Simulation unterstützt Entscheidungsprozesse
Bessere Diagnosen der obstruktiven Schlafapnoe
Simq OSA
Obstruktive Schlafapnoe (OSA/OSAS) ist eine lebensbedrohliche und lebensverkürzende Erkrankung, von der weltweit mehr als 900 Millionen Erwachsene betroffen sind.
In Zusammenarbeit mit klinischen Partnern hat Simq mit Simq OSA ein Medizinprodukt entwickelt, das die weitere Diagnose von schwerem Schnarchen und OSA unterstützt und so dazu beitragen kann, schneller die richtige Therapie zu finden.
Die Simq OSA-Software unterstützt die Diagnose durch die Visualisierung von schlafbezogenen Atmungsstörungen. Simq OSA erstellt ein numerisches Modell der anatomischen Situation der oberen Atemwege des Patienten. Zu diesem Zweck führt Simq OSA eine Simulation des Luftstroms unter Verwendung numerischer Berechnungsmethoden durch. Daraus liefert Simq OSA eine Auswertung und Visualisierung fluidmechanischer Parameter und abgeleiteter Kennwerte zur Darstellung anatomischer und physiologischer Faktoren zur Unterstützung des Fachpersonals.
Betroffene Erwachsene
weltweit
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Wie funktioniert es
Wie funktioniert es
Simq OSA auf einen Blick
Ziel: Patientenspezifische Identifizierung anatomischer Ursachen für starkes Schnarchen und OSAS
- Die Diagnose durch numerische Simulation des Luftstroms im Pharynx objektivieren
- Identifizieren und lokalisieren Sie anatomische Ursachen für die schlafbezogene Atmungsstörung.
- Visualisierung der Patientensituationen mittels physikalischer Simulation
- Bewertung und Unterstützung der verschiedenen Behandlungsmöglichkeiten
- CE-Zeichen erhalten Q2/2024
- Weitere Anwendungsbereiche wie Protrusions-/Schnarchschienen und orthognatische Chirurgie werden derzeit untersucht.
Anwendungsfall – Diagnose von Schlafapnoe
Weitere Informationen erhalten
Das Spektrum der schlafbezogenen Atmungsstörungen reicht von störendem gewohnheitsmäßigem Schnarchen (Rhonchopathie) über zentrale Schlafapnoe bis hin zu obstruktiver Schlafapnoe (OSA) und obstruktivem Schlafapnoe-Syndrom (OSAS). Während Schnarchen in der Allgemeinbevölkerung häufig vorkommt, ist gewohnheitsmäßiges oder starkes Schnarchen nicht normal und das Hauptsymptom von OSA. Die obstruktive Schlafapnoe ist durch wiederholte Atempausen während des Schlafs gekennzeichnet. Diese Pausen (Apnoen) werden durch einen Kollaps des Rachens beim Einatmen verursacht, wenn der Luftdruck in den oberen Atemwegen unter den Umgebungsdruck fällt. Die Apnoe kann einige Sekunden bis zu mehreren Minuten dauern, bis der Patient schließlich aufwacht und wieder zu atmen beginnt. Im Allgemeinen ist die obstruktive Schlafapnoe eine chronische Erkrankung, die nicht von selbst verschwindet. Die zentrale Schlafapnoe tritt auf, weil Ihr Gehirn keine richtigen Signale an die Muskeln sendet, die Ihre Atmung steuern, und ist seltener als die obstruktive Schlafapnoe. Einige Studien haben einen Zusammenhang zwischen zentraler Schlafapnoe und Angstzuständen gezeigt. Das obstruktive Schlafapnoe-Syndrom (OSAS) ist mit zusätzlichen Tagesbeschwerden wie chronischer Müdigkeit und übermäßiger Tagesmüdigkeit (EDS) verbunden.
