VINCENT EDWARD WONG DIAZ DESENVOLVIMENTO DE UMA ÓRTESE PERSONALIZADA PARA SUBLUXAÇÃO DE OMBRO POR MANUFATURA ADITIVA A PARTIR DE ESCANEAMENTO CORPORAL Orientador: Cesar Renato Foschini Bauru, SP Dezembro 2019 Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da UNESP – Campus Bauru, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica. Área de concentração: Manufatura E25d Edward, Wong Diaz Vincent. DESENVOLVIMENTO DE UMA ÓRTESE PERSONALIZADA PARA SUBLUXAÇÃO DE OMBRO POR MANUFATURA ADITIVA A PARTIR DE ESCANEAMENTO CORPORAL / Wong Diaz Vincent Edward, 2019. 67 p. :il.,tabs., fotos Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Bauru Orientador: Foschini Cesar Renato 1. Process, Manufacturing. 2. Image Processing. 3. Scanning Systems. I. Título. Aos Meus Pais, Lucy e Vincent À Minha família Aos meus Amigos AGRADECIMENTOS À minha família e os meus irmãos que com o seu apoio e sua boa energia me impulsionaram em cada momento desta pesquisa. Aos Professores Cesar Renato Foschini, Carlos Alberto Fortulan e Valeria Elui pelo seu apoio e orientação que foram fundamentais para crescer como profissional e como ser humano. Aos meus colegas de laboratório e o técnico encarregado, que com seu apoio e sugestões ao longo do curso me permitiram desenvolver cada uma das etapas desse projeto de maneira satisfatória. RESUMO DESENVOLVIMENTO DE UMA ORTESE PERSONALIZADA PARA SUBLUXAÇÃO DE OMBRO POR MANUFATURA ADITIVA A PARTIR DE ESCANEAMENTO CORPORAL. A órtese é um dispositivo aplicado à superfície externa do corpo para: controlar o alinhamento biomecânico, corrigir ou acomodar a deformidade, proteger e suportar uma lesão, auxiliar na reabilitação, reduzir a dor, aumentar a mobilidade e a independência. Nos últimos anos, o desenvolvimento de órteses usando manufatura aditiva tem se incrementado tanto para membros superiores como inferiores devido a sua capacidade de reposicionar o membro de maneira mais precisa e personalizada. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia para projetar e fabricar uma órtese de subluxação de ombro utilizando escaneamento corporal e manufatura aditiva. O usuário foi submetido ao escaneamento 3D para obtenção do modelo digital sólido em formato 3D, operações elementares espaciais foram aplicadas ao modelo escaneado do usuário para a obtenção da órtese a fim de gerar uma silhueta tridimensional adequada ao ombro/tórax do paciente. Finalmente, a silhueta foi evoluída a órtese pela agregação de espessura, furos e contornos. Uma vez obtida a órtese, foi impressa, ajustada e testada no paciente. Uma primeira versão foi proposta em função do relato do paciente quanto à adaptação do ombro e conforto, e outras duas versões evolutivas foram desenvolvidas e avançaram para outros aspectos importantes como a redução de peso, graus de liberdade nos ombros saudáveis e ganho de conforto. Em cada um dos três protótipos foi aplicado um questionário de avaliação para o usuário, com o intuito de melhorar diferentes aspectos da órtese ao mesmo tempo. A órtese desenvolvida foi capaz de posicionar o osso do paciente no lugar apropriado, corrigindo a deformidade. Reduzindo a dor e aumentando a segurança durante as atividades de rotina do paciente. Palavras Chaves: Manufatura aditiva, Reabilitação de usuários de órtese, CAD- CAM, Processamento de imagem 3D, Órtese de controle de postura, Tecnologia Assistiva. ABSTRACT DEVELOPMENT OF A CUSTOM SHOULDER ORTHOSIS BY ADDITIVE MANUFACTURING FROM BODY SCAN. Orthotics is a device applied to the external surface of the body to control biomechanical alignment, correct or accommodate the deformity, protect and support an injury, assist in rehabilitation, reduce pain, increase mobility and independence. In recent years, the development of orthosis using additive manufacturing has been increasing for both upper and lower limbs because of their ability to more accurately and custom reposition the limb. This work aimed to develop a methodology to design and manufacture a shoulder subluxation orthosis using body scanning and additive manufacturing. The user underwent 3D scanning to obtain the solid digital model in 3D format, spatial elemental operations were applied to the user's scanned model to obtain the orthosis to generate a three-dimensional silhouette suitable for the patient's shoulder / chest. Finally, the silhouette was evolved into orthosis by aggregating thickness, holes and contours. Once the orthosis was obtained, it was printed, adjusted and tested on the patient. A first version was proposed based on the patient's report on shoulder adaptation and comfort, and two other evolutionary versions were developed and advanced to other important aspects such as weight reduction, degrees of freedom in healthy shoulders and comfort gain. In each of the three prototypes an evaluation questionnaire was applied to the user to improve different aspects of the orthosis at the same time. The developed orthosis was able to position the patient's bone in the appropriate place, correcting the deformity. Reducing pain and increasing safety during routine patient activities. Keywords: Additive manufacturing, Rehabilitation of orthosis users, CAD-CAM, 3D image processing, Posture control orthosis, Assistive Technology LISTA DE FIGURAS Figura 1: Anatomia óssea do ombro 15 Figura 2: (A) Art. Glenoumeral. Corte plano escapular (B) Art. acromioclavicular e esternoclavicular 16 Figura 3: Pacientes internados no Depto. De A&E com luxação de ombro nos últimos três anos. 19 Figura 4: (A) Paciente com órtese confeccionada, 1-banda de tensão têxtil; 2-tira de suspensão de couro; 3 suporte de aço inox; 4-Capa do ombro (B) Órtese pré-fabricada comercializada por Mercur® 21 Figura 5: Scanners corporais (a) o scanner de fotogrametria TC2, (b) o scanner a laser Hamamatsu e (c) o scanner de ondas de rádio intellifit. 25 Figura 6: Tipos de irregulares (A) Holes (B) de Multicontour Hole 27 Figura 7: Correção de falha da superfície mediante Triangle 28 Figura 8: Esquematização do translado de modelo 29 Figura 9: Esquematização de Duplicado geométrico 29 Figura 10: Esquematização de rotação de modelos 30 Figura 11: Esquematização de Reescala de modelos 30 Figura 12: Descrição representativa de operações booleanas 31 Figura 13: Representação dos diferentes tipos de corte e puncionamento dentro da modelagem geométrica 32 Figura 14: Esquema do processo de FDM 34 Figura 15: Visão geral do processo de desenvolvimento de produto 37 Figura 16: Figura 16: Esboço do conceito da órtese em desenvolvimento. (A) vista frontal; (B) vista posterior. 38 Figura 17: Dimensões principais do paciente em formato STL poligonal em mm 39 Figura 18: Vista inferior do modelo de estudo 40 Figura 19: Região de estudo A 40 Figura 20: Vista inferior da superposição da região A (corpo do paciente) a região B (espaço contato lona-paciente) (C) Região representativa da órtese 41 Figura 21: Órtese modelada 42 Figura 22: Testes preliminares. 43 Figura 23: Vista preliminar do protótipo I modelado. 46 Figura 24: Protótipo I impresso. 47 Figura 25: Protótipo I impresso. 48 Figura 26: Primeiro protótipo da órtese de ombro. (A) Vista anterior, (B) Vista posterior, (C) Vista Lateral – Tiras de tração seguindo as porções do músculo deltóide, Teste do uso da órtese usando roupa diária. 49 Figura 27: Avaliação pelo usuário do uso do protótipo I 49 Figura 28: Impressão do protótipo II 50 Figura 29: (A) Acoplamento da órtese; (B) melhora na espessura da órtese para melhor acoplamento (C) Vista posterior do usuário com órtese (D) Vista anterior do usuário com órtese. (D) Vista anterior do usuário com órtese (E) e (F) limitação de 90 graus. 51 Figura 30: Avaliação pelo usuário do uso do protótipo II (comparação com protótipo I) 51 Figura 31: Vista preliminar do protótipo III modelado. 52 Figura 32: Impressão do protótipo III 53 Figura 33: Teste com a terceira versão do protótipo da órtese de ombro 53 Figura 34: Avaliação pelo usuário do uso do protótipo III (Comparação com protótipo II) 54 Figura 35: Comparação da avaliação do usuario usando os tres prototipos 54 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Casos de luxação e subluxação de ombro registrados na União Européia 19 Tabela 2: Principais sistemas de CAD 3D mecânicos proprietários e gratuitos. 22 Tabela 3: Classificação das principais tecnologias de AM 33 Tabela 4: Especificações técnicas de diferentes sistemas de AM 36 Tabela 5 Propriedades mecânicas do ABS P400 43 Tabela 6: Características técnicas do protótipo I 47 Tabela 7: Características técnicas do protótipo II 50 Tabela 8. Características técnicas do protótipo III 52 SUMARIO CAPITULO I INTRODUÇÃO 13 1.1. Introdução 13 1.2. Objetivos 14 1.2.1. Objetivo Geral 14 1.2.2. Objetivos Específicos 14 1.3. Estrutura do texto 14 CAPITULO II REVISÂO BIBLIOGRAFICA 16 2.1. Estudo da biomecânica do ombro 16 2.1.1. Articulação 16 2.1.2. Ação Muscular 17 2.1.3. Ligamentos 18 2.1.4. Luxação e subluxação de ombro 18 2.1.5. Estatística de luxação e subluxação de ombro 19 2.1.5.1. Estados Unidos 19 2.1.5.2. Reino Unido 19 2.1.5.3. União Européia 20 2.1.5.4. Latinoamerica 21 2.1.6. Ortese de Subluxação de ombro 21 2.2. Modelagem geométrica 22 2.2.1. Sistemas CAD 23 2.2.2. Abordagens Médicas 24 2.2.3. Escaneamento tridimensional 24 2.2.3.1. Fotogrametria 25 2.2.3.2. Varredura Laser 25 2.2.3.3. Onda Milimétrica 26 2.3. Processamento de imagem 3D em software de modelagem para AM 27 2.3.1. Melhoramento do modelo mediante reparação de superfície 27 2.3.2. Importação do modelo 28 2.3.3. Translação 28 2.3.4. Duplicado geométrico 30 2.3.5. Rotação 30 2.3.6. Reescala 31 2.3.7. Operações booleanas 31 2.3.8. Corte e punção 32 2.4. Método de Processos de fabricação em aplicações medica 33 2.4.1. Seleção de técnica de AM para fabricação de ortese 34 2.4.2. Tecnologia de AM por FDM 35 2.4.3. Seleção de material 36 CAPITULO III MATERIAIS E MÉTODOS 38 3.1. Pre-processamento do modelo 40 3.1.1. Digitalização tridimensional 40 3.1.2. Melhoramento do modelo mediante reparação de superfície 40 3.2. Processamento do modelo CAD 41 3.2.1. Modelagem da ortese 41 3.2.2. Sistema de Fixação 43 3.2.3. Sistema de Ventilação 43 3.3. Pos-processamento 44 3.3.1. Manufatura aditiva 44 3.3.2. Acabamento e infiltração 45 3.3.3. Instalação de acessórios 45 3.3.4. Testes 45 3.3.5. Feedback e Formulários 46 CAPITULO IV RESULTADOS