Grant/Projek zakończony
Modelowanie nieliniowe w biomechanice i mechanice konstrukcji w ujęciu stochastycznym
Identyfikator grantu: PT00462
Kierownik projektu: Izabela Lubowiecka
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Gdańsk
Data otwarcia: 2014-12-18
Data zakończenia: 2023-02-02
Streszczenie projektu
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. Praca dotyczy zastosowania narzędzi modelowania matematycznego, analizy wrażliwości i stochastyki do zbadania mechaniki stosowanych w chirurgii przepuklin implantów oraz zachowania przedniej ściany brzucha w odniesieniu do mechaniki konstrukcji. Problemem w modelowaniu i projektowaniu w tym zagadnieniu biomechanicznym 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 odpowiedź na pytania jak imperfekcje w realizacji operacji przepukliny wpływają na odpowiedź mechaniczną ściany brzucha z implantem oraz jak zmiany właściwości ściany brzucha wpływają na odpowiedź mechaniczną ściany brzucha z implantem.
Modelowanie nieliniowe fizycznie i geometrycznie w zakresie dużych odkształceń zostanie przeprowadzone bazując na Metodzie Elementów Skończonych (MES). 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 Msc.Marc i nieinwazyjnych metod stochastycznych. Pierwszy model to lokalny model implantu, a drugi model całej przedniej ściany brzucha z przepukliną i wszczepionym implantem.
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).
Modelowanie nieliniowe fizycznie i geometrycznie w zakresie dużych odkształceń zostanie przeprowadzone bazując na Metodzie Elementów Skończonych (MES). 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 Msc.Marc i nieinwazyjnych metod stochastycznych. Pierwszy model to lokalny model implantu, a drugi model całej przedniej ściany brzucha z przepukliną i wszczepionym implantem.
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).
Publikacje
- Lubowiecka I., Szepietowska K., Szymczak Cz., Tomaszewska A, A preliminary study on optimal choice of implant and its orientation in ventral hernia repair, Journal of Theoretical and Applied Mechanics 54(2) , (2016) 411-421
- Szepietowska K., Lubowiecka I., Magnain B., Florentin E, Stochastic approach in the modelling of implants used in hernia repair in the context of uncertainties of abdominal wall properties, PCM-CMM-2015, Gdańsk, Short Papers Vol.1, (2015) 255-256
- Szepietowska K., Lubowiecka I., Magnain B., Florentin E,, Stochastic modelling of abdomen repair mesh for abdominal hernia,, 23 rd French Polish Seminar of Mechanics, Besancon, France -, (2015) -
- Ambroziak A., Szepietowska K., Lubowiecka I., Cyclic test of material used in hernia repair, 21st Congress of the European Society of Biomechanics, Prague -, (2015) -
- Lubowiecka I., Szepietowska K., Ambroziak A, Modelling of textile used for repair of ventral hernia, 9th European Solid Mechanics Conference (ESMC 2015) -, (2015) -
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, C. Szymczak, A. Tomaszewska, B. Magnain, E. Florentin, Two-criteria optimisation of the ventral hernia implant choice in the context of the abdominal wall properties uncertainty, International Conference of the Polish Society of Biomechanics : Biomechanics 2016, (2016) 263 - 264
- K. Szepietowska, B. Magnain, I. Lubowiecka, E. Florentin, , Application of the polynomial chaos expansion to the simulation of surgical mesh used in ventral hernia repair, Congress of the European Society of Biomechanics -, (2016) -
- K. Szepietowska, B. Magnain, I. Lubowiecka, E. Florentin, Sensitivity analysis based on non-intrusive regression-based polynomial chaos expansion for surgical mesh modelling, Structural and Multidisciplinary Optimization 57(3) , (2018) 1391-1409
- C. Szymczak, I. Lubowiecka, K. Szepietowska, A. Tomaszewska, Two-criteria optimisation problem for ventral hernia repair, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 20(7), (2017) 760-769
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, B. Magnain, E. Florentin, Global sensitivity analysis of membrane model of abdominal wall withsurgical mesh, In: Pietraszkiewicz & Witkowski (eds), Shell Structures. Theory and Applications. Taylor & Francis Group, London vol. 4, (2018) 515-518
