Metodologia per la determinazione delle proprietà meccaniche paziente-specifiche dell'arteria femorale a partire da curve pressione-volume ricavate da angioplastica

Peripheral Obstructive Ateropathy is a disease that reduces blood flow to the lower districts. Conventional surgical techniques, such as angioplasty with stent and balloon or by pass, were unsuccessful due to the complex entities of biomechanical forces acting on this vessel. Little knowledge of the mechanical properties of SFA makes it difficult to perform surgical for a correct prognosis and diagnosis of the disease. The goal of this work is the determination of patient-specific mechanical properties starting from clinical Pressure-Volume curves. In order to do this a minimization algorithm has been implemented, which finds the best mechanical parameter capable of minimizing a given function. The algorithm has been implemented in Matlab and, starting from random mechanical properties, it varies so as to find the optimal ones. The computational curve was derived from ABAQUS, through the construction of a balloon-artery model that simulates angioplasty intervention. The balloon was taken as a linear elastic material (E = 890 MPa), while the vessel was assumed to be isotropic (μ and α) and then anisotropic (C10, K1, K2, K3, K4). The minimization algorithm was first validated in silico and subsequently in vivo. During the development of the model it is necessary to consider the tissue anisotropy, the mechanical parameters that regulate the mechanical response in the circumferential direction (K1 and K2), the Zero Pressure configuration and finally the Pre-Stretch configuration. The proposed algorithm is a methodology for determining mechanical properties specifically for each patient. This allows for a more correct prognosis and diagnosis of the disease in order to improve the surgery and lower the health costs. In this way it is possible toperfeorm surgical in a specific way for each patient, changing only the initial pressure-volume curve derived from the clinical data. By conducting tests on a larger number of patients, the tendency and variability of the mechanical properties of the constituent material of SFA can be observed.

L’Ateropatia Ostruttiva Periferica è una patologia che riduce il flusso di sangue ai distretti inferiori. Le tecniche chirurgiche convenzionali, come angioplastica con stent e palloncino o by pass, si sono mostrate fallimentari a causa delle complesse entità di forze biomeccaniche che agiscono su questo vaso. La poca conoscenza delle proprietà meccaniche della SFA rende difficile intervenire per una corretta prognosi e diagnosi della patologia. Questo lavoro ha come obbiettivo la determinazione delle proprietà meccaniche paziente-specifiche a partire da curve cliniche di Pressione Volume. Per fare ciò è stato implementato un algoritmo di minimizzazione, che trova il parametro meccanico migliore capace di minimizzare una data funzione. L’algoritmo è stato implementato in Matlab e, partendo da proprietà meccaniche casuali, le varia in modo da trovare quelle ottimali. La curva computazionale è stata derivata da ABAQUS, tramite la costruzione di un modello pallone-arteria che simuli l’intervento di angioplastica. Il pallone è stato assunto come un materiale elastico lineare (E = 890 MPa), mentre il vaso è stato assunto prima isotropo (µ e α) e poi anisotropo (C10, K1, K2, K3, K4). L’algoritmo di minimizzazione è stato validato prima in silico e successivamente in vivo. Durante lo sviluppo del modello è necessario considerare l’anisotropia del tessuto, i parametri meccanici che regolano la risposta meccanica in direzione circonferenziale (K1 e K2), la configurazione di Zero Pressione ed infine di Pre-Stretch L’algoritmo proposto è una metodologia per determinare le proprietà meccaniche in modo specifico per ogni paziente. Questo consente di avere una più corretta prognosi e diagnosi della patologia in modo da migliorare l’intervento chirurgico e abbassare i costi sanitari. In questo modo si può intervenire in modo specifico per ogni paziente, variando solamente l’iniziale curva pressione volume proveniente dai dati clinici. Svolgendo prove su un numero più esteso di paziente si può osservare la tendenza e la variabilità delle proprietà meccaniche del materiale costitutivo della SFA.