E DISCUSSÕES 47 4.1. Testes preliminares 47 4.2. Protótipo I 48 4.3. Protótipo II 51 4.4. Protótipo III 52 4.5. Discussões 55 CAPITULO V CONCLUSÕES 60 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 61 ANEXOS 65 13 CAPITULO I INTRODUÇÂO 1.1. Introdução Originário do grego “ortho”, que traduz reta, o propósito de uma órtese de ombro é utilizado com diferentes fins, em alguns casos a intenção consiste em estabilizar ou imobilizar o ombro para mantê-lo alinhado, em outros, é utilizado para impedir ou corrigir a deformidade posicionando o ombro na posição correta, e por último, permite promover a cura ou assistir a função do ombro. Na atualidade, as órteses, do ponto de vista de manufatura são fabricadas sobre medida ou pré-fabricadas. As órteses sob medida são confeccionadas diretamente sobre a pele do paciente, pelo próprio terapeuta e dependem muito da sua expertise, habilidade e experiência. Por outro lado, as órteses pré-fabricadas possuem tamanhos definidos, são fabricadas em série e geralmente confeccionadas em oficinas ortopédicas especializadas (ELUI; OLIVEIRA, SANTOS, 2011). Recentemente, o surgimento de novas abordagens de manufatura aditiva (AM) tem estimulado a novos descobrimentos aplicados na área médica, permitindo desenvolver novos dispositivos médicos personalizados com a diminuição do custo de fabricação com precisão da dimensão e da forma (PALOUSEK, et al., 2014). Adicionalmente está também sendo explorado para a possibilidade de fabricação de implantes, tecidos ósseos e órgãos. (MECHELS, et al., 2012) (VISSER, et al., 2013). Na aplicação de abordagens utilizando manufatura aditiva, um papel fundamental se centra no desenvolvimento do modelo a ser impresso. Devido à capacidade de imprimir modelos de geometrias complexas, tem sido recorrente o uso de diferentes métodos de aquisição de dados concentrados em três grupos: sistemas CAD, abordagens médicas, e escaneamento tridimensional. O escaneamento tridimensional é uma das abordagens mais favoráveis para a digitalização e processamento de modelos tridimensionais usando a manufatura aditiva. Sua capacidade de obter geometrias complexas em poucos segundos e com resolução apropriada, permite que esta seja uma abordagem atrativa para área médica. 14 Devido à crescente demanda no desenvolvimento de dispositivos médicos mediante manufatura aditiva, a redução de tempo no processo de fabricação, e a obtenção de resultados satisfatórios na área médica, este projeto propôs o desenvolvimento de uma técnica de aquisição tridimensional, modelagem e fabricação de uma órtese personalizada que foi aplicada a um estudo de caso na correção de uma deformidade causada por subluxação inferior de ombro. 1.2. Objetivos 1.2.1. Objetivo geral O presente trabalho objetivou ao desenvolvimento de técnica de aquisição tridimensional de imagem corporal, modelagem e fabricação de órtese personalizada por manufatura aditiva e aplicação no estudo de caso de usuário portador de subluxação de ombro. 1.2.2. Objetivos específicos Estudo de Softwares de processamento de imagem 3D e suas operações; Escaneamento 3D de um paciente com subluxação inferior de ombro, onde se verificou o dimensionamento geral e as estratégias de modelagens necessárias para gerar ideias de uma possível órtese. Desenvolvimento de diferentes modelos de possíveis órteses as quais foram impressas em escala e que permitiu avaliar o posicionamento da órtese sobre um modelo do corpo também impresso em escala. Após avaliação técnica e econômica do projeto preliminar, iniciou-se a fabricação de protótipos em tamanho real para avaliações técnicas. Sucessivas melhorias e aperfeiçoamentos foram realizados na busca de adaptabilidade, conforto, flexibilidade e outras considerações técnicas juntamente com profissionais da área da saúde e o paciente. 1.3. Estrutura do texto Esta seção descreve de maneira resumida a composição dos diferentes capítulos em que este estudo foi estruturado. 15 Além da introdução, onde são explicados os princípios deste projeto e quais são os objetivos a cumprirem, este projeto está conformado por mais quatro capítulos. O capítulo 2, Neste capítulo é apresentado uma revisão literária sobre a biomecânica do ombro e os elementos que conformam o ombro. Posteriormente é definida a luxação e subluxação de ombro e apresentada uma revisão estatística dos casos de luxação e subluxação em escala internacional. Por outra parte explicam-se os diferentes tipos de modelagem geométrica 3D, os tipos de escaneamento corporal, processamento, e operações elementares no processamento de imagem, assim como aspectos relevantes na AM para o desenvolvimento de ortese 3D. O capítulo 3 aborda a aplicação da metodologia desenvolvida para o desenvolvimento da órtese de subluxação de ombro iniciando pelo processamento das informações de entrada no desenvolvimento de conceito, assim como a aplicação das diferentes operações do ponto de vista de modelagem para obter a órtese final. No capítulo 4, foram apresentados e discutidos os resultados de três protótipos desenvolvidos. As características técnicas, a visualização do modelo impresso e a avaliação do questionário por parte do usuário durante desenvolvimento de AVD’S são apresentadas neste capítulo. Assim como uma comparação dos dados obtidos no questionário apresentados de maneira global. No capítulo 5, foram descritas as conclusões obtidas no projeto, assim como aspectos importantes para melhorar em estudos futuros. Também foi apresentada uma visão para os futuros trabalhos a serem realizados. 16 CAPÍTULO II REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo foi desenvolvida uma revisão bibliográfica que aborda quatro tópicos de estudo que serão utilizados ao longo do desenvolvimento do projeto, estes são: a biomecânica do ombro, a modelagem geométrica, o processamento de imagem 3D, e finalmente, a manufatura aditiva. 2.1. Estudo da Biomecânica do ombro O ombro é a articulação mais móvel do corpo humano e está composto por três elementos como se apresentam na Figura 1: o úmero, a clavícula e a escápula, assim como dos músculos associados, ligamentos e tendões (QUILLEN; WUCHNER, HATCH, 2004). A maneira em como os ossos do ombro se unem, são definidas como articulações do ombro. Figura 1: Anatomia óssea do ombro Fonte: Adaptado de QUILLEN; WUCHNER; HATCH (2004) 2.1.1. Articulações Existem três tipos de articulações que unem o tronco com a extremidade superior. Estas articulações são definidas como: Articulação glenoumeral, articulação esternoclavicular e articulação acromioclavicular. A articulação glenoumeral é a principal e mais importante do ombro. Esta articulação é definida como articulação sinovial esférica de 3 graus de liberdade e vincula a cavidade 17 glenóide com a cabeça do úmero como é apresentado na Figura 2A (CORREA, 2011). A articulação esternoclavicular é uma articulação sinovial que permite a união entre a clavícula e o esterno. Sua função permite o movimento da clavícula em três planos, ântero – posterior e vertical, embora também ocorra alguma rotação. Seu movimento pode se descrever como uma elevação e depressão (LIPPERT, 2006). A articulação acromioclavicular (AAC) permite a união articular entre a clavícula e a escápula. Esta articulação fornece a capacidade de levantar o braço acima da cabeça e funciona como um ponto de pivô, atuando como um suporte para ajudar no movimento da escápula, resultando em um maior grau de rotação do braço (CUÉLLAR; CUÉLLAR, 2015). Esta articulação pode ser observada na Figura 2B. Figura 2: (A) Art. Glenoumeral. Corte plano escapular (B) Art. acromioclavicular e esternoclavicular Fonte: SOBOTTA, (2018). 2.1.2. Ação Muscular A ação muscular é possível graças à presença do manguito rotador, que é um grupo de músculos e seus tendões que age para estabilizar dinamicamente o ombro. Estes grupos de músculos estão formados por o músculo supraespinhal, o músculo infraespinhal, o músculo redondo menor, e subescapular. A função que tem este grupo de músculos é manter a cabeça do úmero acoplada à cavidade glenóide, 18 reforçar a cápsula articular, assim como resistir deslocamentos indesejáveis da cabeça do úmero em direção anterior posterior e superior. 2.1.3. Ligamentos Os ligamentos são uma banda de tecido sólida e elástica que permite a união dos ossos que conformam o ombro. Estes são responsáveis por absorver os esforços de origem estática devido ao reposicionamento das estruturas ósseas durante o movimento. Entre os ligamentos que podem ser encontrados nesta região se encontra o ligamento coracoclavicular, que é uma articulação sinovial diartrósica presente entre o tubérculo conóide da clavícula e a superfície superior da parte horizontal do processo coracoide da omoplata (RAMBERDE, 2009). Outro ligamento é o coracoacromial (LCA), uma banda triangular forte que se estende entre o processo coracoide e o acrômio. Este ligamento restringe o deslocamento superior da cabeça do úmero, é um componente do arco coracoacromial, uma estrutura óssea ligamentar que se estende entre o acrômio e o processo coracoide da escápula (DEMIR; GÜNERI, 2019). 2.1.4. Luxação e subluxação de ombro A luxação pode ser definida como o deslocamento articular que ocorre quando há uma separação anormal entre a cabeça do úmero e a cavidade glenoidal (QUILLEN; WUCHNER; HATCH; 2004). Um deslocamento parcial é referido como uma subluxação, e pode ocorrer na direção posterior, inferior e anterior, sendo a última a mais freqüente dos casos. Os sintomas gerados por causa deste tipo de lesão são dor no ombro e instabilidade, sendo que podem complicar até uma lesão de Bankart, lesão de Hill-Sachs, ruptura do manguito rotador ou lesão do nervo axilar. O diagnóstico é tipicamente baseado mediante sintomas e confirmado por Raio-X. Segundo (PAPADAKIS et al., 2018) a luxação anterior de ombro é comum em mais de 95% dos casos, e geralmente a cabeça do úmero descansa o processo coracoide, conhecido como luxação subcoracoide. As luxações sub-glenóide, subclavicular e intratorácica ou retroperitoneal também podem ocorrer, estas geralmente são causadas por um golpe direto ou queda de um braço estendido. O paciente, tipicamente segura seu braço externamente girando e levemente abduzido (WELSH 2019). 