Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Όλοι ροχαλίζουν περιστασιακά, αλλά για κάποιους, το ροχαλητό μπορεί να υποδηλώνει ένα πιο σοβαρό πρόβλημα: διαταραχή της αναπνοής στον ύπνο. Αυτό αναφέρεται σε μια σειρά αναπνευστικών παθήσεων που σχετίζονται με τον ύπνο που περιλαμβάνουν την αποφρακτική άπνοια ύπνου, η οποία υπολογίζεται ότι επηρεάζει ένα δισεκατομμύριο ανθρώπους παγκοσμίως.
Μια κοινή θεραπεία είναι η θεραπεία θετικής πίεσης αεραγωγών (PAP), η οποία περιλαμβάνει κοιμισμένους ασθενείς που φορούν μάσκα συνδεδεμένη με ένα μηχάνημα που φυσά μια σταθερή ροή αέρα στον ανώτερο αεραγωγό τους, διατηρώντας τον ανοιχτό για να επιτρέψει την κανονική αναπνοή κατά τη διάρκεια του ύπνου.
Παρά την αποτελεσματικότητά της στη θεραπεία της διαταραχής της αναπνοής στον ύπνο, η θεραπεία PAP αποτελεί πρόκληση για πολλούς ασθενείς μακροπρόθεσμα. «Πολλοί ασθενείς έχουν δυσανεξία στη θεραπεία PAP λόγω κακής εφαρμογής της μάσκας», εξήγησε ο Song Peng, Επίκουρος Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας και Σχεδίου της Σιγκαπούρης (SUTD). Τόνισε ότι η κακή εφαρμογή της μάσκας οδηγεί όχι μόνο σε δυσφορία του ασθενούς, αλλά και σε προβλήματα διαρροής αέρα που μειώνουν την αποτελεσματικότητα της θεραπείας.
Ως απάντηση σε αυτές τις προκλήσεις, ο βοηθός καθηγητής Song ηγήθηκε μιας ομάδας που αποτελείται από ερευνητές από κινεζικά πανεπιστήμια και κλινικούς ιατρούς από το Γενικό Νοσοκομείο Changi της Σιγκαπούρης για να χρησιμοποιήσουν υπολογιστική μοντελοποίηση για να σχεδιάσουν μάσκες PAP που βελτιστοποιούν την άνεση, διασφαλίζοντας παράλληλα ελάχιστη διαρροή αέρα για την αντιμετώπιση της δύσπνοιας. Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Computers & Graphics.
Η ομάδα δημιούργησε αρχικά μια προσαρμοσμένη μάσκα PAP χρησιμοποιώντας δύο στοιχεία για να σχηματίσει τη διεπαφή μάσκας με έναν ασθενή – το μαξιλάρι μάσκας που έρχεται σε επαφή με τον ασθενή και έναν σύνδεσμο που ενώνει το μαξιλάρι σε ένα γενικό πλαίσιο μάσκας. Έχοντας παρατηρήσει προηγουμένως ότι το σχήμα των περισσότερων εμπορικά διαθέσιμων μασκών PAP μπορεί να αναπαρασταθεί από κάτι γνωστό ως “σαρωμένη επιφάνεια”, η ομάδα μοντελοποίησε το μαξιλάρι της μάσκας χρησιμοποιώντας παραμέτρους από μια τρισδιάστατη τροχιά σάρωσης.
Για να βελτιστοποιήσει τις προσαρμοσμένες μάσκες PAP για διαφορετικά πρόσωπα, η ομάδα ξεκίνησε σαρώνοντας τα πρόσωπα τεσσάρων εθελοντών για να δημιουργήσει τρισδιάστατα μοντέλα. Αυτά τα μοντέλα στη συνέχεια συνδυάστηκαν με διάφορα σχέδια μάσκας PAP για να προσομοιώσουν πώς κάθε μάσκα θα ταίριαζε στην «κατάσταση ισορροπίας» της, η οποία αντιπροσωπεύει το τελικό σχήμα της μάσκας αφού ληφθούν υπόψη οι δυνάμεις που ασκούνται από τους ιμάντες και τα χαρακτηριστικά του προσώπου του ασθενούς.
