Summary
Denne protokollen bruker multi-vis stereo til å generere tre-dimensjonale (3D) modeller av ukalibrerte sekvenser av bilder, slik at det er rimelig og kan justeres til en kirurgisk innstilling. Strekkkart mellom 3D modellene blir kvantifisert med spline-baserte isogeometric kinematikk, som letter fremstilling av glatte flater over grove masker som deler den samme parametriseringen.
Introduction
Tissue utvidelse er en vanlig teknikk i plastisk og rekonstruktiv kirurgi som vokser hud in vivo for korreksjon av store kutane defekter 1. Neumann, i 1957, var den første kirurg å dokumentere denne prosedyren. Han implantert en ballong under huden på en pasient og oppblåst det gradvis over en periode på flere uker å vokse nytt vev og gjenoppstår øre 2. Skin, som de fleste biologiske vev, tilpasser seg påførte krefter og deformasjoner for å nå mekanisk homeostase. Når strukket utover den fysiologiske regimet, huden vokser tre, fire. En av de sentrale fordelene med vev utvidelse er produksjonen av huden med riktig vaskularisering og det samme hår lageret, mekaniske egenskaper, farge og tekstur som det omgivende vev 5.
Etter introduksjonen seks tiår siden, hud expansion har vært i omfattende bruk av plastisk og rekonstruktiv kirurgi, og blir for tiden anvendt til å korrigere brannsår, store medfødte defekter, og for rekonstruksjon etter mastektomi 6, 7. Likevel, til tross for sin utstrakte bruk, kan huden utvidelse prosedyrer føre til komplikasjoner 8. Dette er delvis på grunn av mangel på tilstrekkelig kvantitative bevis for å forstå den grunnleggende mechanobiology av prosedyren og å veilede kirurgen under preoperativ planlegging 9, 10. Viktige parametere i denne teknikken er fyllehastigheten, fylle- volum pr inflasjon, valg av formen og størrelsen av ekspanderen, og plassering av anordningen 11, 12. Nåværende preoperativ planlegging bygger i stor grad på legens erfaring, noe som resulterer i et bredt spekter av vilkårlige protokoller som ofte skiller greatly 13, 14, 15.
For å møte de nåværende kunnskapshullene presenterer vi en forsøksprotokoll for å kvantifisere ekspansjons-indusert deformasjon i et svine dyremodell av vev ekspansjon. Protokollen er avhengig av bruk av multi-view stereo (MVS) for å rekonstruere tre-dimensjonale (3D) geometrier ut av sekvenser av to-dimensjonale (2D) bilder med ukjente kameraposisjoner. Ved å anvende kilespor, representasjon av glatte overflater fører til beregning av de tilsvarende deformasjoner kart ved hjelp av en isogeometric (IGA) beskrivelse. Analysen av geometrien er basert på teoretiske rammen av kontinuumsmekanikk av membraner som har en eksplisitt parametrisering 16.
Karakter fysiologisk relevante deformasjoner av levende materialer over lange perioder fortsatt et utfordrende problem. Felles strategier foravbildning av biologiske vev omfatter stereoskopisk digitalt bildekorrelasjon, kommersielle bevegelse capture system med reflekterende markører, og biplan video gjennomlysning 17, 18, 19. Men disse teknikkene krever en restriktiv eksperimentelle oppsett, er generelt kostbare, og har primært vært brukt for ex vivo eller in vivo akutt innstillinger. Hud har fordelen av å være en tynn struktur. Selv om det består av flere lag, er det dermis i stor grad ansvarlig for de mekaniske egenskapene til vevet, og således blir overflatedeformasjon er av primær betydning 20; rimelige kinematiske antagelser kan bli gjort med hensyn til ut av planet deformasjon 21, 22. Videre er huden allerede er utsatt for det ytre miljø, noe som gjør det mulig å anvende konvensjonelle bildebehandlings verktøy for å fange dens geometri. Here foreslår bruken av MVS som en rimelig og fleksibel måte for å overvåke in vivo deformasjoner av hud i løpet av flere uker uten å forstyrre majorly med en vev utvidelse protokoll. MVS er en teknikk som trekker ut 3D-gjengivelser av gjenstandene eller scener fra en samling av 2D-bilder med ukjent kameravinkler 23. Bare i løpet av de siste tre årene har flere kommersielle koder dukket opp (se liste over materialer for eksempler). Den høye nøyaktighet av modellen rekonstruksjon med MVS, med feil så lavt som 2% 24, gjør at denne metode er egnet for den kinematiske karakterisering av hud in vivo over lange tidsperioder.
For å oppnå de tilsvarende deformasjoner kartene over huden under vev ekspansjon, blir punktene mellom to geometriske former matchet. Konvensjonelt har forskere i beregnings biomekaniske benytter gjennomgående element masker og invers analyse for å hente kart deformasjonen25, 26. IGA metode som anvendes her benytter spline basisfunksjoner som gir flere fordeler for analyse av tynne membraner 27, 28. Nemlig, tilgjengeligheten av høy grad forenkler polynomer representasjoner av glatte geometrier, selv med meget grove masker 29, 30. I tillegg er det mulig å tilpasse den samme underliggende parametriseringen til alle overflate plaster, som omgår behovet for et inverst problem for å gjøre rede for ikke-matchende discretizations.
