Modelling of abdominal wall with hernia and implant within stochastic framework

Projekt dotyczy leczenia przepuklin brzusznych z zastosowaniem implantów syntetycznych. Pomimo wysokiego rozwoju technik operacji laparoskopowych chirurdzy wciąż borykają się z problemem nawrotów oraz pooperacyjnego bólu i dyskomfortu. W rozwiązaniu tego problemu zastosowano mechanikę. Jednak w tym kontekście problemem w modelowaniu i projektowaniu jest duża różnorodność właściwości mechanicznych ściany brzucha u różnych ludzi. Innym źródłem niepewności są imperfekcje w realizacji operacji (np. w mocowaniu implantu do tkanki). Dlatego też celem projektu jest zbadanie następujących problemów: • jak imperfekcje w realizacji operacji przepukliny wpływają na odpowiedź mechaniczną ściany brzucha z implantem, • jak zmiany właściwości ściany brzucha wpływają na odpowiedź mechaniczną ściany brzucha z implantem. W ramach projektu zostanie przeprowadzona analiza wrażliwości wybranych parametrów modelu na wielkość sił w łącznikach, ponieważ nawroty przepukliny są najczęściej spowodowane zniszczeniem połączenia implantu z tkanką ludzką. Z uwagi na wiele niepewności (np. we właściwościach materiałowych ściany brzucha i jej geometrii u różnych osób) do analizy zdecydowano się w wprowadzić podejście stochastyczne. Analiza wrażliwości z elementami stochastyki będzie przeprowadzona na dwóch modelach z użyciem komercyjnego programu MES i nieinwazyjnych metod stochastycznych. Badania przeprowadzone będą na dwóch poziomach lokalnym i globalnym w odniesieniu do modelu układu brzucha i implantu. Wyniki projektu poszerzą wiedzę na temat mechaniki układu ściany brzucha z przepukliną i implantem, co w konsekwencji będzie miało wpływ na efektywność operacji i zmniejszenie liczby nawrotów choroby. Przyczyni się to do rozwoju medycyny a dzięki skróceniu czasu hospitalizacji i powrotu pacjenta do zdrowia wpłynie istotnie na zmniejszenie kosztów leczenia. Wszystko to będzie miało istotne znaczenie ekonomiczne i społeczne. Na podstawie rezultatów projektu będą sformułowane wnioski o wadze wpływu różnych czynników na mechanikę układu ściany brzucha z implantem, co pomoże w przyszłości zoptymalizować leczenie przepuklin (np. przy projektowaniu optymalnego implantu). Ponadto zostanie wyłoniona metodologia stosowania stochastycznej analizy wrażliwości w klinicznych zagadnieniach biomechanicznych, która będzie mogła być wykorzystana w innych podobnych zagadnieniach np. biomechanice rekonstrukcji dna miednicy.

Details

Financial Program Name:

PRELUDIUM

Organization:

Narodowe Centrum Nauki (NCN) (National Science Centre)

Agreement:

UMO-2015/17/N/ST8/02705 z dnia 2016-01-18

Realisation period:

2016-01-18 - 2017-07-17

Project manager:

dr inż. Katarzyna Szepietowska

Team members:

Supervisor dr hab. inż. Izabela Lubowiecka

Realised in:

Faculty of Civil and Environmental Engineering

Project's value:

49 200.00 PLN

Request type:

National Research Programmes

Domestic:

Domestic project

Verified by:

Gdańsk University of Technology

Papers associated with that project

results on page:
year:
- selected sort by year newest first
- sort by year oldest first
title:
- selected sort by title A-Z
- sort by title Z-A
citation:
- sort by citation descending
- sort by citation ascending

Filters

total: 7

Year 2022

Polynomial Chaos Expansion in Bio-and Structural Mechanics
Publication
- K. Szepietowska
- Year 2022
This monograph presents a probabilistic approach to modelling the mechanics of materials and structures where the modelled performance is influenced by uncertainty in the input parameters. The work is interdisciplinary and the methods described are applied to medical and civil engineering problems. The motivation for this work was the necessity of mechanics-based approaches in the modelling and simulation of implants used in the...

Full text to download in external service

Year 2018

Global sensitivity analysis of membrane model of abdominal wall with surgical mesh
Publication
- K. Szepietowska
- I. Lubowiecka
- B. Magnain
- E. Florentin
- Year 2018
The paper addresses the issue of ventral hernia repair. Finite Element simulations can be helpful in the optimization of hernia parameters. A membrane abdominal wall model is proposed in two variants: a healthy one and including hernia defect repaired by implant. The models include many uncertainties, e.g. due to variability of abdominal wall, intraabdominal pressure value etc. Measuring mechanical properties with high accuracy...

Full text available to download
Membrane model of human abdominal wall. Simulations vs. in vivo measurements
Publication
- I. Lubowiecka
- A. Tomaszewska
- K. Szepietowska
- C. K. Szymczak (formerly: C. Szymczak)
- M. Lichodziejewska-Niemierko
- M. Chmielewski
- Year 2018
The study presents a methodology of defining a numerical model of human abdominal wall based on the experimentally registered data of the abdomen geometry due to variations of the intraabdominal pressure. The abdominal wall is modelled here as a simple homogeneous membrane structure made of linear orthotropic material The displacements registered during the increase of pressure are compared with the re-sults of the model static...
Polynomial Chaos Expansion in Bio- and Structural Mechanics
Publication
- K. Szepietowska
- Year 2018
This thesis presents a probabilistic approach to modelling the mechanics of materials and structures where the modelled performance is influenced by uncertainty in the input parameters. The work is interdisciplinary and the methods described are applied to medical and civil engineering problems. The motivation for this work was the necessity of mechanics-based approaches in the modelling and simulation of implants used in the repair...
Sensitivity analysis based on non-intrusive regression-based polynomial chaos expansion for surgical mesh modelling
Publication
- K. Szepietowska
- B. Magnain
- I. Lubowiecka
- E. Florentin
- STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION - Year 2018
The modelling of a system containing implants used in ventral hernia repair and human tissue suffers from many uncertainties. Thus, a probabilistic approach is needed. The goal of this study is to define an efficient numerical method to solve non-linear biomechanical models supporting the surgeon in decisions about ventral hernia repair. The model parameters are subject to substantial variability owing to, e.g., abdominal wall...

Full text available to download

Year 2017

Regression points in non-intrusive polynomial chaos expansion method and D-optimal design
Publication
- K. Szepietowska
- B. Magnain
- I. Lubowiecka
- E. Florentin
- Machine Dynamics Research - Year 2017
The paper addresses selected issues of uncertainty quantification in the modelling of a system containing surgical mesh used in ventral hernia repair. Uncertainties in the models occur e.g. due to variability of abdominal wall properties among others. In order to include them, a non-intrusive regression-based polynomial chaos expansion method is employed. Its accuracy depends on the choice of regression points. In the study a relation...

Full text to download in external service
Two-criteria optimisation problem for ventral hernia repair
Publication
- COMPUTER METHODS IN BIOMECHANICS AND BIOMEDICAL ENGINEERING - Year 2017
Two-criteria optimisation problem related to laparoscopic ventral hernia repair is formulated in this paper. An optimal implant from a given set and its orientation is sought. The implant is subjected to kinematic extortions due to a patient’s body movement and intra-abdominal pressure. The first criterion of the optimisation problem deals with the reaction force in the implant fastener, while the deflection of the implant constitutes...

Full text available to download

seen 775 times