A gyermekkori obstruktív alvási apnoe eredményeinek javítása számítási folyadékdinamikával (OSA-MRI)

A projekt célja egy validált számítási eszköz létrehozása az obstruktív alvási apnoéban (OSA) szenvedő gyermekgyógyászati ​​betegek műtéti kimenetelének előrejelzésére. Az OSA-ban szenvedő gyermekek kezelésének első lépése a mandulák és az adenoidok eltávolítása; ezek a műtétek azonban nem mindig gyógyítják meg a beteget. Egy másik kezelést, a folyamatos pozitív légúti nyomást (CPAP) csak a gyermekek 50%-a tolerálja. Ezért sok gyermeknél olyan sebészeti beavatkozásokat végeznek, amelyek a légutakat körülvevő lágyszöveti struktúrákat, például a mandulákat, a nyelvet és a lágy szájpadlást és/vagy az arc csontos struktúráit érintik. Azonban ezeknek a műtéteknek a sikeraránya, az obstruktív apnoe-hipopnoe index (az alvásóránkénti obstruktív események) csökkenéseként mérve, meglepően alacsony. Ezért egyértelműen szükség van egy olyan eszközre, amely javítja e műtétek hatékonyságát, és megjósolja, hogy a különböző műtéti lehetőségek közül melyik válik a leghatékonyabban az egyes betegek javára. A felső légutak légzési légáramlásának számítási folyadékdinamikai (CFD) szimulációi nyújthatják ezt a prediktív eszközt, lehetővé téve a különböző műtéti lehetőségek hatásainak virtuális összehasonlítását, és a páciens állapotának legvalószínűbb javítását szolgáló lehetőség kiválasztását. A korábbi CFD-szimulációk nem tudtak információt szolgáltatni az OSA-ról, mivel merev geometriákon alapultak, vagy nem tartalmaztak neuromuszkuláris mozgást, amely az OSA kulcsfontosságú összetevője. Ez a projekt valós idejű mágneses rezonancia képalkotást (MRI) használ a légutak anatómiájának és mozgásának megadására a CFD-szimulációhoz, ami azt jelenti, hogy először modellezik a pontos in vivo mozgást. Továbbá, mivel a modellezés ionizáló sugárzást nem használó MRI-n alapul, alkalmas a betegek műtéti beavatkozások előtti és utáni longitudinális értékelésére. Ezeknek a modelleknek az in vivo validálása első alkalommal valósul meg a CFD-alapú légáramlási sebességmezők és a belélegzett hiperpolarizált 129Xe gáz fáziskontraszt MRI által generált sebességmezőinek összehasonlításával. Ez a kutatás az alvás alatti MRI-vizsgálatokból nyert adatokon alapul, amelyeket szedáció alatt álló alanyon végeztek. Míg a beteg műtét utáni szedációja valamivel több, mint a minimális kockázat, a lehetséges előnyök minden egyes beteg számára meghaladják ezt a kockázatot. Mivel a betegek 58%-ánál tartósan fennáll az OSA műtét után, és az OSA súlyosságának átlagos pályája idővel növekszik, a posztoperatív képalkotás és modellezés előnyös lehet a páciens számára azáltal, hogy azonosítja a műtét során a légutakban bekövetkezett változásokat, és azt, hogy melyik anatómiát kell megcélozni a jövőben. kezelések.

A gyermekkori obstruktív alvási apnoe (OSA) egy alvással összefüggő légzési rendellenesség, amelyet a felső légúti elzáródás jellemez. Ez a rendellenesség csak az Egyesült Államokban 2,2 millió gyermeket érint.1 Ha nem kezelik, az OSA viselkedési, kognitív, metabolikus és szív- és érrendszeri betegségekhez vezethet.2,3 Bár az adenotonsillectomia (T&A) az első vonalbeli kezelés, a gyermekek nagy százalékának tartós OSA-ja van a T&A után.4-11 A folyamatos pozitív légúti nyomás (CPAP) általában a második vonalbeli kezelés;12 azonban a gyermekek megfelelési aránya csak 50%.13 A CPAP-val nem kompatibilis, perzisztáló OSA-ban szenvedő gyermekek gyakran műtéten esnek át a felső légutakat körülvevő lágyszövetekre és/vagy csontstruktúrákra, a sikerességi ráta 17%-tól 72%-ig terjed.14-17. A kutatók előzetes adatai azt mutatják, hogy a T&A után lágyrész-műtéten átesett betegek 58%-ánál tartós közepes vagy súlyos OSA volt a következő műtét után. Ennek a tanulmánynak tehát az a célja, hogy olyan prediktív modellt nyújtson, amely meghatározza, hogy az egyes műtéti jelölteknél melyik poszt-T&A műtéti eljárás a leghatékonyabb. Ezt a célt a légáramlás és a felső légúti összeomlás beteg-specifikus számítási folyadékdinamikai (CFD) modelljeivel lehet elérni ezeknél a gyermekeknél. Az OSA új CFD-modelljeit fejlesztették ki, amelyek egyedülálló módon tartalmazzák a légáramlás mérésével szinkronban kapott háromdimenziós (3D) dinamikus mágneses rezonancia képalkotásból (MRI) származó légúti mozgást.18,19 A klinikusoknak jelenleg nincs módszerük arra, hogy meghatározzák a neuromuszkuláris szabályozás és a légnyomási erők hozzájárulását a légutak összeomlásához, vagy annak megállapításához, hogy a légutak ellenállása a felső légutak egyik részében összeomlást idéz-e elő a légutak másik részén. A páciens-specifikus CFD ezeket az információkat nyújthatja, és ezáltal felbecsülhetetlen értékű eszközzé válhat a klinikusok segítésében a legvalószínűbb, hogy optimalizálja az eredményeket a sebészeti eljárás kiválasztásában.

Az általános hipotézis az, hogy az új CFD modellek alkalmazása validált megközelítést eredményez a legsikeresebb kimenetelű műtéti lehetőség pontos előrejelzésére. Ezt a hipotézist úgy teszteljük, hogy (1) validáljuk a CFD-t a műtéti tervezéshez, (2) azonosítjuk azokat az anatómiai és aerodinamikai tényezőket (pl. a helyi ellenállás változásait és az áramlás által kiváltott nyomáserőket a műtét utáni anatómiai változások miatt), amelyek meghatározzák a műtéti eredményeket, és (3) virtuális sebészeti platform kifejlesztése a sikeres kimenetelhez vezető, betegspecifikus sebészeti eljárások azonosítására.