Summary
이 프로토콜은 수술 설정으로는 저렴하고 조정하고, 사진의 보정되지 않은 시퀀스 중 3 차원 (3D) 모델을 생성하는 멀티 뷰 스테레오를 사용합니다. 3 차원 모델 사이의 변형 맵은 동일한 파라미터를 공유 거친 메쉬 위에 매끄러운 표면의 표현을 용이하게 스플라인 기반 isogeometric 운동학으로 정량화된다.
Introduction
조직 확장 큰 피부 결함 (1)의 보정에 대한 생체 내 피부 성장 성형 및 재건 수술에서 일반적인 기술이다. 노이만은 1957 년,이 절차를 문서화하는 최초의 외과 의사였다. 그는 환자의 피부 아래에 풍선을 이식하고 새로운 조직을 성장하고 귀 2를 재 포장하는 몇 주에 걸쳐 점차적으로 팽창. 피부, 대부분의 생체 조직과 같은 기계적인 항상성에 도달하기 위해 적용 힘과 변형에 적응. 생리적 정권을 넘어 뻗어 때, 피부는 3, 4를 성장한다. 조직 확장의 중앙 장점은 주변 조직 (5)와 같은 적절한 혈관과 같은 머리 베어링, 기계적 특성, 색상, 질감 피부의 생산이다.
육 년 전 도입, 피부 expansio 후N 널리 플라스틱 외과 의해 채택되었으며 현재 유방 6,7 후의 화상, 많은 선천성 결함 유방 재건을 보정하기 위해 사용된다. 그러나, 그것의 광범위한 사용에도 불구하고, 피부 확장 절차는 합병증 8로 이어질 수 있습니다. 이 절차의 기본 제어 공학을 이해하고 수술 전 계획 9, 10시 외과 의사를 안내하는 데 필요한 충분한 정량적 증거의 부족에 부분적으로 기인한다. 이 기술의 주요 파라미터는 체적 팽창에 따라 충전 충전율, 팽창기의 형상 및 크기의 선택, 장치 (11), (12)의 위치이다. 현재 수술 전 계획은 종종 greatl을 다른 임의의 프로토콜의 다양한 결과, 대부분 의사의 경험에 의존Y 13, 14, 15.
현재의 지식 격차를 해소하기 위해, 우리는 조직 확장의 돼지 동물 모델의 확장에 의한 변형을 정량화하기위한 실험 프로토콜을 제시한다. 이 프로토콜은 알 수없는 카메라 위치와 2 차원 영상 시퀀스에서 3 차원 (3D) 형상을 재구성하는 멀티 뷰 스테레오 (MVS)의 사용에 의존한다. 스플라인 채용 매끄러운 표면의 표현은 isogeometric (IGA)의 설명에 의해 대응하는 변형 맵의 계산을 이끈다. 도형의 분석은 명시 적 파라미터 (16)을 갖는 멤브레인의 연속체 역학 이론 체계에 기초한다.
오랜 기간 동안 자료를 생활의 생리 학적으로 관련 변형을 특성화하는 것은 여전히 어려운 문제로 남아있다. 일반적인 전략생물학적 조직의 입체 영상은 디지털 화상 상관 반사 마커 상업적 모션 캡쳐 시스템 및 복 투시 영상 (17), (18, 19)을 포함한다. 그러나 이러한 기술은 제한적인 실험 설정이 필요 일반적으로 고가이며, 주로 생체 나 생체 설정에서 급성 사용되어왔다. 피부는 얇은 구조 있다는 장점을 갖는다. 그것은 여러 레이어로 구성되어 있지만, 진피는 기계적 조직의 특성과에 크게 책임이있다, 따라서 표면의 변형이 가장 중요 (20)이다; 합리적인 가정 학적 평면 변형 (21, 22)의 출력과 관련 될 수있다. 또한, 피부는 이미 수의 형상을 포착하기 위해 기존의 이미징 도구를 사용하고, 외부 환경에 노출되어있다. H오히려 우리는 조직 확장 프로토콜 majorly을 방해하지 않고 몇 주 동안 피부의 생체 변형을 모니터링 할 수있는 저렴하고 유연한 접근 방식과 같은 MVS의 사용을 제안한다. MVS는 23 각도 알 수없는 카메라로 2D 이미지의 컬렉션에서 개체 또는 장면의 3D 표현을 추출하는 기술이다. 만 지난 3 년 동안, 여러 상업 코드 (예 재료의 목록 참조) 나타났다. (24) 2 %로 낮은 에러와 함께 MVS 모델 재건 정밀도는 장기간에 걸쳐 체내에서 피부 학적 특성에 적절한 접근한다.
조직 팽창 동안 피부의 대응 변형 맵을 얻기 위해 두 기하학적 구성 간의 점 매칭된다. 통상적으로, 계산 역학 연구자들은 변형지도를 검색하는 유한 요소 메쉬 및 역 분석을 사용한25, 26. 여기에 사용 된 IGA 방식은 얇은 막 (27), (28)의 분석에 여러 가지 이점을 제공 스플라인 기저 함수를 사용한다. 즉, 고차 다항식의 가용성에도 매우 거친 메시 (29), (30)과의 원활한 형상의 표현을 용이하게한다. 또한, 비 매칭 이산화를 고려하여, 역 문제에 대한 필요성을 회피하는 모든 표면 패치 동일한 기본 파라미터에 적합 할 수있다.
여기에 설명 된 방법은 오랜 기간 동안 생체 설정에서 관련 피부 역학을 연구하기 위해 새로운 길을 엽니 다. 또한, 우리는 우리의 방법론은 임상 환경에서 개인화 된 치료 계획에 대한 계산 도구를 개발의 궁극적 인 목표를 향해 활성화 단계는 희망이다. </ p>
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Protocol
이 프로토콜은 동물 실험을 포함한다. 이 프로토콜은 동물의 인도적인 대우를 보장 앤 시카고 연구 센터 동물 관리 및 사용위원회의 로버트 H. 루리 어린이 병원의 IRB 승인을 받았다. 이 프로토콜을 사용하여 두 개의 확장 연구 결과, 31 곳 (16)을 발표했다.
