Yüz rekontrüksiyonu, rekonstrüktif cerrahinin en zorlu sınırlarından birini temsil eder, iki fonksiyonunu geri yüklemenin ve doğal estetiklerin bir araya gelmelerini sağlar.Progenital anomaliler veya onkolojik resection, cerrahlar yumuşak dokular karmaşık mekanik davranışlarını gezinmeli - kas, şişman ve fascia - bu deform ve iyi düşünülemez derecede iyileştirici bir şekilde düzeltilmiş olan binlerce elementin anatomisine bölünmesini sağlar.

Finite Element Modeling Nedir?

Finite Element Modeling, kemik, kartilage ve yumuşak dokular incelemek için 1950'lerde gelişmiştir. Temel prensip, insan yüzünün bozulması gibi karmaşık bir geometriyi diskeletirir - daha basit, birbirine bağlı elementler (örneğin, tetrahedra veya hexahedra) ile ilişkili doku örneklerinden türevren denklemleri ile ilişkilendirir.

Yüz rekontasyonu bağlamında, FEM, dış yüklere yumuşak dokuların yanıtını taklit etmek için kullanılır, cerrahi kesintiler, suratlar ve implante edilmiş cihazlar. Simülasyon, sınır koşullarını sağlayarak devam eder (e.g, cerrahi cihazlar tarafından uygulanan sabit bir yer), ve bilinmeyen olmayan herhangi bir şekilde çözüm için çözüm üretir.

FEM iş akışının temel bileşenleri şunlardır:

  • [FONT=0)Geometri satın alma: [DFLT:1] Yüksek çözünürlüklü CT veya MRG taramaları, kemik, kas ve deri katmanları da dahil olmak üzere 3D yüzeysel bir ağ oluşturmak için segmente ayrılmıştır.
  • [FONT:0)Mali mülkiyet ataması:[Dönetici:0) Yumuşak dokular hiperelastic, viskoelastic veya poroelastic malzemeler, Young's modulus, Poisson'un oranı ve zamana bağlı sağlık sabitleri gibi parametrelerle karakterize edilir.
  • [FONT=0]Mesh nesli:[Döneticiler için iyi bir element örgüsü olarak bölünmüştür; yakınlık çalışmaları, element yoğunluğun aşırı hesaplama maliyeti olmadan doğru sonuçlar için yeterli olmasını sağlar.
  • [FONT:0]Boundary and Load conditions:[Dönetici: [Dönetici: 1) Cerrahi eylemler – sonluluk, fısıtlama, kapanmadan kaynaklanan gerginlik – belirtilen yerlerin veya traksiyonların modellendiği gibi.
  • [FONT:0) Solution and post-processing:) Solvers (e.g., Abaqus, ANSYS, COMSOL) deformasyonu hesaplamak ve sonuçlar stres veya yerinden edilme alanlarının haritaları olarak görselleştirilmiştir.

Yüz Yeniden Yapılanma Uygulaması

FEM, bir kesikten önce yumuşak-toku davranışını tahmin etme yeteneği, cerrahların gerginliklerini en aza indirmelerini ve en doğruyu elde etmelerini sağlamak için çok sayıda yaklaşım denemesine olanak sağlar.

Flap Cerrahisi Simülasyonu

Yerel ve bölgesel fsiyonlar yüz yeniden inşa etmenin ana yeridir. Bir fıtratın başarısı, kapatma sitesinde kullanılan uygun damar perfüzyonuna ve minimum gerginlike bağlıdır. FEM modelleri, fıtrat ve damar kinkinglerine en aza indirmek için çırpılabilir veya gelişmiştir. Örneğin, nazal refüzyon için kullanılan bir nazolabial çırpıcı için kullanılan bir fıtraksiyonunma bölgelerinin farklı noktalar ve rotasyon açılarını tanımlamak için farklı noktalarla modellenebilir.

CUMH:0)Lee et al. (2019)) tarafından yapılan bir çalışmada, FEM, V-Y ilerleme uçlarının tasarımını yanaştırmak için kullanıldı, daha uzun bir ilerleme kolunın kademeli olarak azaltıldığını gösteriyor, geleneksel kalın bir fıstıkla kıyasla% 24 oranında azalır.

İmplant ve Prosthesis Entegrasyon

Yüz rekonsasyon genellikle sentetik implantların yerleştirilmesini içerir (örneğin, silikon, göz ardı edilebilir polindi) çünkü yörünge zemin onarımı, malar augmentasyon veya mandibular kontraksiyonu. Sağlam bir implant ve çevreleyen yumuşak doku arasındaki etkileşim klasik bir mekanik problemdir: yanlış bir dövme, implant kenarlarını, ekstrüzyon veya kronik bir inflamasyonu sağlar. FEM, implantın 3D modeline sanal bir ekleme sağlar.