Metoden som beskrives her åpner nye veier for å studere hud mekanikken i relevante in vivo innstillinger over lange perioder. I tillegg er vi håper at vår metodikk er et utviklende skritt mot det endelige målet om å utvikle dataverktøy for personlig behandling planlegging i klinisk setting. </ P>
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokollen innbefatter dyreforsøk. Protokollen ble godkjent av IRB av Ann og Robert H. Lurie Children Hospital of Chicago Research Center Animal Care og bruk komité for å garantere human behandling av dyr. Resultatene for to ekspansjons studier ved anvendelse av denne protokollen er blitt publisert andre steder 16, 31.
Gjennomføring av denne protokollen krever et team med komplementær kompetanse. Den første del av protokollen beskriver den kirurgiske prosedyren på dyremodell, som krever personell med passende medisinsk trening. Den etterfølgende analyse, spesielt seksjonene 4 og 5, medfører grunnleggende dataprogrammerings ferdigheter i C ++ og Python, og bruk av en kommandolinje skall.
1. Kirurgisk prosedyre for Expander Place
MERK: Personell som er involvert i driften må skrubbes og en frakk i en steril måte. sterile håndklær og gardiner er brukt rundt operasjonsområdet for å opprettholde sterilitet. Alle instrumenter, suturer, og vev ekspanderne mottas i steril innpakning, og kun håndteres av sterile personell. Sterilitet operasjonsstedet må ikke bli krenket før prosedyren er fullført.
- Akklimatisere en måned gammel mann Yucatan mini griser til standard bolig for en uke, og mate ad libitum.
- På dagen for kirurgi, bedøve dyret ved hjelp av ketamin / acepromazin for induksjon (4 - 6 mg / kg), deretter isofluran for vedlikehold. Evaluere anestesidybden ved å overvåke øyelokksrefleksen. Også overvåke vitale tegn (puls, kroppstemperatur, lufthastighet, og / eller respons for å klemme av vev tang). Påfør ophthalmic salve til øynene for å beskytte mot hornhinnen skrubbsår.
- Administrere pre-prosessuelle antibiotika og rengjør rygghuden med klorheksidin-baserte kirurgisk såpe. Overføring av fire 10 x 10 cm 2 nett, to på hver side avdyr, med 1 cm banemerking til grisehud ved hjelp av tatovering overføringsmedium. Nettene tilsvarer de følgende fire regionene: venstre rostral, høyre rostral, venstre caudal, og høyre caudal. Bruk en mal med en midtlinjen referanse til sikre symmetrisk plassering av nettmønster.
- Opprett rutenett på papir ved å spore rutenettet skisserer tungt med en kulepenn. Vask området på dyret hvor gitteret skal plasseres med isopropylalkohol trekke.
- Påfør rutenettet (penn-blekk side ned) direkte på huden. Alkoholen tjener til å igle noen av blekk ut av papiret, overføre rutenettet til dyrets hud.
- Injisere lokalbedøvelse (1% lidokain med 1: 100.000 adrenalin) subkutant på stedet av hver planlagt snitt.
- Gjøre et snitt på hver side av dyret i midtpunktet mellom de to gittere.
MERK: snitt er plassert på venstre og høyre side av dyret mellom de 2 gitrene påden siden. Det er en venstre-sidig snitt og en høyresidig innsnitt - Bruk en hemostat for å utvikle en subkutan tunnel under risten er av interesse. Etter utvikling av en tunnel, sett ekspanderen under risten.
MERK: Tunneler er plassert under et hvilket som helst gitter som vil ha en vev ekspander. - Plasser port for ekspansjons inflasjon eksternt via en subkutan tunnel utviklet seg på lignende måte langs dorsal midtlinjen av dyret. Reparere sår ved suturering.
- Postoperativt behandler dyret med profylaktisk antibiotika (Ceftiofur 5 mg / kg IM gang), så vel som analgetika (Buprenorfin 0,05 til 0,1 mg / kg) via intramuskulær injeksjon hver 12. time i 4 doser, med ytterligere doser som er tilgjengelige for tegn på dyr nød.
- Observere dyrene kontinuerlig i 2 timer postoperativt, inkludert rutine måling av vitale tegn før de har gjenopptatt ambulation og er i stand til å opprettholde normothermia. Huset dyret i et separat bur og skjermen inntil jegt er i stand til å gå uavhengig av hverandre på alle 4 ben før den overføres tilbake til sin normale husområdet og forlater den.
- Etter den umiddelbare post anestesi utvinning perioden, sjekke dyr daglig for å evaluere sårtilheling. Fjern sting 14 dager etter operasjonen. Disse snittene ikke krever dressinger. La snittene å gro i 3 - 4 uker før du begynner ekspansjon
2. Inflasjon Protocol
MERK: Tidspunktet for inflations og mengden av oppløsning som benyttes i hver ekspander avhenger av den spesifikke spørsmål som studeres. For å karakterisere virkningen av forskjellige geometrier ekspander, er en passende protokoll for å utføre fem inflasjons trinn på 0, 2, 7, 10 og 15 dager for å oppnå fylling volumer 50, 75, 105, 165, og 225 cm henholdsvis.
- Før hver inflasjon trinn, bedøve dyret administrerings ketamin (4 - 6 mg / kg) og dexmedetomidin på 20 - 80 pg / kg.
