Fluid-structure interaction computational study in thoracic aortic aneurysm in view of relevant treatments' previsions

Thoracic aortic aneurysms (TAAs) are vascular pathologies characterised by a permanent and localised dilation of the aortic wall. Their onset is often asymptomatic but can evolve over time and cause severe complications such as rupture or dissection. The thoracic endovascular aortic repair (TEVAR) is a minimally invasive surgical procedure widely used for the treatment of TAA and consists in the insertion of a stent-graft within the affected portion of the aorta. This device is able to isolate the aneurysmal sac from the blood flow, allowing the artery to restore its physiological dimension and reducing the risk of rupture. This thesis focuses on TAAs located in different parts of the thoracic aorta and aims to explore the role of haemodynamic factors in their progression and in the planning of TEVAR procedures. In this work Fluid-structure Interaction (FSI) simulations are applied to patient-specific aortic geometries reconstructed from computed tomography (CT) scans provided by the vascular surgery unit of Policlinico di Milano. The use of a FSI simulations allows to study both haemodynamics and structural mechanics in TAA, in particular, quantities such as pressures, velocity fields and wall shear stress (WSS) are evaluated at different phases of the cardiac cycle in order to assess the risk of aneurysm progression. In addition, for structural analysis, Von Mises stress distributions are studied in order to identify critical regions of the aortic wall for stent apposition. Lastly, to establish the best apposition areas for TEVAR, an analysis of the drag forces acting on the vessel wall is carried out together with the definition of possible risk indices linked to endoleak and migration phenomena.

Gli aneurismi dell'aorta toracica (AAT) sono patologie vascolari caratterizzate da una dilatazione permanente e localizzata della parete aortica . La loro insorgenza è spesso asintomatica, ma può evolvere nel tempo e causare gravi complicazioni come la rottura o la dissezione. il trattamento endovascolare dell'aorta toracica (TEVAR) è una procedura chirurgica minimamente invasiva ampiamente utilizzata per il trattamento degli AAT e consiste nell'inserimento di uno stent-graft all'interno della porzione di aorta affetta dalla patologia. Questo dispositivo è in grado di isolare la sacca aneurismatica dal flusso sanguigno, permettendo all'arteria di ripristinare le sue dimensioni fisiologiche e riducendo il rischio di rottura. Questa tesi si concentra sugli AAT localizzati in diverse parti dell'aorta toracica e mira ad esplorare il ruolo dei fattori emodinamici nella loro progressione e nella pianificazione delle procedure TEVAR. In questo lavoro le simulazioni di interazione fluido-struttura (FSI) sono applicate a geometrie aortiche paziente-specifiche ricostruite da scansioni di tomografia computerizzata (TC) fornite dal'unità di chirurgia vascolare del Policlinico di Milano. L'uso di simulazioni FSI permette di studiare sia l'emodinamica che la meccanica strutturale nella TAA; in particolare, quantità come pressioni campi di velocità e sforzi alla parete sono valutate in diverse fasi del ciclo cardiaco per valutare il rischio di progressione dell'aneurisma. Inoltre, per quanto riguarda l'analisi strutturale, vengono studiate le distribuzioni di stress di Von Mises per identificare le regioni critiche della parete aortica per l'apposizione dello stent. Infine, per stabilire le migliori zone di apposizione per TEVAR, viene realizzata un'analisi delle forze di trascinamento (DF) agenti sulle pareti del vaso insieme con la definizione di possibili indici di rischio connessi al fenomeno dell'endoleak e della migrazione.