利用多视角立体成像与等几何运动学在皮肤扩张的猪模型中进行应变量化

本实验的总体目标是利用等几何分析和多视角立体成像技术，量化组织扩张过程中皮肤的应变图。该方法有助于解答组织扩张领域内重建外科中的关键问题，例如确定不同扩张器形状、尺寸和充液速率所引起的区域形变。该技术的主要优势在于采用了计算分析与灵活的三维成像技术。

因此，该技术可在手术室中使用，且无需改变常规手术流程。该技术在治疗方面具有重要意义，因其可便捷地转化至临床应用，用于监测接受组织扩张治疗的患者皮肤变形图谱。首先，使用剃刀剃除尤卡坦小型猪的背部皮肤毛发，为其手术做好准备并实施麻醉。

用胶带去除残留的毛发，并用异丙醇彻底擦拭皮肤，以清除污染物。接着，确定动物体表的背侧中线，使用记号笔标记四个网格的背侧边界，使其位置距离背侧中线约两厘米。在皮肤上标记出第一个前部网格的位置后，留出三厘米的间隙，再标记后部网格的位置。

最后，确认标记的前部和后部网格位置相对于背侧中线对称，并且位于相同的尾上距离处。标记好网格位置后，制作一个10厘米×10厘米网格的纸质模板。具体操作为：用圆珠笔反复涂画线条，使网格线明显加粗，然后修剪模板。

接下来，用异丙醇彻底润湿所需皮肤区域，以促进网格描记的转移，并让多余的酒精自然风干，以防止墨水渗漏。将准备好的网格模板边缘与皮肤上的标记对齐，将网格墨水面向下贴附于皮肤，然后轻轻按压网格模板，确保墨水完全转移。数秒后，缓慢地将网格从皮肤上移除，并确认网格描记已正确转移。

纹身前，先在网格描迹上涂抹凡士林，以减少墨水晕染。使用纹身设备将纹身墨水覆盖网格线条。完成第一个网格的纹身后，将第二个网格的描迹转移至动物皮肤上，确保两个网格之间相距三厘米。完成第二个网格的纹身后，确认两个网格均位于背侧中线外侧两厘米处。

完成四个网格纹身后，确认它们位于背侧中线两侧两厘米处，并再次相互间隔三厘米。开始手术时，在麻醉后的猪皮肤上标记切口位置，该位置位于两个网格的中点处，然后标记扩张器的预期放置位置，使其位于纹身网格的上部区域。使用手术刀切开皮肤，再用剪刀在初始切口与扩张器预定放置区域之间创建一个紧密的皮下隧道，随后在已标记的扩张器放置部位进行钝性分离，以形成囊袋。

接下来，用抗生素溶液冲洗所创建的皮下隧道以防止感染，并将扩张器插入其皮下囊袋中。扩张器就位后，标记两个位于背侧中线附近的切口位置，用于扩张器注水端口的放置，然后用手术刀进行切开。随后，通过尾侧切口插入止血钳，分离另一条皮下隧道，将其与先前用于放置扩张器的切口相连，然后夹住扩张器的导管，并将其从尾侧端口切口中拉出。

使用第二个切口分离出用于放置注水壶的皮下囊袋，并将注水壶置入该囊袋中。使用止血钳创建另一条皮下隧道，连接两个注水壶放置切口，然后用止血钳夹住注水壶的导管，将其从组织扩张器导管所在的同一切口拉出。修剪两根导管后，通过金属连接器将它们连接起来。

通过在导管周围缝合，固定适配器两侧的连接。将导管从最初制作的切口处穿过，使导管系统置于皮下，然后将连接有50毫升注射器（内含液体）的21号针头经皮肤插入扩张器端口，通过抽拉活塞排出扩张器内的空气。待所有空气排尽后，向扩张器端口注入约10毫升液体，以确认其充盈正常。

最后，使用外科缝线关闭所有三个切口，然后在猪体对侧的两个网格之间标记切口位置，以便将第二个扩张器相对于第一个扩张器呈对角线方向放置。麻醉动物后，使用外科胶带将塑料软尺固定在网格之间，随后将动物侧放，拍摄记录网格的图像。必须从多个不同角度拍摄照片，确保图像对焦清晰，并主要包含目标对象，而非背景。

这将确保准确的三维几何重建，对分析至关重要。首先将相机置于动物上方，但向尾侧倾斜，以拍摄大致与地面平行的照片，确保纹身网格完全可见并充满画面；然后沿从尾侧到头侧的弧形路径围绕动物做环形移动，在移动过程中拍摄照片，并始终确保所有纹身网格均位于画面内且充满整个画面。接着，将相机朝向腹侧，拍摄角度大致与地面平行的照片，并沿从腹侧到背侧的弧形路径继续拍摄。

拍摄动物两侧照片后，根据所使用的方案进行充气操作。首先，用异丙醇清洁动物端口周围的皮肤。接着，用0.9%可注射生理盐水填充注射器，并将其连接至25号蝶形针头。

接下来，将针头连接到端口，然后将生理盐水注入扩张器中。注射完成后，再次拍照记录网格，方法同前。为进行数字重建，请使用市售的软件。

在此演示中，使用 MVS。首先，选择左上角的“照片转 3D”选项。接着，点击“添加照片”，浏览至图像所在位置，并手动选择对应于单个模型的 30 张照片，然后为模型命名并点击“创建”。

模型创建可能需要几分钟时间。接下来，单击右侧的仪表板以返回查看几何模型的代表性图像。要保存模型以进行分析，请在右下角选择该模型，单击下载并选择 obj 格式。

使用开源软件处理几何模型。导入由MVS软件生成的文件，然后在3D视图底部点击视口着色并选择纹理。在3D视图右侧查找包含着色子菜单的选项卡。

在着色选项中选择“无阴影”，然后右键单击几何体以选中它，并在3D视图底部选择编辑模式以显示三角网格。接着，通过右键单击并高亮标记点，逐个选择网格的节点。该点的坐标将显示在3D视图右侧的选项卡中。

选择并复制这些坐标，然后将它们粘贴到一个文本文件中。对网格的所有点重复此操作，以保存全部121个坐标，随后按照文本方案中的说明，利用这些数据最终量化形变。该方法已成功应用于研究不同扩张器几何结构所诱导的形变。

重点关注了球形和新月形扩张器引起的区域应变变化。在每个时间点，两种装置均被填充至相同体积。基于重建的样条曲面，通过参考网格和变形网格计算出变形情况。

以第0天作为参考基准。通过将每次扩张步骤结束时的结果与参考状态进行比较，并结合等高线图，分析了面积变化、角度θ以及两个正交方向上的拉伸比λ的演变过程。最终，等高线图的空间变化显示，皮肤在扩张器中心区域的拉伸程度大于周边区域。

有趣的是，尽管两个扩张器填充的体积相同，但填充球形扩张器引起的皮肤变形比填充新月形扩张器更大。观看本视频后，您应能够很好地掌握如何利用多视角立体成像和等几何分析来量化皮肤的变形图。在实施该操作过程中，重要的是使用卷尺对每个步骤进行拍照记录，以便在后续分析中对几何结构进行比例缩放。

采用此方法后，还可进行其他实验，如组织活检、后续的组织化学分析和基因组测序，以进一步探究皮肤拉伸所引发的细胞层面反应的相关问题。