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.

פרוטוקול זה כרוך בניסויים בבעלי חיים. הפרוטוקול אושר על ידי IRB של אן רוברט ה לוריא החולים לילדים של טיפול בבעלי חיים מרכז המחקר שיקגו ועדת שימוש כדי להבטיח יחס הומאני של חיות. התוצאות עבור שני מחקרי התרחבות באמצעות פרוטוקול זה פורסמו במקום אחר 16, <sup ...

<ol>
	<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. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+tension+lines+in+the+domestic+pig.">Skin tension lines in the domestic pig.</a> Plast Reconstr Surg. 57, 729-732 (1976).</li><li>Rausch, M. 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=On+the+mechanics+of+growing+thin+biological+membranes.">On the mechanics of growing thin biological membranes.</a> J Mech Phys Solids. 63, 128-140 (2014).</li><li>Argenta, L. 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> כאן הצגנו פרוטוקול לאפיין את דפורמציות המושרה במהלך הליך הרחבת רקמות במודל חזירי באמצעות סטריאו רב-נוף (MVS) ו קינמטיקה isogeometric (קינמטיקה IGA). במהלך הרחבת רקמות, עור עובר עיוותים גדולות יוצא מתוך משטח חלק יחסית שטוח לצורת 3D דמוי כיפה. עור, כמו ממברנות ביולוגיות אחרות <s...

הרחבת רקמות היא טכניקה נפוצה לכירורגיה פלסטית ושיחזור כירורגיה שצומחת עור in vivo לתיקון פגמים בעור גדול 1. נוימן, ב 1957, היה המנתח הראשון לתעד הליך זה. הוא מושתל בלון מתחת לעור של מטופל מנופח אותו בהדרגה על פני תקופה של מספר שבועות לצמוח רקמה חדשה, ואף להשפיע אוזן 2. העור, כמו רוב רקמות ביולוגיות, מסתגל הכוחות המופעלים דפורמציות כדי להגיע הומאוסטזיס מכני. כאשר נמתח מעבר למשטר הפיזיולוגי, עור גדל 3, 4. אחד היתרונות המרכזיים של הרחבת רקמות הוא הייצור של עור עם כלי דם תקינים אותה נושאת השיער, תכונות מכאניות, צבע וטקסטורה כמו הרקמה שמסביב 5. לאחר השקתו לפני שישה עשורים, expansio העורn אומצה באופן נרחב על ידי פלסטיק ומנתחים שיקומיים, והוא משמש כיום לתקן כוויות, מומים מולדים גדולים, ועל שחזור שד לאחר כריתת שד 6, 7. עם זאת, למרות השימוש בו נפוץ, נהלי התרחבות עור עלולים לגרום לסיבוכים 8. זה נובע בחלקו מחוסר ראיות מספיקות כמותית צורך להבין את mechanobiology היסוד של ההליך ועל מנת להנחות את המנתח במהלך התכנון לפני הניתוח 9, 10. פרמטרים עיקריים בטכניקה זו הם בשיעור המילוי, מילוי נפח לכל אינפלציה, הבחירה של הצורה והגודל של ההרחבה, ואת המיקום של המכשיר 11, 12. תכנון לפני ניתוח נוכחי מסתמך במידה רבה על הניסיון של הרופא, וכתוצאה מכך מגוון רחב של פרוטוקולים שרירותיים כי לעתים קרובות שונה greatl13 y, 14, 15. כדי להתמודד עם פערי הידע הנוכחיים, אנו מציגים פרוטוקול ניסוי לכמת עיוות נגרמת רחבה במודל חיה חזירי של הרחבת רקמות. הפרוטוקול מסתמך על שימוש סטריאו רב-נוף (MVS) לשחזר תלת ממדי (3D) בגיאומטריות מתוך רצפים של דו-ממדי (2D) תמונות עם עמדות מצלמה לא ידועות. העסקת splines, ייצוג של משטחים חלקים מוביל את החישוב של מפות העיוות המתאימות באמצעות תיאור isogeometric (IGA). הניתוח של הגיאומטריה מבוסס על המסגרת התיאורטית של מכניקת רצף של ממברנות שיש parameterization מפורשת 16. אפיון דפורמציות רלוונטי מבחינה פיזיולוגית של חיים חומרים על פני תקופות זמן ארוכות עדיין נותרה בעיה מאתגרת. אסטרטגיות נפוצותהדמיה של רקמות ביולוגיות כוללת מתאם תמונה דיגיטלית סטריאוסקופית, מערכות ללכידות תנועה מסחריות עם סמנים רעיוניים, ו fluoroscopy כנפי וידאו 17, 18, 19. עם זאת, טכניקות אלה דורשות התקנה ניסיונית מגבילה, בדרך כלל יקרים, שמשו בעיקר עבור vivo לשעבר או אקוטי במסגרות vivo. עור יש את היתרון של להיות מבנה דק. למרות שזה מורכב מכמה שכבות, הדרמיס הוא אחראי במידה רבה את תכונות מכניות של רקמות ולכן עיוות משטח הוא בעל חשיבות ראשונה במעלה 20; נחות kinematical סבירות יכולות להתבצע לגבי מתוך עיוות מטוס 21, 22. יתר על כן, עור כבר חשוף לסביבה החיצונית, כך שניתן להשתמש בכלי הדמיה קונבנציונליים כדי ללכוד הגיאומטריה שלה. Here אנו מציעים את שימוש MVS כגישה סבירה וגמישה כדי לפקח in vivo דפורמציות של עור לאורך מספר שבועות מבלי להתערב majorly עם פרוטוקול הרחבת רקמות. MVS היא טכניקת מפיקת ייצוגי 3D אובייקטים או סצנות מתוך אוסף של תמונות 2D עם מצלמה ידועה זוויות 23. רק בשלוש השנים האחרונות, מספר קודים מסחריים הופיעו (ראה רשימת חומרים עבור דוגמאות). הדיוק הגבוה של שיקום המודל עם MVS, עם שגיאות נמוכות כמו 2% 24, עושה גישה זו מתאימה לאפיון קינמטיקה של עור in vivo על פני תקופות זמן ארוכות. כדי להשיג את מפות עיוות המקבילות של עור במהלך הרחבת רקמות, נקודות בין שתי תצורות גיאומטריות מותאמות. כמקובל, חוקר ביומכניקה חישובית השתמש משתלב אלמנטים סופיים וניתוח הפוך כדי לאחזר את מפת העיוות25, 26. הגישה IGA מועסק כאן משתמשת בפונקציות בסיס שגם אשר מציעים כמה יתרונות לניתוח קרומים דקים 27, 28. כלומר, את הזמינות של פולינומים מדרגה גבוהות מקלת ייצוגים של גיאומטריות חלקות אפילו עם משתלב מאוד גס 29, 30. בנוסף, ניתן להתאים אותו parameterization הבסיסית לכל טלאי המשטח, אשר עוקף את צורך בעיה הפוכה לתת דין וחשבון על discretizations שאינו תואם. השיטה המתוארת כאן פותחת אפיקים חדשים ללמוד מכניקה לעור רלוונטי במסגרות vivo על פני תקופות זמן ארוכות. בנוסף, אנו מלאי תקווה כי המתודולוגיה שלנו היא צעד שמאפשר לקראת המטרה הסופית לפתח כלים חישוביים לתכנון טיפול אישי במסגרת הקלינית. &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.

