Améliorer les résultats de l'apnée obstructive du sommeil pédiatrique grâce à la dynamique des fluides computationnelle (OSA-MRI)

Ce projet vise à créer un outil informatique validé pour prédire les résultats chirurgicaux chez les patients pédiatriques souffrant d'apnée obstructive du sommeil (AOS). La première ligne de traitement pour les enfants atteints d'AOS consiste à retirer leurs amygdales et leurs végétations adénoïdes ; cependant, ces chirurgies ne guérissent pas toujours le patient. Autre traitement, la pression positive continue (PPC) n'est tolérée que par 50 % des enfants. Par conséquent, de nombreux enfants subissent des interventions chirurgicales visant les structures des tissus mous entourant les voies respiratoires, telles que les amygdales, la langue et le palais mou, et/ou les structures osseuses du visage. Cependant, les taux de réussite de ces chirurgies, mesurés comme une réduction de l'indice d'apnée-hypopnée obstructive (événements obstructifs par heure de sommeil), sont étonnamment bas. Par conséquent, il existe un besoin évident d'un outil pour améliorer l'efficacité de ces chirurgies et prédire laquelle des différentes options chirurgicales bénéficiera le plus efficacement à chaque patient. Les simulations de dynamique des fluides computationnelle (CFD) du flux d'air respiratoire dans les voies respiratoires supérieures peuvent fournir cet outil prédictif, permettant de comparer virtuellement les effets de diverses options chirurgicales et de choisir l'option la plus susceptible d'améliorer l'état du patient. Les simulations CFD précédentes n'ont pas été en mesure de fournir des informations sur l'OSA car elles étaient basées sur des géométries rigides ou n'incluaient pas le mouvement neuromusculaire, un élément clé de l'OSA. Ce projet utilise l'imagerie par résonance magnétique (IRM) en temps réel pour fournir l'anatomie et le mouvement des voies respiratoires à la simulation CFD, ce qui signifie que le mouvement in vivo exact est modélisé pour la première fois. De plus, la modélisation étant basée sur l'IRM, une modalité qui n'utilise pas les rayonnements ionisants, elle est adaptée à l'évaluation longitudinale des patients avant et après les interventions chirurgicales. La validation in vivo de ces modèles sera réalisée pour la première fois en comparant les champs de vitesse d'écoulement d'air basés sur CFD avec ceux générés par l'IRM à contraste de phase du gaz 129Xe hyperpolarisé inhalé. Cette recherche s'appuie sur des données issues d'IRM du sommeil réalisées avec le sujet sous sédation. Bien que la sédation du patient après l'opération représente un peu plus qu'un risque minimal, les avantages potentiels pour chaque patient l'emportent sur ce risque. Étant donné que 58 % des patients souffrent d'AOS persistant après l'opération et que la trajectoire moyenne de la gravité de l'AOS augmente avec le temps, l'imagerie et la modélisation postopératoires peuvent être bénéfiques pour le patient en identifiant les modifications apportées aux voies respiratoires pendant la chirurgie et l'anatomie à cibler à l'avenir. traitements.

L'apnée obstructive du sommeil (AOS) pédiatrique est un trouble respiratoire lié au sommeil caractérisé par une obstruction des voies respiratoires supérieures. Ce trouble affecte 2,2 millions d'enfants aux États-Unis seulement.1 Si elle n'est pas traitée, l'AOS peut entraîner des morbidités comportementales, cognitives, métaboliques et cardiovasculaires.2,3 Bien que l'adéno-amygdalectomie (T&A) soit le traitement de première ligne, un grand pourcentage d'enfants ont un SAOS persistant après T&A.4-11 La pression positive continue (CPAP) est généralement le traitement de deuxième ligne ;12 cependant, les enfants ont un taux d'observance de seulement 50 %.13 Les enfants atteints d'AOS persistant qui ne respectent pas la CPAP subissent souvent une intervention chirurgicale ciblant les tissus mous et/ou les structures osseuses entourant les voies respiratoires supérieures, avec des taux de réussite allant de 17 % à 72 %.14-17. Les données préliminaires des enquêteurs montrent que 58 % des patients qui ont subi une chirurgie des tissus mous après un T&A présentaient un SAOS modéré ou sévère persistant après la chirurgie ultérieure. L'objectif de cette étude est donc de fournir un modèle prédictif qui détermine quelle intervention chirurgicale post-T&A est la plus susceptible d'être efficace chez chaque candidat chirurgical individuel. Cet objectif sera atteint grâce à des modèles de dynamique des fluides computationnelle (CFD) spécifiques au patient du flux d'air et de l'effondrement des voies respiratoires supérieures chez ces enfants. De nouveaux modèles CFD d'OSA qui intègrent de manière unique le mouvement des voies respiratoires dérivé de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) dynamique tridimensionnelle (3D) obtenue de manière synchrone avec la mesure du débit d'air ont été développés.18,19 Les cliniciens ne disposent actuellement d'aucune méthode pour déterminer la contribution des forces de contrôle neuromusculaire et de pression d'air dans l'effondrement des voies respiratoires ou pour déterminer si la résistance au flux d'air dans une partie des voies respiratoires supérieures induit un affaissement dans une autre partie des voies respiratoires. La CFD spécifique au patient peut fournir ces informations et devenir ainsi un outil inestimable pour aider les cliniciens à choisir la procédure chirurgicale la plus susceptible d'optimiser les résultats.

L'hypothèse générale est que l'application de nouveaux modèles CFD produira une approche validée pour prédire avec précision l'option chirurgicale avec le résultat le plus réussi. Cette hypothèse sera testée en (1) validant la CFD pour la planification chirurgicale, (2) en identifiant les facteurs anatomiques et aérodynamiques (par exemple, les changements dans la résistance locale et les forces de pression induites par le débit dues aux changements post-chirurgicaux de l'anatomie) qui déterminent les résultats chirurgicaux, et (3) développer une plate-forme de chirurgie virtuelle pour identifier les procédures chirurgicales spécifiques au patient qui conduiront à des résultats positifs.