Summary
פרוטוקול זה משתמש סטריאו רב במטרה ליצור מודלים תלת-מימדיים (3D) מתוך רצפים לא מכוילים של תמונות, מה שהופך אותו במחיר סביר מתכווננת להגדרה כירורגי. מפות זנים בין מודלי 3D הן לכמת עם קינמטיקה isogeometric המבוסס שגם, אשר להקל ייצוג של משטחים חלקים מעל המשתלב גס שיתוף הזהה parameterization.
Introduction
הרחבת רקמות היא טכניקה נפוצה לכירורגיה פלסטית ושיחזור כירורגיה שצומחת עור in vivo לתיקון פגמים בעור גדול 1. נוימן, ב 1957, היה המנתח הראשון לתעד הליך זה. הוא מושתל בלון מתחת לעור של מטופל מנופח אותו בהדרגה על פני תקופה של מספר שבועות לצמוח רקמה חדשה, ואף להשפיע אוזן 2. העור, כמו רוב רקמות ביולוגיות, מסתגל הכוחות המופעלים דפורמציות כדי להגיע הומאוסטזיס מכני. כאשר נמתח מעבר למשטר הפיזיולוגי, עור גדל 3, 4. אחד היתרונות המרכזיים של הרחבת רקמות הוא הייצור של עור עם כלי דם תקינים אותה נושאת השיער, תכונות מכאניות, צבע וטקסטורה כמו הרקמה שמסביב 5.
לאחר השקתו לפני שישה עשורים, expansio העורn אומצה באופן נרחב על ידי פלסטיק ומנתחים שיקומיים, והוא משמש כיום לתקן כוויות, מומים מולדים גדולים, ועל שחזור שד לאחר כריתת שד 6, 7. עם זאת, למרות השימוש בו נפוץ, נהלי התרחבות עור עלולים לגרום לסיבוכים 8. זה נובע בחלקו מחוסר ראיות מספיקות כמותית צורך להבין את mechanobiology היסוד של ההליך ועל מנת להנחות את המנתח במהלך התכנון לפני הניתוח 9, 10. פרמטרים עיקריים בטכניקה זו הם בשיעור המילוי, מילוי נפח לכל אינפלציה, הבחירה של הצורה והגודל של ההרחבה, ואת המיקום של המכשיר 11, 12. תכנון לפני ניתוח נוכחי מסתמך במידה רבה על הניסיון של הרופא, וכתוצאה מכך מגוון רחב של פרוטוקולים שרירותיים כי לעתים קרובות שונה greatl13 y, 14, 15.
כדי להתמודד עם פערי הידע הנוכחיים, אנו מציגים פרוטוקול ניסוי לכמת עיוות נגרמת רחבה במודל חיה חזירי של הרחבת רקמות. הפרוטוקול מסתמך על שימוש סטריאו רב-נוף (MVS) לשחזר תלת ממדי (3D) בגיאומטריות מתוך רצפים של דו-ממדי (2D) תמונות עם עמדות מצלמה לא ידועות. העסקת splines, ייצוג של משטחים חלקים מוביל את החישוב של מפות העיוות המתאימות באמצעות תיאור isogeometric (IGA). הניתוח של הגיאומטריה מבוסס על המסגרת התיאורטית של מכניקת רצף של ממברנות שיש parameterization מפורשת 16.
אפיון דפורמציות רלוונטי מבחינה פיזיולוגית של חיים חומרים על פני תקופות זמן ארוכות עדיין נותרה בעיה מאתגרת. אסטרטגיות נפוצותהדמיה של רקמות ביולוגיות כוללת מתאם תמונה דיגיטלית סטריאוסקופית, מערכות ללכידות תנועה מסחריות עם סמנים רעיוניים, ו fluoroscopy כנפי וידאו 17, 18, 19. עם זאת, טכניקות אלה דורשות התקנה ניסיונית מגבילה, בדרך כלל יקרים, שמשו בעיקר עבור vivo לשעבר או אקוטי במסגרות vivo. עור יש את היתרון של להיות מבנה דק. למרות שזה מורכב מכמה שכבות, הדרמיס הוא אחראי במידה רבה את תכונות מכניות של רקמות ולכן עיוות משטח הוא בעל חשיבות ראשונה במעלה 20; נחות kinematical סבירות יכולות להתבצע לגבי מתוך עיוות מטוס 21, 22. יתר על כן, עור כבר חשוף לסביבה החיצונית, כך שניתן להשתמש בכלי הדמיה קונבנציונליים כדי ללכוד הגיאומטריה שלה. Here אנו מציעים את שימוש MVS כגישה סבירה וגמישה כדי לפקח in vivo דפורמציות של עור לאורך מספר שבועות מבלי להתערב majorly עם פרוטוקול הרחבת רקמות. MVS היא טכניקת מפיקת ייצוגי 3D אובייקטים או סצנות מתוך אוסף של תמונות 2D עם מצלמה ידועה זוויות 23. רק בשלוש השנים האחרונות, מספר קודים מסחריים הופיעו (ראה רשימת חומרים עבור דוגמאות). הדיוק הגבוה של שיקום המודל עם MVS, עם שגיאות נמוכות כמו 2% 24, עושה גישה זו מתאימה לאפיון קינמטיקה של עור in vivo על פני תקופות זמן ארוכות.
כדי להשיג את מפות עיוות המקבילות של עור במהלך הרחבת רקמות, נקודות בין שתי תצורות גיאומטריות מותאמות. כמקובל, חוקר ביומכניקה חישובית השתמש משתלב אלמנטים סופיים וניתוח הפוך כדי לאחזר את מפת העיוות25, 26. הגישה IGA מועסק כאן משתמשת בפונקציות בסיס שגם אשר מציעים כמה יתרונות לניתוח קרומים דקים 27, 28. כלומר, את הזמינות של פולינומים מדרגה גבוהות מקלת ייצוגים של גיאומטריות חלקות אפילו עם משתלב מאוד גס 29, 30. בנוסף, ניתן להתאים אותו parameterization הבסיסית לכל טלאי המשטח, אשר עוקף את צורך בעיה הפוכה לתת דין וחשבון על discretizations שאינו תואם.
השיטה המתוארת כאן פותחת אפיקים חדשים ללמוד מכניקה לעור רלוונטי במסגרות vivo על פני תקופות זמן ארוכות. בנוסף, אנו מלאי תקווה כי המתודולוגיה שלנו היא צעד שמאפשר לקראת המטרה הסופית לפתח כלים חישוביים לתכנון טיפול אישי במסגרת הקלינית. </ P>
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
פרוטוקול זה כרוך בניסויים בבעלי חיים. הפרוטוקול אושר על ידי IRB של אן רוברט ה לוריא החולים לילדים של טיפול בבעלי חיים מרכז המחקר שיקגו ועדת שימוש כדי להבטיח יחס הומאני של חיות. התוצאות עבור שני מחקרי התרחבות באמצעות פרוטוקול זה פורסמו במקום אחר 16, 31.
ביצוע של פרוטוקול זה דורש צוות עם מומחיות משלימים. חלקו הראשון של הפרוטוקול מתאר את ההליך הכירורגי על המודל החייתי, המחייב אנשי עם הכשרה רפואית מתאימה. הניתוח שלאחר מכן, ובפרט סעיפים 4 ו 5, כרוך כישורי תכנות מחשבים בסיסיים ב- C ++ ו- Python, ושימוש פגז שורת הפקודה.
1. הליך כירורגי עבור מיקום Expander
הערה: עובדים המבצעים את הפעולה צריכים לקרצף ולבוש חלוקים בצורה סטרילית. Sterilמגבות וילונות דואר מוחלים ברחבי בתחום כירורגית כדי לשמור על סטריליות. כל המכשירים, תפרים, ו מרחיבי הרקמות מתקבלים באריזת סטרילית טפלו רק על ידי אנשי סטרילי. עקרות של האתר האופרטיבי אסורות פר עד ההליך הושלם.
