Miglioramento dei risultati nell'apnea ostruttiva del sonno pediatrica con la fluidodinamica computazionale (OSA-MRI)

Questo progetto mira a creare uno strumento computazionale validato per prevedere gli esiti chirurgici per i pazienti pediatrici con apnea ostruttiva del sonno (OSA). La prima linea di trattamento per i bambini con OSA è rimuovere le tonsille e le adenoidi; tuttavia, questi interventi chirurgici non sempre curano il paziente. Un altro trattamento, la pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP) è tollerato solo dal 50% dei bambini. Pertanto, molti bambini vengono sottoposti a interventi chirurgici mirati alle strutture dei tessuti molli che circondano le vie aeree, come le tonsille, la lingua e il palato molle e/o le strutture ossee del viso. Tuttavia, le percentuali di successo di questi interventi chirurgici, misurate come riduzione dell'indice di apnea-ipopnea ostruttiva (eventi ostruttivi per ora di sonno), sono sorprendentemente basse. Pertanto, vi è una chiara necessità di uno strumento per migliorare l'efficacia di questi interventi chirurgici e prevedere quale delle varie opzioni chirurgiche andrà a vantaggio di ogni singolo paziente nel modo più efficace. Le simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) del flusso respiratorio nelle vie aeree superiori possono fornire questo strumento predittivo, consentendo di confrontare virtualmente gli effetti di varie opzioni chirurgiche e di scegliere l'opzione che più probabilmente migliorerà le condizioni del paziente. Le precedenti simulazioni CFD non sono state in grado di fornire informazioni sull'OSA poiché erano basate su geometrie rigide o non includevano il movimento neuromuscolare, una componente chiave dell'OSA. Questo progetto utilizza la risonanza magnetica (MRI) in tempo reale per fornire l'anatomia e il movimento delle vie aeree alla simulazione CFD, il che significa che l'esatto movimento in vivo viene modellato per la prima volta. Inoltre, poiché la modellazione si basa sulla risonanza magnetica, una modalità che non utilizza radiazioni ionizzanti, è adatta per la valutazione longitudinale dei pazienti prima e dopo le procedure chirurgiche. La convalida in vivo di questi modelli sarà ottenuta per la prima volta attraverso il confronto dei campi di velocità del flusso d'aria basati su CFD con quelli generati dalla risonanza magnetica a contrasto di fase del gas 129Xe iperpolarizzato inalato. Questa ricerca si basa sui dati ottenuti dalle risonanze magnetiche del sonno ottenute con il soggetto sotto sedazione. Mentre la sedazione del paziente dopo l'intervento è leggermente superiore al rischio minimo, i potenziali benefici per ciascun paziente superano questo rischio. Poiché il 58% dei pazienti presenta un'OSA persistente dopo l'intervento chirurgico e la traiettoria media della gravità dell'OSA è in aumento nel tempo, l'imaging e la modellazione postoperatorie possono avvantaggiare il paziente identificando le modifiche apportate alle vie aeree durante l'intervento chirurgico e quale anatomia dovrebbe essere presa di mira in futuro trattamenti.

L'apnea notturna ostruttiva pediatrica (OSA) è un disturbo respiratorio correlato al sonno caratterizzato dall'ostruzione delle vie aeree superiori. Questo disturbo colpisce 2,2 milioni di bambini solo negli Stati Uniti.1 Se non trattata, l'OSA può provocare morbilità comportamentali, cognitive, metaboliche e cardiovascolari.2,3 Sebbene l'adenotonsillectomia (T&A) sia il trattamento di prima linea, un'ampia percentuale di bambini presenta OSA persistente dopo T&A.4-11 La pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP) è generalmente il trattamento di seconda linea;12 tuttavia, i bambini hanno un tasso di compliance di solo il 50%.13 I bambini con OSA persistente che non sono conformi alla CPAP spesso vengono sottoposti a intervento chirurgico mirato ai tessuti molli e/o alle strutture ossee che circondano le vie aeree superiori, con percentuali di successo che vanno dal 17% al 72%.14-17. I dati preliminari dei ricercatori mostrano che il 58% dei pazienti sottoposti a chirurgia dei tessuti molli post-T&A presentava un'OSA persistente moderata o grave dopo il successivo intervento chirurgico. L'obiettivo di questo studio è quindi quello di fornire un modello predittivo che determini quale procedura chirurgica post-T&A abbia maggiori probabilità di essere efficace in ogni singolo candidato chirurgico. Questo obiettivo sarà raggiunto attraverso modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) specifici del paziente del flusso d'aria e del collasso delle vie aeree superiori in questi bambini. Sono stati sviluppati nuovi modelli CFD di OSA che incorporano in modo univoco il movimento delle vie aeree derivato dalla risonanza magnetica dinamica (MRI) tridimensionale (3D) ottenuta in sincronia con la misurazione del flusso aereo.18,19 I medici attualmente non hanno alcun metodo per determinare il contributo del controllo neuromuscolare e delle forze di pressione dell'aria nel causare il collasso delle vie aeree o determinare se la resistenza al flusso d'aria in una porzione delle vie aeree superiori induce il collasso in un'altra porzione delle vie aeree. La CFD specifica per il paziente può fornire queste informazioni e quindi diventare uno strumento prezioso per assistere i medici nella scelta della procedura chirurgica che ha maggiori probabilità di ottimizzare i risultati.

L'ipotesi generale è che l'applicazione di nuovi modelli CFD produrrà un approccio convalidato per prevedere con precisione l'opzione chirurgica con il risultato di maggior successo. Questa ipotesi sarà testata (1) convalidando la CFD per la pianificazione chirurgica, (2) identificando i fattori anatomici e aerodinamici (ad esempio, i cambiamenti nella resistenza locale e le forze di pressione indotte dal flusso dovute a cambiamenti anatomici post-chirurgici) che determinano i risultati chirurgici, e (3) sviluppare una piattaforma di chirurgia virtuale per identificare le procedure chirurgiche specifiche del paziente che porteranno a risultati positivi.