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

이 프로토콜은 동물 실험을 포함한다. 이 프로토콜은 동물의 인도적인 대우를 보장 앤 시카고 연구 센터 동물 관리 및 사용위원회의 로버트 H. 루리 어린이 병원의 IRB 승인을 받았다. 이 프로토콜을 사용하여 두 개의 확장 연구 결과, 31 곳 (16)을 발표했다. 이 프로토콜의 실행은 상호 보완적인 전문성을 갖춘 팀이 필요합니다. 프로토콜의 첫 번째 부분은 적절한 의료 교육 인력을 필요로하는, 동물 모델에서 수술 절차를 설명합니다. 이후 분석, 특히 섹션 4, 5, C에서 기본적인 컴퓨터 프로그래밍 기술을 포함 ++ 및 Python 및 명령 줄 셸의 사용. 확장기 배치 1. 수술 참고 : 작업에 참여 인원은 세정 및 살균 방식으로 gowned해야합니다. Steril전자 수건, 커튼은 불임을 유지하기 위해 수술 부위의 주위에 적용됩니다. 모든 악기, 봉합, 조직 확장기는 멸균 포장으로 수신 만 무균 직원에 의해 처리됩니다. 절차가 완료 될 때까지 수술 부위의 무균 위반하지 않아야합니다. <ol><li> 일주일 동안 표준 주택 한 달 된 남성 유카탄 미니 돼지를 적응 및 광고 무제한으로 공급. </li><li> 유지 보수 후 이소 플루 란, - (6 밀리그램 / kg 4) 수술 당일 유도 케타민 / 아세 프로 마진을 사용하여 동물을 마취. 눈꺼풀 반사를 모니터링하여 마취의 깊이를 평가합니다. 또한, 생체 신호 (심장 박동, 체온, 호흡, 및 / 또는 응답 조직 집게가 끼지)를 모니터링 할 수 있습니다. 각막 찰과상을 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 적용합니다. </li><li> 이전 절차 항생제 관리하고 클로르헥시딘 기반 수술 비누 등쪽 피부를 깨끗하게. 이전 네 개의 10 × 10cm 2 그리드의 각각의 측면에 두문신 전달 매체를 이용하여 돼지 피부 1cm 광고 표시와 동물. 입쪽 왼쪽, 오른쪽 입쪽, 꼬리 왼쪽 및 오른쪽 꼬리 : 그리드는 다음의 4 개 개의 영역에 대응한다. 격자 패턴의 대칭 배치를 보장하기 위해 중간 선을 참조하여 템플릿을 사용하십시오. <ol><li> 그리드를 추적하여 종이에 그리드를 만들기 볼펜 심하게 설명합니다. 그리드는 이소 프로필 알코올로 러빙 배치되는 동물의 영역을 씻는다. </li><li> 직접 피부에 그리드 (아래 펜 잉크 측)을 적용합니다. 알코올은 동물의 피부에 그리드 전송, 종이 떨어져 잉크의 일부를 거머리하는 역할을한다. </li></ol></li><li> 피하 각 계획 절개의 사이트에서 : 국소 마취제 (100,000 에피네프린 1 1 % 리도카인)를 주입한다. </li><li> 두 격자들 사이의 중간에있는 동물의 양측에 절개를. 주 : 절개는의 2 그리드 사이 동물의 왼쪽 및 오른쪽 측면에 배치그 쪽. 왼쪽 양면 절개와 권리 양면 절개가있다 </li><li> 관심있는 그리드 아래에 피하 터널을 개발하는 지혈제를 사용합니다. 터널을 개발 한 후, 그리드 아래 확장기를 삽입합니다. 참고 : 터널은 조직 확장기를해야합니다 어떤 그리드 아래에 배치됩니다. </li><li> 동물의 지느러미 중간 선을 따라 비슷한 방식으로 개발 된 피하 터널을 통해 원격으로 확장 인플레이션에 대한 포트를 놓습니다. 봉합에 의한 수리 상처. </li><li> 동물의 고통의 기록 가능한 추가 투여 량으로 4 개의 투여 량을 위해 근육 내 주사를 통해 매 12 시간을 - (0.1 밀리그램 / kg 프레 놀핀 0.05) 수술 후 예방 적 항생제 동물 (세프 티오 푸르 5 밀리그램 / kg IM 회)뿐만 아니라 진통제의 치료. </li><li> 그들은 보행을 재개하고 정상 체온을 유지 할 수 있습니다 때까지 활력 징후의 일상적인 측정을 포함하여, 수술 후 2 시간 동안 지속적으로 동물을 관찰한다. 하우스 별도의 케이지 동물과 모니터 전까지t는 일반 주택 지역에 다시 전송 및 무인을 떠나기 전에 4 개 다리에 독립적으로 걸을 수 있습니다. </li><li> 직후 마취 회복 기간 후, 상처 치유를 평가하기 위해 매일 동물을 확인합니다. 수술 후 봉합사 14 일 제거합니다. 이 절개는 드레싱이 필요하지 않습니다. 확장을 시작하기 전에 사주 - 3 치유 절개를 남겨 </li></ol> 2. 인플레이션 프로토콜 참고 : 각 확장에 사용되는 inflations 및 솔루션의 양의 타이밍은 특정 질문이 연구되고에 따라 달라집니다. 