다중보기 스테레오 및 Isogeometric 운동학을 사용하여 피부 확장의 돼지 모델에서 변형의 정량화

이 실험의 전반적인 목표는 등기하학적 분석 및 멀티뷰 스테레오를 사용하여 조직 확장 중 피부의 변형 맵을 정량화하는 것입니다. 이 방법은 다양한 확장기 모양, 크기 및 팽창률에 의해 유도된 부위 변형을 결정하는 것과 같은 조직 확장을 동반한 재건 수술 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 컴퓨터 분석과 유연한 3D 이미징 기술을 사용한다는 것입니다.

따라서 일상적인 절차를 변경하지 않고 수술실에서 사용할 수 있습니다. 이 기술의 의미는 조직 확장을 겪는 인간 환자의 피부 변형 지도를 모니터링하기 위해 임상 환경으로 쉽게 변환될 수 있기 때문에 치료로 확장됩니다. 먼저 유카탄 미니 돼지의 등쪽 피부를 면도칼로 면도하여 수술을 준비하고 마취합니다.

테이프로 남아 있는 머리카락을 제거하고 이소프로필 알코올로 피부를 깨끗이 닦아 오염 물질을 제거합니다. 다음으로, 동물의 몸에 있는 등쪽 정중선을 확인하고 펜을 사용하여 4개의 격자의 등쪽 한계를 표시하여 등쪽 정중선에서 약 2cm 떨어진 곳에 위치하도록 합니다. 피부에 첫 번째 전방 그리드의 위치를 표시한 후 3cm 간격을 두고 후방 그리드의 위치를 표시합니다.

마지막으로, 표시된 전방 및 후방 그리드 위치가 등쪽 정중선에 대해 대칭이고 동일한 상부 거리에 위치하는지 확인합니다. 그리드의 위치가 표시되면 10cm x 10cm 그리드의 종이 템플릿을 준비합니다. 이렇게 하려면 볼펜으로 선을 반복적으로 색칠하여 그리드의 윤곽을 굵게 그린 다음 템플릿을 다듬습니다.

다음으로, 그리드 트레이싱의 전달을 용이하게 하기 위해 이소프로필 소독용 알코올로 원하는 피부 부위를 완전히 적시고 과도한 알코올을 자연 건조시켜 잉크가 누출되는 것을 방지합니다. 준비된 그리드 템플릿의 가장자리를 피부의 표시에 맞추고 잉크 면이 아래를 향하도록 그리드를 피부에 적용한 다음 그리드 템플릿을 피부에 부드럽게 눌러 잉크가 완전히 전사되도록 합니다. 몇 초 후 스킨에서 그리드를 천천히 제거하고 그리드 추적이 제대로 전송되었는지 확인합니다.

문신을 하기 전에 잉크의 번짐을 줄이기 위해 바셀린으로 그리드 트레이싱을 덮고 문신 장치를 사용하여 그리드의 선을 문신 잉크로 덮습니다. 첫 번째 그리드에 문신이 새겨지면 두 번째 그리드에 대한 트레이싱을 동물의 피부로 전송하여 두 그리드가 서로 3cm 떨어진 곳에 위치하도록 합니다. 두 번째 그리드에 문신을 한 후 두 그리드가 등쪽 정중선에서 측면으로 2cm 떨어진 곳에 있는지 확인합니다.

4개의 그리드에 문신을 새겼으면 등쪽 정중선에서 2cm 떨어진 곳에 위치하고 3cm 간격으로 한 번 더 퍼져 있는지 확인합니다. 수술을 시작하려면 마취된 돼지의 피부에 두 그리드 사이의 중간 지점에 위치한 절개 부위를 표시한 다음 확장기의 원하는 위치를 표시하여 문신이 있는 그리드의 위쪽 부분에 위치하도록 합니다. 수술용 칼날로 피부를 절개하고 가위를 사용하여 초기 절개 부위와 익스팬더가 배치될 부위를 연결하는 단단한 피하 터널을 만든 다음 표시된 익스팬더 배치 부위 내의 포켓을 뭉툭하게 절개합니다.

그런 다음 생성된 터널을 항생액으로 세척하여 감염을 방지하고 확장기를 피하 주머니에 삽입합니다. 확장기가 제자리에 놓이면 확장기 포트 배치에 사용할 등쪽 정중선에 인접한 두 개의 절개 부위를 표시하고 메스로 절단합니다. 그 후, 꼬리 절개 부위를 통해 지혈을 삽입하고 이전에 확장기 삽입에 사용된 절개 부위와 연결하는 다른 피하 터널을 절개한 다음 확장기의 튜브를 잡고 꼬리 포트 절개를 통해 빼냅니다.

두 번째 절개를 사용하여 팽창 포트 배치를 위한 포켓을 절개하고 포트를 포켓에 삽입합니다. 두 개의 포트 배치 절개 부위를 연결하는 또 다른 피하 터널을 지혈제로 만든 다음 지혈로 포트의 튜브를 잡고 팽창 튜브가 배치되는 동일한 절개 부위를 통해 당겨 빼냅니다. 두 튜브를 모두 트리밍한 후 금속 어댑터를 통해 연결합니다.

튜브 주위를 봉합하여 어댑터의 양쪽 측면에 연결을 고정합니다. 튜브 시스템이 피하에 배치되도록 처음에 절개된 부위를 통해 튜브를 당긴 다음 피부를 통해 액체로 채워진 50ml 주사기에 부착된 21게이지 바늘을 팽창기 포트로 삽입하고 플런저를 당겨 팽창기에서 공기를 제거합니다. 모든 공기가 제거되면 팽창기 포트에 약 10ml의 액체를 주입하여 액체가 제대로 채워지는지 확인합니다.

