Yöntem makalesi

Multi-View Stereo ve Isogeometric Kinematics kullanma Cilt Genişleme bir Domuz Modeli Genleme Niceleme

DOI:

10.3791/55052

⸱

16 Nisan 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Mechanical Engineering, Purdue University, 2Division of Plastic Surgery, Ann and Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 3Mechanical Engineering, Bioengineering, Cardiothoracic Surgery, Stanford University

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol cerrahi bir ayara uygun fiyatlı ve ayarlanabilir hale fotoğrafların kalibre edilmemiş dizilerinin arasından üç boyutlu (3D) modeller üretmek için çoklu görüntülü stereo kullanır. 3 boyutlu modeller arasındaki gerilme haritaları aynı parametrelendirmesini paylaşan kaba kafesleri boyunca düz yüzeylerin temsil kolaylaştırmak oluk tabanlı isogeometric kinematik ile ölçülür.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Doku genişletme, plastik ve rekonstrüktif cerrahide, yanıklar ve dev konjenital nevüsler gibi büyük kusurların düzeltilmesi için in vivo olarak cildi büyüten popüler bir tekniktir. Yaygın kullanımına rağmen, bir genişleme protokolünün planlanması ve yürütülmesi, her şişirme adımında ve prosedürün uzunluğu boyunca uygulanan deformasyonun ölçülmesindeki zorluk nedeniyle zordur. Deformasyon alanlarının ölçülmesi çok önemlidir, çünkü zaman içindeki gerilme dağılımı, tedavinin sonunda büyüyen cildin oranını ve miktarını belirler. Bu yazıda, bir genişleme işlemi sırasında indüklenen deformasyonlar hakkında nicel bilgi edinmek için doku genişlemesini incelemek için bir yöntem sunuyoruz. Bu deneysel protokol, bir domuz doku genişlemesi modelinde çoklu görünüm stereo ve izogeometrik kinematik analizi içerir. Çoklu görüntü stereo, kalibre edilmemiş görüntü dizilerinden üç boyutlu geometrik rekonstrüksiyona izin verir. İzogeometrik kinematik analiz, az sayıda ağ noktasına sahip pürüzsüz yüzeyler arasındaki bölgesel deformasyonları tanımlamak için eğriler kullanır. Protokolümüz, cilt genişlemesinin mekaniği ile ilgili temel bilimsel araştırmalar ile klinik ortam arasındaki boşluğu doldurma potansiyeline sahiptir. Sonuç olarak, metodolojimizle elde edilen bilgilerin, cilt deformasyonunun hesaplamalı simülasyonlarını kişiselleştirilmiş bir şekilde kullanarak tedavi planlamasını mümkün kılmasını bekliyoruz.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Doku genişletme büyük deri kusurlar 1 düzeltilmesi için in vivo olarak deri büyür plastik ve rekonstrüktif cerrahi olarak yaygın bir tekniktir. Neumann, 1957 yılında, bu prosedürü belgelemek için ilk cerrah oldu. O bir hastanın cildi altına bir balon implante ve yeni doku büyümesini ve kulak 2 yeniden dikkat çekmek için birkaç haftalık bir süre içinde yavaş yavaş şişirilmiş. Cilt, çoğu biyolojik dokuların gibi, mekanik homeostazı ulaşmak için uygulanan kuvvetler ve deformasyonlar uyarlar. Fizyolojik rejiminin ötesine gerilmiş olduğunda, cilt 3, 4 büyür. Doku genleşme, merkezi avantajlarından biri çevreleyen doku 5 gibi uygun vaskülarizasyon ve aynı saç yatak, mekanik özellikler, renk ve doku ile deri üretimidir.

Altı yıl önce hizmete sunulduğu, deri expansio sonran, yaygın olarak plastik ve rekonstrüktif cerrah tarafından kabul edilmiş ve halen mastektomi 6, 7 sonra yanıklar, geniş, doğuştan kusurlar, ve meme rekonstrüksiyonu için düzeltmek için kullanılır. Oysa yaygın kullanımına rağmen, cilt genişletme işlemleri komplikasyonlara 8 yol açabilir. Bu prosedürün temel mechanobiology anlamak ve cerrahi planlama 9, 10 boyunca cerraha için gereken yeterli bir miktar kanıt olmadığı için kısmen. Bu teknikle Anahtar parametreler enflasyonu başına hacim doldurma doldurma oranı, genişletici şekli ve boyutu seçimi ve cihazın 11, 12 yerleştirilmesi vardır. Güncel ameliyat öncesi planlama genellikle greatl farklılık keyfi protokoller çeşitli sonuçlanan büyük ölçüde hekimin deneyimine dayanıyory 13, 14, 15.

