Simulazioni numeriche specifiche per il paziente di procedure endovascolari in patologie aortiche complesse

Obiettivo

La riparazione endovascolare è diventata il trattamento di prima linea per molte patologie aortiche complesse, inclusi gli aneurismi addominali, toracici e toraco-addominali, nonché le dissezioni aortiche.

Tuttavia, il suo successo clinico dipende fortemente dalla selezione dello stent-graft corretto per ogni singolo paziente e dall'esperienza dell'operatore. Gli attuali strumenti di pianificazione — basati principalmente sulla ricostruzione tramite TC — non sono in grado di prevedere come un dispositivo si comporterà effettivamente all'interno di una specifica anatomia.

L'obiettivo di questa revisione è introdurre i principi fondamentali della simulazione numerica e valutare la letteratura attuale sul suo utilizzo nella gestione endovascolare delle patologie aortiche complesse, mostrando come la modellazione computerizzata specifica per il paziente possa trasformare il modo in cui questi interventi vengono pianificati ed eseguiti.

Metodi

Abbiamo condotto una revisione narrativa della simulazione numerica specifica per il paziente applicata alle procedure endovascolari.

È strutturata attorno alle tre fasi di qualsiasi flusso di lavoro di simulazione: pre-elaborazione (segmentazione di immagini TC o RM in un modello 3D specifico per il paziente e assegnazione delle proprietà dei materiali e delle condizioni al contorno), risoluzione e post-elaborazione dei risultati in informazioni clinicamente utilizzabili.

Abbiamo esaminato le evidenze pubblicate organizzate per patologia aortica: EVAR per aneurismi addominali, TEVAR per aneurismi toracici, dispositivi fenestrati e ramificati (FEVAR) per aneurismi iuxta-renali e toraco-addominali, e dissezioni aortiche.

Abbiamo inoltre esaminato i principali approcci di modellazione: analisi strutturale agli elementi finiti, fluidodinamica computazionale, interazione fluido-struttura ed emergenti metodi di machine learning e digital twin.

Risultati

L'analisi agli elementi finiti è utilizzata nella grande maggioranza degli studi per prevedere il rilascio di stent-graft, ricorrendo a tecniche di catetere virtuale, shell virtuale o posizionamento diretto. La fluidodinamica computazionale viene applicata per studiare il flusso sanguigno e lo stress da taglio sulla parete, in particolare nelle dissezioni.

Stanno emergendo applicazioni cliniche validate: uno studio agli elementi finiti su 51 pazienti FEVAR ha previsto le posizioni delle arterie target con il 95% delle misurazioni entro 3 mm e 15° rispetto al riferimento.

Uno studio prospettico multicentrico su 50 pazienti ha confermato un'accuratezza soddisfacente e una riduzione dei tempi di rilascio del dispositivo, con risultati ora utilizzati dai produttori nella progettazione dei dispositivi stessi.

Le attuali limitazioni includono le approssimazioni delle proprietà dei materiali dei tessuti, i lunghi tempi di calcolo e la mancanza di una validazione prospettica su larga scala.

Conclusione

La simulazione numerica affronta già molte delle sfide chiave nella gestione endovascolare delle patologie aortiche complesse e, per molte di esse, i modelli sono vicini a essere pronti per aiutare i clinici a scegliere la soluzione più su misura per ogni paziente.

Sebbene la tecnologia sia ancora agli albori per i dispositivi più complessi e necessiti di una validazione più ampia prima dell'uso routinario, questa revisione mostra che la simulazione specifica per il paziente sta per rivoluzionare il modo in cui pianifichiamo ed eseguiamo gli interventi endovascolari.