MERK: dexmedetomidin er enn alpha-adrenerg agonist som kan reverseres med atipamezol (1: 1 volum: volum) for å lette raskere utvinning; Dette kan imidlertid sedasjonsnivå ikke være tilstrekkelig for at dyret skal tåle utvidelse uten unødig risiko for skade på dyret eller behandlingsprogrammer. Hvis dette er tilfelle, administrere generell anestesi med isofluran å levere via maskeventilasjon følgende ketamin / acepromazin induksjon. - Fest to plast fleksibel tape tiltak til huden på dyret ved bruk av kirurgisk tape. Plasser målebånd mellom gitrene på venstre og høyre side.
- Plasser dyret på den ene siden og få 30 fotografier av scenen fra så mange forskjellige vinkler som mulig.
MERK: Målet er å fange geometrien av de to gittere synlige når dyret er å legge ned på den ene siden.- Først plassere kameraet over dyret og tenderer mot halesiden, for å fange opp et bilde hvor de tatoverte gitrene er fullt synlig og fylle rammen.
- Move i et sirkulært mønster rundt dyret i en bue fra hale til den rostrale retning, ta fotografier underveis, slik at, for hvert bilde, tatovert gittere som er synlige vises i sin helhet i rammen.
- På samme tid, prøv å maksimere plassen at ristene opptar i rammen. En ideell skudd ville fange iden av dyret med de tatoverte nett og bare små regioner i bakgrunnen.
- Deretter plassere kameraet mot buksiden for å fange opp et bilde vinkel som er tilnærmet parallelt med bakken og ta bilder i en bue fra den ventrale til den dorsale regionen.
MERK: Mengden av fotografier er ikke en fast verdi. For en god rekonstruksjon, skal hvert punkt på tatovert nettet være i minst 3 bilder; 30 bilder totalt er en tilstrekkelig mengde for vellykket geometri gjenoppbygging.
- Plasser dyret på motsatt side, og ta 30 bilder av de togjenværende gittere å følge de samme trinnene som beskrevet ovenfor.
- Utføre den inflasjon trinn ved å finne den eksterne fylling port og injisere den nødvendige mengde av saltoppløsning som tilsvarer den utvidelse protokollen av interesse. Bruk steril 0,9% injiserbar saltoppløsning.
- Etter portene og prep over huden på dyret med isopropyl-alkohol våtservietter. Åpne port med en steril 25-gauge nål festet til sommerfugl en sprøyte fylt med steril injiserbar saltoppløsning.
MERK: Som beskrevet ovenfor, er portene i tunneler subkutant til en stilling på den fremre midtlinje fotens rygg under ekspansjons plassering. - Injiser den ønskede mengde av saltoppløsning. Det henvises til noten i begynnelsen av dette avsnitt for fyllingsmengder som injiseres i hvert trinn av ekspansjonsprosessen.
- Etter portene og prep over huden på dyret med isopropyl-alkohol våtservietter. Åpne port med en steril 25-gauge nål festet til sommerfugl en sprøyte fylt med steril injiserbar saltoppløsning.
- Gjenta bilde oppkjøpet trinnene etter inflasjon.
- Når oppblåsingen protokollen er fullført, avlive dyrene.
- administrere generelleanestesi med isofluran å levere via maskeventilasjon følgende ketamin / acepromazin induksjon. Evaluere anestesidybden ved å overvåke øyelokksrefleksen. Også overvåke vitale tegn (puls, kroppstemperatur, lufthastighet, og / eller respons for å klemme sammen med vev tang).
- Avlive dyret ved intravenøs overdose av pentobarbital 90 til 100 mg / kg. Etter pentobarbital overdose for eutanasi, bekrefter død ved fravær av detekterbar hjerteslag ved hjelp av en pulsoksimetere og puls palpasjon så vel som fravær av spontan respirasjon.
3. Multi-view Stereo Reconstruction
- Bruk kommersielt tilgjengelig programvare for å laste opp bildefiler og rekonstruere de geometriske modeller.
- Start MVS programvare på nettleseren og logge inn.
- Velg Bilde til 3D i øverste venstre hjørne.
- Klikk legge til bilder, bla til plasseringen av imaldre og manuelt velge de 30 fotografier svarende til en enkelt modell.
- Modellnavnet, og klikk skape
- Vent til modellen som skal opprettes. Dette kan ta flere minutter. Klikk dashbordet til høyre for å gå tilbake til den opprinnelige landingssiden av programvaren.
MERK: Dashbordet viser representative bilder av geometriske modeller som er opprettet av brukeren. - Plasser markøren på den modellen som nettopp har blitt opprettet. Plasser markøren i nederste høyre hjørne av modellen bilde. Klikk nedlastinger og velg obj.
4. Spline Surface Fit
- Bruk av åpen kildekode programvare for å behandle de geometriske modeller.
- Klikk Fil-> Import-> obj å importere filen genereres fra MVS programvare. På bunnen av 3D-visning klikk på View Shading og Select Texture. Se etter en fane på høyre side av 3D-visning med undermenyer: Transform, fett blyant, Utsikt, 3D Blyant, etc. Klikk på skyggelegging og velg shadeless.
- Høyreklikk på geometri for å velge det. På bunnen av 3D-visning velge redigeringsmodus for å visualisere den trekantede mesh.
- Velge en for en nodene på 1 cm merking av målebåndet.
- For å velge et punkt, høyreklikk på den, og fremheve poenget. Koordinater for punktet vises på tappen på høyre side av 3D-visning. Velg og kopier koordinatene til det valgte punktet til en tekstfil.
- Gjenta denne operasjonen for alle punktene på 1 cm merking av målebånd.