- לאקלם חזירים מיניים יוקטנו תינוק בן חודש אחד לדיור רגיל למשך שבוע, ולהאכיל כרצונך.
- ביום הניתוח, להרדים את החיה באמצעות קטמין / acepromazine לזירוז (4 - 6 מ"ג / ק"ג), אז isoflurane לצורך תחזוקה. הערכת עומק ההרדמה על ידי ניטור רפלקס palpebral. כמו כן, לפקח סימנים חיוניים (דופק, חום גוף, קצב נשימה, ו / או בתגובה לצבוט ידי מלקחי רקמות). החל משחת עיניים לעיניים כדי להגן מפני שפשופים בקרנית.
- נהל אנטיביוטיקה מראש פרוצדורלית ולנקות את עור הגב עם סבון כירורגי מבוסס כלורהקסידין. העברת ארבעה 10 x 10 ס"מ 2 רשתות, שניים מכל צד שלבעלי חיים, עם סימוני קו 1 סנטימטר על עור החזיר באמצעות מדיום להעברת קעקוע. הרשתות מתאימות ארבעה האזורים הבאים: מקור שמאל, ימין מקורי, זנב שמאלי, ואת זנב תקין. השתמש בתבנית עם הפניה קו האמצע כדי להבטיח מיקום סימטרי של דפוסי הרשת.
- צור את הרשתות על נייר ידי התחקות לרשת מתאר בכבדות עם עט כדורי. לשטוף את האזור על החיה, כאשר הרשת היא להציב עם איזופרופיל אלכוהול לחיטוי.
- החל את הרשת (צד-דיו עט למטה) ישירות על העור. האלכוהול משמש עלוקה חלק הדיו מעל הנייר, העברת רשת אל העור של החיה.
- להזריק הרדמה מקומית (1% לידוקאין עם 1: 100,000 אפינפרין) תת עורי באתר של כל חתך מתוכנן.
- עושה חתך משני צדי החיה בתוך האמצע בין שתי הרשתות.
הערה: החתכים ממוקמים בצד השמאל ובצד ימין של החיה בין 2 הרשתות עלהצד הזה. ישנו חתך צדדי שמאל חתך צדדי תקין - השתמש hemostat לפתח מנהרה תת עורית מתחת לרשת של עניין. לאחר פיתוח מנהרה, הכנס את ההרחבה מתחת לרשת.
הערה: מנהרות ממוקמות בשום רשת כי תהיה הרחבת רקמות. - מניח את היציאה לאינפלצית הרחבה מרחוק דרך מנהרה תת עורית שפותחה באופן דומה לאורך קו אמצע הגב של החיה. פצעי תיקון על ידי תפירה.
- לאחר הניתוח, לטפל בבעלי חיים עם אנטיביוטיקה מניעתית (Ceftiofur 5 מ"ג / ק"ג IM פעם) כמו גם משככי כאבים (עצירות .05 - 0.1 מ"ג / ק"ג) באמצעות הזרקה תוך שרירית מדי 12 h עבור 4 מנות, עם מנות נוספות זמינות ראיות מצוקה חיה.
- תצפיות על בעלי חיים ברציפות במשך 2 h לאחר הניתוח, כולל מדידה שגרתית של סימנים חיוניים עד שהם חזרו ambulation ומסוגלים לשמור טמפרטורה נורמלית. בית החיה בכלוב הצג נפרד עד שאניt הוא מסוגל ללכת באופן עצמאי על כל 4 רגליים לפני העברת אותו בחזרה לאזור הדיור הרגיל שלו ולהשאיר אותו ללא השגחה.
- לאחר תקופת התאוששות הרדמת פוסט מיידית, לבדוק חיות יומיות להעריך ריפוי פצע. הסר את התפרים 14 ימים לאחר הניתוח. חתכים אלה אינם דורשים רטבים. השאר את החתכים לרפא עבור 3 - 4 שבועות לפני תחילת הרחבה
פרוטוקול האינפלציה 2.
הערה: התזמון של inflations וכמות הפתרון המשמשת בכל הרחבה תלויה בשאלה ספציפית נלמד. כדי לאפיין את ההשפעה של גיאומטריות הרחבה שונות, פרוטוקול מתאים הוא לבצע חמישה שלבי אינפלציה ב 0, 2, 7, 10, ו 15 ימים כדי להשיג כרכי מילוי של 50, 75, 105, 165, ו 225 סמ"ק בהתאמה.
- לפני כל צעד האינפלציה, להרדים קטאמין וניהול של בעלי חיים (4 - 6 מ"ג / ק"ג) ו dexmedetomidine ב 20 - 80 מיקרוגרם / ק"ג.
הערה: Dexmedetomidine הואn אגוניסט אלפא-אדרנרגיים שיכול להיות הפוך עם atipamezole (1: נפח 1: נפח) כדי להקל על התאוששות מהירה יותר; עם זאת, רמה זו של הרגעה לא יכולה להיות מתאימה החיה לסבול רחבה ללא סיכון מיותר של פגיעה בבעלי החיים או מפעיליו. אם זה המקרה, לנהל הרדמה כללית ידי אספקת isoflurane באמצעות אוורור המסכה הבאה אינדוקציה קטמין / acepromazine. - צרף שתי רולטות גמישות מפלסטיק אל העור של החיה באמצעות פלסטר. מניחים את רולטות בין רשתות בצידי הימני והשמאלי.
- מניח את החיה בצד אחד לרכוש 30 תמונות של הזירה מזוויות שונות רבות ככל האפשר.
הערה: המטרה היא ללכוד את הגיאומטריה של שתי הרשתות הגלויות כאשר החיה היא בהנחה בצד אחד.- ראשית, למקם את המצלמה מעל החיה ואת נוטה לצד הזנב, כדי ללכוד צילום שבו הרשתות המקועקעות תהיינה גלויות במלוא ולמלא את המסגרת.
- Mאובה בתבנית עגולה סביב החיה בתוך קשת מן הזנב לכיוון המקורי, לצלם לאורך הדרך, להבטיח, לכל תצלום, הרשתות המקועקעות הנראות להופיע לחלוטין את המסגרת.
- במקביל, מנסה למקסם את החלל כי הרשתות לכבוש את המסגרת. ירה אידיאלי היה ללכוד את הגב של החיה עם הרשתות המקועקעות ואזורים קטנים בלבד של רקע.
- שנית, מיקום המצלמה כלפי הצד הגחון ללכוד זווית הירייה הוא כ במקביל לקרקע ולצלם ב קשת מן הגחון לאזור הגב.
הערה: כמות הצילומים אינה ערך קבוע. עבור שחזור טוב, כל נקודה על הרשת המקועקעת צריכה להיות 3 תמונות לפחות; 30 תמונות בסך הכל היא כמות מספקת עבור שיקום גיאומטריה מוצלח.
- מניחים את החיה בצד הנגדי ולקחת 30 תמונות של השנייםרשתות הנותרות ביצוע הפעולות שמפורטות לעיל.
- בצע את צעד האינפלציה על ידי מציאת הנמל מרחוק המילוי והזריק את הכמות הנדרשת של תמיסת המלח המתאימה הפרוטוקול הרחב של עניין. השתמשו מלוחים בזריקות 0.9% סטרילי.
- אתר את היציאות ו prep על העור של החיה עם מגבוני אלכוהול איזופרופיל. גש היציאה עם מחט פרפר 25-מד סטרילית מצורף מזרק מלא מלוח להזרקה סטרילית.
הערה: כפי שתואר לעיל, יציאות מנהרה תת-עורית למיקום על dorsum קו האמצע הקדמי במהלך השמת הרחבה. - להזריק את הכמות הרצויה של תמיסת מלח. עיין בהערה בתחילת סעיף זה, בשל כרכי האינפלציה מוזרקים בכל שלב של תהליך ההתרחבות.