이 프로토콜의 실행은 상호 보완적인 전문성을 갖춘 팀이 필요합니다. 프로토콜의 첫 번째 부분은 적절한 의료 교육 인력을 필요로하는, 동물 모델에서 수술 절차를 설명합니다. 이후 분석, 특히 섹션 4, 5, C에서 기본적인 컴퓨터 프로그래밍 기술을 포함 ++ 및 Python 및 명령 줄 셸의 사용.
확장기 배치 1. 수술
참고 : 작업에 참여 인원은 세정 및 살균 방식으로 gowned해야합니다. Steril전자 수건, 커튼은 불임을 유지하기 위해 수술 부위의 주위에 적용됩니다. 모든 악기, 봉합, 조직 확장기는 멸균 포장으로 수신 만 무균 직원에 의해 처리됩니다. 절차가 완료 될 때까지 수술 부위의 무균 위반하지 않아야합니다.
- 일주일 동안 표준 주택 한 달 된 남성 유카탄 미니 돼지를 적응 및 광고 무제한으로 공급.
- 유지 보수 후 이소 플루 란, - (6 밀리그램 / kg 4) 수술 당일 유도 케타민 / 아세 프로 마진을 사용하여 동물을 마취. 눈꺼풀 반사를 모니터링하여 마취의 깊이를 평가합니다. 또한, 생체 신호 (심장 박동, 체온, 호흡, 및 / 또는 응답 조직 집게가 끼지)를 모니터링 할 수 있습니다. 각막 찰과상을 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 적용합니다.
- 이전 절차 항생제 관리하고 클로르헥시딘 기반 수술 비누 등쪽 피부를 깨끗하게. 이전 네 개의 10 × 10cm 2 그리드의 각각의 측면에 두문신 전달 매체를 이용하여 돼지 피부 1cm 광고 표시와 동물. 입쪽 왼쪽, 오른쪽 입쪽, 꼬리 왼쪽 및 오른쪽 꼬리 : 그리드는 다음의 4 개 개의 영역에 대응한다. 격자 패턴의 대칭 배치를 보장하기 위해 중간 선을 참조하여 템플릿을 사용하십시오.
- 그리드를 추적하여 종이에 그리드를 만들기 볼펜 심하게 설명합니다. 그리드는 이소 프로필 알코올로 러빙 배치되는 동물의 영역을 씻는다.
- 직접 피부에 그리드 (아래 펜 잉크 측)을 적용합니다. 알코올은 동물의 피부에 그리드 전송, 종이 떨어져 잉크의 일부를 거머리하는 역할을한다.
- 피하 각 계획 절개의 사이트에서 : 국소 마취제 (100,000 에피네프린 1 1 % 리도카인)를 주입한다.
- 두 격자들 사이의 중간에있는 동물의 양측에 절개를.
주 : 절개는의 2 그리드 사이 동물의 왼쪽 및 오른쪽 측면에 배치그 쪽. 왼쪽 양면 절개와 권리 양면 절개가있다 - 관심있는 그리드 아래에 피하 터널을 개발하는 지혈제를 사용합니다. 터널을 개발 한 후, 그리드 아래 확장기를 삽입합니다.
참고 : 터널은 조직 확장기를해야합니다 어떤 그리드 아래에 배치됩니다. - 동물의 지느러미 중간 선을 따라 비슷한 방식으로 개발 된 피하 터널을 통해 원격으로 확장 인플레이션에 대한 포트를 놓습니다. 봉합에 의한 수리 상처.
- 동물의 고통의 기록 가능한 추가 투여 량으로 4 개의 투여 량을 위해 근육 내 주사를 통해 매 12 시간을 - (0.1 밀리그램 / kg 프레 놀핀 0.05) 수술 후 예방 적 항생제 동물 (세프 티오 푸르 5 밀리그램 / kg IM 회)뿐만 아니라 진통제의 치료.
- 그들은 보행을 재개하고 정상 체온을 유지 할 수 있습니다 때까지 활력 징후의 일상적인 측정을 포함하여, 수술 후 2 시간 동안 지속적으로 동물을 관찰한다. 하우스 별도의 케이지 동물과 모니터 전까지t는 일반 주택 지역에 다시 전송 및 무인을 떠나기 전에 4 개 다리에 독립적으로 걸을 수 있습니다.
- 직후 마취 회복 기간 후, 상처 치유를 평가하기 위해 매일 동물을 확인합니다. 수술 후 봉합사 14 일 제거합니다. 이 절개는 드레싱이 필요하지 않습니다. 확장을 시작하기 전에 사주 - 3 치유 절개를 남겨
2. 인플레이션 프로토콜
참고 : 각 확장에 사용되는 inflations 및 솔루션의 양의 타이밍은 특정 질문이 연구되고에 따라 달라집니다. 다른 팽창기 형상의 영향을 특성화하는 적절한 프로토콜은 각각 50, 75, 105, 165, 225 CC의 충전 양을 달성하기 위해 0, 2, 7, 10, 15 일째에 다섯 팽창 단계를 수행하는 것이다.
- 80 μg의가 / kg - 20 - (6- 밀리그램 / kg 4) 및 덱스 메데 토미 딘 각각의 팽창 단계 전에, 동물 관리 케타민 진정제.
참고 : 덱스 메데 토미 딘이있다atipamezole 역전 될 수 N 알파 - 아드레날린 작용제 빠른 회복을 촉진하는 (: 1 볼륨 1 부피); 동물이 동물이나 핸들러에 해의 과도한 위험없이 확장을 허용하는 그러나, 진정 작용의 수준은 적절하지 않을 수 있습니다. 이 경우, 케타민 / 아세 프로 마진 유도 다음 마스크 환기를 통해 이소 플루 란을 전달하여 전신 마취를 관리. - 수술 테이프를 사용하여 동물의 피부에 두 개의 플라스틱 유연한 줄자를 연결합니다. 왼쪽과 오른쪽에있는 그리드의 줄자를 놓는다.
- 한쪽 동물을 배치 가능한 많은 서로 다른 각도로부터의 장면 (30 개)의 사진을 획득.
참고 : 목적은 동물이 한쪽에 내려 놓고 때 두 개의 그리드 볼의 형상을 캡처하는 것입니다.- 우선, 문신 그리드 완전히 표시되는 총 캡처 프레임을 채우기 위해, 동물의 위 꼬리쪽으로 기울고 카메라 위치.
