Kirigami技术预示着乳房重建的前景

对于许多乳腺癌患者来说，在康复的道路上可能会出现与乳房切除术后乳房重建相关的隐藏并发症。

插入异物等硅胶隆胸可导致种植体错位，这种情况甚至在手术后数年仍会影响大量患者。

现在，宾夕法尼亚大学的研究人员利用一种被称为kirigami的剪纸技术原理，在使用更少材料的同时，更安全、更安全地覆盖植入物。

这项研究发表在先进材料由工程与应用科学学院的Shu Yang领导的团队描述了如何利用kirigami设计实践和计算建模提供增强的灵活性和可扩展性，为外科医生提供更易于使用的可拉伸材料，可以更好地包裹植入物，从而降低定位不良的风险。

“我们已经采用了目前在手术室使用的材料乳房重建并通过使用kirigami设计解决了它的两个主要缺陷，”该论文的高级作者杨说。“我们的技术可以让重建的乳房更安全地呈现出更自然的形状，并大大降低与这些手术相关的成本。”

在与Suhail Kanchwala进行了一系列讨论之后，a整形外科医生作为佩雷尔曼医学院的外科教授，研究人员开始研究目前乳房植入物包裹材料的新可能性，这种材料被称为脱细胞真皮基质(adm)。这是一种外科补片，通常来自人体或动物的皮肤．细胞被移除，但支持网络-结构蛋白像胶原蛋白和其他细胞外基质成分一样，保持原位，促进局部血液供应的恢复和皮肤细胞的再生。由于其缺乏细胞和丰富的支架样元素，adm已获得了流行的能力，以最大限度地减少反应免疫系统有异物，并提供更好的支持植入。

研究人员怀疑ADM薄片可以以一种独特的方式改变，以解决当代乳房植入物的问题。

坎奇瓦拉说:“乳房再造的一个问题是，人造的植入物是圆形的，不能有效地模仿天然乳房的泪滴状。”“所以，我们的项目想要找到一种方法，在ADM薄片下放置圆形植入物，让重建的乳房呈现更自然的泪滴形状。”

此外，目前配置的ADM薄片不能规整地包裹植入物，因为它们不能在不形成皱纹或空洞的情况下保持曲线和角度。这些会使植入物容易旋转，导致错位事故。制造商对这些限制的回应包括在ADM片材上引入圆孔图案或切割某些区域，然后缝合以有效覆盖更大的表面积。

杨和共同作者兰德尔·卡米恩(Randall Kamien)是艺术与科学学院物理与天文系的教授，他们此前已经证明，适当的切割可以将刚性的二维平板转变为高度可扩展和可延展的三维几何图形，可以模仿人脸或山脉等复杂结构的轮廓。

这种基于kirigami策略的核心原则是，这些小切口的引入将材料分成高密度旋转单元可以自由地采用多层结构的形式。但在这项最新工作中，研究小组需要创造一种方法来模拟乳房，这种结构缺乏肌肉组织和骨骼提供的形式。

卡米恩说:“通常情况下，当你做皮肤移植时，会有一块肌肉或骨头来指导组织的改造。”“所以，克服这一挑战，找到一种新的、改进的方法，用脚手架材料重建组织，特别令人兴奋。”

这是通过绘制植入物的地形图来完成的，类似于制图师在二维页面上绘制山区地形的山峰和山谷。

研究人员首先制作了一个计算机生成的三维乳房模型，然后将等距的水平切片放置成垂直层(或层)，用于引导她们的等高线。然后，该团队分析轮廓并生成算法，以确定激光切割机在ADM薄片上雕刻的最佳位置和切口角度。这些特殊的切口使薄片能够安全地在植入物上扩展和拉伸。

该团队成功地在一个模拟手术中演示了这种基于kirigami的新技术，在该手术中，ADM薄片被缝合到外科假人的胸板上，硅胶植入物在胸部和薄片之间。他们很高兴地证实，他们的方法平均节省了20-40%的材料，同时在重建乳房的形状方面提供了更高程度的可定制性。研究人员相信，随着时间的推移，这些基里加米切ADM薄片有能力成为患者特异性的。

坎奇瓦拉说:“如果患者患有左侧乳腺癌，并进行了左侧乳房切除术，你可以扫描右侧乳房，并提出一个kirigami设计，可以非常准确地模拟患者的自然乳房。我们还没有做到这一点，但可能性是令人兴奋的。”