Siamo arrivati alla fine di un viaggio iniziato anni fa, quando mi sono iscritto al corso di Ingegneria Medica all’università Tor Vergata. Più concretamente è iniziato tutto alcuni mesi fa, quando mi sono trasferito a Stoccolma iniziando il tirocinio al KTH come introdotto nei precedenti capitoli di questo diario. Oggi ho terminato questo percorso laureandomi con 110 e lode come Dottore Magistrale in Ingegneria.
Tesi di laurea
The impact of residual strains on the stress analysis of atherosclerotic carotid vessels – predictions based on the homogenous stress hypothesis
Malattie cardiovascolari
Vi siete mai chiesti quante persone muoiono ogni anno a causa delle malattie cardiovascolari?
Tristemente il numero è molto alto e la maggior parte delle morti sono collegate a processi aterosclerotici. La stenosi è dovuta a patologie sistemiche che vedono l’ispessimento della parete interna dei vasi con consequente deposizione di materiale a formare quella che prende il nome di placca aterosclerotica. La placca può occludere il vaso ed andare in contro a rottra con consequente formazione di trombi che portano a eventi ischemici e infarto, e la consequente morte del paziente.
Biomeccanica computazionale
Questo progetto di tesi introduce un innovativo framework computazionale per includere la descrizione degli stress e deformazioni residue in stenosi carotide a partire da casi paziente-specifici, partendo dalla teoria degli stress omogenei.
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Tesi e ipotesi
Fu Galileo, più di 400 anni fa, ad introdurre l’idea che le tensioni ponessero un limite alla crescita biologica, ragion per cui gli esseri viventi hanno tutti dimensioni finite. Solamente nel 19esimo secolo si è vista l’introduzione di una teoria più concreta con la legge di Davis che lega il rimodellamento dei tessuti molli all’ambiente a cui sono esposti.
Nel 1966 Wolinski e Glacov introdussero nuove evidenze sperimentali sottolineando come fosse possibile osservare uno stato tensionale costante nel tessuto vascolare. Si arriva così al concetto di omeostasi tensionale rivedendo l’omeostasi come un susseguirsi dinamico di stati di equilibrio dove il tessuto vascolare va in contro ad un continuo rimodellamento per adattarsi agli stimoli meccanici. In particolare, il tessuto vascolare risente fortemente dei cambiamneti nella pressione sanguigna. Infine, ad inizio anni 90 Fung introdusse nuove evidenze sperimentali nonchè la teoria degli stress omogeni che lega la crescita e rimodellamento del tessuto vascolare al mantineimaneto di uno stato tensionale quanto più omogeno possibile al fine di ridurre il gradiente degli stress nella parete stessa.
Queste ipotesi portano all’introduzione del framework computazionale proposto in questo lavoro di tesi per includere l’analisi degli stress e deformazioni residue anche in geometrie complesse come quelle di vasi sanguigni di pazienti reali.
Risultati della tesi
Tale modello computazionale permette di considerare la crescita e rimodellamento del tessuto vascolare. I risultati mostrano una generale omogeneizzazione degli stress così come una riduzione dei valori di picco.
Arterie carotidi
Viene applicato a diversi casi pazienti-specifici analizzando dei vasi carotidei patologici. Vengono anche incluse le distribuzioni dei diversi tessuti discriminando tra core lipidico, calcificazioni, emorragie all’interno della placca e chiaramente il tessuto sano.
Il framework computazionale è basato sull’elasticità finita dove possiamo rivedere il gradiente di deformazione come composizione moltiplicativa di una parte dovuta alla crescita e rimodellamento e la parte elastica dovuta ai materiali e alla necessità di soddisfare la compatibilità.
Rischio di rottura della placca aterosclerotica
Come ingegneri medici, negli ultimi 20 anni stiamo introducendo un nuovo approccio biomeccanico per caratterizzare le placche aterosclerotiche andando ad indagare un eventuale indice di rischio di rottura. Questo appoccio si pone in ausilio alle correnti linee guida medicali che si basano sulla misura del grado di stenosi e sull’anamnesi del paziente andando però a sottostimare il rischio di rottura in circa il 30% dei pazienti asintomatici, con grandi rischi oper la salute.
Crescita e rimodellamento
Questo lavoro di tesi mostra come non solo è possibile includere gli stress residui anche in geometrie così comeplesse, ma cioò diventa necessario quando si vuole valutare il rischio di rottura.
È stato un viaggio lungo che mi ha dato una grande esperienza nelle analisi computazionali e nel framework dell’iperelasticità per la descrizione dei tessuti biologici così come nella crescita e rimodellamento. Allo stesso tempo, ho conosciuto molte persone interessanti nonché esperti del settore che sono stati una continua fonte di ispirazione nel cercare di migliorarmi di giorno in giorno.
Diario di una tesi all’estero
Il diario dei diversi mesi di preparazione della tesi, passati a Stoccolma, è presente nei seguenti articoli:
