Den øvre luftveien, som strekker seg fra nesetippen og ned til øverst i brystet, har en komplisert geometrisk utforming. Foreløpig vet vi lite om hvordan de myke delene av luftveien påvirkes når vi puster.  (Illustrasjon: Sintef)
Den øvre luftveien, som strekker seg fra nesetippen og ned til øverst i brystet, har en komplisert geometrisk utforming. Foreløpig vet vi lite om hvordan de myke delene av luftveien påvirkes når vi puster. (Illustrasjon: Sintef)

Bruker matematikk mot søvnapné

Én av seks nordmenn plages på natta med hyppige pustestopp. Nå skal matematikere og ingeniører hjelpe med å finne ut hvem som vil ha effekt av kirurgi.

Publisert

Søvnapné

Søvnapné rammer opptil 16 prosent av menn og 8 prosent av kvinner og er en stor årsak til hjertekarsykdom, diabetes samt redusert konsentrasjonsevne i en befolkning. To til tre prosent av barn rammes også, og dette kan gi seg utslag i lære- og konsentrasjonsvansker på skolen.

Prosjektet løper fra 2014 til 2017, og er finansiert av Norges Forskningsråd (FRINATEK) og NTNU.

I grunnforskningsprosjektet samarbeider leger, forskere, ingeniører, master – og dr.gradsstudenter ved NTNU, SINTEF, St. Olavs Hospital. Professor Bernhard Müller ved NTNU er prosjektleder.

Det er veggene i luftveiene som kollapser ved søvnapnè. Og mest sannsynlig er det en sammenheng mellom denne kollapsen og lufttrykket i luftveiene. Men per i dag er det ingen som vet eksakt hvordan luftstrømmen og luftveiene påvirker hverandre.

– Målet vårt er derfor å forstå fysikken bak, sier Sintef-forsker Sverre Gullikstad Johnsen.

– Vi vil finne en fellesnevner for pasienter som blir bedre og de som ikke blir bedre av nesekirurgi. Her er matematiske strømningsmodeller – som tradisjonelt brukes i industrien, til stor nytte.

Ulike metoder

Snorking og pustestopp er ille nok for en sengepartner, men enda verre for den det gjelder. Personen som får redusert oksygenopptak, livskvalitet og konsentrasjonsevne, utsettes også lettere for sykdommer og økt dødelighet.

Flere bruker pustemasker som holder luftveiene åpne, men mange synes dette er tungvint og ubehagelig.

Ulike metoder er i bruk, og legene har prøvd og feilet rundt om på norske og utenlandske sykehus. Barn og unge kan fjerne mandler og falske mandler. Operasjon av drøvel, skjæring i svelg, innsetting av ståltråd i drøvel forekommer også.

Ved Aleris og St.Olavs Hospital i Trondheim fokuserer de på nesekirurgi.

– Cirka tyve prosent av pasienter med søvnapné som får utført nesekirurgi på grunn av tett nese, blir friske, forteller Mads Moxness som er ansvarlig Øre Nese Hals-spesialist ved Aleris.

– Noen få kan bli verre av sin søvnapné og de fleste forblir uendret. Hvis vi hadde hatt en metode for å finne ut på forhånd hvilke pasienter som kan ha effekt av slik kirurgi, så hadde vi unngått livslang bruk av maske hos mange.

Studerer luftstrømmen

Forskere, leger og ingeniører har derfor undersøkt luftstrømningene hos pasienter før og etter kirurgiske inngrep – for å se om strømningsmønsteret endrer seg.

– Vi starter med å ta CT-røntgenbilder av pasienten, forklarer Johnsen.

– Dette er serier som består av hundrevis av avbildninger langs tre ulike akser – ovenfra, fra siden og forfra.

Neste steg har vært å hente ut luftrommet eller volumet som luften strømmer gjennom. Ut fra røntgenbildene kan forskerne rekonstruere en tredimensjonal modell av luftveien ved hjelp av dataverktøy, og får da en matematisk modell av volumet.

Modellene vil ofte variere mye fra pasient til pasient, og før og etter et kirurgisk inngrep. Prosedyren må derfor gjennomføres for hver enkelt pasient, med røntgenbilder fra både før og etter kirurgiske inngrep.

– For at de matematiske strømningsmodellene skal kunne gi oss gode svar, må geometrimodellene for hver enkelt pasient være sammenliknbare. Aller helst vil vi at det bare er resultatet av det kirurgiske inngrepet som utgjør forskjellen på geometrimodellene før og etter kirurgi, utdyper Johnsen.

– Da kan vi nemlig isolere og studere effekten dette har på strømningsmønsteret i luftveien, og forstå hvilke inngrep som gir positiv eller negativ effekt med tanke på søvnapné.

Så langt har prosjektet fullført studien av én pasient som ble helt frisk fra søvnapne etter kun et mindre kirurgisk inngrep fremst i nesehulen. Tre pasienter gjenstår.

[gallery:1]

Designverktøy for kirurger

Det endelige målet for forskerne er å lage et designverktøy som kirurgene kan benytte. Dette betyr en ferdig pakke – forenklet og med mye automatikk.

– Hvis kirurgen kan se hva som fungerer best ut fra endringer i strømningsmønsteret, vil han kunne sitte på kontoret og foreta en analyse før operasjonen. Dermed sikrer han at pasienten får den best tilgjengelige behandlingen, sier Johnsen.

Mange usikkerhetsmoment

Selv om forskerne har fått gode kunnskaper om hvordan de skaper et volum å gjøre strømningsberegninger på, er veien videre ikke så enkel.

Måten pasienten ligger på, hvordan han puster, svelger, eller om han er i ferd med å bli forkjølet, kan ha stor betydning for røntgenavbildningene. For å redusere feilkildene har forskerne derfor laget en framgangsmåte som sikrer at pasienten ligger så likt som mulig under røntgen-avbildningene og ved å kombinere luftveiene fra før og etter kirurgi på finurlig vis, har feilkildene blitt redusert betraktelig.

Usikkerhetsmomentene er likevel mange. For eksempel er forskerne bare i startgropen for å studere hvordan bevegelsen til de myke delene av luftveien kan påvirke strømningen og vice versa. Dette vil være et viktig tema for senere forskningsprosjekter.

– Det viser seg også at det ikke er enkelt å trekke konklusjoner ut fra den ene studien vi har gjort. At denne pasientens søvnapné bedret seg, kan skyldes forhold vi ikke er i stand til å avdekke i strømningssimuleringene våre, sier Johnsen.

For eksempel kan bedringen skyldes at pasienten gikk fra munnpusting til nesepusting om natta.

– Det er velkjent at dette vil gi positiv effekt, men det vil ikke være mulig å se dette i strømningsmodellene.

– Om vi opplever de samme vanskelighetene med tolkning av resultatene fra de resterende tre pasientene, må vi tenke nytt, sier Johnsen. Likevel er han ikke i tvil om at denne typen tverrfaglig forskning mellom medisin og ingeniørvitenskap, har mye å tilføre de tradisjonelle medisinske disiplinene.