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.

Questo protocollo comporta esperimenti su animali. Il protocollo è stato approvato dalla IRB di Ann e Ospedale Robert H. Lurie dei bambini di Chicago Centro di Ricerca Animal Care and Use Committee di garantire un trattamento umano degli animali. I risultati per due studi di espansione che utilizzano questo protocollo sono stati pubblicati altrove 16, 31. L&#39;esecuzione di questo protocollo richiede un team con competenze compleme...

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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. 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> Qui abbiamo presentato un protocollo per caratterizzare le deformazioni indotte durante una procedura di espansione del tessuto in un modello suino utilizzando multi-vista stereo (MVS) e cinematica isogeometrica (cinematica IgA). Durante l&#39;espansione dei tessuti, pelle subisce grandi deformazioni passando da una superficie liscia e relativamente piana ad una forma 3D a cupola. Pelle, come altre membrane biologiche 34, risponde ad allungare producendo nuovo materiale, aumentando di zona ...

Espansione del tessuto è una tecnica comune in chirurgia plastica e ricostruttiva che cresce pelle in vivo per la correzione di grandi difetti cutanei 1. Neumann, nel 1957, è stato il primo chirurgo a documentare questa procedura. Ha impiantato un palloncino sotto la pelle di un paziente e gonfiato gradualmente nel corso di un periodo di diverse settimane per crescere nuovo tessuto e riemergere un orecchio 2. Pelle, come la maggior parte dei tessuti biologici, si adatta alle forze applicate e deformazioni per raggiungere l&#39;omeostasi meccanica. Quando si estendeva oltre il regime fisiologico, pelle cresce 3, 4. Uno dei vantaggi centrali di espansione del tessuto è la produzione di pelle con una corretta vascolarizzazione e lo stesso cuscinetto capelli, proprietà meccaniche, colore e struttura come il tessuto circostante 5. Dopo la sua introduzione sei decenni fa, expansio pellen è stato ampiamente adottato da plastica e ricostruttiva chirurghi ed è attualmente utilizzato per correggere ustioni, grandi difetti congeniti, e per la ricostruzione del seno dopo mastectomia 6, 7. Eppure, nonostante la sua diffusione, le procedure di espansione della pelle può portare a complicazioni 8. Questo è in parte dovuto alla mancanza di dati quantitativi sufficienti necessari alla comprensione delle mechanobiology fondamentale del procedimento e per guidare il chirurgo durante la pianificazione preoperatoria 9, 10. I parametri chiave in questa tecnica sono il tasso di riempimento, volume per inflazione riempimento, la selezione della forma e dimensione dell&#39;espansore, e il posizionamento del dispositivo 11, 12. Corrente pianificazione preoperatoria si basa in gran parte l&#39;esperienza del medico, con conseguente in una vasta gamma di protocolli arbitrarie che spesso differiscono greatly 13, 14, 15. Per affrontare le lacune nelle conoscenze attuali, presentiamo un protocollo sperimentale per quantificare deformazione espansione indotta in un modello animale suino di espansione del tessuto. Il protocollo si basa sull&#39;utilizzo di multi-visione stereo (MVS) per ricostruire le geometrie tridimensionali (3D) di sequenze di (2D) immagini bidimensionali con posizioni della telecamera sconosciuti. Impiegando spline, rappresentazione di superfici lisce conduce al calcolo dei corrispondenti mappe di deformazione mediante un (IgA) descrizione isogeometrica. L&#39;analisi della geometria si basa sul quadro teorico della meccanica dei continui di membrane aventi una parametrizzazione esplicita 16. Caratterizzante fisiologicamente deformazioni rilevanti di sostanze per lunghi periodi di tempo vivente rimane ancora un problema difficile. Strategie comuni perimmagini di tessuti biologici includono correlazione stereoscopica di immagini digitali, motion capture sistemi commerciali con marcatori riflettenti, e il video biplano fluoroscopia 17, 18, 19. Tuttavia, queste tecniche richiedono un apparato sperimentale restrittiva, sono generalmente costosi, e sono stati utilizzati principalmente per la ex vivo o acuto nelle impostazioni vivo. Pelle ha il vantaggio di essere una struttura sottile. Anche se costituito da diversi strati, il derma è in gran parte responsabile delle proprietà meccaniche del tessuto e quindi la deformazione superficiale è di primaria importanza 20; ragionevoli ipotesi cinematiche possono essere fatte riguardo il fuori piano di deformazione 21, 22. Inoltre, la pelle è già esposto all&#39;ambiente esterno, rendendo possibile l&#39;uso di strumenti di imaging convenzionali per catturare sua geometria. Here proponiamo l&#39;uso di MVS come approccio conveniente e flessibile per monitorare in vivo deformazioni della pelle per diverse settimane senza interferire majorly con un protocollo espansione tissutale. MVS è una tecnica che estrae rappresentazioni 3D di oggetti o scene da una raccolta di immagini 2D con la fotocamera sconosciuta angoli 23. Solo negli ultimi tre anni, diversi codici commerciali sono apparsi (vedi elenco dei materiali per gli esempi). L&#39;alta precisione della ricostruzione modello con MVS, con errori a partire da 2% 24, rende questo metodo adatto per la caratterizzazione cinematica della pelle in vivo per lunghi periodi di tempo. Per ottenere i corrispondenti mappe di deformazione della pelle durante l&#39;espansione dei tessuti, punti tra due configurazioni geometriche sono abbinati. Convenzionalmente, i ricercatori in biomeccanica computazionale hanno utilizzato maglie elementi finiti e analisi inversa per recuperare la mappa di deformazione25, 26. L&#39;approccio IGA impiegato qui utilizza funzioni base spline che offrono diversi vantaggi per l&#39;analisi di sottili membrane 27, 28. Vale a dire, la disponibilità dei polinomi alti gradi facilita rappresentazioni delle forme geometriche regolari anche con maglie molto grossolane 29, 30. Inoltre, è possibile montare la stessa parametrizzazione sottostante a tutti i patch di superficie, che aggira la necessità di un problema inverso per tenere conto di discretizzazione non corrispondenti. Il metodo descritto qui apre nuove strade per studiare la meccanica della pelle nei rilevante nelle regolazioni vivo per lunghi periodi di tempo. Inoltre, siamo fiduciosi che la nostra metodologia è un passo che permette verso l&#39;obiettivo finale di sviluppare strumenti di calcolo per la pianificazione del trattamento personalizzato in ambito clinico. &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.

