Endovascular abdominal aneurysm repair outcomes : image-based analysis of stent-graft displacements and computational fluid-dynamics

Endovascular abdominal aneurysm repair (EVAR) is an effective alternative to conventional open repair for the treatment of abdominal aortic aneurysm (AAA). However, several post-operative complications in the long-term are reported: migration, endoleak, thrombus formation or device failure. The purpose of this thesis is to investigate the clinical outcomes of EVAR by quantitatively assessing the stent-graft displacements both within cardiac cycle and among several follow-ups for three different patients (Patient I, Patient II and Patient III). This is a preliminary study on a possible correlation between the stent-graft displacements and fluid-dynamic indices obtained by CFD simulations. Once stent-graft segmentations were performed, we quantitatively evaluate the movements of the devices both throughout the cardiac cycle and among follow-ups. Fluid-dynamics simulations based on the Finite Elements Method (FEM) were performed with the patient-specific geometries of the endograft lumen for two patients and for each of their follow-up. Qualitative and quantitative changes in velocity fields, wall shear stress (WSS) and time averaged wall shear stress (TAWSS) among follow-ups were analyzes, as well as the presence of disturbed flow patterns. By merging the displacements analysis and the fluid-dynamic results, we found that a lateral rigid translation towards the right of the Patient I device during the cardiac cycle is coherent with the high WSS values computed where a stenosis-like conformation of the right leg is present. WSS in such portion seems to act as a driving force of the whole migration. In case of Patient III, the huge expansion of the central portion was correlated to the complex recirculation patterns occurring at the same level of the device, which probably could lead to a thrombus formation, causing the metal wire dilation. Of course, more cases and analysis will be mandatory to support our thesis. These findings highlight the importance of the geometric features of the stent-graft which highly influence the hemodynamics and may play a role in research and clinical environments to support planning of EVAR.

La riparazione endovascolare dell'aneurisma (EVAR) è un metodo efficace alternativo alla procedura convenzionale a cielo aperto per il trattamento dell'aneurisma dell'aorta addominale (AAA). Si annoverano, però, numerosi casi di complicanze a partire da alcuni mesi successivi all'operazione, come ad esempio la migrazione della protesi, endoleak, formazione di trombo o addirittura il fallimento del dispositivo. L'obbiettivo di questa tesi consiste nell'investigare gli esiti clinici dell'EVAR valutando gli spostamenti che subisce lo stent-graft sia durante il ciclo cardiaco che tra i diversi follow-up a cui sono stati sottoposti tre pazienti (Paziente I, Paziente II and Paziente III). Inoltre, proveremo ad indagare l'esistenza di una possibile relazione che intercorre tra gli spostamenti ed i risultati emodinamici ottenuti dalle simulazioni CFD. Dopo aver eseguito le segmentazioni degli stent, si sono valutati movimenti dei dispostivi sia durante il ciclo cardiaco che tra un follow-up e l'altro. Si sono effettuate delle simulazioni fluido-dinamiche per due dei tre pazienti coinvolti nello studio e per ciascuno dei follow-up a cui i pazienti si sono sottoposti. Unendo l'analisi sugli spostamenti ed i risultati fluido-dinamici, si è riscontrata una rigida traslazione laterale verso destra dell'endograft del Paziente I, durante il ciclo cardiaco, coerente con gli alti valori di WSS registrati sulla stenosi del ramo destro. Sembrerebbe, quindi, che il WSS agente in questo punto agisca come forza motrice dello spostamento complessivo dello stent. Nel caso del Paziente III, l'ingente espansione della porzione centrale è stata correlata al verificarsi di numerosi ricircoli e vortici proprio nella medesima zona che probabilmente potrebbero aver dato inizio alla formazione di un trombo, causa della citata dilatazione. I risultati a cui si è pervenuti evidenziano l'importanza delle caratteristiche geometriche degli stent-graft che ne influenzano significativamente l'emodinamica.