Verbetering van de resultaten bij pediatrische obstructieve slaapapneu met computationele vloeistofdynamica (OSA-MRI)

Dit project heeft tot doel een gevalideerd rekeninstrument te creëren om chirurgische resultaten te voorspellen voor pediatrische patiënten met obstructieve slaapapneu (OSA). De eerste behandelingslijn voor kinderen met OSA is het verwijderen van hun amandelen en adenoïden; deze operaties genezen de patiënt echter niet altijd. Een andere behandeling, continue positieve luchtwegdruk (CPAP), wordt slechts door 50% van de kinderen getolereerd. Daarom ondergaan veel kinderen chirurgische ingrepen gericht op weke delen rond de luchtwegen, zoals amandelen, tong en zacht gehemelte, en/of de benige structuren van het gezicht. De slagingspercentages van deze operaties, gemeten als een vermindering van de obstructieve apneu-hypopneu-index (obstructieve gebeurtenissen per uur slaap), zijn echter verrassend laag. Daarom is er een duidelijke behoefte aan een hulpmiddel om de doeltreffendheid van deze operaties te verbeteren en te voorspellen welke van de verschillende chirurgische opties elke individuele patiënt het meest zal helpen. Computational Fluid Dynamics (CFD)-simulaties van de ademhalingsluchtstroom in de bovenste luchtwegen kunnen dit voorspellende hulpmiddel bieden, waardoor de effecten van verschillende chirurgische opties virtueel kunnen worden vergeleken en de optie kan worden gekozen die het meest waarschijnlijk de toestand van de patiënt zal verbeteren. Eerdere CFD-simulaties konden geen informatie geven over OSA omdat ze gebaseerd waren op rigide geometrieën of geen neuromusculaire beweging bevatten, een belangrijk onderdeel van OSA. Dit project maakt gebruik van real-time magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) om de anatomie en beweging van de luchtweg te leveren aan de CFD-simulatie, wat betekent dat de exacte in vivo beweging voor het eerst wordt gemodelleerd. Aangezien de modellering gebaseerd is op MRI, een modaliteit die geen gebruik maakt van ioniserende straling, is het bovendien geschikt voor longitudinale beoordeling van patiënten voor en na chirurgische ingrepen. In vivo validatie van deze modellen zal voor het eerst worden bereikt door vergelijking van CFD-gebaseerde luchtstroomsnelheidsvelden met die gegenereerd door fasecontrast-MRI van geïnhaleerd gehyperpolariseerd 129Xe-gas. Dit onderzoek is gebaseerd op gegevens die zijn verkregen uit slaap-MRI's die zijn gemaakt met de proefpersoon onder sedatie. Hoewel het postoperatief verdoven van de patiënt iets meer is dan een minimaal risico, wegen de potentiële voordelen voor elke patiënt op tegen dit risico. Aangezien 58% van de patiënten na de operatie aanhoudende OSA heeft en het gemiddelde traject van OSA-ernst in de loop van de tijd toeneemt, kunnen postoperatieve beeldvorming en modellering de patiënt ten goede komen door de veranderingen in de luchtweg die tijdens de operatie zijn aangebracht te identificeren en op welke anatomie in de toekomst moet worden gericht behandelingen.

Obstructieve slaapapneu bij kinderen (OSA) is een slaapgerelateerde ademhalingsstoornis die wordt gekenmerkt door obstructie van de bovenste luchtwegen. Alleen al in de VS treft deze aandoening 2,2 miljoen kinderen.1 Indien onbehandeld, kan OSA leiden tot gedrags-, cognitieve, metabolische en cardiovasculaire morbiditeiten.2,3 Hoewel adenotonsillectomie (T&A) de eerstelijnsbehandeling is, heeft een groot percentage kinderen blijvende OSA na T&A.4-11 Continue positieve luchtwegdruk (CPAP) is over het algemeen de tweedelijnsbehandeling;12 kinderen hebben echter een therapietrouw van slechts 50%.13 Kinderen met aanhoudende OSA die niet aan CPAP voldoen, ondergaan vaak operaties gericht op zachte weefsels en/of benige structuren rond de bovenste luchtwegen, met slagingspercentages variërend van 17% tot 72%.14-17. De voorlopige gegevens van de onderzoekers tonen aan dat 58% van de patiënten die een weke delen operatie ondergingen na T&A aanhoudende matige of ernstige OSA hadden na de daaropvolgende operatie. Het doel van deze studie is daarom om een ​​voorspellend model te bieden dat bepaalt welke post-T&A chirurgische ingreep het meest waarschijnlijk effectief zal zijn in elke individuele chirurgische kandidaat. Dit doel zal worden bereikt door patiëntspecifieke computational fluid dynamics (CFD)-modellen van de luchtstroom en collaps van de bovenste luchtwegen bij deze kinderen. Er werden nieuwe CFD-modellen van OSA ontwikkeld die op unieke wijze luchtwegbeweging integreren die is afgeleid van driedimensionale (3D) dynamische magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) die synchroon met luchtstroommeting is verkregen.18,19 Artsen hebben momenteel geen methode om de bijdrage te bepalen van neuromusculaire controle en luchtdrukkrachten bij het veroorzaken van luchtwegcollaps of om te bepalen of de weerstand tegen luchtstroom in een deel van de bovenste luchtweg collaps veroorzaakt in een ander deel van de luchtweg. Patiëntspecifieke CFD kan deze informatie verschaffen en daardoor een hulpmiddel van onschatbare waarde worden bij het helpen van clinici bij het kiezen van de chirurgische ingreep die de meeste kans maakt op optimale resultaten.

De algemene hypothese is dat de toepassing van nieuwe CFD-modellen een gevalideerde aanpak zal opleveren om de chirurgische optie met de meest succesvolle uitkomst nauwkeurig te voorspellen. Deze hypothese zal worden getest door (1) CFD te valideren voor chirurgische planning, (2) anatomische en aerodynamische factoren te identificeren (bijv. veranderingen in lokale weerstand en door stroming geïnduceerde drukkrachten als gevolg van postoperatieve veranderingen in de anatomie) die de chirurgische resultaten bepalen, en (3) het ontwikkelen van een virtueel operatieplatform om patiëntspecifieke chirurgische procedures te identificeren die tot succesvolle resultaten zullen leiden.