Analisi agli Elementi Finiti di dispositivi TAVI: uno studio comparativo

Transcatheter aortic valve implantation (TAVI), is a minimally invasive procedure used for the treatment of severe aortic stenosis, a pathological condition characterized by a significant narrowing of the aortic valve that obstructs blood flow to the rest of the body. A critical element in the planning and execution of TAVI is the presence of calcifications, which can compromise the expansion of the valve prosthesis and prevent optimal contact between the prosthesis and the aortic wall, thus increasing the risk of postoperative complications. The aim of this study, conducted in collaboration with the University of Vigo (Spain), is to perform an in-silico comparison between two self-expanding TAVI devices from a biomechanical point of view. The analyzed devices are the Medtronic CoreValve Evolut, whose implantation results have been obtained by the Computational Mechanics group of the University of Pavia, and the Biosensors International Allegra, for which a new simulation has been implemented, using the anatomical models and the stent model provided as a basis. The numerical simulations conducted in this study were carried out with Abaqus, a software which uses the finite element method (FEM) to analyse the mechanical behaviour of complex structures. The comparison between the two devices was made by analyzing different biomechanical parameters obtained from the simulations, including the distribution of stress along the aortic wall, the contact pressure between stent and the surrounding anatomical structures, and the paravalvular leakage assessment, measured as the gap between the prosthesis and the aortic wall that can promote paravalvular regurgitation, which is the blood backflow occurring when the device does not perfectly adhere to the surrounding tissue. The results show how structural design, radial strength and conformance affect the mechanical behaviour of devices in the presence of complex anatomies or calcifications in different ways, underlining the importance of pre-personalized surgery to choose the most suitable device based on the specific characteristics of the patient. In this context, FEM simulations are confirmed as a valuable tool to support clinical decision making, with the aim of optimizing device choice and reducing the risk of complications.

L'impianto transcatetere della valvola aortica (TAVI), è una procedura minimamente invasiva utilizzata per il trattamento di grave stenosi aortica, una condizione patologica caratterizzata da un significativo restringimento della valvola aortica che ostruisce il flusso sanguigno al resto del corpo. Un elemento critico nella pianificazione ed esecuzione di TAVI è la presenza di calcificazioni, che possono compromettere l'espansione della protesi valvolare e impedire il contatto ottimale tra la protesi e la parete aortica, aumentando così il rischio di complicanze postoperatorie. Lo scopo di questo studio, condotto in collaborazione con l'Università di Vigo (Spagna), è quello di effettuare un confronto in-silico tra due dispositivi TAVI autoespandibili dal punto di vista biomeccanico. I dispositivi analizzati sono il Medtronic CoreValve Evolut, i cui risultati di impianto sono stati ottenuti dal gruppo Computational Mechanics dell'Università di Pavia, e il Biosensors International Allegra, per il quale è stata implementata una nuova simulazione, utilizzando i modelli anatomici e il modello di stent fornito come base. Le simulazioni numeriche condotte in questo studio sono state effettuate con Abaqus, un software che utilizza il metodo degli elementi finiti (FEM) per analizzare il comportamento meccanico di strutture complesse. Il confronto tra i due dispositivi è stato fatto analizzando diversi parametri biomeccanici ottenuti dalle simulazioni, tra cui la distribuzione dello stress lungo la parete aortica, la pressione di contatto tra lo stent e le strutture anatomiche circostanti, e la valutazione del rigurgito paravalvolare, misurato come lo spazio tra la protesi e la parete aortica che può promuovere la regurgitazione paravalvolare, che è il ritorno di sangue che si verifica quando il dispositivo non aderisce perfettamente al tessuto circostante. I risultati mostrano come la progettazione strutturale, la resistenza radiale e la conformità influenzano il comportamento meccanico dei dispositivi in presenza di complesse anatomie o calcificazioni in modi diversi, sottolineando l'importanza della chirurgia personalizzata per scegliere il dispositivo più adatto in base alle caratteristiche specifiche del paziente. In questo contesto, le simulazioni FEM sono confermate come uno strumento prezioso per supportare il processo decisionale clinico, con l'obiettivo di ottimizzare la scelta del dispositivo e ridurre il rischio di complicanze.