جراحی ترمیمی اغلب به گسترش دهنده های بافت برای تولید پوست اضافی و بافت نرم برای ترمیم نقص های ناشی از تروما، بخش تومور یا ناهنجاری های مادرزادی متکی است.این دستگاه های ایمپلنت که معمولا از سیلیکون ساخته شده اند، در زیر پوست قرار می گیرند و به تدریج با استفاده از عوارض جانبی آن ها در طول هفته ها یا ماه ها پر می شوند.

اصول مکانیک گسترش بافت

فرآیند گسترش بافت به استفاده از بارهای مکانیکی کنترل شده برای بافت زنده متکی است.هنگامی که یک گسترش دهنده در حال فرو رفتن است، فشار داخلی ایجاد می کند که نیروهای کششی را به dermis اطراف، چربی زیر برش و عضله منتقل می کند.این نیروها یک آبشار از رویدادهای سلولی و مولکولی را ایجاد می کنند که به طور کلی به عنوان mechanotransduction شناخته می شوند که تحریک تکثیر سلول، کلاژن، بازسازی و بازسازی مکانیکی، و عوامل کلیدی استرس هستند.

رابطه استرس-Strain

به عنوان نیروی توزیع شده در یک منطقه معین (نیروی در هر واحد)، در حالی که [به عنوان نیروی توزیع شده در یک منطقه معین تعریف شده است، در حالی که اشاره به تغییر نسبی بافت در پاسخ به گسترش بافت، در گسترش بافت، فشار بیرونی که ارتباط ماتریس اطراف را گسترش و تنش های جذب می کند، به دلیل جلوگیری از آسیب رساندن به شدت شدید فیبر واقعی به دلیل جلوگیری از آن، به دلیل آسیب رساندن به آن استرس شدید از آن، می تواند به آن، فشار مایع و فشار غیر مسریقوط.

رفتار و کریپستیک و

بافت های بیولوژیکی رفتار های پریشی را نشان می دهند، به این معنی که آنها هر دو اجزای الاستیک (بازگشت ناپذیر) و چسبناک (مخشک) دارند، دو پدیده مهم مشاهده شده در طول گسترش بافت، آرامش و خزیدن را دارند.[۱۰] تسکین دهنده درد به طور تدریجی به کاهش استرس در طول زمان اشاره می کند، زمانی که بافت در یک سویه ثابت نگه داشته می شود که به افزایش حجم ثابت کمک می کند.

تکنیک های شبیه سازی در تجزیه و تحلیل مکانیک

شبیه سازی های محاسباتی ابزار ضروری برای پیش بینی اینکه چگونه بافت به نیروهای گسترش دهنده پاسخ می دهد، تبدیل شده اند.آنها به محققان و جراحان اجازه می دهند تا پروتکل های مختلف تورم، هندسه ها و خواص مواد را بدون انجام آزمایش های تهاجمی آزمایش کنند. روش های به طور گسترده ای استفاده شده تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) است که ساختارهای پیچیده را به عناصر کوچک تجزیه می کند تا معادلات مکانیکی را حل کند.

تحلیل عناصر Finite

مدل های FEA تعامل بین پارامترهای گسترش دهنده و اطراف را با اختصاص خواص مواد (به عنوان مثال، modulus جوان، نسبت Poisson، پارامترهای چسبناک) به هر عنصر شبیه سازی اندازه استخوان قابل دستیابی به عنوان یک فشار داخلی یا حجم افزایش یافته، و حل کننده محاسبه استرس نتیجه، فشار و جراحان شبیه سازی، چگونه می تواند به تصویر کشیدن اندازه استخوان و یا افزایش یابد، به عنوان یک مدل موجود داخلی آسیب دیده می شود، و یا توضیح می دهد که چگونه می تواند به دست آورد.

مدل سازی بیمار-Specific Modeling

پیشرفت در تصویربرداری پزشکی باعث شبیه سازی های خاص بیمار شده است. CT یا اسکن MRI (برای بازسازی آناتومی سه بعدی قفسه سینه بیمار، پوست سر یا اندام) خواص مواد تشکیل دهنده می تواند از بافت خود بیمار از طریق elastLT یا تست مکانیکی بیوپسی ها تخمین زده شود؛ این مدل های شخصی دقت پیش بینی بالاتری را ارائه می دهند و می توانند به پروتکل های توسعه برای پاسخ های خاص بهبود حجم بیمار کمک کنند.