- Gjør dette for begge målebånd. Eksempler Koordinasjon tekstfiler er å gid: tape1.txt, tape2.txt.
MERK: Hvis det ikke er noen noder i gitteret på det punktet av interesse, oppdeler mesh til det dannes en node på det punktet av interesse. Å dele opp mesh velge de tre hjørnene i en trekant ved å trykke Shift-tasten og høyreklikke på hjørnene. Deretter klikker du på knappen Del opp i kategorien vises på venstre side av 3D-visning. Denne operasjonen legger tre flere noder i den valgte trekant.
- Velg de 11 x 11 punkter av nettet og lagre koordinatene for de 121 punktene til en tekstfil i mønsteret vist i figur 1.
- Analogt til hva som ble gjort for målebånd, for å velge et punkt i rutenettet, høyreklikk på den, vil punktet bli markert. Koordinater for punktet vil vises på tappen på høyre side av 3D-visning. Velg og kopier koordinatene til det valgte punktet til en tekstfil
MERK: Nummereringen av gitterpunkter er ALWays caudal til rostralt og fra dorsal midtlinjen mot den ventrale regionen. Dette bestilling garanterer at para plass er konsistent for alle to patcher. Som et eksempel, blir filen gridReference.txt som inneholder koordinatene til 121 punkter i et hudplaster gitt.
- Analogt til hva som ble gjort for målebånd, for å velge et punkt i rutenettet, høyreklikk på den, vil punktet bli markert. Koordinater for punktet vil vises på tappen på høyre side av 3D-visning. Velg og kopier koordinatene til det valgte punktet til en tekstfil
- Last ned, kompilere og installere C ++ spline biblioteker. Filen splineLibraryInstallation.txt inneholder link til kildekoden av spline biblioteker og instruksjoner for installasjon.
- Kompilere kildekoden generateCurve.cpp å generere kjørbar generateCurve
MERK: Programmet generateCurve bare må kompileres en gang. For å kompilere dette C ++ kildekode og generere en kjørbar følg instruksjonene på toppen av kildekoden filen generateCurve.cpp. - Bruk programmet generateCurve å passe splines til målebånd og til rutenettpunkter. For å kjøre den kjørbare i en Baske skall, typen
katalog $ ./generateCurve- Ved å kjøre programmet, vil det be brukeren om å skrive inn banen til filen som inneholder koordinatene til målebånd. Så programmet vil be om et navn på filen. Legg oppsigelsen .g2 til filnavnet.
MERK: oppsigelse .g2 står for GO verktøy, og er knyttet til spline bibliotekene. To eksempler på sporfiler som korresponderer med målebånd er tilgjengelig med denne protokoll (tape1.g2, tape2.g2).
- Ved å kjøre programmet, vil det be brukeren om å skrive inn banen til filen som inneholder koordinatene til målebånd. Så programmet vil be om et navn på filen. Legg oppsigelsen .g2 til filnavnet.
- Bruk Python-skript scalePoints.py å skalere gitterpunktene. Kjøre programmet i et skall spørsmål med tre argumenter: filnavnet av gitterpunktene og filnavn på kilene som svarer til de målebånd
katalog $ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
MERK: Skriptet scalePoints.py importerer skriptene B_spline.py og NURBS_Curv e.py derfor alle tre skript må være i samme mappe. - Kompilere kildekoden generateSurface.cpp å generere kjørbar generateSurface.
MERK: Dette trinnet trenger bare å gjøres en gang. Mer detaljerte instruksjoner er tilgjengelig i begynnelsen av kildekoden filen generateSurface.cpp. - Bruk programmet generateSurface for å passe til en spline overflate til nettpunkter. Kjør den kjør generateSurface på Bash shell
katalog $ ./generateSurface- Kjøre programmet i et skall vil be om filnavn som inneholder de skalerte punkter. Deretter vil den spørre etter navnet på filen. Legg oppsigelsen .g2 til utgangen filnavn.
MERK: oppsigelse .g2 er foreslått av rifle bibliotekene og står for farten verktøy. Filene gridReference.g2 og gridDeformed.g2 er gitt som eksempler.
- Kjøre programmet i et skall vil be om filnavn som inneholder de skalerte punkter. Deretter vil den spørre etter navnet på filen. Legg oppsigelsen .g2 til utgangen filnavn.
- Begynn Python i Bash skallprompten
katalog $ python
MERK: Python initialiserer tolk, som er et grensesnitt som ligner på skallet som vil vise en ny kommandolinje miljø >>> - Importer skriptet expansionIGA.py som inneholder en funksjon som heter evaluateMembraneIGA
>>> fra expansionIGA import evaluateMembraneIGA - Kaller funksjonen evaluateMembraneIGA å beregne deformasjoner kart.
