小児の睡眠無呼吸時に変動する通気障害部位を検出可能にする気道流体解析モデルの構築

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K09860
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 山崎 要一 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (30200645)
• 研究分担者: 岩崎 智憲 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 准教授 (10264433)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 小児 / OSA / 原因部位

研究実績の概要

上気道通気障害によって生じる小児閉塞性睡眠時無呼吸症候群 (ＯＳＡＳ) は、通気障害部位の的確な特定法がないため、原因部位に応じた治療が選択されず、良好な治療成績は得られていない。本研究は小児OSAS の原因部位の特定方法を確立するため、① 鼻腔流体シミュレーションの抵抗値が鼻腔通気度検査の抵抗値に近似する、生体に近い上気道モデルの構築法を確立した。②覚醒時咽頭気道モデルから睡眠中の無呼吸時の咽頭気道変形予測モデルの作製法に取りかかっており、中程度のＯＳＡＳデータを得ることで確立するところまで来ている。③ 実際の治療部位および終夜睡眠ポリグラフ（PSG）の改善状況と、①と②の研究で得られた原因部位の結果を比較検討を行い、原因部位の特定方法としての有効性が得られつつある。
平成30年度は協力機関において、小児OSAの精査のために撮影された既存データの中から抽出された小児30 名のＣＴデータを用い、鼻腔通気度検査で得られた鼻腔抵抗値と覚醒時に撮影されたＣＴデータから、空気部分のＣＴ値(-1000 から-300 HU)で医用画像構築ソフトINTAGE Volume Editor（CYBERNET 社製：存物品）で構築された鼻腔モデルを熱流体解析ソフトPHOENICＳ(CHAM-JAPN 社製:既存物品）を用いて流体解析を行い、鼻腔流体シミュレーションでの鼻腔抵抗値を算出し、両者の値を用いて鼻腔から下咽頭までのより生体に近い覚醒時の上気道モデルの構築に成功した。
また関連研究では既に６本の査読付きIFのある英文誌にacceptされ、本研究も近日中に英語論文として投稿、睡眠学会でのシンポジウムとしての発表が決まっている。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

1.Upper airway evaluation of children with unilateral cleft lip and palate using computational fluid dynamics, AJODO，　2.Relationships among tongue volume, hyoid position, airway volume, and maxillofacial form in pediatric patients with Class-I, Class-II, and Class-III malocclusions, OCR，3.Rapid maxillary expansion effects of nasal airway in children with cleft lip and palate using computational fluid dynamics. OCR，4.Evaluation of the effect of oral appliance treatment on upper-airway ventilation conditions in obstructive sleep apnea using computational fluid dynamics, Cranio，5.How does distraction osteogenesis maxillary expansion (DOME) reduce severity of obstructive sleep apnea? Sleep Breath，6.Primary Site Identification in Children With Obstructive Sleep Apnea by Computational Fluid Dynamics Analysis of the Upper Airway. JCSMの以上6編の外国語論文が2019年度に掲載された。

今後の研究の推進方策

今後は更に共同研究を多くの大学（スタンフォード大学、カリフォルニア州立サンフランシスコ校、カリフォルニア州立ロサンゼルス校、北海道大学、金沢大学、新潟大学、昭和大学、川崎医科大学、鹿児島大学医学部麻酔科）と進めるだけでなく、学会や論文での発信を視野に入れて広く進展を図りたい。

次年度使用額が生じた理由

研究の成果は既に論文（6編）として報告できており十分な成果が得られている。しかし、更に研究を進めるためのデータ収集とその解析が残っており、それに
必要な予算が次年度使用額が生じた理由で、さらに成果を挙げたいと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Primary site identification in children with obstructive sleep apnea by computational fluid dynamics analysis of the upper airway (2020)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa-Minami Ayaka、Sugiyama Takeshi、Iwasaki Tomonori、Yamasaki Youichi
  • 雑誌名: Journal of Clinical Sleep Medicine 巻: 16 ページ: 431-439
  • DOI: 10.5664/jcsm.8224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between pharyngeal airway depth and ventilation condition in mandibular setback surgery: A computational fluid dynamics study (2020)
  • 著者名/発表者名: Shirazawa Yoshito、Iwasaki Tomonori、Ooi Kazuhiro、Kobayashi Yutaka、Yanagisawa‐Minami Ayaka、 Oku Yoichiro、Yokura Anna、Ban Yuusuke、Suga Hokuto、Kawashiri Shuichi、Yamasaki Youichi
  • 雑誌名: Orthodontics & Craniofacial Research 巻: 23 ページ: 313-322
  • DOI: 10.1111/ocr.12371
  • 査読あり
• [雑誌論文] How does distraction osteogenesis maxillary expansion (DOME) reduce severity of obstructive sleep apnea? (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Iwasaki, Audrey Yoon, Christian Guilleminault, Youichi Yamasak, Stanley Yung-Chuan Liu
  • 雑誌名: Sleep Breath 巻: 24 ページ: 287-296
  • DOI: 10.1007/s11325-019-01948-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upper airway in children with unilateral cleft lip and palate evaluated with computational fluid dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Tomonori、Suga Hokuto、Minami-Yanagisawa Ayaka、Hashiguchi-Sato Makiko、Sato Hideo、Yamamoto Yuushi、Shirazawa Yoshito、Tsujii Toshiya、Kanomi Ryuzo、Yamasaki Youichi
  • 雑誌名: American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics 巻: 156 ページ: 257～265
  • DOI: 10.1016/j.ajodo.2018.09.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the effect of oral appliance treatment on upper-airway ventilation conditions in obstructive sleep apnea using computational fluid dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Suga Hokuto、Iwasaki Tomonori、Mishima Katsuaki、Nakano Hiroyuki、Ueyama Yoshiya、Yamasaki Youichi
  • 雑誌名: CRANIO 巻: 1 ページ: 1～9
  • DOI: 10.1080/08869634.2019.1596554
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid maxillary expansion effects of nasal airway in children with cleft lip and palate using computational fluid dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Tomonori、Yanagisawa‐Minami Ayaka、Suga Hokuto、Shirazawa Yoshito、Tsujii Toshiya、Yamamoto Yuushi、Ban Yuusuke、Sato‐Hashiguchi Makiko、Sato Hideo、Kanomi Ryuzo、Yamasaki Youichi
  • 雑誌名: Orthodontics & Craniofacial Research 巻: 22 ページ: 201～207
  • DOI: 10.1111/ocr.12311
  • 査読あり
• [学会発表] 上気道流体シミュレーションを用いた口唇口蓋裂児の鼻腔の上顎急速拡大効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 8.岩崎 智憲, 菅 北斗, 柳澤 彩佳, 白澤 良執, 辻井 利弥, 橋口 真紀子, 武元 嘉彦, 嘉ノ海 龍三, 山崎 要一
  • 学会等名: 第57回日本小児歯科学会
• [学会発表] 上気道流体シミュレーションを用いた小児OSAの原因部位の特定と閉塞部位との識別 (2019)
  • 著者名/発表者名: 10.柳澤 彩佳, 岩崎 智憲, 杉山 剛, 菅 北斗, 白澤 良執, 山本 祐士, 辻井 利弥, 橋口 真紀子, 佐藤 秀夫, 山崎 要一
  • 学会等名: 第18回日本睡眠歯科学会