JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

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

Tissue expansion is a popular technique in plastic and reconstructive surgery that grows skin in vivo for correction of large defects such as burns and giant congenital nevi. Despite its widespread use, planning and executing an expansion protocol is challenging due to the difficulty in measuring the deformation imposed at each inflation step and over the length of the procedure. Quantifying the deformation fields is crucial, as the distribution of stretch over time determines the rate and amount of skin grown at the end of the treatment. In this manuscript, we present a method to study tissue expansion in order to gain quantitative knowledge of the deformations induced during an expansion process. This experimental protocol incorporates multi-view stereo and isogeometric kinematic analysis in a porcine model of tissue expansion. Multi-view stereo allows three-dimensional geometric reconstruction from uncalibrated sequences of images. The isogeometric kinematic analysis uses splines to describe the regional deformations between smooth surfaces with few mesh points. Our protocol has the potential to bridge the gap between basic scientific inquiry regarding the mechanics of skin expansion and the clinical setting. Eventually, we expect that the knowledge gained with our methodology will enable treatment planning using computational simulations of skin deformation in a personalized manner.

Giriş

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.

Protokol

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.

Sonuçlar

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. f...

Tartışmalar

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 kullanılabile...

Açıklamalar

SGeçerli Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Teşekkürler

This work was supported by NIH grant 1R21EB021590-01A1 to Arun Gosain and Ellen Kuhl.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Yucatan miniature swineSinclair Bioresources, Windham, MEN/A
AntibioticsSanta Cruz Animal Health, Paso Robles, CAsc-362931RxCeftiofur, dosage 5 mg/kg intramuscular
Chlorhexidine-based surgical soapCardinal Health, Dublin, OHAS-4CHGL(4-32)4% chlorhexidine gluconate surgical hand scrub
Tattoo transfer medium Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WATRANSFStencil thermal tattoo transfer paper
Lidocaine with epinephrineACE Surgical Supply Co, Brockton, MA001-1423Lidocaine Hcl 1% (Xylocaine) - Epinephrine 1:100,000, 20 mL
BuprenorphineZooPharm, Windsor, CO1 mg/mL sustained release, dosage 0.01 mg/kg intramuscular
Digital cameraSonyAlpha33Standard digital camera with 18 - 35 mm lens, 3.5 - 5.6 aperture. Used in automatic mode, no flash
Tape measureMedline, Mundelein, IllinoisNON171330Retractable tape measure, cloth, plastic case, 72 inches
Tissue expandersPMT, Chanhassen, MN03610-06-024 cm x 6 cm, rectangular, 120 cc, 3610 series 2 stage tissue expander with standard port
ReCap360AutodeskN/AMVS Software, Web application: recap360.autodesk.com
BlenderBlender FoundationN/AComputer Graphics Software, open source: blender.org
SISLSINTEFN/AC++ spline libraries, open source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

Biyom hendislikSay 122CiltDoku geni letmeok g r n m stereoIsogeometric analizDomuz modelierit

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır