Hemodynamic and thrombogenic analysis of a trileaflet polymeric valve using a fluid-structure interaction approach

Surgical valve replacement in patients with severe calcific aortic valve disease using either bioprosthetic or mechanical heart valves is still limited by structural valve deterioration for the former and thrombosis risk mandating anticoagulant therapy for the latter. Prosthetic polymeric heart valves have the potential to overcome the inherent material and design limitations of these valves, but their development is still ongoing. The aim of this study was to characterize the hemodynamics and thrombogenic potential of the Polynova polymeric trileaflet valve prototype using a fluid-structure interaction (FSI) approach. The FSI model replicated experimental conditions of the valve as tested in a left heart simulator. Hemodynamic parameters (transvalvular pressure gradient, flow rate, maximum velocity, and effective orifice area) were compared to assess the validity of the FSI model. The thrombogenic footprint of the polymeric valve was evaluated using a Lagrangian approach to calculate the stress accumulation (SA) values along multiple platelet trajectories and their statistical distribution. In the commissural regions, platelets were exposed to the highest SA values because of highest stress levels combined with local reverse flow patterns and vortices. Stress-loading waveforms from representative trajectories in regions of interest were emulated in our Hemodynamic Shearing Device (HSD). Platelet activity was measured using our platelet activation state (PAS) assay and the results confirmed the higher thrombogenic potential of the commissural hotspots. In conclusion, the proposed method provides an in depth analysis of the hemodynamic and thrombogenic performance of the polymer valve prototype and identifies locations for further design optimization

Novel insights by 4D Flow imaging on aortic flow physiology after valve-sparing root replacement with or without neosinuses

This study was undertaken to evaluate the flow dynamics in the aortic root after valve-sparing root replacement with and without neosinuses of Valsalva reconstruction, by exploiting the capability of 4D Flow imaging to measure in vivo blood velocity fields and 3D geometric flow patterns

Infection fatality ratio of SARS-CoV-2 in Italy

We analyzed 5,484 close contacts of COVID-19 cases from Italy, all of them tested for SARS-CoV-2 infection. We found an infection fatality ratio of 2.2% (95%CI 1.69-2.81%) and identified male sex, age >70 years, cardiovascular comorbidities, and infection early in the epidemics as risk factors for death

Physiologic flow-conditioning limits vascular dysfunction in engineered human capillaries

: Hemodynamics play a central role in the health and disease of the coronary and peripheral vascular systems. Vessel-lining endothelial cells are known mechanosensors, responding to disturbances in flow - with mechanosensitivity hypothesized to change in response to metabolic demands. The health of our smallest microvessels have been lauded as a prognostic marker for cardiovascular health. Yet, despite numerous animal models, studying these small vessels has proved difficult. Microfluidic technologies have allowed a number of 3D vascular models to be developed and used to investigate human vessels. Here, two such systems are employed for examining 1) interstitial flow effects on neo-vessel formation, and 2) the effects of flow-conditioning on vascular remodeling following sustained static culture. Interstitial flow is shown to enhance early vessel formation via significant remodeling of vessels and interconnected tight junctions of the endothelium. In formed vessels, continuous flow maintains a stable vascular diameter and causes significant remodeling, contrasting the continued anti-angiogenic decline of statically cultured vessels. This study is the first to couple complex 3D computational flow distributions and microvessel remodeling from microvessels grown on-chip (exposed to flow or no-flow conditions). Flow-conditioned vessels (WSS < 1Pa for 30 μm vessels) increase endothelial barrier function, result in significant changes in gene expression and reduce reactive oxygen species and anti-angiogenic cytokines. Taken together, these results demonstrate microvessel mechanosensitivity to flow-conditioning, which limits deleterious vessel regression in vitro, and could have implications for future modeling of reperfusion/no-flow conditions

Глобальні та локальні характеристики течії крові у великих судинах, що базуються на чотиривимірних даних МРТ