19 Por outra parte as luxações posteriores são menos comuns, resultam da aplicação de uma carga axial ao braço abduzido e girado internamente. As luxações posteriores clássicas também ocorrem como resultado de eletrocussão ou convulsões devido ao desequilíbrio de força entre os rotadores internos que dominam os rotadores externos (SARWARK, 2010). A luxação inferior é menos freqüente, ocorrendo em menos de 1%. Essa lesão é causada por uma abdução do braço que força a cabeça do úmero contra o acrômio (YAMAMOTO et al., 2003). Este tipo de lesão por sua vez representa uma taxa alta de complicação e isso se deve em grande parte às lesões vasculares, neurológicas, de tendões e de ligamentos que podem ocorrer a partir desse mecanismo de lesão. 2.1.5. Estatística de luxação e subluxação de ombro 2.1.5.1. Estados Unidos Em 2007 foi desenvolvido um estudo em atletas da academia militar dos Estados Unidos de América. Segundo o estudo 84,6% das instabilidades do ombro relacionadas ao esporte eram subluxação do ombro e 15,4% era luxação de ombro. Foram registrados 99 casos com subluxações onde 45 casos (45,5%) experimentaram o primeiro evento de subluxação enquanto os restantes 54 casos (54,5%) tiveram subluxação recidivante (OWENS et al, 2007). 2.1.5.2. Reino Unido No ano 2009 foi desenvolvida uma análise de espectro etário dos pacientes internados no departamento de A&E de Walgrave com luxação de ombro nos últimos três anos anteriores à data mencionada (CUTTS; PREMPEH; STEVEN, 2009). Durante o desenvolvimento do estudo observou-se que existem dois grupos predominantes, o primeiro formado por homens adultos jovens com uma faixa etária entre 19 a 35 anos que sofreram lesões de alta energia no ombro e o segundo grupo que foi formado por mulheres de 67 a 80 anos de sexo feminino. Geralmente esses casos de luxação na terceira idade se apresentam devido à diminuição de cálcio nos ossos, o que faz com que as lesões nessa região sejam mais propensas a ocorrer (CUTTS; PREMPEH; STEVEN 2009). 20 Figura 3: Pacientes internados no Depto. De A&E com luxação de ombro nos últimos três anos. Fonte: Cutts; Prempeh; Steven, 2009. 2.1.5.3. União Européia A Eurostat, oficina européia de estatística encarregada de produzir dados e promover a harmonização dos métodos estatísticos dos estados membros, publicou um estudo desenvolvido entre os anos 1998 e 2007 (EUROSTAT, 2012). O número de casos de luxação e subluxação de ombro como são apresentados na Tabela 1, apresenta um incremento com o passar de cada ano. Uma destas razões é o aumento de acidentes de trânsito que terminam em traumatismos, por outra parte, o seu máximo pico apresentado no último ano de estudo (2007). Tabela 1: Casos de luxação e subluxação de ombro registrados na União Européia Ano Casos Registrados Acumulada Variância Acumulada 1998 17.490 17.490 4,17 1999 19.988 37.478 8,93 2000 28.299 65.777 15,67 2001 35.544 101.321 24,13 2002 40.985 142.306 33,89 2003 46.318 188.624 44,92 2004 49.459 238.083 56,7 2005 51.494 289.577 68,96 2006 51.605 341.182 81.96 2007 78.701 419.883 100 Fonte: EUROSTAT 2012. 21 2.1.5.4. Latinoamerica No México foi desenvolvido um estudo (GRAJEDA; HERNANDEZ; ESCALANTE; 2017) no ano 2016 com pessoas apresentando diagnóstico de luxação glenoumeral anterior que assistiram á emergência no hospital de ortopedia em Yucatán México, durante o período de estudo foram registrados 68 pacientes com eventos de luxação glenoumeral, dentre eles, 46 indivíduos cumpriram com os critérios a estudar: 28 (61 %) dos ombros foram direitos e 18 (39%) foram esquerdos; 35 (76% sujeitos foram masculinos e 11 (24%) femininos, com uma idade média de 43 anos com antecedentes de 1,96 eventos de luxação prévios. Na Colômbia foram avaliadas 132 historias clínicas de pacientes de 16 a 94 anos no ano 2013, (GONZALES, 2015) 62% foram homens e 59% das luxações ocorreram do lado direito. Foram observados traumas de alta energia em 15% dos pacientes, intermediária em 28% das lesões e 57% em lesões de baixa energia. 2.1.6. Órtese de subluxação de ombro Do ponto de vista de manufatura, uma órtese pode ser classificada em dois grupos, o primeiro grupo definido como confeccionadas, e o segundo grupo como pré-fabricada. As confeccionadas são fabricadas pelo terapeuta diretamente sobre a pele do paciente respeitando os princípios operacionais da órtese assim como as suas individualidades do paciente sempre avaliando os princípios anatômicos e as forças aplicadas para determinar sua eficácia, conforto e proteção adequada à articulação. Umas das vantagens deste tipo de órteses são: a boa adaptação e indicação específica, por outra parte, seu custo é alto comparado com as órteses pré- fabricadas, este tipo de ortese é apresentado na Figura 4A. Já as órteses pré-fabricadas, possuem um tamanho definido, geralmente são fabricadas em série utilizando tecidos sintéticos (lona, velcros) de maneira que permitam regular a tensão em função do tipo de lesão que o paciente padece. As desvantagens apresentadas por este tipo de órtese se devem a que nem sempre atende às necessidades do paciente, por outra parte a sua dificuldade para vestir, e em alguns casos como o apresentado na Figura 4B, a órtese passa pela região diagonal do pescoço o que incomoda ou impossibilita o uso para pacientes com 22 traqueostomia. Por outro lado as suas vantagens são o seu baixo custo, e a sua praticidade. Figura 4: (A) Paciente com órtese confeccionada, 1-banda de tensão têxtil; 2-tira de suspensão de couro; 3 suporte de aço inox; 4-Capa do ombro (B) Órtese pré- fabricada comercializada por Mercur® Fonte: (A) ASSAD 2018, (B) COOL, 1989. Um modelo geométrico é uma representação tridimensional de um objeto à qual é atribuída uma série de propriedades com diferentes fins. O principal objetivo é solucionar um problema de engenharia, este pode ser desenvolvido de maneira física ou virtual através de simulações. Uma das maneiras do estudo destes modelos de maneira física é utilizando abordagens de manufatura como é o caso da AM, onde o modelo é adquirido e posteriormente mediante configuração da interfase e da informação fornecida pelo técnico, a peça é impressa. Dessa maneira, uma peça com geometria obtida no modelo, é reproduzida e pode ser utilizada para estudos dimensionais, ou para diferentes ensaios. Por outra parte do ponto de vista virtual, o modelo pode ser utilizado para outras etapas do processo, como análise de elementos finitos, para obter respostas a modelos físicos reais, ou análise de transferência de calor para observar como o plástico injetado passa de estado liquido ao sólido durante o processo de injeção de peças. 2.2. Modelagem geométrica Um modelo geométrico é uma representação tridimensional de um objeto à qual é atribuída uma série de propriedades com diferentes fins. O principal objetivo é solucionar um problema de engenharia, este pode ser desenvolvido de maneira física ou virtual através de simulações. Uma das maneiras do estudo destes 23 modelos de maneira física é utilizando abordagens de manufatura como é o caso da AM, onde o modelo é adquirido e posteriormente mediante configuração da interface e da informação fornecida pelo técnico, à peça é impressa. Dessa maneira, uma peça com geometria obtida no modelo, é reproduzida e pode ser utilizada para estudos dimensionais, ou para diferentes ensaios. Por outra parte do ponto de vista virtual, o modelo pode ser utilizado para outras etapas do processo, como análise de elementos finitos, para obter respostas a modelos físicos reais, ou análise de transferência de calor para observar como o plástico injetado passa de estado líquido ao sólido durante o processo de injeção de peças. 2.2.1. Sistemas CAD É a técnica mais comumente utilizada dentro do grupo de técnicas de processamento de imagem. Permite desenvolver modelos paramétricos, utilizando uma interface gráfica que facilita a visualização dimensional dos mesmos. A continuação uma lista dos principais sistemas de CAD 3D mecânicos proprietários e gratuitos (Tabela 2) (VOLPATO, 2017). Tabela 2: Principais sistemas de CAD 3D mecânicos proprietários e gratuitos Sistemas CAD 3D Empresa Natureza CATIA Dassault systèmes Proprietário CREO Parametric Techonology Corporation - PTC Proprietário INVENTOR Autodesk Inc. Proprietário NX UNIGRAPHICS Siemens PLM Software Proprietário RHINOCEROS Robert Mcneel & Associates Proprietário SOLID EDGE Siemens PLM Software Proprietário SOLIDWORKS Dassault systèmes Proprietário SKETCHUP Trimble Navigation, ltd Proprietário e gratuito FreeCAD -- Gratuita OpenSCAD -- Gratuita OpenCASCADE -- Gratuita Fonte: VOLPATO (2017) Uma das suas principais vantagens é a possibilidade de desenvolver modelos geométricos 3D a partir de operações com sólidos e/ou superfícies o que permitem menos problemas na conversão do modelo nativo em um dos formatos usados na AM. 24 2.2.2. Abordagens Médicas Existem diferentes abordagens médicas que são utilizadas para obter informação 3D de pacientes. Este tipo de exame permite ter uma apreciação das regiões internas do corpo como órgãos internos, vasos sanguíneos e ossos. Um dos exames que permite obter esta informação é a tomografia computadorizada, assim como a ressonância magnética, e ultrassom 3D. A tomografia é uma das abordagens utilizadas para obter informação geométrica do paciente, esta consiste em uma obtenção do modelo por seções, através do uso de um tipo específico de onda penetrante. O equipamento utilizado para este tipo de abordagem é definido como tomógrafo, e é operada por um radiologista (HERMAN 2009). A ressonância magnética É uma abordagem de imagem médica utilizada em radiologia que permite formar imagens da anatomia e dos processos fisiológicos do corpo. Esta abordagem consiste na emissão de rádio freqüência emitida por prótons ao tecido examinado. O sinal que emite cada próton é capturado e processado por um computador e por sua vez estas se transformam em imagens de alta qualidade. Por ser não invasiva, não emite radiação. O uso de este tipo de abordagem permite observar alterações nos tecidos com o intuito de detectar câncer ou outras patologias. O Ultrassom 3D é uma abordagem médica utilizada para criar imagem de estruturas internas do corpo como tendões, músculos, articulações, vasos sanguíneos e órgãos internos. Esta abordagem médica converte as imagens obtidas pelo ultrassom 2D em escala de cinza padrão em um conjunto de dados volumétricos. Uma das vantagens de utilizar este método é a capacidade de obter imagens em tempo real com a possibilidade de ser levado até o leito bem como, apresenta baixo custo comparado com outras modalidades de aquisição de imagem. 