mevcut bilgi boşluklarını doldurmak için, doku genleşme domuz hayvan modelinde, genleşme ile indüklenen deformasyonunun hesaplanması için deneysel protokol mevcut. protokol bilinmeyen kamera pozisyonları ile iki boyutlu (2D) görüntüleri dizilerin arasından üç boyutlu (3D) geometri yeniden çoklu görünüm stereo (MVS) kullanımına dayanır. kamaların istihdam, düz yüzeylerin temsili bir isogeometric (IgA) açıklama vasıtasıyla karşılık gelen deformasyon haritaları hesaplamasına neden olur. Geometri analizi açık bir parametrelendirmesini 16 sahip olan zarların sürekli mekanik teorik çerçeve dayanmaktadır.

Uzun süre boyunca malzemeler yaşayan fizyolojik ilgili deformasyonlarını nitelendiren hala ciddi problem olmaya devam etmektedir. Yaygın stratejileriBiyolojik dokuların görüntüleme stereoskopik dijital görüntü korelasyonu, yansıtıcı işaretleri ile ticari hareket yakalama sistemleri ve çift kanatlı videoyu floroskopi 17, 18, 19 içerir. Bununla birlikte bu teknikler, kısıtlayıcı bir deney düzeneği gerektirir genellikle pahalıdır ve temel olarak, ex vivo veya in vivo ortamlarda akut için kullanılmıştır. Cilt ince yapı olma avantajına sahiptir. Birkaç tabakadan oluşur da, dermiş mekanik doku özellikleri ve büyük ölçüde sorumlu olan ve böylece yüzey deformasyonu birincil öneme 20 olduğu; Makul kinematik varsayımlar düzlem deformasyon 21, 22 dışı ilgili yapılabilir. Dahası, cilt zaten mümkün geometrisini yakalamak için geleneksel görüntüleme araçlarını kullanmak hale dışındaki ortama maruz kalmaktadır. 'Here bir doku genişletme protokolü ile büyük ölçüde müdahale etmeden birkaç hafta boyunca deri in vivo deformasyonlarını izlemek için uygun ve esnek bir yaklaşım olarak MVS kullanımını önermektedir. MVS 23 açıları bilinmeyen kamera ile 2D görüntülerin bir koleksiyondan nesne veya sahneleri 3D gösterimlerini ayıklayan bir tekniktir. Sadece son üç yıl içinde, birçok ticari kodları (örnekler için malzeme listesine bakın) ortaya çıkmıştır. % 2 24 kadar düşük hataları ile MV'lerle modeli yeniden inşa, yüksek hassasiyet, uzun süreler boyunca in vivo olarak deri kinematik karakterizasyonu için uygun olan, bu yaklaşım sağlar.

Doku genişletilmesi sırasında cilde karşılık gelen deformasyon haritalar için, herhangi bir iki geometrik konfigürasyonlar arasındaki noktaları eşleştirilir. Geleneksel olarak, hesaplama biyomekaniğinde araştırmacılar deformasyon haritayı almak için sonlu eleman kafesleri ve ters analiz kullanmış25, 26. Burada kullanılan IgA yaklaşımı ince zarlar 27 28 analiz için çeşitli avantajlar sunan freze temel işlevlerini kullanır. Yani, yüksek derecede polinomların kullanılabilirliği hatta çok kaba mesh 29 30 ile pürüzsüz geometrilerin temsillerini kolaylaştırır. Ayrıca, eşleşmeyen bölümlemeleri hesaba ters bir sorun yapma gereksinimini ortadan tüm yüzey yamalar, aynı temel parameterizasyonunu sığdırmak mümkündür.