다른 팽창기 형상의 영향을 특성화하는 적절한 프로토콜은 각각 50, 75, 105, 165, 225 CC의 충전 양을 달성하기 위해 0, 2, 7, 10, 15 일째에 다섯 팽창 단계를 수행하는 것이다. <ol><li> 80 μg의가 / kg - 20 - (6- 밀리그램 / kg 4) 및 덱스 메데 토미 딘 각각의 팽창 단계 전에, 동물 관리 케타민 진정제. 참고 : 덱스 메데 토미 딘이있다atipamezole 역전 될 수 N 알파 - 아드레날린 작용제 빠른 회복을 촉진하는 (: 1 볼륨 1 부피); 동물이 동물이나 핸들러에 해의 과도한 위험없이 확장을 허용하는 그러나, 진정 작용의 수준은 적절하지 않을 수 있습니다. 이 경우, 케타민 / 아세 프로 마진 유도 다음 마스크 환기를 통해 이소 플루 란을 전달하여 전신 마취를 관리. </li><li> 수술 테이프를 사용하여 동물의 피부에 두 개의 플라스틱 유연한 줄자를 연결합니다. 왼쪽과 오른쪽에있는 그리드의 줄자를 놓는다. </li><li> 한쪽 동물을 배치 가능한 많은 서로 다른 각도로부터의 장면 (30 개)의 사진을 획득. 참고 : 목적은 동물이 한쪽에 내려 놓고 때 두 개의 그리드 볼의 형상을 캡처하는 것입니다. <ol><li> 우선, 문신 그리드 완전히 표시되는 총 캡처 프레임을 채우기 위해, 동물의 위 꼬리쪽으로 기울고 카메라 위치. </li><li> 엠그 보장 도중에 사진 촬영 입쪽 방향 꼬리에서 아치 동물 주위에 원형 패턴을 비켜, 모든 사진을 위해 가시적 인 문신 그리드 프레임에 완전히 나타난다. <ol><li> 동시에, 격자 프레임에서 차지하는 공간을 최대화하려고합니다. 이상적인 슛은 문신 그리드와 배경의 작은 지역과 동물의 뒷면을 캡처하는 것입니다. </li></ol></li><li> 다음에, 대략 그라운드에 평행 등쪽 영역 복부에서 아치에서 사진 촬영하는 촬영 각도를 캡처 복부쪽으로 카메라 위치. 참고 : 사진의 양이 고정 된 값이 아닙니다. 좋은 재건를 들어, 문신 그리드의 모든 지점은 최소 3 개 사진에 있어야합니다; 총 30 개 사진은 성공적인 구조 재건을위한 충분한 양이다. </li></ol></li><li> 반대측에 동물을 놓고 30 개의 사진 촬영위에서 설명한 동일한 단계에 따라 나머지 격자. </li><li> 원격 충전 포트를 발견하고 관심의 확장 프로토콜에 대응 식염수의 요구량을 주입하여 팽창 공정을 수행한다. 멸균 0.9 % 주 사용 생리 식염수를 사용합니다. <ol><li> 이소 프로필 알코올 잎사귀와 동물의 피부에 포트와 준비를 찾습니다. 멸균 생리 식염수로 채워진 주사기에 부착 된 멸균 25 게이지 버터 플라이 니들과 입구 포트. 참고 : 상기 한 바와 같이, 포트 확장기 배치시 전방 중간 선 배부의 위치로 피하 터널링된다. </li><li> 식염수의 원하는 양을 주입. 확장 프로세스의 각 단계에서 주입되는 인플레이션 볼륨이 섹션의 시작 부분에 메모를 참조하십시오. </li></ol></li><li> 인플레이션 후 사진 수집 단계를 반복합니다. </li><li> 인플레이션 프로토콜이 완료되면, 동물을 안락사. <ol><li> 일반 관리케타민 / 아세 프로 마진 유도 다음 마스크 환기를 통해 이소 플루 란을 제공함으로써 마취. 눈꺼풀 반사를 모니터링하여 마취의 깊이를 평가합니다. 또한, 생체 신호 (심장 박동, 체온, 호흡, 및 / 또는 응답 조직 포셉 끼지)를 모니터링 할 수 있습니다. </li><li> 100 ㎎ / ㎏ - 펜토 바르 비탈 (90)의 정맥 과다하여 동물을 안락사. 안락사에 대한 펜토 바르 비탈 과다 복용 후, 펄스 산소 농도계 펄스 촉진뿐만 아니라 자발적인 호흡의 부재를 사용하여 감지 하트 비트의 부재에 의해 죽음을 확인합니다. </li></ol></li></ol> 3. 멀티 - 뷰 스테레오 재건 <ol><li> 기하학적 모델을 이미지 파일을 업로드하고 재구성하는 상용 소프트웨어를 사용합니다. <ol><li> 브라우저에서 MVS 소프트웨어를 실행하고 로그인합니다. </li><li> 왼쪽 상단에 3D로 사진을 선택합니다. </li><li> , 사진을 추가 클릭 메신저의 위치를 찾아연령과 수동은 하나의 모델에 해당하는 30 개 사진을 선택합니다. </li><li> 모델의 이름을 지정하고 만들기를 클릭합니다 </li><li> 모델이 생성 될 때까지 기다립니다. 이 작업은 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 소프트웨어의 원래 방문 페이지로 돌아가려면 오른쪽에있는 대시 보드를 클릭합니다. 