MERK: Denne funksjonen tar som argumenter:
Filnavnet til referanseoverflaten
Filnavnet for den deformerte overflate
Oppløsning av evalueringen (hvor mange poeng evalueres i hver retning)
Minimumsverdi på området strekningen brukes til å skalere konturen tomten
Maksimale verdien av området stretch som brukes til å skalere konturen tomten
Minimumsverdi av strekk i lengderetningen ossed å skalere konturene
Maksimumsverdien for strekning i lengderetningen brukes til å skalere konturene
Minimumsverdi av strekning i tverretningen brukes til å skalere konturene
Maksimumsverdien for strekning i tverretningen brukes til å skalere konturene
Avstanden mellom rutenettlinjer i konturplott
utgang filnavnet- For eksempel kjøre
>>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0,5, 2, 0,5, 2, 0,5, 25, 'deformasjon')
MERK: Denne kommandoen vil generere og lagre seks output filer. Legg merke til at den siste argumentet i eksempelet ovenfor er det utgang filnavnet deformasjon, og dermed filene som blir generert er:
deformation_theta.png: kontur tomt på området strekningen
deformation_theta.txt: tabell over verdier som tilsvarer den konturopptegning av arealstrekk
deformation_G1.png: kontur tomt på strekningen Along den langsgående aksen av dyret
deformation_G1.txt: tabell over verdier som tilsvarer den konturopptegning av strekninger langs lengdeaksen av dyret
deformation_G2.png: konturopptegning av strekningen komponent i den tverrgående akse av dyret
deformation_G2.txt: tabell over verdier som tilsvarer den konturopptegning av komponenten av strekket i tverrgående akse av dyret
MERK: Du må ikke forveksle opphør av spline-filer, .g2, med vektoren G2. Spor filene har ending .g2 følgende navnekonvensjoner av spline biblioteket. På den annen side, vektorer G1 og G2 betegner de langsgående og tverrgående retninger i forhold til dyret.
MERK: Contour filene er generert med forskjellige funksjoner ved de fire hjørnene for å lette tolkningen av parameter plass: Svart Pixel: mest caudal, mest rygg punkt; Red pixel hjørne: most rostrale, mest dorsal punkt; Grønn pixel hjørne: de fleste hale, mest ventral punkt; Blå pixel hjørne: mest rostralt, mest ventral punkt.
- For eksempel kjøre
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Denne metodikken har vært anvendt med hell for å studere den deformasjon som induseres av forskjellige ekspansjons geometrier: rektangel, sfære og halvmåne ekspandere 31, 32. Resultatene som tilsvarer de sfæriske og halvmåneformet ekspanderne er diskutert neste. Figur 2 illustrerer de tre trinnene i MVS modell gjenoppbygging. Utgangspunktet er en samling av fotografier fra en statisk scene. Dyret med tatovert nett og tape tiltak lå fortsatt som fotografier ble tatt fra forskjellige vinkler. MVS algoritme passet egenskaper mellom bildene for å trekke ut 3D-koordinatene. Som et resultat ble en geometrisk modell som består av en trekantet maske med struktur generert.
Protokollen er beskrevet her kan brukes til å undersøke ulike sider av vevet ekspansjonsprosessen. variasjonenei regionale stammer indusert av kulen og halvmåne ekspanderne er en viktig del av ekspansjonsprosessen, siden det fører til regionale variasjoner i mengden av huden vokst. Begge enhetene var fylt til samme volum ved hvert tidspunkt. Fem inflasjons trinn ble utført ved 0, 2, 7, 10 og 15 dager for å generere fyllvolum på 50, 75, 105, 165, og 225 cc. Figur 3 viser fotografier av de ekspanderte huden ristene ved slutten av hvert trinn inflasjon. Ekspanderne strukket huden og deformasjonen var tydelig ved den forvrengning av gitteret over tid.
For hver utforming av gitter en spline overflate ble dannet som beskrevet i protokollen delen. Deformasjoner ble beregnet ved å velge en referanse og en deformert gitter som vist i figur 1. Resultatene av to ulike typer analyser er omtalt her. For å studere den kroniske deformasjon, ble grisen ved dag 0 valgt som tHan refererer til konfigurasjon og sammenlignet med alle andre tidspunkter. Sammenligning slutten av hver inflasjon trinn med referanse-konfigurasjonen fører koteplottene er vist i figur 4. Metodikken som presenteres her trekker tre mål deformasjon. Endringen Området er betegnet θ, det strekk i lengderetningen er betegnet λ G1, G2 og λ er den strekning i tverretningen, slik som vist i figur 1. Progresjonen av arealet endres og strekker seg i to ortogonale retninger for sfære og halvmåne ekspanderne er vist i figur 4. Spline overflater er generelt glatt og dermed de tilsvarende konturopptegninger var glatt. Likevel ble grovheten til maske dokumentert av konturene som viste stikk egenskaper. En finere rutenett ville øke kvaliteten til de deformasjoner kart. Ikke desto mindre forskjellene mellom forskjellige ekspansjons geometrier ble umiddelbart apparelnt og kvantifiserbare. Selv om begge utvidere ble fylt til samme volum, den sfæriske ekspanderen indusert en større deformasjon. Den romlige variasjon av konturopptegninger viste at huden ble strukket mer ved sentrum av ekspanderen i forhold til periferien av risten. Resultatene er oppsummert i tabell 1.
En andre analyse bestod av å bestemme den akutte deformasjon ved hvert trinn inflasjon. I dette tilfelle er referanse konfigurasjon var gitter like før ekspansjon, og den deformerte gitteret var at umiddelbart etter inflasjon trinnet. De deformasjoner som induseres i hvert inflasjon trinn var bemerkelsesverdig like i gjennomsnitt mellom de forskjellige tidspunkter. Sammendraget er inntatt i tabell 2. I gjennomsnitt var deformasjonen var nær til 1 (hvor 1 ville være fraværet av deformasjon). Inspeksjon av kotekart er vist i figur 5 vist frem tydelige romlige variasjoner. Selv om det var nesten ingen deformasjon i gjennomsnitt, ble enkelte soner av gitter strekkes, mens andre ble krympet i forhold til referansen. På samme måte som analysen av kronisk deformasjon, midtområdet var de som blir strukket mest.
