Улучшение результатов лечения обструктивного апноэ сна у детей с помощью вычислительной гидродинамики (OSA-MRI)

Этот проект направлен на создание проверенного вычислительного инструмента для прогнозирования хирургических результатов у детей с синдромом обструктивного апноэ во сне (СОАС). Первая линия лечения детей с СОАС заключается в удалении миндалин и аденоидов; однако эти операции не всегда излечивают пациента. Другое лечение, постоянное положительное давление в дыхательных путях (CPAP), переносится только 50% детей. Поэтому многие дети подвергаются хирургическим вмешательствам, направленным на мягкотканные структуры, окружающие дыхательные пути, такие как миндалины, язык и мягкое небо, и/или костные структуры лица. Однако показатели успешности этих операций, измеряемые как снижение индекса обструктивного апноэ-гипопноэ (количество обструктивных событий в час сна), на удивление низки. Таким образом, существует очевидная потребность в инструменте для повышения эффективности этих операций и прогнозирования того, какой из различных хирургических вариантов принесет наибольшую пользу каждому отдельному пациенту. Компьютерное гидродинамическое моделирование (CFD) респираторного воздушного потока в верхних дыхательных путях может предоставить этот прогностический инструмент, позволяющий виртуально сравнивать эффекты различных хирургических вариантов и выбирать вариант, который с наибольшей вероятностью улучшит состояние пациента. Предыдущие CFD-симуляции не могли предоставить информацию об OSA, поскольку они были основаны на жесткой геометрии или не включали нервно-мышечное движение, ключевой компонент OSA. В этом проекте используется магнитно-резонансная томография (МРТ) в реальном времени, чтобы представить анатомию и движение дыхательных путей для моделирования CFD, а это означает, что точное движение в естественных условиях моделируется впервые. Кроме того, поскольку моделирование основано на МРТ, модальности, в которой не используется ионизирующее излучение, оно подходит для лонгитюдной оценки состояния пациентов до и после хирургических вмешательств. Проверка этих моделей in vivo впервые будет достигнута путем сравнения полей скорости воздушного потока на основе CFD с полями, полученными с помощью фазово-контрастной МРТ вдыхаемого гиперполяризованного газа 129Xe. Это исследование основано на данных, полученных с помощью МРТ во сне, проведенной с субъектом под седацией. В то время как седация пациента после операции представляет собой немного больше, чем минимальный риск, потенциальные преимущества для каждого пациента перевешивают этот риск. Поскольку у 58% пациентов сохраняется стойкий СОАС после операции, а средняя траектория тяжести СОАС увеличивается с течением времени, послеоперационная визуализация и моделирование могут принести пользу пациенту, определяя изменения в дыхательных путях, сделанные во время операции, и на какие анатомические структуры следует ориентироваться в будущем. лечения.

Детское обструктивное апноэ сна (СОАС) — это связанное со сном расстройство дыхания, характеризующееся обструкцией верхних дыхательных путей. Это расстройство затрагивает 2,2 миллиона детей только в США.1 При отсутствии лечения СОАС может привести к поведенческим, когнитивным, метаболическим и сердечно-сосудистым заболеваниям.2,3 Хотя аденотонзиллэктомия (ТиА) является терапией первой линии, у большого процента детей сохраняется стойкий ОАС после ТиА4-11. Непрерывное положительное давление в дыхательных путях (СРАР) обычно является терапией второй линии; только 50%.13 Детям с персистирующим ОАС, которые не соблюдают режим СРАР, часто проводят хирургическое вмешательство на мягких тканях и/или костных структурах, окружающих верхние дыхательные пути, с показателями успеха от 17% до 72%.14-17. Предварительные данные исследователей показывают, что 58% пациентов, перенесших операции на мягких тканях после T&A, имели стойкий СОАС средней или тяжелой степени после последующей операции. Таким образом, цель этого исследования состоит в том, чтобы предоставить прогностическую модель, которая определяет, какая хирургическая процедура после T&A с наибольшей вероятностью будет эффективной для каждого отдельного хирургического кандидата. Эта цель будет достигнута с помощью моделей вычислительной гидродинамики (CFD) для конкретных пациентов воздушного потока и коллапса верхних дыхательных путей у этих детей. Были разработаны новые CFD-модели ОАС, которые уникальным образом включают движение дыхательных путей, полученное с помощью трехмерной (3D) динамической магнитно-резонансной томографии (МРТ), полученной синхронно с измерением воздушного потока.18,19 В настоящее время у клиницистов нет метода определения вклада нервно-мышечного контроля и сил давления воздуха в возникновение коллапса дыхательных путей или определения того, вызывает ли сопротивление воздушному потоку в одной части верхних дыхательных путей коллапс в другой части дыхательных путей. CFD для конкретного пациента может предоставить эту информацию и, таким образом, стать бесценным инструментом, помогающим клиницистам выбрать хирургическую процедуру, которая с наибольшей вероятностью оптимизирует результаты.

Общая гипотеза состоит в том, что применение новых CFD-моделей создаст проверенный подход для точного прогнозирования хирургического варианта с наиболее успешным результатом. Эта гипотеза будет проверена путем (1) проверки CFD для хирургического планирования, (2) выявления анатомических и аэродинамических факторов (например, изменений местного сопротивления и сил давления, вызванных потоком из-за послеоперационных изменений в анатомии), которые определяют результаты операции, и (3) разработка виртуальной хирургической платформы для определения хирургических процедур для конкретных пациентов, которые приведут к успешным результатам.