참고 : 대시 보드는 사용자에 의해 생성 된 기하학적 모델의 대표 이미지를 보여줍니다. </li><li> 방금 생성 된 모델에 커서를 놓습니다. 모델 이미지의 오른쪽 아래 모서리에 커서를 놓습니다. 다운로드를 클릭하고 OBJ를 선택합니다. </li></ol></li></ol> 4. 스플라인 표면에 맞추기 <ol><li> 기하학적 모델을 처리하기 위해 오픈 소스 소프트웨어를 사용합니다. </li><li> 파일 -을 클릭&gt; 수출입&gt; obj에 MVS 소프트웨어에서 생성 된 파일을 가져옵니다. 3 차원보기의 맨 아래에 뷰포트 쉐이딩과 실리를 클릭CT 텍스처입니다. 하위 메뉴와 3D 뷰의 오른쪽에 탭을 찾습니다 변환, 그리스 연필,보기, 3D 연필 등 음영을 클릭하고 Shadeless를 선택합니다. </li><li> 마우스 오른쪽을 선택하는 형상을 클릭합니다. 3 차원보기의 하단에있는 삼각형 메쉬를 시각화 편집 모드를 선택합니다. </li><li> 줄자의 1cm의 표시에 하나 개의 노드 하나를 선택합니다. <ol><li> 포인트를 선택하려면, 바로 그것을 클릭하고 포인트를 강조 표시합니다. 지점에 대한 좌표는 3D 뷰의 오른쪽에있는 탭에 나타납니다. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사합니다. </li><li> 줄자의 1cm 마킹 모든 점이 조작을 반복한다. </li><li> 모두 테이프 조치에 대해이 작업을 수행합니다. 텍스트 파일을 좌표의 예는 제공 할 수 있습니다D : tape1.txt, tape2.txt. 참고 : 관심 지점에 메쉬의 어떤 노드가없는 경우 관심 지점에 노드가있을 때까지, 메쉬 세분화. 메쉬가 정점에 Shift 키와 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭을 눌러 삼각형의 세 꼭지점을 선택 분할합니다. 그런 다음 3D 뷰의 왼쪽에 나타나는 탭 세분] 버튼을 클릭합니다. 이 작업은 선택한 삼각형 내부에 세 개 이상의 노드를 추가합니다. </li></ol></li><li> 그리드의 11 X 11의 포인트를 선택하고,도 1에 도시 된 패턴의 텍스트 파일로 121 점의 좌표를 저장한다. <ol><li> 유사 그리드의 포인트를 선택, 테이프 조치에 대해 수행 된 것과, 바로 클릭 지점이 강조 표시됩니다. 3 차원보기의 오른쪽에있는 탭에 표시됩니다 지점에 대한 좌표. 선택하고 텍스트 파일로 선택한 점의 좌표를 복사 참고 : 격자 점의 번호가 ALW입니다입쪽과 복부 영역쪽으로 등쪽 정중선 AYS 꼬리. 이 순서는 매개 변수 공간이 두 패치에 대한 일관성이 있음을 보장합니다. 예를 들어, 피부 패치 (121)의 점의 좌표를 포함하는 파일 gridReference.txt 제공된다. </li></ol></li><li> 다운로드, 컴파일 및 C ++ 스플라인 라이브러리를 설치합니다. 파일 splineLibraryInstallation.txt 설치에 대한 스플라인 라이브러리 및 명령의 소스 코드에 대한 링크가 포함되어 있습니다. </li><li> 실행 generateCurve를 생성하는 소스 코드 generateCurve.cpp 컴파일 참고 : 프로그램 generateCurve 한 번만 컴파일 할 필요가있다. 이 C ++ 소스 코드를 컴파일하고 실행 소스 코드 파일 generateCurve.cpp 상단의 지시에 따라 발생합니다. </li><li> 테이프 조치 및 격자 점에 스플라인에 맞게 프로그램 generateCurve를 사용합니다. A B에서 실행 파일을 실행하려면재 쉘, 유형 디렉토리 $ ./generateCurve <ol><li> 프로그램을 실행하면, 그것은 줄자의 좌표를 포함하는 파일의 경로를 입력하도록 사용자에게 요청합니다. 그런 다음 프로그램은 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다. 참고 : 이동 도구를 의미하고, 스플라인 라이브러리에 연결되어 .g2 종단. 테이프 조치에 해당하는 스플라인 파일의 두 가지 예는이 프로토콜 (tape1.g2, tape2.g2)을 사용할 수 있습니다. </li></ol></li><li> 격자 점의 크기를 조절하는 데 파이썬 스크립트 scalePoints.py를 사용합니다. 