用计算流体动力学改善小儿阻塞性睡眠呼吸暂停的结果 (OSA-MRI)

该项目旨在创建一个经过验证的计算工具来预测患有阻塞性睡眠呼吸暂停 (OSA) 的儿科患者的手术结果。 OSA 患儿的一线治疗是切除扁桃体和腺样体；然而，这些手术并不总能治愈患者。 另一种治疗方法是持续气道正压通气 (CPAP)，只有 50% 的儿童可以耐受。 因此，许多儿童接受针对气道周围软组织结构（例如扁桃体、舌头和软腭）和/或面部骨骼结构的手术干预。 然而，这些手术的成功率（以阻塞性呼吸暂停低通气指数（每小时睡眠中的阻塞性事件）的减少来衡量）出奇地低。 因此，显然需要一种工具来提高这些手术的疗效，并预测各种手术选择中的哪一种最有效地使每个患者受益。 上呼吸道呼吸气流的计算流体动力学 (CFD) 模拟可以提供这种预测工具，允许虚拟比较各种手术方案的效果，并选择最有可能改善患者状况的方案。 以前的 CFD 模拟无法提供有关 OSA 的信息，因为它们基于刚性几何形状，或者不包括神经肌肉运动，这是 OSA 的关键组成部分。 该项目使用实时磁共振成像 (MRI) 为 CFD 模拟提供气道的解剖结构和运动，这意味着首次对精确的体内运动进行建模。 此外，由于该模型基于 MRI（一种不使用电离辐射的模式），因此适用于手术前后患者的纵向评估。 通过比较基于 CFD 的气流速度场与吸入超极化 129Xe 气体的相位对比 MRI 生成的气流速度场，将首次实现这些模型的体内验证。 这项研究基于从受试者在镇静状态下获得的睡眠 MRI 获得的数据。 虽然术后镇静患者的风险略高于最小风险，但对每位患者的潜在益处超过了这种风险。 由于 58% 的患者在手术后有持续性 OSA，并且 OSA 严重程度的平均轨迹随着时间的推移而增加，术后成像和建模可以通过识别手术期间气道的变化以及未来应针对哪些解剖结构来使患者受益治疗。

小儿阻塞性睡眠呼吸暂停 (OSA) 是一种与睡眠相关的呼吸障碍，其特征是上呼吸道阻塞。 这种疾病仅在美国就影响了 220 万儿童。 1 如果不治疗，OSA 会导致行为、认知、代谢和心血管疾病。 2,3 尽管腺样体扁桃体切除术 (T&A) 是一线治疗，但很大一部分儿童在 T&A 后仍有持续性 OSA。4-11 持续气道正压通气 (CPAP) 通常是二线治疗；12 然而，儿童的依从率为只有 50%。13 不依从 CPAP 的持续性 OSA 儿童通常接受针对上呼吸道周围软组织和/或骨结构的手术，成功率从 17% 到 72%。14-17。 研究人员的初步数据显示，在 T&A 后接受软组织手术的患者中，有 58% 在随后的手术后出现持续的中度或重度 OSA。 因此，本研究的目标是提供一个预测模型，以确定哪种 T&A 后手术最有可能对每个个体手术候选人有效。 这一目标将通过针对这些儿童的气流和上呼吸道塌陷的患者特定计算流体动力学 (CFD) 模型来实现。 OSA 的新型 CFD 模型独特地结合了气道运动，该气道运动源自与气流测量同步获得的 3 维 (3D) 动态磁共振成像 (MRI)。 18,19 临床医生目前没有方法来确定神经肌肉控制和气压在导致气道塌陷中的作用，或者确定上气道一部分的气流阻力是否会导致气道另一部分的塌陷。 特定于患者的 CFD 可以提供此信息，从而成为帮助临床医生选择最有可能优化结果的外科手术的宝贵工具。

总体假设是，新型 CFD 模型的应用将产生一种经过验证的方法，以准确预测具有最成功结果的手术方案。 该假设将通过以下方式进行检验：(1) 验证用于手术计划的 CFD，(2) 确定决定手术结果的解剖学和空气动力学因素（例如，由于手术后解剖结构的变化，局部阻力和流动引起的压力的变化），以及(3) 开发一个虚拟手术平台，以识别将导致成功结果的特定于患者的手术程序。