Pulmonary artery stenosis following arterial switch operation : patient specific computational modelling

Unilateral pulmonary artery stenosis is a common consequence after arterial switch operation to repair transposition of the great arteries. Among those patients presenting this problem, there are cases with balanced pulmonary artery flow split, despite the presence of a stenosis that would suggest a markedly asymmetric distribution of the flow in the branches. One of the hypotheses to explain this is the remodelling of the distal pulmonary vascular resistances. The aim of this work was to study this phenomenon with a lumped parameter network and patient specific multi-domain models, in order to better understand how the pulmonary resistances redistribute and to study the local fluid-dynamics that develops in these patients. The implemented models well approximated the patient specific measured fluid-dynamic conditions, giving a reliable estimation of the distribution of the pulmonary resistances. We demonstrated that geometry reconstruction is particularly important: a wrong estimation of the geometry, especially in the presence of severe degrees of stenosis, can highly affect the modelling results of the patient condition. The developed modelling process can be used as a tool for surgical virtual planning, for example to investigate the effects of the insertion of a stent to relieve the stenosis in these patients, which is still a controversial issue in clinical practice.

Una delle conseguenze tipiche della riparazione della trasposizione dei grandi vasi è l’insorgenza di stenosi unilaterale delle arterie polmonari. Tra i pazienti che presentano questa complicazione, in alcuni casi è stata evidenziata la presenza di una divisione di flusso simmetrica a livello della prima biforcazione arteriosa polmonare, fenomeno inatteso a causa della presenza della stenosi in uno dei due rami. Ipotizzando la presenza di rimodellamento a livello di resistenze vascolari polmonari, è possibile fornire una spiegazione del fenomeno. Scopo del lavoro è stato lo studio di questo fenomeno grazie all’implementazione e validazione di un modello a parametri concentrati e un modello multi dominio patient specific, che hanno permesso di valutare l’entità delle resistenze polmonari e la loro redistribuzione in casi patologici; la fluidodinamica locale è stata inoltre analizzata. I modelli implementati replicano bene i dati misurati nei pazienti. All’interno del lavoro è stata dimostrata la particolare importanza della ricostruzione geometrica delle anatomie dei pazienti, in quanto una stima errata dei volumi in gioco può compromettere l’attendibilità dei risultati, in particolare in presenza di elevata stenosi. Le procedure utilizzate possono essere infine utilizzate come metodo di pianificazione chirurgica virtuale: per esempio è possibile valutare gli effetti dell’inserimento di uno stent in questi pazienti per trattare la stenosi.