Lasten obstruktiivisen uniapnean tulosten parantaminen laskennallisen nestedynamiikan avulla (OSA-MRI)

Tämän projektin tavoitteena on luoda validoitu laskennallinen työkalu, jolla voidaan ennustaa obstruktiivista uniapneaa (OSA) sairastavien lapsipotilaiden leikkaustuloksia. Ensimmäinen hoitolinja OSA-lapsille on poistaa risat ja adenoidit; nämä leikkaukset eivät kuitenkaan aina paranna potilasta. Toisen hoidon, jatkuvan positiivisen hengitysteiden paineen (CPAP) sietää vain 50 % lapsista. Siksi monille lapsille tehdään kirurgisia toimenpiteitä, jotka kohdistuvat hengitysteitä ympäröiviin pehmytkudosrakenteisiin, kuten risoihin, kieleen ja pehmytkieleen ja/tai kasvojen luurakenteisiin. Näiden leikkausten onnistumisasteet, mitattuna obstruktiivisen apnea-hypopnea-indeksin (obstruktiiviset tapahtumat unituntia kohden) laskuna, ovat kuitenkin yllättävän alhaiset. Siksi on olemassa selvä tarve työkalulle, joka parantaa näiden leikkausten tehokkuutta ja ennustaa, mikä erilaisista kirurgisista vaihtoehdoista hyödyttää kutakin yksittäistä potilasta tehokkaimmin. Ylempien hengitysteiden hengitysilmavirran laskennalliset nestedynamiikan (CFD) simulaatiot voivat tarjota tämän ennustavan työkalun, jonka avulla eri kirurgisten vaihtoehtojen vaikutuksia voidaan verrata virtuaalisesti ja valita vaihtoehto, joka todennäköisimmin parantaa potilaan tilaa. Aiemmat CFD-simulaatiot eivät ole pystyneet antamaan tietoa OSA:sta, koska ne perustuivat jäykkään geometriaan tai eivät sisältäneet hermo-lihasliikettä, joka on OSA:n avainkomponentti. Tässä projektissa käytetään reaaliaikaista magneettikuvausta (MRI) hengitysteiden anatomian ja liikkeen selvittämiseksi CFD-simulaatioon, mikä tarkoittaa, että tarkka in vivo -liike mallinnetaan ensimmäistä kertaa. Lisäksi, koska mallinnus perustuu magneettikuvaukseen, joka ei käytä ionisoivaa säteilyä, soveltuu potilaiden pitkittäisarviointiin ennen leikkausta ja sen jälkeen. Näiden mallien in vivo -validointi saavutetaan ensimmäistä kertaa vertaamalla CFD-pohjaisia ​​ilmavirran nopeuskenttiä sisäänhengitetyn hyperpolarisoidun 129Xe-kaasun vaihekontrasti-MRI:n synnyttämiin kenttiin. Tämä tutkimus perustuu unen MRI-tutkimuksiin saatuihin tietoihin, jotka on tehty koehenkilön sedaatiossa. Vaikka potilaan rauhoittaminen leikkauksen jälkeen on hieman suurempi kuin minimaalinen riski, mahdolliset hyödyt kullekin potilaalle ovat tätä riskiä suuremmat. Koska 58 %:lla potilaista on jatkuva OSA leikkauksen jälkeen ja OSA:n vakavuuden keskimääräinen liikerata kasvaa ajan myötä, leikkauksen jälkeinen kuvantaminen ja mallintaminen voivat hyödyttää potilasta tunnistamalla leikkauksen aikana tehdyt muutokset hengitysteihin ja mihin anatomiaan tulisi jatkossa keskittyä. hoidot.

Lasten obstruktiivinen uniapnea (OSA) on uneen liittyvä hengityshäiriö, jolle on tunnusomaista ylähengitysteiden tukkeuma. Tämä häiriö vaikuttaa 2,2 miljoonaan lapseen pelkästään Yhdysvalloissa.1 Hoitamattomana OSA voi johtaa käyttäytymiseen, kognitiivisiin, metabolisiin ja sydän- ja verisuonisairauksiin.2,3 Vaikka adenotonsillektomia (T&A) on ensilinjan hoito, suurella osalla lapsista on jatkuva OSA T&A:n jälkeen.4-11 Jatkuva positiivinen hengitysteiden paine (CPAP) on yleensä toisen linjan hoito;12 lasten hoitomyöntyvyysaste on kuitenkin vain 50 %.13 Lapset, joilla on jatkuva OSA ja jotka eivät ole CPAP-yhteensopivia, joutuvat usein leikkaukseen, joka kohdistuu ylempiä hengitysteitä ympäröiviin pehmytkudoksiin ja/tai luurakenteisiin, ja onnistumisprosentit vaihtelevat 17 %:sta 72 %:iin.14-17. Tutkijoiden alustavat tiedot osoittavat, että 58 %:lla potilaista, joille tehtiin pehmytkudosleikkaus T&A:n jälkeen, oli jatkuva kohtalainen tai vaikea OSA seuraavan leikkauksen jälkeen. Tämän tutkimuksen tavoitteena on siksi tarjota ennustava malli, joka määrittää, mikä T&A:n jälkeinen kirurginen toimenpide on todennäköisimmin tehokas kussakin yksittäisessä leikkausehdokasessa. Tämä tavoite saavutetaan näillä lapsilla ilmavirran ja ylempien hengitysteiden romahtamisen potilaskohtaisilla laskennallisilla nestedynamiikan (CFD) malleilla. Kehitettiin uusia OSA:n CFD-malleja, jotka sisältävät ainutlaatuisesti ilmavirran mittauksen kanssa synkronisesti saadun kolmiulotteisen (3D) dynaamisen magneettikuvauksen (MRI) avulla johdetun ilmatien liikkeen.18,19 Kliinikoilla ei ole tällä hetkellä menetelmää määrittää hermo-lihaskontrollin ja ilmanpainevoimien osuutta hengitysteiden romahtamisen aiheuttamisessa tai sen määrittämiseksi, aiheuttaako ilmavirran vastus ylempien hengitysteiden yhdessä osassa romahdusta hengitysteiden toisessa osassa. Potilaskohtainen CFD voi tarjota nämä tiedot, ja siten siitä tulee korvaamaton työkalu, joka auttaa kliinikkoja valitsemaan leikkaustoimenpiteen, joka todennäköisimmin optimoi tulokset.

Yleinen hypoteesi on, että uusien CFD-mallien soveltaminen tuottaa validoidun lähestymistavan, jolla voidaan ennustaa tarkasti kirurginen vaihtoehto, jolla on menestynein lopputulos. Tämä hypoteesi testataan (1) validoimalla CFD leikkauksen suunnittelua varten, (2) tunnistamalla anatomiset ja aerodynaamiset tekijät (esim. muutokset paikallisessa vastuksessa ja virtauksen aiheuttamissa painevoimissa leikkauksen jälkeisistä anatomian muutoksista), jotka määräävät kirurgiset tulokset, ja (3) virtuaalisen kirurgian alustan kehittäminen potilaskohtaisten kirurgisten toimenpiteiden tunnistamiseksi, jotka johtavat onnistuneisiin tuloksiin.