세 개의 인수 bash 쉘 프롬프트에서 프로그램을 실행 격자 점의 파일 이름과 테이프 조치에 해당하는 스플라인의 파일 이름을 디렉토리 $ 파이썬 scalePoints.py gridReference.txt tape1.g2 tape2.g2 참고 : 스크립트 scalePoints.py는 스크립트 B_spline.py 및 NURBS_Curv를 가져옵니다<html> e.py 따라서 세 가지 스크립트는 동일한 폴더에 있어야합니다. </li><li> 실행 generateSurface를 생성하는 소스 코드 generateSurface.cpp를 컴파일합니다. 참고 :이 단계는 한 번만 수행해야합니다. 더 자세한 설명은 소스 코드 파일 generateSurface.cpp의 시작 부분에 사용할 수 있습니다. </li><li> 격자 점에 스플라인 표면에 맞게 프로그램 generateSurface를 사용합니다. 배쉬 쉘에서 실행 generateSurface을 실행 디렉토리 $ ./generateSurface <ol><li> 쉘에서 프로그램을 실행하면 스케일 포인트를 포함하는 파일 이름을 요청합니다. 그런 다음 출력 파일의 이름을 입력하라는 메시지가 표시됩니다. 출력 파일 이름에 종료 .g2를 추가합니다. 참고 : 종료 .g2 스플라인 라이브러리에 의해 제안 및 이동 도구를 의미한다. 파일 gridReference.g2 및 gridDeformed.g2은 예제로 제공됩니다. </li></ol></li></ol>확장 - 유도 변형 &#39;타이틀 &quot;&gt; 5. 부량 <ol><li> bash 쉘 프롬프트에서 파이썬을 시작합니다 디렉토리 $ 파이썬 참고 : 파이썬은 새로운 명령 줄 환경을 보여줍니다 쉘과 유사한 인터페이스가 인터프리터를 초기화 &gt;&gt;&gt; </li><li> evaluateMembraneIGA라는 함수를 포함하는 스크립트 expansionIGA.py 가져 오기 &gt;&gt;&gt; expansionIGA 수입 evaluateMembraneIGA에서 </li><li> 변형 맵을 계산하는 기능 evaluateMembraneIGA를 호출합니다. 참고 :이 함수는 인수로 취 기준면의 파일명 변형 된 표면의 파일명 평가의 해상도 (각 방향으로 평가됩니다 얼마나 많은 점) 지역 스트레치의 최소 값은 등고선 플롯의 크기를 조절하는 데 사용 지역 스트레칭의 최대 값은 등고선 플롯의 크기를 조절하는 데 사용 길이 방향의 신축성 최소값 우리에드 윤곽을 확장 할 수 세로 방향으로 스트레칭의 최대 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용 가로 방향으로 스트레칭의 최소 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용 가로 방향으로 스트레칭의 최대 값은 윤곽의 크기를 조절하는 데 사용 윤곽 플롯의 격자 선 사이의 간격 출력 파일 이름 <ol><li> 예를 들어, 실행 &gt;&gt;&gt; evaluateMembraneIGA ( &#39;gridReference.g2&#39;, &#39;gridDeformed.g2&#39;, 250, 3, 0.5, 2, 0.5, 2, 0.5, 25, &quot;변형&quot;) 참고 :이 명령은 생성하고 여섯 개 출력 파일을 저장합니다. 위의 예에서의 마지막 인자는 출력 파일명 변형 유의, 따라서 생성 될 파일은 : deformation_theta.png : 지역 스트레치의 윤곽 플롯 deformation_theta.txt : 영역 신축성 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표 deformation_G1.png : 스트레치 아론의 윤곽 플롯g 동물의 종축 deformation_G1.txt : 동물의 길이 방향 축을 따라 뻗어 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표 deformation_G2.png : 동물의 횡축의 스트레칭 성분의 윤곽 플롯 deformation_G2.txt : 동물의 횡축의 스트레칭 성분의 윤곽 플롯에 대응하는 값의 표 참고 : 벡터 G2로, 스플라인 파일, .g2의 종료를 혼동하지 마십시오. 스플라인 파일은 스플라인 라이브러리의 명명 규칙 다음 .g2을 종료했다. 한편, 벡터들 G1 및 G2는 동물에 대하여 종 방향 및 횡 방향을 나타낸다. 참고 : 검정 픽셀 : 윤곽 파일이 매개 변수 공간의 해석을 용이하게하기 위해 네 모서리에 서로 다른 기능과 함께 생성되는 대부분의 꼬리, 대부분의 지느러미 포인트; 레드 픽셀 코너 : MOSt의 주동이, 대부분의 지느러미 포인트; 녹색 픽셀 코너 : 대부분의 꼬리, 대부분의 복부 점; 블루 픽셀 코너 : 가장 주동이, 대부분의 복부 점. </li></ol></li></ol>

