Name: quantification of strain in a porcine model of skin expansion using multi-view stereo and isogeometric kinematics
Uploaded: 2017-04-16T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantification of Strain in a Porcine Model of Skin Expansion Using Multi-View Stereo and Isogeometric Kinematics at JoVE.com

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

Dieses Protokoll beinhaltet Tierversuch. Das Protokoll wurde von der IRB von Ann und Robert H. Lurie Kinderkrankenhaus von Chicago Research Center Animal Care und Use Committee genehmigt humaner Behandlung von Tieren zu gewährleisten. Die Ergebnisse für zwei Erweiterungsstudien unter Verwendung dieses Protokolls haben 16 an anderer Stelle veröffentlicht worden, 31. Die Ausführung dieses Protokoll erfordert ein Team mit komplement...

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	<li>Gosain, A. K., Zochowski, C. G., Cortes, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refinements+of+tissue+expansion+for+pediatric+forehead+reconstruction:+a+13-year+experience.">Refinements of tissue expansion for pediatric forehead reconstruction: a 13-year experience.</a> Plast Reconstr Surg. 124, 1559-1570 (2009).</li><li>Neumann, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Plast Reconstr Surg. 19, 124-130 (1957).</li><li>De Filippo, R. E., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretch+and+growth:+the+molecular+and+physiologic+influences+of+tissue+expansion.">Stretch and growth: the molecular and physiologic influences of tissue expansion.</a> Plast Reconstr Surg. 109, 2450-2462 (2002).</li><li>Buganza Tepole, A., Joseph Ploch, C., Wong, J., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growing+skin:+A+computational+model+for+skin+expansion+in+reconstructive+surgery.">Growing skin: A computational model for skin expansion in reconstructive surgery.</a> J Mech Phys Solids. 59, 2177-2190 (2011).</li><li>LoGiudice, J., Gosain, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pediatric+Tissue+Expansion:+Indications+and+Complications.">Pediatric Tissue Expansion: Indications and Complications.</a> J Craniofac Surg. 14, 866-866 (2003).</li><li>Rivera, R., LoGiudice, J., Gosain, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+expansion+in+pediatric+patients.">Tissue expansion in pediatric patients.</a> Clin Plast Surg. 32, 35-44 (2005).</li><li>Marcus, J., Horan, D. B., Robinson, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+expansion:+Past,+present,+and+future.">Tissue expansion: Past, present, and future.</a> J Am Acad Dermatol. 23, 813-825 (1990).</li><li>Patel, P. A., Elhadi, H. M., Kitzmiller, W. J., Billmire, D. A., Yakuboff, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+expander+complications+in+the+pediatric+burn+patient:+a+10-year+follow-up.">Tissue expander complications in the pediatric burn patient: a 10-year follow-up.</a> Ann Plast Surg. 72, 150-154 (2014).</li><li>Pietramaggiori, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tensile+Forces+Stimulate+Vascular+Remodeling+and+Epidermal+Cell+Proliferation+in+Living+Skin.">Tensile Forces Stimulate Vascular Remodeling and Epidermal Cell Proliferation in Living Skin.</a> Ann Surg. 246, 896-902 (2007).</li><li>Khalatbari, B., Bakhshaeekia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ten-year+experience+in+face+and+neck+unit+reconstruction+using+tissue+expanders.">Ten-year experience in face and neck unit reconstruction using tissue expanders.</a> Burns. 39, 522-527 (2013).</li><li>Brobmann, F. F., Huber, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+different-shaped+tissue+expanders+on+transluminal+pressure,+oxygen+tension,+histopathologic+changes,+and+skin+expansion+in+pigs.">Effects of different-shaped tissue expanders on transluminal pressure, oxygen tension, histopathologic changes, and skin expansion in pigs.</a> Plast Reconstr Surg. 76, 731-736 (1985).</li><li>van Rappard, J. H., Molenaar, J., van Doorn, K., Sonneveld, G. J., Borghouts, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-area+increase+in+tissue+expansion.">Surface-area increase in tissue expansion.