Incidența bolilor cardiovasculare este în continuă creștere, reprezentând o cauză majoră de deces la nivel mondial. Evoluția științei și tehnologiei… [600315]

127

6. CONCLUZII ȘI PERSPECTIVE

Incidența bolilor cardiovasculare este în continuă creștere, reprezentând o
cauză majoră de deces la nivel mondial. Evoluția științei și tehnologiei a permis de -a
lungul timpului , dezvoltarea de tehnici și echipamente de investigare a sistemului
cardiovascular , și, în particular a sistemului vascular coronarian, cât mai precise și
cât mai puțin invazive. Printre tehni cile specifice de investigare în această direcție ,
se numără: ang iografia, ecocardiografia, ecografia Doppler, tomografia
computerizată, imagistica prin rezonanță magnetică, IVUS, sau tehnici de medicină
nucleară. În funcție de indicațiile medicale, se utilizează tehnici care permit
obținerea detaliilor anato mice, respe ctiv tehnici care permit și măsurarea
parametrilor fiziologici.
O patologie vasculară importantă este ateroscleroza. Fiind caracteristică
arterelor de dimensiuni medii și mari, ateroscleroza poate conduce la stenozare
vaselor, și, implicit, la probleme de perfuzie, ischemie, și infarct a țesuturilor situate
aval de ocluzie . În funcție de severitatea stenozelor, metodele de tratament aplicate
pot fi: angioplastia cu balon, angioplastia cu plasare de stent și intervenția
chirurgicală de tip bypass. Gradul de severitate al stenozelor influențează parametrii
hemodinamici asociați curgerii prin vasul obturat. Se au în vedere următoarele
caracteristici asociate câmpul hemodinamic, semnificative din punct de vedere
medical: tensiunea de frecare la perete și căder ea de presiune. Prezența stenozelor
determină scăderea secțiunii transversale libere, în zona de anastomoză și în
imediata vecinătate a acesteia, având influențe puternice asupra parametrilor
hemodinamici. Viteza de curgere a fluidului crește în această re giune, determinând o
creștere patologică a tensiunii de frecare la perete, în timp ce în zona situată aval de
placa aterosclerotică, tensiunea de frecare la perete scade brusc, întrând în sfera
patologică de dezvoltare a aterosclerozei, valori asociate și prezenței zonelor de
recirculare. Regiunile cu valori reduse ale tensiunii de frecare la perete, măsurate
aval de stenoză, se extind odată cu creșterea gradul de severitate. Obturarea
vasului conduce, în același timp, la creșterea semnificativă a căderii d e presiune.
Plecând de la aceste observații, se dorește aplicarea unui tratament care să
îmbunătățească curgerea prin vas, astfel încât parametrii hemodinamici asociați
curgerii să fie în limitele fiziologice. Din punct de vedere medical, evaluarea gradulu i
de severitate a stenozelor se face în raport cu aria secțiunii, literatura de specialitate
prezentând ca stenoze severe, candidate pentru tratamentul chirurgical de
revascularizare de tip bypass, acele stenoze cu severitate de peste 75%.
Eficiența terapi ilor aplicate vaselor stenozate este comensurabilă în timp,
prin reducere complicațiilor postintervenționale. În cazul revascularizării chirurgicale
cu ajutorul grefelor naturale arteriale, venoase sau artificiale, complicația majoră
constă în reinstalarea restenozei, a hiperplaziei intimale, respectiv trombozei.
Literatura de specialitate prezintă ca factori determinanți a le acestor complicații,
caracteristica câmpului hemodinamic asociat curgerii prin grefă și artera gazdă. Din
punct de vedere hemodinamic , inițierea și dezvoltarea hiperplaziei intimale ,
respectiv progresul plăcii aterosclerotice este asociată valorilor tensiunii de frecare
la perete, situate sub pragul critic de 0,4 Pa, în timp ce pentru apariția trombozei
valorile critice sunt situate pes te pragul de 7 Pa. De -a lungul timpului au fost
dezvoltate o serie de tehnici, soluții constructive de grefe, și metode de sutură cu

