שחזור פנים מייצג את אחד הגבולות התובעניים ביותר בניתוח שחזורי, שבו המטרות הכפולות של שיקום תפקוד והשגת אסתטיקה טבעית מתכנסת.בין אם לטפל פגמים מטראומה, סטיות מולדות, או ניתוח אידיאולוגי, המנתחים חייבים לנווט את ההתנהגות המכנית המורכבת של רקמות רכות - כמו גם שרירים, שומן, ו fascia - אשר לרפא ולא משפטן מודל מתפתח (FEMterming) כדי להפוך את המתודולוגיה מינימלית של טיפולית של מתודולוגיה, כמו גם מתודולוגיה חישובית, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפוך את ההשפעות חישובית מינימלית של אלפי חישובית לטווח קצר יותר מאשר תכנון מוקדם יותר, כלומר, כדי להפוך את המתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה, כדי להפוך את הפחתת תכונות חישובית של טיפולית של מתודולוגיה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפוך את ההשפעות לטווח קצר יותר מדי זמן קצר יותר ויותר, כדי להפוך את המתודולוגיה תכנון מוקדם יותר ויותר, כדי להפוך את המתודולוגיה של מתודולוגיה של טיפול מוקדם יותר ויותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, טיפול מוקדם של מתודולוגיה, כדי להפחית את המתודולוגיה של מתודולוגיה טיפול מוקדם של מתודולוגי

מה זה Finite Elementing?

פינטמנט מודלינג הוא טכניקה מספרית מושרשת במכניקה מבנית אשר פותר משוואות מעטות שונות השולטת בעיוות של תקשורת רציפה שפותחה במקור בשנות החמישים עבור אווירול והנדסה אזרחית, FEM היה מותאם בקרוב לבימכאים חלקית כדי ללמוד עצמות, טרחוס, ורקמות רכות.העיקרון הליבה כרוך בפירוק גיאומטריה מורכבת - כגון הפנים האנושיות - לכדי משוואה פשוטה יותר, החל מאלמנטים סטרומנטים (הוא מתייחס לעתים קרובות).

בהקשר של שחזור פנים, FEM משמש כדי לדמות את התגובה של רקמות רכות לטעון חיצוני, איציונים כירורגיים, תבעות, ומכשירים מושתלים.הסימולציה מתקדמת על ידי הזנת תנאי גבול (למשל, עקירה קבועה בבסיס הגולגולת, כוחות המופעלים על ידי מכשירים כירורגיים) ופתרון לעקירת לא ידוע באופן מעשי.

מרכיבים מרכזיים של זרימת עבודה FEM כוללים:

  • (FLT:0) רכישת גיאומטריה: FLT:1 רזולוציה גבוהה CT או סריקת MRI מופרצים כדי ליצור משטח תלת מימד של הפנים, כולל עצמות, שרירים ושכבות עור.
  • (FLT:0) הקצאת רכוש אווירי:FLT:1ir רקמות רך מאופיין כמו hyperelastic, מולקולסטי, או חומרים פוארוטיים, עם פרמטרים כגון מודלוסים של יאנג, יחסו של פומפסון, וזמני הרפיה תלויים בזמן.
  • (FLT:0) דור המרש: 1:1 הגיאומטריה מחולקת לדבורה נאה של אלמנטים; מחקרים התכנסות להבטיח כי צפיפות אלמנט מספיקה לתוצאות מדויקות מבלי לגרור עלויות חישוביות מופרזות.
  • (ב) תנאי טעינה וטעינה: FLT:1 פעולות כירורגיות - מתח, גובה רפה, מתח מסגר - הם מתודגם כמו עקירות או מתחים שנקבעו.
  • (ב) ⁇ :0) ו- לאחר עיבוד: חליל 1 (למשל, Abaqus, ANSYS, COMSOL) מאמתים את העיוות, ותוצאות ניתנות לראייה כמפות קונוס של מתח או שדות עקירה.

יישום שיקום הפנים

FEM כבר מיושם בספקטרום רחב של תהליכי שיקום פנים, החל משינויים קלים צלקות ועד לשיקוםים מורכבים ותכנית השתלת פנים מלאה.היכולת לחזות התנהגות רכה לפני אי-החתימה נעשה מאפשר לחוקרים לשפוט גישות מרובות כמעט, בחירת אחד הממזער את המתח, משמר אספקת דם, ומעניק את התוצאה הסימטרית ביותר.