2.2.3. Escaneamento tridimensional O escaneamento tridimensional surge à raiz da necessidade de criar um método que permita oferecer ao usuário um custo menor comparado com a 25 abordagem médica, e que por outro lado, permite diminuir o tempo de processamento de imagem (FARAHANI et al., 2017). Outro aspeto que foi considerado no surgimento desta nova abordagem é a capacidade de gerar um modelo em pouco tempo e com superfície complexa com o intuito de diminuir a dependência do procedimento utilizado nos sistemas CAD. A diferença entre escaneamento tridimensional e digitalização 3D, é que na digitalização 3D descreve o processo pelo qual um detector atravessa um objeto, superfície ou parte do corpo e usa radiação eletromagnética. Por outra parte no escaneamento 3D normalmente possuem sensores de imagem que capturam a luz refletida em um objeto como dados de pixel (FARAHANI et al., 2017). 2.2.3.1. Fotogrametria Segundo a Sociedade Americana de Fotogrametria e Sensoriamento Remoto, a fotogrametria é definida como “A arte, ciência e tecnologia de obter informações confiáveis sobre objetos físicos e o médio ambiente através do processo de registro, medição e interpretação de imagens fotográficas e padrões de imagens radiantes eletromagnéticas e outros fenômenos” (SLAMA; THEURER; HENDRIKSON, 1980). Em outras palavras consiste na extração de medições tridimensionais a partir de dados bidimensionais (Imagens). A fotogrametria utiliza métodos de outras áreas como à geometria projetiva ou a óptica. A captura digital de imagens e o processamento fotogramétrico incluem vários estágios bem definidos, que permitem a geração de modelos digitais 2D ou 3D do objeto como um produto final (SUŽIEDELYTĖ; BAGŽIŪNAITĖ; MALYS, 2015). 2.2.3.2. Varredura Laser A varredura laser é uma abordagem utilizada no campo da digitalização de objetos 3D. Este tipo de escâner trabalha com um telêmetro a laser usando o princípio de triangulação, projetando um único ponto, linha ou várias linhas sobre o objeto. Ao fazer uma medição de distância o scanner captura rapidamente a forma da superfície do objeto. A construção do modelo 3D completo envolve a combinação de vários modelos de superfície a partir de diferentes ângulos de visão (GERALD 2004). 26 2.2.3.3. Onda milimétrica Este tipo de scanner 3D trabalha com a projeção de padrões de luz, e são baseados em câmeras 2D convencionais. Este tipo de scanner apresenta vários pares de câmeras, com as quais as imagens são captadas e enviadas para um computador onde são calculadas as disparidades binoculares entre pontos correspondentes em cada par de imagens (TRELEAVEN; WELLS 2007). Geralmente o uso de escaneamento 3D para desenvolvimento de geometrias utilizando impressoras 3D está cada vez mais sendo utilizado na área de pesquisa voltada à área médica. É necessário um modelo geométrico obtido mediante escaneamento de maneira que possam ser manipuladas mediante operações existentes dentro da modelagem algébrica computadorizada do software CAD para posteriormente obter o modelo final impresso que permita resolver o problema de estudo, Na Figura 5 são apresentados os diferentes tipos de Scanners corporais. Figura 5: Scanners corporais (a) o scanner de fotogrametria TC2, (b) o scanner a laser Hamamatsu e (c) o scanner de ondas de rádio intellifit. Fonte: Treleaven; Wells; (2007). O modelo 3D pode ser processado em diferentes formatos, sendo o mais utilizado o formato estereolitografia (STL). Esse formato caracteriza-se por ser uma forma simples e robusta de representar modelos tridimensionais por meio de uma malha triangular que recobre todas as superfícies de um objeto Ao mesmo tempo em que está disponível para processar imagens 3D em programas CAD e é geralmente um objeto sem descontinuidade ou singularidades. (TRELEAVEN; WELLS; 2007). 27 2.3. Processamento de imagem 3D em software de modelagem para AM Uma vez definido o tipo de modelagem geométrico que se pretende utilizar para o desenvolvimento da órtese, é necessário escolher o software que melhor se adapta às necessidades do especialista para o processamento de dados 3D de entrada. Existem diferentes aspectos que devem ser considerados à hora de escolher o software. Como acessibilidade da interface, capacidade de processamento, custo. Porém, a maioria dos softwares de processamento de imagem oferece as mesmas operações o que permite certa homogeneidade à hora de comparar o software. Estas operações começam pela reparação de superfície, importação do modelo, translação, rotação, operações booleanas, duplicado, reescala, entre outras. A continuação será apresentada em detalhe cada uma destas operações. 2.3.1. Melhoramento do modelo mediante reparação de superfície A aproximação da geometria real do paciente ao modelo depende muito da qualidade do instrumento que está sendo utilizado. Quando a obtenção da imagem se produz mediante câmeras de baixa resolução é comum que o modelo a ser trabalhado experimente regiões onde se perde a superfície, ou onde existam irregularidades geométricas, pelo que é recomendado consertar essas regiões com diferentes estratégias a serem explicadas a continuação. Inicialmente é necessário analisar o modelo geométrico de maneira que possam ser avaliados os tipos de correções que podem ser aplicados. A maioria dos softwares de modelagem 3D conta com uma ferramenta que trabalha como um assistente de correção. No software MAGICS, 2016 se denomina Fix Wizard. Esta ferramenta permite avaliar o modelo de estudo nos diferentes aspectos. Normal fixing: o normal fixing consiste em identificar aqueles triângulos do modelo geométrico que não estão definidos corretamente. O normal fixing inverte esses triângulos de maneira que possa fechar o modelo sem erros. Stitching: é identificado e aplicado quando existem alguns pontos do triângulo que precisam ser reposicionados. O stitching trabalha como uma espécie de costura nos pontos do triângulo que precisam ser unidos para corrigir a superfície do modelo. 28 Noise Shells: a função é identificar e aplicar recuperações dos triângulos quando as camadas externas de algumas regiões do modelo são menores e menos densas que o resto, formando uma espécie de casca de ruído. O assistente definido como Noise Shell, faz a avaliação e repara nessas regiões invertendo os triângulos invertidos da superfície. Holes: Em alguns modelos é freqüente observar triângulos que são perdidos. Esses triângulos podem ser visualizados como “buracos” únicos ou compostos. Esse tipo de “buraco” na verdade é um tipo especial de contorno ruim sem triângulos no interior. Esse tipo de erro pode aparecer como se apresenta na Figura 6. Para a recuperação do dimensionamento neste tipo de região, pode se aplicar a operação de Fix wizard, para identificar o erro, e o Holes predeterminado pelo software, que fornece a melhor opção no desenvolvimento, por outra parte é possível que o projetista possa construir a direção e o sentido da superfície que se quer desenvolver. Figura 6: Tipos de irregulares (A) Holes (B) de Multicontour Hole Fonte: MAGICS, 2016. Triangle: Para resolver as bordas que ainda restam, é necessária uma fixação mais criativa. Alguns possíveis erros que se pode ainda encontrar são superfícies desagregadas. Nesse caso, uma superfície está aderida fora do design e precisa ser cortada e removida. Este tipo de irregularidade é apresentado na Figura 7. Overlaps: A Overlaps é aplicada quando existem sobreposições geométricas que devem ser removidas para algumas aplicações como fresamento ou FEA. 29 Shells: Podem acontecer que o seu modelo se compõe de múltiplas cascas. Se utiliza o shell para manipular as cascas. Como realmente não é um erro, não tem maneira automática de resolver este problema. Figura 7: Correção de falha da superfície mediante Triangle Fonte: MAGICS, 2016 2.3.2. Importação do modelo Uma vez obtido o modelo 3D mediante as técnicas de aquisição de modelos 3D, se faz necessário trabalhar com uma extensão de arquivo que seja compatível com o software de trabalho. Geralmente quando se refere a sistemas CAD 3D, os softwares especificados no Anexo 1, possuem extensões próprias dos softwares, e ao mesmo tempo oferecem a oportunidade de gravar os arquivos com extensões de outros softwares utilizados regularmente na modelagem 3D. Uma das desvantagens de mudar de extensões consiste no processo de conversão do arquivo, que geralmente termina por apagar informações geométricas ou internas do modelo. Assim como gerar irregularidades na superfície do mesmo. Dependerá da nova extensão utilizada para ver que parâmetros serão considerados em diante. 2.3.3. Translação O translado interativo consiste no deslocamento de um ou vários modelos geométricos, dentro de um sistema de referência ou por deslocamento definido pela visão do projetista. Este sistema de referência é definido pelo usuário ou por defeito 30 gerado pelo software. A vantagem de deslocar o modelo de maneira parametrizada é a capacidade de poder obter resultados com precisão, o que gera diminuição no tempo de trabalho (Figura 8). Figura 8: Esquematização do translado de modelo Fonte: Autor 2.3.4. Duplicado geométrico O duplicado geométrico parametrizado consiste na reprodução de um modelo “n” vezes como seja necessário com o intuito de realizar modificações de maneira individual ou em conjunto para obter um determinado modelo final produto de diferentes operações previamente executadas (Figura 10). Figura 9: Esquematização de Duplicado geométrico Fonte: Autor 2.3.5. Rotação A rotação interativa consiste em rotar de maneira paramétrica ou visual um modelo ou um conjunto de modelos sobre qualquer eixo de rotação do mesmo. O 31 giro do modelo pode ser em qualquer sentido e aplicado segundo o sistema de referência do software, ou do sistema de referência definido pelo usuário (Figura 9). Figura 10: Esquematização de rotação de modelos Fonte: Autor 2.3.6. Reescala O redimensionamento consiste na ampliação ou redução da geometria, de maneira manual, uniformemente distribuída ou parcialmente distribuída. De maneira padronizada o redimensionamento é feito entorno do centro de cada parte individualmente como apresentado na Figura 11. Porém é possível que o usuário