Background. Magnetic resonance imaging (MRI) using three-dimensional velocity encoding phase contrast (PC) methods offers the opportunity to quantify time-resolved 3D flow patterns in vivo. This technique can have a breakthrough impact on the evaluation, risk stratification and surgical planning in hemodynamic-related pathologies, e.g., cardiac valve diseases, arterial stenos or insufficiency, aortic dilation, dissection or coartaction. However, its applicability in clinics is limited due to the complex post-processing required to extract the information and the difficulty to synthesize the obtained data into clinical useful parameters.Objective. In this work, a software tool is presented which analyzes the row data and provides information along the whole vessel, between two selected cross-sections and in the vicinity of the selected points.Methods. A fully automatic algorithm based on the properties of the steady Hagen–Poiseuille flow was developed which in few minutes segments the vessel shape, visualize the blood flow and calculates its characteristics. Since the time and space resolutions of the data are limited, we avoid the differentiation of the velocity field.Results. The algorithm has been tested on datasets of patients with bicuspid aortic valve and healthy volunteers. Results are provided both as maximum and time-averaged values in aorta, pulmonary artery, left and right ventricles.Conclusions. The results demonstrate that the presented approach could be useful for medical doctors in order to classify and stratify different valve and/or vessel pathologies.Проблематика. Магнитно-резонансная томография, использующая методы фазового контраста для определения трех компонент скорости, позволяет in vivo получить числовую информацию о временных изменениях трехмерных течений. Эта технология может иметь решающее влияние на оценку, определение рисков и планирование хирургического вмешательства при патологиях кровотока, например при болезнях сердечных клапанов, артериальных стенозах или недостаточности, деформации, рассечении или сужении аорты. Однако ее клиническое использование ограничено из-за сложной обработки данных, необ­ходимой для выделения информации, и проблемы синтеза полученных данных в клинически полезные параметры.Цель исследования. В работе представлен программный продукт, анализирующий исходные данные и представляющий информацию вдоль всего сосуда, между двумя выбранными сечениями и в окрестности выбранных точек.Методика реализации. Разработан полностью автоматизированный алгоритм, основанный на свойствах течения Хагена–Пуазейля и в считанные минуты выделяющий форму сосуда, визуализирующий кровоток и рассчитывающий его характеристики. Поскольку разрешающая способность данных в пространстве и времени ограничена, мы избегаем дифференцирования поля скоростей.Результаты исследований. Алгоритм протестирован на данных пациентов с двустворчатым аортальным клапаном и здоровых добровольцах. Приведены результаты для максимальных и осредненных по времени значений в аорте, легочной арте­рии, левом и правом желудочках.Выводы. Результаты демонстрируют, что предложенный подход может быть полезным для медиков для классификации и диагностики разных патологий клапанов и сосудов.Проблематика. Магнітно-резонансна томографія, що використовує методи фазового контрасту для визначення трьох компонент швидкості, дає змогу in vivo отримати числову інформацію про зміну в часі тривимірних течій. Ця технологія може мати вирішальний вплив на оцінювання, визначення ризиків і планування хірургічного втручання при патологіях кровообігу, наприклад при захворюванні клапанів серця, артеріальних стенозах або недостатності, деформації, розшаруванні чи звуженні аорти. Однак її клінічне застосування є обмеженим через складну обробку даних, необхідну для виділення інформації, та проблеми синтезу отриманих даних у клінічно корисні параметри.Мета дослідження. В роботі представлений програмний продукт, що аналізує первинні дані і надає інформацію вздовж всієї судини, між двома вибраними перерізами та в околі вибраних точок.Методика реалізації. Розроблено повністю автоматизований алгоритм, що спирається на властивості течії Гагена–Пуазейля та в лічені хвилини виділяє форму судини, візуалізує течію крові та розраховує її характеристики. Оскільки роздільна здатність даних у просторі та часі є обмеженою, ми уникаємо диференціювання поля швидкостей.Результати досліджень. Алгоритм протестований на даних пацієнтів із двостулковим аортальним клапаном та здорових добровольцях. Наведено результати для максимальних та усереднених у часі значень в аорті, легеневій артерії, лівому і правому шлуночках.Висновки. Результати показують, що запропонований підхід може бути корисним для медиків для класифікації та діаг­нос­тики різних патологій клапанів і судин