Studio computazionale della fluidodinamica in biforcazioni coronariche : confronto tra stent dedicati e stent tradizionali

Atherosclerosis remains the leading cause of morbidity and mortality in the developed society. Atherosclerotic lesions in coronary arteries reduce arterial lumen size through plaque formation and arterial thickening, reducing blood flow to the heart. Only in the United States every year about 500.000-700.000 people died from myocardial infarction and there are about one and a half million of cases per annum (Zafari et al. 2012). Stenting procedures are, nowadays, the most common intervention used to treat the atherosclerotic arteries. Particularly, in coronary bifurcations, it consists of the following steps: both branches are wired and dilated with a balloon, position one or more stents, deploy the stents (Fauci et al. 2007). The treatment is widely practiced but it has a number of risk such as the partially or totally restenosis after the implant. The risk of restenosis is particularly high in coronary bifurcations (more than 50%) and makes this procedure a still open challenge in clinical field (Iakovou et al. 2005). Bifurcation dedicated stent can now be used to simplify the procedure and facilitate the placement and expansion of the device in the side branch (Collet et al. 2011). Mechanisms and causes of in-stent restenosis are nowadays not fully understood but some local fluid dynamic factors have been associated to it. For example, in vitro and in vivo studies show that wall shear stresses lower than 0.5 Pa are deeply related with restenosis of coronary arteries (Malek et al. 1999). Primary goal of this work is to study, through numerical simulation, the local fluid dynamics of stented coronary bifurcations. In particular we compare traditional and dedicated stent for the side branch within a double-stenting technique, the Culotte technique.

Al giorno d’oggi la causa più comune di morte o di invalidità precoce nei Paesi sviluppati è la cardiopatia ischemica da insufficiente flusso coronarico. È stato infatti stimato che, solamente negli Stati Uniti, circa 500.000-700.000 persone all’anno perdono la vita in seguito ad un infarto miocardico acuto e quasi un milione e mezzo di casi si verificano ogni anno con un tasso di incidenza di 600 episodi ogni 100.000 abitanti (Zafari et al. 2012). Il ridotto apporto ematico al miocardio è generalmente dovuto all’aterosclerosi, patologia caratterizzata da lesioni infiltrate di lipidi (placche ateromatose) che si sviluppano nella superficie interna dei vasi coronarici, riducendone il lume e provocando un inspessimento delle pareti delle arterie stesse. Attualmente per la cura delle patologie legate alle biforcazioni coronariche, uno dei trattamenti più diffusi è l’intervento percutaneo coronarico, il quale è una metodica mininvasiva che consiste nella dilatazione dell’arteria stenotica mediante l’espansione di un palloncino montato su catetere ed, in genere, nel successivo impianto di uno o più stent al fine di mantenere aperto nel tempo il vaso patologico (Fauci et al. 2007). Sebbene l’impianto di questi dispositivi medicali sia una procedura clinica affermata, esistono purtroppo diverse complicazioni, tra cui principalmente la riocclusione parziale o totale del vaso nel periodo successivo al trattamento. Il tasso di restenosi è particolarmente elevato, soprattutto per le biforcazioni coronariche nelle quali è addirittura superiore al 50%, e questo rende quindi l’utilizzo degli stent ancora insicuro e soggetto ad ulteriori approfondimenti (Iakovou et al. 2005). Nel tentativo di semplificare il trattamento di queste arterie e di risolvere i limiti delle strategie di impianto, negli ultimi anni sono stati testati ed introdotti sul mercato diversi stent dedicati, specifici quindi per le biforcazioni e progettati con il fine principale di migliorare l’accesso al ramo secondario (Collet et al. 2011). Ancora oggi purtroppo i meccanismi della restenosi non sono stati completamente spiegati, tuttavia lo studio della fluidodinamica locale è in grado di fornire degli indici che potrebbero predire la probabilità di formazione della placca aterosclerotica. Per esempio, sforzi di taglio alla parete (Wall Shear Stress, WSS) inferiori a 0.5 Pa sono stati correlati con il fenomeno di restenosi dei vasi coronarici (Malek et al. 1999). A tal scopo, con l’aumento delle risorse di calcolo e con l’introduzione di software più sofisticati, la fluidodinamica computazionale risulta essere oggi un valido strumento di indagine. Il lavoro di tesi qui riassunto si inserisce in tale ambito e presenta come principale obiettivo lo studio, attraverso simulazioni numeriche, della fluidodinamica locale nelle biforcazioni coronariche in presenza di stent. In particolare, si vuole mettere a confronto due diversi stent, uno tradizionale ed uno dedicato per il side branch, nel caso della tecnica di impianto Culotte, ad oggi una delle procedure di impianto a due stent più effettuate.