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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>

SThe 저자가 공개하는 게 없다.

<html> 여기에서 우리는 멀티 뷰 스테레오 (MVS) 및 isogeometric 운동학 (IGA 운동학)를 사용하여 돼지 모델에서 조직 확장 과정에서 유발되는 변형을 특성화하기 위해 프로토콜을 제시했다. 조직 확장하는 동안, 피부는 돔 모양의 3D 모양에 부드럽고 비교적 평평한 표면에서가는 큰 변형을 겪는다. 피부는 다른 생물학적 막 (34)과 마찬가지로 다음 35 재건 목적에 사용할...

조직 확장 큰 피부 결함 (1)의 보정에 대한 생체 내 피부 성장 성형 및 재건 수술에서 일반적인 기술이다. 노이만은 1957 년,이 절차를 문서화하는 최초의 외과 의사였다. 그는 환자의 피부 아래에 풍선을 이식하고 새로운 조직을 성장하고 귀 2를 재 포장하는 몇 주에 걸쳐 점차적으로 팽창. 피부, 대부분의 생체 조직과 같은 기계적인 항상성에 도달하기 위해 적용 힘과 변형에 적응. 생리적 정권을 넘어 뻗어 때, 피부는 3, 4를 성장한다. 조직 확장의 중앙 장점은 주변 조직 (5)와 같은 적절한 혈관과 같은 머리 베어링, 기계적 특성, 색상, 질감 피부의 생산이다. 육 년 전 도입, 피부 expansio 후N 널리 플라스틱 외과 의해 채택되었으며 현재 유방 6,7 후의 화상, 많은 선천성 결함 유방 재건을 보정하기 위해 사용된다. 그러나, 그것의 광범위한 사용에도 불구하고, 피부 확장 절차는 합병증 8로 이어질 수 있습니다. 이 절차의 기본 제어 공학을 이해하고 수술 전 계획 9, 10시 외과 의사를 안내하는 데 필요한 충분한 정량적 증거의 부족에 부분적으로 기인한다. 이 기술의 주요 파라미터는 체적 팽창에 따라 충전 충전율, 팽창기의 형상 및 크기의 선택, 장치 (11), (12)의 위치이다. 현재 수술 전 계획은 종종 greatl을 다른 임의의 프로토콜의 다양한 결과, 대부분 의사의 경험에 의존Y 13, 14, 15. 현재의 지식 격차를 해소하기 위해, 우리는 조직 확장의 돼지 동물 모델의 확장에 의한 변형을 정량화하기위한 실험 프로토콜을 제시한다. 이 프로토콜은 알 수없는 카메라 위치와 2 차원 영상 시퀀스에서 3 차원 (3D) 형상을 재구성하는 멀티 뷰 스테레오 (MVS)의 사용에 의존한다. 스플라인 채용 매끄러운 표면의 표현은 isogeometric (IGA)의 설명에 의해 대응하는 변형 맵의 계산을 이끈다. 도형의 분석은 명시 적 파라미터 (16)을 갖는 멤브레인의 연속체 역학 이론 체계에 기초한다. 오랜 기간 동안 자료를 생활의 생리 학적으로 관련 변형을 특성화하는 것은 여전히 ​​어려운 문제로 남아있다. 일반적인 전략생물학적 조직의 입체 영상은 디지털 화상 상관 반사 마커 상업적 모션 캡쳐 시스템 및 복 투시 영상 (17), (18, 19)을 포함한다. 그러나 이러한 기술은 제한적인 실험 설정이 필요 일반적으로 고가이며, 주로 생체 나 생체 설정에서 급성 사용되어왔다. 피부는 얇은 구조 있다는 장점을 갖는다. 그것은 여러 레이어로 구성되어 있지만, 진피는 기계적 조직의 특성과에 크게 책임이있다, 따라서 표면의 변형이 가장 중요 (20)이다; 합리적인 가정 학적 평면 변형 (21, 22)의 출력과 관련 될 수있다. 또한, 피부는 이미 수의 형상을 포착하기 위해 기존의 이미징 도구를 사용하고, 외부 환경에 노출되어있다. H오히려 우리는 조직 확장 프로토콜 majorly을 방해하지 않고 몇 주 동안 피부의 생체 변형을 모니터링 할 수있는 저렴하고 유연한 접근 방식과 같은 MVS의 사용을 제안한다. MVS는 23 각도 알 수없는 카메라로 2D 이미지의 컬렉션에서 개체 또는 장면의 3D 표현을 추출하는 기술이다. 만 지난 3 년 동안, 여러 상업 코드 (예 재료의 목록 참조) 나타났다. (24) 2 %로 낮은 에러와 함께 MVS 모델 재건 정밀도는 장기간에 걸쳐 체내에서 피부 학적 특성에 적절한 접근한다. 조직 팽창 동안 피부의 대응 변형 맵을 얻기 위해 두 기하학적 구성 간의 점 매칭된다. 통상적으로, 계산 역학 연구자들은 변형지도를 검색하는 유한 요소 메쉬 및 역 분석을 사용한25, 26. 여기에 사용 된 IGA 방식은 얇은 막 (27), (28)의 분석에 여러 가지 이점을 제공 스플라인 기저 함수를 사용한다. 즉, 고차 다항식의 가용성에도 매우 거친 메시 (29), (30)과의 원활한 형상의 표현을 용이하게한다. 또한, 비 매칭 이산화를 고려하여, 역 문제에 대한 필요성을 회피하는 모든 표면 패치 동일한 기본 파라미터에 적합 할 수있다. 여기에 설명 된 방법은 오랜 기간 동안 생체 설정에서 관련 피부 역학을 연구하기 위해 새로운 길을 엽니 다. 또한, 우리는 우리의 방법론은 임상 환경에서 개인화 된 치료 계획에 대한 계산 도구를 개발의 궁극적 인 목표를 향해 활성화 단계는 희망이다. &lt;/ p&gt;

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

사각형, 구와 초승달 확장기 (31), (32) :이 방법은 성공적으로 다른 확장 형상에 의해 유도 변형을 연구하기 위해 사용되어왔다. 구와 초승달 확장기에 해당하는 결과는 다음에 설명되어 있습니다. 그림 2는 MVS 모델 재건의 세 단계를 보여줍니다. 출발점은 정적 현장에서 사진의 모음입니다. 사진을 다른 각도에서 촬?...