Die schlafbezogenen Atmungsstörungen stören den Schlaf und beeinträchtigen somit dessen erholsame Funktion. Noch wichtiger ist jedoch, dass die Atempausen während des Schlafs zu einem niedrigen Sauerstoffgehalt im Blut führen, was letztendlich zu Schäden an lebenswichtigen Organen führen kann. Weitere Symptome von OSA und damit verbundenen Erkrankungen sind störendes Schnarchen, Bluthochdruck, koronare Herzkrankheit, Herzinsuffizienz, Schlaganfall und Diabetes. Der unruhige Schlaf führt im Allgemeinen zu Müdigkeit, Stimmungsschwankungen, Produktivitätsverlust und Verkehrsunfällen.
Die Prävalenz von OSA in der Bevölkerung nimmt stetig zu. Unbehandeltes OSAS kann schwerwiegende medizinische Folgen für den Patienten haben und stellt als häufige Erkrankung ein wachsendes Problem für die öffentliche Gesundheit dar. Schwere Schlafapnoe mit einem Apnoe-Hypopnoe-Index von über 30 kann zu einer Verkürzung der Lebenserwartung um bis zu 18 Jahre führen.
Bei Erwachsenen sind Übergewicht und Fettleibigkeit die häufigsten Ursachen für OSA, was mit dem Weichgewebe im Mund- und Rachenraum zusammenhängt. Während des Schlafs, wenn die Muskeln im Rachen und in der Zunge entspannter sind, kann dieses Weichgewebe zu einer Blockierung der Atemwege führen.
Trotz umfangreicher Forschung ist die komplexe Pathogenese der obstruktiven Schlafapnoe noch immer nicht vollständig geklärt. Es wird jedoch angenommen, dass funktionelle und anatomische Anomalien der oberen Atemwege und der kraniofazialen Struktur eine wichtige Rolle bei der Entstehung von OSA spielen. Grundsätzlich werden die Atempausen während des Schlafs durch eine Verengung der oberen Atemwege und einen schlafbedingten Verlust des Muskeltonus verursacht. Beispiele für anatomische Faktoren, die zu einer Verengung der oberen Atemwege führen können, sind ein Unterkieferdefizit, ein verlängertes Gaumensegel und vergrößerte Rachenmandeln oder Mandeln. Funktionelle Faktoren stehen im Zusammenhang mit einer Beeinträchtigung der neuromuskulären und ventilatorischen Kontrollmechanismen. Zu den Risikofaktoren, die eine obstruktive Schlafapnoe begünstigen, gehören Fettleibigkeit, Alkohol- oder Drogenmissbrauch, hohes Alter, Geschlecht und ethnische Zugehörigkeit. Angesichts der vielen möglichen Ursachen für OSA können auch schlanke und fitte Menschen an OSA leiden.
Der derzeitige Goldstandard für die Diagnose ist die Polysomnographie (PSG). Die PSG-Untersuchung liefert Messwerte des Apnoe-Hypopnoe-Index (AHI), der ein wichtiger Indikator für die Diagnose der obstruktiven Schlafapnoe ist. Der AHI gibt die durchschnittliche Anzahl von Apnoe-Ereignissen (vollständiger Atemstillstand) und Hypopnoe-Ereignissen (teilweiser Atemstillstand) pro Stunde Schlaf an. Anhand des AHI kann der Schweregrad der OSA klassifiziert werden in
- mild (AHI von 5…15),
- moderate (15…30) und
- schwerwiegend (AHI über 30).