- 엠그 보장 도중에 사진 촬영 입쪽 방향 꼬리에서 아치 동물 주위에 원형 패턴을 비켜, 모든 사진을 위해 가시적 인 문신 그리드 프레임에 완전히 나타난다.
- 동시에, 격자 프레임에서 차지하는 공간을 최대화하려고합니다. 이상적인 슛은 문신 그리드와 배경의 작은 지역과 동물의 뒷면을 캡처하는 것입니다.
- 다음에, 대략 그라운드에 평행 등쪽 영역 복부에서 아치에서 사진 촬영하는 촬영 각도를 캡처 복부쪽으로 카메라 위치.
참고 : 사진의 양이 고정 된 값이 아닙니다. 좋은 재건를 들어, 문신 그리드의 모든 지점은 최소 3 개 사진에 있어야합니다; 총 30 개 사진은 성공적인 구조 재건을위한 충분한 양이다.
- 반대측에 동물을 놓고 30 개의 사진 촬영위에서 설명한 동일한 단계에 따라 나머지 격자.
- 원격 충전 포트를 발견하고 관심의 확장 프로토콜에 대응 식염수의 요구량을 주입하여 팽창 공정을 수행한다. 멸균 0.9 % 주 사용 생리 식염수를 사용합니다.
- 이소 프로필 알코올 잎사귀와 동물의 피부에 포트와 준비를 찾습니다. 멸균 생리 식염수로 채워진 주사기에 부착 된 멸균 25 게이지 버터 플라이 니들과 입구 포트.
참고 : 상기 한 바와 같이, 포트 확장기 배치시 전방 중간 선 배부의 위치로 피하 터널링된다. - 식염수의 원하는 양을 주입. 확장 프로세스의 각 단계에서 주입되는 인플레이션 볼륨이 섹션의 시작 부분에 메모를 참조하십시오.
- 이소 프로필 알코올 잎사귀와 동물의 피부에 포트와 준비를 찾습니다. 멸균 생리 식염수로 채워진 주사기에 부착 된 멸균 25 게이지 버터 플라이 니들과 입구 포트.
- 인플레이션 후 사진 수집 단계를 반복합니다.
- 인플레이션 프로토콜이 완료되면, 동물을 안락사.
- 일반 관리케타민 / 아세 프로 마진 유도 다음 마스크 환기를 통해 이소 플루 란을 제공함으로써 마취. 눈꺼풀 반사를 모니터링하여 마취의 깊이를 평가합니다. 또한, 생체 신호 (심장 박동, 체온, 호흡, 및 / 또는 응답 조직 포셉 끼지)를 모니터링 할 수 있습니다.
- 100 ㎎ / ㎏ - 펜토 바르 비탈 (90)의 정맥 과다하여 동물을 안락사. 안락사에 대한 펜토 바르 비탈 과다 복용 후, 펄스 산소 농도계 펄스 촉진뿐만 아니라 자발적인 호흡의 부재를 사용하여 감지 하트 비트의 부재에 의해 죽음을 확인합니다.
3. 멀티 - 뷰 스테레오 재건
- 기하학적 모델을 이미지 파일을 업로드하고 재구성하는 상용 소프트웨어를 사용합니다.
- 브라우저에서 MVS 소프트웨어를 실행하고 로그인합니다.
- 왼쪽 상단에 3D로 사진을 선택합니다.
- , 사진을 추가 클릭 메신저의 위치를 찾아연령과 수동은 하나의 모델에 해당하는 30 개 사진을 선택합니다.
- 모델의 이름을 지정하고 만들기를 클릭합니다
- 모델이 생성 될 때까지 기다립니다. 이 작업은 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 소프트웨어의 원래 방문 페이지로 돌아가려면 오른쪽에있는 대시 보드를 클릭합니다.
참고 : 대시 보드는 사용자에 의해 생성 된 기하학적 모델의 대표 이미지를 보여줍니다. - 방금 생성 된 모델에 커서를 놓습니다. 모델 이미지의 오른쪽 아래 모서리에 커서를 놓습니다. 다운로드를 클릭하고 OBJ를 선택합니다.
4. 스플라인 표면에 맞추기
- 기하학적 모델을 처리하기 위해 오픈 소스 소프트웨어를 사용합니다.
- 파일 -을 클릭> 수출입> obj에 MVS 소프트웨어에서 생성 된 파일을 가져옵니다. 3 차원보기의 맨 아래에 뷰포트 쉐이딩과 실리를 클릭CT 텍스처입니다. 하위 메뉴와 3D 뷰의 오른쪽에 탭을 찾습니다 변환, 그리스 연필,보기, 3D 연필 등 음영을 클릭하고 Shadeless를 선택합니다.
- 마우스 오른쪽을 선택하는 형상을 클릭합니다. 3 차원보기의 하단에있는 삼각형 메쉬를 시각화 편집 모드를 선택합니다.
- 줄자의 1cm의 표시에 하나 개의 노드 하나를 선택합니다.
- 포인트를 선택하려면, 바로 그것을 클릭하고 포인트를 강조 표시합니다. 지점에 대한 좌표는 3D 뷰의 오른쪽에있는 탭에 나타납니다. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사합니다.
- 줄자의 1cm 마킹 모든 점이 조작을 반복한다.
- 모두 테이프 조치에 대해이 작업을 수행합니다. 텍스트 파일을 좌표의 예는 제공 할 수 있습니다D : tape1.txt, tape2.txt.
참고 : 관심 지점에 메쉬의 어떤 노드가없는 경우 관심 지점에 노드가있을 때까지, 메쉬 세분화. 메쉬가 정점에 Shift 키와 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭을 눌러 삼각형의 세 꼭지점을 선택 분할합니다. 그런 다음 3D 뷰의 왼쪽에 나타나는 탭 세분] 버튼을 클릭합니다. 이 작업은 선택한 삼각형 내부에 세 개 이상의 노드를 추가합니다.
- 그리드의 11 X 11의 포인트를 선택하고,도 1에 도시 된 패턴의 텍스트 파일로 121 점의 좌표를 저장한다.