Concluzii și contribuții personale – 6 128
principalul scop de a îmbunătăți parametrii hemodinamici, respectiv tensiunea de
frecare la perete, și, implicit, creșterea fiabilității grefei. Studiile au arătat că, în
cazul bypass -urilor drepte, câmpul hemodinamic asociat curgerii, respectiv
fiabilitatea grefei, sunt influențate de unghiul de anastomoză, poziția de sutură a
grefei, gradul de severitate al stenozei și existența unei curgeri competitive.
Rezultatele analizei numerice preliminare ale bypass -ului drept se corelează
cu rezultatele obținute experimental. Această corelație a fost realizată prin
compararea lungimilor zonelo r de recirculare reprezentate din analiza numerică,
respectiv vizualizate experimental. S -au obținut valori similare, ceea ce sugerează
că ipotezele simplificatoare adoptate în cadrul analizei numerice, respectiv condițiile
experimentale adoptate, conduc l a obținerea unor rezultate cât mai corecte, cu
posibile aplicații medicale.
S-a analizat numeric o variantă de bypass cu diametru constant al
secțiunilor transversale circulare, D=4mm, similar diametrului arterei coronare
drepte, cu diferite variante cons tructive. A fost a nalizat ă influența unghiului de
anastomoză, a poziției de sutură a grefei și gradul de severitate a stenozei, asupra
câmpului hemodinamic. Parametrii considerați în analiză au fost tensiunea de
frecare la perete și căderea de presiune, cu importanță clinică majoră. Tensiunea de
frecare la perete prezintă valori nefavorabile, în domeniul aterosclerozei, pentru
toate variantele constructive analizate. Extinderea zonelor cu aceste reduse ale TFP,
crește o dată cu unghiul de anastomoză, respec tiv, o dată cu îndepărtarea suturii
grefei față de stenoză. Rezultatele cele mai nefavorabile din punct de vedere al
pragului de ateroscleroză apar în cazul bypass -ului drept cu unghi de anastomoză de
60o și realizarea suturii la L=3D față de stenoză. În c eea ce privește valorile critice
de tromboză, TFP prezintă valori peste acest prag critic doar în cazul variantelor
constructive cu unghi de anastomoză de 45o și 60o.
Pornind de la rezultate le obținute prin analiza numerică a curgerii prin
bypass drept, s-a dorit utilizarea unei grefe cu configurație elicoidală, cu scopul de a
îmbunătăți parametrii hemodinamici asociat curgerii în zona de anastomoză. S -a
urmărit în principal îmbunătățirea tensiunii de frecare la perete și reducerea acesteia
din sfera criti că a terosclerotică. În acest scop s -a modelat matematic și
computațion al un tub elicoidal. Ecuațiile matematice asociate tubului elicoidale au
fost implementate într -o aplicație software , HeliX, cu ajutorul căreia pot fi generate
tuburi elicoidale, de conf igurații diferite, poate fi discretizat domeniul și impunerea
condițiilor la limită. Analiza numerică a curgerii prin tuburile elicoidale considerate,
arată faptul că o geometrie cu 4 spire și excentricitate de 0.5D este cea mai
eficientă, din punct de ved ere al parametrilor investigați, respectiv, helicitatea.
Observația referitoare la excentricitatea de 0.5D ca prag maxim pentru aplicația
clinică, se inscrie în rezultatele prezentate în literatura de specialitate.
Plecând de la rezultatele obținute prin analiza numerică a bypass -ului drept
și a curgerii prin tuburi elicoidale, s-a investigat numeric și experimental curgerea
prin diferite configurații de bypass elicoidal. În analiza numerică s-a considerat ca
variantă constructivă din punct de vedere al un ghiului de anastomoză, bypass -ul cu
unghi de 60o, cel mai nefavorabil unghi p entru bypass drept. Ca grefă, s -a
considerat tubul elicoidal cu 4 spire și excentricitate de 0.5D, cel mai favorabil din
punct de vedere hemodinamic. Rezultatele obținute, arată f aptul că utili zarea celei
mai eficiente grefe elicoidal e, în cazul celui mai nefavorabil caz de bypass drept
asociat, conduce la reducerea extinderii zonei cu tensiuni de frecare la perete situate
în domeniul critic de ateroscleroză , respectiv îmbunătățirea tensiunii de frecare la
perete și aducerea acestea în proximitatea limitelor patologice . În ceea ce privește
căderea de presiune, grefa elicoidală inducă o cădere de presiune mai mare cu