defina esse centro de maneira manual conforme a necessidade do modelo precise. Figura 11: Esquematização de Reescala de modelos Fonte: Autor 2.3.7. Operações booleanas Uma das operações mais destacadas dentro da modelagem geométrica é definida como operação booleana, do ponto de vista teórico segue a lógica de 32 álgebra de conjuntos, e elas podem ser classificadas em três tipos. União, subtração e interseção. A primeira definida como união, consiste em fundir sólidos ou regiões em um objeto só. Uma das necessidades que esta operação requer, é que os modelos que estão em processamento estejam envolvidos. Graficamente quer dizer, se tocando. Uma das considerações que devem ser tomadas na hora de aplicar este procedimento é o fato de serem operações irreversíveis, por tanto verificar o posicionamento das peças é vital para a sua aplicação de maneira efetiva (GINDIS, 2013). A segunda operação é definida como subtração, é utilizada com bastante freqüência e é indispensável na modelagem geométrica. Esta operação remove o volume de um corpo em intersecção com um corpo de base. Somente a camada inferior é sólida, o restante é subtraído dela. E por último a terceira operação se define como interseção. E consiste em combinar os elementos volumétricos de um modelo A que também estão no modelo B, gerando assim um modelo resultante estes tipos de operações booleanas são representadas na Figura 12. Figura 12: Descrição representativa de operações booleanas Fonte: GINDIS, 2013 2.3.8. Corte e punção Este comando permite cortar peças e fazer furos em arquivos STL. Ele pode ser feito mediante uma linha de corte definida pelo usuário. Essa linha pode ser feita por polilinha, círculo ou secção como apresentado na Figura 13 (MAGICS, 2016). 33 Figura 13: Representação dos diferentes tipos de corte e puncionamento dentro da modelagem geométrica Fonte: Autor 2.4. Métodos de processos de fabricação em aplicações medicas Um objetivo importante para aplicação de processos de tecnologia medica consiste em manter, ajudar ou restaurar a mobilidade do usuário. Em muitas áreas médicos e pacientes dependem de projetos personalizados ou pequenas quantidades para produção de dispositivos médicos. Outros dos fatores importantes alem da tecnologia utilizada consiste no material e na mão de obra dos dispositivos, pelo que produtos também devem estar disponíveis rapidamente e de preferência a um preço econômico. Geralmente esses equipamentos tem aspectos que são importantes destacar como a individualização, o desenvolvimento de geometrias complexas, a integração funcional, a redução de custos e a disponibilidade rápida. Pelo que a manufatura aditiva tem tomado um papel importante para o desenvolvimento de produtos com este fim. Antes da chegada dos processos de manufatura aditiva, o desenvolvimento de orteses envolvia a criação de um molde da superfície de trabalho e a partir deste molde era criado um molde de gesso positivo que era então usado para moldar um termoplástico diretamente. Com a chegada dos processos de manufatura aditiva, novas técnicas foram utilizadas para aplicações medicas. Atualmente existem no mercado uma ampla quantidade de tecnologias disponíveis de manufatura aditiva, o que toma muito mais difícil o estabelecimento de uma classificação que atenda bem a todas as tecnologias (KULKARNI; MARSAN; DUTTA, 2000). A escolha do processo de AM mais adequado para o propósito do projeto vai depender de fatores como: facilidade na fabricação de peças e dispositivos geométricos complexos personalizados, maior precisão e consistência 34 nas peças finais com a vantagem adicional de capacidade de repetição para peças e produtos personalizado (SALEH, 2013). Na Tabela 3 foram apresentadas as diferentes tecnologias de manufatura aditiva (FOGGIATTO, 2005). Tabela 3: Classificação das principais tecnologias de AM Sigla Processo de Prototipagem rápida Instituição/Empresa S in te riz a çã o FPM Moldagem de formas livres por pó RPI Inc. CAM-LEM Fabricação assistida por computador de materiais laminados Univ. Case Western e CAM-LEN Inc. EOSINT Sinterização por laser EOS Alemanha SLS Sinterização seletiva a laser 3D Systems Inc. SOLIDCEN TER Laminação de papel Kira Corp. (Japão) C o la g e m LOM Moldagem de objetos laminados Helysys 3DP Impressão tridimensional MIT, Z-corp, 3D systems JP5 Sistemas JP5 3D Systems Inc. A d e sã o Q u ím ic a D e p o si çã o FDM Moldagem por fusão e deposição Stratasys Inc. SSM Sanders Model Maker Sanders Prototype BPM Moldagem por partícula balística BPM Inc. SDM Manufatura por deposição de formas Stanford CC Escultura de contorno USC DMD Deposição direita de metal Michigan TSF Fabricação topográfica de cascas Formas Inc. F o to cu ra SGC Cura sólida por máscara Cubital Inc. (Israel) STEREOS Fotolitografia EOS (Alemanha) STL Estereolitografia 3D systems Inc. Fonte: FOGGIATTO, 2005 2.4.1. Seleção de técnica de AM para fabricação de órtese Uma das considerações mais importantes para o uso da AM como técnica dentro do desenvolvimento de órtese é saber o modelo com o qual se está trabalhando. Este deve cumprir com quatro considerações que, segundo (SALEH, 2013), são importantes para uma escolha certa. O primeiro consiste na fabricação de recursos com geometria complexa, por outro lado é importante que o modelo que se deseja imprimir se encaixe na estrutura anatômica individual do paciente. Outra 35 das considerações consiste em estabelecer o processo de fabricação de maneira que possa se minimizar as complicações na produção. E por último o aumento da automação no processo de projeto e fabricação. De maneira que com esses quatro fatores se possa obter uma peça em menor tempo, ao menor custo para que o mesmo ofereça uma margem de ganho maior. 2.4.2. Tecnologia de AM por FDM A tecnologia de FDM é uma das mais importantes e pioneiras na área de AM. Foi desenvolvida em 1988, e o primeiro equipamento foi comercializado no início de 1992, pela empresa Stratasys Ltd. Estados Unidos (VOLPATO, 2017) (CHUA; LEONG; LIM, 2010). Suas siglas provem do inglês Fused Deposition Modeling, isto se deve a que o principio se baseia na deposição de material como é apresentado na Figura 14. Figura 14: Esquema do processo de FDM Fonte: FOGGIATTO, 2005 A construção de peças mediante FDM inicia mediante aquecimento e extrusão de filamentos. O processo de FDM utiliza um sistema de construção que combina a ação de uma plataforma que se desloca na direção z (vertical) com o movimento de um cabeçote extrusor nas direções x e y (plano horizontal) (FOGGIATTO, 2005). Ao mesmo tempo, mediante o aquecimento e a extrusão é expelido o material, e o suporte de material por dois bicos diferentes. A maioria das 36 máquinas FDM utiliza materiais na forma de filamento de seção circular que são fornecidos em bobinas (STRATASSYS, 2004). Na Figura 16 se descreve o princípio de AM mediante deposição de material. 2.4.3. Seleção de material O material utilizado para o desenvolvimento de órtese deve combinar características físicas e propriedades mecânicas incluindo elasticidade, densidade, durabilidade, flexibilidade, compressibilidade, resistência e rigidez, facilidade de fabricação e disponibilidade (SALEH, 2015). Da tabela 3 é possível ter uma visão das técnicas utilizadas para aplicação de manufatura aditiva. Estas técnicas são apropriadas dependendo da aplicação a ser empregada e conseqüentemente gera vantagens e desvantagens segundo cada aplicação. Nos processos onde é empregada a extrusão de material é possível ter uma resolução que varia de 100 a 150 μm no processo de FDM, e de 100 μm a 1 cm no processo de 3D dispensing. Os materiais utilizados no FDM se encontram o ABS, PLA, PC, HIPS. Oferecendo materiais e maquinas de baixo custo. Porem uma das desvantagens é a alta temperatura utilizada no processo e a rugosidade da superfície. Os materiais utilizados nas técnicas de AM mediante foto polimerização se encontram os acrilatos e o epóxi com uma resolução que varia de 25 a 100 μm. Nesta técnica a vantagem principal se centra na excelente qualidade e precisão da superfície, as melhores propriedades mecânicas e menor anisotropia, em contra partida sua baixa velocidade de construção e sua limitação de materiais fazem deste processo um pouco mais limitado. Em técnicas de Binder Jetting a resolução varia de 25 μm a 100 μm, estas técnicas possibilitam o uso de materiais como acrilatos, PLA, cerâmicos, gomas, tintas condutivas e dielétricas. As vantagens oferecidas por este tipo de técnicas são a sua capacidade de oferecer diferentes materiais, sua alta resolução e seu baixo tempo de processo. Por outra parte é necessário o uso de tinta de baixa viscosidade, estes processos oferecem uma rugosidade maior na superfície do modelo e uma limitação nas tensões do material. 37 Por ultimo no processo de laminação de paginas. A resolução obtida nesta técnica varia de 200 a 300 μm. Os materiais a serem utilizados variam dentre PVC e papel. E as vantagens oferecidas são: equipamento de impressão compacto, e as desvantagens são a baixa resolução, alta anisotropia e a limitação de materiais. Geralmente os materiais macios tendem a quebrar rapidamente durante a quantidade de atividades na fase de serviço, o que reduz significativamente a vida útil e o suporte das órteses (GOODMAN; 2004) (CASELLI, 2004). Para selecionar o material ideal para o desenvolvimento de órteses, este deve contar com certas características como dureza e rigidez suficiente para contrapor o posicionamento do osso que se deseja reabilitar, deve ser fácil de fabricar, assim como ter facilidade para o seu uso, disponibilidade de material e resistência ao impacto, uma vez que a órtese deve suportar o manuseio brusco. As propriedades mecânicas de materiais tradicionais e materiais semi-rígidos utilizados na fabricação de órteses segundo (MCPOIL, SCHUIT, KNECHT, 1989). se sugerem que seja com uma espessura da casca que comumente varia de 2 mm a 4 mm. A Tabela 4 mostra as especificações técnicas e o custo do material em diferentes técnicas de fabricação usadas para fabricação de modelo de órtese. Tabela 4: Especificações técnicas de diferentes sistemas de AM Nome de impressora Volume de construção mm Resolução Aprox. mm BV cm3 Custo de Material $/Kg Spro 60 SD SLS 381 x 330 x 457 ± 0,08 57.458.61 76,8 Ipro 8000 SLA 650 x 350 x 300 ± 0,05 68.250.00 342 PolyjetConnex 500 500 x 400 x 200 0,1 – 0,3 40.000.00 270 3DP V-Flash 178 x 229 x 203 ± 0,22 8.259.08 546 Dimension uprint 203 x 152 x 152 ± 0,245 4.719.47 396 Dimension SST 768 203 x 203 x 305 ± 0,245 19.677.38 396 Fonte: SALEH, 2015 38 CAPITULO III MATERIAIS E METODOS O desenvolvimento da metodologia de projeto foi dividido em duas fases conforme a metodologia descrita por (ASSAD, FORTULAN; MEDOLA. 