Metodo di ricostruzione da immagini di tomografia a coerenza ottica di un modello di biforcazione coronarica con stent per studi fluidodinamici

The presence of the stent inside a coronary artery alters the hemodynamic condition. Computational fluid dynamics (CFD) simulations offer the possibility to study local hemodynamics of the stented artery to identify stimuli of restenosis, a process that reduces the lumen of the artery. The results of CFD simulations are more accurate if the numerical analysis is performed with a model reproducing the real in vivo conditions. For this purpose, optical coherence tomography (OCT) is a promising tool to reconstruct 3D geometries of stented coronary arteries, due to its higher resolution compare with other imaging technique for coronary arteries. The aim of the present work is to develop a method for image-based stented coronary arteries reconstruction, using OCT images. The obtained geometry was used to perform a transient CFD simulation to quantify WSS and its derivatives and to correlate them to the process of restenosis. The OCT exam was performed in a stented coronary bifurcation silicone model. The vessel and the stent were reconstructed separately, and then they were merged together. Vessel reconstruction was performed with a semi-automatic process: the main branch was reconstructed by fitting the lumen boundary with an ellipse and after by creating a mesh, while the side branch was constructed like an ideal cylinder; process of stent reconstruction was mainly manual. After the tridimensional geometry of stented coronary bifurcation was obtained, a transient simulation was performed with a hybrid discretization of the volume, using both tetrahedral and hexahedral elements. Results of CFD simulation showed that the highest risk of in-stent restenosis is located in the region near the bifurcation.

La presenza di uno stent all’interno di un’arteria coronarica modifica le condizioni emodinamiche all’interno del vaso. Le simulazioni computazionali fluidodinamiche (CFD) offrono la possibilità di studiare l’emodinamica locale delle arterie in cui è stato impiantato uno stent, al fine di identificare quei fenomeni che stimolano la restenosi, un processo che riduce il lume dell’arteria. I risultati delle simulazioni CFD sono più attendibili se le analisi numeriche sono svolte su modelli che riproducono le reali condizioni in vivo. Per questo motivo, la tomografia a coerenza ottica (OCT) sembra essere un potenziale strumento per la ricostruzione di modelli geometrici tridimensionali di arterie coronariche con stent, grazie alla sua elevata risoluzione. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di sviluppare un metodo di ricostruzione di un modello tridimensionale di arteria coronarica con stent da immagini OCT; la geometria ottenuta è stata usata per studi di fluidodinamica computazionale, dai quali calcolare le principali grandezze legate al fenomeno della restenosi (sforzi di taglio e grandezze da questi derivate). L’esame OCT è stato eseguito su un modello in silicone di biforcazione coronarica con stent. Il vaso e lo stent sono stati ricostruiti separatamente e solo in seguito sono stati uniti per creare la geometria finale. La ricostruzione del vaso è stata effettuata tramite un processo semi-automatico: il ramo principale è stato ricostruito effettuando un fitting del lume del vaso tramite un’ellisse e successivamente creando una mesh; al contrario, il ramo secondario è stato costruito come un cilindro ideale. Il processo di ricostruzione dello stent è stato invece in gran parte manuale. Una volta ottenuta la geometria tridimensionale della biforcazione con stent, si è passati all’analisi della fluidodinamica. In particolare, è stata effettuata una simulazione tempo variante considerando come griglia di calcolo una mesh ibrida, costituita sia da elementi tetraedrici che esaedrici. I risultati delle simulazioni CFD hanno mostrato che le regioni ad alto rischio di formazione di restenosi sono localizzate in prossimità della biforcazione.