Progettazione e sviluppo di un banco prova per il trattamento endovascolare di diverse tipologie di aneurismi

It is estimated that over 30,000 people suffer of brain aneurysms rupture in the United States each year, resulting in the death of up to half of the cases and permanent disability in 50% of survivors. Nowadays, platinum coils are mostly used for the treatment of this pathology as the current gold standard, but new biomaterials are being studied, with promising results being made in the field of embolizing liquids. It is therefore essential to be able to effectively test innovative materials and surgical techniques in physiological-like conditions before operating in vivo. The present thesis aims to develop a test bench able to replicate the pulsatile blood flow conditions in patient specific aneurysm simulator to allow the insertion of catheters and new developing materials. Through the segmentation of diagnostic images with 3D Slicer and the optimization of the 3D models with Meshmixer, two phantoms of an aneurysm of the splenic artery were created: the first was printed in Clear Resin, a rigid and non-deformable material whereas the second in Elastic 50A, an elastic and deformable material. The classification parameters of the aneurysms were chosen and test protocols were developed to compare the performance of the models under examination. Distilled water was used in the hydraulic circuit to conduct the tests and no significant difference have been found through the comparison with a solution of distilled water (60%) and glycerin (40%) from the point of view of the flow rates and the pressures recorded, as well as the usability of the catheter. The set-up has overcome all the tests of hydraulic seal at high flow rate and pressure values and the simple management of the components and parameters of the test bench has been confirmed. The influence of the catheter in the simulator was studied, noting a correlation between its presence and a significant decrease in the input flow rate to the model. A few phenomena that occurred due to the deformability of the phantom made in Elastic 50A were also studied: a retrograde flow of liquid due to the elastic return of the model to the initial size after the flow peak had caused it to expand, lower levels of pressure have been reached and higher flow peaks have been obtained.

Si stima che ogni anno avvengano negli Stati Uniti almeno 30.000 rotture di aneurismi cerebrali, con conseguente morte fino alla metà dei casi ed una disabilità permanente nel 50% dei sopravvissuti. Attualmente per il trattamento di questa patologia vengono impiegate prevalentemente spire di platino, l'attuale gold standard, ma sono in studio nuovi biomateriali caratterizzati da risultati promettenti nel campo dei liquidi embolizzanti. Risulta quindi fondamentale poter sottoporre a test in maniera efficace materiali innovativi e tecniche chirurgiche in condizioni simil-fisiologiche prima di operare in vivo. La presente tesi si propone di sviluppare un banco prova in grado di replicare le condizioni di portata sanguigna pulsatile in un simulatore di aneurismi paziente specifici per permettere l'usabilità di cateteri e di nuovi materiali in via di sviluppo. Tramite la segmentazione di immagini diagnostiche con 3D Slicer e l'ottimizzazione dei modelli 3D con Meshmixer, sono stati realizzati due simulatori di aneurisma all'arteria splenica: il primo stampato in Clear Resin, materiale rigido e non deformabile, il secondo in Elastic 50A, materiale elastico e deformabile. Sono stati scelti i parametri di classificazione degli aneurismi e sviluppati dei protocolli di prova per confrontare le performance dei modelli in esame. Nel banco prova è stata utilizzata acqua distillata per condurre i test e non sono state riscontrate differenze significative con l'uso di una soluzione di acqua distillata (60%) e glicerina (40%) dal punto di vista delle portate e pressioni registrate, nonché dell'usabilità del catetere. Il set-up ha superato tutte le prove di tenuta ad alti valori di portata e pressione ed è stata confermata la semplice gestione dei componenti e dei parametri. È stata studiata l'influenza del catetere nel simulatore, notando una correlazione tra la presenza dello stesso e una diminuzione significativa di portata in ingresso al modello. Sono stati inoltre studiati alcuni fenomeni che si sono verificati a causa della deformabilità del phantom in Elastic 50A: il flusso retrogrado di liquido dovuto al ritorno elastico del modello all'estensione iniziale dopo che il picco di portata l'aveva fatto espandere, i minori livelli di pressione raggiunti e i maggiori picchi di portata ottenuti.