Influenza dell'intervento di gastroplastica verticale endoscopica sulla biomeccanica dello stomaco: una valutazione computazionale paziente-specifica.

Introduction To date, there are many different approaches to find an effective solution to the problem of obesity that is developing on a large scale worldwide, and bariatric surgery appears to be the most effective treatment for people affected by morbid or severe obesity. Among the most reliable operations in terms of weight loss and remission of related comorbidities are the Laparoscopic Sleeve Gastrectomy (LSG) and the Endoscopic Sleeve Gastroplasty (ESG). This latter is a safe and patient-tolerated endoscopic technique that consists of applying a series of full-thickness sutures along the great curvature of the stomach with the aim of reducing the actual volume of the organ. In this work, a patient-specific evaluation was adopted to simulate the ESG procedure on a study population of 10 bariatric patients. Patient-specific computational modelling, together with medical expertise, can improve the applicability and reliability of bariatric surgical procedures. Computational tools have the ability to simulate the surgical technique to assess the optimal post-surgical configuration of the stomach for the patient under investigation. Case Study Ten patient-specific ESG computational models were created for the patients enrolled in the study, starting from the MRI of pre-surgical stomach. These patients with morbid obesity underwent bariatric surgery to lose weight and to improve comorbidities, where present. The modelling process was carried out by means of the finite element software Abaqus Explicit. Six to seven pairs of points were applied along the corpus region connecting the anterior and posterior walls with the great curvature, to simulate the sutures. The mechanical behaviour of the gastric tissues is characterized by a hyperelastic fibre-reinforced constitutive formulation defined by nonlinear elasticity and anisotropy. Each patient-specific ESG stomach model was subjected to an increase in the intragastric pressure to assess its mechanical behaviour. Results The results of the post ESG models were analysed by means of pressure-volume curves and in terms of gastric wall deformation. The model following vertical endoscopic gastroplasty shows a reduced volume compared to the pre-surgical model. The intragastric capacity reaches higher values with increasing pressure compared to the models subjected the laparoscopic technique. The mean range of deformations decreases in the post ESG models but more elongation strain is allowed compared to the post LSG models. The Endoscopic Sleeve Gastroplasty procedure leaves the bottom of the stomach unaltered, inducing greater deformation and activating a higher number of mechanoreceptors that trigger the sense of satiety and satisfaction in the patient. Conclusions It is clear from the work that patient-specific modelling is important, as it allows us to assess which intervention is suitable for each patient. The goal in the future is to refine the bariatric approaches of ESG and LSG with the support of computational modelling.

Introduzione Ad oggi esistono numerosi approcci per contrastare e ridurre il problema dell’obesità, patologia che si sta sviluppando su larga scala in tutto il mondo, e che risulta essere uno dei fattori di rischio per lo sviluppo di altre patologie, come malattie cardiovascolari, diabete mellitus e molte altre. Quando il livello di obesità comincia ad essere importante, dove un regime alimentare e stile di vita sani non sono più sufficienti per il miglioramento, la chirurgia bariatrica risulta essere il trattamento più utilizzato. Tra gli interventi più affidabili in termini di perdita di peso e riduzione delle comoribidità vi sono la Laparoscopic Sleeve Gastrectomy (LSG) e la Endoscopic Sleeve Gastroplasty (ESG). Quest’ultima è una tecnica endoscopica sicura e ben tollerata dai pazienti che consiste nell’applicazione di una serie di punti di sutura, a tutto spessore, lungo la grande curvatura dello stomaco con lo scopo di ridurre il volume effettivo dell’organo. Nel presente lavoro di tesi è stata adottata una valutazione paziente-specifica per analizzare la procedura di gastroplastica endoscopica verticale simulata su una popolazione di studio che comprende 10 pazienti bariatrici. La modellazione computazionale specifica per il paziente, insieme alle competenze mediche, possono migliorare l’applicabilità e l’affidabilità delle procedure chirurgiche bariatriche. Gli strumenti computazionali hanno la capacità di simulare la tecnica operatoria per valutare la configurazione post-chirurgica ottimale dello stomaco per il paziente in esame. Caso di studio Sono stati realizzati 10 modelli computazionali ESG paziente-specifici relativi ai pazienti arruolati nello studio, a partire dalle immagini di risonanza pre-operatorie. Questi ultimi sono individui affetti da obesità patologica che si sono sottoposti alla chirurgia bariatrica per perdere peso e per migliorare le comorbidità, ove presenti. Il processo di realizzazione dei modelli è stato effettuato per mezzo del software ad elementi finiti Abaqus Explicit. Sono state realizzate virtualmente 6-7 coppie di punti lungo la regione del corpo dello stomaco che collegano la parete anteriore e la parete posteriore con la grande curvatura. Il comportamento meccanico attribuito ai tessuti gastrici è stato caratterizzato da formulazione costitutiva iperelastica fibrorinforzata definita per mezzo di elasticità non lineare e anisotropia. Ciascun modello è stato sottoposto ad un aumento della pressione intragastrica per valutarne il comportamento meccanico. Risultati I risultati dei modelli post ESG sono stati analizzati per mezzo delle curve pressione-volume e in termini di deformazione della parete gastrica. Il modello a seguito dell’intervento di gastroplastica endoscopica verticale mostra un volume ridotto rispetto al modello pre-chirurgico durante tutto il processo di insufflazione. La capacità intragastrica raggiunge valori più elevati all’aumentare della pressione rispetto ai modelli sottoposti alla tecnica laparoscopica. Il campo medio delle deformazioni diminuisce nei modelli post ESG ma viene consentito un allungamento delle pareti maggiore rispetto ai modelli post LSG. L’intervento di Endoscopic Sleeve Gastroplasty lascia inalterato il fondo dello stomaco, inducendo una maggiore deformazione e attivando un numero più elevato di meccanocettori che innescano il senso di sazietà ed appagamento nel paziente. Conclusioni Dal lavoro risulta evidente l’importanza della modellazione paziente-specifica in quanto permette di valutare quale sia l’intervento adatto a ciascun paziente. L’obiettivo nel futuro sarà quello di perfezionare gli approcci bariatrici di ESG e LSG con il supporto della modellazione computazionale.