Burada anlatılan yöntem uzun süreler boyunca in vivo ortamlarda ilgili cilt mekaniği incelemek için yeni yollar açar. Ayrıca, bizim metodoloji klinik ortamda kişiselleştirilmiş tedavi planlaması için hesaplama araçlarını geliştirme hedefi doğrultusunda bir etkinleştirme adım olduğunu umutlu.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, hayvan deneyleri kapsamaktadır. protokol hayvanların insanca muameleyi garanti etmek Ann ve Chicago Araştırma Merkezi Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi Robert H. Lurie Çocuk Hastanesi IRB tarafından onaylanmıştır. Bu protokolü kullanarak iki genişletme çalışmaları için sonuçlar, 31 başka yerde 16 yayınlanmıştır.

Bu protokolün Yürütme tamamlayıcı uzmanlığa sahip bir ekip gerektirir. Protokolün ilk bölümü uygun Tıp eğitimi almış personel gerektiren, hayvan modelinde cerrahi işlem açıklanır. Daha sonra yapılan analiz, özel olarak Bölüm 4 ve 5, C temel bilgisayar programlama bilgisi içeren ++ ve Python ve bir komut hattı kabuğun kullanılması.

Genişletici Yerleştirme 1. Cerrahi Prosedür

NOT: operasyona katılan personel temizlendi ve steril bir şekilde cübbe giymiş olması gerekir. SterilE havlu ve perdeler kısırlık korumak için cerrahi alanının etrafında uygulanır. Tüm aletler, dikişler ve doku genişleticiler steril bir paket içinde alınan ve sadece steril personel tarafından ele alınır. Prosedür tamamlanana kadar ameliyat sitenin Sterilite ihlal edilmemelidir.

  1. Bir hafta boyunca standart konut tek aylık erkek Yucatan küçük domuz ACCLIMATE ve ad libitum beslenirler.
  2. bakım için daha sonra izofluran, - (6 mg / kg 4) Ameliyat gününde, indüksiyon için ketamin / 'e asepromazin kullanarak hayvan anestetize. palpebral refleks izleyerek anestezi derinliğini değerlendirin. Ayrıca, hayati belirtilerin (kalp hızı, vücut sıcaklığı, nefes hızı ve / veya tepki doku forseps ile çimdik) izler. Kornea sıyrıklar karşı korumak için gözleri oftalmik merhem uygulayın.
  3. işlem öncesi antibiyotik tedavisi başlanır ve klorheksidin bazlı cerrahi sabunla dorsal cildi temizleyin. Aktarım dört adet 10 x 10 cm2 ızgaraları, her bir tarafında ikidövme transfer ortamı kullanılarak domuz derisine 1 cm çizgi işaretleri ile bir hayvan olabilir. Sol rostral, sağ rostral sol kaudal ve sağ kaudal: ızgaralar aşağıdaki dört bölge karşılık gelmektedir. ızgara şeklinin simetrik yerleşimi sağlamak için bir orta hat referansla bir şablon kullanın.
    1. ızgara takip ederek kağıda ızgaraları oluşturun bir tükenmez kalem ile yoğun bir şekilde açıklanmaktadır. Izgara izopropil ispirto ile yerleştirileceği hayvan yıkayın.
    2. doğrudan deri üzerine ızgara (aşağı kalem mürekkep tarafı) uygulanır. Alkol hayvanın derisine ızgara transfer kağıt kapalı mürekkep bazı sülük yarar.
  4. deri altından her bir planlanan kesi yerinde de: lokal anestetik (100,000 epinefrin 1 ile% 1 lidokain) enjekte edilir.
  5. iki ızgara arasında orta hayvanın her iki tarafında bir kesik yapın.
    NOT: kesikler 2 ızgaraları arasındaki hayvanın sol ve sağ tarafında yer alıro taraf. Sol tip kesi ve bir sağ taraflı kesi yoktur
  6. ilgi ızgara altındaki deri altı tüneli geliştirmek için bir hemostat kullanın. Bir tünel gelişmekte sonra, ızgara altından genişletici yerleştirin.
    NOT: Tüneller doku genişletmesi olacak herhangi bir ızgara altına yerleştirilir.
  7. hayvanın sırt orta hat boyunca benzer bir şekilde geliştirilen bir deri altı tünelinden uzaktan genişletici enflasyonu noktasını yerleştirin. sütür tekniği ile onarım yaralar.
  8. Hayvan distres nedeniyle için ek dozlar, 4 doz için kas içi enjeksiyon ile, 12 saatte - (0.1 mg / kg Buprenorfin 0.05) Ameliyat sonrası profilaktik antibiyotik hayvana (seftiofur 5 mg / kg IM defa) hem de ağrı kesici tedavi.
  9. onlar ambulation devam ve normotermi korumak edebiliyoruz kadar hayati belirtilerin rutin ölçümü de dahil olmak üzere, postoperatif 2 saat kesintisiz hayvanları gözlemleyin. Ev ayrı bir kafeste hayvan ve monitör i kadart normal konut alanına geri aktarma ve gözetimsiz ayrılmadan önce tüm 4 ayak üzerinde bağımsız yürüyebiliyor.
  10. hemen sonrası anestezi iyileşme döneminin ardından yara iyileşmesini değerlendirmek için günlük hayvanları kontrol edin. postoperatif Dikişler 14 gün çıkartın. Bu kesiler pansuman gerektirmez. genişleme başlamadan önce 4 hafta - 3 iyileşmek için kesiler bırakın