- אתר את היציאות ו prep על העור של החיה עם מגבוני אלכוהול איזופרופיל. גש היציאה עם מחט פרפר 25-מד סטרילית מצורף מזרק מלא מלוח להזרקה סטרילית.
- חזור על שלבי רכישת תמונה לאחר אינפלציה.
- לאחר פרוטוקול האינפלציה יושלם, להרדים את החיות.
- נהל כלליהרדמה על ידי מתן isoflurane באמצעות אוורור המסכה הבאה אינדוקציה קטמין / acepromazine. הערכת עומק ההרדמה על ידי ניטור רפלקס palpebral. כמו כן, לפקח סימנים חיוניים (דופק, חום גוף, קצב נשימה, ו / או בתגובה לצבוט עם מלקחי רקמות).
- להרדימו על ידי מנת יתר תוך ורידי של פנטוברביטול 90 - 100 מ"ג / ק"ג. בעקבות מנת יתר פנטוברביטול להמתת חסד, לאשר למוות על ידי בהעדר הדופק לגילוי באמצעות oximeter דופק ומישוש דופק כמו גם היעדר נשימה ספונטנית.
3. שחזור סטריאו Multi-נוף
- השתמש זמינה מסחרי תוכנה להעלות את קובצי תמונה לשחזר את הדגמים הגיאומטריים.
- הפעל את תוכנת MVS על הדפדפן ולהתחברות.
- בחר תמונה כדי 3D על הפינה השמאלית העליונה.
- לחץ להוסיף תמונות, דפדף אל המיקום של imגילים יכולים לבחור ידני את 30 הצילומים מתאימים מודל יחיד.
- שם הדגם ולחץ ליצור
- חכו המודל להיווצר. זה יכול להימשך מספר דקות. לחץ מחוונים על הזכות לחזור לדף הנחיתה המקורי של התוכנה.
הערה: מרכז השליטה מציג תמונות מייצגות של מודלים גיאומטריים אשר נוצרו על ידי המשתמש. - מניח את הסמן על המודל פשוט נוצר. מניחים את הסמן על הפינה הימנית התחתונה של התמונה מודל. לחץ הורדות ובחר obj.
4. Fit Surface שגם
- לשימוש בתוכנות קוד פתוח לעבד מודלים גיאומטריים.
- לחץ על File-> ייבוא> obj לייבא את הקובץ שנוצר מהתוכנה MVS. על החלק התחתון של תצוגת 3D לחץ על הצללת viewport ו Sele גודלCT מרקם. חפש כרטיסייה על זכותו של צפה 3D עם תפריטי משנה: Transform, גריז עיפרון, נוף, 3D עיפרון, וכו 'לחץ על הצללה ובחר לא מוצלת.
- קליק ימני על הגיאומטריה כדי לבחור בו. על החלק התחתון של תצוגת 3D לבחור מצב עריכה כדי להמחיש את הרשת המשולשת.
- בחר אחד אחד הצמתים 1 הסימונים ס"מ של סרט מדידה.
- כדי לבחור נקודה, קליק ימני על זה, וכן להדגיש את הנקודה. הקואורדינטות של נקודת להופיע על הלשונית בצד הימני של צפה 3D. לבחור ולהעתיק את הקואורדינטות של הנקודה הנבחרת לקובץ טקסט.
- חזור על פעולה זו עבור כל הנקודות על 1 סימוני הסנטימטר של סרט המדידה.
- האם זה עבור שני צעדי הקלטת. דוגמאות לתאם קבצי טקסט הם מספקיםד: tape1.txt, tape2.txt.
הערה: אם אין צמתים של הרשת על נקודת העניין, לחלק את הרשת עד שלא תהיה צומת על נקודת העניין. על מנת לפצל את רשת לבחור את שלושת הקודקודים של משולש ידי לחיצה על מקש Shift ועל לחיצה ימנית על הקודקודים. ואז ללחוץ על כפתור חלוקת משנה בכרטיסייה המופיע בצידו השמאלי של צפה 3D. פעולה זו מוסיפה שלושה צמתים יותר בתוך משולש שנבחרו.
- בחר את 11 x 11 נקודות של הרשת ולשמור את הקואורדינטות של 121 נקודות לקובץ טקסט בדפוס שמוצג באיור 1.
- בדומה לכך למה שנעשה עבור הרולטות, כדי לבחור נקודת הרשת, קליק ימני על זה, הנקודה תודגש. קואורדינטות של הנקודה תופיע על הלשונית בצד הימני של צפה 3D. לבחור ולהעתיק את הקואורדינטות של הנקודה הנבחרת לקובץ טקסט
הערה: מספור נקודות הרשת הוא alwזנב ays כדי מקורי ואת קו האמצע גב לכיוון אזור הגחון. סידור זה מבטיח כי מרחב הפרמטר עולה בקנה אחד עבור כל שני טלאים. כדוגמה, את gridReference.txt קובץ המכיל את הקואורדינטות של 121 נקודות של תיקון העור מסופק.
- בדומה לכך למה שנעשה עבור הרולטות, כדי לבחור נקודת הרשת, קליק ימני על זה, הנקודה תודגש. קואורדינטות של הנקודה תופיע על הלשונית בצד הימני של צפה 3D. לבחור ולהעתיק את הקואורדינטות של הנקודה הנבחרת לקובץ טקסט
- הורדה, לקמפל ולהתקין ספריות שגם ++ C. הקובץ מכיל splineLibraryInstallation.txt הקישור לקוד המקור של ספריות שגם והוראות התקנה.
- לקמפל את קוד המקור generateCurve.cpp כדי ליצור את generateCurve ההפעלה
הערה: התוכנית generateCurve רק צריך להיות הידור פעם. כדי לקמפל זה C ++ קוד המקור וליצור הפעלה ובצע את ההוראות בחלק העליון של קובץ קוד המקור generateCurve.cpp. - השתמש בתכנית generateCurve כדי להתאים splines לצעדי הקלטת לנקודות הרשת. כדי להפעיל את קובץ ההפעלה בתוך Bפגז אפר, סוג
ספריית $ ./generateCurve- לאחר הפעלת התוכנית, הוא יבקש מהמשתמש להקליד את הנתיב לקובץ המכיל את הקואורדינטות של סרט מדידה. אז התכנית תבקש שם עבור קובץ הפלט. מוסיפים את סיום .g2 לשם הקובץ.
הערה: סיום .g2 מייצג כלים כדי תנועה, והיא קשורה אל ספריות שגם. שתי דוגמאות של קבצים שגם מתאימים רולטות זמינות עם פרוטוקול זה (tape1.g2, tape2.g2).
- לאחר הפעלת התוכנית, הוא יבקש מהמשתמש להקליד את הנתיב לקובץ המכיל את הקואורדינטות של סרט מדידה. אז התכנית תבקש שם עבור קובץ הפלט. מוסיפים את סיום .g2 לשם הקובץ.
- השתמש scalePoints.py סקריפט פייתון להרחיב את נקודות הרשת. הפעל את התוכנית שורת פגז Bash עם שלושה טיעונים: הקובץ של נקודות הרשת ואת שמות הקבצים של splines המתאים רולטות
הספרייה Python $ scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
הערה: התסריט scalePoints.py מייבאת את הסקריפטים B_spline.py ו NURBS_Curv e.py, ולכן כל שלושת התסריטים חייבים להיות באותה התיקייה. - לקמפל את generateSurface.cpp קוד המקור כדי ליצור את generateSurface ההפעלה.