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

이 프로토콜은 수술 설정으로는 저렴하고 조정하고, 사진의 보정되지 않은 시퀀스 중 3 차원 (3D) 모델을 생성하는 멀티 뷰 스테레오를 사용합니다. 3 차원 모델 사이의 변형 맵은 동일한 파라미터를 공유 거친 메쉬 위에 매끄러운 표면의 표현을 용이하게 스플라인 기반 isogeometric 운동학으로 정량화된다.

다중보기 스테레오 및 Isogeometric 운동학을 사용하여 피부 확장의 돼지 모델에서 변형의 정량화

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 ...

quantification-strain-porcine-model-skin-expansion-using-multi-view

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.5K 조회수.  Purdue University.  이 프로토콜은 수술 설정으로는 저렴하고 조정하고, 사진의 보정되지 않은 시퀀스 중 3 차원 (3D) 모델을 생성하는 멀티 뷰 스테레오를 사용합니다. 3 차원 모델 사이의 변형 맵은 동일한 파라미터를 공유 거친 메쉬 위에 매끄러운 표면의 표현을 용이하게 스플라인 기반 isogeometric 운동학으로 정량화된다. 

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

Monitoring the Wall Mechanics During Stent Deployment in a Vessel

Clinical trials have reported different restenosis rates for various stent designs1. It is speculated that stent-induced strain concentrations on the arterial wall lead to tissue injury, which initiates restenosis2-7. This hypothesis needs further investigations including better quantifications of non-uniform strain distribution on the artery following stent implantation. A non-contact surface strain measurement method for the stented artery is presented in this work. ARAMIS stereo optical surface strain measurement system uses two optical high speed cameras to capture the motion of each reference point, and resolve three dimensional strains over the deforming surface8,9. As a mesh stent is deployed into a latex vessel with a random contrasting pattern sprayed or drawn on its outer surface, the surface strain is recorded at every instant of the deformation. The calculated strain distributions can then be used to understand the local lesion response, validate the computational models, and formulate hypotheses for further in vivo study.

Stent-induced arterial strain distributions are characterized using an optical surface strain measurement system. This visualization technique is used to gain insights into the impact of stent implantation on the host vessel.

선박의 스텐 트를 배포하는 동안 벽 역학 모니터링

Clinical trials have reported different restenosis rates for various stent designs1. It is speculated that stent-induced strain concentrations on the ...

연구

생체공학

Biplanar Videoradiography Dataset for Model-based Pose Estimation Development and New User Training

Measuring the motion of the small foot bones is critical for understanding pathological loss of function. Biplanar videoradiography is well-suited to measure in vivo bone motion, but challenges arise when estimating the rotation and translation (pose) of each bone. The bone's pose is typically estimated with marker- or model-based methods. Marker-based methods are highly accurate but uncommon in vivo due to their invasiveness. Model-based methods are more common but are currently less accurate as they rely on user input and lab-specific algorithms. This work presents a rare in vivo dataset of the calcaneus, talus, and tibia poses, as measured with marker-based methods during running and hopping. A method is included to train users to improve their initial guesses into model-based pose estimation software, using marker-based visual feedback. New operators were able to estimate bone poses within 2&#176; of rotation and 1 mm of translation of the marker-based pose, similar to an expert user of the model-based software, and representing a substantial improvement over previously reported inter-operator variability. Further, this dataset can be used to validate other model-based pose estimation software. Ultimately, sharing this dataset will improve the speed and accuracy with which users can measure bone poses from biplanar videoradiography.

This work presents an in vivo dataset with bone poses estimated with marker-based methods. A method is included here to train operators in improving their initial estimates for model-based pose estimation and reducing inter-operator variability.

Measuring the motion of the small foot bones is critical for understanding pathological loss of function. Biplanar videoradiography is well-suited to ...

공학

Measuring Local Tissue Strains in Tendons via Open-Source Digital Image Correlation

There is considerable scientific interest in understanding the strains that tendon cells experience in situ and how these strains influence tissue remodeling. Based on this interest, several analytical techniques have been developed to measure local tissue strains within tendon explants during loading. However, in several cases, the accuracy and sensitivity of these techniques have not been reported, and none of the algorithms are publicly available. This has made it difficult for the more widespread measurement of local tissue strains in tendon explants. Therefore, the objective of this paper was to create a validated analysis tool for measuring local tissue strains in tendon explants that is readily available and easy to use. Specifically, a publicly available augmented-Lagrangian digital image correlation (ALDIC) algorithm was adapted for measuring 2D strains by tracking the displacements of cell nuclei within mouse Achilles tendons under uniaxial tension. Additionally, the accuracy of the calculated strains was validated by analyzing digitally transformed images, as well as by comparing the strains with values determined from an independent technique (i.e., photobleached lines). Finally, a technique was incorporated into the algorithm to reconstruct the reference image using the calculated displacement field, which can be used to assess the accuracy of the algorithm in the absence of known strain values or a secondary measurement technique. The algorithm is capable of measuring strains up to 0.1 with an accuracy of 0.00015. The technique for comparing a reconstructed reference image with the actual reference image successfully identified samples that had erroneous data and indicated that, in samples with good data, approximately 85% of the displacement field was accurate. Finally, the strains measured in mouse Achilles tendons were consistent with the prior literature. Therefore, this algorithm is a highly useful and adaptable tool for accurately measuring local tissue strains in tendons.