2015) e representada na Figura 15, à primeira, definida como fase conceitual foi desenvolvida por (ASSAD, 2018). E compreende o levantamento de patentes e artigos científicos envolvendo luxação e subluxação de ombro assim como dispositivos de tecnologia assistiva. Nesse estudo, uma análise de dados exploratórios foi desenvolvida com pacientes do hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, e posteriormente se aplicou a metodologia TRIZ. Obtendo dessa maneira um esboço inicial do protótipo desejado. Figura 15: Visão geral do processo de desenvolvimento de produto Fonte: Assad; Fortulan; Medola (2015). A fase dois do projeto inicia com a Revisão Bibliográfica das áreas abordadas pelo projeto (Biomecânica, Modelagem geométrica, sistemas CAD e métodos de processamento de fabricação por manufatura aditiva) todos estes temas foram importantes, pois permitiram abordar em detalhe os conceitos básicos utilizados durante a metodologia de projeto aplicada neste caso de estudio. Por outro lado, os dados de saída obtidos na fase conceitual, são considerados dados de entrada na fase de desenvolvimento de produto. Na Figura 16 é apresentado o esboço da ortese. Neste esboço é possível observar a disposição do neoprene em regiões que não incomoda o peito em pacientes de gênero feminino. Por outra parte a concentração de tensão que exerce o úmero quando é reposicionado no lugar de encaixe é levado para o ombro não lesado o que gera uma melhor eficácia no reposicionamento diminuindo a dor. Por outra parte o paciente considerado para o desenvolvimento de projeto foi identificado como G.M, de 24 anos, apresentando lesão de plexo braquial esquerdo devido a 39 acidente automobilístico o desenvolvimento deste projeto cumpre com o comitê de Ética apresentado no Anexo 2. Uma vez apresentado os dados de entrada, foi estruturado o desenvolvimento da metodologia em três etapas: A primeira compreende o Pré-processamento, nesta etapa se recebeu o modelo do paciente escaneado em formato STL, e foi feita uma avaliação geral enquanto as medidas principais de maneira que corresponda com as medidas do paciente, isto devido a que em alguns equipamentos de medição a resolução pode gerar alterações do modelo real ao modelo computacional. Posteriormente uma avaliação de superfície foi feita com a ajuda do software de modelagem CAD que permite melhorar a superfície do modelo que conseqüentemente influencia no acabamento e estética da ortese. Figura 16: Esboço do conceito da órtese em desenvolvimento. (A) vista frontal; (B) vista posterior. Fonte: ASSAD 2018 O processamento do modelo que consiste em: colocar os quesitos do usuário como prioridade e desenvolver diferentes estratégias para satisfazer cada uma das necessidades do paciente considerando sempre o ponto de vista técnico, e o esboço inicial desenvolvido. De esta etapa surgiram testes iniciais em tamanho reduzido e posteriormente três protótipos que foram especificados com mais detalhe na etapa de discussão de resultados. Finalmente o pós-processamento consiste na sua posterior fabricação e teste no paciente, assim como a montagem dos acessórios que conformam a órtese e o acabamento, e os reforços necessários. 40 3.1. Pré-processamento do modelo 3.1.1. Digitalização tridimensional Durante a digitalização tridimensional foi desenvolvido o escaneamento mediante um escâner de onda milimétrica composta por 40 câmeras de cinco megapixels, ao redor do corpo. O modelo foi salvo em formato STL poligonal (540.264 triângulos). Uma das considerações que foram tomadas foi o posicionamento do paciente. Foi indispensável que o paciente e o membro afetado estivessem posicionados de maneira correta à indicada pelo médico de acordo com o tipo de subluxação observada de maneira que o mesmo consiga ter uma evolução efetiva. Na Figura 17 é observado o paciente em formato STL, com as dimensões principais, e região crítica de estudo (região embaixo das faixas vermelhas). Figura 17: Dimensões principais do paciente em formato STL poligonal em mm Fonte: Autor O arquivo obtido após escaneamento do paciente se manteve em formato STL e importado no software de processamento de imagem Magics 18.03 (Materialise). As medidas observadas foram verificadas de maneira que se ajuste com o paciente de estudo devido a que em alguns casos a resolução do equipamento de digitalização assim como as configurações pode gerar discrepâncias enquanto ao modelo e o paciente em tamanho real. 3.1.2. Melhoramento do modelo mediante reparação de superfície. Uma vez o modelo aberto no software, é necessário verificar o seu estado, geometria e dimensionamento, para isto, utilizou-se a ferramenta de Fix wizard de maneira que permitisse recuperar a superfície de estudo. 41 Foram detectadas duas irregularidades no estudo de casca (Shell), 29 triângulos em Overlaps e 225 triângulos interceptados. Observando a geometria podemos encontrar visivelmente que as irregularidades estão geradas em regiões que não estão ao alcance da região de estudo como se apresenta na Figura 18 (regiões em vermelho). O alisamento da superfície do modelo não tem influência significativa nas órteses, e na sua fixação, pois a área de contato entre a órtese e o ombro será recoberta por um tecido de lona macio e respirável que permite o acoplamento da órtese ao ombro sem gerar desconforto no paciente. Figura 18: Vista inferior do modelo de estudo Fonte: Autor 3.2. Processamento do modelo CAD 3.2.1. Modelagem da órtese Para estudar a geometria da órtese, uma região de interesse é definida e destacada, denominada região A (região dentro das linhas vermelha Figura 19. Figura 19: Região de estudo A Fonte: Autor 42 Inicialmente a região A foi duplicada e foi considerado um fator de escala nos três eixos, de maneira que possa ter um intervalo de 20 mm entre a região A (corpo do paciente) e a nova região B (10 mm para esquerda e 10 mm para o lado direito) (Figura 20). A região B representa o espaço necessário para o encaixe de lona, esta região foi duplicada novamente e considerada um novo fator de escala em três eixos que permitiram ter uma folga de 12 mm. A região A foi apagada, pois esta só representa do ponto de vista visual, a geometria do paciente, e a região B e C foram deslocadas ao centro do sistema de referência. Uma vez realizado o deslocamento da região B e C foi aplicada a operação booleana de subtração da região C da região B. essa região é chamada de região D. Este procedimento pode ser observado em maior detalhe na Figura 20 onde três regiões podem ser observadas e identificadas. Figura 20: Vista inferior da superposição da região A (corpo do paciente) a região B (espaço contato lona-paciente) (C) Região representativa da órtese Fonte: Autor Posteriormente foi dimensionado um cilindro regular com diâmetro de 240 mm e altura de 230 mm. O eixo longitudinal do cilindro era coincidente com o eixo longitudinal do crânio do paciente definido pelo projetista e apresentado na Figura 21, considerando as indicações do fisioterapeuta. Uma nova operação booleana foi realizada subtraindo o cilindro da região D. Essa etapa permitiu a possibilidade de 43 encaixe entre o paciente e a órtese na região da cabeça, sem desconforto com as outras partes do corpo. Figura 21: Cilindro centralizado da órtese em mm. Fonte: Autor 3.2.2. Sistema de Fixação No sistema de fixação, oito paralelepípedos com dimensões de 23 mm x 5 mm x 10 mm foram projetados, posicionados em coordenadas estratégicas definidas pelo projetista considerando as indicações do fisioterapeuta. Uma vez posicionados os paralelepípedos foram aplicados operações booleana de subtração com todos os paralelepípedos sobre a região D da órtese de maneira que o cinto elástico possa passar e permita a função de imobilidade. O posicionamento do paralelepípedo foi considerando os princípios operacionais para desenvolvimento de órteses de subluxação de ombro. 3.2.3. Sistema de ventilação Para projetar o sistema de ventilação foram projetados 32 cilindros com 20 mm de diâmetro e 10 mm de altura. O sistema foi posicionado na parte de trás da órtese (região mais rígida) e resultou em 32 orifícios com 20 mm de diâmetro. Isso permitiu a ventilação do fluxo de ar no paciente, mantendo a região seca e a operação booleana foi aplicada a todos os orifícios, bem como um chanfro foi usado para diminuir as bordas afiadas. Finalmente a órtese é apresentada na Figura 21, indicando os furos de ventilação e os furos de fixação. 44 Figura 22: Órtese modelada Fonte: Autor 3.3. Pós-processamento 3.3.1. Manufatura aditiva A impressora 3D utilizada foi uma impressora Stratasys Dimension Elite com bandeja de impressão de 200 mm x 200 mm x 300 mm. O material utilizado foi o ABS P430 model cartridge Ivory com suporte (P400-SR) solúvel. Uma das vantagens de escolher este material são suas propriedades mecânicas. Avaliando com o ABS convencional é possível prever um melhor comportamento em parâmetros como o modulo de elasticidade, resistência, entre outros. As propriedades do ABS 430 model são apresentadas na Tabela 5. Tabela 5 Propriedades mecânicas do ABS P400 Propriedades mecânicas Sistema métrico Resistência à Tração, Final (Tipo 1, 0,125 ”, 0,2” / min) 33 MPa Resistência à tração. (Tensão) 31 MPa Módulo de tração (tipo 1, 0,125 ", 0,2" / min) 2,200 MPa Alongamento de tração à ruptura (tipo 1, 0,125 ”, 0,2” / min) 6% Alongamento à tração no rendimento (tipo 1, 0,125 ”, 0,2” / min) 2% Impacto IZOD, entalhado (método A, 23 ° C) 106 J/m 45 A órtese na extensão de STL apresentou um volume total de 279,75 cm3. Considerando que a área de impressão da órtese era maior que a bandeja de impressão, ela foi dividida em duas partes, como mostra a Figura 24. A divisão das partes impressas é delimitada pela linha de corte mostrada na Figura 24 (vermelho). Para dar mais liberdade no movimento do braço, a parte esquerda foi cortada em duas partes e articulada, criando um único conjunto (órtese). 