- Lubowiecka, A. Tomaszewska, K. Szepietowska, C. Szymczak, M. Lichodziejewska-Niemierko, M. Chmielewski, Membrane model of human abdominal wall. Simulations vs. in vivo measurements,, Shell Structures. Theory and Applications. - Taylor & Francis Group, London vol. 4, (2018) 503-506
- K. Szepietowska, B. Magnain, I. Lubowiecka, E. Florentin, Global sensitivity analysis and uncertainty quantification in modelling of implant used in ventral hernia repair, 23rd Congress of the European Society of Biomechanics -, (2017) -
- K. Szepietowska, B. Magnain, I. Lubowiecka, E. Florentin, Choice of regression points in non-intrusive polynomial chaos expansion method in application to ventral hernia issues, 25th French- Polish Seminar of Mechanics -, (2017) -
- P. Kłosowski, I. Lubowiecka, A. Pestka, K. Szepietowska, Historical carpentry corner log joints - Numerical analysis within stochastic framework, Engineering Structures 176 , (2018) 64-73
- A. Tomaszewska, I. Lubowiecka, C. Szymczak, Mechanics of mesh implanted into abdominal wall under repetitive load. Experimental and numerical study, JOURNAL OF BIOMEDICAL MATERIALS RESEARCH PART B-APPLIED BIOMATERIALS -, (2018) -
- K. Szepietowska, B. Magnain, I. Lubowiecka, E. Florentin, Regression Points in Non-Intrusive Polynomial Chaos Expansion Method and D-Optimal Design, Machine Dynamics Research 41(2) , (2017) 5-16
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, M. Staat, Two approaches to simulate the abdominal wall: solid and membrane Finite Element models, TECHNIKI KOMPUTEROWE W INŻYNIERII TKI -, (2018) -
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, B. Magnain, E. Florentin, Influence of imperfections in placement of fasteners in laparoscopic ventral hernia repair, International Conference of the Polish Society of Biomechanics BIOMECHANICS 2018 -, (2018) -
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, B. Magnain, E. Florentin, Imperfections sensitivity analysis using the polynomial chaos expansion method in the model of implant used for ventral hernia repair, 26th French- Polish Seminar of Mechanics -, (2018) -
- K. Szepietowska, Polynomial Chaos Expansion in Bio- and Structural Mechanics, phd thesis, Politechnika Gdańska, INSA Centre Val de Loire -, (2018) -
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, B. Magnain, E. Florentin, Modelling of abdominal wall under uncertainty of material properties, CMBBE -, (2019) -
- 2. K. Szepietowska, I. Lubowiecka, P.Kłosowski, A. Pestka, T. Zybała, B. Magnain, E. Florentin, Uncertainty quantification of historical carpentry corner log joints, 27th French- Polish Seminar of Mechanics -, (2019) -
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, B. Magnain, E. Florentin, Modelling of Abdominal Wall Under Uncertainty of Material Properties, In: Ateshian G., Myers K., Tavares J. (eds) Computer Methods, Imaging and Visualization in Biomechanics and Biomedical Engineering. CMBBE 2019. Lecture Notes in Computational Vision and Biomechanics 36, (2020) 305-316
- K. Szepietowska, I. Lubowiecka, Uwzględnienie niepewności w modelowaniu tradycyjnych złączy ciesielskich wykonanych z drewna starego i nowego , 59. Sympozjon "Modelowanie w mechanice" -, (2020) 50
- Lubowiecka, I., Szepietowska, K., Tomaszewska, A., Bielski, P. M., Chmielewski, M., Lichodziejewska-Niemierko, M., & Szymczak, C., A novel in vivo approach to assess strains of the human abdominal wall under known intraabdominal pressure, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 125, (2022) 104902
- Szepietowska K, Polynomial Chaos Expansion in Bio-and Structural Mechanics, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej -, (2022) -
- Szepietowska K., Lubowiecka I., Finite element- and meta-modelling of abdominal wall with an implanted hernia mesh, 24th International Conference on Computer Methods in Mechanics (CMM) and the 42nd Solid Mechanics Conference (SolMech), Świnoujście 2022 -, (2022) 264
- Szepietowska K., Lubowiecka I., Propagacja niepewności i globalna analiza wrażliwości w modelowaniu ściany brzucha z wszczepioną siatką chirurgiczną, Techniki Komputerowe w Inżynierii, Mrągowo, 2022 -, (2022) 91