Poprawa wyników leczenia obturacyjnego bezdechu sennego u dzieci za pomocą obliczeniowej dynamiki płynów (OSA-MRI)

Celem tego projektu jest stworzenie sprawdzonego narzędzia obliczeniowego do przewidywania wyników chirurgicznych u dzieci z obturacyjnym bezdechem sennym (OSA). Pierwszą linią leczenia dzieci z OBS jest usunięcie migdałków i migdałków; jednak te operacje nie zawsze leczą pacjenta. Inne leczenie, ciągłe dodatnie ciśnienie w drogach oddechowych (CPAP), jest tolerowane tylko przez 50% dzieci. Dlatego wiele dzieci poddawanych jest interwencjom chirurgicznym ukierunkowanym na struktury tkanek miękkich otaczających drogi oddechowe, takie jak migdałki, język, podniebienie miękkie i/lub struktury kostne twarzy. Jednak wskaźniki powodzenia tych operacji, mierzone jako zmniejszenie wskaźnika obturacyjnego bezdechu i spłycenia powietrza (zdarzenia obturacyjne na godzinę snu), są zaskakująco niskie. W związku z tym istnieje wyraźne zapotrzebowanie na narzędzie, które poprawi skuteczność tych operacji i pozwoli przewidzieć, która z różnych opcji chirurgicznych przyniesie największe korzyści każdemu indywidualnemu pacjentowi. Symulacje obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) przepływu powietrza oddechowego w górnych drogach oddechowych mogą zapewnić to narzędzie prognostyczne, umożliwiające wirtualne porównanie efektów różnych opcji chirurgicznych i wybór opcji, która z największym prawdopodobieństwem poprawi stan pacjenta. Poprzednie symulacje CFD nie były w stanie dostarczyć informacji na temat OSA, ponieważ były oparte na sztywnych geometriach lub nie obejmowały ruchu nerwowo-mięśniowego, kluczowego składnika OSA. Ten projekt wykorzystuje obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) w czasie rzeczywistym w celu dostarczenia anatomii i ruchu dróg oddechowych do symulacji CFD, co oznacza, że ​​po raz pierwszy modelowany jest dokładny ruch in vivo. Ponadto, ponieważ modelowanie opiera się na MRI, metodzie, która nie wykorzystuje promieniowania jonizującego, nadaje się do podłużnej oceny pacjentów przed i po zabiegach chirurgicznych. Walidacja tych modeli in vivo zostanie po raz pierwszy osiągnięta poprzez porównanie pól prędkości przepływu powietrza opartych na CFD z polami generowanymi przez MRI z kontrastem fazowym wdychanego hiperspolaryzowanego gazu 129Xe. Niniejsze badanie opiera się na danych uzyskanych z rezonansu magnetycznego podczas snu wykonanego u osoby w stanie sedacji. Chociaż uspokojenie pacjenta po operacji to nieco większe niż minimalne ryzyko, potencjalne korzyści dla każdego pacjenta przewyższają to ryzyko. Ponieważ 58% pacjentów cierpi na uporczywy OBS po zabiegu chirurgicznym, a średnia trajektoria nasilenia OBS zwiększa się z upływem czasu, pooperacyjne obrazowanie i modelowanie może przynieść korzyści pacjentowi, identyfikując zmiany w drogach oddechowych dokonane podczas operacji oraz anatomię, która powinna być celem w przyszłości zabiegi.

Obturacyjny bezdech senny u dzieci (OSA) to zaburzenie oddychania związane ze snem, charakteryzujące się niedrożnością górnych dróg oddechowych. W samych Stanach Zjednoczonych zaburzenie to dotyka 2,2 miliona dzieci.1 Nieleczony OSA może prowadzić do zaburzeń behawioralnych, poznawczych, metabolicznych i sercowo-naczyniowych.2,3 Chociaż adenotonsilektomia (T&A) jest leczeniem pierwszego rzutu, u dużego odsetka dzieci po T&A przetrwały OBS.4-11 Ciągłe dodatnie ciśnienie w drogach oddechowych (CPAP) jest na ogół leczeniem drugiego rzutu; tylko 50%.13 Dzieci z uporczywym OSA, które nie stosują się do CPAP, często poddawane są zabiegom chirurgicznym ukierunkowanym na tkanki miękkie i/lub struktury kostne otaczające górne drogi oddechowe, a odsetek powodzeń wynosi od 17% do 72%.14-17. Wstępne dane badaczy pokazują, że 58% pacjentów, którzy przeszli operację tkanek miękkich po zabiegu T&A, miało utrzymujący się umiarkowany lub ciężki OSA po kolejnej operacji. Celem tego badania jest zatem dostarczenie modelu predykcyjnego, który określa, która procedura chirurgiczna po RCP najprawdopodobniej będzie skuteczna u każdego kandydata do zabiegu chirurgicznego. Cel ten zostanie osiągnięty za pomocą specyficznych dla pacjenta modeli obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) przepływu powietrza i zapadania się górnych dróg oddechowych u tych dzieci. Opracowano nowatorskie modele CFD OSA, które w unikalny sposób uwzględniają ruch dróg oddechowych uzyskany z trójwymiarowego dynamicznego rezonansu magnetycznego (MRI) uzyskanego synchronicznie z pomiarem przepływu powietrza.18,19 Obecnie klinicyści nie dysponują metodą określania udziału kontroli nerwowo-mięśniowej i sił ciśnienia powietrza w powodowaniu zapadnięcia się dróg oddechowych ani określania, czy opór przepływu powietrza w jednej części górnych dróg oddechowych powoduje zapadnięcie się innej części dróg oddechowych. CFD specyficzne dla pacjenta może dostarczyć tych informacji i tym samym stać się nieocenionym narzędziem pomagającym klinicystom w wyborze procedury chirurgicznej, która z największym prawdopodobieństwem zoptymalizuje wyniki.

Ogólna hipoteza jest taka, że ​​zastosowanie nowatorskich modeli CFD stworzy sprawdzone podejście do dokładnego przewidywania opcji chirurgicznej z najbardziej pomyślnym wynikiem. Ta hipoteza zostanie przetestowana poprzez (1) walidację CFD do planowania operacji, (2) identyfikację czynników anatomicznych i aerodynamicznych (np. (3) opracowanie platformy wirtualnej chirurgii w celu identyfikacji procedur chirurgicznych specyficznych dla pacjenta, które doprowadzą do pomyślnych wyników.