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閉塞性睡眠時無呼吸症候群の成人患者の上気道の気流に対するミニスクリュー支援急速口蓋拡張の効果を計算流体構造相互作用解析を用いて検討した
Investigation of the effects of miniscrew-assisted rapid palatal expansion on airflow in the upper airway of an adult patient with obstructive sleep apnea syndrome using computational fluid-structure interaction analysis.
PMID: 29090123 PMCID: PMC5653684. DOI: 10.4041/kjod.2017.47.6.353.
抄録
目的:
この研究の目的は、閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSAS）を持つ成人患者の上気道（UA）の気流の変化に対するミニスクリュー支援急速口蓋拡張（MARPE）の効果を計算流体-構造相互作用解析を用いて調査することであった。
OBJECTIVE: The objective of this study was to investigate the effects of miniscrew-assisted rapid palatal expansion (MARPE) on changes in airflow in the upper airway (UA) of an adult patient with obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) using computational fluid-structure interaction analysis.
方法:
成人OSAS患者のMARPE前(T0)とMARPE後(T1)に得られたコーンビームCT画像から作成した3次元UAモデルを流体構造相互作用解析を用いて計算流体力学的に解析した。鼻腔(NC)と咽頭の断面をそれぞれ7面、9面(面間距離10mm)とし、UAに沿って設定した。MARPE後の各平面における断面積の変化と気流速度と圧力の変化、結節変位、最大吸気時（MI）、安静時、最大呼気時（ME）の全抵抗の変化を調べた。
METHODS: Three-dimensional UA models fabricated from cone beam computed tomography images obtained before (T0) and after (T1) MARPE in an adult patient with OSAS were used for computational fluid dynamics with fluid-structure interaction analysis. Seven and nine cross-sectional planes (interplane distance of 10 mm) in the nasal cavity (NC) and pharynx, respectively, were set along UA. Changes in the cross-sectional area and changes in airflow velocity and pressure, node displacement, and total resistance at maximum inspiration (MI), rest, and maximum expiration (ME) were investigated at each plane after MARPE.
結果:
T1では、NCと咽頭上半部のほとんどの面で断面積が有意に増加した。さらに、MIとMEでは前部NCで気流速度が低下し、MIでは鼻咽頭と咽頭で気流速度が低下した。気流速度の低下は咽頭よりもNCの方が大きかった。T1時にはNC前部と咽頭全体の気流圧が低下した。NCと咽頭の結節変位量はT0、T1ともに有意ではなかった。また、MI、安静時、ME時の抵抗値の絶対値はT0時よりもT1時の方が低かった。
RESULTS: The cross-sectional areas at most planes in NC and the upper half of the pharynx were significantly increased at T1. Moreover, airflow velocity decreased in the anterior NC at MI and ME and in the nasopharynx and oropharynx at MI. The decrease in velocity was greater in NC than in the pharynx. The airflow pressure in the anterior NC and entire pharynx exhibited a decrease at T1. The amount of node displacement in NC and the pharynx was insignificant at both T0 and T1. Absolute values for the total resistance at MI, rest, and ME were lower at T1 than at T0.
結論:
MARPEは空気の流れを改善し、UA内の抵抗を減少させることから、中等度のOSASを持つ成人患者に有効な治療法である可能性がある。
CONCLUSIONS: MARPE improves airflow and decreases resistance in UA; therefore, it may be an effective treatment modality for adult patients with moderate OSAS.