Numerical study of the influence of aortic valve leaflets in the fluid dynamics in ascending aorta

This work deals with a numerical study on how the presence of a bicuspid aortic valve influences the hemodynamics in the ascending aorta. In particular it focuses on analysing how the inclusion of the geometry of the valve leaflets affects the results compared with more simplified models that ignore the presence of the leaflets. BAV is the most common congenital heart disease (about 1-2 % of the population) and consists in the fusion of two of the aortic valve leaflets resulting in a bicuspid sistolic orifice instead of the normal tricuspid configuration. This induces an increased prevalence of ascending aortic dilatation and risk of aneurysm in normally functioning valvular regime when compared to tricuspid aortic valve. The main purpose of the thesis is the comparison between numerical simulations obtained in real geometries, with and without valve leaflets. In particular, two real configurations of ascending aorta are studied, a case with a dilated aortic root and a case with physiological dimensions. We have built two meshes for each geometry, one including the presence of the valve leaflets, the other with the simple presence of the valve orifice considered as an inlet in the simulation. We made also a comparison with a simulation on a TAV (tricuspid aortic valve) geometry. All simulations have been carried out using LifeV, a finite element library for the solution of PDEs. The numerical results show that bicuspid valve causes a significant asymmetry in the blood flow, and that such an asymmetry considerably increases in presence of the valve leaflets.

Questo lavoro affronta con uno studio numerico il problema dell’alterazione dell’emodinamica nell’aorta ascendente in presenza di valvola aortica bicuspide. In particolare si focalizza sul valutare l’importanza dell’inclusione della descrizione dei foglietti valvolari, rispetto a modelli numerici semplificati dove i lembi vengono trascurati. La valvola aortica bicuspide è la più comune patologia cardiaca congenita (circa 1-2 % della popolazione) e consiste nella fusione di due dei tre foglietti caratteristici della valvola. Tale patologia è legata a una maggiore incidenza di dilatazione dell’aorta ascendente e di aneurismi rispetto a soggetti con valvola tricuspide, anche in presenza di un regime valvolare normalmente funzionante. Lo scopo principale della tesi è il confronto tra simulazioni numeriche ottenute a partire da geometrie reali, con e senza foglietti valvolari. In particolare abbiamo studiato due configurazioni reali di aorta ascendente, un caso in cui l’aorta presenta dimensioni fisiologiche e un secondo caso in cui la radice aortica risulta notevolmente dilatata. Per ogni configurazione abbiamo costruito due mesh, nella prima sono stati ricostruiti i lembi, nella seconda abbiamo tenuto conto esclusivamente della forma dell’orifizio della valvola, considerato come inlet della simulazione. Per completezza abbiamo effettuato un confronto anche con geometrie TAV, ovvero con valvola aortica tricuspide. Tutte le simulazioni sono svolte utilizzando LifeV, una libreria a elementi finiti per la soluzione di equazioni a derivate parziali. I risultati numerici ottenuti mostrano come la valvola bicuspide causi una significativa asimmetria nel flusso sanguigno, e come questa asimmetria aumenti notevolmente in presenza dei lembi.