Λόγω του υπολογιστικού κόστους της ακριβούς προσομοίωσης της διαδικασίας προσαρμογής μάσκας-προσώπου, οι ερευνητές επέλεξαν να επικεντρωθούν στο ανθρώπινο πρόσωπο και στο μαξιλάρι της μάσκας στο σχεδιασμό τους. Το ανθρώπινο πρόσωπο υποτίθεται ότι είναι άκαμπτο, ενώ το μαξιλάρι της μάσκας αντιμετωπίζεται ως παραμορφώσιμο σώμα. Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο γνωστή ως σχεδόν στατική μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων και δημιουργώντας ένα τετραεδρικό πλέγμα για το μαξιλάρι για να υποστηρίξει την προσομοίωση, οι ερευνητές θα μπορούσαν στη συνέχεια να προσομοιώσουν μια τοποθετημένη μάσκα.
Οι μάσκες αξιολογήθηκαν με βάση δύο βασικά κριτήρια: πιθανή διαρροή αέρα και επίπεδο άνεσης. Αυτοί οι παράγοντες ποσοτικοποιήθηκαν αναλύοντας τις δυνάμεις που δρουν στη μάσκα στην κατάσταση ισορροπίας της. Στη συνέχεια, η ομάδα βελτιστοποίησε περαιτέρω τη γεωμετρία της μάσκας για να ελαχιστοποιήσει τη διαρροή και να μεγιστοποιήσει την άνεση, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι το μαξιλάρι παρέμεινε εύκολο στην κατασκευή.
Το τελευταίο βήμα στην έρευνα ήταν η επικύρωση αυτών των προσαρμοσμένων μάσκες PAP έναντι των εμπορικά διαθέσιμων. Οι εθελοντές υποβλήθηκαν σε θεραπεία PAP με τρεις διαφορετικές μάσκες: μια εμπορικά διαθέσιμη μάσκα, μια βασική προσαρμοσμένη μάσκα σχεδιασμένη με την αναστροφή του σχήματος του προσώπου του ατόμου και την προσαρμοσμένη μάσκα της ομάδας, η οποία κατασκευάστηκε με καλούπι σιλικόνης. Η διαρροή αέρα μετρήθηκε επίσης σε διαφορετικές πιέσεις αέρα κατά τη διάρκεια της θεραπείας.
Στο τέλος της θεραπείας, οι εθελοντές συμπλήρωσαν ένα ερωτηματολόγιο σχετικά με την εμπειρία τους με τις διάφορες μάσκες. Τα αποτελέσματα αποδείχθηκαν πολλά υποσχόμενα, καθώς οι προσαρμοσμένες μάσκες έδειξαν μειωμένη διαρροή ενώ ήταν επίσης πιο άνετες από τις άλλες μάσκες. Αναλογιζόμενος τη χρήση του σχεδιασμού και της τεχνολογίας στη μελέτη, ο βοηθός καθηγητής Song πιστεύει ότι τα ευρήματά του θα ωφελήσουν τόσο τους επαγγελματίες υγείας όσο και τους ερευνητές υπολογιστικού σχεδιασμού.
Για τους επαγγελματίες της αναπνοής κατά τον ύπνο, οι προσαρμοσμένες μάσκες προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη λύση στις προκλήσεις που θέτουν οι παραδοσιακές μάσκες που δεν εφαρμόζουν σωστά. Εν τω μεταξύ, η προσέγγιση υπολογιστικής μοντελοποίησης που χρησιμοποιήθηκε από την ομάδα θα μπορούσε να αποδειχθεί ενδιαφέρουσα για τους ερευνητές που εργάζονται στον υπολογιστικό σχεδιασμό ή/και στα γραφικά υπολογιστών.
“Η προσέγγισή μας υπολογιστικού σχεδιασμού κλείνει τον κύκλο σχεδιασμού στους υπολογιστές – δηλαδή, αυτοματοποιώντας τη διαδικασία σχεδιασμού – πραγματοποιώντας αξιολόγηση μάσκας μέσω ανάλυσης βασισμένης σε προσομοίωση και σχεδίασης μάσκας μέσω βελτιστοποίησης”, είπε.
Η ομάδα είναι πρόθυμη να επεκτείνει την έρευνά της πέρα από τις μάσκες PAP και να εμβαθύνει στον υπολογιστικό σχεδιασμό εξατομικευμένων φορητών αντικειμένων, όπως μάσκες οξυγόνου, γυαλιά κολύμβησης, ακόμη και ακουστικά για πλατφόρμες εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας.