הערה: שלב זה רק צריך להיעשות פעם. הוראות מפורטות יותר זמינות בתחילת קובץ קוד המקור generateSurface.cpp. - השתמש בתוכנית generateSurface כדי להתאים משטח שגם לנקודות רשת. הפעל את generateSurface ההפעלה על Bash הפגז
ספריית $ ./generateSurface- הפעלת התכנית במעטפת תבקש את שם הקובץ המכיל את הנקודות המדורגות. ואז הוא יבקש את שם קובץ הפלט. מוסיף את הסיום .g2 לשם קובץ הפלט.
הערה: .g2 הסיום מוצע על ידי הספריות שגם ודוגל כלים בדרכים. הקבצים gridReference.g2 ו gridDeformed.g2 ניתנים כדוגמאות.
- הפעלת התכנית במעטפת תבקש את שם הקובץ המכיל את הנקודות המדורגות. ואז הוא יבקש את שם קובץ הפלט. מוסיף את הסיום .g2 לשם קובץ הפלט.
- התחל פיתון בשורת פגז Bash
פיתון ספריית $
הערה: Python מאתחל את המתורגמן, המהווה ממשק דומה הקליפה כי תראה בסביבת שורת הפקודה חדשה >>> - ייבא את התסריט expansionIGA.py המכיל פונקציה בשם evaluateMembraneIGA
>>> מ evaluateMembraneIGA יבוא expansionIGA - קרא לפונקציה evaluateMembraneIGA לחשב את המפות עיוות.
הערה: פונקציה זו לוקחת כמו טיעונים:
שם קובץ של משטח ההפניה
שם קובץ של המשטח המעווה
החלטה של ההערכה (כמה נקודות מוערכות לכל כיוון)
שווי מזערי של מתיחה באזור המשמש להרחיב את העלילה קונטור
ערך מקסימאלי של מתיחה באזור המשמש להרחיב את עלילת קונטור
שווי מזערי של מתיחה בכיוון אורכי לנואד להרחיב את קווי המתאר
ערך מקסימאלי של מתיחה בכיוון אורכים נהג לטפס על קווי המתאר
שווי מזערי של מתיחה בכיוון רוחבי נהג לטפס על קווי המתאר
ערך מקסימאלי של מתיחה בכיוון רוחבי נהג לטפס על קווי המתאר
ריווח בין קווי רשת בעלילת קונטור
שם קובץ פלט- לדוגמה, לרוץ
>>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0.5, 2, 0.5, 2, 0.5, 25, 'עיוות')
הערה: פקודה זו תפיק ולשמור שישה קבצי פלט. הערה שהטיעון האחרון בדוגמה לעיל הוא עיוות filename פלט, ובכך, הקבצים יופק הם:
deformation_theta.png: העלילה קונטור של מתיחה באזור
deformation_theta.txt: טבלת ערכים התואמים את העלילה קונטור של מתיחה באזור
deformation_G1.png: העלילה קונטור של אלון מתיחהg לציר האורך של החיה
deformation_G1.txt: טבלת ערכים התואמים את העלילה קונטור של מתיחות לאורך ציר האורך של החיה
deformation_G2.png: עלילה קונטור של רכיב מתיחת הציר הרוחבי של החיה
deformation_G2.txt: טבלת ערכים התואמים את העלילה קונטור של מרכיב את מתיחת הציר הרוחבי של החיה
הערה: אל תבלבל את סיום קבצים שגם, .g2, עם G2 וקטור. הקבצים שגם יש וכלה .g2 בהתאם למוסכמות מתן שמות של הספרייה שגם. מצד השני, ה- G1 הווקטורים G2 לציין את הכיוונים האורכים רוחביים ביחס החיה.
הערה: הקבצים קונטור נוצרים עם תכונות שונות בארבע הפינות כדי להקל פרשנות של מרחב הפרמטרים: פיקסל השחור: רוב הזנב, נקודת הגבי ביותר; בפינת פיקסל אדומה: mosמקורי t, נקודת הגבי ביותר; בפינת פיקסל ירוקה: רוב הזנב, ברוב נקודת גחון; בפינת פיקסל כחולה: הכי מקורית, הכי גחון נקודה.
- לדוגמה, לרוץ
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מתודולוגיה זו הועסקה בהצלחה ללמוד את העיוות נגרמת גיאומטריות הרחבה שונות: מלבן, כדור ו מרחיבי סהר 31, 32. התוצאות המתאימות המרחיבים בתחום וסהר נדונים הבאים. איור 2 מדגים את שלושת השלבים של שחזור מודל MVS. נקודת המוצא היא אוסף של תצלומים סצינה סטטית. החיה עם הרשתות המקועקעות ואת הרולטות שכבה עדיין כמו התמונות צולמו מזוויות שונות. אלגוריתם MVS התכונות המותאמות בין הצילומים כדי לחלץ 3D קואורדינטות. כתוצאה מכך, מודל גיאומטרי מורכב רשת משולשת עם מרקם נוצר.
הפרוטוקול המתואר כאן יכול לשמש כדי לחקור היבטים שונים של תהליך התרחבות רקמות. וריאציותב זנים אזוריים המושרים על ידי מרחיבים בתחום וסהר הוא היבט חשוב אחד של תהליך ההתרחבות שכן הוא מוביל וריאציות אזוריות בסך של עור גדל. שני המכשירים היו מלאים לאותו נפח בכל נקודת זמן. חמישה צעדי אינפלציה בוצעו 0, 2, 7, 10, ו 15 ימים כדי לייצר כמויות מילוי של 50, 75, 105, 165, ו 225 סמ"ק. איור 3 מציג תמונות של רשתות העור הרחיבו בסוף כל שלב אינפלציה. המרחיבים נמתחים העור ואת העיוות הייתה לכאורה על ידי העיוות של הרשת לאורך זמן.
עבור כל תצורה של רשת משטח שגם נוצר כמתואר בסעיף בפרוטוקול. דפורמציות חושבו על ידי בחירת התייחסות רשת מעווה כפי שמודגם באיור 1. התוצאות של שני סוגים שונים של ניתוחים נדונות כאן. כדי ללמוד את העיוות הכרונית, החזיר ב היום 0 נבחר tהוא הפניה תצורה בהשוואה לכל בנקודות זמן אחרות. השוואה בסוף כל צעד אינפלציה לתוצאות תצורת הפניה בחלקות קונטור שמוצגות באיור 4. המתודולוגיה המוצגת כאן תמציות שלושה צעדים של עיוות. השינוי באזור מצוין θ, למתוח בכיוון האורך נקרא λ G1, G2 ו λ הוא מתיחה בכיוון רוחבי, כפי שמוצג באיור 1. ההתקדמות של השינויים באזור והוא משתרע בשני הכיוונים המאונכים עבור מרחיבים בתחום וסהר מתואר באיור 4. משטחים שגם הם חלק בדרך כלל ולכן מגרשי קונטור המקבילים היו חלקים. עם זאת, על הגסות של הרשת הייתה שמעידה קווי המתאר אשר הראה תכונות נקודה. רשת עדינה תגדיל את הנאמנות של מפות העיוות. עם זאת, ההבדלים בין גיאומטריות הרחבה השונות היו מייד appareNT וכמותיים. למרות שני המרחיבים היו מלאים עד הנפח הזהה, ההרחבה הכדורית מושרה עיוות גדולה. הווריאציה המרחבית של חלקות קונטור גילתה כי העור היה מתוח יותר במרכז ההרחבה לעומת הפריפריה של הרשת. תוצאות מסוכמים בטבלה 1.