برنامه های بالینی و نتایج

شبیه سازی اثرات مکانیکی به طور مستقیم تصمیم گیری بالینی را مطلع می کند.با پیش بینی تغییرات ضخامت بافت، توزیع استرس و مناطق خطر، جراحان می توانند پروتکل های توسعه امن تر را طراحی کنند و ایمپلنت مناسب برای بازسازی پستان را انتخاب کنند. مزایای بالینی بیشتر در بازسازی سینه پس از ماستکتومی، بازسازی مو و بازسازی صورت بعد از سوختگی مشهود است.

بهینه سازی پروتکل های توسعه

پروتکل های سنتی شامل تزریق هفتگی یا دو هفته ای برای افزایش تدریجی حجم گسترش دهنده (هر چند این روش یک اندازه مناسب برای همه ی تغییراتی بیمار به بیمار در انطباق بافت است.[۱] شبیه سازی ها اجازه می دهند تا پزشکان برنامه های جایگزین را آزمایش کنند، مانند گسترش سریع با فواصل کوتاه، یا آهسته تر، پروتکل های محافظه کارانه تر که ممکن است درد را کاهش دهند. [۱۰]

پیشگیری از بیماری

عوارض ناشی از گسترش بافت شامل عفونت، سروما، هلماتوما، بیش از حد دردآور و، به طور انتقادی، ایزومی بافت یا شبیه سازی های نcrosis کمک می کند تا مناطق با استرس بالا را شناسایی کنند که جریان خون ممکن است به خطر بیفتد.با مدل سازی تغییر میکروتوکول، محققان می توانند تغییرات تزریق و هشدار به جراحان برای جلوگیری از کشش بیش از حد در نزدیکی عروق بحرانی، برای مثال، گسترش آن (Fcia) برای کاهش تجزیه و تحلیل اثر تجزیه و تحلیل.

مسیر های آینده

نسل بعدی تکنولوژی گسترش بافت، نظارت بر زمان واقعی، مواد هوشمند و یادگیری ماشین را برای ایجاد سیستم های توسعه تطبیقی ادغام می کند. سنسورهای ایمپلنت که فشار، حجم و اکسیژن بافت را اندازه گیری می کنند می توانند داده ها را به مدل های محاسباتی منتقل کنند، که سپس پارامترهای تورم را به طور خودکار از طریق یک سیستم پمپ متصل تنظیم می کنند.این روش حلقه بسته وعده می دهد تا ایمنی و گسترش را افزایش دهد در حالی که کاهش ناراحتی بیمار را تسریع می دهد.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین

الگوریتم های یادگیری ماشین را می توان در مجموعه داده های بزرگ از گسترش های قبلی، از جمله انسان شناسی بیمار، مشخصات گسترش یافته و نتایج، برای پیش بینی حجم شروع بهینه، برنامه های تزریق و احتمال عوارض آموزش داد. [۱] این مدل های مبتنی بر هوش مصنوعی با FELT ادغام شده اند تا هزینه محاسباتی را کاهش دهند در حالی که حفظ قدرت پیش بینی شده است، شبکه های عصبی می توانند توزیع استرس را در تصمیم گیری واقعی (FI) و پشتیبانی بیشتر از طریق سیستم های زیست شناسی (biome:

توسعه دهندگان هوشمند و مواد غذایی Bio-Responsive

محققان در حال توسعه توسعه دهندگان ساخته شده از پلیمرهای شکل و یا ⁇ s هستند که می توانند حجم را در پاسخ به نشانه های فیزیولوژیکی مانند pH، دما یا فعالیت آنزیمی تغییر دهند، این مواد می توانند نیاز به تزریق های بیرونی را کاهش دهند و گسترش طبیعی تر و تدریجی تری را فراهم کنند که رشد فیزیولوژیکی را تقلید می کند.

نتیجه گیری

شبیه سازی مکانیکی گسترش دهنده بافت با ارائه یک چارچوب کمی برای درک و کنترل نیروهای که رشد بافت را هدایت می کنند، جراحی بازسازی شده است و مدل سازی خاص بیمار، بینش بی سابقه ای در مورد روابط استرس-استریک، رفتار بافتی را ایجاد می کند و در نهایت امکان بازسازی ایمن تر و موثرتر پروتکل های توسعه را فراهم می کند.