Simulazioni computazionali paziente-specifico della procedura TEVAR comprensive di pre-stress vascolare

Thoracic aortic endovascular repair (TEVAR) is an innovative minimally invasive surgical technique, that exploits a self-expandable stent-graft inserted from the femoral artery to the pathological region. Despite being a safer alternative to conventional open repair, there are procedure-related complications, due to suboptimal device-aorta interactions, that make the mid and long-term benefit of TEVAR still unclear. Computational simulations of TEVAR procedure have shown potential both as a decision support tool and as predictor of complications. The present study aims to apply a methodology, previously validated, to virtually reproduce the TEVAR procedure in seven patient-specific cases, trough high fidelity and realistic finite element simulations. Commercially available Medtronic Valiant Captivia® has been virtually implanted in the aorta models reconstructed from CT scans. Furthermore, an algorithm devoted to the incorporation of a pre-stress field in the aortic wall has been introduced. Post processing analysis was focused on the investigation of potential critical parameters related to most common complications, as well as the influence of the pre-stress algorithm on the simulations. In particular, wall stresses and normal contact tractions, possible cause of excessive stresses or inadequate anchorage, have been correlated with the size and positioning of the devices. This work demonstrated the feasibility of a realistic patient-specific finite element simulation methodology on multiple subjects, as well as adaptable to other devices available on the market. Future directions must move toward wider population studies, potentially exploitable in the in silico clinical trials field.

La riparazione endovascolare dell’aorta toracica (TEVAR) è un’innovativa tecnica chirurgica che permette il trattamento di patologie aortiche in modo mininvasivo, tramite il posizionamento di uno stent-graft auto espandibile inserito dall’arteria femorale. Nonostante abbia dimostrato di essere un’alternativa più sicura e con minore mortalità intraoperatoria della convenzionale riparazione a cielo aperto, possibili complicazioni legate ad una mancata interazione ottimale tra il dispositivo e la parete mettono in chiaroscuro i benefici che la procedura TEVAR offre a medio-lungo termine. Simulazioni computazionali atte a riprodurre virtualmente questa chirurgia hanno mostrato potenzialità sia come strumento decisionale di supporto che come mezzo predittivo di complicazioni. L’obiettivo di questa tesi è applicare una metodologia, precedentemente validata, ad alto livello di realismo atta a simulare, tramite analisi agli elementi finiti, la procedura TEVAR su sette casi paziente-specifici. Il dispositivo commerciale Medtronic Valiant Captivia®, in diverse taglie, è stato virtualmente impiantato nei sette modelli di aorta ricostruiti da immagini TAC. Ai vasi è stato inoltre applicato un algoritmo ad hoc in grado di stimare la distribuzione degli sforzi che subiscono in vivo (pre-stress). L’analisi di post-processing si è focalizzata sullo studio di parametri potenzialmente predittivi di complicanze nei pazienti, nonché sull’influenza dell’algoritmo di pre-stress sulle simulazioni. In particolare, gli sforzi alla parete e le pressioni normali di contatto sono stati correlati con la taglia ed il posizionamento dello stent-graft, possibile causa di sollecitazioni eccessive o inadeguato ancoraggio. Quanto emerso dallo studio ha dimostrato che la metodologia presentata è applicabile e ripetibile su una vasta popolazione, nonché adattabile anche ad altri device disponibili sul mercato. Si prospettano in futuro studi basati su grandi coorti di soggetti in grado di elaborare parametri quantitativi predittivi di complicanze e adattabili ad una chirurgia personalizzata, anche in ottica di trial clinici in silico.