3.3.2. Acabamentos e Infiltração Uma vez impresso o protótipo, este foi submetido a um processo de infiltração com resina epóxi, como sugere (KRETSCHEK, 2009) (LOVO et al. 2019). Este procedimento permite obter um melhor acabamento assim como melhoram as propriedades mecânicas e de design. Uma vez aplicada à infiltração, foi utilizada uma lixa de #100 mesh nas regiões indicadas pelo especialista médico para um melhor encaixe e um melhor conforto na hora de usar assim como na remoção dos cantos vivos. 3.3.3. Instalação de acessórios Por último, foi realizada a instalação de acessórios que permitem a união da órtese assim como a incorporação dos elementos que estarão em contato com a superfície do paciente. Estes acessórios estão compostos por duas dobradiças. Assim como as tiras de neoprene segundo as indicações do esboço e mudanças feitas na medida em que novas versões foram se desenvolvendo. 3.3.4. Testes Uma vez concluída a montagem dos elementos que formam parte da órtese, através do projeto da Danielle Barata Assad foi comunicado ao paciente a comparecer às imediações do Hospitaldas Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - com o intuito de desenvolver diferentes testes, tanto do ponto de vista estático como dinâmico. Durante esta atividade foram consideradas diversas atividades de rotina diária como: escrever, levantamento do braço para alcançar objetos, de maneira que varie o ângulo de elevação do braço. Finalmente o paciente preenchia um formulário que permite saber mais sobre o conforto que ele sentiu durante o teste. 46 3.3.5. Feedback e formulários Finalmente um formulário foi aplicado ao paciente para avaliar diferentes aspectos importantes para a evolução do projeto. Estes aspectos são mencionados a continuação e apresentados no Anexo 3:  Dor  Posicionamento  Segurança  Conforto do Tecido  Conforto térmico  Higiene da ortese  Higiene (odor)  Facilidade para vestir  Realização de AVD’S  Andar  Durabilidade da ortese  Resistência do tecido  Design 47 CAPITULO IV RESULTADOS E DISCUSSÔES A etapa de resultados foi estruturada em cinco partes, a primeira definida como testes preliminares compreendeu a impressão do modelo em escala reduzida, com o intuito de diminuir custo e tempo de impressão, permitindo observar se o modelo preliminar a escala cumpre com as características principais como encaixe. Na segunda parte é apresentado o protótipo I, descrevendo a metodologia aplicada as características técnicas a visualização geométrica impressa e testada no paciente. Finalmente o questionário preenchido pelo paciente é apresentado. A terceira e quarta parte referem-se ao protótipo II e protótipo III continuando com a mesma seqüência de descrição. Finalmente na parte cinco é apresentada a discussão dos resultados em função aos quesitos do questionário que o usuário preencheu. 4.1. Testes preliminares Nesta etapa foi impresso um modelo em escala reduzida de 1:13 do usuário com o intuito de diminuir custo e tempo de impressão, permitindo observar se o modelo preliminar a escala cumpre com as características principais como encaixe. Na Figura 23 é apresentado dito modelo. Figura 23: Testes preliminares. Fonte: ASSAD 2018 Posteriormente foram desenvolvidos os três protótipos apresentados a continuação: 48 4.2. Protótipo I O primeiro protótipo é apresentado na Figura 24. Este protótipo não apresenta furos de ventilação e possui uma espessura de 8 mm. Por outra parte não se utilizou o procedimento de recobrimento com resina epóxi, pois a espessura de 8 mm foi considerada suficiente para resistir às tensões do ombro. Assim mesmo foram adequados sete furos de fixação. No sistema de união do lado direito e o lado esquerdo foi utilizado um parafuso de 5 mm. Uma vez impresso o primeiro protótipo, foram apresentadas na Tabela 6 as especificações técnicas. Tabela 6: Características técnicas do protótipo I Parâmetros Volume Modelo [cm3] Modelo Suporte [m3] Tempo [Hrs] Direita 178,62 90,29 19:34:00 Esquerda 213,27 84,8 20:07:00 Total 391,89 175,09 39:41:00 Fonte: Autor Figura 24: Vista preliminar do protótipo I modelado. Fonte: Autor Uma vez verificado o dimensionamento do modelo se procedeu a imprimir a órtese, esta impressão foi feita com um posicionamento horizontal devido a que as dimensões de cada uma das peças estavam dentro das dimensões máximas permitidas pela impressora como se apresenta na Figura 25, uma vez impressa, foram inseridas as tiras assim como o colete de neoprene. 49 Figura 25: Protótipo I impresso. Fonte: Autor Seguidamente se fizeram as uniões das duas partes da órtese e foi testada no paciente como se observa na Figura 26. O uso deste protótipo gerou um aumento da irritação da pele do usuário devido ao contato excessivo com a região do pescoço. Feito isso, uma avaliação por parte do usuário considerando os seguintes quesitos como: Dor, posicionamento, segurança, conforto do tecido, conforto térmico, higiene da órtese, higiene (odor), facilidade para vestir, realização de atividades de rotina diária, andar, durabilidade da órtese, resistência ao tecido e design. O intuito desta avaliação consiste em mensurar de maneira quantitativa em uma escala de 0 a 10 os efeitos de uso da ortese durante o desenvolvimento de atividades de rotina diária do paciente. Nesta avaliação o valor de 0 corresponde a baixo nível (rejeição) e o valor de 10 corresponde a alto nível (aceitação e satisfação) no primeiro item definido como dor, estas indicações mudam sendo considerado o valor de 0 como pouca dor, e o valor de 10 como muita dor. Na medida em que se apresentaram novos protótipos este questionário foi aplicado obtendo-se uma comparação quanto à melhoria da ortese no paciente. Na Figura 27 observa-se os resultados correspondentes à avaliação da primeira ortese desenvolvida. 50 Figura 26: Primeiro protótipo da órtese de ombro. (A) Vista anterior, (B) Vista posterior, (C) Vista Lateral – Tiras de tração seguindo as porções do músculo deltóide, Teste do uso da órtese usando roupa diária. Fonte: ASSAD 2018. Figura 27: Avaliação pelo usuário do uso do protótipo I Fonte: Autor 51 4.3. Protótipo II Nesta versão foram implementados os furos de ventilação assim como o uso de infiltração com resina epóxi no momento da fabricação. Uma das mudanças significativas que teve, além dos furos de ventilação foi à espessura do protótipo. Que diminuiu de 8 mm a 4 mm. Desta maneira se obteve uma órtese mais leve, porém menos rígida. As especificações técnicas do protótipo 2 são apresentadas na Tabela 7. Também se incorporou uma segunda extensão do colete de neoprene para o lado direito, devido a que nos testes de atividades de rotina uma das limitantes foi à desvinculação da órtese enquanto se submetia o ombro à elevação como se observa na Figura 29 C. Tabela 7: Características técnicas do protótipo II Parâmetros Volume Modelo [cm3] Modelo Suporte [cm3] Tempo Hrs Direita 213,27 84,8 20:07 Esquerda 85,94 128,71 20:17 Total 299,21 213,51 40:24 Fonte: Autor Depois de modelado o protótipo II, foi impressa, assim como adequada às tiras e a cobertura de neoprene conforme o esboço do projeto. Nesta versão o posicionamento da ortese foi à orientação superior respeito ao ponto de referência do técnico, devido a que as dimensões em vista frontal sobre-passava as dimensões da mesa como se observa na Figura 28. Posteriormente foi testada no paciente e avaliada tanto a nível estático como desenvolvendo atividades de rotina como se apresenta na Figura 29. Figura 28: Impressão do protótipo II Fonte: Autor 52 Figura 29: (A) Acoplamento da órtese; (B) melhora na espessura da órtese para melhor acoplamento (C) Vista posterior do usuário com órtese (D) Vista anterior do usuário com órtese. (D) Vista anterior do usuário com órtese (E) e (F) limitação de 90 graus. Fonte: ASSAD 2018 Por último uma avaliação foi aplicada ao usuário com os mesmos itens avaliados no protótipo I em uma escala de 0 ao 10 com o intuito de aperfeiçoar a mesma. Desta maneira foi obtida a seguinte avaliação apresentada na Figura 30. Figura 30: Avaliação pelo usuário do uso do protótipo II (comparação com protótipo I) Fonte: Adaptado ASSAD 2018. 4.4. Protótipo III O protótipo três foi o último dos protótipos desenvolvidos. Durante o desenvolvimento deste protótipo foram adicionadas duas linhas de corte, em vez de uma com o intuito de gerar mais liberdade ao braço direito que conseqüentemente 53 oferece a possibilidade de elevação sem a órtese se deslocar como acontecia no protótipo II. A continuação é apresentada na Tabela 8 as especificações técnicas do protótipo III. Tabela 8. Características técnicas do protótipo III Parâmetros Volume Modelo [cm3] Modelo Suporte [cm3] Tempo Hrs Direita 145,38 111,29 26:32 Esquerda 122,61 92,36 27:25 Total 267,99 203,65 53:57 Fonte: Autor Outras das mudanças feitas do protótipo dois ao protótipo três foi o sistema de união do lado direito e o lado esquerdo. No protótipo dois, se utilizou uma união no centro e uma única linha de corte. Esta linha de corte foi deslocada para direita com o intuito de diminuir tempo de impressão, e aproveitamento da rigidez que oferece o modelo do lado esquerdo. Uma vista preliminar deste modelo é apresentada na Figura 31 Figura 31: Vista preliminar do protótipo III modelado. Fonte: Autor A orientação estabelecida dentro da impressora foi frontal com giro de 90 graus em sentido horário respeito do ponto de vista do técnico de impressão como é apresentado na Figura 32. 54 Figura 32: Impressão do protótipo III Fonte: Autor Uma vez concluída a parte técnica, foi executado o teste no paciente. Em princípio o paciente executou as mesmas atividades que realizou com as primeiras versões como é mostrado na Figura 33. Figura 33: Teste com a terceira versão do protótipo da órtese de ombro Fonte: ASSAD 2018 Uma nova avaliação foi feita pelo usuário ao novo protótipo considerando os mesmos quesitos que os avaliados anteriormente com o intuito de quantificar a melhoria de cada item para o uso do paciente esta avaliação é apresentada na Figura 34. Uma das melhorias do protótipo II ao III foi a melhora enquanto à dupla linha de corte do lado direito que permitiu a elevação do ombro direito durante o desenvolvimento de atividades. 