</a> Plast Reconstr Surg. 82, 833-839 (1988).</li><li>Pusic, A. L., Cordeiro, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+accelerated+approach+to+tissue+expansion+for+breast+reconstruction:+experience+with+intraoperative+and+rapid+postoperative+expansion+in+370+reconstructions.">An accelerated approach to tissue expansion for breast reconstruction: experience with intraoperative and rapid postoperative expansion in 370 reconstructions.</a> Plast Reconstr Surg. 111, 1871-1875 (2003).</li><li>Schneider, M. S., Wyatt, D. B., Konvolinka, C. W., Hassanein, K. M., Hiebert, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Rapid+Versus+Slow+Tissue+Expansion+on+Skin-Flap+Viability.">Comparison of Rapid Versus Slow Tissue Expansion on Skin-Flap Viability.</a> Plast Reconstr Surg. 92, 1126-1132 (1993).</li><li>Schmidt, S. C., Logan, S. E., Hayden, J. M., Ahn, S. T., Mustoe, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+versus+conventional+tissue+expansion:+experimental+verification+of+a+new+technique.">Continuous versus conventional tissue expansion: experimental verification of a new technique.</a> Plast Reconstr Surg. 87, 10-15 (1991).</li><li>Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-view+stereo+analysis+reveals+anisotropy+of+prestrain,+deformation,+and+growth+in+living+skin.">Multi-view stereo analysis reveals anisotropy of prestrain, deformation, and growth in living skin.</a> Biomech Model Mechanobiol. 14, 1007-1019 (2015).</li><li>Tonge, T. K., Atlan, L. S., Voo, L. M., Nguyen, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full-field+bulge+test+for+planar+anisotropic+tissues:+Part+I-Experimental+methods+applied+to+human+skin+tissue.">Full-field bulge test for planar anisotropic tissues: Part I-Experimental methods applied to human skin tissue.</a> Acta Biomater. 9, 5913-5925 (2013).</li><li>Park, S. I., Hodgins, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capturing+and+animating+skin+deformation+in+human+motion.">Capturing and animating skin deformation in human motion.</a> ACM Trans Graph. 25, 881-881 (2006).</li><li>Rausch, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+dynamic+strains+of+the+ovine+anterior+mitral+valve+leaflet.">In vivo dynamic strains of the ovine anterior mitral valve leaflet.</a> J Biomech. 44, 1149-1157 (2011).</li><li>Leyva-Mendivil, M. F., Page, A., Bressloff, N. W., Limbert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mechanistic+insight+into+the+mechanical+role+of+the+stratum+corneum+during+stretching+and+compression+of+the+skin.">A mechanistic insight into the mechanical role of the stratum corneum during stretching and compression of the skin.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 49, 197-219 (2015).</li><li>Buganza Tepole, A., Kabaria, H., Bletzinger, K. -. U., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isogeometric+Kirchhoff-Love+shell+formulations+for+biological+membranes.">Isogeometric Kirchhoff-Love shell formulations for biological membranes.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 293, 328-347 (2015).</li><li>Prot, V., Skallerud, B., Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transversely+isotropic+membrane+shells+with+application+to+mitral+valve+mechanics.+Constitutive+modelling+and+finite+element+implementation.">Transversely isotropic membrane shells with application to mitral valve mechanics. Constitutive modelling and finite element implementation.</a> Int J Num Meth Eng. 71, 987-1008 (2007).</li><li>Seitz, S. M., Curless, B., Diebel, J., Scharstein, D., Szeliski, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+and+evaluation+of+multi-view+stereo+reconstruction+algorithms.">A comparison and evaluation of multi-view stereo reconstruction algorithms.</a> Proc IEEE CVPR. 1, 519-528 (2006).</li><li>Furukawa, Y., Ponce, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dense+3D+motion+capture+for+human+faces.">Dense 3D motion capture for human faces.</a> 2009 IEEE CVPR. , (2009).