Logowanie do System sprawozdań KDM

Modelowanie nieliniowe w biomechanice i mechanice konstrukcji w ujęciu stochastycznym

Kierownik projektu: Izabela Lubowiecka

Politechnika Gdańska

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Gdańsk

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).

Publikacje

  1. 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
  2. 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
  3. 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) -
  4. Ambroziak A., Szepietowska K., Lubowiecka I., Cyclic test of material used in hernia repair, 21st Congress of the European Society of Biomechanics, Prague -, (2015) -
  5. Lubowiecka I., Szepietowska K., Ambroziak A, Modelling of textile used for repair of ventral hernia, 9th European Solid Mechanics Conference (ESMC 2015) -, (2015) -
  6. 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
  7. 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) -
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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) -
  13. 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) -
  14. P. Kłosowski, I. Lubowiecka, A. Pestka, K. Szepietowska, Historical carpentry corner log joints - Numerical analysis within stochastic framework, Engineering Structures 176 , (2018) 64-73
  15. 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) -
  16. 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
  17. 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) -
  18. 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) -
  19. 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) -
  20. K. Szepietowska, Polynomial Chaos Expansion in Bio- and Structural Mechanics, phd thesis, Politechnika Gdańska, INSA Centre Val de Loire -, (2018) -