2. Enflasyon Protokolü

NOT: Her genleştirici kullanılan inflations ve çözeltinin miktarı zamanlaması belirli soru çalışılmaktadır bağlıdır. Farklı genişletici geometrileri etkisini karakterize etmek için, uygun bir protokol, sırasıyla 50, 75, 105, 165 ve 225 cc dolum hacmi elde etmek için 0, 2, 7, 10, ve 15 gün sonra, beş şişirme adımları gerçekleştirmek için olan.

  1. 80 ug / kg - 20 - (6 mg / kg 4) ve deksmedetomidin her şişirme adımı öncesinde, hayvan uygulamayı yapan ketamin sakinleştirici.
    NOT: Deksmedetomidin bir olduğunuatipamezol ile ters olabilir, n, alfa-adrenerjik agonist hızlı geri kazanılması için (: 1 hacim, 1 hacim); hayvan hayvan ya da işleyicileri zarar verme riski olmadan gereksiz genişlemesini tolere için ancak sedasyon bu düzeyde yeterli olmayabilir. Bu durumda ise, ketamin / asepromazin indüksiyonundan sonra maske havalandırma ile izofluran sağlayarak genel anestezi uygulanması.
  2. cerrahi bant kullanarak hayvanın derisine iki plastik esnek bant önlemleri takın. Sol ve sağ tarafta ızgaraları arasındaki mezuralar yerleştirin.
  3. Bir tarafta hayvan koyun ve mümkün olduğunca çok farklı açılardan sahnenin 30 fotoğraf edinirler.
    NOT: amacı, hayvan bir tarafta döşeme, iki ızgara görünür geometrisini yakalamaktır.
    1. İlk olarak, dövme ızgaralar tamamen görebilir bir görüntüsünü yakalamak ve kareyi doldurmak için, hayvan üzerinde ve kaudal tarafına doğru eğilerek kamerayı yerleştirin.
    2. Msağlanması, yol boyunca fotoğraf çekme rostral yönüne kaudal bir kemerde hayvan etrafında dairesel bir şekilde ove, her fotoğraf için, görebilir dövmeli ızgaralar çerçeve tamamen görünür.
      1. Aynı zamanda, ızgaralar çerçevede işgal alanını maksimize etmek için deneyin. İdeal bir atış dövmeli ızgaraları ve arka plan sadece küçük bölgeler ile hayvanın arka yakalamak olacaktır.
    3. Daha sonra, yaklaşık yere paralel ve dorsal bölgeye tahliyelerine bir kemerde fotoğraf çekmek bir atış açısını yakalamak için ventral tarafına doğru kamerayı yerleştirin.
      NOT: fotoğrafların miktarı sabit bir değer değil. İyi bir yeniden için boyandı, ızgara üzerinde her noktada en az 3 fotoğraflarda olmalıdır; toplam 30 fotoğraf başarılı geometri yeniden inşası için yeterli bir miktardır.
  4. karşı tarafta hayvan koyun ve iki 30 fotoğraf çekmekyukarıdaki aynı adımları sonra, kalan ızgaralar.
  5. Uzaktan dolum portu bulma ve ilgi genişleme protokolüne gelen tuz çözeltisinin gereken miktarda enjekte ederek enflasyonu adımı gerçekleştirin. steril% 0.9 tuzlu su, enjekte edilebilir kullanım.
    1. izopropil alkol mendil ile hayvanın cilt üzerinde bağlantı noktaları ve hazırlık bulun. Steril enjekte edilebilir tuzlu su ile dolu bir şınngaya bağlanmış bir steril 25-gauge'lik kelebek bir iğne ile bağlantı noktası giriş.
      NOT: Yukarıda açıklandığı gibi, limanlar genişletici yerleştirme sırasında ön orta hat sırtlarında bir pozisyona deri altından tünel edilir.
    2. tuzlu su çözeltisi, istenen miktarda enjekte edilir. genişleme sürecinin her adımında enjekte enflasyon hacimleri için bu bölümün başında nota bakınız.
  6. Enflasyonun sonra fotoğraf elde etme adımlarını tekrarlayın.
  7. Enflasyon protokolü tamamlandıktan sonra, hayvanlar euthanize.
    1. genel yönetmeketamin / asepromazin indüksiyonundan sonra maske havalandırma ile izofluran anestezi sağlayarak. palpebral refleks izleyerek anestezi derinliğini değerlendirin. Ayrıca, hayati belirtilerin (kalp hızı, vücut sıcaklığı, nefes hızı ve / veya tepki doku forseps ile çimdik) izler.
    2. 100 mg / kg - pentobarbital 90 intravenöz doz aşımı hayvan öldürülür. ötanazi pentobarbital aşırı dozda sonra, bir pals oksimetresi ve darbe palpasyon yanı sıra spontan respirations yokluğu kullanılarak tespit kalp atışı olmamasıyla ölüm teyit etmektedir.