ניתוח Flap Surgery

משטחים מקומיים ואזוריים הם התווך של שחזור פנים.הצלחתו של ערימה תלויה בהיתוך vascular נאותה ומתח מינימלי באתר הסגר.מודלים FEM יכולים לדמות את עיוות הפלט כפי שהוא מסתובב או מתקדם לתוך הפגם, מדגיש אזורים של זנים מוגזמת שעלולים לפשרה.

במחקר שנערך על ידי UL:0 ,Lee et al. (2019)BuildFLT:1, FEM שימש כדי לייעל את העיצוב של V-Y קידום flaps בלחיים, המוכיח כי זרוע התקדמות ארוכה יותר עם מדבק הדרגתית מופחתת עור עד 24% בהשוואה למשטח עבה.

השתלת ו Prosthesisאינטגרציה

שחזור פנים לעתים קרובות כרוך המיקום של שתלים סינתטיים (למשל, סיליקון, ⁇ פוליאתילן) לתיקון רצפת מסלול, הגדלת ממאר, או קוטורטור מטבולי.האינטראקציה בין השתל נוקשה לבין הרקמה הרכה שמסביב היא בעיה מכנית קלאסית: קשיחות לא מקבילה יכולה לגרום לשתלים גלויים, exion, או דלקת כרונית.EM מאפשר שילוב וירטואלי של השרירים של הרקמות לתוך הרקמות החלקה של חומרת של הדחיסה של הרקמות החלקה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להתאים את גודל הפשטה של חומרת של הפשטה של הפשטה של הדחיסה של הפשטה של הדחיסות של הפשטה של הדחיסה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, הוא חומרת לחץ החלקה של חומר זה יכול לגרום לדגמימין 3D.

דוגמה בולטת היא בשחזור מסלול, שבו FLT:0Marin et al. (2021)earph:1 השתמש FEM ספציפי לחולה כדי להעריך שלושה עיצובים שונים של רצפה מסלול.המודל חזה כי לחץ מגע מופץ מעט גבוה יותר על פני שטח גדול יותר, צמצום הלחץ על השריר נחות על ידי 35% והורדת הסיכון של דיפלופיה.

תכנון כירורגי מגדרי-Affirming Internal Surgery

פניות מגדריות או masculinization כרוכות בשינוי bony ו- חתיכה חתומה כדי להתאים את זהות מגדרית. נוהלים כגון מצח contouring, rhinoplasty, והפחתה הלסת תועלת מאוד מ FEM כי שינויים העצם הבסיסית לשנות את התדירות של רקמות רכות יתר.

תכונות של Soft Tissues

הדיוק של כל סימולציה FEM hings על נאמנות של המודל המטוגן שהוקצה לרקמות הרכות.רקמות רכות פנים הן לא מוצקות לינאריות גמישות; הם מציגים FLT:0 ירכיים גבוהות, הרפיה מולסטית, anisotropy מ אוריינטציה סיבי שריר, ו quasi-incompressibilityFLT:1 (שינוי).

מודלים היפר-גלקטיים

עבור סימולציות כירורגיות סטטיות או quasi-static, מודלים חומריים היפרלקטיים משמשים בדרך כלל.הפופולרי ביותר כוללים ניאו-Hookean, Mooney-Rivlin, ומודלים Ogden. אלה מניחים כי רקמות מאחסן באופן אנרגטי אבל יכול לעבור עיוותים גדולים (Strain > 50%). estimation דורש exvo או ב vivodens - לעתים קרובות באמצעות Tenile או in adentation in aactation in the Structures in the Structure in the Structuredation in the Structure torated או in the Structure in the Structure to the Structure to the Structure in the Structure.com-com-com-com-com-com-com-com-uptmindexitive or in the Finalative or in the Finalized model in the Finalative or in the Finalative or in the Structure to the Structure toverse Analysis toverse Analysis toverse Index toverse Index to the Final Index to the Final Index toverse Index toverse Index to the Final Index toverse Index to the Final Index toverse.

לדוגמה, מחקר שנערך על ידי EF:0 Ni Annaidh et al. (2019)FLT 1 מדד התגובה של הלחץ של העור מן המצח והלחיים ב 12 צונחים.הם מצאו כי מודל Ogden (order N=2) הכיל את הנוקשות הלא ליניארית שנצפתה בזנים מעל 30%.

ויוקרטיות ופורמולסטיות

במהלך סיבוב flap או retraction ממושך, אפקטים תלויי זמן הופכים קריטיים.מודלים ויסקואלסטיים משלבים את המודולוס של זמן תלוי בהקלה, לכידת המצמרר (התאוששות במתח תחת לחץ קבוע) ורגיעה מתח (decrease in Stress under סטרס מודלים פלואולטטיים להוסיף את התנועה של נוזל בין-פיקטיבי באמצעות ממטריקס הרקמות, אשר חיוני לסימולציה ושינויים בפזים.