ניתוח שני כלל קביעת העיוות החריפה על כל צעד ושעל אינפלציה. במקרה זה, בתצורת ההתייחסות הייתה לרשת רק לפני ההתרחבות, ואת הרשת המעווה הייתה כי מייד לאחר שלב האינפלציה. דפורמציות המושרה על כל צעד ושעל אינפלציה הייתה דומה להפליא בממוצע בין נקודות הזמן השונות. הסיכום הוא הכיל בטבלה 2. בממוצע, את העיוות הייתה קרובה 1 (שם 1 יהיה בהעדר העיוות). הפיקוח של מפות קונטור שמוצג באיור 5 לראווה וריאציות מרחבית ניכרת. למרות שלא הייתה כמעט עיוות בממוצע, כמה אזורים של הרשת נמתחו בעוד שאחרים היו התכווצו ביחס ההפניה. בדומה לניתוח של העיוות הכרונית, באזורי המרכז היו אלה נמתחים ביותר.
בשני המקרים האקוטיים וכרוניים, משתרע אורך הרוחבי הראה מגמה ברורה מעידה אנאיזוטרופיה. עור, כמו רוב רקמות collagenous, מראה כיוון סיבים העדיף שתרם אנאיזוטרופיות תגובה מכני 25. במקרה של עור בחלק האחורי של חזיר, סיבים הם חשבו להיות מיושרים רוחביים 33. הניסויים שלנו הראו כי במהלך התרחבות עור, מותח את הכיוונים האורכים היו תמיד גדול יותר מאלה יחד בכיוון הרוחבי. זה היה נכון הן במישור ואת מרחיבי סהר, בכל נקודות הזמן, ולמען conto עיוות אקוטיים וכרונייםאורס. תוצאה זו תומכת בהשערה כי אנאיזוטרופיה עור יכולה להשפיע על דפורמציות המושרית במהלך הליך הרחבת רקמות.
איור 1: תצורות רשת ופרמטר שטח. רשתות מקועקעות על הגב של בעלי חיים צולם עם רולטות במקום כדי לטפס על מודלים גיאומטריים (העליון). דפורמציה בין הפניה ו תצורה מעוות מתאפיינת בשלושה משתנים: θ שינוי בשטח, G1 λ מתיחה האורך, ו G2 λ מתיחה רוחבי (העליון). הרשת היא להם פרמטרים בעקביות על ידי מספור הנקודות תמיד מן הזנב מקורי ומן הגב אל כיוונים הגחון (משמאל למטה). הפלט של הניתוח הוא מזימה קונטור על שטח הפרמטר. קווי המתאר מסומנים בפינות עם פיקסל אחד אשר takes הצבע השחור, אדום, ירוק וכחול, כדי להקל על זיהוי של זנב, מקורי, גב, ועל צדדי גחון (מימין למטה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2: שחזור מערכת סטריאו Multi-לאור תהליך הרחבה. MVS הוא אלגוריתם מן הראייה ממוחשבת שלוקח כמו תמונות קלט מזוויות שונות עם עמדות מצלמה לא ידועות (משמאל). האלגוריתם תואם תכונות פני התמונות כדי למצוא את קואורדינטות 3D (מרכז). הפלט של האלגוריתם הוא רשת משולשת עם מעולף המרקם (מימין). (איור מותאם באישור 31) אנא לחץכאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: הרחבת הכדור ו מרחיבי סהר. מרחיבי כדור (בשורה העליונה) וסהר (בשורה התחתונה) הונחו מתחת לעור מקועקע על גבו של חזיר מנופח ב 0 ימים, 2, 7, 10, ו 15 ימים כדי לייצר כמויות מילוי של 50, 75, 105, 165, ו 225 סמ"ק. (איור מותאם באישור 31). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4: דפורמציה כרונית הנגרמת על ידי כדור ו מרחיבי סהר. הרשתות המקועקעות הוסבו שגם משטחים לניתוח (שורות 1 ו 2).אם אקח את ההתייחסות להיות הרשת ביום 0, שלושה צעדים של עיוות חושבו. שינוי הפינה הראה ערכים גבוהים בהדרגה לאורך זמן, עם עיוות גבוהה באזור המרכז של ההרחבה, ואת עיוות גבוהה בתחום לעומת הסהר (שורות 3 ו 4). מתיחות אורך (שורות 5 ו 6) דמה משתרע האזור תוך משתרע רוחבי (שורות 7 ו 8) הראה להקות של דפורמציה מתיחה פחות לעומת בכיוון האורך. (איור מותאם באישור 31) אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5: דפורמציה חריפה הנגרמת על ידי כדור ו מרחיבי סהר. אם אקח כנקודת התייחסות את התצורה רק לפני צעד אינפלציה, וכפיתצורת מעוות מייד לאחר ההזרקה של פתרון לתוך הרחבה, חושבה דפורמציות חריפה. מפות דפורמציה היו חלקות, אולם, תופעות קצה מסוימות היו מורגשות ואת הגסות של discretization השתקפה דפוסים דמויים כתמים של עיוות. שינויי שטח (שורות 1 ו 2) הראו וריאציה אזורית, עם מתיחה גבוהה באזור המתאים ההרחבה. מתיחות היו דומות ברחבי בנקודות זמן שונות. אותה המגמה ניתן לראות לפרקי אורך (שורות 3 ו 4). משתרע רוחבי (שורות 5 ו 6) הראו התפלגות אחידה יותר וערכים נמוכים לעומת המקרה האורך. (איור מותאם באישור 31) אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
| זמן [ימים] | נפח [סמ"ק] | פינת שינוי θ | G1 λ מתיחה אורכית | G2 λ מתיחה רוחבית | |||||||
| מקסימום | דקות | ממוצע | מקסימום | דקות | ממוצע | מקסימום | דקות | ממוצע | |||
| 0 | כַּדוּר | 50 | 1.44 | 0.71 | 0.98 | 1.37 | 0.76 | 1 | 1.17 | 0.84 | 0.97 |
| 0 | חֲצִי סַהַר | 50 | 1.46 | 0.76 | 0.98 | 0.79 | 1 | 1.17 | 0.84 | 0.98 | |
| 2 | כַּדוּר | 75 | 1.74 | 0.68 | 1.08 | 1.51 | 0.73 | 1.08 | 1.19 | 0.75 | 1 |
| 2 | חֲצִי סַהַר | 75 | 1.43 | 0.66 | 1 | 1.31 | 0.65 | 1 | 1.26 | 0.77 | 1 |
| 7 | כַּדוּר | 105 | 0.01 | 0.69 | 1.21 | 1.7 | 0.75 | 1.13 | 1.32 | 0.84 | 1.07 |
| 7 | חֲצִי סַהַר | 105 | 1.66 | 0.83 | 1.15 | 1.4 | 0.87 | 1.11 | 1.33 | 0.86 | 1.03 |
| 10 | כַּדוּר | 165 | 2.26 | 0.74 | 1.36 | 1.76 | 0.77 | 1.21 | 1.39 | 0.83 | 1.11 |
| 10 | חֲצִי סַהַר | 165 | 1.86 | 0.87 | 1.26 | 1.58 | 0.8 | 1.15 | 1.45 | 0.83 | 1.09 |
| 15 | כַּדוּר | 225 | 2.77 | 0.72 | 1.52 | 2.01 | 0.69 | 1.29 | 1.47 | 0.89 | 1.18 |
| 15 | חֲצִי סַהַר | 225 | 1.87 | 0.83 | 1.32 | 1.46 | 0.84 | 1.17 | 1.44 | 0.92 | 1.14 |
| 21 | כַּדוּר | 225 | 3.09 | 0.93 | 1.7 | 2.13 | 0.9 | 1.33 | 1.62 | 0.98 | 1.27 |
| 21 | חֲצִי סַהַר | 225 | 2.25 | 0.87 | 1.49 | 1.66 | 0.85 | 1.25 | 1.67 | 0.96 | 1.2 |