</li><li>Jor, J. W. Y., Nash, M. P., Nielsen, P. M. F., Hunter, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+material+parameters+of+a+structurally+based+constitutive+relation+for+skin+mechanics.">Estimating material parameters of a structurally based constitutive relation for skin mechanics.</a> Biomech Model Mechanobiol. 10, 767-778 (2010).</li><li>Weickenmeier, J., Jabareen, M., Mazza, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suction+based+mechanical+characterization+of+superficial+facial+soft+tissues.">Suction based mechanical characterization of superficial facial soft tissues.</a> J Biomech. 48, 4279-4286 (2015).</li><li>Hughes, T. J. R., Cottrell, J. A., Bazilevs, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isogeometric+analysis:+CAD,+finite+elements,+NURBS,+exact+geometry+and+mesh+refinement.">Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 194, 4135-4195 (2005).</li><li>Echter, R., Oesterle, B., Bischoff, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hierarchic+family+of+isogeometric+shell+finite+elements.">A hierarchic family of isogeometric shell finite elements.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 254, 170-180 (2013).</li><li>Benson, D. J., Hartmann, S., Bazilevs, Y., Hsu, M. C., Hughes, T. J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blended+isogeometric+shells.">Blended isogeometric shells.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 255, 133-146 (2013).</li><li>Chen, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explicit+finite+deformation+analysis+of+isogeometric+membranes.">Explicit finite deformation analysis of isogeometric membranes.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 277, 104-130 (2014).</li><li>Buganza Tepole, A., Gart, M., Purnell, C. A., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Incompatibility+of+Living+Systems:+Characterizing+Growth-Induced+Incompatibilities+in+Expanded+Skin.">The Incompatibility of Living Systems: Characterizing Growth-Induced Incompatibilities in Expanded Skin.</a> Ann Biomed Eng. 44, 1734-1752 (2016).</li><li>Buganza Tepole, A., Gart, M., Gosain, A. K., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+living+skin+using+multi-view+stereo+and+isogeometric+analysis.">Characterization of living skin using multi-view stereo and isogeometric analysis.</a> Acta Biomater. 10, 4822-4831 (2014).</li><li>Rose, E. H., Ksander, G. A., Vistnes, L. 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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+tissue+expansion+in+reconstructive+surgery.">Controlled tissue expansion in reconstructive surgery.</a> Br J Plast Surg. 37, 520-529 (1984).</li><li>Hudson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximising+the+use+of+tissue+expanded+flaps.">Maximising the use of tissue expanded flaps.</a> Br J Plast Surg. 56, 784-790 (2003).</li><li>Bartell, T. H., Mustoe, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+of+human+tissue+expansion.">Animal models of human tissue expansion.</a> Plast Reconstr Surg. 83, 681-686 (1989).</li><li>Belkoff, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+subcutaneous+expansion+on+the+mechanical+properties+of+porcine+skin.">Effects of subcutaneous expansion on the mechanical properties of porcine skin.</a> J Surg Res. 58, 117-123 (1995).</li><li>Ni Annaidh, A., Bruy&#232;re, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Ott&#233;nio, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+estimation+of+collagen+fibre+dispersion+in+the+dermis+and+its+contribution+to+the+anisotropic+behaviour+of+skin.">Automated estimation of collagen fibre dispersion in the dermis and its contribution to the anisotropic behaviour of skin.</a> Ann Biomed Eng. 5, 139-148 (2012).</li><li>Kiendl, J., Bletzinger, K. U., Linhard, J., W&#252;chner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isogeometric+shell+analysis+with+Kirchhoff-Love+elements.">Isogeometric shell analysis with Kirchhoff-Love elements.</a> Comput Methods Appl Mech Eng. 198, 3902-3914 (2009).</li></ol>

