Hemodynamic evaluation of aortic valve repair with the Ozaki Technique: insights from numerical models and clinical data

As the aging of the population becomes significant, we see more patients with coronary and peripheral artery diseases, aortic diseases, and atrioventricular valve diseases. For aortic valve disease, valve replacement has always been the gold standard treatment, which involves the substitution of the native aortic valve with biological or mechanical prosthesis. However aortic valve replacement still has many limitations such as rapid deterioration in bioprosthetic valves, high risk of anticoagulation-related complications in mechanical valves as well as size mismatch, especially in young patients with small annuluses. In this scenario, the Ozaki procedure, namely, Aortic Valve reconstruction (AV-Rec) or Aortic Valve-Neocuspidization (AV-Neo), aims to reconstruct the aortic valve using glutaraldehyde-treated autologous pericardium. Although the Ozaki procedure has well-identified benefits, it is still a topic of debate in the cardiac surgical community, which prevents its larger use to treat valve pathologies. This is linked to the actual lack of knowledge regarding the dynamics of tissue deforma tions and surrounding blood flow for this autograft pericardial valve. So far, there is not many numerical study examining the coupling between the blood flow characteristics and the Ozaki leaflets dynamics. In this study patient specific aortic geometry was reconstructed from clinical data provided by Centro Cardiologico Monzino di Milano, while the AV-Neo valve was virtually modeled following the Ozaki procedure guidelines. Finite Element, Computational Fluid Dynamics and Fluid Structure Interaction analysis were exploited to evaluate post-repair valve function, including flow patterns and leaflet dynamics, under physiologically realistic conditions. Comparisons of simulation results with 4D-MRI data were used to assess an agreement in key haemodynamic parameters.

Con l’invecchiamento della popolazione che diventa sempre più significativo, si osserva un aumento dei pazienti affetti da malattie coronariche e delle arterie periferiche, patologie aortiche e malattie delle valvole atrioventricolari. Per la patologia della valvola aortica, la sostituzione valvolare è sempre stata considerata il trattamento di riferimento, preve dendo la sostituzione della valvola aortica nativa con una protesi biologica o meccanica. Tuttavia, la sostituzione valvolare aortica presenta ancora numerose limitazioni, come il rapido deterioramento delle bioprotesi, l’alto rischio di complicanze legate alla terapia anticoagulante nelle valvole meccaniche e il mismatch dimensionale, in particolare nei pazienti giovani con anelli valvolari di piccole dimensioni. In questo contesto, la procedura di Ozaki, nota anche come ricostruzione della valvola aortica (AV-Rec) o neocuspidalizzazione della valvola aortica (AV-Neo), ha l’obiettivo di ricostruire la valvola aortica utilizzando pericardio autologo trattato con glutaraldeide. Sebbene la procedura di Ozaki presenti benefici ben identificati, rimane un tema di di battito all’interno della comunità di chirurgia cardiaca, limitandone la diffusione per il trattamento delle patologie valvolari. Ciò è dovuto alla carenza di conoscenze relative alle dinamiche delle deformazioni tissutali e al flusso sanguigno circostante per questa valvola autologa in pericardio. Ad oggi, esistono pochi studi numerici che esaminano il legame tra le caratteristiche del f lusso sanguigno e la dinamica dei lembi della procedura di Ozaki. In questo studio, la geometria aortica specifica del paziente è stata ricostruita a partire dai dati clinici forniti dal Centro Cardiologico Monzino di Milano, mentre la valvola AV-Neo è stata modellata virtualmente seguendo le linee guida della procedura di Ozaki. L’analisi agli elementi finiti, la fluidodinamica computazionale e l’interazione fluido-struttura sono state sfruttate per valutare la funzionalità della valvola dopo la riparazione, includendo i modelli di flusso e la dinamica dei lembi, in condizioni fisiologicamente realistiche. Il confronto dei risultati delle simulazioni con i dati di risonanza magnetica 4D-MRI è stato utilizzato per valutare la concordanza dei principali parametri emodinamici.