6 < / Td> 0,83 1,02 1.16 0,77 0,98 10 sfære 165 1.6 0,73 1.01 1,35 0,6 1,02 1,25 0,75 0,99 10 halvmåne 165 1,48 0,58 1.01 1,42 0,75 1,02 1,22 0,77 1 15 sfære 225 1,27 0,73 1.01 1,35 0,55 1,02 1,22 0,79 0,98 15 halvmåne 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
Her præsenterede vi en protokol til at karakterisere deformationerne induceret under en vævsekspansion procedure i en porcin model ved hjælp af multi-view stereo (MVS) og isogeometric kinematik (IGA kinematik). Under væv ekspansion, hud undergår store deformationer går fra en glat og forholdsvis flad overflade til en kuppel-lignende 3D form. Hud, ligesom andre biologiske membraner 34, reagerer at strække ved at producere nyt materiale, stigende i område, der kan anvendes derefter til rekonstruktive formål 35. Derfor nøjagtig bestemmelse af strækningen produceret af en ekspander er afgørende at forstå de mekanismer, der regulerer tilpasningen af huden. Planlægning en udvidelse procedure er udfordrende, fordi væv ekspandere kommer i forskellige størrelser og former, strækningen fordelingen er ikke ensartet over hele udvidede område, og det afhænger af placeringen og inflationen 11,ref "> 36. under en protokol til præcist estimere ekspansion-induceret deformation og stand til at løse store stammer, 3D-figurer, og regionale forskelle, åbner nye muligheder for at studere den mekaniske regulering af vækst hud, og kan med tiden føre til kvantitative præoperative planlægningsværktøjer . Mod dette mål, har vi udviklet en non-invasiv, økonomisk overkommelige og fleksible metode til måling af deformation i en svine model af hud ekspansion 32.
Kritiske trin
Dyremodeller for vævsekspansion er blevet godt karakteriseret for mere end to årtier 37. Svinehud viser sammenlignelige egenskaber for menneskers integument. Endvidere hud ekspansion i svin følger en lignende procedure som det ville ske i mennesker 38. Proceduren for væv ekspansion er hjørnestenen for succes i denne protokol. Erfarne kirurger, eksperter i vævsekspansion, udført technique i dyremodel præsenteres her.
Hud hensigtsmæssigt udsat for de ydre omgivelser, og det er en tynd membran, derfor dens deformation kan karakteriseres ved sporingspunkter på sin overflade 17. MVS tilbyder en fleksibel og billig teknik til at studere 3D-hud deformationer in vivo over lange perioder. Denne algoritme tager som input et sæt billeder fra en statisk scene og bruger funktionen matching tværs af fotografier til at udvinde 3D koordinater. MVS genopbygning og den efterfølgende kinematiske analyse kritisk afhænger af foto erhvervelse trin i denne protokol.
Ændringer og fejlfinding
Under vævsekspansion, kan indretningen migrere væk fra nettet på grund af dyrs bevægelser og løsning af lommen, i hvilken ekspanderen oprindeligt var placeret. Hvis det udvidede område bevæger uden for gitteret, bør ekspanderen deflateres og fjernet. Denne pRoblem er blevet stødt under anvendelse af protokollen i én ud af otte gitre 31, 32. Ekspandere kan også lække, hvis de er defekte eller punkteret under inflationen protokol. Dette kompromitterer også gyldigheden af eksperimentet og sikkerheden af dyret, derfor expander bør fjernes. Dette problem er blevet stødt ved hjælp af denne protokol i en ud af otte gitre 31, 32.
MVS rekonstruktion kan være en udfordring for nogle sæt af fotografier på grund af lyseffekter, manglende fokus, og baggrundsstøj 23. Selvom de kommercielle værktøjer til MVS er stærke, hvis resultaterne ikke er præcise nok i første omgang, har følgende fejlfindingstrin altid rettet problemet i på vores erfaring: fjerne baggrunden i fotografierne manuelt; vælge en delmængde af billeder med skarpere fokus og kassér sløret imagikere; manuelt vælge matchende punkter på tværs fotografierne i den kommercielle software interface.
Begrænsninger af Teknik
Som diskuteret ovenfor, porcin integument ligner human 38, ikke desto mindre er der stadig forskelle. Derfor er en porcin model ikke forventes at være fuldt forudsige humant væv ekspansion protokoller 37. En anden begrænsning af protokollen er manglen på kommercielle værktøjer eller brugervenlig software til at analysere de geometriske modeller. Øjeblikket, når geometrien genereres gennem MVS er analysen udført med intern kode, som består af C ++ og Python scripts. Mens der på den ene side, den foreslåede metode er kreativ og tilbyder en billig og praktisk måde at studere mekanikken i blødt væv over lange perioder, dataanalyse er afhængig af teknologier, som kun har været populære i det seneste årti 27. Til omstændiglufte denne begrænsning, giver vi vores implementering af spline underprogrammer med dette anbringende. Endnu en begrænsning er begrænsningen af en tatoverede gitter for at spore kroniske deformationer. Behovet for en tatoveret gitter forhindrer oversættelse af protokollen til kliniske omgivelser.
