신장(stretch)에 대한 피부의 성장 반응은 조직 확장(tissue expansion, TE)의 기초가 되며, 이는 큰 결손의 재건을 위해 새로운 피부 면적을 확보하기 위한 시술이다. 불행히도 TE는 예측 가능한 정량적 도구가 아니라 의사의 경험과 시행착오에 근거하여 계획되고 수행되기 때문에 합병증과 최적이 아닌 결과가 여전히 지속되고 있다. 최근 우리는 돼지 동물 모델의 조직 확장에 대해 TE의 계산 모델을 교정(calibrated)하여, 피부 성장(skin growth)이 고유한 시간 상수(characteristic time constant)를 갖고 신장에 비례함을 확인하였다. 여기서는 교정된 모델을 사용하여 소아 재건 사례에서의 피부 성장을 예측한다. 임상 환경에서 확인 가능한 자료로는 확장기(expander)의 형상과 주입(inflation) 프로토콜이 있다. 각 임상 사례에 대해 낮은 충실도의 반해석(semi-analytical) 모델과 유한요소(finite element) 모델을 구축한다. 동물 실험에서 소아 집단으로 모델을 전환할 때 기대되는 반응의 불확실성을 고려하기 위해, 기계적 특성과 생물학적 반응에 대한 불확실성을 전파하기 위한 다중충실도 가우시안 과정(multifidelity Gaussian process) 대리모델(surrogates)을 만든다. 임상 환경에서 불확실성을 포함한 예측(predictions with uncertainty)은 대형 동물 실험에서 얻은 지식을 소아 환자의 치료를 안내하고 개선하는 데 연결하기 위해 필수적이다. 향후에는 환자 맞춤형 데이터(예: 수술실에서 기계적 특성과 면적 성장의 추정)로 모델을 추가 교정하면 TE 프로토콜의 계획 및 수행의 표준이 변화할 것이다.

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