마지막으로, 외과적 봉합사를 적용하여 세 개의 절개 부위를 모두 봉합한 다음 돼지 몸의 반대쪽에 있는 두 개의 격자 사이의 절개 부위를 표시하여 첫 번째 확장기 배치 위치를 기준으로 대각선으로 두 번째 확장기를 배치합니다. 동물을 마취한 후 수술용 테이프를 사용하여 그리드 사이에 플라스틱 플렉시블 줄자를 부착한 다음 동물을 한쪽에 놓고 그리드를 사진으로 기록합니다. 다양한 각도에서 사진을 촬영하여 이미지의 초점이 맞춰져 있고 배경이 아닌 관심 대상에 주로 포함되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다.

이렇게 하면 해석에 중요한 정확한 3D 형상 재구성이 보장됩니다. 먼저 카메라를 동물 위에 배치하되 꼬리 쪽으로 기울여 문신이 새겨진 그리드가 완전히 보이고 프레임을 채우는 지면과 거의 평행한 샷을 캡처한 다음 꼬리에서 꼬리 방향까지 아치를 그리며 동물 주위를 원형 패턴으로 이동하면서 길을 따라 사진을 찍고 항상 프레임에 문신이 있는 모든 그리드를 캡처합니다. 그리드가 프레임을 채우고 있습니다. 다음으로, 카메라를 복부 쪽으로 배치하여 지면과 거의 평행한 촬영 각도를 캡처하고 복부에서 등쪽 영역까지 아치형으로 사진을 촬영합니다.

동물의 양면을 촬영한 후 사용 프로토콜에 따라 팽창 단계를 수행합니다. 먼저 이소프로필 알코올로 포트 주변의 동물의 피부를 청소합니다. 다음으로 주사기에 0.9% 주입 식염수를 넣고 25게이지 버터플라이 바늘에 부착합니다.

그런 다음 바늘을 포트에 부착한 다음 식염수를 확장기에 주입합니다. 주입 후 이전과 같이 그리드를 다시 사진으로 문서화합니다. 디지털 재구성을 수행하려면 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어를 사용하십시오.

이 데모에서는 MVS가 사용됩니다. 왼쪽 상단 모서리에서 사진을 3D로 선택하여 시작합니다. 그런 다음 사진 추가를 클릭하고 이미지 위치를 찾아 단일 모델에 해당하는 30장의 사진을 수동으로 선택한 다음 모델 이름을 지정하고 생성을 클릭합니다.

모델을 만드는 데 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 그런 다음 오른쪽의 대시보드를 클릭하여 기하학적 모델의 대표 이미지를 다시 확인합니다. 해석을 위해 모델을 저장하려면 오른쪽 하단 모서리에서 모델을 선택하고 다운로드를 클릭한 다음 obj를 선택합니다.

오픈 소스 소프트웨어를 사용하여 기하학적 모델을 처리합니다. MVS 소프트웨어에서 생성된 파일을 가져온 다음 3D 보기 하단에서 뷰포트 음영을 클릭하고 텍스처를 선택합니다. 음영이 포함된 하위 메뉴가 있는 3D 보기 오른쪽에 있는 탭을 찾습니다.

음영 처리에서 음영 없음을 선택한 다음 형상을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 선택하고 3D 뷰의 맨 아래에서 편집 모드를 선택하여 삼각형 메쉬를 시각화합니다. 이제 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 점을 강조 표시하여 그리드의 노드를 하나씩 선택합니다. 포인트의 좌표가 3D 뷰의 오른쪽에 있는 탭에 나타납니다.

해당 좌표를 선택하고 복사한 다음 텍스트 파일에 붙여넣습니다. 그리드의 모든 포인트에 대해 이 작업을 진행하여 121개 좌표를 모두 저장한 다음 텍스트 프로토콜의 지침에 따라 궁극적으로 이 데이터의 변형을 정량화합니다. 이 방법론은 다양한 익스팬더 형상에 의해 유도된 변형을 연구하는 데 성공적으로 사용되었습니다.

구(sphere)와 초승달 확장기(crescent expanders)에 의해 유도된 지역적 변형의 변화에 초점을 맞췄다. 두 장치 모두 모든 시점에서 동일한 볼륨으로 채워졌습니다. 재구성된 스플라인 표면에서, 변형은 참조와 변형된 그리드를 사용하여 계산되었습니다.

데이 제로(Day zero)는 참조로 간주되었습니다. 그런 다음 모든 인플레이션 단계의 끝을 기준 구성 결과 및 등고선 플롯과 비교하여 면적 변화, 세타 및 두 직교 방향 람다의 스트레칭의 진행을 분석했습니다. 궁극적으로, 윤곽 플롯의 공간적 변화는 피부가 주변부보다 확장부의 중앙에서 더 많이 늘어난다는 것을 보여주었습니다.

흥미롭게도, 두 익스팬더가 동일한 부피로 채워졌음에도 불구하고, 구 모양의 익스팬더를 채우는 것은 초승달 모양의 익스팬더를 채우는 것에 비해 더 큰 변형을 유발했습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 다중 뷰 스테레오 및 등기하 해석을 사용하여 피부의 변형 맵을 정량화하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 절차를 시도하는 동안 분석 중에 형상을 조정할 수 있도록 줄자로 프로세스의 모든 단계를 사진으로 문서화하는 것이 중요합니다.

이 절차에 따라 조직 생검, 후속 조직화학적 분석 및 게놈 염기서열 분석과 같은 다른 방법을 모두 수행하여 피부 스트레칭에 대한 기저 세포 반응에 대한 추가 질문에 답할 수 있습니다.