- 유사 그리드의 포인트를 선택, 테이프 조치에 대해 수행 된 것과, 바로 클릭 지점이 강조 표시됩니다. 3 차원보기의 오른쪽에있는 탭에 표시됩니다 지점에 대한 좌표. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사
참고 : 격자 점의 번호가 ALW입니다입쪽과 복부 영역쪽으로 등쪽 정중선 AYS 꼬리. 이 순서는 매개 변수 공간이 두 패치에 대한 일관성이 있음을 보장합니다. 예를 들어, 피부 패치 (121)의 점의 좌표를 포함하는 파일 gridReference.txt 제공된다.
- 유사 그리드의 포인트를 선택, 테이프 조치에 대해 수행 된 것과, 바로 클릭 지점이 강조 표시됩니다. 3 차원보기의 오른쪽에있는 탭에 표시됩니다 지점에 대한 좌표. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사
- 다운로드, 컴파일 및 C ++ 스플라인 라이브러리를 설치합니다. 파일 splineLibraryInstallation.txt 설치에 대한 스플라인 라이브러리 및 명령의 소스 코드에 대한 링크가 포함되어 있습니다.
- 실행 generateCurve를 생성하는 소스 코드 generateCurve.cpp 컴파일
참고 : 프로그램 generateCurve 한 번만 컴파일 할 필요가있다. 이 C ++ 소스 코드를 컴파일하고 실행 소스 코드 파일 generateCurve.cpp 상단의 지시에 따라 발생합니다. - 테이프 조치 및 격자 점에 스플라인에 맞게 프로그램 generateCurve를 사용합니다. A B에서 실행 파일을 실행하려면재 쉘, 유형
디렉토리 $ ./generateCurve- 프로그램을 실행하면, 그것은 줄자의 좌표를 포함하는 파일의 경로를 입력하도록 사용자에게 요청합니다. 그런 다음 프로그램은 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다.
참고 : 이동 도구를 의미하고, 스플라인 라이브러리에 연결되어 .g2 종단. 테이프 조치에 해당하는 스플라인 파일의 두 가지 예는이 프로토콜 (tape1.g2, tape2.g2)을 사용할 수 있습니다.
- 프로그램을 실행하면, 그것은 줄자의 좌표를 포함하는 파일의 경로를 입력하도록 사용자에게 요청합니다. 그런 다음 프로그램은 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다.
- 격자 점의 크기를 조절하는 데 파이썬 스크립트 scalePoints.py를 사용합니다. 세 개의 인수 bash 쉘 프롬프트에서 프로그램을 실행 격자 점의 파일 이름과 테이프 조치에 해당하는 스플라인의 파일 이름을
디렉토리 $ 파이썬 scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
참고 : 스크립트 scalePoints.py는 스크립트 B_spline.py 및 NURBS_Curv를 가져옵니다 e.py 따라서 세 가지 스크립트는 동일한 폴더에 있어야합니다. - 실행 generateSurface를 생성하는 소스 코드 generateSurface.cpp를 컴파일합니다.
참고 :이 단계는 한 번만 수행해야합니다. 더 자세한 설명은 소스 코드 파일 generateSurface.cpp의 시작 부분에 사용할 수 있습니다. - 격자 점에 스플라인 표면에 맞게 프로그램 generateSurface를 사용합니다. 배쉬 쉘에서 실행 generateSurface을 실행
디렉토리 $ ./generateSurface- 쉘에서 프로그램을 실행하면 스케일 포인트를 포함하는 파일 이름을 요청합니다. 그런 다음 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 출력 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다.
참고 : 종료 .g2 스플라인 라이브러리에 의해 제안 및 이동 도구를 의미한다. 파일 gridReference.g2 및 gridDeformed.g2은 예제로 제공됩니다.
- 쉘에서 프로그램을 실행하면 스케일 포인트를 포함하는 파일 이름을 요청합니다. 그런 다음 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 출력 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다.
- bash 쉘 프롬프트에서 파이썬을 시작합니다
디렉토리 $ 파이썬
참고 : 파이썬은 새로운 명령 줄 환경을 보여줍니다 쉘과 유사한 인터페이스가 인터프리터를 초기화 >>> - evaluateMembraneIGA라는 함수를 포함하는 스크립트 expansionIGA.py 가져 오기
>>> expansionIGA 수입 evaluateMembraneIGA에서 - 변형 맵을 계산하는 기능 evaluateMembraneIGA를 호출합니다.
참고 :이 함수는 인수로 취
기준면의 파일명
변형 된 표면의 파일명
평가의 해상도 (각 방향으로 평가됩니다 얼마나 많은 점)
지역 스트레치의 최소 값은 등고선 플롯의 크기를 조절하는 데 사용
지역 스트레칭의 최대 값은 등고선 플롯의 크기를 조절하는 데 사용
길이 방향의 신축성 최소값 우리에드 윤곽을 확장 할 수
세로 방향으로 스트레칭의 최대 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용
가로 방향으로 스트레칭의 최소 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용
가로 방향으로 스트레칭의 최대 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용
윤곽 플롯의 격자 선 사이의 간격
출력 파일 이름- 예를 들어, 실행
>>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0.5, 2, 0.5, 2, 0.5, 25, "변형")
참고 :이 명령은 생성하고 여섯 개 출력 파일을 저장합니다. 위의 예에서의 마지막 인자는 출력 파일명 변형 유의, 따라서 생성 될 파일은 :
deformation_theta.png : 지역 스트레치의 윤곽 플롯
deformation_theta.txt : 영역 신축성 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표
deformation_G1.png : 스트레치 아론의 윤곽 플롯g 동물의 종축
deformation_G1.txt : 동물의 길이 방향 축을 따라 뻗어 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표
deformation_G2.png : 동물의 횡축의 스트레칭 성분의 윤곽 플롯
deformation_G2.txt : 동물의 횡축의 스트레칭 성분의 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표
참고 : 벡터 G2로, 스플라인 파일, .g2의 종료를 혼동하지 마십시오. 스플라인 파일은 스플라인 라이브러리의 명명 규칙 다음 .g2을 종료했다. 한편, 벡터들 G1 및 G2는 동물에 대하여 종 방향 및 횡 방향을 나타낸다.
