Generazione semi-automatica di geometrie di aorta ascendente per l'analisi del rischio di dissezione tramite simulazioni ad elementi finiti

The aorta, among all the arteries, is the most important vessel that carries blood out from the heart. The proximal portion of the aorta is called ascending aorta. It has an average length of 5 cm and a diameter that varies between 22 mm and 36 mm in relation to the age, sex and size of the subject. Arterial pathologies include dissection, a pathological condition that determines the detachment of two of the three layers that make up the vessel wall; type A dissection affects the ascending aorta. The associated mortality is the most relevant aspect of type A aortic dissection: if the patient does not undergo surgery within 48 hours of the initiation of the dissection, mortality is estimated at 50%. To date, the most monitored parameter for the diagnosis of dissection is the maximum diameter of the aorta: if the diameter exceeds the threshold value of 5.5 cm, the patient is considered at risk. However, there are studies in literature that document a correlation between the risk of aortic dissection and other geometric parameters of the aorta, such as angular parameters. In particular, the Root-Asc and Asc-Arch angles are measured between the normal of planes placed at anatomical landmarks on the ascending aorta. Computational biomechanics is a valid tool to support clinical research. In fact, the possibility of simulating the behavior of anatomical structures in different conditions allows the comparison between configurations. Accordingly, the role of the parameters characterizing these configurations is understood to determine the risk of a pathology. The aim of the present work is both to develop a method for the semi-automatic generation of a virtual population of aortic geometries and to provide geometric models for computational simulations. Starting from a paradigmatic model we developed a code allowing the reproduction of the model with the possibility of modifying the parameters of interest for the evaluation of the dissection risk. The strategy allowed to adequately create a set of aortic geometries in which the Root-Asc and Asc-Arch angles were varied in a range of 50°.

L’aorta è la più importante tra le arterie, i vasi che trasportano il sangue uscente dal cuore. La porzione prossimale dell’aorta prende il nome di aorta ascendente ed ha una lunghezza media di 5 cm e un diametro che varia tra i 22 mm e i 36 mm in relazione a età, sesso e taglia del soggetto. Tra le patologie arteriose si inserisce la dissezione, una condizione patologica che determina il distaccamento di due dei tre strati che costituiscono la parete del vaso; la dissezione di tipo A colpisce l’aorta ascendente. L’aspetto più rilevante della dissezione aortica di tipo A è rappresentato dalla mortalità ad essa associata: se il paziente non è sottoposto a intervento chirugico entro 48 ore dall’innesco della dissezione, la mortalità è stimata al 50%. Storicamente, il parametro più monitorato per la diagnosi della dissezione è il diametro massimo dell’aorta: se questo supera il valore soglia di 5,5 cm, il paziente è considerato a rischio. Tuttavia, esistono studi in letteratura che documentano una correlazione tra il rischio di dissezione aortica e altri parametri geometrici dell’aorta tra cui parametri angolari. In particolare, si misurano gli angoli Root-Asc e Asc-Arch tra le normali a piani in corrispondenza di punti di repere anatomici posti sull’aorta ascendente. La biomeccanica computazionale costituisce un valido strumento a supporto della ricerca clinica. Infatti, la possibilità di simulare il comportamento di una struttura anatomica in diverse condizioni può consentire anche il confronto tra configurazioni che differiscono per alcuni parametri così da comprendere quale ruolo possono avere i parametri stessi nel determinare il rischio di una patologia. Nel presente lavoro sono stati messi a punto un metodo per la generazione semi-automatica di una popolazione virtuale di geometrie di aorta e la predisposizione delle simulazioni computazionali. A partire da un modello paradigmatico ereditato da un precedente lavoro, è stato sviluppato un codice che consente la riproduzione del modello con la possibilità di modificare i parametri di interesse per la valutazione del rischio di dissezione. La strategia ha consentito di creare adeguatamente un set di geometrie aortiche in cui gli angoli Root-Asc e Asc-Arch sono stati variati in un range di 50°.