3. Çok bakış Stereo Yeniden

  1. Geometrik modeller görüntü dosyaları upload ve yeniden piyasada mevcut yazılımı kullanın.
    1. tarayıcıda MVS yazılımını başlatın ve giriş yapın.
    2. Sol üst köşede 3D Fotoğraf seçin.
    3. Fotoğraf eklemek tıklayın im konumuna göz atınyaşları ve elle tek modele tekabül 30 fotoğraf seçin.
    4. Modeli adlandırın ve oluşturmak tıklayın
    5. modeli oluşturulacak bekleyin. Bu işlem birkaç dakika sürebilir. Yazılımın orijinal açılış sayfasına geri dönmek için sağ taraftaki gösterge tablosunu tıklayın.
      NOT: pano kullanıcı tarafından yaratılan geometrik modellerin temsili resimler gösterir.
    6. Sadece oluşturuldu modeline imleci yerleştirin. Model Resmin sağ alt köşesinde imlecini. Indirmeleri tıklayın ve obj seçin.

4. spline yüzey Fit

  1. geometrik modelleri işlemek için açık kaynak yazılımı kullanın.
  2. Dosya- tıklayın> İthalat-> obj MVS yazılımından Oluşturulan dosyayı ithal etmek. 3D Görünüm alt tarafında Görünüm Gölgelendirme ve sele tıklayınct Doku. Alt menülü 3D View sağ sekme arayın: Transform, Gres Kalem, View, 3D Kalem, vb gölgelendirme tıklayın ve gölgesiz seçin.
  3. Sağ seçmek için geometri tıklayın. 3D Görünüm alt tarafında üçgen örgü görselleştirmek için Düzenleme Modu seçin.
  4. şerit metre 1 cm işaretleri ile ilgili bir düğüm tarafından bir seçin.
    1. Bir noktayı seçmek için, sağ tıklayın ve noktayı vurgulamak. noktası için Koordinatlar 3D View sağ taraftaki sekmesinde görünür. Seçip bir metin dosyasına seçilen noktanın koordinatlarını kopyalayın.
    2. şerit metre 1 cm işaretleri ile ilgili tüm noktaları için bu işlemi tekrar edin.
    3. Her iki şerit metreler için yapın. metin dosyaları koordinat örnekleri sağlamak vardırD: tape1.txt, tape2.txt.
      NOT: ilgilenilen noktada örgü düğüm varsa ilgi noktasında bir düğüm kalmayıncaya kadar, örgü ayırın. Örgü noktalar üzerinde Shift tuşunu ve sağ tıklayarak basarak üçgenin üç köşe seçmek bölmek için. Sonra 3D View sol tarafında görünen sekmesine Subdivide butonuna tıklayın. Bu işlem seçilen üçgen içinde üç düğüm ekler.
  5. Izgaranın 11 x 11 noktaları ve Şekil 1 'de gösterilen modelde bir metin dosyasına 121 noktalarının koordinatları olarak kaydedin.
    1. Benzer şekilde ızgaranın bir nokta seçmek için, bant önlemler için ne yapıldı, sağ tıklayın, nokta vurgulanır. 3D View sağ taraftaki sekmesinde görünür noktası için koordine eder. Seçip bir metin dosyasına seçilen noktanın koordinatlarını kopyalamak