I både de akutte og kroniske tilfeller, langsgående og tverrgående strekninger viste en klar trend som indikerer anisotropi. Hud, som de fleste kollagenholdige vev, viser et foretrukket fiberorientering som bidrar til en anisotrop mekanisk respons 25. I tilfelle av huden på baksiden av en gris, er fibrene antas å være på linje i tverretningen 33. Våre eksperimenter viser at i løpet av hudekspansjon, de strekker seg i lengderetningene var alltid større enn de som er langs den tverrgående retningen. Dette gjaldt både kulen og de halvmåne ekspanderne, ved alle tidspunkter, og for den akutte og kroniske deformasjon contours. Dette resultatet understøtter hypotesen om at huden anisotropi kan påvirke de deformasjoner som induseres i løpet av et vev utvidelse prosedyre.
Figur 1: Grid konfigurasjoner og Parameter Space. Et slikt gittermønster tatovert på baksiden av dyrene og fotografert med målebånd på plass for å skalere de geometriske modeller (øverst). Deformasjon mellom en referanse og en deformert konfigurasjon er karakterisert av tre variabler: område endring q, langsgående strekning λ G1, og tverrstrekk λ G2 (øverst). Gitteret er konsekvent parameterisert ved å nummerere punktene alltid fra hale til rostrale og fra dorsal til ventral retninger (nederst til venstre). Utgangen av analysen er et konturdiagram over parameterrommet. Konturene er merket ved hjørnene med en pixel som takes fargen svart, rød, grønn og blå, for å lette identifisering av hale, rostrale, dorsal og ventrale sider (nederst til høyre). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Multi-view Stereo Rekonstruksjon av en ekspansjonsprosess. MVS er en algoritme fra computer vision som tar som inngangs fotografier fra forskjellige vinkler med ukjente kameraposisjoner (til venstre). Algoritmen matcher funksjoner over bildene for å finne 3D-koordinater (sentrum). Utgangen fra algoritmen er en trekantet maske med teksturen overlappet (til høyre). (Figur tilpasset med tillatelse fra 31.) Vennligst klikkher for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Utvidelse av Sphere og Crescent utvidere. Innretninger (øverste rad) og halvmåne (nederste rad) ekspandere ble plassert under tatoverte huden på baksiden av en gris og oppblåst ved dagene 0, 2, 7, 10, og 15 dager for å generere fyllvolum på 50, 75, 105, 165, og 225 cc. (Figur tilpasset med tillatelse fra 31). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Kronisk Deformasjon indusert av Sphere og Crescent utvidere. De tatoverte Erne ble omdannet til spline overflater for analyse (rader 1 og 2).Å ta hensyn til er gitteret på dag 0, ble tre målinger av deformasjoner beregnet. Område endring viste progressivt høyere verdier over tid, med større deformasjon i senterområdet av ekspanderen, og høyere deformasjon i sfære i forhold til den halvmåne (radene 3 og 4). Langsgående strekninger (rader 5 og 6) lignet område strekker mens tverrgående strekninger (rader 7 og 8) viste bånd av deformasjon og mindre strekning i forhold til lengderetningen. (Figur tilpasset med tillatelse fra 31) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Akutt Deformasjon indusert av Sphere og Crescent utvidere. Tar som referanse konfigurasjonen like før en inflasjon trinn, og somdeformert konfigurasjon umiddelbart etter injeksjon av oppløsning inn i en ekspander, ble akutte deformasjoner beregnet. Deformasjoner kartene ble jevn, men noen kanteffekter var merkbar og grovheten diskretisering ble reflektert i spot-lignende mønstre av deformasjon. innholdet endres (rad 1 og 2) viste regionale variasjoner, med høyere strekk i det område som svarer til ekspanderen. Strekker var lik på tvers av de ulike tidspunkter. Den samme tendens kan ses for langsgående strekninger (rader 3 og 4). Tverrgående strekninger (rader 5 og 6) viste mer ensartet fordelinger og lavere verdier i forhold til den langsgående tilfelle. (Figur tilpasset med tillatelse fra 31) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Tid [dager] | Volum [cc] | Området endring θ | Langsgående strekk λ G1 | Tverrstrekk λ G2 | |||||||
| max | min | avg | max | min | avg | max | min | avg | |||
| 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 |
Tabell 1: Oppsummering av kronisk deformasjon. Stammer ble beregnet å ta den opprinnelige konfigurasjonen som referanse og sammenlikne flekker ved slutten av hvert trinn inflasjon i forhold til den. Gjennomsnittet av deformasjonen tilskrives den sfæren ekspanderen nådde 1,70 på dag 21, mens den halvmåne ekspanderen deformert 1,49 i område ved slutten av ekspansjonen. Det var signifikant romlig variasjon og maksimums- og minimumsverdiene varierte med hensyn til gjennomsnittet. De langsgående strekninger nådd 1,33 og 1,25 for tjeneste og halvmåne ekspandere henholdsvis, mens tverrgående strekninger var lavere, med verdier på 1,27 og 1,20. (Tabell tilpasset med tillatelse fra
