Analisi a elementi finiti della biomeccanica della valvola tricuspide a partire da dati ecocardiografici 3D

Finite element analysis of the tricuspid valve from 3D echocardiographic data The present study is aimed at developing a framework for the analysis of the tricuspid valve from in vivo data, focusing on the evaluation of the effects of annular dilation on tricuspid regurgitation. The study involved three different steps. During the first step, performed at the Fondazione San Raffaele, the tricuspid valves of 10 patients with mitral regurgitation and those of 9 patients with mitral and tricuspid regurgitation were acquired via real-time 3D echocardiography and analyzed with TomTec®. In the second step, the geometric parameters of the tricuspid annulus were calculated, statistically analyzed and used to reconstruct a realistic model of the tricuspid valve using Matlab®. The third and final step consisted in creating two finite element models of the tricuspid valve, one in normal conditions and one with tricuspid regurgitation. The valvular dynamics throughout the cardiac cycle was simulated using Abaqus Explicit®. Results showed that the normal tricuspid valve sustains high stresses (150 kPa) in the central region of the leaflets and maximum stresses (300 kPa) near the area of coaptation of the leaflets, while in the regurgitant valve the lack of coaptation gives rise to high stress (200 kPa) on a broader area, and the maximum values are localized at the insertion of the basal chords (300 kPa). The results of the normal model are consistent with those obtained by Stevanella et al. (2010); the model with tricuspid regurgitation gave less comparable results, confirming the biomechanical alterations that occur during annular dilation. This study has produced a computational tool that can be clinically useful in evaluating the interactions between the components of the tricuspid valve, both in normal conditions and during tricuspid regurgitation. This study has given an innovative contribution to the scientific literature and set the basis for the implementation of patient-specific models of the tricuspid valve.

Analisi a elementi finiti della biomeccanica della valvola tricuspide a partire da dati ecocardiografici 3D Il presente lavoro di tesi si è posto come obiettivo l’analisi della biomeccanica della valvola tricuspide a partire da dati in vivo, ed in particolare la valutazione delle implicazioni biomeccaniche della dilatazione anulare con rigurgito tricuspidale. Il lavoro è stato articolato in tre parti: nella prima, condotta presso la Fondazione San Raffaele, sono state acquisite mediante ecocardiografia 3D, ed analizzate attraverso il software TomTec®, le valvole tricuspidi di 10 pazienti con tricuspide continente e 9 pazienti con rigurgito tricuspidale. La seconda fase ha previsto il calcolo dei parametri geometrici dell’annulus tricuspidale, la loro analisi statistica e la costruzione del modello geometrico di valvola tricuspide attraverso un codice sviluppato in Matlab®. La terza fase, infine, ha visto l’implementazione di un modello a elementi finiti di una tricuspide continente e di una con rigurgito, la cui dinamica durante il ciclo cardiaco è stata simulata utilizzando il software Abaqus Explicit®. I risultati ottenuti hanno evidenziato nella tricuspide continente sforzi elevati (150 kPa) nella porzione centrale dei lembi, e massimi (300 kPa) vicino l’area di coaptazione dei lembi. Nella valvola rigurgitante, invece, l’assenza di una completa coaptazione genera sforzi elevati (200 kPa) su una regione molto più ampia, mentre i valori massimi sono localizzati alle inserzioni delle corde basali (300 kPa). I risultati del modello di tricuspide sana sono consistenti con quelli ottenuti da Stevanella et al. ( 2010); valori meno confrontabili sono stati ottenuti per il modello di tricuspide rigurgitante, a conferma delle alterazioni biomeccaniche presenti in caso di dilatazione anulare. Il presente lavoro ha fornito uno strumento utile dal punto di vista clinico per la valutazione dell’interazione dei componenti della valvola tricuspide, sia in condizioni di normalità che in presenza di rigurgito valvolare, consentendo una migliore comprensione del ruolo svolto da ciascuno di essi. Questo lavoro ha apportato un contributo innovativo allo stato dell’arte e fornisce i presupposti per l’implementazione di modelli paziente-specifici di valvola tricuspide.