מתודולוגיה זו הועסקה בהצלחה ללמוד את העיוות נגרמת גיאומטריות הרחבה שונות: מלבן, כדור ו מרחיבי סהר 31, 32. התוצאות המתאימות המרחיבים בתחום וסהר נדונים הבאים. איור 2 מדגים את שלושת השלבים של שחזור מודל MVS. נקודת המ...

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

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

פרוטוקול זה משתמש סטריאו רב במטרה ליצור מודלים תלת-מימדיים (3D) מתוך רצפים לא מכוילים של תמונות, מה שהופך אותו במחיר סביר מתכווננת להגדרה כירורגי. מפות זנים בין מודלי 3D הן לכמת עם קינמטיקה isogeometric המבוסס שגם, אשר להקל ייצוג של משטחים חלקים מעל המשתלב גס שיתוף הזהה parameterization.

כימות של זנים במודל חזירי של הרחבת עור באמצעות סטריאו Multi-הצגת Isogeometric קינמטיקה

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

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

עור תלת ממדי האדם לשחזר דגם: ככלי מחקר עור רגיל התקדמות מלנומה

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

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

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

עור מלא פגמים דגם להערכת כלי דם של Biomaterials<em&gt; בVivo</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

דור של עור בעובי מלא תלת ממדי Equivalent ואוטומטי פציעה

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

עור 2D and 3D שיפור<em&gt; במבחנה</em&gt; מודלים שימוש להצטופפות מולקולארית

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

במודל חוץ גופית של עורית האדם יפרטרופית צלקות באמצעות הצפיפות Macromolecular

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

הדמיה וכמות של האזור של מיקרו-bubbles הנע במהירות באמצעות מצלמה במהירות גבוהה וניתוח תמונה

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

מדידת 3D In-vivo כתף Kinematics באמצעות Videoradiography Biplanar

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

יצירת דגם תלת מימדי תלת מימדי של עור על שבב בפלטפורמה מיקרופלואידית מיקרו-מכונות

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

כימות של תפקוד החדר השמאלי של לב העכבר, זן שריר הלב וכוחות המודינמיים על ידי הדמיית תהודה מגנטית לב וכלי דם

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

מודל אמין של דש פאסיו-עורי חזירי למחקרי ביו-הנדסה של אלוגרפטים מרוכבים מרוכבים בכלי דם

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