      NOT: ızgara noktaları numaralandırılması alw olanrostral ve ventral bölgeye doğru dorsal orta hattan ays kaudal. Bu sıralama parametre uzayı herhangi iki yamalar için tutarlı olduğunu garanti eder. Bir örnek olarak, bir deri parçası 121 noktalarının koordinatları içeren dosya gridReference.txt sağlanır.
  6. İndir, derlemek ve C ++ spline kitaplıkları yükleyin. Dosya splineLibraryInstallation.txt kurulumu için eğri kütüphaneler ve talimatların kaynak koduna bağlantı içerir.
  7. Yürütülebilir generateCurve oluşturmak için kaynak kodu generateCurve.cpp derleme
    NOT: Program generateCurve sadece bir kez derlenmiş gerekiyor. Bu C ++ kaynak kodunu derlemek ve yürütülebilir bir kaynak kodu dosyası generateCurve.cpp üstündeki talimatları oluşturmak için.
  8. Teyp önlemlere ve ızgara noktalarına spline sığdırmak için programı generateCurve kullanın. B yürütülebilir çalıştırmak içinkül kabuk tipi
    dizin $ ./generateCurve
    1. Programı çalıştırdıktan sonra, o mezura koordinatlarını içeren dosyanın yolunu yazmanız kullanıcı ister. Sonra program çıkış dosyası için bir isim isteyecektir. Dosya adına sonlandırma .g2 ekleyin.
      NOT: go araçları olarak karşımıza çıkıyor ve spline kütüphanelerine ilişkilidir .g2 sonlandırma. Şerit metreler tekabül spline dosyaların iki örnek bu protokolün (tape1.g2, tape2.g2) ile kullanılabilir.
  9. Izgara noktaları ölçekli Python komut scalePoints.py kullanın. Üç bağımsız değişken ile, bir Bash kabuğu isteminde programı çalıştırmak: ızgara noktaları dosya adını ve bant önlemlere karşılık gelen yivler dosya isimleri
    Dizin $ python scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2
    NOT: Senaryo scalePoints.py komut B_spline.py ve NURBS_Curv ithal e.py nedenle her üç komut aynı klasörde olması gerekir.
  10. Yürütülebilir generateSurface oluşturmak için kaynak kodu generateSurface.cpp derlenir.
    NOT: Bu adım sadece bir kez yapılması gerekir. Daha ayrıntılı talimatlar kaynak kod dosyasının generateSurface.cpp başında bulunmaktadır.
  11. Izgara noktaları için yivli bir yüzey uygun bir program generateSurface kullanın. Bash kabuğu yürütülebilir generateSurface başlat
    dizin $ ./generateSurface
    1. Bir kabuk içinde program çalıştırıldığında ölçekli noktaları içeren dosya isteyecektir. Sonra çıkış dosyası adını soracaktır. Çıktı dosya adına sonlandırma .g2 ekleyin.
      NOT: sonlandırma .g2 spline kütüphaneler tarafından önerilen ve go araçlar için duruyor. Dosyalar gridReference.g2 ve gridDeformed.g2 örnek olarak verilmiştir.
Genişletme kaynaklı deformasyon itle "> 5. Niceleme