Betydningen af den teknik i medfør af eksisterende / Alternative Metoder
I øjeblikket læger hovedsagelig baseret på deres erfaringer i løbet af præoperativ planlægning af vævsekspansion procedurer, hvilket har ført til en bred vifte af vilkårlige protokoller, der ofte meget forskellige 13, 14, 15. Protokollen præsenteres her løser eksisterende viden huller ved kvantificering ekspansion-induceret deformation i en porcin dyremodel af væv ekspansion. Til forfatterens viden, er dette den første protokol til at kvantificere kontinuerlig deformation kort på betydelige pletter på huden væv <sup class = "xref"> 31, 32.
Protokollen er nyskabende, ikke-invasiv, overkommelige og fleksible; den bygger på den seneste udvikling i computer vision algoritmer såsom MVS, og numerisk analyse såsom IGA kinematik. MVS har avancerede intenst i det seneste årti, og nåede genopbygning fejl så lave som 2% 24. Stigningen i kommercielt tilgængelige software samt open source-kode showcases den høje popularitet af denne metode 41. MVS er overkommelig, fordi det kræver kun et digitalt kamera og billeder er taget uden kalibrering af kameraets position. I modsætning hertil andre teknikker, såsom stereo rekonstruktion kræver ekstra hardware til at styre placeringen af kameraet 17. MVS er fleksibel, fordi den kan udføres i en række forskellige scenarier, så længe fotografier kan tages fra forskellige vinkler. Dette er en funktion, der bliver flere relevant, når man overvejer en potentiel klinisk anvendelse. I modsætning hertil er andre teknikker, såsom bevægelsessporing kræve en særlig opsætning og kan ikke udføres i en vilkårlig placering 18. Et flere indslag af MVS er produktion af 3D geometrier. Andre teknikker, såsom digitale billede korrelation (DIC), foretrækkes til 2D bevægelsessporing 39. Resultaterne præsenteres her fremvist evne kommercielle algoritmer til trofast rekonstruere de 3D-figurer induceret under væv ekspansion.
Fra 3D-geometrier, deformationer skal beregnes. Denne protokol bygger på anvendelsen af spline overflade IGA kinematik. Splines er nyttige, fordi et par kontrolpunkter parametrisere glatte geometrier med høj kontinuitet, som er nødvendige for analyse af tynde membraner 40. Den største fordel ved noter i denne ansøgning er forestillingen om en parametrisk rum. Andre teknikker, såsom finite elementer, mangler en global parameter domæne. Mens dette er bekvemt for visse problemer såsom simulering af uregelmæssige pletter (f.eks pletter med huller), der har en eksplicit parametrisering tillader bestemmelse af strækninger mellem to konfigurationer i en ligefrem måde. For eksempel blev to forskellige analyser vist her: kroniske og akutte deformationer. At beregne stammerne i gitrene med denne protokol er det nok at tilvejebringe noterne i de to overflader af interesse, da alle overflader har samme parameter domæne.
Under vævsekspansion, hud reagerer på det påførte deformation ved dyrkning i overfladeareal, der producerer nye integument, som derefter kan anvendes til rekonstruktionskirurgi. Karakterisering klinisk relevante deformationer af huden over lange perioder kan forbedre vores forståelse af mechanobiology af dette organ, samt muliggøre udviklingen af kvantitative præoperative værktøjer. Protokollen beskrevet hendee specifikt rettet mod behovet for en eksperimentel design med potentiel oversættelse til det kliniske miljø.
Fremtidige Programmer eller vejvisning efter Mastering denne teknik
Kildekoden, der bruges i denne protokol kunne nemt tilpasses andre applikationer og kunne indarbejdes i mere brugervenlige implementeringer. Forsynet med dette papir er rutiner at evaluere spline basisfunktioner, parametrisere kontinuerlige felter løbet spline overflader, integrerer disse kontinuerlige områder, og beregne deformation gradienter, membran og bøjningspåvirkninger. Vi forventer, at denne kildekode vil fortsætte med at udvikle sig i retning af et værktøj, der kan i sidste ende bruges i reelle kliniske anvendelser af væv ekspansion samt aktivere andre applikationer. En anden fremtidig arbejdsområde er forfinelse af denne protokol til at tage hensyn til mekaniske egenskaber og spændinger i vævet og ikke kun kinematik.
frabout en klinisk relevant perspektiv, denne protokol er i stand til at kvantificere regionale variationer af vævsdeformation samt forskelle mellem forskellige expander former og inflation 31, 32. Yderligere arbejde er nødvendigt at fortsætte med at evaluere effekten af forskellige ekspansion parametre på vævet respons. Desuden yderligere forfining af det porcine model med vægt på de biologiske mekanismer tilpasning kan hjælpe belyse de grundlæggende mekanismer, der regulerer huden tilpasning til overstrække. Det endelige mål er at validere protokollen i et svin model for at oversætte den til det kliniske miljø.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Sthe forfattere har intet at afsløre.
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. Tissue expansion in pediatric patients. Clin Plast Surg. 32, 35-44 (2005).
- 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. Surface-area increase in tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 82, 833-839 (1988).
- 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).