Önemli bir örnek yörüngesel yeniden inşa edilir, ki:0)Marin ve al. (2021) ), üç farklı yörüngede implante implantı değerlendirmek için hastaya özel FEM kullandı. Model, daha büyük bir alanda küçük bir implant temas basıncının, aşağı retüze edilen kasta %35 oranındaki yüksek stresin azaltılmasını ve dippi riskini azaltacağını tahmin etti.

Cinsiyet-Af'nın Yüz Cerrahisini Onaylamak için Cerrahi Planlama

Cinsiyet-uyarısı yüz feminizasyon veya erkekleştirme, aşırılıktan aşırılıktan kaynaklanan rahatsızlıkları azaltmak için bony ve yumuşak-trup kontraseptifleri uyumlu hale getirmek için, FEM, ön deriyi nasıl rahatlatır veya toplama, aşırılık veya depresyon alanlarının aşırı derecede azaltımı sağlar.Bu tahmin edici kemik gücü, yüksek çözünürlükte bulunan bir tamponad veya yağ enjeksiyonu ile aynı şekilde bir araya getirmesine olanak sağlar.

Yumuşak Dokunuşun Malzeme Özellikleri

Herhangi bir FEM simülasyonunun doğruluğu, kas yönlendirmesinden gelen materyalin sadakatine bağlıdır ve yarının yumuşak dokulara verilen basit doğrusal elastik katı değildir; bunlar, istatistiksel olarak aktif bir araştırma alanıdır.

Hiperelastic Modeller

Statik veya yarıküresel cerrahi simülasyonlar için, hiperelastic materyal modelleri en yaygın olarak kullanılır. En popüler olanı Neo-Hookean, Mooney-Rivlin ve Ogden modelleri.Bu, doku mağazalarının enerji elastik olarak ancak >% 50) parametre tahminlerinin eski bir çekme veya in vivo test gerektirir - bir çekme cihazı kullanarak - sonlu elemanlar analizi ile uyumlu olarak model katlanabilir.

Örneğin, OKUL'un bir çalışması:0)Ni Annaidh et al. (2019)), 12 kattan sonra deri basıncının strese ve yanaklardan gelen tepkilerini ölçtü. Ogden modeli (N=2) en iyi şekilde% 30'dan fazla bozulmamış sertleştirilmiş sertleştirilmiş. Bu bölgeye özgü özellikler FEM modellerine ek olarak, 12 kattan sonra basıncın tahminlerini önemli ölçüde iyileştirdiler.

Viscoelasticity ve Poroelasticity

Fıs rotasyonu veya uzun süreli geri çekilme sırasında, zamana bağlı etkiler kritik hale gelir. Viscoelastic modeller, edema ve perfüzyon değişiklikleri için gerekli olan doku matrisi aracılığıyla geçici sıvının hareketini ekler.

Poroelasticity içeren bir FEM, sert bir kapatmanın mikrovaskülünü nasıl sıkıştıracağını tahmin edebilir, potansiyel olarak ischemia'ya yol açan bir klinik çalışma, bir poroelastic modelinin, bir alpakta oksijenasyon alanını doğru tespit ettiğini göstermiştir, cerrahların fütürü nekrovasozun meydana gelmeden önce gerginlik serbest bırakmasını sağlar.

Kas ve Skin'te Anisotropy

Yüz kas (örneğin, önalis veyabicularis veyais) aktif sözleşme sağlayan ve ayrıca pasif anisotropy'yi sergileyebilen fiberlere yönelik olarak bir izotoplama (DTI) veya histolojik verilerden elde edilen bir miktar, bu da karmaşıklıkta yatan temelsel değişkenliklere yol açabilir.

Finite Element Modeling Faydaları ve Zorluklar

Bununla birlikte, FEM, yüz rekontrüksiyon ekibine önemli avantajlar getiriyor. Ancak, teknoloji aynı zamanda yaygın klinik kabul için üstesinden gelmek için gerekli pratik ve teorik engeller sunar.

Faydaları Faydaları Faydaları

  • [FONT:0) Tahmin edici bir anlayış:[Döneticiler görselleştirebilir ve başka türlü görünmez olan doku davranışını ölçebilir - iç von Mises stres dağılımı bir çırpın – tek bir kesme yapmadan önce.
  • [FONT:0)Patient-spite:) FEM, anatomi, doku sertlik ve bu etki sonuçları etkileyen eşsiz varyasyonlar için bireysel görüntüleme verilerinden yararlanır.
  • [FONT=0]Reduction of case-and-error:Koleksiyonda birden fazla sanal cerrahi planı karşılaştırarak, cerrah en düşük tahmin edilen komplikasyon riski (örneğin, maksimum deri katlaması, %50'nin altında yüksek miktardaki yüksek basınç).
  • [FONT:0]Eğitim değeri: [Dönetici:[Dönetici: 0) Eğitmenler sanal hastalar üzerinde karmaşık yeniden yapılandırmalar uygulayabilir, farklı manevraların gerçek hastalar olmadan yumuşak-tral mekaniği nasıl etkilediği için sezgi oluşturabilirler.
  • [FONT:0)Cost tasarruf:[Dönetici:[Dönetici:0)Rektör içi ayarlamalar ve revizyon cerrahileri genel tedavi maliyetlerini ve ameliyat süresini azaltır.

