Analisi computazionale patient specific dell'emodinamica in fistole arterovenose utilizzate come accesso vascolare per l'emodialisi a partire da immagini RM

Introduction. The complications related to vascular access are a major cause of morbidity and mortality as well as the most frequent causes of hospitalization for patients with end-stage renal disease. The failure of arteriovenous fistula is mainly related to hemodynamic conditions that trigger vascular wall diseases such as intimal hyperplasia (IH) or atherosclerosis. Materials and methods. Starting from magnetic resonance images, side-to-end arteriovenous fistulae were reconstructed and characterized geometrically by vmtk (Vascular Modeling Toolkit). We performed patient-specific computational fluid dynamics simulations within two radio-cephalic fistulas and one brachial-cephalic. Results. Numerical simulations allowed complete characterization of hemodynamics within the fistula. In particular, we examined the WSS distribution and hemodynamic wall indicators of disturbed flow: OSI (Oscillatory Shear Index) and RRT (Relative Residence Time). There are areas within the fistula subjected to low and oscillating shear stress in regions of recirculation and stagnation of flow. These areas are located on the vein wall and on the distal wall artery. Conclusions. The zones of low and oscillating WSS are located in the same sites where reduction of the lumen in previous clinical studies on the distribution of stenosis in fistulae has been documented. We conclude that even in the presence of high flow rates, there are regions along the fistula exposed to low and oscillating shear stress that promote the activation of the IH mechanism causing stenosis.

Introduzione. Le complicanze relative all'accesso vascolare sono una delle principali cause di morbilità e mortalità nonchè le cause più frequenti di ricovero ospedaliero per i pazienti con insufficienza renale cronica. Il fallimento della fistola artero-venosa è principalmente legato alle condizioni emodinamiche, che innescano patologie vascolari quali l'iperplasia intimale (IH) o l’aterosclerosi. Materiali e metodi. Partendo da immagini di risonanza magnetica sono state ricostruite e caratterizzate geometricamente tramite vmtk (Vascular Modeling Toolkit) i modelli 3D di fistole artero-venose di tipo side-to-end. Sono state poi effettuate delle simulazioni fluidodinamiche patient-specific su 2 fistole radio-cefaliche e 1 fistola brachio-cefalica. Risultati. Le simulazioni numeriche hanno permesso una caratterizzazione completa dell’emodinamica all'interno delle fistole. In particolare sono stati presi in considerazione la distribuzione del WSS e gli indici emodinamici di flusso disturbato: OSI (Oscillatory Shear Index) e RRT (Relative Residence Time). Si è visto come vi siano zone all’interno della fistola soggette ad uno sforzo di taglio basso e oscillante, che corrispondono a regioni di ricircolo e stagnazione del flusso. Queste zone sono localizzate sulla parete della vena e sulla parete dell’arteria distale. Conclusioni. Le zone di basso e oscillante WSS si trovano negli stessi siti in cui è stata documentata la riduzione del lume in precedenti studi clinici sulla distribuzione di stenosi nelle fistole. Concludiamo che anche in presenza di alte portate, ci sono regioni lungo la fistola esposte a flusso disturbato che favorisce l’attivazione del meccanismo di IH provocando la stenosi.