Myocardial infarction (MI) is a severe form of heart disease caused by the blockage of coronary arteries. Percutaneous coronary angioplasty of coronary artery bifurcation is associated with complications. The Medina classification is used by physicians to categorize the bifurcation lesions. However, the Medina classification is an anatomical classification which does not discriminate the complex disease. For example, there are reported cases, which are still unexplained, implying that there is anatomically significant appearance of a coronary stenosis in bifurcation disease detected by coronary angiography, intravascular ultrasound measurement (IVUS) and quantitative coronary angiography (QCA) which does not correlate with standard fractional flow reserve (FFR) measurement (Ben-Dor et al. 2011, Koo et al. 2005, Sarno et al. 2009, Meijboom et al. 2008, Ziaee et al. 2004). As another problem, there are some reports that patients may develop clinically significant myocardial ischemia from coronary artery steal (Kosar et al. 2009). The functional state of a patient with stenosis can be determined by coronary flow, pressure and other biomechanical parameters like wall shear stress (WSS). The characterization of physiological flow on the basis of functional and biomechanical parameters is essential to assess the intuitiveness of the Medina classification and to be able to identify the riskier disease to employ the most effective treatment strategy. However, the impacts of the bifurcation angle, location of stenoses and their percentages have not systematically been studied in stenosed bifurcation with respect to a classification scheme. To this end, computational models of normal and stenosed coronary artery bifurcations are developed and physiological flow are studied. The effect of percentage of stenosis, lesion length and location is determined aiming at deriving a functionally base classification scheme that could resolve the above mentioned clinical observations. The results of this work showed that in true bifurcation lesions, the lower blood flow in the Side Branch (SB) creates a critical condition for this branch in bifurcation lesion (1, 0, 1) compared to bifurcation lesions (1, 1, 1) and (0, 1, 1) respectively. It should be noted that bifurcation lesion (1, 0, 1) corresponds to the steal condition. Occlusion of the SB is an important contributing factor in increasing the MI rate. Our results demonstrated that the non-stenotic main branch distal steals flow away from the artery in the presence of a proximal main branch and side branch stenoses. Stenosed bifurcation (1, 0, 1) leads to increase flow disturbance in the SB associated with low WSS. Examination of degree and location of stenoses and the SB angle showed the degrees of stenosis and the plaque location have more effect on the blood flow ratio and WSS distribution. A new classification scheme was proposed to make it functional as a global scheme for the assessment of coronary bifurcation lesions.Treatment of coronary bifurcation lesions is mostly performed by stent implantation. The key in the treatment of bifurcations lesion is the SB. Several stenting techniques are used for bifurcation stenting. Direct comparisons of different strategies and their outcomes remain limited. In this work computational models of normal and stented coronary artery bifurcations are developed and the influence of two stent configurations on alteration of WSS in the stented vessel is studied. Comparison of two stenting techniques showed that the deployment of a stent in the SB results in higher values of WSS distal to the main branch; which may help reduce the development of the restenosis. / L'infarctus du myocarde (IM) est une forme grave de maladie cardiaque causé par l'obstruction des artères coronaires. L'angioplastie coronaire percutanée aux bifurcations coronaires est associée à des complications. La classification Medina est utilisée par les médecins pour catégoriser les lésions avec bifurcation. Toutefois, la classification Medina est une classification anatomique qui ne discrimine pas les maladies complexes. Par exemple, on rapporte des cas qui demeurent inexpliqués, ce qui implique qu'il y a apparence anatomique significative d'une sténose coronaire dans la maladie de bifurcation détectée par la coronarographie, la mesure de l'échographie intravasculaire (IVUS) et l'angiographie coronaire quantitative (QCA) qui ne sont pas corrélées à l'index fraction de flux de réserve (FFR) (Koo et al. 2005, Meijboom et al. 2008, Ziaee et al. 2004). Comme problème, il est rapporté que les patients peuvent developer de l'ischémie myocardique significative en raison du vol coronarien (Kosar et al. 2009). L'état fonctionnel d'un patient présentant une sténose peut être determiné par le débit coronaire, l'hypertension et d'autres paramètres biomécaniques comme la contrainte pariétcale de cisaillement (WSS). L'écoulement physiologique sur la base des paramètres fonctionnels et biomécaniques est indispensable pour évaluer si la classification de Medina est intuitive et être en mesure d'identifier la maladie la plus risquée et l'emploi de la stratégie de traitement la plus efficace. Toutefois, les effets de l'angle de bifurcation, la localisation des sténoses et leurs pourcentages n'ont pas été systématiquement étudiés dans les bifurcations sténosées. À cette fin, les modèles numériques de bifurcations d'artères coronaires normales et sténosées sont développés et les écoulements physiologiques sont étudiés. L'effet du pourcentage de sténose, longueur de la lésion et l'emplacement sont déterminés afin d'obtenir un schéma de base de classification fonctionnelle qui pourrait être en mesure de résoudre les l'observations cliniques mentionnées ci-dessus.Les résultats ont montré que, dans de véritables lésions de bifurcation, la baisse des flux de sang dans la BL (branche latérale) crée un état critique pour cette branche dans les lésions de bifurcation (1, 0, 1) par rapport à des lésions de bifurcation (1, 1, 1) et (0, 1, 1) respectivement. Il est à noter que la lésion de bifurcation (1, 0, 1) correspond à la condition de vol coronarien. L'occlusion de la BL est un facteur important dans l'augmentation du taux d'IM. Nos résultats ont démontré que la branche non sténosée vole une fraction du debit de la BL. Les bifurcation Sténosées de type (1, 0, 1) entrainent une augmentation des perturbations de l'écoulement dans la BL associées à de faibles WSS. L'etude du degré et l'emplacement des sténoses et l'angle de la BL a montré que le degré de sténose et l'emplacement de la plaque ont plus d'effets sur le ratio du débit sanguin et de la distribution WSS. Un nouveau système de classification est proposée pour rendre fonctionnel la methode fonctionnelle globale pour l'évaluation des lésions de bifurcation coronaire.Plusieurs techniques sont utilisées pour la pose d'un stent de bifurcation. Les comparaisons directes des différentes stratégies et leurs résultats restent limités. Dans ce travail, les modèles de calcul d'artères coronaires de bifurcations normales et stentées sont développés et l'influence de deux configurations différentes de stents sur la modification de WSS est étudiée. La comparaison de deux technologies différentes d'endoprothèses a montré que la mise en place d'un troisième stent dans la BL résulte dans des valeurs plus élevées de WSS distales à la branche principale, ce qui peut aider à réduire le développement de la resténose.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117096 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Molavi-Zarandi, Marjan |
| Contributors | Olivier F. Bertrand (Supervisor2), Rosaire Mongrain (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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