참고 : 검정 픽셀 : 윤곽 파일이 매개 변수 공간의 해석을 용이하게하기 위해 네 모서리에 서로 다른 기능과 함께 생성되는 대부분의 꼬리, 대부분의 지느러미 포인트; 레드 픽셀 코너 : MOSt의 주동이, 대부분의 지느러미 포인트; 녹색 픽셀 코너 : 대부분의 꼬리, 대부분의 복부 점; 블루 픽셀 코너 : 가장 주동이, 대부분의 복부 점.
- 예를 들어, 실행
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Representative Results
사각형, 구와 초승달 확장기 (31), (32) :이 방법은 성공적으로 다른 확장 형상에 의해 유도 변형을 연구하기 위해 사용되어왔다. 구와 초승달 확장기에 해당하는 결과는 다음에 설명되어 있습니다. 그림 2는 MVS 모델 재건의 세 단계를 보여줍니다. 출발점은 정적 현장에서 사진의 모음입니다. 사진을 다른 각도에서 촬영 한 것처럼 문신 격자 테이프 대책 동물 계속 누워 하였다. 사진 사이 MVS 알고리즘 유사한 기능 차원 좌표를 추출한다. 그 결과, 질감 삼각형 메쉬로 구성된 기하학적 모델이 생성되었습니다.
여기에 설명 된 프로토콜 티슈 팽창 과정의 다양한 양상을 연구하기 위해 사용될 수있다. 변이그것이 성장 피부의 양으로 지역적 변형 리드 이후 구와 초승달 팽창기에 의해 유도 된 균주 지역에서 팽창 과정의 하나 개의 중요한 측면이다. 두 디바이스는 모든 시점에서 동일한 볼륨으로 가득 차 있었다. 다섯 팽창 단계는 50, 75, 105, 165, 225 및 공통 충전 볼륨을 생성하기 위해 0, 2, 7, 10, 15 일째에 수행 하였다. 도 3은 각각의 팽창 단계의 마지막에 확장 피부 그리드의 사진을 보여준다. 팽창기는 피부 연신 및 변형은 시간이 지남에 따라 격자의 왜곡에 의해 명백했다.
프로토콜 절에 설명 된 그리드의 모든 구성에 대한 스플라인 표면이 생성되었다. 변형은도 1에 도시 된 바와 같이 기준 및 변형 계통을 선택하여 계산 하였다. 분석 2 종류의 결과는 여기에서 논의된다. 만성 변형을 연구하기 위해 일 0에서 돼지는 t으로 선정되었다그는 다른 모든 시점에 비해 구성을 참조하십시오. 도 4에 도시 된 윤곽 플롯 기준 구성 결과로 모든 팽창 단계의 끝 비교. 여기에 제시된 방법론은 변형의 세 가지 조치를 추출합니다. 면적 변화는 길이 방향의 신축성이 G1 λ 라하고, θ로 표시되고, λ도 1에 도시 한 바와 같이 G2는, 가로 방향으로 신장된다. 구와 초승달 팽창기 대한 두개의 직교 방향의 면적 변화 뻗어 진행은도 4에 도시된다. 스플라인 표면은 일반적으로 평활하기 때문에 해당 콘타 원활 하였다하다. 그럼에도 불구하고, 메쉬의 거칠기는 스팟 기능을 보여 윤곽에 의해 입증되었다. 미세한 격자 변형 맵의 충실도를 증가시킬 것입니다. 그럼에도 불구하고, 다른 확장 형상의 차이점은 appare 즉시이었다NT 및 정량화. 팽창기 모두 동일한 볼륨에 충전 한 경우에도 구면 확장기 큰 변형을 유발. 등고선 플롯의 공간적 변화는 피부 그리드의 외주부와 비교 팽창기의 중앙에서 더 연신한다고 밝혀졌다. 결과는 표 1에 요약되어있다.
두 번째 분석은 모든 팽창 단계에서 심각한 변형을 결정하는 단계로 구성되었다. 이 경우, 상기 기준 구성은 그리드는 확장 직전이고, 격자 변형이었다 그 즉시 팽창 단계 후에. 모든 물가 단계에서 유도 된 변형은 서로 다른 시간 지점 사이의 평균 현저하게 유사 하였다. 요약은 표 2에 포함되어 있습니다. (1 변형이 없을 것 임) 평균 변형이 1에 근접 하였다. 도 5에 도시 된 등고선지도 검사 명백 공간적 변화를 전시. 거의 변형이 평균이 있었다하더라도 다른 사람이 참조에 대한 축소하는 동안, 그리드의 일부 지역은 뻗어 있었다. 만성 변형의 분석과 마찬가지로, 중앙 지역을 최대한 뻗어되는 것들이었다.
모두 급성 및 만성의 경우, 종횡 뻗어 이방성을 나타내는 명확한 경향을 보였다. 피부 대부분 콜라겐 조직과 같이, 이방성 기계적 응답 (25)에 기여하는 바람직한 섬유 배향을 나타낸다. 돼지의이면 피부의 경우, 섬유는 가로 33 정렬 될 것으로 생각된다. 우리의 실험은 피부 확장하는 동안, 길이 방향으로 뻗어가 가로 방향보다 항상 더 큰 것으로 나타났다. 이것은 모든 시점에서, 구 및 초승달 확장기 모두 사실이었고, 급성 및 만성 변형 conto에 대한URS. 이 결과는 피부 이방성 조직 확장 과정에서 유발 된 변형에 영향을 미칠 수 있다는 가설을 지원합니다.
그림 1 : 그리드 구성 및 매개 변수 공간. 그리드는 동물의 뒷면에 문신을하고 기하학적 모델 (위)를 확장하기 위해 장소에서 줄자로 촬영됩니다. 면적 변화 θ, 세로 연신 λ의 G1 및 가로 연신 λ의 G2 (위), 기준 및 변형 구성과 변형이 세 개의 변수에 의해 특징된다. 그리드는 지속적으로 꼬리에서 주동이와 지느러미에서 복부 방향 (왼쪽 아래)에 항상 포인트를 번호에 의해 매개 변수화된다. 해석의 출력은 파라미터 공간 위에 윤곽 플롯이다. 윤곽은 하나 개의 화소 탁 된 코너에서 표시된ES 색상 검정, 빨강, 녹색, 파랑은, 꼬리, 주동이, 지느러미 및 복부 측면 (오른쪽 아래)의 식별을 용이하게한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 : 확장 프로세스의 멀티 - 뷰 스테레오 재건. MVS 알려지지 카메라 위치 (왼쪽)과 다른 각도에서 입력 사진을 취 컴퓨터 비전의 알고리즘이다. 이 알고리즘은 이미지에 걸쳐 기능은 3D 좌표 (센터)를 찾아 일치합니다. 알고리즘의 출력은 텍스쳐 오버레이 (우측)와 삼각 메쉬이다. (그림 31의 허가를 적용) 를 클릭하십시오여기이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.
