Verso la validazione di simulazioni real-time dell'interazione vaso-catetere in procedure di cardiologia interventistica: caratterizzazione delle proprietà meccaniche di materiali per fantocci in vitro e analisi del loro effetto sui risultati numerici

The adoption of trans-catheter techniques for the treatment of structural cardiovascular diseases is increasingly prevalent, especially in frail and high-risk patients. However, the success of these techniques relies on the operator's skills, involving the challenging interpretation of two-dimensional images during the procedure. Moreover, there are severe risks to both the patient and the operator associated with ionizing radiation exposure from fluoroscopy. ARTERY’s project proposes an innovative solution by developing a robotic platform for structural interventional cardiology procedures, excluding the use of fluoroscopy and enhancing the understanding of images from RT3DTEE, which is a technique often used as an alternative to fluoroscopy, but it is not always suitable to the whole set of cardiovascular interventions. The study focuses on characterizing a flexible polyurethane foam (FlexFoam-iT!™ VIII) as a material intended to a future in vitro set-up to create a continuous equivalent which is able to mimic the effect of tissues surrounding the access-veins during the MitraClipTM implantation procedure. The characterization highlights mechanical parameters such as the elastic modulus and the Poisson's ratio. As a result, the selected foam exhibits properties compatible with the objectives. A subsequent sensitivity analysis applied to the numerical simulation of catheter-vessel interaction reveals the minimal influence of elastic modulus and Poisson's ratio on the femoral deformation. However, it is demonstrated that Young's modulus and the Poisson's ratio impact, albeit to varying extents, the contact forces generated by the catheter-vessel interaction. The integration of experimental data into the simulation yields consistent results, indicating the foam as a potential candidate for in vitro model validation and proposing a combined approach in the future.

L'adozione delle tecniche trans-catetere per il trattamento di malattie cardiovascolari strutturali è sempre più in uso, particolarmente nei pazienti fragili e ad alto rischio. Tuttavia, il successo di tali tecniche dipende dalle competenze dell'operatore, che comprendono la difficile interpretazione di immagini bidimensionali durante l'intervento. Inoltre vi sono severi rischi per paziente e operatore associati alle radiazioni ionizzanti emesse per l’impiego della fluoroscopia. Il progetto ARTERY propone una soluzione innovativa, sviluppando una piattaforma robotica per procedure di cardiologia interventistica strutturale, eliminando l'uso della tecnica fluoroscopia e migliorando la comprensione delle immagini da RT3DTEE, tecnica spesso usata al posto di della precedente, ma non sempre applicabile. Lo studio si focalizza sulla caratterizzazione di una schiuma poliuretanica flessibile FlexFoam-iT!™ VIII come materiale adibito, in un futuro, alla realizzazione di un setup in vitro per creare un continuo equivalente che mimi l’effetto dei tessuti che circondano in vivo le vene di accesso per la procedura di impianto del sistema MitraclipTM, evidenziando requisiti come modulo elastico e coefficiente di Poisson. Una successiva analisi di sensitività applicata alla simulazione numerica di interazione catetere-vaso, rivela l'influenza minima del modulo elastico e del coefficiente di Poisson sulla deformata della femorale, mentre è mostrato come il modulo di Young e lo stesso rapporto di Poisson incidano, sebbene in misure differenti, sulle forze di contatto generate dall’interazione catetere-vaso. L'integrazione dei dati sperimentali nella simulazione fornisce risultati coerenti, indicando la schiuma come potenziale candidato per la validazione del modello in vitro e proponendo un approccio congiunto in un futuro.