Ricostruzione della geometria di istologie di fistola artero-venose artificiale

Chronic hemodialysis is a condition that affects approximately 2.2 million patients worldwide, all of whom require vascular access to connect to an external hemodialysis machine. However, the currently available options for long-term hemodialysis access come with various drawbacks and are often associated with high rates of failure. In some cases, using a native fistula is not feasible, especially when time is critical or in the presence of specific conditions such as diabetes or obesity. In such circumstances, synthetic grafts made from materials like polyurethane or expanded polytetrafluoroethylene serve as a well-established alternative. The primary objective of our study is the reconstruction of the physiological geometries of arteries, veins, and arteriovenous grafts using Silkothane®, a material composed of silk fibroin and polyurethane. This is accomplished through the analysis of histological images and their corresponding segmentations. To achieve this goal, it has been developed a protocol based on the deformation of binary masks derived from segmentations of the luminal and neo-intimal regions of blood vessels. This approach involves extracting geometric coordinates from the contours of the segmentations using MATLAB software and subsequently applying affine transformations to the binary masks through an ImageJ software plug-in. The goal is to faithfully recreate the geometry observed in vivo through ultrasound imaging, enabling the precise reconstruction of the vascular graft construct. The study provides a dataset of images that can be used for further analyses, including the assessment of the biomechanical performance of this novel vascular prosthesis material. This analysis will be conducted through a fluid-structure interaction (FSI) in silico model. The integration of histological data, segmentations, and FSI simulations offers an alternative approach to evaluate the design and performance of this vascular prosthesis.

L'emodialisi cronica rappresenta una condizione che coinvolge circa 2,2 milioni di pazienti in tutto il mondo, i quali necessitano di un accesso vascolare per collegare un'apparecchiatura di emodialisi esterna. Tuttavia, le attuali opzioni disponibili per gli accessi all'emodialisi a lungo termine presentano diversi inconvenienti e spesso sono associate a elevate percentuali di insuccesso. In alcuni casi, non è possibile utilizzare una fistola nativa, soprattutto quando il fattore tempo è critico o in presenza di condizioni particolari, come il diabete o l'obesità. In queste circostanze, gli innesti sintetici realizzati in materiali come il poliuretano o il politetrafluoroetilene espanso rappresentano un'alternativa collaudata. L'obiettivo principale del nostro studio è la ricostruzione delle geometrie fisiologiche delle arterie, delle vene e dei graft di una fistola arterovenosa artificiale in Silkothane®, un materiale composto da fibroina della seta e poliuretano, attraverso l'analisi di immagini istologiche e le relative segmentazioni. Per raggiungere questo obiettivo, è stato sviluppato un protocollo basato sulla deformazione di maschere binarie derivate dalle segmentazioni del lume e della neo-intima dei vasi sanguigni. Questo approccio coinvolge l'estrazione delle coordinate geometriche dai contorni delle segmentazioni, utilizzando il software MATLAB, e la successiva trasformazione affine delle maschere binarie mediante un plug-in del software ImageJ. L'obiettivo finale è di ricreare fedelmente la geometria osservata in vivo attraverso l'imaging ecografico, consentendo la ricostruzione precisa del costrutto vaso-graft. Lo studio fornisce un dataset di immagini che potrà essere utilizzato per ulteriori analisi, tra cui l'analisi delle prestazioni biomeccaniche di questo nuovo materiale per protesi vascolare. Tale analisi verrà condotta attraverso un modello di interazione fluido-struttura (FSI) in silico. L'integrazione di dati istologici, segmentazioni e simulazioni FSI offre un approccio alternativo per valutare la progettazione e le prestazioni di questa protesi vascolare.