그림 3 : 구와 초승달 확장기의 확장. 구 (윗줄)와 초승달 (하단 행) 팽창기는 충진 볼륨을 생성하기 위해 돼지의 뒷면에 문신 피부 아래에 배치되고 팽창 일 0, 2, 7, 10, 15 일 된 50, 75, 105, 165, 225 CC. (도 31의 허가하도록). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : 구와 초승달 확장기에 의해 유발 된 만성 변형. 문신의 그리드 (행 1, 2)의 표면을 분석 스플라인 전환시켰다.기준을 복용하는 일 0 그리드로 변형 서말 계산 하였다. 면적 변화 초승달 (행 3 및 4)에 비해 분야에서 팽창기의 중앙 영역에서 높은 변형 및 높은 변형으로, 시간이 지남에 따라 점진적으로 높은 값을 나타내었다. 횡 스트레치 (행 7, 8)에 변형이 적은 신축성 보여 밴드의 길이 방향에 비교하여 길이 동안 스트레치 (행 5 및 6) 지역 뻗어 닮았다. (그림 31의 허가 적응) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5 : 구와 초승달 확장기에 의해 유발 된 급성 변형. 이전처럼 팽창 단계에 참조로서 구성을 고려하고즉시 팽창기에 용액을 주입 한 후, 심각한 변형을 산출 한 구성을 변형. 변형 맵은, 그러나, 일부 가장자리 효과는 눈에 띄는 부드러운 있었다과 이산화의 거칠기는 변형의 자리와 같은 패턴에 반영되었다. 면적 변화 (행 1 및 2)은 팽창기에 대응하는 영역에서 높은 스트레치 지역적 편차를 보였다. 뻗어는 서로 다른 시점에서 유사 하였다. 동일한 경향은 펼쳐진 길이 (행 3 및 4)에 대해 알 수있다. 횡 스트레치 (행 5, 6)는 길이 방향의 경우에 비해 더욱 균일 한 분포 및 낮은 값을 나타내었다. (그림 31의 허가 적응) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 시간 [일] | 양 [CC] | 지역 변경 θ | 세로 스트레치 λ의 G1 | 가로 스트레치 λ의 G2 | |||||||
| 최대 | 분 | 평균 | 최대 | 분 | 평균 | 최대 | 분 | 평균 | |||
| 0 | 구체 | (50) | 1.44 | 0.71 | 0.98 | 1.37 | 0.76 | 1 | 1.17 | 0.84 | 0.97 |
| 0 | 초승달 | (50) | 1.46 | 0.76 | 0.98 | 0.79 | 1 | 1.17 | 0.84 | 0.98 | |
| 이 | 구체 | (75) | 1.74 | 0.68 | 1.08 | 1.51 | 0.73 | 1.08 | 1.19 | 0.75 | 1 |
| 이 | 초승달 | (75) | 1.43 | 0.66 | 1 | 1.31 | 0.65 | 1 | 1.26 | 0.77 | 1 |
| (7) | 구체 | (105) | 0.01 | 0.69 | 1.21 | 1.7 | 0.75 | 1.13 | 1.32 | 0.84 | 1.07 |
| (7) | 초승달 | (105) | 1.66 | 0.83 | 1.15 | 1.4 | 0.87 | 1.11 | 1.33 | 0.86 | 1.03 |
| (10) | 구체 | 165 | 2.26 | 0.74 | 1.36 | 1.76 | 0.77 | 1.21 | 1.39 | 0.83 | 1.11 |
| (10) | 초승달 | 165 | 1.86 | 0.87 | 1.26 | 1.58 | 0.8 | 1.15 | 1.45 | 0.83 | 1.09 |
| (15) | 구체 | (225) | 2.77 | 0.72 | 1.52 | 2.01 | 0.69 | 1.29 | 1.47 | 0.89 | 1.18 |
| (15) | 초승달 | (225) | 1.87 | 0.83 | 1.32 | 1.46 | 0.84 | 1.17 | 1.44 | 0.92 | 1.14 |
| (21) | 구체 | (225) | 3.09 | 0.93 | 1.7 | 2.13 | 0.9 | 1.33 | 1.62 | 0.98 | 1.27 |
| (21) | 초승달 | (225) | 2.25 | 0.87 | 1.49 | 1.66 | 0.85 | 1.25 | 1.67 | 0.96 | 1.2 |
표 1 : 만성 변형의 요약. 균주는 기준으로서 초기 구성을 측정하고 그 각각에 대하여 팽창 공정의 마지막 패치를 비교하여 계산 하였다. 초승달 팽창기 확장 말 지역에 1.49 변형하면서 구 팽창기에 의한 변형의 평균 21 일에 1.70 이르렀다. 상당한 공간 변화 및 최대 평균에 대하여 변화 최소값이 있었다. 가로 스트레칭은 1.27와 1.20의 값을, 저급 동안 길이 뻗어 각각 구와 초승달 팽창기 1.33 1.25 이르렀다. (표 허가하도록
ontent "fo를하면 : 킵 together.within 페이지를 ="1 "> 표 2.. 급성 변형 요약 균주 이전 기준 및 변형 그리드로 팽창 단계 후에 즉시 구성과 팽창에 구성을 가지고 계산 하였다에서 보통, 모두 구와 초승달 팽창기가 더 변형을 표시하지 않을 것이다 1에 가까운 값으로 유사한 경향을 나타내었다. 그러나, 공간적 변화에, 우리는 최대 면적 변화 초승달 대한 구의 1.60 및 1.50로 높았다 측정. 