Analisi computazionale dell'emodinamica in impianti transcatetere della valvola aortica

Purpose - Transcatheter Aortic Valve Implantation (TAVI) is a minimally invasive procedure for aortic valve replacement involving a bioprosthetic valve into the native one. Over the years, TAVI prosthetic valve design has evolved to reduce postoperative complications, such as paravalvular leakage, thrombotic risk, and conduction disturbances. This thesis aims to investigate, through Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations of virtual postoperative scenarios, whether geometric differences between these valve designs affect aortic hemodynamics. Moreover, we assess the importance of including patient-specific data in the numerical simulations to provide a highly personalized description of post-TAVI blood-dynamic. Methods – Patient-specific preoperative aortic geometries are reconstructed from CT images provided by Centro Cardiologico Monzino. 3D models of the SAPIEN S, SAPIEN XT, and SAPIEN 3 valves (Edwards Lifesciences) are generated in SolidWorks and virtually inserted in the reconstructed geometries after suitable manipulations. Finally, CFD numerical simulations are performed inside these patient-specific virtual postoperative domains and the results are post-processed to analyze hemodynamic differences. Results – Computational analysis shows that the valve design impacts aortic hemodynamic features, generating differences in blood flow behavior especially close to the prosthetic valve. This is particularly clear when analyzing different valve designs virtually inserted in the same patient. On the other hand, an analysis across different patients highlights how different patient-specific data lead to significant differences in the numerical results. Conclusions – The presented modeling framework allows investigation of hemodynamic differences attributed solely to the geometric valve design. This analysis did not lead to an absolute assessment of which device is the best to use but provided useful insights on the impact that the inclusion of the geometric variable has on the numerical results. Finally, the results of this study stress the importance of exploiting patient-specific data to accurately resemble the clinical reality.

Obiettivo – L'Impianto Transcatetere della Valvola Aortica (TAVI) è una procedura minimamente invasiva per la sostituzione della valvola aortica che prevede l'inserimento di una valvola bioprotesica in quella nativa. Negli anni, il design delle valvole protesiche TAVI si è evoluto per ridurre le complicazioni post-operatorie, come le perdite paravalvolari, il rischio trombogenico e i disturbi nella conduzione. Questa tesi indaga, attraverso simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) di scenari virtuali post-operatori, se le differenze geometriche tra i design delle valvole possano influenzare l'emodinamica aortica. Inoltre, si valuta l'importanza di includere i dati paziente-specifici nelle simulazioni numeriche per fornire una descrizione personalizzata della dinamica del sangue post-TAVI. Metodi – Le geometrie aortiche paziente-specifiche preoperatorie vengono ricostruite a partire dalle immagini TC fornite dal Centro Cardiologico Monzino. I modelli 3D delle valvole SAPIEN S, SAPIEN XT e SAPIEN 3 (Edwards Lifesciences) vengono creati in SolidWorks e inseriti virtualmente nelle geometrie ricostruite dopo le opportune manipolazioni. Infine, vengono eseguite simulazioni CFD all'interno di questi domini virtuali post-operatori e i risultati vengono post-processati per analizzare le differenze emodinamiche. Risultati – L’analisi computazionale mostra che il design della valvola ha un impatto sulle caratteristiche emodinamiche aortiche, generando differenze nel comportamento del flusso sanguigno, specialmente vicino alla valvola protesica. Questo è più evidente quando si analizzano i diversi design delle valvole inseriti virtualmente nello stesso paziente. D'altra parte, un'analisi eseguita su pazienti differenti evidenzia come dati specifici del paziente portino a differenze significative nei risultati numerici. Conclusioni - Il framework di modellazione presentato consente di indagare le differenze emodinamiche dovute esclusivamente al design geometrico della valvola. L'analisi non ha fornito una risposta definitiva sul miglior dispositivo da utilizzare, ma ha offerto spunti utili sull'impatto che l'inclusione della variabile geometrica ha sui risultati numerici. Infine, questo studio sottolinea l'importanza di sfruttare i dati paziente-specifici per rispecchiare con maggiore precisione la realtà clinica.