<html> Hier haben wir ein Protokoll, um die Verformungen zu charakterisieren während eines Gewebeexpansion Verfahren in einem Schweinemodell induziert mit Multi-View-Stereo (MVS) und Isogeometrische Kinematik (IGA Kinematik). Während Gewebeexpansion erfährt Haut gehen große Verformungen von einer glatten und relativ flachen Oberfläche mit einer kuppelartigen 3D-Form. Haut, wie auch andere biologische Membranen 34, reagiert , indem sie die Herstellung von neuem Material strecken, in der Fläch...

Gewebeexpansion ist eine übliche Technik in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie , die Haut in vivo für die Korrektur von großen Hautdefekten 1 wächst. Neumann, im Jahr 1957, war der erste Chirurg dieses Verfahren zu dokumentieren. Er implantiert , um einen Ballon unter der Haut eines Patienten und aufgeblasen es nach und nach über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis neues Gewebe zu wachsen und ein Ohr 2 wieder auftauchen. Haut, wie die meisten biologischen Geweben, passt sich ausgeübten Kräfte und Verformungen, um mechanische Homöostase zu erreichen. Wenn über die physiologischen Regime gestreckt, wächst Haut 3, 4. Einer der zentralen Vorteile der Gewebeexpansion ist die Herstellung von Haut mit der richtigen Vaskularisierung und der gleichen Haar Lager, mechanische Eigenschaften, Farbe und Textur als das umgebende Gewebe 5. Nach seiner Einführung vor sechs Jahrzehnten, Haut expansion wurde von plastischen und rekonstruktiven Chirurgen weithin angenommen und derzeit Verbrennungen, große angeborene Defekte zu korrigieren und für die Brustrekonstruktion nach Mastektomie 6, 7 verwendet wird. Doch trotz seiner weiten Verbreitung, Hautexpansionsverfahren kann zu Komplikationen 8 führen. Dies ist zum Teil auf den Mangel an ausreichendem quantitativen Nachweis erforderlich , um die grundlegende Mechanobiologie des Verfahrens zu verstehen und die Chirurgen während der präoperativen Planung 9, 10 zu führen. Schlüsselparameter in dieser Technik sind die Füllrate, Volumen pro Inflation Füllung, wobei die Auswahl der Form und Größe des Expanders und die Anordnung der Vorrichtung 11, 12. Aktuelle präoperativen Planung stützt sich weitgehend auf die Erfahrung des Arztes, in einer Vielzahl von beliebigen Protokollen führt, die oft greatl abweichen13 y, 14, 15. Um die aktuellen Wissenslücken sprechen, stellen wir ein experimentelles Protokoll expansions induzierte Verformung in einem porcinen Tiermodell der Gewebeexpansion zu quantifizieren. Das Protokoll beruht auf der Verwendung von Multi-View-Stereo (MVS) dreidimensionale (3D) Geometrien aus Sequenzen von zweidimensionalen (2D) Bildern mit unbekannten Kamerapositionen zu rekonstruieren. Verwendung von Keilen, die Abbildung der glatten Oberfläche führt zu der Berechnung der entsprechenden Verformungs Karten mittels einer Isogeometrische (IGA) Beschreibung. Die Analyse der Geometrie basiert auf den theoretischen Rahmen der Kontinuumsmechanik von Membranen eine explizite Parametrisierung mit 16. Charakterisieren physiologisch relevante Verformungen der Materialien über lange Zeiträume hinweg lebt nach wie vor ein schwieriges Problem. Gemeinsame Strategien fürBildgebung von biologischen Geweben umfasst stereoskopische Bildkorrelation, kommerzielle Bewegungserfassungssysteme mit reflektierenden Markern und biplane Video Fluoroskopie 17, 18, 19. Jedoch erfordern diese Techniken einen restriktiven Versuchsaufbau, sind in der Regel teuer, und haben für ex vivo oder akute in vivo - Einstellungen in erster Linie verwendet. Haut hat den Vorteil, eine dünne Struktur ist. Auch wenn es aus mehreren Schichten besteht, sind die Dermis weitgehend verantwortlich für die mechanischen Eigenschaften des Gewebes und damit die Oberflächenverformung ist von vorrangiger Bedeutung 20; angemessenen kinematischen Annahmen können 21, 22 in Bezug auf die aus der Ebene Verformung erfolgen. Außerdem wird die Haut bereits an die äußeren Umgebung ausgesetzt, es möglich zu verwenden herkömmliche Imaging-Tools machte seine Geometrie zu erfassen. Here schlagen wir die Verwendung von MVS als kostengünstige und flexible Ansatz zur in vivo Verformungen der Haut über mehrere Wochen zu überwachen , ohne majorly mit einem Gewebeexpansion Protokoll zu stören. MVS ist eine Technik , die 3D - Darstellungen von Objekten oder Szenen aus einer Sammlung von 2D - Bildern mit unbekannter Kamera extrahiert Winkel 23. Erst in den letzten drei Jahren haben mehrere kommerzielle Codes erschienen (Liste der Materialien für siehe Beispiele). Die hohe Genauigkeit der Modellrekonstruktion mit MVS, mit Fehlern so niedrig wie 2% 24, macht diesen Ansatz geeignet für die kinematische Charakterisierung der Haut in vivo über längere Zeiträume. Um die entsprechende Verformung Karten von Haut während der Gewebeexpansion, Punkte zwischen zwei beliebigen geometrischen Konfigurationen angepasst zu erhalten. Herkömmlicherweise werden in der Biomechanik computational Forscher Finite-Elemente-Netze und inverse Analyse verwendet, um die Verformung der Karte abrufen25, 26. Der IGA Ansatz hier verwendet wird, verwendet Spline - Basisfunktionen , die mehrere Vorteile für die Analyse von dünnen Membranen 27, 28 bieten. Und zwar ermöglicht die Verfügbarkeit von hohen Grad Polynomen Repräsentationen von glatten Geometrien auch bei sehr groben Maschen 29, 30. Darüber hinaus ist es möglich, die gleiche zugrunde liegende Parametrisierung an alle Oberflächenstücke zu passen, was die Notwendigkeit für ein inverses Problem für nicht passende Diskretisierungen zu berücksichtigen umgeht. Das hier beschriebene Verfahren eröffnet neue Wege Haut Mechanik in relevanten in vivo - Einstellungen über lange Zeiträume zu studieren. Darüber hinaus sind wir zuversichtlich, dass unsere Methodik ist ein förderlicher Schritt in Richtung Endziel der Computational Tools für personalisierte Behandlungsplanung im klinischen Umfeld zu entwickeln. &lt;/ P&gt;

