Virtual Surgery in the Upper Airways – New Solutions to Obstructive Sleep Apnea Treatment

Søvnapne oppstår når de myke delene i de øvre luftveiene vibrerer så mye at luftveien klapper sammen når man sover. Obstruktiv søvnapne (OSA), rammer opptil 20% prosent av befolkningen. Lidelsen er kjennetegnet ved kraftig snorking, hyppige pustestopp, gisping etter pusten og gjentatte oppvåkninger. OSA medfører bl.a. redusert søvnkvalitet og oksygenopptak og er en viktig årsak til redusert livskvalitet, hjerte/kar sykdommer, diabetes og økt dødelighet i dagens samfunn. Det finnes en rekke ulike terapiformer for OSA, men det finnes ingen tilgjengelige metoder for å forutsi resultatet av dem. Medisinsk avbildning kan benyttes til å ta bilder av pasientens luftveier. Dette gir et godt grunnlag for å studere og beskrive luftveiens form og størrelse, men det sier lite eller ingenting om hvordan luftstrømmen fordeler seg i luftveien eller hvordan det myke vevet i f.eks. den bløte gane, tungen eller svelget påvirkes av luften som farer forbi. I dette prosjektet benyttes bildene av pasientens luftveier til å bygge datamodeller. Disse kan brukes til å beregne hvordan luftstrøm og vev oppfører seg. Videre kan modellene brukes til virtuell kirurgi , dvs at vi endrer den pasientspesifikke datamodellen med påfølgende matematiske beregninger for å finne ut hvordan inngrepet vil påvirke pasienten i virkeligheten. Valg av behandlingsform vil fremdeles avhenge av legens erfaring og fortolkning av tilgjengelig pasientinformasjon. Prosjektet gjennomføres ved samarbeid mellom eksperter innen medisin fra St. Olavs hospital, universitetssykehuset i Trondheim og det medisinske fakultet på NTNU samt eksperter innen beregningsorientert biomekanikk ved fakultet for ingeniørvitenskap på NTNU og SINTEF. Prosjektteamets visjon er å utvikle et kommersielt "designverktøy" som kan benyttes i planlegging av pasientbehandling. Et slikt verktøy vil bidra til reduserte helsekøer og kostnader i helsesektoren samt betydelig redusert risiko og ulempe for pasientene.

Obstructive sleep apnea (OSA) is a sleep related breathing disorder caused by repetitive collapses of the upper airways during sleep, resulting in reduced breathing, oxygen desaturation and sleep disturbances. It is well documented that OSA has a massive impact on global health [1-4], with approximately 20% of the adult population affected. OSA endpoints are cardiovascular diseases including hypertension, stroke and ischemic heart disease. OSA is also linked to insulin resistance and the development of diabetes and metabolic syndrome. Surgical treatment is frequently been performed, but long-term outcomes are still uncertain. The current project will combine research from engineering science and medicine for patient-specific diagnostics and treatment of Obstructive Sleep Apnea (OSA). When evaluating treatment options, clinicians are currently relying on general guidelines and personal experience, but they are lacking objective and predictive decision support tools. This project will provide required insight and software tools for computer-aided diagnostics and treatment of OSA through the promotion of virtual surgery. Thereby, OSA patients can be treated more targeted, with reduced risk for the patient and reduced cost for society.