ontent" fo: hold-together.within-siden = 'en'> Tabell 2:.. Oppsummering av akutt Deformasjon Stammene ble beregnet å ta konfigurasjonen før ekspansjonen som referanse, og konfigurasjonen umiddelbart etter inflasjon trinn, som den deformerte linjer På gjennomsnitts, både kulen og halvmåneformet ekspandere viste lignende tendenser, som har verdier nær 1 som skulle tilsi noen deformasjon. Men på grunn av romlige variasjoner, The vi målte maksimale endringer i området var så høy som 1,60 for tjeneste og 1.50 for den halvmåne. strekker seg i de langsgående og tverrgående retninger var anisotropisk, med de maksimale verdiene for langsgående strekninger nesten alltid høyere enn de tverrgående strekninger. (Tabell tilpasset med tillatelse fra 31) Tid [dager] Expander Volum [cc] Området endring θ Langsgående strekk λ G1 Tverrstrekk λ G2 max min avg max min avg max min avg 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 presenteres vi en protokoll for å karakterisere de deformasjoner som induseres i løpet av et vev ekspansjon prosedyre i et svine-modell ved hjelp av multi-vis stereo (MVS) og isogeometric kinematikk (IGA kinematikk). Under ekspansjonen vev, hud gjennomgår store deformasjoner som går fra en glatt og forholdsvis flat overflate til en kuppellignende 3D-form. Hud, i likhet med andre biologiske membraner 34, svarer til å strekke seg ved fremstilling av nytt materiale, noe som øker i areal som kan så bli brukt for re- konstruksjon formål 35. Derfor er nøyaktig bestemmelse av den strekning som produseres av en ekspander viktig å forstå mekanismene som regulerer tilpasning av huden. Planlegging av en ekspansjons prosedyre er utfordrende fordi vev ekspanderne finnes i forskjellige størrelser og former, er den strekning fordelingen ikke ensartet over hele utvidete området og det avhenger av plassering og inflasjonen 11,ref "> 36. ha en protokoll for å nøyaktig beregne ekspansjons-indusert deformasjon og er i stand til å oppløse store påkjenninger, 3D-former og regionale variasjoner, åpner nye muligheter for å studere den mekaniske regulering av hud vekst, og kan til slutt føre til kvantitative preoperative planleggingsverktøy . Mot dette målet er det utviklet en ikke-invasiv, rimelig og fleksibel metode for å måle deformasjon i en svine modell av hudekspansjon 32.
kritiske Steps
Dyremodeller for vev ekspansjon har blitt godt karakterisert i mer enn to tiår 37. Svin hud viser sammenlignbare eiendommer til menneskelig integument. Videre hudekspansjon i griser følger en lignende fremgangsmåte som det ville bli gjort i mennesker 38. Vevet utvidelse Fremgangsmåten er den steinen til suksess for denne protokoll. Erfarne kirurger, eksperter i vev utvidelse, utførte teknikk;e i dyremodellen presenteres her.
Skallet er hensiktsmessig utsatt for det ytre miljø, og det er en tynn membran, og derfor dens deformasjon kan karakteriseres ved sporingspunktene på sin flate 17. MVS tilbyr en fleksibel og rimelig teknikk for å studere 3D hud deformasjoner in vivo over lange perioder. Denne algoritmen tar som input et sett av fotografier fra et statisk scene og benytter egenskapstilpasning over fotografiene for å trekke ut 3D-koordinatene. MVS rekonstruksjon og den etterfølgende analyse kinematiske kritisk avhengig av bildet innhentings trinnene i denne protokollen.
Modifikasjoner og feilsøking
Under vev utvidelse, kan enheten migrere bort fra gitteret på grunn av dyrets bevegelser og løsning av lommen hvor ekspanderen var opprinnelig plassert. Dersom det ekspanderte område beveger seg utenfor risten, bør ekspanderen tømmes og fjernes. dette problem har oppstått ved anvendelse av protokollen i en av åtte gittere 31, 32. Ekspanderne kan også lekke hvis de er ødelagt eller punktert under inflasjon protokollen. Det kompromitterer også gyldigheten av eksperimentet og sikkerheten til dyret, og derfor ekspanderen bør fjernes. Dette problemet har oppstått ved hjelp av denne protokollen i en av åtte rutenett 31, 32.
MVS rekonstruksjon kan være utfordrende for noen sett med bilder på grunn av lyseffekter, manglende fokus, og bakgrunnsstøy 23. Selv om de kommersielle verktøy for MVS er kraftige, dersom resultatene ikke er nøyaktig nok til å begynne med, har følgende feilsøkingstrinn alltid rettet problemet i på vår erfaring: fjerne bakgrunnen på bildene manuelt; velge et delsett av bilder med skarpere fokus og kast uklare jegMages; velg matchende punkter over bildene manuelt i kommersielle programvaregrensesnitt.
Begrensninger av teknikken
Som diskutert ovenfor er svine-integument ligner på human 38, ikke desto mindre, er det fortsatt forskjeller. Derfor er et porcint modell ikke forventes å være fullt prediktiv av menneskelig vev ekspansjonsprotokoller 37. En annen begrensning av protokollen er den manglende kommersielle verktøy eller brukervennlig programvare for å analysere de geometriske modeller. For øyeblikket, når geometrien er generert gjennom MVS, blir analysen utført med in-house-kode som består av C ++ og Python skript. Mens på den ene siden, er den foreslåtte metoden kreative og tilbyr en rimelig og praktisk måte å studere mekanikken i bløtvevet over lang tid, er dataanalyse avhengig av teknologi som bare har vært populære for de siste ti årene 27. til Circumlufte denne begrensningen, gir vi vår gjennomføring av kile subrutiner med dette brevet. En annen begrensning er den begrensning av en tatovert gitter for å kunne spore kroniske deformasjoner. Behovet for en tatovert grid hindrer oversettelse av protokollen til kliniske miljøer.
