Modelowanie przedniej ściany jamy brzusznej człowieka
Kierownik projektu: Izabela Lubowiecka
Realizatorzy:
- Mateusz Troka
- Katarzyna Szepietowska
- Szymon Kalinowski
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Gdańsk
Data otwarcia: 2020-01-31
Streszczenie projektu
Celem planowanych badań jest rozwiązanie problemów optymalnego doboru implantu, orientacji jego położenia w jamie brzusznej, wyboru typu łączników i ich rozmieszczenia oraz optymalizacja właściwości mechanicznych implantu. Do osiągnięcia tego celu konieczne są odpowiednie modele implantu i ściany brzucha człowieka.
Aby zrealizować zadanie badawcze, zespół dokona identyfikacji, czyli rozpoznania parametrów mechanicznych ściany brzucha u żywych ludzi. Zastosowane zostaną nowoczesne, bezinwazyjne metody pomiaru deformacji w czasie rzeczywistym oraz zaawansowane obliczenia numeryczne. Zdefiniowane zostaną matematyczne modele układu implant-ściana brzucha, uwzględniające odpowiednią współpracę implantu z powłoką brzuszną. Geometria i właściwości mechaniczne powłoki brzusznej człowieka zostaną zidentyfikowane na podstawie pomiaru jej przemieszczeń wywołanych znanym ciśnieniem wewnątrzbrzusznym u pacjentów Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego poddanych dializie otrzewnowej.
Na podstawie opracowanych modeli i pozyskanych danych przeprowadzony zostanie złożony proces spersonalizowanej optymalizacji zorientowany na komfort i bezpieczeństwo pacjenta. Uwzględnione zostaną indywidualne cechy danej osoby, jak również naturalna różnorodność tkanek biologicznych (podejście probabilistyczne). Odpowiednia szybkość procesu obliczeniowego będzie osiągnięta m.in. poprzez zastosowanie algorytmów uczących się (sieci neuronowych) lub odpowiednich modeli matematycznych, tzw. meta-modeli. W obliczeniach uwzględnione zostaną aspekty losowe związane z nieregularnością tkanek i niedokładnością połączeń chirurgicznych.
Aby zrealizować zadanie badawcze, zespół dokona identyfikacji, czyli rozpoznania parametrów mechanicznych ściany brzucha u żywych ludzi. Zastosowane zostaną nowoczesne, bezinwazyjne metody pomiaru deformacji w czasie rzeczywistym oraz zaawansowane obliczenia numeryczne. Zdefiniowane zostaną matematyczne modele układu implant-ściana brzucha, uwzględniające odpowiednią współpracę implantu z powłoką brzuszną. Geometria i właściwości mechaniczne powłoki brzusznej człowieka zostaną zidentyfikowane na podstawie pomiaru jej przemieszczeń wywołanych znanym ciśnieniem wewnątrzbrzusznym u pacjentów Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego poddanych dializie otrzewnowej.
Na podstawie opracowanych modeli i pozyskanych danych przeprowadzony zostanie złożony proces spersonalizowanej optymalizacji zorientowany na komfort i bezpieczeństwo pacjenta. Uwzględnione zostaną indywidualne cechy danej osoby, jak również naturalna różnorodność tkanek biologicznych (podejście probabilistyczne). Odpowiednia szybkość procesu obliczeniowego będzie osiągnięta m.in. poprzez zastosowanie algorytmów uczących się (sieci neuronowych) lub odpowiednich modeli matematycznych, tzw. meta-modeli. W obliczeniach uwzględnione zostaną aspekty losowe związane z nieregularnością tkanek i niedokładnością połączeń chirurgicznych.
Publikacje
- Borzeszkowski B. , Duong T. , Lubowiecka I. , Sauer R., Material Identification of the Human Abdominal Wall Based On the Isogeometric Shell Model - Szczegóły, WCCM-ECCOMAS Congress 2020 / Eccomas ., (2021) 1-2
- Izabela Lubowiecka, Agnieszka Tomaszewska, Katarzyna Szepietowska, Czesław Szymczak, Maciej Śmietański, In vivo performance of intraperitoneal onlay mesh after ventral hernia repair, Clinical Mechanics/ Elsevier 78, (2020) 105076
- B. Borzeszkowski, I. Lubowiecka, R. Sauer, Identification of the heterogeneous shear modulus distribution through isogeometric inverse analysis, Biomechanics2020, A. Hadamus, S. Piszczatowski, M. Syczewska, S. Wójtowicz, D. Białoszewski (eks.)/ Editorial office Medical University of Warsaw ., (2021) 42-43
- Borzeszkowski B. , Duong T. , Sauer R. , Lubowiecka I., Isogeometric Shell FE Analysis of the Human Abdominal Wall, nnovations in Biomedical Engineering / Gzik M., Paszenda Z., Pietka E., Tkacz E., Milewski K. (eds) / Springer 1223, (2021) 11-18
- Szepietowska K. , Troka M. , Lubowiecka I., Strain field of the living abdominal wall subjected to intraperitoneal pressure, 28th French-Polish Seminar of Mechanics / LAboratory of Mathematics and PhySics of University of Perpignan / ., (2021) .
- Borzeszkowski B. , Lubowiecka I. , Sauer R., Nonlinear material identification of heterogeneous isogeometric Kirchhoff–Love shells, COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING/Elsevier 390, (2022) 114442
- 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/Elsevier 125, (2022) 104902