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="817">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Yucatan miniature swine</td>
			<td style="width:263px;">Sinclair Bioresources, Windham, ME</td>
			<td style="width:141px;">N/A</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Antibiotics</td>
			<td>Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CA</td>
			<td style="width:141px;">sc-362931Rx</td>
			<td>Ceftiofur, dosage 5mg/kg intramuscular</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chlorhexidine-based surgical soap</td>
			<td style="width:263px;">Cardinal Health, Dublin, OH</td>
			<td>AS-4CHGL(4-32)</td>
			<td>4% chlorhexidine gluconate surgical hand scrub</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Tattoo transfer medium&#160;</td>
			<td style="width:263px;">Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WA</td>
			<td>TRANSF</td>
			<td>Stencil thermal tattoo transfer paper</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Lidocaine with epinephrine</td>
			<td style="width:263px;">ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA</td>
			<td style="width:141px;">001-1423</td>
			<td>Lidocaine Hcl 1% (Xylocaine) - Epinephrine 1:100,000, 20ml</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Buprenorphine</td>
			<td style="width:263px;">ZooPharm, Windsor, CO</td>
			<td style="width:141px;"></td>
			<td>1 mg/ml sustained release, dosage 0.01 mg/kg intramuscular</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital camera</td>
			<td style="width:263px;">Sony</td>
			<td style="width:141px;">Alpha33&#160;</td>
			<td>Standard digital camera with 18-35mm lens, 3.5-5.6 aperture. Used in automatic mode, no flash</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tape measure</td>
			<td style="width:263px;">Medline, Mundelein, Illinois</td>
			<td style="width:141px;">NON171330</td>
			<td>Retractable tape measure, cloth, plastic case, 72inches</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tissue expanders</td>
			<td style="width:263px;">PMT, Chanhassen, MN</td>
			<td style="width:141px;">03610-06-02</td>
			<td>4cm x 6cm, rectangular, 120cc, 3610 series 2 stage tissue expander with standard port</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ReCap360</td>
			<td style="width:263px;">Autodesk</td>
			<td style="width:141px;">N/A</td>
			<td>MVS Software, Web application: recap360.autodesk.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Blender</td>
			<td style="width:263px;">Blender Foundation</td>
			<td style="width:141px;">N/A</td>
			<td>Computer Graphics Software, open source: blender.org</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SISL</td>
			<td style="width:263px;">SINTEF</td>
			<td style="width:141px;">N/A</td>
			<td>C++ spline libraries, open source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantification of strain in a porcine model of skin expansion using multi-view stereo and isogeometric kinematics

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.

Diese Methode wurde erfolgreich eingesetzt , um die Verformung durch unterschiedliche Geometrien Expander induzierte zu studieren: Rechteck, Kugel und Crescent Expander 31, 32. Die Ergebnisse entsprechen die Kugel und Crescent Expander werden als nächstes diskutiert. Figur 2 zeigt die drei Schritte von MVS Modellrekonstruktion. Der Ausgangspunkt ist eine Sammlung von Fotografien aus einer statischen Szene. Das T...

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Quantification of Strain in a Porcine Model of Skin Expansion Using Multi-View Stereo and Isogeometric Kinematics (Video) | JoVE

Dieses Protokoll verwendet Multi-View-Stereo dreidimensionale (3D) Modelle aus unkalibrierten Sequenzen von Fotografien zu erzeugen, ist es erschwinglich und einstellbar auf eine chirurgische Einstellung vornehmen. Dehnungs Karten zwischen den 3D-Modelle sind mit Spline-basierte Isogeometrische Kinematik quantifiziert, die sich über die gleiche Parametrisierung teilen grobe Maschen Darstellung glatten Oberflächen erleichtern.

