Melhorando os resultados na apneia obstrutiva do sono pediátrica com fluidodinâmica computacional (OSA-MRI)

Este projeto visa criar uma ferramenta computacional validada para prever resultados cirúrgicos para pacientes pediátricos com apneia obstrutiva do sono (AOS). A primeira linha de tratamento para crianças com OSA é remover suas amígdalas e adenóides; no entanto, essas cirurgias nem sempre curam o paciente. Outro tratamento, a pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP), só é tolerada por 50% das crianças. Portanto, muitas crianças são submetidas a intervenções cirúrgicas direcionadas às estruturas de tecidos moles que circundam as vias aéreas, como amígdalas, língua e palato mole e/ou às estruturas ósseas da face. No entanto, as taxas de sucesso dessas cirurgias, medidas pela redução do índice de apneia-hipopneia obstrutiva (eventos obstrutivos por hora de sono), são surpreendentemente baixas. Portanto, há uma clara necessidade de uma ferramenta para melhorar a eficácia dessas cirurgias e prever qual das várias opções cirúrgicas beneficiará cada paciente de maneira mais eficaz. As simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) do fluxo de ar respiratório nas vias aéreas superiores podem fornecer essa ferramenta preditiva, permitindo que os efeitos de várias opções cirúrgicas sejam comparados virtualmente e a opção com maior probabilidade de melhorar a condição do paciente seja escolhida. Simulações CFD anteriores não foram capazes de fornecer informações sobre OSA, pois eram baseadas em geometrias rígidas ou não incluíam movimento neuromuscular, um componente chave na OSA. Este projeto usa imagens de ressonância magnética (MRI) em tempo real para fornecer a anatomia e o movimento das vias aéreas para a simulação CFD, o que significa que o movimento in vivo exato é modelado pela primeira vez. Além disso, como a modelagem é baseada na RM, modalidade que não utiliza radiação ionizante, é adequada para avaliação longitudinal de pacientes antes e após procedimentos cirúrgicos. A validação in vivo desses modelos será alcançada pela primeira vez por meio da comparação de campos de velocidade de fluxo de ar baseados em CFD com aqueles gerados por ressonância magnética de contraste de fase de gás 129Xe hiperpolarizado inalado. Esta pesquisa é baseada em dados obtidos de ressonâncias magnéticas do sono realizadas com o sujeito sob sedação. Embora a sedação do paciente no pós-operatório seja um pouco mais do que um risco mínimo, os benefícios potenciais para cada paciente superam esse risco. Como 58% dos pacientes têm AOS persistente pós-cirurgia e a trajetória média da gravidade da AOS aumenta com o tempo, a imagem e a modelagem pós-operatórias podem beneficiar o paciente, identificando as alterações nas vias aéreas feitas durante a cirurgia e qual anatomia deve ser visada no futuro tratamentos.

A apneia obstrutiva do sono (AOS) pediátrica é um distúrbio respiratório do sono caracterizado pela obstrução das vias aéreas superiores. Esse distúrbio afeta 2,2 milhões de crianças apenas nos EUA.1 Se não tratada, a AOS pode resultar em morbidades comportamentais, cognitivas, metabólicas e cardiovasculares.2,3 Embora a adenotonsilectomia (T&A) seja o tratamento de primeira linha, uma grande porcentagem de crianças apresenta AOS persistente após T&A.4-11 A pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP) geralmente é o tratamento de segunda linha;12 no entanto, as crianças têm uma taxa de adesão de apenas 50%.13 Crianças com AOS persistente que não aderem ao CPAP frequentemente são submetidas a cirurgias visando tecidos moles e/ou estruturas ósseas ao redor da via aérea superior, com taxas de sucesso variando de 17% a 72%.14-17. Os dados preliminares dos investigadores mostram que 58% dos pacientes submetidos à cirurgia de tecidos moles pós-T&A apresentaram AOS moderada ou grave persistente após a cirurgia subsequente. O objetivo deste estudo é, portanto, fornecer um modelo preditivo que determine qual procedimento cirúrgico pós-T&A tem maior probabilidade de ser eficaz em cada candidato cirúrgico individual. Esse objetivo será alcançado por meio de modelos de dinâmica de fluidos computacionais (CFD) específicos para cada paciente de fluxo de ar e colapso das vias aéreas superiores nessas crianças. Foram desenvolvidos novos modelos CFD de OSA que incorporam exclusivamente o movimento das vias aéreas derivado de ressonância magnética (MRI) dinâmica tridimensional (3D) obtida em sincronia com a medição do fluxo de ar.18,19 Atualmente, os médicos não têm nenhum método para determinar a contribuição do controle neuromuscular e das forças de pressão do ar para causar o colapso das vias aéreas ou determinar se a resistência ao fluxo de ar em uma parte da via aérea superior induz o colapso em outra parte da via aérea. O CFD específico do paciente pode fornecer essas informações e, assim, tornar-se uma ferramenta inestimável para auxiliar os médicos na escolha do procedimento cirúrgico com maior probabilidade de otimizar os resultados.

A hipótese geral é que a aplicação de novos modelos CFD produzirá uma abordagem validada para prever com precisão a opção cirúrgica com o resultado mais bem-sucedido. Esta hipótese será testada (1) validando o CFD para planejamento cirúrgico, (2) identificando fatores anatômicos e aerodinâmicos (por exemplo, mudanças na resistência local e forças de pressão induzidas pelo fluxo devido a mudanças pós-cirúrgicas na anatomia) que determinam os resultados cirúrgicos e (3) desenvolver uma plataforma de cirurgia virtual para identificar procedimentos cirúrgicos específicos do paciente que levarão a resultados bem-sucedidos.