종 방향 및 횡 방향으로 뻗어 횡 뻗어보다 거의 항상 더 뻗어 길이의 최대 값으로, 비 등방성이었다. (표 31에서 허가하도록) 시간 [일] 확장기 양 [CC] 지역 변경 θ 세로 스트레치 λ의 G1 가로 스트레치 λ의 G2 최대 분 평균 최대 분 평균 최대 분 평균 0 구체 (50) 1.32 0.72 0.98 1.44 0.75 1 1.23 0.8삼 0.97 0 초승달 (50) 1.5 0.71 0.98 1.3 0.8 1 1.21 0.84 0.98 이 구체 (75) 1.36 0.69 0.98 1.26 0.66 1 1.2 0.8 0.98 이 초승달 (75) 1.31 0.61 0.98 1.24 0.8 1.01 1.34 0.68 0.97 (7) 구체 (105) 1.4 0.79 0.98 1.3 0.57 1 1.2 0.77 0.98 (7) 초승달 (105) 1.37 0.59 1 1.6 < / TD> 0.83 1.02 1.16 0.77 0.98 (10) 구체 165 1.6 0.73 1.01 1.35 0.6 1.02 1.25 0.75 0.99 (10) 초승달 165 1.48 0.58 1.01 1.42 0.75 1.02 1.22 0.77 1 (15) 구체 (225) 1.27 0.73 1.01 1.35 0.55 1.02 1.22 0.79 0.98 (15) 초승달 (225) 1.34 0.54 1.02 1.37 0.8 1.02 1.32 0.81 1
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Discussion
여기에서 우리는 멀티 뷰 스테레오 (MVS) 및 isogeometric 운동학 (IGA 운동학)를 사용하여 돼지 모델에서 조직 확장 과정에서 유발되는 변형을 특성화하기 위해 프로토콜을 제시했다. 조직 확장하는 동안, 피부는 돔 모양의 3D 모양에 부드럽고 비교적 평평한 표면에서가는 큰 변형을 겪는다. 피부는 다른 생물학적 막 (34)과 마찬가지로 다음 35 재건 목적에 사용할 수있는 영역이 증가, 새로운 물질을 생성함으로써 응답 스트레칭. 따라서, 팽창기에 의해 제조 된 신축성의 정확한 결정은 피부의 적응을 조절하는 메카니즘을 이해하는 것이 중요하다. 조직 확장기는 서로 다른 크기와 형태가 있기 때문에 확장 절차를 계획하는 것은 도전, 스트레치 분포는 전체 확장 영역에 걸쳐 균일하지 않고는 인플레이션 (11)의 위치와 속도에 따라 달라집니다,심판 "> 36. 정확하게 팽창에 의한 변형 및 대형 균주, 3D 모양, 지역 변화를 해결할 수를 추정 할 수있는 프로토콜을 갖는, 피부 성장의 기계적 규제를 연구하기 위해 새로운 길을 열고, 결국 양적 수술 전 계획 도구로 이어질 수 . 그 목표를 향해, 우리는 피부 확장 (32)의 돼지 모델에서 변형을 측정하는 비 침습적 저렴하고 유연한 방법을 개발했다.
중요한 단계
조직 확장을위한 동물 모델이 아니라 두 개 이상의 수십 년 37 특징으로하고있다. 돼지의 피부는 인간의 외피에 필적하는 특성을 보여줍니다. 이 사람 (38)에서 수행 될 수 게다가, 돼지 피부 확장 유사한 절차를 따른다. 조직 확장 절차는이 프로토콜의 성공을위한 초석이다. 숙련 된 외과 의사, 조직 확장의 전문가는 techniqu을 수행동물 모델에서 전자는 여기에 제시된.
스킨 편리 외부 환경에 노출되고, 따라서, 그 변형이 그면 (17)에 추적 점을 특징으로 할 수있는 얇은 막이다. MVS는 오랜 기간 동안 생체 내에서 3D 피부 변형을 연구하기 위해 유연하고 경제적 인 방법을 제공합니다. 이 알고리즘은 정적 장면로부터 입력 된 사진 세트를 받아 3 차원 좌표를 추출하는 기능 사진 전체 매칭을 사용한다. MVS의 재건과 이후의 운동 학적 분석은 비판적이 프로토콜의 사진 수집 단계에 따라 달라집니다.
수정 및 문제 해결
조직 확대 배양시, 장치 인해 동물의 움직임과 확장기 원래 배치 된 포켓에 느슨해 어웨이 계통에서 이주 할 수있다. 확장 영역은 격자의 외부로 이동하는 경우, 팽창기는 수축되고 제거되어야한다. 이 홍보oblem는 1 ~ 8 중 그리드 (31), (32)의 프로토콜을 이용하여 발견되었다. 그들은 결함이 있거나 인플레이션 프로토콜 동안 구멍이있는 경우 확장기도 누설 할 수 있습니다. 이것은 또한 실험의 유효성과 동물의 안전 따라서 확장기 제거해야 타협. 이 문제는 1 ~ 8 중 격자 (31), (32)에서이 프로토콜을 사용하여 발생했습니다.
MVS 재구성으로 인해 조명 효과, 초점의 부족, 소음 23 사진의 일부 집합에 대한 도전이 될 수 있습니다. 결과는 처음에 충분히 정확하지 않은 경우 MVS에 대한 상업적 도구, 강력한에도 불구하고, 다음 문제 해결 단계는 항상 우리의 경험에서 문제를 해결 한 : 수동으로 사진에서 배경을 제거; 선명한 초점 사진의 일부를 선택하고 흐릿 내가 폐기마법사; 수동으로 상용 소프트웨어 인터페이스에 사진에서 일치하는 지점을 선택합니다.
기술의 한계
상술 한 바와 같이, 외피는 돼지, 인간 (38)와 유사하다, 그러나 여전히 차이가있다. 따라서, 돼지 모델은 인체 조직 확장 프로토콜 (37)의 완전 예측 않을 것으로 예상된다. 프로토콜의 또 다른 한계는 기하학적 모델을 분석 할 수있는 상용 툴 또는 사용자 친화적 인 소프트웨어의 부족이다. 형상이 MVS를 통해 생성되면 현재의 분석은 C ++과 파이썬 스크립트로 구성되어 사내 코드로 수행됩니다. 한편으로, 제안 된 방법은 창조적이며, 오랜 기간 동안 부드러운 조직의 메커니즘을 연구하기 위해 저렴하고 편리한 방법을 제공하지만, 데이터 분석은 지난 십 (27)에 대한 인기가 기술에 따라 달라집니다. 환하려면이 제한을 배출, 우리는이 제출과 스플라인 서브 루틴의 우리의 구현을 제공합니다. 또 하나 개의 제한은 만성 변형을 추적하기 위해 문신 그리드의 제한이다. 문신을 그리드의 필요성은 임상 설정 프로토콜의 변환을 방해한다.