Questa metodologia è stata utilizzata con successo per studiare la deformazione indotta da differenti geometrie espansione: bottone, sfera e espansori mezzaluna 31, 32. I risultati corrispondenti alla sfera e mezzaluna espansori sono discussi successivo. La figura 2 illustra le tre fasi di ricostruzione del modello MVS. Il punto di partenza è una raccolta di fotografie di una scena statica. L&#39;animale con le...

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

Questo protocollo utilizza multi-visione stereo per generare modelli tridimensionali (3D) su sequenze non calibrati di fotografie, rendendolo accessibile e regolabile per un ambiente chirurgico. mappe di deformazione tra i modelli 3D vengono quantificati cinematica isogeometrica basati su spline, che facilitano la rappresentazione di superfici lisce oltre mesh grossolane che condividono la stessa parametrizzazione.

La quantificazione di Strain in un modello suino di espansione pelle con Multi-View stereo e isogeometrica Cinematica

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

Tridimensionale pelle umana Ricostruire Modello: uno strumento per studiare la pelle normale e progressione Melanoma

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

Ricerca

Bioingegneria

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

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

Una pelle piena Difetto modello per valutare Vascolarizzazione di Biomateriali<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

Generazione di una tridimensionale a tutto spessore della pelle Equivalent e Automated Ferimento

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

Migliorare 2D e 3D della pelle<em&gt; In Vitro</em&gt; modelli con Macromolecole affollamento

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 Modello di umano cutaneous ipertrofico cicatrici utilizzando Macromolecular 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 e quantificazione dell'area delle microbolle in rapido movimento utilizzando una fotocamera ad alta velocità e l'analisi delle immagini

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

Misurazione della cinematica della spalla 3D in vivo utilizzando la videoradiografia biplanare

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

Generazione di un modello skin-on-a-chip tridimensionale semplificato in una piattaforma microfluidica microlavorazione

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

Quantificazione della funzione ventricolare sinistra del cuore di topo, del ceppo miocardico e delle forze emodinamiche mediante risonanza magnetica cardiovascolare

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

Un modello affidabile di lembo fascio-cutaneo suino per studi di bioingegneria di allotrapianti compositi vascolarizzati

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