Die Polysomnographie-Daten enthalten jedoch keine Informationen über die Art der Atemwegsobstruktion oder deren genaue Lage. Die medikamentös induzierte Schlafendoskopie (DISE) ist eine diagnostische Technik zur Untersuchung der Morphologie der oberen Atemwege unter simulierten Schlafbedingungen. Die DISE wird von einem HNO-Arzt (Hals-Nasen-Ohren-Arzt) in Zusammenarbeit mit einem Anästhesisten durchgeführt. Nach der Sedierung des Patienten wird ein fiberoptisches Laryngoskop in die Nase eingeführt, um dynamische Veränderungen im Rachenraum während der Atmung sichtbar zu machen. Das Verfahren ermöglicht es, die Stelle und das Muster des Atemwegskollapses zu identifizieren, jedoch fehlt es noch an einem standardisierten Bewertungssystem. Während PSG und DISE zeitaufwändige und kostspielige medizinische Untersuchungen mit begrenzter Verfügbarkeit sind, wurden mehrere selbst auszufüllende Fragebögen zur Beurteilung des OSA-Risikos entwickelt.
Zu den gängigen Behandlungsansätzen für obstruktive Schlafapnoe gehören die Lagerungstherapie (Vermeidung des Schlafens in Rückenlage), Mundvorrichtungen, Geräte zur Überdruckbeatmung, verschiedene maxillofaziale chirurgische Eingriffe und die neuromuskuläre Stimulationstherapie. Auch Verhaltensänderungen wie Gewichtsreduktion, Raucherentwöhnung, Verzicht auf Alkohol und sedierende Medikamente können OSA-Symptome verhindern oder lindern. Bei einer leichten Form der OSA können solche Änderungen des Lebensstils und die Optimierung der Schlafhygiene zu deutlichen Verbesserungen führen. Darüber hinaus laufen derzeit Studien, die darauf abzielen, wirksame medikamentöse Behandlungen für obstruktive Schlafapnoe zu identifizieren.
Da OSA verschiedene Ursachen haben kann, lässt sich keine allgemeine Aussage darüber treffen, ob eine Lagerungstherapie, wie z. B. das Schlafen mit erhöhtem Kopf, das Schlafen auf der Seite oder auf dem Bauch, zur Vorbeugung von Schlafapnoe beitragen kann. Um obstruktive Schlafapnoe zu reduzieren, kann es jedoch hilfreich sein, auf der Seite zu schlafen.
Rückenschläfer neigen nachweislich häufiger zum Schnarchen und leiden häufiger unter Atemproblemen. In Rückenlage besteht ein besonders hohes Risiko, dass die entspannte Zungenmuskulatur nach hinten rutscht und die Atemwege verschließt. Deshalb kann es für Rückenschläfer hilfreich sein, ihre Gewohnheiten zu ändern. Das Problem dabei ist, dass man sich im Schlaf automatisch wieder auf den Rücken dreht, wenn man daran gewöhnt ist. Eine erhöhte Kopfauflage oder eine sogenannte „Rückenlagevermeidung” mit Hilfe von Tennisbällen oder einem Rucksack kann die Änderung der Position erleichtern.
Geräte zur Überdruckbeatmung (PAP-Geräte, von Laien oft als Schlafapnoe-Geräte bezeichnet) sorgen für eine nichtinvasive Beatmung von OSA-Patienten, wodurch die Atemwege während des Schlafs offen bleiben. Die Hauptkomponenten eines PAP-Geräts sind eine mechanische Pumpe und eine Nasen- und/oder Mundmaske, die der Patient die ganze Nacht über tragen muss.
Der erforderliche Luftdruck wird von einem Schlafspezialisten durch Anpassung der Pumpeneigenschaften und Überwachung des Atemmusters eines Patienten bestimmt. Die PAP-Therapie kann als kontinuierliche PAP (cPAP), zweistufige PAP (bPAP) oder automatisch titrierende PAP (aPAP) durchgeführt werden. Die aPAP ist die fortschrittlichste Form der PAP-Therapie, die Veränderungen in der Atmung des Patienten während des Schlafs automatisch erkennt und sich daran anpasst.
Während die PAP-Therapie derzeit die Methode der Wahl bei der Behandlung von mittelschwerer und schwerer OSA ist, ist die Compliance bei der PAP-Behandlung aufgrund der Unannehmlichkeiten durch das Tragen einer Maske, Nebenwirkungen im Gesicht und in der Mundhöhle, Leckagen und Geräusche oft gering.