Meydanlar

  • [FONT:0)Maliye mülk belirsizlik:[Dönetici:[Dönetici:0)In vivo doku özellikleri, aynı hastanın farklı yüz bölgelerinde bile geniş ölçüde değişebilir. Çoğu FEM modelleri hala ortalama edebiyat değerlerine güvenebilir, bu da bir hastanın yaralanan veya geri dönüştürülmüş dokudaki gerçek sertliklerini yansıtamaz.
  • [FONT:0)C ⁇ maliyeti: Yüksek sadakat ağları, on binlerce elementle bir araya gelir, doğrusal olmayan hiperelastic veya vielastic olmayan çözücülerle birlikte, standart iş istasyonlarında koşabilmek için saatler veya hatta günler sürebilir.
  • [FONT=0]Validasyon boşluğu:[Dönetici:[Dönetici:0))))) Çok sayıda FEM tahminleri, büyük hasta kohortlarında postoperatif sonuçlara karşı titiz bir şekilde doğrulanabilir.
  • [FONT:0]Boundary koşul karmaşıklığı:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0))Dörtsel olarak, suratların yerleştirilmesi ve bir rekont yüzündeki yerçekimi etkisi dikkatli bir formülasyon gerektirir; aşırılaştırılmış sınır koşulları yanıltıcı sonuçlar üretebilir.
  • [FONT:0) Klinik iş akışına giriş: Mevcut FEM platformları işletim odasında gerçek zamanlı kullanım için tasarlanmamıştır. Bu boşluğun çoğu klinik takım eksikliğini mekanik mühendisliğinde uzmanlık gerektirir.Bu boşluk otomatik segmentasyon ve malzeme atama ile kullanıcı dostu yazılımı gerektirecektir.

Future Yol Tarifi

Önümüzdeki on yıl FEM geçişini yüz rekontrü için rutin klinik enstrümana doğru bir araştırma aracından görecek. Birkaç teknolojik gelişme bu değişimi hızlandırıyor.

Makine Öğrenmesi –Assisted Surrogates

Derin öğrenme, binlerce FEM simülasyonu sonuçları üzerinde milisaniyede yumuşak-tral deformasyonu tahmin eden bir ekin modeli oluşturmak için eğitilebilir. Örneğin, konvolutional sinir ağı planlı bir kesik ve çıkış alanının iki maskesini yakın bir şekilde tamamlayabilir. “fast FEM” bir klinik ziyaret sırasında cerrahların onlarca tasarım keşfetmesine izin verir.

Çok katmanlı ve Çiftli Modeller

Gelecek modelleri, anjiogenezi ve kolajen remodeling gibi hücresel- ölçekli yanıtlar ile birkaç makroskobik deformasyon sağlayacaktır. Bu, tahminlerin sadece acil cerrahi sonucu değil, uzun süreli estetik değişiklikleri aylarca iyileşme gerektirir. Multiscale FEM, dikkatli homojenizasyon stratejileri gerektirecektir, ancak yara iyileşme modelinde erken çalışma umut vericidir.

In Vivo Tound Characterization

ultrason elastography ve suksiyon tabanlı indentasyon araçları gibi portelasyon aletleri şimdi klinikte doku sertliklerini ölçebilir.Bu hastaya özgü değerler doğrudan FEM ağ deformasyonuna güvenecektir. Araştırmacılar% 40'a kıyasla edebiyat temelli modeller. (2021)

Gerçek Zamanlı Intraoperatif Simülasyon

GPU-akcelerated hesaplamasında ilerlemeler ve azaltıcı modelleme, ameliyat sırasında FEM tabanlı rehberlike izin verebilir. A artırılmış gerçeklik overlay, cerrahın bir manevra gerçekleştirdikten sonra tahmini son bir doku paktını gösterebilir, edema veya kan basıncı gibi değişen koşullar için ayarlamaya izin verebilir.

Standartlaştırılmış Geçerlilik Protokolleri

FEM'in ana akım klinik bir araç haline gelmesi için, alan geçerlilik ölçümleri konusunda fikir birliği geliştirmeli. FDA gibi kuruluşlar FEM'i bir Sınıf II tıbbi cihaz yazılımı olarak kabul ettikleri takdirde, kabul edilen sonuçları tanımlamak için çalışıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Finite Element Modeling, bir niş mühendislik tekniğinden yüz rekontrüksiyonu yapan cerrahlar için güçlü bir müttefike dönüştü.Rekondatif ve mekanik verileri nicel tahminlere dönüştürmekle FEM, klinik çalışmaları olgun ve yazılımlar daha erişilebilir hale getirmek için klinik olarak, hastaya özel malzeme özellikleri, makine öğrenimi sorguları ve gerçek zamanlı simülasyonlar, bu teknolojiyi her yıl yeniden inşa eden milyonlarca hastayı en sonunda geri yüklemeye devam edecek.