Measuring Local Tissue Strains in Tendons via Open-Source Digital Image Correlation

This paper describes an open-source digital image correlation algorithm for measuring local 2D tissue strains within tendon explants. The accuracy of the technique has been validated using multiple techniques, and it is available for public use.

오픈 소스 디지털 이미지 상관관계를 통한 힘줄의 국소 조직 변형 측정

There is considerable scientific interest in understanding the strains that tendon cells experience in situ and how these strains influence tissue ...

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized in vitro stretching methods. Various available systems use 2D substrate-based stretchers, while the accessibility of 3D techniques to strain soft hydrogels, is more restricted. Here, we describe a method that allows external stretching of soft hydrogels from their circumference, using an elastic silicone strip as the sample carrier. The stretching system utilized in this protocol is constructed from 3D-printed parts and low-cost electronics, making it simple and easy to replicate in other labs. The experimental process begins with polymerizing thick (&#62;100 &#956;m) soft fibrin hydrogels (Elastic Modulus of ~100 Pa) in a cut-out at the center of a silicone strip. Silicone-gel constructs are then attached to the printed-stretching device and placed on the confocal microscope stage. Under live microscopy the stretching device is activated, and the gels are imaged at various stretch magnitudes. Image processing is then used to quantify the resulting gel deformations, demonstrating relatively homogenous strains and fiber alignment throughout the gel&#8217;s 3D thickness (Z-axis). Advantages of this method include the ability to strain extremely soft hydrogels in 3D while executing in situ microscopy, and the freedom to manipulate the geometry and size of the sample according to the user&#8217;s needs. Additionally, with proper adaptation, this method can be used to stretch other types of hydrogels (e.g., collagen, polyacrylamide or polyethylene glycol) and can allow for analysis of cells and tissue response to external forces under more biomimetic 3D conditions.

The presented method involves uniaxial stretching of 3D soft hydrogels embedded in silicone rubber while allowing live confocal microscopy. Characterization of the external and internal hydrogel strains as well as fiber alignment are demonstrated. The device and protocol developed can assess the response of cells to various strain regimes.

라이브 현미경 이미징 에서 3D 하이드로겔의 제어 변형

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized ...

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, multiple ligaments, and approximately 20 muscles. Unfortunately, shoulder pathologies (e.g., rotator cuff tears, joint dislocations, arthritis) are common, resulting in substantial pain, disability, and decreased quality of life. The specific etiology for many of these pathologic conditions is not fully understood, but it is generally accepted that shoulder pathology is often associated with altered joint motion. Unfortunately, measuring shoulder motion with the necessary level of accuracy to investigate motion-based hypotheses is not trivial. However, radiographic-based motion measurement techniques have provided the advancement necessary to investigate motion-based hypotheses and provide a mechanistic understanding of shoulder function. Thus, the purpose of this article is to describe the approaches for measuring shoulder motion using a custom biplanar videoradiography system. The specific objectives of this article are to describe the protocols to acquire biplanar videoradiographic images of the shoulder complex, acquire CT scans, develop 3D bone models, locate anatomical landmarks, track the position and orientation of the humerus, scapula, and torso from the biplanar radiographic images, and calculate the kinematic outcome measures. In addition, the article will describe special considerations unique to the shoulder when measuring joint kinematics using this approach.

Biplane videoradiography can quantify shoulder kinematics with a high degree of accuracy. The protocol described herein was specifically designed to track the scapula, humerus, and the ribs during planar humeral elevation, and outlines the procedures for data collection, processing, and analysis. Unique considerations for data collection are also described.

바이플러나 비디오 방사선 촬영을 사용하여 3D 생체 내 어깨 운동학 측정

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

DLT 보정 스테레오 이미징을 사용한 말초 신경의 생체 역학적 분석

Direct Linear Transformation for the Measurement of In-Situ Peripheral Nerve Strain During Stretching

Peripheral nerves undergo physiological and non-physiological stretch during development, normal joint movement, injury, and more recently while undergoing surgical repair. Understanding the biomechanical response of peripheral nerves to stretch is critical to the understanding of their response to different loading conditions and thus, to optimizing treatment strategies and surgical interventions. This protocol describes in detail the calibration process of the stereo-imaging camera system via direct linear transformation and the tracking of the three-dimensional in-situ tissue displacement of peripheral nerves during stretch, obtained from three-dimensional coordinates of the video files captured by the calibrated stereo-imaging camera system.
From the obtained three-dimensional coordinates, the nerve length, change in the nerve length, and percent strain with respect to time can be calculated for a stretched peripheral nerve. Using a stereo-imaging camera system provides a non-invasive method for capturing three-dimensional displacements of peripheral nerves when stretched. Direct linear transformation enables three-dimensional reconstructions of peripheral nerve length during stretch to measure strain. Currently, no methodology exists to study the in-situ strain of stretched peripheral nerves using a stereo-imaging camera system calibrated via direct linear transformation. Capturing the in-situ strain of peripheral nerves when stretched can not only aid clinicians in understanding underlying injury mechanisms of nerve damage when overstretched but also help optimize treatment strategies that rely on stretch-induced interventions. The methodology described in the paper has the potential to enhance our understanding of peripheral nerve biomechanics in response to stretch to improve patient outcomes in the field of nerve injury management and rehabilitation.