טבלה 1: סיכום של עיוות כרונית. זנים חושבו לקחת את התצורה הראשונית כהפניה והשוואת הטלאים בסוף כל שלב אינפלציה ביחס אליו. הממוצע של העיוות מיוחסת ההרחבה בתחום הגיע 1.70 ביום 21 ואילו הרחבת הסהר מעווה 1.49 באזור עד סוף שנת ההתרחבות. כי היו הבדלים מרחביים משמעותיים ומקסימום וערכי מינימום מגוון ביחס לממוצע. משתרע האורך הגיע 1.33 ו 1.25 עבור המרחיבים בתחום וסהר בהתאמה, בעוד משתרע רוחבי היו נמוכים, עם ערכים של 1.27 ו 1.20. (לוח מותאם באישור
ontent" FO: keep-together.within-page = '1'> בטבלה 2:.. סיכום של דפורמציה החריפה זנים חושבו לקחת את התצורה לפני התרחבות כהפניה ואת התצורה מייד אחרי שלב האינפלציה כפי לרשת לה המעווה ממוצע, הוא המרחיבים בתחום והסהר הראו מגמות דומות, עם ערכים קרובים 1 דבר מצביע שום עיוות. עם זאת, בשל וריאציות מרחבית, מדדנו שינויי שטח מרביים היו גבוהים ככל 1.60 לתחום ו 1.50 עבור הסהר. משתרע על כיווני אורכיים רוחביים היו איזוטרופי, עם הערכים המרביים של מתיחות האורכת כמעט תמיד גבוהים יותר מאשר משתרע הרוחבי. (לוח מותאם באישור 31) זמן [ימים] מרחיב נפח [סמ"ק] פינת שינוי θ G1 λ מתיחה אורכית G2 λ מתיחה רוחבית מקסימום דקות ממוצע מקסימום דקות ממוצע מקסימום דקות ממוצע 0 כַּדוּר 50 1.32 0.72 0.98 1.44 0.75 1 1.23 0.83 0.97 0 חֲצִי סַהַר 50 1.5 0.71 0.98 1.3 0.8 1 1.21 0.84 0.98 2 כַּדוּר 75 1.36 0.69 0.98 1.26 0.66 1 1.2 0.8 0.98 2 חֲצִי סַהַר 75 1.31 0.61 0.98 1.24 0.8 1.01 1.34 0.68 0.97 7 כַּדוּר 105 1.4 0.79 0.98 1.3 0.57 1 1.2 0.77 0.98 7 חֲצִי סַהַר 105 1.37 0.59 1 1.6 < / Td> 0.83 1.02 1.16 0.77 0.98 10 כַּדוּר 165 1.6 0.73 1.01 1.35 0.6 1.02 1.25 0.75 0.99 10 חֲצִי סַהַר 165 1.48 0.58 1.01 1.42 0.75 1.02 1.22 0.77 1 15 כַּדוּר 225 1.27 0.73 1.01 1.35 0.55 1.02 1.22 0.79 0.98 15 חֲצִי סַהַר 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
כאן הצגנו פרוטוקול לאפיין את דפורמציות המושרה במהלך הליך הרחבת רקמות במודל חזירי באמצעות סטריאו רב-נוף (MVS) ו קינמטיקה isogeometric (קינמטיקה IGA). במהלך הרחבת רקמות, עור עובר עיוותים גדולות יוצא מתוך משטח חלק יחסית שטוח לצורת 3D דמוי כיפה. עור, כמו ממברנות ביולוגיות אחרות 34, מגיב למתוח ידי הפקת חומר חדש, הולך וגובר בתחום שיכול לשמש אז למטרות שיקומיות 35. לכן, קביעה מדויקת של המתיחה המיוצרת על ידי הרחבה היא חיונית כדי להבין את המנגנונים המווסתים את ההסתגלות של עור. תכנון הליך הרחבה הוא מאתגר בגלל מרחיבי רקמות באים בגדלים וצורות שונים, חלוקת המתיחה אינה אחידה על פני השטח המורחב כולו וזה תלוי במיקום וקצב אינפלצית 11,נ"צ "> 36. לאחר פרוטוקול לאמוד במדויק עיוות רחבה המושרית ואת מסוגל לפתור זנים גדולים, צורות 3D, וריאציות אזוריות, פותח אפיקים חדשים ללמוד את הרגולציה המכאנית של צמיחת עור, ובסופו של דבר יכולה להוביל כלי תכנון לפני ניתוח הכמותי . לקראת מטרה זו, פתחנו מתודולוגיה שאינה פולשנית, סבירה, וגמישה כדי למדוד עיוות במודל חזירי של התרחבות עור 32.
צעדים קריטיים
מודלים בבעלי חיים להרחבת רקמות מתאפיינים גם במשך יותר משני עשורים 37. עור חזירים מציג מאפיינים דומים integument האנושי. יתר על כן, הרחבת עור בחזירים כדלקמן הליך דומה כמו זה ייעשה בבני האדם 38. ההליך להרחבת רקמות היא אבן הפינה להצלחת בפרוטוקול זה. מנתחים מנוסים, מומחי הרחבת רקמות, בצעו את techniquדואר במודל החיה שהוצג כאן.
העור חשוף בנוחות הסביבה החיצונית הוא קרום דק, ולכן העיוות שלה יכולה להתאפיין נקודות מעקב על פני השטח שלה 17. MVS מציעה טכניקה גמישה ובמחיר סביר ללמוד דפורמציות עור 3D in vivo על פני תקופות זמן ארוכות. אלגוריתם זה לוקח כקלט סדרה של צילומים מזירת סטטי ומשתמש התאמת תכונה ברחבי תמונות לחלץ קואורדינטות 3D. שחזור MVS ואת ניתוח קינמטיקה עוקב האנושות תלוי צעדי רכישת תמונה של פרוטוקול זה.
שינויים ופתרון בעיות
במהלך הרחבת רקמות, המכשיר יכול להעביר משם מהרשת בשל תנועת חיה והתפוררות של הכיס שבו ההרחבה הוצבה במקור. אם האזור המורחב נע מחוץ לרשת, ההרחבה צריכה להיות מנוכה והוסרו. יחסי ציבור זהoblem כבר נתקל באמצעות הפרוטוקול באחת מתוך שמונה רשתות 31, 32. מרחיבים יכולים לדלוף גם אם הם פגומים או נקבו במהלך פרוטוקול האינפלציה. זה גם פוגע בתוקפו של הניסוי ואת הבטיחות של החיה, ולכן ההרחבה להסירו. בעיה זו כבר נתקלה באמצעות פרוטוקול זה אחד מתוך שמונה רשתות 31, 32.
שחזור MVS יכול להיות מאתגר עבור קבוצות מסוימות של צילומים בשל אפקטים של תאורה, חוסר המיקוד, ועל רקע רעש 23. למרות הכלים המסחריים MVS חזקים, אם התוצאות אינן מדויקות מספיק בהתחלה, השלבים הבאים לפתרון הבעיות תמיד תקנו את הבעיה על הניסיון שלנו: להסיר באופן ידני את הרקע בתצלומים; בחר קבוצת משנה של תמונות עם פוקוס חד וזורק לי מטושטשקוסמים; לבחור באופן ידני נקודות התאמה פני תמונות בממשק התוכנה המסחרית.
מגבלות של הטכניקה
כפי שפורט לעיל, integument החזירי דומה אנושי 38, בכל זאת, ישנם עדיין פערים. לכן, מודל חזירי לא צפוי להיות ניבוי מלא של פרוטוקולים רחבים אנושית ברקמת 37. מגבלה נוספת של הפרוטוקול היא היעדר כלים מסחריים או תוכנה ידידותית למשתמש לנתח את הדגמים הגיאומטריים. נכון לעכשיו, פעם הגיאומטריה מופקת באמצעות MVS, הניתוח מבוצע עם קוד בתוך הבית אשר מורכב של C ++ ו- תסריטי פיתון. בעוד שמצד אחד, השיטה המוצעת היא היצירה ומציעה דרך סביר, נוח ללמוד את המכניקה של רקמות רכות לאורך תקופות זמן ארוכות, ניתוח הנתונים תלוי טכנולוגיים אשר היו פופולרי רק בעשור האחרון 27. כדי circumלפרוק מגבלה זו, אנו מספקים היישום שלנו שגר שגם עם ההגשה הזה. מגבלה נוספת היא ההגבלה של רשת מקועקעת על מנת לעקוב אחר דפורמציות כרונית. צורך רשת מקועקעת מעכב את התרגום של הפרוטוקול להגדרות קליניות.