기존 / 대체 방법에 대하여 기술의 의의
현재 의사들은 크게 13, 14, 15을 다른 임의의 다양한 프로토콜을 주도하고있다 조직 확장 절차의 수술 전 계획, 동안 경험에 주로 의존한다. 여기에 제시된 프로토콜은 조직 확장의 돼지 동물 모델의 확장에 의한 변형을 정량화하여 기존의 지식 격차를 해결합니다. 저자의 지식에,이 피부 조직의 상당한 패치에 지속적인 변형 맵을 정량화하는 최초의 프로토콜 <SUP 클래스 = "외부 참조"> 31, 32.
이 프로토콜은 혁신적인 비 침습적, 저렴하고 유연; 그러한 IGA 운동학 등의 MVS와 같은 컴퓨터 비전 알고리즘의 최근 발전 및 수치 해석에 의존합니다. MVS는 2 % (24)의 낮은 복원 오류에 도달, 지난 10 년간 집중적으로 진행하고있다. 상용 소프트웨어뿐만 아니라 오픈 소스 코드의 증가는이 방법 (41)의 높은 인기를 전시한다. 그것은 단지 디지털 카메라를 필요로하며, 사진은 카메라 위치의 보정없이 촬영하고 있기 때문에 MVS가 저렴합니다. 반면, 스테레오 재구성과 같은 다른 기술은 카메라 (17)의 위치를 제어하기 위해 추가의 하드웨어를 필요로한다. 그것이 한 사진을 다른 각도에서 촬영 될 수있는 다양한 시나리오에서 수행 될 수 있기 때문에, MVS는 유연하다. 이것은 더 rele이되는 기능입니다을 관련된 잠재적 인 임상 응용 프로그램을 고려할 때. 대조적으로, 모션 추적과 같은 다른 기술은 특정한 설정을 필요로하며, 임의의 위치 (18)에서 수행 될 수 없다. MVS의 또 하나의 특징은 3 차원 형상의 생산이다. 디지털 이미지 상관 (DIC)과 같은 다른 기술은, 2 차원의 움직임 (39)의 추적을 위해 바람직하다. 여기에 제시된 결과는 충실하게 조직 확장시 유도 된 3D 모양을 재구성하는 상업 알고리즘의 능력을 선보였다.
3 차원 형상에서 변형을 계산해야합니다. 이 프로토콜은 스플라인 표면 IGA 운동학의 사용에 의존한다. 몇 개의 제어점 얇은 막 (40)의 분석에 필요한 높은 연속성 매끄러운 형상을 파라미터 화 스플라인 때문에 유용하다. 이 응용 프로그램에서 스플라인의 가장 큰 장점은 파라 메트릭 공간의 개념입니다. 같은 유한 한 전자 업계와 같은 다른 기술,ments는 글로벌 매개 변수 영역이 부족합니다. 여기에는 비정규 패치 시뮬레이션 특정 문제에 대한 편리하지만 명확한 파라미터를 갖는 (예 구멍 패치) 간단한 방식으로 임의의 두 개의 구성 사이 뻗어 판정 할 수있다. 예를 들어, 두 개의 서로 다른 분석은 여기에 표시했다 : 만성 및 급성 변형을. 이 프로토콜 그리드의 변형을 계산하기 위해이 모든 표면이 같은 매개 변수 영역이 있기 때문에 관심이 표면의 스플라인을 제공하기에 충분하다.
조직 확장하는 동안, 피부는 재건 수술을 위해 이용 될 수있는 새로운 외피를 생산, 표면적 증가에 의해인가 된 변형에 응답합니다. 오랜 기간 동안 피부의 임상 적 변형을 특성화하는 것은이 기관의 제어 공학에 대한 우리의 이해를 향상시킬뿐만 아니라 양적 수술 도구의 개발을 가능하게 할 수 있습니다. 이 프로토콜은 그녀를 설명전자는 특히 임상 설정에 대한 잠재적 번역 실험 설계의 필요성을 해결합니다.
이 기술을 마스터 한 후 미래의 응용 프로그램 또는 방향
이 프로토콜에 사용되는 소스 코드를 쉽게 다른 응용 프로그램으로 조정될 수보다 사용자 친화적 인 구현에 통합 될 수있다. 이 논문 구비 스플라인 기저 함수를 평가 스플라인 표면의 연속 필드를 파라미터, 그 연속 필드를 통합하여 변형 구배 막 굽힘 변형률을 계산하기위한 루틴이다. 우리는이 소스 코드는 결국 조직 확장의 실제 임상 적용뿐만 아니라 수 있도록 다른 응용 프로그램에서 사용할 수있는 도구를 향해 계속 발전 할 것으로 기대. 작품의 또 다른 미래의 영역은이 프로토콜의 정제 고려 기계적 특성 및 조직에 스트레스 만하지 운동학을 고려하는 것입니다.
FR임상 적으로 중요한 관점 OM,이 프로토콜은 지방 조직의 변형의 차이뿐만 아니라 서로 다른 모양과 확장기 팽창율 31, 32 사이의 차이를 정량화 할 수있다. 또한 작업은 조직의 반응에 다른 확장 매개 변수의 효과를 평가하기 위해 계속 필요합니다. 또한, 도움이 될 수 있습니다 적응의 생물학적 메커니즘에 대한 강조와 함께 돼지 모델을 더욱 정교화는 너무 잡아 늘 피부 적응을 조절하는 근본적인 메커니즘을 규명. 궁극적 인 목표는 임상 설정으로 번역하기 위해 돼지 모델의 프로토콜을 확인하는 것입니다.
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Disclosures
SThe 저자가 공개하는 게 없다.
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).