  1. Bash kabuk isteminde Python başlatın
    dizin $ piton
    NOT: Python yeni bir komut satırı ortamı gösterecektir kabuğuna benzer bir arayüz tercüman, başlatır >>>
  2. EvaluateMembraneIGA adlı bir işlev içerir senaryoyu expansionIGA.py içe
    >>> expansionIGA ithalat evaluateMembraneIGA gelen
  3. Deformasyon haritaları hesaplamak için fonksiyon evaluateMembraneIGA arayın.
    NOT: Bu işlev argümanları olarak alır:
    Referans yüzeyinin Dosya adı
    deforme olan yüzeyin Dosya adı
    değerlendirmenin Çözünürlük (her yönde değerlendirilir kaç puan)
    Alan streç minimum değeri kontur arsa ölçeklemek için kullanılan
    Alan streç maksimum değeri kontur arsa ölçeklemek için kullanılan
    uzunlamasına bir yönde, esnemenin minimum değeri bizeEd konturları ölçek
    uzunlamasına bir yönde, esnemenin maksimum değeri hatlarını ölçeklemek için kullanılan
    çapraz yönde gerilme minimum değeri hatlarını ölçeklemek için kullanılan
    çapraz yönde gerilme maksimum değeri hatlarını ölçeklemek için kullanılan
    kontur arsa ızgara çizgileri arasındaki mesafe
    Çıktı dosya adı
    1. Örneğin, koşmak
      >>> evaluateMembraneIGA ( 'gridReference.g2', 'gridDeformed.g2', 250, 3, 0.5, 2, 0.5, 2, 0.5, 25, 'deformasyon')
      NOT: Bu komut oluşturmak ve altı çıkış dosyalarını kaydeder. Yukarıdaki örnekte son bağımsız değişken çıkış dosya deformasyon olduğuna dikkat edin, böylece, oluşturulacak dosyalar:
      deformation_theta.png: Alan streç kontur arsa
      deformation_theta.txt: Alan streç kontur arsa karşılık gelen bir değerler tablosu
      deformation_G1.png: streç Alon kontur arsag hayvan uzunlamasına ekseni
      deformation_G1.txt: hayvan boylamasına ekseni boyunca uzanır kontur arsa karşılık gelen bir değerler tablosu
      deformation_G2.png: hayvanın enine eksende germe bileşeninin sınır grafiğidir
      deformation_G2.txt: hayvanın enine eksende germe bileşeninin kontur arsa karşılık gelen bir değerler tablosu
      NOT: vektör G2 ile, spline dosyaları .g2 fesih karıştırmayın. Spline dosyalar spline kütüphanenin adlandırma kuralları aşağıdaki .g2 biten var. Öte yandan, vektörler G1 ve G2 hayvana göre boyuna ve enine yön ile gösterilir.
      NOT: Siyah piksel: kontur dosyaları parametre alanı yorumlanmasını kolaylaştıran dört köşesinde farklı özelliklere sahip oluşturulur en kaudal, en dorsal noktası; Kırmızı piksel köşe: most, rostral, en geride nokta; Yeşil piksel köşe: En kaudal, en ventral nokta; Mavi Piksel köşe: En öndeki, en ventral nokta.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dikdörtgen, küre, yarım ay genişleticiler 31, 32: Bu yöntem başarılı bir şekilde farklı genleştirici geometrileri neden olduğu deformasyon incelemek için kullanılmıştır. küre ve hilal genişleticiler tekabül eden sonuçlar aşağıdaki tartışılmıştır. Şekil 2, MVS modeli yeniden üç aşamayı tasvir etmektedir. Başlangıç ​​noktası statik sahneden fotoğrafların topluluğudur. fotoğraf farklı açılardan olarak alınmıştır döv...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada çoklu görüntülü stereo (MVS) ve isogeometric kinematik (IgA kinematik) kullanılarak bir domuz modelinde doku genişletme işlemi sırasında neden olduğu deformasyonlar karakterize etmek için bir protokol sunulmaktadır. Doku genişletilmesi sırasında cilt kubbe 3 boyutlu şekli düzgün ve nispeten düz yüzey giden büyük deformasyonların maruz kalır. Cilt, diğer biyolojik membranların 34 gibi, o rekonstrüktif amaçlı 35 için kullanılabilecek bir alanda artan yeni malzem...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