55 Figura 34: Avaliação pelo usuário do uso do protótipo III (Comparação com protótipo II) Fonte: Adaptado ASSAD 2018 4.5. Discussões Uma vez finalizado o detalhamento tecnico, foi desenvolvida uma analise comparativa das tres orteses anteriormente apresentadas na Figura 35. Estas avaliações foram analizadas acontinuação: Figura 35: Comparação da avaliação do usuario usando os tres prototipos Fonte: Adaptado ASSAD 2018 56 4.5.1. Dor Uma vez avaliada por parte do usuário no quesito de dor, foi observado que na primeira versão a dor foi avaliada no primeiro protótipo com nota 4. Posteriormente diminui a 2 no segundo protótipo, e aumenta a 3 no terceira protótipo. Um dos fatores que fez com que esse modelo diminuísse da primeira à segunda versão na avaliação de dor foi a espessura do protótipo assim como a escala considerada na região B da Figura 20. No início a espessura do primeiro protótipo foi de 8 mm, e no segundo protótipo diminuiu a 5 mm. Por outra parte o gap considerado na região B do protótipo I foi de 5 mm para cada lado. E no segundo protótipo foi de 10 mm para cada lado. Com essas mudanças o quesito referente à dor diminui 2 pontos. Porém devido a pouca rigidez obtida no protótipo II foi considerado o aumento da espessura de 5 mm a 6 mm gerando assim um aumento de um ponto respeito à segunda versão. Uma das considerações pelas quais se considerou este item como satisfatório, foi pelo fato de não gerar hepiremia no tecido do paciente, assim como encaixe com conforto e sem gerar dor no paciente. 4.5.2. Posicionamento Devido às alterações feitas e definidas no quesito de dor, assim como a disposição do neoprene conforme foi evoluindo o protótipo, permitiu que o posicionamento melhorasse da versão I à versão II. Outra das razões pelas quais o posicionamento foi o adequado foi devido ao reposicionamento do úmero na posição desejada por parte do especialista na hora de escanear o paciente, gerando dessa maneira uma melhor adaptação. 4.5.3. Segurança O item segurança teve uma avaliação inicial de oito pontos no primeiro protótipo, e posteriormente aumento no protótipo 2 e protótipo 3 a 9 pontos. Aspectos como a espessura da ortese, geram mais segurança neste aspecto. 57 4.5.4. Conforto do tecido O conforto do tecido foi um dos itens que não variou significativamente com o tempo. No primeiro e segundo protótipo obteve uma valoração de nove pontos, e posteriormente diminuiu a oito pontos na terceira ortese. Distintas são as razões pelas quais este item diminuiu. Porem um dos itens que tem mais valor pra esta mudança é o gap considerado para o contato entre a pele e a ortese. 4.5.5. Conforto térmico O conforto térmico é outro dos quesitos que no primeiro protótipo teve uma avaliação baixa de três pontos, e posteriormente no protótipo II e protótipo III aumentou a seis. Este aumento se deve à colocação dos furos de ventilação na órteses que permitiu uma diminuição da concentração de calor gerada pelo usuário. 4.5.6. Higiene da órtese A higiene da órtese teve uma avaliação de 6 no primeiro protótipo e 7 nos outros dois protótipos, a sua avaliação não variou muito em função do tempo devido a que o formato do modelo mudou conforme evoluíam os protótipos, porém do ponto de vista geométrico, o fundamento da superfície desenvolvida não mudou ao longo do tempo. 4.5.7. Higiene (odor) Enquanto ao parâmetro de Higiene por odor a pontuação obtida é progressiva, o primeiro protótipo foi avaliado com seis pontos e aumento a sete no protótipo II e protótipo III. Isto devido à incorporação de furos de ventilação à medida que se desenvolviam novos modelos. Desta maneira se conseguiu ter uma diminuição de suor e conseqüentemente permitiu reduzir a concentração de odor. 4.5.8. Facilidade para vestir A facilidade para vestir foi outro dos quesitos que melhorou consideravelmente desde o protótipo I até o protótipo III, devido a que no primeiro a espessura da órtese era o suficientemente grande como para sobressair quando o usuário vestia a roupa. Com a diminuição de espessura este quesito diminuiu até o 58 ponto que o usuário conseguiu utilizar a ortese vestindo camisa e sem gerar notoriedade por outras pessoas o que gera mais confiança na hora de uso. 4.5.9. Realização de AVD’S A realização de atividades da vida diária teve uma das avaliações mais significativas enquanto à evolução de protótipo em protótipo. O primeiro recebeu qualificação quatro, posteriormente o segundo protótipo aumentou sete, e finalmente o ultimo teve pontuação nove. Uma das razões pelas quais este parâmetro mudou significativamente nas três gerações, são: considerando no protótipo 1 a hiperemia gerada, tentou-se deixar um pouco mais livre o braço direito, com o intuito de dar maior liberdade no movimento, porem isto gerou a desvinculação pra as atividades de levantamento do braço, razão pela qual optou-se por aplicar duas linhas de cortes. 4.5.10. Andar No quesito de andar, o primeiro protótipo foi avaliado com nota sete, e no protótipo II e protótipo III foi avaliado com nota oito. Uma das desvantagens do primeiro protótipo era que ao ser tão rígido, ele não oferecia uma liberdade no movimento do braço direito. Pelo que posteriormente este item foi evoluindo até as novas versões onde mudou a geometria nesta região. 4.5.11. Durabilidade da órtese Em princípio, o primeiro protótipo recebeu a maior avaliação dos três protótipos com nove pontos. A sua espessura e o fato de não ter implementado furos de ventilação permitiu que este fosse mais rígido, pelo qual o usuário avaliou como um ponto positivo. Nos outros dois modelos a avaliação foi de sete pontos. Neste caso as duas atenderam as demandas do usuário, porém o protótipo II do ponto de vista técnico não atendia as necessidades do problema, devido a sua espessura. 4.5.12. Resistência do tecido A resistência ao tecido teve uma valoração de 8, e posteriormente no protótipo II e protótipo III foi diminuído a 7, esta diminuição se deve à mudança do posicionamento das tiras de neoprene que mudou desde a primeira versão. Assim 59 como a região o aumento da região B da Figura 20. Porém não teve uma variação significativa, e se mantém por dentro do princípio operacional. 4.5.13. Estética Do ponto de vista de desenho, a órteses desenvolvida atendeu com as expectativas do Usuário e o especialista. O estudo feito desde o início do projeto ajudou a dimensionar uma órtese que atenda com as especificações técnicas que o problema demandava. 60 CONCLUSÕES Uma vez desenvolvida e aplicada a metodologia de projeto, e a fabricação do protótipo de órtese estabilizadora de ombro. Observou-se a melhora do alinhamento do úmero na cavidade glenóide de maneira que é considerada como efetiva nos casos de reabilitação de ombro nos casos de subluxação inferior. Uma vez que a órtese foi concluída e testada no paciente, dados informativos foram gerados com parâmetros importantes da experiência do paciente e dos resultados de raios-X. Um dos pontos mais importantes responsáveis pelo sucesso do projeto foi à adaptação da órtese à superfície do corpo do paciente, de modo que pudesse evitar a luxação do ombro durante o desenvolvimento das atividades, do ponto de vista dinâmico. Por sua vez, também permitiu a correção do posicionamento da escápula e da fossa glenóide favorecendo a dinâmica de ombro- escápula com menor interferência na articulação. Do ponto de vista de engenharia observaram-se aspectos que são importantes destacar. A possibilidade de usar materiais com boas propriedades mecânicas e técnicas de manufatura aditiva apropriadas permitem obter um resultado único para este tipo de aplicação. Por outra parte a aplicação de técnicas para melhora das propriedades mecânicas como é o caso da infiltração de resina epóxi faz com que os resultados finais sejam excepcionais obtendo bons resultados. Por outra parte o uso de orifícios na região posterior da órtese permitiu uma melhor ponderação em termos de higiene, que é um parâmetro importante para o desenvolvimento de tarefas rotineiras diárias pelo paciente. No entanto, o conforto térmico do paciente foi o parâmetro com a menor avaliação durante a resposta do paciente. Uma solução possível para aumentar esse valor pode estar incorporando mais orifícios em regiões rígidas da superfície da órtese. TRABALHOS FUTUROS Um dos trabalhos futuros que podem ser implementados no projeto é a conversão da imagem 3D em uma nuvem de pontos que permita desenvolver analises de elementos finitos. Da maneira atual foram feitas algumas tentativas com a conversão em modelo CAD. Porem a magnitudes das forças aplicadas se perdia, pois os nós não estavam definidos parametricamente. 61 REFERENCIAS BILBIOGRAFICAS ASSAD, D. 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Retrieved 30 August 2019 65 ANEXOS ANEXO 1: MÓDULO DE IMPORTAÇÃO OPCIONAL 66 ANEXO 2: COMPROVANTE DE APROVAÇÃO DO COMITÊ DE ÉTICA 67 APENDICE 3 - QUESTIONÁRIO PARA AVALIAÇÃO DA ÓRTESE DESENVOLVIDA Data da entrevista: ___/____/___ Nome:________________________________________Registro:_______________________ Data de nascimento: _____________ Idade: ____________ Sexo: • Masculino • Feminino Estado Civil: __________________________Procedência: ____________________________ Escolaridade: ___________________Atividade profissional: ___________________________ Diagnóstico: ________________________________ Membro afetado: ( ) Direito ( ) Esquerdo Na última semana, o Sr. (a) utilizou a órtese para o ombro e qual a nota que o Sr. (a) daria nos seguintes pontos: Quesitos avaliados Notas Dor (nada)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (muita dor) Posicionamento (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Segurança (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Conforto do tecido (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Conforto térmico (calor) (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Higiene (provoca odor ) (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Higiene da órtese (facilidade para lavar) (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Facilidade para vestir (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Realização das atividades cotidianas (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Andar (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Durabilidade da órtese (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Resistência do tecido (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Design (tipo de modelo de órtese) (ruim) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (ótimo) Opinião geral