In silico high-fidelity and surrogate models of the thrombectomy procedure

Acute ischemic stroke (AIS) is a pathology caused by an occlusion in a cerebral artery, which prevents the blood perfusion of brain tissues, and if not treated in a short time can cause severe neurological damage to the patient. Stroke is currently the second cause of death worldwide, and large research efforts are made for the improvement of its treatments. After recent successful clinical trials, mechanical thrombectomy (MT) has become the standard of care for AIS due to a large vessel occlusion. MT is a minimally-invasive treatment aiming at removing the occluding thrombus (or blood clot) by means of a stent-retriever and/or aspiration catheters. Despite currently being the best treatment option, the patients' outcomes can be improved by optimizing the devices or the procedures, to reduce the risk of losing the clot inside the patient's vasculature or of fragmenting the clot, causing embolizations. This thesis aims at developing in silico models of the MT procedure with stent-retriever, both with a high-fidelity and a surrogate modeling approach, with the objective of providing tools for studying the clinical procedure, for supporting the pre-operative planning and for running in silico stroke trials.

L’ictus ischemico acuto è una patologia causata da un’occlusione di un’arteria cerebrale, che impedisce la perfusione sanguigna dei tessuti cerebrali e se non viene trattata in breve tempo può causare severi danni neurologici al paziente. L’ictus è attualmente la seconda maggiore causa di morte nel monto, e c’è un grande interesse nella ricerca per migliorarne i trattamenti. Dopo recenti trial clinici di successo, la trombectomia meccanica è diventata la procedura standard per il trattamento dell’ictus ischemico acuto dovuto a occlusione di grandi vasi. La trombectomia meccanica è un trattamento mini-invasivo che ha lo scopo di rimuovere il trombo occludente con uno stent-retriever e/o cateteri di aspirazione. Nonostante sia attualmente la migliore opzione di trattamento disponibile, gli esiti della procedura nei pazienti può essere migliorata ottimizzando i dispositivi o le procedure, per ridurre il rischio di fallire la rimozione del trombo dalla vascolatura del paziente o di frammentare il trombo, causando embolizzazioni. Questa tesi ha l’obiettivo di sviluppare modelli in silico della procedura della trombectomia meccanica con stent-retriever, sia con un approccio ad “alta fedeltà”, sia attraverso la creazione di modelli surrogati, con l’obiettivo di fornire strumenti per studiare la procedura clinica, per supportare la pianificazione pre-operatoria e per implementare trial in silico per il trattamento dell’ictus ischemico acuto.