SGeçerli Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Arun Gosain ve Ellen Kuhl'a NIH hibesi 1R21EB021590-01A1 tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Yucatan minyatür domuzSinclair Bioresources, Windham, MEN/A
AntibiyotiklerSanta Cruz Hayvan Sağlığı, Paso Robles, CAsc-362931RxCeftiofur, dozaj 5 mg / kg kas içi
Klorheksidin bazlı cerrahi sabunKardinal Sağlık, Dublin, OHAS-4CHGL (4-32)% 4 klorheksidin glukonat cerrahi el ovma
Dövme transfer ortamı Hildbrandt Dövme Kaynağı, Point Roberts, WATRANSFStencil termal dövme transfer kağıdı
Epinefrin ile LidokainACE Cerrahi Tedarik Co, Brockton, MA001-1423Lidokain Hcl% 1 (Ksilokain) - Epinefrin 1: 100.000, 20 mL
BuprenorfinZooPharm, Windsor, CO1 mg / mL sürekli salım, dozaj 0.01 mg / kg kas içi
Dijital kameraSonyAlpha3318 - 35  mm lens, 3.5 - 5.6 diyafram. Otomatik modda kullanılır, flaş yok
MezuraMedline, Mundelein, IllinoisNON171330Geri çekilebilir şerit metre, kumaş, plastik kasa, 72 inç
Doku genişleticilerPMT, Chanhassen, MN03610-06-024 cm x 6 cm, dikdörtgen, 120 cc, 3610 serisi Standart portlu 2 aşamalı doku genişletici
ReCap360AutodeskN/AMVS Yazılımı, Web uygulaması: recap360.autodesk.com
BlenderBlender FoundationN/AComputer Graphics Software, açık kaynak: blender.org
SISLSINTEFN/AC++ spline libraries, açık kaynak: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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).
  3. De Filippo, R. E., Atala, A. Stretch and growth: the molecular and physiologic influences of tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 109, 2450-2462 (2002).
  4. 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).
  5. LoGiudice, J., Gosain, A. K. Pediatric Tissue Expansion: Indications and Complications. J Craniofac Surg. 14, 866-866 (2003).
  6. Rivera, R., LoGiudice, J., Gosain, A. K. Tissue expansion in pediatric patients. Clin Plast Surg. 32, 35-44 (2005).
  7. Marcus, J., Horan, D. B., Robinson, J. K. Tissue expansion: Past, present, and future. J Am Acad Dermatol. 23, 813-825 (1990).
  8. 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).
  9. Pietramaggiori, G., et al. Tensile Forces Stimulate Vascular Remodeling and Epidermal Cell Proliferation in Living Skin. Ann Surg. 246, 896-902 (2007).
  10. Khalatbari, B., Bakhshaeekia, A. Ten-year experience in face and neck unit reconstruction using tissue expanders. Burns. 39, 522-527 (2013).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Park, S. I., Hodgins, J. K. Capturing and animating skin deformation in human motion. ACM Trans Graph. 25, 881-881 (2006).
  19. Rausch, M. K., et al. In vivo dynamic strains of the ovine anterior mitral valve leaflet. J Biomech. 44, 1149-1157 (2011).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Furukawa, Y., Ponce, J. Dense 3D motion capture for human faces. 2009 IEEE CVPR. , (2009).
  25. 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).
  26. Weickenmeier, J., Jabareen, M., Mazza, E. Suction based mechanical characterization of superficial facial soft tissues. J Biomech. 48, 4279-4286 (2015).
  27. 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).
  28. Echter, R., Oesterle, B., Bischoff, M. A hierarchic family of isogeometric shell finite elements. Comput Methods Appl Mech Eng. 254, 170-180 (2013).
  29. 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).
  30. Chen, L., et al. Explicit finite deformation analysis of isogeometric membranes. Comput Methods Appl Mech Eng. 277, 104-130 (2014).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Rose, E. H., Ksander, G. A., Vistnes, L. M. Skin tension lines in the domestic pig. Plast Reconstr Surg. 57, 729-732 (1976).
  34. Rausch, M. K., Kuhl, E. On the mechanics of growing thin biological membranes. J Mech Phys Solids. 63, 128-140 (2014).
  35. Argenta, L. C. Controlled tissue expansion in reconstructive surgery. Br J Plast Surg. 37, 520-529 (1984).
  36. Hudson, D. Maximising the use of tissue expanded flaps. Br J Plast Surg. 56, 784-790 (2003).
  37. Bartell, T. H., Mustoe, T. A. Animal models of human tissue expansion. Plast Reconstr Surg. 83, 681-686 (1989).
  38. Belkoff, S. M., et al. Effects of subcutaneous expansion on the mechanical properties of porcine skin. J Surg Res. 58, 117-123 (1995).
  39. 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).
  40. 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).
  41. Changchang, W. VisualSFM: A Visual Structure from Motion System. , Available from: http://ccwu.me/vsfm/index.html (2011).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Tissue ExpansionMulti View StereoIsogeometric AnalysisStrain QuantificationPorcine ModelSkin Deformation3D ReconstructionGrid TattooingExpander InflationRegional Strains

İlgili makaleler