Betydningen av Technique For eksisterende / alternative metoder
For tiden leger avhengig for det meste på sin erfaring under preoperativ planlegging av utvidelses vev fremgangsmåter, noe som har ført til en lang rekke av vilkårlige protokoller som kan variere fra 13, 14, 15. Protokollen som presenteres her løser eksisterende kunnskapshull ved å kvantifisere ekspansjons-indusert deformasjon i et svine dyremodell av vev ekspansjon. Til forfatterens kunnskap, er dette den første protokollen til å kvantifisere kontinuerlig deformasjon kart på betydelig flekker i huden vev <sup class = "ekstern referanse"> 31, 32.
Protokollen er nyskapende, ikke-invasiv, rimelig og fleksibel; det er avhengig av den siste utviklingen i datamaskinen visjon algoritmer som MVS og numerisk analyse som IGA kinematikk. MVS har avansert intenst i de siste ti årene, nådde rekonstruksjonsfeil så lavt som 2% 24. Økningen i kommersielt tilgjengelig programvare samt åpen kildekode viser den høye populariteten til denne metoden 41. MVS er rimelig fordi det krever bare et digitalt kamera og fotografier er tatt uten kalibrering av kameraposisjon. I motsetning til andre teknikker som stereo rekonstruksjon krever ekstra maskinvare for å kontrollere plasseringen av kameraet 17. MVS er fleksibel, fordi den kan utføres i en rekke situasjoner, så lenge fotografier kan tas fra forskjellige vinkler. Dette er en funksjon som blir flere releVant når de vurderer en potensiell klinisk anvendelse. I motsetning til andre teknikker, slik som bevegelsessporing krever en bestemt oppsett, og kan ikke utføres i en vilkårlig sted 18. Én funksjon av MVS er produksjon av 3D-geometrier. Andre teknikker, slik som digital bildekorrelasjon (DIC), er foretrukket for 2D bevegelsessporing 39. Resultatene presentert her vist frem evnen av kommersielle algoritmer for å trofast rekonstruere de induserte 3D-former i løpet av vev ekspansjon.
Fra 3D-geometrier, deformasjoner må beregnes. Denne protokollen er avhengig av bruk av sporoverflate IGA kinematikk. Splines er nyttige fordi et par kontrollpunkter parameterize glatte geometrier med høy kontinuitet som er nødvendige for analyse av tynne membraner 40. Den største fordelen med rier i dette programmet er forestillingen om en parametrisk plass. Andre teknikker, slik som endelig elementer, mangler en global parameter domene. Selv om dette er hensiktsmessig for visse problemer som simulering av uregelmessige flekker (f.eks plasteret med hull), som har en eksplisitt parameterisering tillater bestemmelse av strekningene mellom hvilke som helst to konfigurasjoner på en grei måte. For eksempel ble to forskjellige analyser er vist her: kroniske og akutte deformasjoner. For å beregne stammene i nett med denne protokollen det er nok til å gi ribbene på de to overflater av interesse siden alle flater har den samme parameter domene.
Under vev utvidelse, reagerer huden til den påførte deformasjon ved å dyrke i overflateareal, produsere ny integument som deretter kan anvendes for rekonstruktiv kirurgi. Karakter klinisk relevante deformasjoner av huden over lengre tid kan forbedre vår forståelse av mechanobiology av dette organet, samt at utviklingen av kvantitative preoperativ verktøy. Protokollen beskrevet hennese spesifikt omhandler behovet for en eksperimentell design med potensial oversettelse til klinisk setting.
Fremtidige søknader eller Veibeskrivelse Etter å mestre denne teknikken
Kildekoden som er brukt i denne protokollen kan lett justeres til andre anvendelser, og kan være inkorporert i mer brukervennlige implementeringer. Forsynt med dette papir er rutiner for å evaluere spline basisfunksjoner, parametrisere kontinuerlige felt i løpet av rilleflater, integrere de kontinuerlige felt, og beregne deformasjon gradienter, membran og bøye- påkjenninger. Vi forventer at denne kildekoden vil fortsette å utvikle seg mot et verktøy som kan eventuelt brukes i reelle kliniske anvendelser av vev utvidelse samt at andre applikasjoner. Et annet fremtidig arbeidsområde er den forbedring av denne protokollen for å ta hensyn til mekaniske egenskaper og spenninger i vev og ikke bare kinematikk.
From et klinisk relevant perspektiv, er denne protokollen i stand til å kvantifisere regionale variasjoner av vev deformasjoner, så vel som forskjeller mellom forskjellige ekspansjons former og inflasjon 31, 32. Videre arbeid er nødvendig for å fortsette å evaluere virkningen av forskjellige ekspansjonsparametere på vevsrespons. Dessuten, ytterligere raffinering av det fra svin modell med vekt på de biologiske mekanismer for tilpasning kan bidra til å belyse grunnleggende mekanismer som regulerer hud tilpasning til overbelastning. Det ultimate målet er å validere protokollen i et svin modell for å oversette den til klinisk setting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Sthe Forfatterne har ikke noe å avsløre.
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).
