Simulazioni paziente-specifiche per il planning pre-operatorio di casi TAVI complessi

This work investigates the mechanical and hemodynamic behavior of transcatheter aortic valves (TAVI), with particular focus on complex clinical scenarios such as bicuspid aortic valve (BAV), pre-existing mechanical mitral valve replacement (MVR), and severe annular calcification. Starting from CT imaging provided by Istituto Clinico Humanitas, patient-specific 3D models were reconstructed and integrated into a complete numerical workflow, including mesh generation, zero-pressure configuration setup, and simulation of the entire implantation procedure. Finite element simulations were used to reproduce the phases of aortic pressurization, stent crimping, and deployment. Subsequently, diastolic CFD simulations were performed to evaluate the blood flow and assess the presence and extent of paravalvular leak (PVL), one of the main complications following TAVI. The study involved sixteen patients with different anatomies, implanted devices, and degrees of calcification. In particular, two types of self-expanding valves were employed: Evolut R (Medtronic) and Acurate neo2 (Boston Scientific). Results highlighted how the prosthesis deployment depth, the distribution of calcifications, and the interaction with the anatomical walls significantly influence device performance and PVL risk. Comparison with post-operative angiographic imaging confirmed the predictive consistency of the simulations. This work demonstrates the potential of patient-specific TAVI modeling as a decision-support tool in preoperative planning, opening concrete perspectives toward a more predictive and personalized clinical approach.

Il lavoro affronta lo studio del comportamento meccanico ed emodinamico delle valvole aortiche impiantate per via transcatetere (TAVI), con particolare attenzione ai casi clinici più complessi, come quelli con valvola aortica bicuspide (BAV), presenza di protesi mitralica meccanica (MVR) o un’estesa calcificazione dell’anulus. A partire da immagini cliniche TC fornite dall’Istituto Clinico Humanitas, sono stati ricostruiti modelli tridimensionali paziente-specifici, su cui è stato applicato un workflow numerico completo: dalla generazione della mesh alla definizione della configurazione a pressione nulla, fino alla simulazione dell’intera procedura di impianto. Mediante simulazioni agli elementi finiti, sono state replicate le fasi di pressurizzazione aortica, crimpaggio dello stent e successivo rilascio. Successivamente, l’analisi del flusso sanguigno in fase diastolica attraverso simulazioni CFD ha permesso di studiare la presenza e l’entità del rigurgito paravalvolare (PVL), una delle principali complicanze post-TAVI. Lo studio è stato condotto su sedici pazienti con differenti anatomie, dispositivi impiantati e livelli di calcificazione. In particolare, sono state utilizzate due tipologie di valvole autoespandibili: la Evolut R (Medtronic) e la Acurate neo2 (Boston Scientific). I risultati ottenuti hanno mostrato come fattori quali la profondità di rilascio della protesi, la distribuzione delle calcificazioni e l’interazione con le pareti anatomiche influenzino in modo significativo le prestazioni dell’impianto e il rischio di PVL. Il confronto con immagini angiografiche post-operatorie ha confermato la coerenza tra simulazione e realtà clinica. Questo lavoro dimostra il potenziale della modellazione TAVI personalizzata come strumento di supporto nella pianificazione preoperatoria, aprendo prospettive concrete verso un approccio sempre più predittivo e mirato al singolo paziente.