FEM הכולל poroelasticity יכול לחזות כיצד סגירה הדוקה תדחוס את המיקרו-שקע, שעלול להוביל לאיכמיה.מחקר קליני אחד הראה כי מודל פורוליסטי זיהה כראוי אזורים של חמצן רקמות מופחת בכובע מצח, המאפשר לחוקרים לשחרר מתח לפני ערפילית החיס.

Anisotropy in שריר ועור

שרירי הפנים (למשל, קדמית, Orbicularis Oris) יש סיבים מוכווניים המייצרים התכווצות פעילה וגם מציגים אנזוטרופיה פסיבית. Skin היא anisotropic בשל ההיערכות העדינה של סיבים קולגן (קווי Langer) שאינם אחראים באופן משמעותי ל anisotropy יכול להוביל לחיזויים שגויים של פער הפצעים או תוכנת עור מודרנית (FEM) אם כי הוא מאפשר באופן משמעותי של נתונים דיפרציה מקומית (DIF) של חומר דיפרציה).

יתרונות ואתגרים של Finite Element Modeling

כאשר מיושם באופן עסיסי, FEM מביא יתרונות משמעותיים לצוות שיקום הפנים.עם זאת, הטכנולוגיה מציגה גם מכשולים מעשיים ותיאורטיים שיש להתגבר עליהם על אימוץ קליני נרחב.

יתרונות

  • (FLT:0) תובנה מוקדמת: מנתחים 1FLT יכולים לדמיין ולכמת התנהגות רקמות שאינה נראית אחרת – כגון התפלגות מתח פנימי של פון מיז עמוק בתוך הערימה – לפני ביצוע קיצוץ יחיד.
  • (FLT:0) התאמה ספציפית ספציפית ל-Patient:FLT:1 FEM ממינוף נתונים הדמיה בודדים, חשבונאות עבור וריאציות ייחודיות באנטומיה, קשיחות רקמות, וצלקות בתוצאות השפעה אלה.
  • (FLT:0) ניכוי של משפט-וטרור: ראט" 1) על ידי השוואת תוכניות כירורגיות וירטואליות מרובות בסליקו, המנתח יכול לבחור את אחד עם הסיכון הסיבוכים הצפוי הנמוך ביותר (למשל, מתקפל עור מקסימלי, עלייה מתחת ל-50%).
  • ערך חינוכי:0 (FLT:1 מנתחי רכב יכולים לתרגל שחזורים מורכבים על חולים וירטואליים, בניית אינטואיציה עבור כמה תרגילים שונים משפיעים על מכניקה רכה ללא סיכון של חולים אמיתיים.
  • (FLT:0) חיסכון משותף: 1.10LT:1 ירידה בהתאמות תוך ניתוחי תיקון מפחיתה את עלויות הטיפול הכללי ואת זמן הפעולה.

אתגרים

  • (FLT:0) אי הוודאות של רכוש אווירי: FLT:1 בתכונות רקמות vivo להשתנות באופן נרחב בין אנשים ואפילו בתוך אזורים שונים של אותו מטופל.רוב דגמי FEM עדיין להסתמך על ערכי ספרות ממוצעים, אשר עשויים לא לשקף את הנוקשות האמיתית של רקמת צלקות של המטופל או מבוימת.
  • (FLT:0) עלות חישובית: FLT:1 גבוה נאמנות עם עשרות אלפי אלמנטים, בשילוב עם חומרים היפראלסטיים או מולקוליסטים, יכול לקחת שעות או אפילו ימים לרוץ על יצירות סטנדרטיות.זה מגביל את היכולת לחלחל באמצעות תרחישים כירורגיים רבים במהירות.
  • פער ההפחתה:0(Validation פער: 1) תחזיות FEM מעטים תועדו בתקיפות נגד תוצאות פוסט-אקטיביות בקרב קבוצות חולים גדולות.ללא אימות כמותי, המנתחים עשויים להיות רגישים למתן אמון בסימולציות.
  • מורכבות המצב המסובכת:0 (FLT:103) מודל האינטראקציה בין השרירים אשר חוזים באופן פעיל, מיקום של תותות, ואפקט הכבידה על פני תגמול דורש ניסוח זהיר; תנאים מוגברים יכולים לייצר תוצאות מטעה.
  • (FLT:0) אינטגרציה לתוך זרימת עבודה קלינית: ibph:1 , פלטפורמות FEM הנוכחי לא נועדו לשימוש בזמן אמת בחדר התפעולי.הם דורשים מומחיות בהנדסה מכנית שרוב הצוותים הקליניים חסרים.

