Zlepšení výsledků u dětské obstrukční spánkové apnoe pomocí výpočetní dynamiky tekutin (OSA-MRI)

Tento projekt si klade za cíl vytvořit ověřený výpočetní nástroj pro predikci chirurgických výsledků u dětských pacientů s obstrukční spánkovou apnoe (OSA). První linií léčby u dětí s OSA je odstranění jejich mandlí a adenoidů; tyto operace však ne vždy pacienta vyléčí. Další léčba, kontinuální pozitivní tlak v dýchacích cestách (CPAP), je tolerována pouze 50 % dětí. Proto mnoho dětí podstupuje chirurgické zákroky zaměřené na struktury měkkých tkání obklopujících dýchací cesty, jako jsou mandle, jazyk a měkké patro a/nebo kostní struktury obličeje. Úspěšnost těchto operací, měřená jako snížení indexu obstrukční apnoe-hypopnoe (obstrukční příhody za hodinu spánku), je však překvapivě nízká. Existuje tedy jasná potřeba nástroje pro zlepšení účinnosti těchto operací a předpovědi, která z různých chirurgických možností bude pro každého jednotlivého pacienta nejúčinněji přínosná. Tento prediktivní nástroj mohou poskytnout simulace výpočetní dynamiky tekutin (CFD) respiračního proudění vzduchu v horních dýchacích cestách, které umožňují virtuálně porovnat účinky různých chirurgických možností a zvolit možnost, která s největší pravděpodobností zlepší stav pacienta. Předchozí simulace CFD nebyly schopny poskytnout informace o OSA, protože byly založeny na rigidních geometriích nebo nezahrnovaly neuromuskulární pohyb, klíčovou složku OSA. Tento projekt využívá zobrazování magnetickou rezonancí v reálném čase (MRI) k poskytnutí anatomie a pohybu dýchacích cest k simulaci CFD, což znamená, že je poprvé modelován přesný pohyb in vivo. Navíc, protože modelování je založeno na MRI, což je modalita, která nepoužívá ionizující záření, je vhodná pro longitudinální hodnocení pacientů před a po chirurgických zákrocích. In vivo validace těchto modelů bude poprvé dosaženo srovnáním polí rychlosti proudění vzduchu založených na CFD s poli generovanými MRI s fázovým kontrastem inhalovaného hyperpolarizovaného plynu 129Xe. Tento výzkum je založen na údajích získaných ze spánkových MRI dosažených u subjektu pod sedativy. Zatímco sedace pacienta po operaci je mírně vyšší než minimální riziko, potenciální přínosy pro každého pacienta toto riziko převažují. Vzhledem k tomu, že 58 % pacientů má po operaci perzistentní OSA a průměrná trajektorie závažnosti OSA se v průběhu času zvyšuje, pooperační zobrazování a modelování může být pro pacienta přínosné tím, že identifikuje změny v dýchacích cestách provedené během operace a na kterou anatomii by se měl v budoucnu zaměřit léčby.

Pediatrická obstrukční spánková apnoe (OSA) je porucha dýchání související se spánkem charakterizovaná obstrukcí horních cest dýchacích. Tato porucha postihuje 2,2 milionu dětí jen v USA.1 Pokud se OSA neléčí, může mít za následek behaviorální, kognitivní, metabolické a kardiovaskulární morbidity.2,3 Přestože adenotonzilektomie (T&A) je léčbou první volby, velké procento dětí má perzistující OSA po T&A.4-11 Kontinuální pozitivní tlak v dýchacích cestách (CPAP) je obecně léčbou druhé volby;12 děti však mají míru compliance pouze 50 %.13 Děti s přetrvávající OSA, které nevyhovují CPAP, často podstupují operaci zaměřenou na měkké tkáně a/nebo kostní struktury obklopující horní cesty dýchací, s mírou úspěšnosti v rozmezí od 17 % do 72 %.14-17. Předběžná data výzkumníků ukazují, že 58 % pacientů, kteří podstoupili operaci měkkých tkání po T&A, mělo přetrvávající středně těžkou nebo těžkou OSA po následné operaci. Cílem této studie je proto poskytnout prediktivní model, který určí, který chirurgický postup po T&A bude s největší pravděpodobností účinný u každého jednotlivého kandidáta na chirurgický zákrok. Tohoto cíle bude u těchto dětí dosaženo pomocí modelů CFD (computational fluid dynamics) proudění vzduchu a kolapsu horních cest dýchacích. Byly vyvinuty nové CFD modely OSA, které jedinečně zahrnují pohyb dýchacích cest odvozený z trojrozměrného (3D) dynamického zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) získaného synchronně s měřením průtoku vzduchu.18,19 Klinici v současné době nemají žádnou metodu pro stanovení příspěvku nervosvalové kontroly a sil tlaku vzduchu při způsobení kolapsu dýchacích cest nebo stanovení, zda odpor vůči proudění vzduchu v jedné části horních cest dýchacích vyvolává kolaps v jiné části dýchacích cest. CFD specifická pro pacienta může poskytnout tyto informace a stát se tak neocenitelným nástrojem při pomoci lékařům při výběru chirurgického postupu, který s největší pravděpodobností optimalizuje výsledky.

Celková hypotéza je, že aplikace nových CFD modelů vytvoří ověřený přístup k přesné predikci chirurgického řešení s nejúspěšnějším výsledkem. Tato hypotéza bude testována (1) validací CFD pro chirurgické plánování, (2) identifikací anatomických a aerodynamických faktorů (např. změny lokálního odporu a tlakových sil vyvolaných průtokem v důsledku pochirurgických změn v anatomii), které určují chirurgické výsledky, a (3) vývoj virtuální chirurgické platformy pro identifikaci chirurgických postupů specifických pro pacienta, které povedou k úspěšným výsledkům.