늘어난 말초 신경의 3D 현장 변위를 캡처하기 위한 스테레오 이미징 시스템 DLT 보정

This protocol implements a stereo-imaging camera system calibrated using direct linear transformation to capture three-dimensional in-situ displacements of stretched peripheral nerves. By capturing these displacements, strain induced at varying degrees of stretch can be determined informing the stretch injury thresholds that can advance the science of stretch-dependent nerve repair.

스트레칭 중 현장 말초 신경 긴장 측정을 위한 Direct Linear Transformation

Peripheral nerves undergo physiological and non-physiological stretch during development, normal joint movement, injury, and more recently while ...

In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy

Several hip pathologies have been attributed to abnormal morphology with an underlying assumption of aberrant biomechanics. However, structure-function relationships at the joint level remain challenging to quantify due to difficulties in accurately measuring dynamic joint motion. The soft tissue artifact errors inherent in optical skin marker motion capture are exacerbated by the depth of the hip joint within the body and the large mass of soft tissue surrounding the joint. Thus, the complex relationship between bone shape and hip joint kinematics is more difficult to study accurately than in other joints. Herein, a protocol incorporating computed tomography (CT) arthrography, three-dimensional (3D) reconstruction of volumetric images, dual fluoroscopy, and optical motion capture to accurately measure the dynamic motion of the hip joint is presented. The technical and clinical studies that have applied dual fluoroscopy to study form-function relationships of the hip using this protocol are summarized, and the specific steps and future considerations for data acquisition, processing, and analysis are described.

In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy

Dual fluoroscopy accurately captures in vivo dynamic motion of human joints, which can be visualized relative to reconstructed anatomy (e.g., arthrokinematics). Herein, a detailed protocol to quantify hip arthrokinematics during weight-bearing activities of daily living is presented, including the integration of dual fluoroscopy with traditional skin marker motion capture.

인 비보 이중 불소시경을 이용한 동적 체중 베어링 활동 중 고관절 관절역학의 정량화

Several hip pathologies have been attributed to abnormal morphology with an underlying assumption of aberrant biomechanics. However, structure-function ...

의학

Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and product development. Stress-strain relationships are typically obtained from mechanical testing data to enable comparative assessment among samples and in some cases identification of constitutive mechanical properties. However, errors may be introduced through the use of average strain measures, as significant heterogeneity in the strain field may result from geometrical non-uniformity of the sample and stress concentrations induced by mounting/gripping of soft tissues within the test system. When strain field heterogeneity is significant, accurate assessment of the sample mechanical response requires measurement of local strains. This study demonstrates a novel biomechanical testing protocol for calculating local surface strains using a mechanical testing device coupled with a high resolution camera and a digital image correlation technique. A series of sample surface images are acquired and then analyzed to quantify the local surface strain of a vascular tissue specimen subjected to ramped uniaxial loading. This approach can improve accuracy in experimental vascular biomechanics and has potential for broader use among other native soft tissues, engineered soft tissues, and soft hydrogel/polymeric materials. In the video, we demonstrate how to set up the system components and perform a complete experiment on native vascular tissue.

We describe the use of digital image correlation to characterize the local surface strain field on vascular tissue samples subjected to uniaxial tensile testing. These measurements facilitate precise quantification of the sample mechanical response and the generation of constitutive stress-strain relations.

디지털 이미지의 상관 관계를 사용하면 혈관 조직 표본의 로컬 균주의 특성을

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and ...

다중보기 스테레오 및 Isogeometric 운동학을 사용하여 피부 확장의 돼지 모델에서 변형의 정량화

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선박의 스텐 트를 배포하는 동안 벽 역학 모니터링

Biplanar Videoradiography Dataset for Model-based Pose Estimation Development and New User Training

오픈 소스 디지털 이미지 상관관계를 통한 힘줄의 국소 조직 변형 측정

라이브 현미경 이미징 에서 3D 하이드로겔의 제어 변형

바이플러나 비디오 방사선 촬영을 사용하여 3D 생체 내 어깨 운동학 측정

스트레칭 중 현장 말초 신경 긴장 측정을 위한 Direct Linear Transformation

스트레칭 중 현장 말초 신경 긴장 측정을 위한 Direct Linear Transformation

스트레칭 중 현장 말초 신경 긴장 측정을 위한 Direct Linear Transformation

인 비보 이중 불소시경을 이용한 동적 체중 베어링 활동 중 고관절 관절역학의 정량화

디지털 이미지의 상관 관계를 사용하면 혈관 조직 표본의 로컬 균주의 특성을