129
aproximativ 100% față de grefa dreaptă, fiind însă mai redusă decât în cazul
stenozei severe inițiale cu grad de severitate de 75% calculat în raport cu aria
secțiunii transversale. Se poate concluziona, că, utilizarea unei grefe elicoidale
îmbunătățește parametrul hemodinamic tensiune de frecare la perete, al terând
valoarea căderii de presiune, comparativ cu varianta de grefă dreaptă, însă această
cădere de presiune este semnificativ mai redusă decât în cazul stenozei inițiale.
Aceste rezultate susțin ideea că utilizarea grefelor elicoidale cresc patența gref ei.
Eficiența bypass -urilor elicoidale a fost analizată și din punct de vedere al
capacității de spălare induse de condițiile hidrodinamice create de elicoidă . În acest
scop s -au utilizat particule feromagnetice de dimensiuni similare cu celulele
sangvine roșii, și un magnet permanent. Vizualizările experimentale arată faptul că,
grefele elicoidale induc o curgere cu vârtej care nu favorizează acumularea și
remanența particulelor în zona de anastomoză și în vecinătatea acesteia , comparativ
cu bypass -ul drep t. S-au realizat măsurători ale cantității de particule acumulate în
câmp magnetic, pentru diferite valori ale intensității câmpului magnetic,
observându -se că, în cazul bypass -ului elicoidal există o cantitate de particule mai
redusă decât în cazul celui drept.
Toate analizele numerice și experimentale au fost realizat adoptând ipoteza
simplificatoare geometrică de bypass ideal, considerând raportul dintre diametrele
grefei și arterei gzadă ca fiind de 1:1.
Rezultatele analizelor numerice și experimental e, realizate în condițiile și
ipotezele simplificatoare prezentate în această teză, susțin ideea eficienței utilizării
grefelor de tip elicoidal, în intervențiile chirurgicale de revascularizare de tip bypass
coronarian .

6.1. Contribuții personale

Contribuțiile personale majore aduse în cadrul acestei teze de doctorat sunt:
1. Modelarea analitică a unui tub elicoidal;
2. Dezvoltarea unei aplicații software de generare a unei geometrii elicoidale, care
permite crearea geometriei, discretizarea domeniului și impunerea condițiilor la
limită;
3. Analiza numerică a curgerii prin vase stenozate cu diferite grade de severitate;
4. Analiza numeri că a curgerii prin bypass drept;
5. Analiza influenței unghiului de anastomoză asupra câmpului hemodinamic
asociat curgerii prin bypass drept;
6. Analiza influenței poziției de sutură a grefei asupra câmpului hemodinamic
asociat curgerii prin bypass drept;
7. Analiza influenței gradului de stenozare, și, implicit, existența unei curgeri
competitive prin stenoză, asupra câmpului hem odinamic aso ciat curgerii prin
bypass drept;
8. Corelarea rezultatelor numerice cu cele experimentale asociate curgerii prin
bypass drept, prin evidențierea prezenței și comparația lungimii zonelor de
recirculare;
9. Analiza numerică a curgerii printr -o configurație de bypass elicoidal;
10. Analiza experimentală a curgerii prin bypass elic oidal – vizualizare cu cerneală;
11. Analiza experimentală a curgerii prin bypass elicoidal – vizualizare cu particule
feromagnetice (analiza acumulării de particule);

Concluzii și contribuții personale – 6 130
12. Utilizarea p articulelor feromagnetice în câmp magnetic, pentru analiza
capacității de spălare în zona de anastomoză și în vecinătatea acesteia, în
condițiile hidrodinamice induse de grefa elicoidală.

6.2. Perspective de cercetare pe termen scurt și mediu

Rezultatele și observațiile prezentate în cadrul acestei teze de doctorat
permit elaborarea următoarelor posibile direcții de cercetare în domeniul bypass –
urilor elicoidale:
– Optimizarea algoritmului de generare a tuburilor elicoidale;
– Îmbunătățirea rețelei de discretizare a domeniului investigat, cu
utilizarea unui strat limită și a unui tip de rețea de discretizare
structurată;
– Analiza numerică a influenței gradului de stenozare asupra câmpului
hemodinamic asociat curgerii prin diferite configurații de bypass
elicoidal;
– Analiza numerică a influenței unghiului de anastomoză asupra câmpului
hemodinamic asociat curgerii prin diferite configurații de bypass
elicoidal;
– Analiza numerică a influenței poziției de sutură a grefei asupra câmpului
hemodinamic asoci at curgerii prin diferite configurații de bypass
elicoidal;
– Analiza influenței numărului de spire și a excentricitățiii asupra câmpului
hemodinamic asociat curgerii prin diferite configurații de bypass
elicoidal;
– Analiza influenței poziției vârtejului cont rarotativ dominant din secțiunea
de ieșire din grefă, asupra hemodinamic asociat curgerii prin diferite
configurații de bypass elicoidal;
– Analiza experimentală in vitro și in vitro pe model animal a bypass -ului
elicoidal;
– Identificarea unui parametru fiabi l atât din punct de vedere medical, cât
și ingineresc, care să permită evaluarea eficienței bypass -ului elicoidal;
– Definirea unui nomenclator cu modele de bypass elicoidal, în funcție de
parametrii geometrici asociați.