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

Sommario

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.

Abstract

L'espansione tissutale è una tecnica popolare in chirurgia plastica e ricostruttiva che fa crescere la pelle in vivo per la correzione di grandi difetti come ustioni e nevi congeniti giganti. Nonostante il suo uso diffuso, la pianificazione e l'esecuzione di un protocollo di espansione è impegnativa a causa della difficoltà di misurare la deformazione imposta ad ogni fase di gonfiaggio e per la durata della procedura. Quantificare i campi di deformazione è fondamentale, in quanto la distribuzione dell'allungamento nel tempo determina la velocità e la quantità di pelle cresciuta alla fine del trattamento. In questo manoscritto, presentiamo un metodo per studiare l'espansione tissutale al fine di acquisire una conoscenza quantitativa delle deformazioni indotte durante un processo di espansione. Questo protocollo sperimentale incorpora l'analisi cinematica stereo e isogeometrica multi-view in un modello suino di espansione tissutale. Lo stereo multi-view consente la ricostruzione geometrica tridimensionale da sequenze di immagini non calibrate. L'analisi cinematica isogeometrica utilizza spline per descrivere le deformazioni regionali tra superfici lisce con pochi punti mesh. Il nostro protocollo ha il potenziale per colmare il divario tra l'indagine scientifica di base riguardante i meccanismi di espansione della pelle e il contesto clinico. Alla fine, ci aspettiamo che le conoscenze acquisite con la nostra metodologia consentiranno la pianificazione del trattamento utilizzando simulazioni computazionali della deformazione cutanea in modo personalizzato.

Introduzione

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'omeostasi meccanica. Quando si estendeva oltre il regime fisiologico, pelle cresce

Protocollo

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'esecuzione di questo protocollo richiede un team con competenze complementari. La prima parte del protocollo descrive la procedura chirurgica sul modello animale, che richiedono personale con la formazione medica appropriat....

Risultati

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'animale con le g.......

Discussione

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'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 .......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Suino in miniatura Yucatan	Sinclair Bioresources, Windham, ME	n/A
Antibiotici	Santa Cruz Animal Health, Paso Robles, CA	sc-362931Rx	Ceftiofur, dosaggio 5 mg/kg
sapone chirurgico intramuscolare a base di clorexidina	Cardinal Health, Dublino, OH	AS-4CHGL(4-32)	4% clorexidina gluconato scrub chirurgico per le mani Mezzo di
trasferimento del tatuaggio...	Hildbrandt Tattoo Supply, Point Roberts, WA	TRANSF	Stencil carta per il trasferimento di tatuaggi termici
Lidocaina con epinefrina	ACE Surgical Supply Co, Brockton, MA	001-1423	Lidocaina Hcl 1% (xilocaina) - Epinefrina 1:100.000, 20 ml
Buprenorfina	ZooPharm, Windsor, CO		1 mg/mL rilascio prolungato, dosaggio 0,01 mg/kg per via intramuscolare
Fotocamera digitale	Sony	Alpha33	Fotocamera digitale standard con 18 - 35  Obiettivo mm, apertura 3,5 - 5,6. Utilizzato in modalità automatica, senza flash
Metro a nastro	Medline, Mundelein, Illinois	NON171330	Metro a nastro retrattile, stoffa, custodia in plastica, 72 pollici
Espansori tissutali	PMT, Chanhassen, MN	03610-06-02	4 cm x 6 cm, rettangolare, 120 cc, 3610 serie 2 stadio espansore tissutale con porta standard
ReCap360	Autodesk	N/A	MVS Software, Applicazione Web: recap360.autodesk.com
Blender	Blender Foundation	N/A	Software di Computer Grafica, open source: blender.org
SISL	SINTEF	N/A	Librerie C++ spline, open source: https://www.sintef.no/projectweb/geometry-toolkits/sisl/