ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
La Riparazione Endovascolare dell’Aorta Toracica (TEVAR) è un’alternativa mini-invasiva alla chirurgia a cielo aperto per trattare patologie dell’aorta toracica. La TEVAR prevede l’impianto nell’arco aortico di uno stent-graft (SG), inserito in un catetere tramite l’arteria femorale. La fase pre-intervento è cruciale, attualmente si basa sull’esperienza del chirurgo e sull’analisi delle immagini TC, con possibili complicanze post-operatorie. L’integrazione di simulazioni numeriche in questa fase potrebbe migliorarne l’efficacia. Molti modelli numerici TEVAR simulano solo la configurazione finale dello SG, mentre quello di Ramella et al. (qui stent tracking method - STM) simula crimping, tracking, e deployment dello SG, ma non riproduce la procedura reale, in cui lo SG rimane nel catetere fino al rilascio. Tale limite è stato superato in questa tesi, sviluppando il catheter tracking method (CTM). Lo studio ha confrontato STM e CTM applicandoli, con LS-DYNA, su sette modelli aortici paziente-specifici, da TC pre-operatorie, affetti da TAA e PAU, e su un modello ideale, utilizzando lo SG Valiant Captivia (Medtronic). I modelli aortici e di SG sono stati sottoposti a pre-stress. La validazione qualitativa prevedeva sovrapporre lo SG simulato al segmentato; la quantitativa calcolare l’errore dell’area di apertura (OA) di ogni anello dello SG. Il confronto si è basato su tali risultati e sulla sovrapposizione degli SG simulati con STM e CTM, mostrando che CTM replica meglio l’apposizione dello SG, specialmente nei siti patologici, riducendo l’errore OA del 33,93% (STM: 5,50% [2,50%; 9,45%], CTM: 3,31% [1,98%; 4,61%]). L’analisi strutturale su SG e aorte ha confermato l’affidabilità di CTM, senza rischio di rottura dello SG o danni vascolari. La validazione aggiuntiva su CTM, secondo l’approccio di Deycke et al. ha analizzato deviazioni radiali, longitudinali e trasversali, confermando che il calcolo dell’errore OA è più conservativo rispetto all’analisi della deviazione radiale. In conclusione, CTM è più accurato rispetto ai metodi esistenti, offrendo potenziali miglioramenti nella fase pre-intervento e nel trattamento paziente-specifico.
Thoracic Endovascular Aortic Repair (TEVAR) is a mini-invasive variant to open surgery for treating thoracic aortic pathologies. It involves delivering a stent-graft (SG), crimped in a sheath, through the femoral artery to the aortic arch, where it is deployed. Pre-procedural planning, crucial for success, currently relies on surgeon expertise and CT scans analysis, posing challenges, leading to post-operative complications. Integrating computational simulations in this phase can improve surgical success. Most TEVAR numerical models focus on the deployed SG configuration while Ramella et al.’s (here stent tracking method - STM) simulates crimping, tracking, and deployment phases. However, it does not replicate the real procedure, where the sheath constrains the SG, controlling its displacement. To address this limitation, this thesis introduces the catheter tracking method - CTM. The study compared STM and CTM through their application, using LS-DYNA, on seven patient-specific aortic models, from pre-operative segmented CT scans, affected by TAA and PAU and one idealized. Valiant Captivia (Medtronic) SG was used. All aortic and SG models underwent pre-stressing. The validation process involved a qualitative phase overlaying the simulated and segmented SG, and a quantitative one assessing the opening area (OA) error of each stent ring. The comparison was based on qualitative and quantitative validation results. Furthermore, the overlap of the deployed stents using both methods was compared. Results showed that CTM better replicated stent apposition, especially in pathological sites, reducing OA errors by 33.93%. Errors averaged 5.50%[2.50%; 9.45%] for STM and 3.31%[1.98%; 4.61%] for CTM. Structural analysis, on the SGs and aortas, confirmed CTM reliability, with no device fracture or vascular damage. Additional validation, following Derycke et al., assessed on CTM radial, longitudinal, and transversal deviations, confirming that OA error estimate is more conservative than radial deviation analysis. Finally, CTM proved more accurate than existing methods, offering potential advances in pre-procedural planning and patient-specific treatment strategies.