Effects of atrial fibrillation on left atrium haemodynamics : a patient specific computational fluid dynamics study

Atrial fibrillation is the most common heart rhythm pathology nowadays. Its progression can commonly lead to the onset of more severe disorders, whose degeneration can also lead to the patient death. Among them, a common complication is the formation of thrombi in the left atrium, particularly in the section of the Left Atrial Appendage (LAA). The thesis aims to analyze differences in left atrium hemodynamics, between healthy patients and patients affected by this pathology. Indeed, a thorough understanding of atrial fluid dynamics is necessary to understand the causes of the increased thrombogenic risk. The study uses reconstructed patient-specific geometries of atria to simulate blood flow using a finite element method. However, building a numerical simulation requires preprocessing the medical images and adding the necessary missing information. In this case, the total absence of medical tests concerning movement and flow in the chambers requires development of geometrically reduced models that simulate the presence or absence of the pathology, based on the clinical history of the patient under consideration. The objective of the thesis is the evaluation of descriptive parameters of the fluid dynamics of the atrium. They derive from both Eulerian and Lagrangian approaches, applying a realistic heart movement. The work evaluates how the geometric characteristics and the clinical situation of the patients, coupled with the mathematical models chosen, influence the consistency of the results considering the specific simulated case.

La fibrillazione atriale è la patologia del ritmo cardiaco più diffusa ai giorni nostri. Il suo progredire comporta frequentemente l'insorgere di disturbi più gravi, che degenerando possono causare anche al decesso del paziente. Tra questi, una complicanza diffusa è la formazione di trombi nell'atrio sinistro, in particolare nella sezione dell'auricola. Questa tesi si propone di analizzare le differenze nell'emodinamica in tale camera cardiaca, tra pazienti sani ed affetti da tale patologia. Difatti, una comprensione approfondita della fluidodinamica atriale è necessaria a comprendere le cause dell'aumento del rischio trombogenico. Lo studio utilizza geometrie paziente-specifico ricostruite di atri, per simulare il flusso sanguigno con l'utilizzo di un metodo numerico ad elementi finiti. La costruzione di una simulazione numerica richiede tuttavia di preprocessare le immagini mediche e di sopperire alle informazioni necessarie mancanti. In questo caso, la totale assenza di esami medici riguardanti movimento e flusso nelle camere richiede lo sviluppo di modelli geometricamente ridotti, che simulino la presenza o l'assenza della patologia in base alla storia clinica del paziente considerato. L'obiettivo della tesi è quindi la valutazione di parametri decrittivi della fluidodinamica dell'atrio, derivanti sia da approcci euleriani che lagrangiani, applicando un movimento cardiaco realistico. Ciò viene effettuato valutando come le caratteristiche geometriche e la situazione clinica dei pazienti, nonché i modelli matematici scelti, influiscano per produrre i risultati, sperabilmente coerenti con il caso specifico simulato.