Simulació de l'efecte de les incisions quirúrgiques en el comportament de la paret abdominal

Abstract

La simulació numèrica és una eina essencial per a modelar el comportament mecànic de la paret abdominal de manera no invasiva. L'ús de models matemàtics permet comprendre la resposta de diferents teixits i músculs davant d'esforços amb la finalitat de preveure la possible aparició d'hèrnies o ruptures de teixits. Més específicament, s'estudien els efectes de les incisions provocades per ostomies i intervencions laparoscòpiques en un model geomètric de la paret abdominal. Les nombroses simulacions virtuals realitzades revelen que és necessari evitar la creació d'estomes situats lateralment respecte al múscul recte de l'abdomen o sobre la línia alba. De la mateixa manera, s'ha determinat que la resistència mecànica de les incisions laparoscòpiques pot veure’s compromesa si aquestes se situen molt lateralment. També s'ha desenvolupat un nou model hiperelàstic transversalment isotròpic no lineal. Aquest model, caracteritzat exclusivament per funcions polinòmiques, millora la precisió de les simulacions i proporciona una descripció més precisa de les propietats mecàniques. A més a més, convé subratllar que tota la recerca s'ha dut a terme utilitzant exclusivament programari lliure de codi obert.

La simulación numérica es una herramienta esencial para modelar el comportamiento mecánico de la pared abdominal de manera no invasiva. El uso de modelos matemáticos permite comprender la respuesta de diferentes tejidos y músculos ante esfuerzos con el fin de prever la posible aparición de hernias o rupturas de tejidos. Más específicamente, se estudian los efectos de las incisiones provocadas por ostomías e intervenciones laparoscópicas en un modelo geométrico de la pared abdominal. Las numerosas simulaciones virtuales realizadas revelan que es necesario evitar la creación de estomas situados lateralmente con respecto al músculo recto del abdomen o en la linea alba. Del mismo modo, se ha determinado que la resistencia mecánica de las incisiones laparoscópicas puede verse comprometida si se colocan muy lateralmente También se ha desarollado un nuevo modelo hiperelástico transversalmente isotrópico no lineal. Este modelo, caracterizado exclusivamente por funciones polinómicas, mejora la precisión de las simulaciones y proporciona una descripción más precisa de las propiedades mecánicas. Además, es importante destacar que toda la investigación se ha llevado a cabo utilizando exclusivamente software libre de código abierto.

Numerical simulation is an essential tool for modeling the mechanical behavior of the abdominal wall with a non-invasive approach. The use of mathematical model makes it possible to comprehend the stress response of different tissues and muscles in order to predict the potential occurrence of hernias or tissue rupture. More specifically, the effects of incisions caused by ostomies and laparoscopic interventions are studied based on a geometric model of the abdominal wall. Thanks to numerous virtual simulations, it was possible to conclude that it is necessary to avoid creating stomas located either laterally with respect to the rectus abdominis muscle or on the linea alba. Similarly, it was determined that the mechanical strength of laparoscopic incisions may be compromised if they are placed laterally. A new non-linear transversely isotropic hyperelastic model was also developed. This model, which is characterized exclusively by polynomial functions, enhances the accuracy of the simulations and provides a more accurate description of the mechanical properties. Moreover, it is important to highlight that all the research was performed exclusively using free and open source software.