משמעות של הטכניקה ביחס קיימים / שיטות חלופיות
נכון לעכשיו, רופאים מסתמכים בעיקר על החוויה שלהם במהלך תכנון לפני ניתוח של הליכי הרחבת רקמות, אשר הוביל מגוון רחב של פרוטוקולים שרירותיים כי לעתים קרובות שונים מאוד 13, 14, 15. הפרוטוקול המובא כאן עוסק בפערי ידע קיימים על ידי לכימותי עיוות נגרמים רחבה במודל חיה חזירי של הרחבת רקמות. למיטב ידיעת המחבר, מדובר בפרוטוקול הראשון לכמת מפות עיוות מתמשכות על טלאים גדולים למדי של רקמת עור <sup class = "Xref"> 31, 32.
הפרוטוקול הוא חדשני, לא פולשנית, סביר וגמיש; הוא מסתמך על התפתחויות אחרונות אלגוריתמי ראייה ממוחשבת כגון MVS, אנליזה נומרית כגון קינמטיקה IGA. MVS התקדמה מאוד בעשור האחרון, והגיעה שגיאות שחזור נמוכות כמו 2% 24. עליית תוכנה זמינה מסחרי כמו גם קוד מקור פתוח מציגה את הפופולריות הגבוהה של שיטה זו 41. MVS הוא זול מכיוון שהיא דורשת מצלמה דיגיטלית בלבד ותצלומים נלקחים ללא כיול של מיקום המצלמה. לעומת זאת, טכניקות אחרות כגון שיקום סטריאו לדרוש חומרה נוספת כדי לשלוט על המיקום של המצלמה 17. MVS הוא גמיש כי זה יכול להתבצע במגוון של תרחישים עוד תמונות ניתן שצולמו מזוויות שונות. זוהי תכונה שהופכת יותר relevant כאשר בוחנים יישום קליני פוטנציאל. לעומת זאת, טכניקות אחרות כגון מעקב בתנועה דורשות התקנה ספציפית ולא ניתן לבצע במיקום שרירותי 18. תכונה של MVS אחת יותר היא הייצור של גיאומטריות 3D. טכניקות אחרות, כגון מתאם תמונה דיגיטלי (DIC), הם העדיפו בתנועת 2D מעקב 39. התוצאות המוצגות כאן לראווה את היכולת של אלגוריתמים מסחריים לשחזר את צורות 3D בנאמנות מושרות במהלך הרחבת רקמות.
מתוך גיאומטריות 3D, דפורמציות צריך להיות מחושב. פרוטוקול זה מסתמך על השימוש קינמטיקה IGA משטח שגם. Splines שימושי בגלל כמה נקודות בקרה parameterize גיאומטריות חלקות עם המשכיות גבוהה אשר נדרשות לניתוח של קרומים דקים 40. היתרון הגדול של splines בבקשה זו הוא הרעיון של מרחב פרמטרית. טכניקות אחרות, כגון ele הסופימפעלים, חוסר תחום פרמטר גלובלי. זה נוח עבור בעיות מסוימות כגון סימולציה של טלאים סדירים (תיקונים למשל עם חורים), בעל parameterization מפורשת מאפשר קביעה של מתיחות בין כל שתי תצורות בצורה ישירה. למשל, שני ניתוחים שונים הוצגו כאן: דפורמציות כרוניות חריפות. כדי לחשב את זני רשתות עם פרוטוקול זה הוא מספיק כדי לספק את splines של שני משטחים של ריבית מאז כל המשטחים להכיל אותו דומיין פרמטר.
במהלך הרחבת רקמות, עור הגיב העיוות המיושמת על ידי גדל שטח פנים, הפקת integument החדש כי אז יכול להיות מועסק על ניתוח שחזור. אפיון דפורמציות רלוונטיות קלינית של העור לאורך תקופות זמן ארוכות יכול לשפר את הבנתנו את mechanobiology של האיבר הזה, כמו גם לאפשר פיתוח של כלים לפני הניתוח הכמותי. הפרוטוקול המתואר שלהדואר מציין במפורש את הצורך של עיצוב ניסיוני עם תרגום הפוטנציאל הקליני.
יישומים עתידיים או כיווני אחרי מאסטרינג טכניקה זו
קוד המקור המשמש בפרוטוקול זה יכול להיות מותאם בקלות יישומים אחרים היה אפשר לשלב יותר הטמעות ידידותיות למשתמש. מסופק עם נייר זה הם שגר להעריך פונקציות בסיס שגם, parameterize שדות רציפים מעל משטחים שגם, ולשלב אותם שדות רציפים, ולחשב הדרגתי עיוות, קרום זני כיפוף. אנו מצפים כי קוד המקור הזה ימשיך להתפתח לכיוון כלי שיכול לשמש בסופו של דבר ביישומים קליניים אמיתיים של הרחבת רקמות וכן לאפשר ליישומים אחרים. תחום נוסף בעתיד של עבודה הוא העידון של פרוטוקול זה להביא תכונות מכאניות שיקול מדגיש ברקמה ולא קינמטיקה בלבד.
Frאום פרספקטיבה רלוונטית קליני, פרוטוקול זה הוא מסוגל לכמת וריאציות אזוריות של עיוות רקמות, כמו גם הבדלים בין צורות ושיעורי אינפלצית הרחבה שונות 31, 32. עבודה נוספת נדרשת כדי להמשיך להעריך את ההשפעה של פרמטרים שונים רחבים על תגובת הרקמות. יתר על כן, חידוד נוסף של המודל החזירי עם דגש על המנגנונים הביולוגיים של הסתגלות יוכל לעזור בהבנת מנגנונים בסיסיים מסדיר הסתגלות עור כדי להתמתח יתר על מידה. המטרה הסופית היא לתת תוקף הפרוטוקול במודל חזירי כדי לתרגם אותה ההגדרה הקלינית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
יש סופרים sthe מה למסור.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Yucatan miniature swine | Sinclair Bioresources, Windham, ME | N/A | |
| Antibiotics | Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CA | sc-362931Rx | Ceftiofur, dosage 5 mg/kg intramuscular |
| Chlorhexidine-based surgical soap | Cardinal Health, Dublin, OH | AS-4CHGL(4-32) | 4% chlorhexidine gluconate surgical hand scrub |
| Tattoo transfer medium | Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WA | TRANSF | Stencil thermal tattoo transfer paper |
| Lidocaine with epinephrine | ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA | 001-1423 | Lidocaine Hcl 1% (Xylocaine) - Epinephrine 1:100,000, 20 mL |
| Buprenorphine | ZooPharm, Windsor, CO | 1 mg/mL sustained release, dosage 0.01 mg/kg intramuscular | |
| Digital camera | Sony | Alpha33 | Standard digital camera with 18 - 35 mm lens, 3.5 - 5.6 aperture. Used in automatic mode, no flash |
| Tape measure | Medline, Mundelein, Illinois | NON171330 | Retractable tape measure, cloth, plastic case, 72 inches |
| Tissue expanders | PMT, Chanhassen, MN | 03610-06-02 | 4 cm x 6 cm, rectangular, 120 cc, 3610 series 2 stage tissue expander with standard port |
| ReCap360 | Autodesk | N/A | MVS Software, Web application: recap360.autodesk.com |
| Blender | Blender Foundation | N/A | Computer Graphics Software, open source: blender.org |
| SISL | SINTEF | N/A | C++ spline libraries, open source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/ |
References
- Gosain, A. K., Zochowski, C. G., Cortes, W. Refinements of tissue expansion for pediatric forehead reconstruction: a 13-year experience. Plast Reconstr Surg. 124, 1559-1570 (2009).