Die Quantifizierung des Stammes in einem Schweinemodell von Haut Expansion Mit Multi-View Stereo und Isogeometrische Kinematics

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 ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Quantification of Strain in a Porcine Model of Skin Expansion Using Multi-View Stereo and Isogeometric Kinematics

The Three-Dimensional Human Skin Reconstruct Model: a Tool to Study Normal  Skin and Melanoma Progression

The Three-Dimensional Human Skin Reconstruct Model: a Tool to Study Normal  Skin and Melanoma Progression (Video) | JoVE

Die dreidimensionalen humanen Haut Rekonstruieren Modell: ein Tool für normale Haut und Melanom Progression Study

Most in vitro studies in experimental skin biology have been done in 2-dimensional (2D) monocultures, while accumulating evidence suggests that cells ...

Forschung

Biotechnik

A Full Skin Defect Model to Evaluate Vascularization of Biomaterials In Vivo

A Full Skin Defect Model to Evaluate Vascularization of Biomaterials In Vivo (Video) | JoVE

Ein Vollhautdefekt Modell zur Vaskularisierung von Biomaterialien Bewerten<em&gt; In Vivo</em

Insufficient vascularization is considered to be one of the main factors limiting the clinical success of tissue-engineered constructs. In order to ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding (Video) | JoVE

Erzeugung eines dreidimensionalen Vollhaut Equivalent und automatisierte Verwundung

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding (Video) | JoVE

Die Verbesserung der 2D- und 3D-Haut<em&gt; In Vitro</em&gt; Modellen mithilfe von Macromolecular Crowding

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern ...

In Vitro Model of Human Cutaneous Hypertrophic Scarring using Macromolecular Crowding

In Vitro Model of Human Cutaneous Hypertrophic Scarring using Macromolecular Crowding (Video) | JoVE

In Vitro Modell der menschlichen kutanen hypertrophen Narbenbildung mit makromolekularer Crowding

It has been shown that in vivo tissues are highly crowded by proteins, nucleic acids, ribonucleoproteins, polysaccharides, etc. The following protocol ...

Imaging and Quantification of the Area of Fast-Moving Microbubbles Using a High-Speed Camera and Image Analysis

Imaging and Quantification of the Area of Fast-Moving Microbubbles Using a High-Speed Camera and Image Analysis (Video) | JoVE

Bildgebung und Quantifizierung des Bereichs der schnelllebigen Mikroblasen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und Bildanalyse

An experimental and image analysis technique is presented for imaging cavitation bubbles and calculating their area. The high-speed imaging experimental ...

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography (Video) | JoVE

Messung der 3D-In-vivo-Schulterkinematik mittels biplanarer Videoradiographie

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, ...

Generation of a Simplified Three-Dimensional Skin-on-a-chip Model in a Micromachined Microfluidic Platform

Generation of a Simplified Three-Dimensional Skin-on-a-chip Model in a Micromachined Microfluidic Platform (Video) | JoVE

Generierung eines vereinfachten dreidimensionalen Skin-on-a-Chip-Modells in einer mikrobearbeiteten mikrofluidischen Plattform

This work presents a new, cost-effective, and reliable microfluidic platform with the potential to generate complex multilayered tissues. As a proof of ...

Quantification of Mouse Heart Left Ventricular Function, Myocardial Strain, and Hemodynamic Forces by Cardiovascular Magnetic Resonance Imaging

Quantification of Mouse Heart Left Ventricular Function, Myocardial Strain, and Hemodynamic Forces by Cardiovascular Magnetic Resonance Imaging (Video) | JoVE

Quantifizierung der linksventrikulären Funktion des Mausherzens, des Myokardstamms und der hämodynamischen Kräfte durch kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie

Mouse models have contributed significantly to understanding genetic and physiological factors involved in healthy cardiac function, how perturbations ...

A Reliable Porcine Fascio-Cutaneous Flap Model for Vascularized Composite Allografts Bioengineering Studies

A Reliable Porcine Fascio-Cutaneous Flap Model for Vascularized Composite Allografts Bioengineering Studies (Video) | JoVE

Ein zuverlässiges schweinisches Faszien-Hautlappenmodell für vaskularisierte Komposit-Allografts Bioengineering-Studien

Vascularized Composite Allografts (VCA) such as hand, face, or penile transplant represents the cutting-edge treatment for devastating skin defects, ...