数字双胞胎的开发和校准用于人类皮肤在组织扩张中的生长
Joel Laudo1, Tianhong Han1, Ariel E Figueroa2
1School of Mechanical Engineering Purdue University, West Lafayette, IN, USA.
Acta biomaterialia
|March 27, 2025
概括
这项研究首次在组织扩张 (TE) 过程中对人体皮肤生长进行了体内测量,开发了个性化的数字双胞胎,以改善外科手术规划. 有限元模型准确地捕获TE,使用猪数据作为贝叶斯校准的强有力的先验.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算生物学 计算生物学
- 重建性手术是一种重建性手术.
背景情况:
- 组织扩张 (TE) 对于重建性手术至关重要,它依赖于皮肤在拉伸下的生长.
- 人体皮肤生长动态在体内仍然在很大程度上未得到量化.
- 之前的工作建立了一个使用猪模型的计算框架.
研究的目的:
- 在TE期间创建患者特定的有限元素 (FE) 人体皮肤生长模型.
- 使用纵向3D摄影数据对这些模型进行校准.
- 为了验证FE模型在临床TE应用中的准确性.
主要方法:
- 从纵向3D照片开发出针对患者的FE模型.
- 采用贝叶斯校准来考虑参数不确定性.
- 利用马尔科夫链蒙特卡洛 (MCMC) 与高斯过程替代品进行高效的计算.
- 结合了来自猪模型和人类皮肤力学文献的先验知识.
主要成果:
- FE模型与校准后的3D照片准确匹配,平均误差在2mm以下.
- 贝叶斯校准有效地改进了关键拉伸参数分布.
- 在五个临床TE病例中证明了成功的应用.
结论:
- 这项研究提供了第一个在体内测量人体皮肤在TE期间的生长.
- FE模型准确地模拟了临床TE,得到了猪衍生先验的支持.
- 开发的管道使个性化的数字双胞胎能够改善TE手术规划和结果.