- Neumann, C. G. The expansion of an area of skin by progressive distention of a subcutaneous balloon: Use of the Method for Securing Skin for Subtotal Reconstruction of the Ear. Plast Reconstr Surg. 19, 124-130 (1957).
- De Filippo, R. E., Atala, A. Stretch and growth: the molecular and physiologic influences of tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 109, 2450-2462 (2002).
- Buganza Tepole, A., Joseph Ploch, C., Wong, J., Gosain, A. K., Kuhl, E. Growing skin: A computational model for skin expansion in reconstructive surgery. J Mech Phys Solids. 59, 2177-2190 (2011).
- LoGiudice, J., Gosain, A. K. Pediatric Tissue Expansion: Indications and Complications. J Craniofac Surg. 14, 866-866 (2003).
- Rivera, R., LoGiudice, J., Gosain, A. K.
- Marcus, J., Horan, D. B., Robinson, J. K. Tissue expansion: Past, present, and future. J Am Acad Dermatol. 23, 813-825 (1990).
- Patel, P. A., Elhadi, H. M., Kitzmiller, W. J., Billmire, D. A., Yakuboff, K. P. Tissue expander complications in the pediatric burn patient: a 10-year follow-up. Ann Plast Surg. 72, 150-154 (2014).
- Pietramaggiori, G., et al. Tensile Forces Stimulate Vascular Remodeling and Epidermal Cell Proliferation in Living Skin. Ann Surg. 246, 896-902 (2007).
- Khalatbari, B., Bakhshaeekia, A. Ten-year experience in face and neck unit reconstruction using tissue expanders. Burns. 39, 522-527 (2013).
- Brobmann, F. F., Huber, J. Effects of different-shaped tissue expanders on transluminal pressure, oxygen tension, histopathologic changes, and skin expansion in pigs. Plast Reconstr Surg. 76, 731-736 (1985).
- van Rappard, J. H., Molenaar, J., van Doorn, K., Sonneveld, G. J., Borghouts, J. M.
- Pusic, A. L., Cordeiro, P. G. An accelerated approach to tissue expansion for breast reconstruction: experience with intraoperative and rapid postoperative expansion in 370 reconstructions. Plast Reconstr Surg. 111, 1871-1875 (2003).
- Schneider, M. S., Wyatt, D. B., Konvolinka, C. W., Hassanein, K. M., Hiebert, J. M. Comparison of Rapid Versus Slow Tissue Expansion on Skin-Flap Viability. Plast Reconstr Surg. 92, 1126-1132 (1993).
- Schmidt, S. C., Logan, S. E., Hayden, J. M., Ahn, S. T., Mustoe, T. A. Continuous versus conventional tissue expansion: experimental verification of a new technique. Plast Reconstr Surg. 87, 10-15 (1991).
- Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. Multi-view stereo analysis reveals anisotropy of prestrain, deformation, and growth in living skin. Biomech Model Mechanobiol. 14, 1007-1019 (2015).
- Tonge, T. K., Atlan, L. S., Voo, L. M., Nguyen, T. D. Full-field bulge test for planar anisotropic tissues: Part I-Experimental methods applied to human skin tissue. Acta Biomater. 9, 5913-5925 (2013).
- Park, S. I., Hodgins, J. K. Capturing and animating skin deformation in human motion. ACM Trans Graph. 25, 881-881 (2006).
- Rausch, M. K., et al. In vivo dynamic strains of the ovine anterior mitral valve leaflet. J Biomech. 44, 1149-1157 (2011).
- Leyva-Mendivil, M. F., Page, A., Bressloff, N. W., Limbert, G. A mechanistic insight into the mechanical role of the stratum corneum during stretching and compression of the skin. J Mech Behav Biomed Mater. 49, 197-219 (2015).
- Buganza Tepole, A., Kabaria, H., Bletzinger, K. -U., Kuhl, E. Isogeometric Kirchhoff-Love shell formulations for biological membranes. Comput Methods Appl Mech Eng. 293, 328-347 (2015).
- Prot, V., Skallerud, B., Holzapfel, G. A. Transversely isotropic membrane shells with application to mitral valve mechanics. Constitutive modelling and finite element implementation. Int J Num Meth Eng. 71, 987-1008 (2007).
- Seitz, S. M., Curless, B., Diebel, J., Scharstein, D., Szeliski, R. A comparison and evaluation of multi-view stereo reconstruction algorithms. Proc IEEE CVPR. 1, 519-528 (2006).
- Furukawa, Y., Ponce, J. Dense 3D motion capture for human faces. 2009 IEEE CVPR. , (2009).
- Jor, J. W. Y., Nash, M. P., Nielsen, P. M. F., Hunter, P. J. Estimating material parameters of a structurally based constitutive relation for skin mechanics. Biomech Model Mechanobiol. 10, 767-778 (2010).
- Weickenmeier, J., Jabareen, M., Mazza, E. Suction based mechanical characterization of superficial facial soft tissues. J Biomech. 48, 4279-4286 (2015).
- Hughes, T. J. R., Cottrell, J. A., Bazilevs, Y. Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement. Comput Methods Appl Mech Eng. 194, 4135-4195 (2005).
- Echter, R., Oesterle, B., Bischoff, M. A hierarchic family of isogeometric shell finite elements. Comput Methods Appl Mech Eng. 254, 170-180 (2013).
- Benson, D. J., Hartmann, S., Bazilevs, Y., Hsu, M. C., Hughes, T. J. R. Blended isogeometric shells. Comput Methods Appl Mech Eng. 255, 133-146 (2013).
- Chen, L., et al. Explicit finite deformation analysis of isogeometric membranes. Comput Methods Appl Mech Eng. 277, 104-130 (2014).
- Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. The Incompatibility of Living Systems: Characterizing Growth-Induced Incompatibilities in Expanded Skin. Ann Biomed Eng. 44, 1734-1752 (2016).
- Buganza Tepole, A., Gart, M., Gosain, A. K., Kuhl, E. Characterization of living skin using multi-view stereo and isogeometric analysis. Acta Biomater. 10, 4822-4831 (2014).
- Rose, E. H., Ksander, G. A., Vistnes, L. M. Skin tension lines in the domestic pig. Plast Reconstr Surg. 57, 729-732 (1976).
- Rausch, M. K., Kuhl, E. On the mechanics of growing thin biological membranes. J Mech Phys Solids. 63, 128-140 (2014).
- Argenta, L. C. Controlled tissue expansion in reconstructive surgery. Br J Plast Surg. 37, 520-529 (1984).
- Hudson, D. Maximising the use of tissue expanded flaps. Br J Plast Surg. 56, 784-790 (2003).
- Bartell, T. H., Mustoe, T. A. Animal models of human tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 83, 681-686 (1989).
- Belkoff, S. M., et al. Effects of subcutaneous expansion on the mechanical properties of porcine skin. J Surg Res. 58, 117-123 (1995).
- Ni Annaidh, A., Bruyère, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Otténio, Automated estimation of collagen fibre dispersion in the dermis and its contribution to the anisotropic behaviour of skin. Ann Biomed Eng. 5, 139-148 (2012).
- Kiendl, J., Bletzinger, K. U., Linhard, J., Wüchner, R. Isogeometric shell analysis with Kirchhoff-Love elements. Comput Methods Appl Mech Eng. 198, 3902-3914 (2009).
- Changchang, W. VisualSFM: A Visual Structure from Motion System. , Available from: http://ccwu.me/vsfm/index.html (2011).