Die Verwendung von Mundvorrichtungen (OA, Unterkiefer-Protrusionsschienen – MAD, Unterkiefer-Protrusionsschienen – MAS) ist eine vielversprechende Alternative zur PAP-Therapie bei leichter und mittelschwerer obstruktiver Schlafapnoe. Bei der nicht-invasiven MAD-Therapie trägt der Patient während des Schlafs eine Mundvorrichtung, um das Risiko eines Kollapses der oberen Atemwege zu verringern, indem der Unterkiefer in einer vorgewölbten Position gehalten wird. Die MAD-Behandlung bei obstruktiver Schlafapnoe hat aufgrund der komplexen Auswirkungen der Unterkieferrepositionierung auf die Geometrie der oberen Atemwege und das Kiefergelenk nur eine begrenzte Erfolgsquote. Die Bestimmung des richtigen Vorbissgrades, der die therapeutische Wirksamkeit maximiert und die Nebenwirkungen minimiert, erfordert von den Ärzten ein gutes Verständnis der Okklusion und der Kiefergelenkserkrankungen (TMD).
Die invasiven OSA-Behandlungsstrategien, die auf chirurgischen Eingriffen basieren, zielen darauf ab, einen Kollaps der oberen Atemwege während des Schlafs durch Manipulation der kraniofazialen Struktur des Patienten zu verhindern. Es gibt verschiedene mehr oder weniger invasive Korrekturmaßnahmen, um das Volumen der oberen Atemwege durch Entfernen oder Neupositionieren von Gewebe zu vergrößern. Die während der Operation vorgenommenen irreversiblen Veränderungen führen zu einer 100-prozentigen Einhaltung. Die Tatsache, dass die Ursache und die genaue Position der Obstruktion nicht bekannt sind, wirkt sich jedoch nachteilig auf die Wirksamkeit dieser Art von Therapie aus. Die Stimulation des Nervus hypoglossus ist ein neuer Therapieansatz zur Überwindung funktioneller Ursachen der obstruktiven Schlafapnoe. Die Therapie umfasst die Implantation eines Generators und einer Elektrode in den Körper des Patienten. Die Implantate bieten einen Aktivierungsmechanismus für bestimmte Zungenmuskeln, der während des Schlafs ohne Aufwachen des Patienten genutzt werden kann. Der Generator erzeugt automatisch einen elektrischen Impuls auf der Grundlage der Echtzeitanalyse des Atemmusters. Folglich halten die stimulierten Muskeln die Atemwege offen.
Das Prinzip der personalisierten Medizin kommt bei der Behandlung von OSA-Patienten zum Tragen. Eine der Schwierigkeiten bei der Behandlung von OSA besteht darin, dass die Stelle, an der die Atemwege kollabieren, von Patient zu Patient unterschiedlich ist und ohne eine eingehendere Analyse der Atemweggeometrie nicht vorhergesagt werden kann. Daher gewinnt die medizinische Simulation der oberen Atemwege bei der Diagnose und Behandlung von OSA zunehmend an Bedeutung. Simq entwickelt eine medizinische Software namens Simq OSA, eine physikbasierte Modellierungsmethode, die zu kürzeren Behandlungszeiten und einer besseren Erstversorgung führen könnte.
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Artikel & Veröffentlichungen
- Forschungsartikel
Anwendung eines patientenspezifischen Simulations-Workflows für die Diagnose und Behandlung von obstruktiver Schlafapnoe mit einer Unterkiefer-Protrusionsschiene
Internationale Zeitschrift für numerische Methoden in der Biomedizintechnik
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Experimentelle Untersuchung zum Einfluss von Modellvariationen auf die Atemwegsobstruktion bei einem Patienten mit obstruktiver Schlafapnoe
Journal of Biomechanics
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