Melhor respiração com máscaras personalizadas para uma boa noite de sono

Todo mundo ronca ocasionalmente, mas para alguns, o ronco pode indicar um problema mais sério: distúrbios respiratórios do sono. Isto refere-se a uma série de condições respiratórias relacionadas com o sono que incluem a apneia obstrutiva do sono, que se estima que afete mil milhões de pessoas em todo o mundo.

Um tratamento comum é a terapia com pressão positiva nas vias aéreas (PAP), que envolve pacientes dormindo usando uma máscara conectada a uma máquina que sopra um fluxo constante de ar para as vias aéreas superiores, mantendo-as abertas para permitir a respiração normal durante o sono.

Apesar da sua eficácia no tratamento dos distúrbios respiratórios do sono, a terapia PAP é um desafio a longo prazo para muitos pacientes. “Muitos pacientes são intolerantes ao tratamento PAP devido ao mau ajuste da máscara”, explicou Song Peng, professor assistente da Universidade de Tecnologia e Design de Singapura (SUTD). Ele destacou que o mau ajuste da máscara causa não apenas desconforto ao paciente, mas também problemas de vazamento de ar que reduzem a eficácia do tratamento.

Em resposta a esses desafios, o professor assistente Song liderou uma equipe composta por pesquisadores de universidades chinesas e médicos do Hospital Geral Changi de Cingapura para usar modelagem computacional para projetar máscaras PAP que otimizam o conforto e ao mesmo tempo garantem vazamento mínimo de ar. A pesquisa está publicada na revista Computadores e Gráficos.

A equipe primeiro modelou uma máscara PAP personalizada usando dois componentes para formar a interface da máscara com o paciente: a almofada da máscara que entra em contato com o paciente e um conector que une a almofada a uma estrutura genérica da máscara. Tendo observado anteriormente que o formato da maioria das máscaras PAP disponíveis comercialmente pode ser representado por algo conhecido como “superfície varrida”, a equipe modelou a almofada da máscara usando parâmetros de uma trajetória varrida em 3D.

Para otimizar as máscaras PAP personalizadas para diferentes rostos, a equipe começou digitalizando os rostos de quatro voluntários para criar modelos 3D. Esses modelos foram então combinados com vários designs de máscaras PAP para simular como cada máscara se ajustaria em seu “estado de equilíbrio”, que representa o formato final da máscara após levar em conta as forças aplicadas pelas tiras e as características faciais do paciente.

Devido ao custo computacional de simular com precisão o processo de ajuste da máscara, os pesquisadores optaram por focar no rosto humano e na almofada da máscara em seu projeto. O rosto humano foi considerado rígido, enquanto a almofada da máscara foi tratada como um corpo deformável. Usando um método conhecido como modelagem quase estática de elementos finitos e criando uma malha tetraédrica para a almofada para apoiar a simulação, os pesquisadores puderam então simular uma máscara ajustada.

As máscaras foram avaliadas com base em dois critérios principais: potencial vazamento de ar e nível de conforto. Esses fatores foram quantificados analisando as forças que atuam na máscara em seu estado de equilíbrio. Depois disso, a equipe otimizou ainda mais a geometria da máscara para minimizar vazamentos e maximizar o conforto, garantindo ao mesmo tempo que a almofada permanecesse fácil de fabricar.

A etapa final da pesquisa foi validar essas máscaras PAP personalizadas em comparação com as disponíveis comercialmente. Os voluntários foram submetidos à terapia PAP com três máscaras diferentes: uma máscara disponível comercialmente, uma máscara básica de ajuste personalizado projetada invertendo o formato do rosto do sujeito e a máscara de ajuste personalizado da equipe, que foi fabricada com um molde de silicone. O vazamento de ar também foi medido em diferentes pressões de ar durante o tratamento.

No final do tratamento, os voluntários preencheram um questionário sobre a sua experiência com as diferentes máscaras. Os resultados revelaram-se altamente promissores, uma vez que as máscaras personalizadas demonstraram fugas reduzidas, ao mesmo tempo que eram mais confortáveis ​​do que as outras máscaras.

Refletindo sobre o uso de design e tecnologia no estudo, o professor assistente Song acredita que suas descobertas beneficiarão tanto os profissionais de saúde quanto os pesquisadores de design computacional. Para os profissionais do sono respiratório, as máscaras personalizadas oferecem uma solução promissora para os desafios colocados pelas máscaras tradicionais mal ajustadas. Enquanto isso, a abordagem de modelagem computacional empregada pela equipe pode ser interessante para pesquisadores que trabalham em design computacional e/ou computação gráfica.

“Nossa abordagem de design computacional fecha o ciclo de design em computadores – isto é, automatizando o processo de design – realizando avaliação de máscara por meio de análise baseada em simulação e design de máscara por meio de otimização”, disse ele.

A equipe está ansiosa para expandir sua pesquisa além das máscaras PAP e se aprofundar no design computacional de artefatos vestíveis personalizados, como máscaras de oxigênio, óculos de natação e até fones de ouvido para plataformas de realidade virtual e aumentada.