Mejora de los resultados en la apnea obstructiva del sueño pediátrica con dinámica de fluidos computacional (OSA-MRI)

Este proyecto tiene como objetivo crear una herramienta computacional validada para predecir los resultados quirúrgicos en pacientes pediátricos con apnea obstructiva del sueño (AOS). La primera línea de tratamiento para niños con AOS es extirpar sus amígdalas y adenoides; sin embargo, estas cirugías no siempre curan al paciente. Otro tratamiento, la presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) solo es tolerado por el 50% de los niños. Por lo tanto, muchos niños se someten a intervenciones quirúrgicas dirigidas a las estructuras de tejido blando que rodean las vías respiratorias, como las amígdalas, la lengua y el velo del paladar, y/o las estructuras óseas de la cara. Sin embargo, las tasas de éxito de estas cirugías, medidas como una reducción en el índice de apnea-hipopnea obstructiva (eventos obstructivos por hora de sueño), son sorprendentemente bajas. Por lo tanto, existe una clara necesidad de una herramienta para mejorar la eficacia de estas cirugías y predecir cuál de las diversas opciones quirúrgicas beneficiará a cada paciente de manera más efectiva. Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) del flujo de aire respiratorio en las vías respiratorias superiores pueden proporcionar esta herramienta predictiva, lo que permite comparar virtualmente los efectos de varias opciones quirúrgicas y elegir la opción que tiene más probabilidades de mejorar la condición del paciente. Las simulaciones previas de CFD no han podido proporcionar información sobre la AOS, ya que se basaban en geometrías rígidas o no incluían el movimiento neuromuscular, un componente clave de la AOS. Este proyecto utiliza imágenes por resonancia magnética (IRM) en tiempo real para proporcionar la anatomía y el movimiento de las vías respiratorias a la simulación CFD, lo que significa que por primera vez se modela el movimiento in vivo exacto. Además, dado que el modelado se basa en MRI, una modalidad que no utiliza radiación ionizante, es adecuado para la evaluación longitudinal de pacientes antes y después de procedimientos quirúrgicos. La validación in vivo de estos modelos se logrará por primera vez mediante la comparación de campos de velocidad de flujo de aire basados ​​en CFD con los generados por IRM de contraste de fase de gas 129Xe hiperpolarizado inhalado. Esta investigación se basa en datos obtenidos de resonancias magnéticas del sueño realizadas con el sujeto bajo sedación. Si bien sedar al paciente después de la operación es un poco más que un riesgo mínimo, los beneficios potenciales para cada paciente superan este riesgo. Dado que el 58 % de los pacientes tienen apnea obstructiva del sueño persistente después de la cirugía y la trayectoria promedio de la gravedad de la apnea obstructiva del sueño aumenta con el tiempo, las imágenes y el modelado posoperatorios pueden beneficiar al paciente al identificar los cambios en las vías respiratorias realizados durante la cirugía y qué anatomía debe abordarse en el futuro. tratos.

La apnea obstructiva del sueño (AOS) pediátrica es un trastorno respiratorio relacionado con el sueño que se caracteriza por la obstrucción de las vías respiratorias superiores. Este trastorno afecta a 2,2 millones de niños solo en los EE. UU.1 Si no se trata, la AOS puede provocar morbilidades conductuales, cognitivas, metabólicas y cardiovasculares.2,3 Aunque la adenoamigdalectomía (T&A) es el tratamiento de primera línea, un gran porcentaje de niños tiene AOS persistente después de T&A.4-11 La presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) es generalmente el tratamiento de segunda línea;12 sin embargo, los niños tienen una tasa de cumplimiento de solo el 50 %.13 Los niños con AOS persistente que no cumplen con la CPAP a menudo se someten a cirugía dirigida a los tejidos blandos y/o las estructuras óseas que rodean las vías respiratorias superiores, con tasas de éxito que oscilan entre el 17 % y el 72 %.14-17. Los datos preliminares de los investigadores muestran que el 58 % de los pacientes que se sometieron a cirugía de tejidos blandos después de una T&A tenían AOS moderada o grave persistente después de la cirugía posterior. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es proporcionar un modelo predictivo que determine qué procedimiento quirúrgico post-T&A tiene más probabilidades de ser efectivo en cada candidato quirúrgico individual. Este objetivo se logrará a través de modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) específicos del paciente del flujo de aire y el colapso de las vías respiratorias superiores en estos niños. Se desarrollaron nuevos modelos CFD de OSA que incorporan de manera única el movimiento de las vías respiratorias derivado de imágenes de resonancia magnética (IRM) dinámicas tridimensionales (3D) obtenidas sincrónicamente con la medición del flujo de aire.18,19 Actualmente, los médicos no tienen ningún método para determinar la contribución del control neuromuscular y las fuerzas de la presión del aire para causar el colapso de las vías respiratorias o determinar si la resistencia al flujo de aire en una parte de las vías respiratorias superiores induce el colapso en otra parte de las vías respiratorias. La CFD específica del paciente puede proporcionar esta información y, por lo tanto, convertirse en una herramienta invaluable para ayudar a los médicos a elegir el procedimiento quirúrgico que tiene más probabilidades de optimizar los resultados.

La hipótesis general es que la aplicación de nuevos modelos CFD producirá un enfoque validado para predecir con precisión la opción quirúrgica con el resultado más exitoso. Esta hipótesis se probará mediante (1) la validación de CFD para la planificación quirúrgica, (2) la identificación de factores anatómicos y aerodinámicos (p. ej., cambios en la resistencia local y fuerzas de presión inducidas por el flujo debido a cambios posquirúrgicos en la anatomía) que determinan los resultados quirúrgicos, y (3) desarrollar una plataforma de cirugía virtual para identificar procedimientos quirúrgicos específicos del paciente que conducirán a resultados exitosos.