כיוונים עתידיים

העשור הבא צפוי לראות מעבר FEM ממכשיר מחקר לקראת כלי קליני שגרתי לשיקום פנים. כמה התפתחויות טכנולוגיות מאיימות את השינוי הזה.

Machine Learning - Assisted Surrogates

למידה עמוקה יכולה להיות מאומנת על אלפי תוצאות סימולציה FEM כדי ליצור מודל חלופי המנבא עיוות רך-לא-על במילימטרים.לדוגמה, רשת עצבית אבולוציונית יכולה לקחת מסיכה בינארית של אי-ציון מתוכנן ולהפיק שדה עקירה עם דיוק FEM-FEM-FEM כזה יאפשר למנתחנים לחקור עשרות עיצובים אינטראקטיביים במהלך ביקור מרפאה.

מודלים רבים-Scale ו-זוגות

מודלים עתידיים יהיו שותפים לעיוותים מקרוסקופיים עם תגובות בקנה מידה סלולרי כגון אנגוגנזה ושיפוץ קולגן.זה יאפשר תחזיות לא רק של תוצאות כירורגיות מיידיות, אלא של איכות צלקות ושינויים אסתטיקה לטווח ארוך על פני חודשים של ריפוי. Multiscale FEM ידרוש אסטרטגיות הומוגניזציה זהירה, אבל העבודה המוקדמת בניסוי ריפוי הוא מבטיח.

ב-Vvo Tissue Characterization

מכשירים ניידים כגון אולטרסאונד elastography וכלים מזהמים המבוססים על רחמים יכולים כעת למדוד נוקשות רקמות במרפאה.שילוב ערכים ספציפיים לחולה אלה ישירות לתוך ה- FEM יבטל את ההסתמכות על ממוצעי האוכלוסייה ולשפר מאוד את חוקרי הדיוק ב- FLT:0Vlacoulos et al. (2021)Fevolveve:1LT הראה כי במיפוי vivoness באמצעות חיזוי מגנטי של החידושים ל-Flastation לעומת 40% לאחור מודלים של פני פנים.

זמן אמת תוך ניתוח סימציה

ההתקדמות במחשוב GPU-accelerated ומודלים מופחתים עשויים בקרוב לאפשר הדרכה מבוססת FEM במהלך ניתוח. מציאות רבודה יותר עלולה להראות את הצורה הסופית של שניות ספורות לאחר המנתח מבצע תמרון, להסתגל לתנאים משתנים כגון edema או לחץ דם.מערכת כזו תהפכה הערכת פערים ותפחית את הצורך בבדיקות doppler.

פרוטוקולים סטנדרטיים

עבור FEM להיות כלי קליני מרכזי, השדה חייב לפתח קונצנזוס על מדדי אימות.ארגונים כמו FLT:0 האגודה הבינלאומית של BiomechanicsFLT:1 פועלים כדי להגדיר מקרים של ציון (למשל, סטנדרטיזציה סימולציה פניות, סיבוב טיפ האף) נגד אשר כל מודל חדש חייב להיבדק.

מסקנה

פינטמנט מודלינג התפתח מטכניקת הנדסה נישה לבעל ברית רב עוצמה עבור המנתחים ביצוע שחזור פנים. על ידי המרת נתונים אנטומיים ומכניים לתחזיות כמותיות, FEM מעצימה רופאים לתכנן ניתוחים מתעניעים יותר ואסתטיים יותר מבחינה אסתטית.השילוב המתמשך של תכונות חומריות ספציפיות לחולה, למידה פונדקאית, וסימולציה בזמן אמתית זה יגרום לחלק חיוני של כלי הניתוחים של המערכת הרפורמת המאוחרת המאוחרת של המאוחרת והתוכנה הגדלה, אשר עובר, בין השנים, והטבות הקלינית, בסופו של כל שנה, בסופו של סימולציה של סימולציה של כל אחת, בסופו של סימולציה של סימולציה של סימולציה קלינית, בסופו של כל אחת, בסופו של כל שנה, בסופו של דבר, בסופו של דבר, בסופו של דבר, והפך, בסופו של דבר, והפך סימולציה פנימית, והפך סימולציה מתקדמת יותר, אשר הופכת להיות נגישה, והופכים את הטכנולוגיה הזו, בין השנים הבאות, בסופו של דבר, בין השנים הבאות, בין השנים הבאות, והופכים את הטכנולוגיה הזו, וסימולציה של דבר, אשר הופכת להיות יותר, בין סימולציה של דבר, כך, וסימולציה של דבר, כך, וסימולציה של דבר, כך,