Caratterizzazione delle prestazioni fluidodinamiche di protesi valvolari cardiache meccaniche mediante velocimetria a immagini di particelle. = In vitro fluid dynamic assessment of mechanical heart valve prostheses by particle image velocimetry.

La valvola St. Jude rappresenta un esempio di valvola meccanica a doppia flangia e risulta essere una delle protesi meccaniche più utilizzate e performanti. Le caratteristiche distintive di questa tipologia di valvola, con apertura dei foglietti verso l'esterno anziché al centro come nelle valvole naturali, generano significative differenze nel campo di flusso. Questa variazione unita alla presenza dei seni di Valsalva influenza il flusso aortico in modi diversi a seconda del design specifico e delle dimensioni della valvola utilizzata. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è condurre un’analisi in vitro per valutare le caratteristiche del flusso attraverso la valvola utilizzando la velocimetria a immagini di particelle, una tecnica ottica di tipo non invasivo che permette di calcolare i campi di velocità, mediante un sistema ottico di emissione e registrazione di un fascio di luce, riflesso da particelle traccianti appositamente inserite nel fluido. La valvola è stata impiantata all’interno di una radice aortica assialmente simmetrica e otticamente trasparente, dotata di seni aortici anatomici, che mirano a fornire condizioni di test il più possibile accurate e fisiologiche. I campi di velocità PIV sono calcolati mediante il toolbox MATLAB® PIVlab e infine processati mediante uno script Matlab al fine di valutare i vettori velocità, la vorticità e i parametri emodinamici che chiariscono le prestazioni della valvola. Il fantoccio è stato inserito in un simulatore di flusso (Vivitro PulseDuplicator) e testato in accordo con le condizioni di pressione e flusso imposte dalla norma ISO 5840-2021 per le indagini in vitro (gittata cardiaca pari a 5 L/min, frequenza cardiaca di 70 bpm, durata sistolica pari al 35% del periodo, pressione aortica media di 100 mmHg). La portata è stata misurata tramite un flussimetro elettromagnetico (modello 501, Carolina Medical Electronics), mentre i segnali di pressione tramite sensori piezoelettrici (modello 6069, Utah medical). Le immagini del campo di moto sono state acquisite tramite una fotocamera ad alta risoluzione e un laser a doppio impulso. L’analisi è stata effettuata in modalità phase locked, in corrispondenza di sette istanti del ciclo cardiaco (accelerazione, picco sistolico, inizio della decelerazione, metà della decelerazione, fine della decelerazione, chiusura, diastole). I campi di velocità sono calcolati mediante il toolbox MATLAB® PIVlab e infine processati mediante uno script Matlab al fine di valutare i vettori velocità, la vorticità e i parametri emodinamici che consentono di valutare le prestazioni della valvola. I risultati evidenziano un flusso caratterizzato da tre getti durante la fase di apertura e al picco sistolico, istante in corrispondenza del quale le velocità raggiungono 2 m/s. Nello specifico i flussi laterali sono contraddistinti da valori di velocità media maggiori rispetto all’orifizio centrale, in quanto offrono una superficie maggiore al fluido per fluire e, di conseguenza, una minore resistenza allo scorrimento. All’interno dei seni di Valsalva si creano invece dei vortici, che diventano predominanti durante la fase di decelerazione, aiutando la chiusura della valvola.