UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADU...
WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ
DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS
MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTU...
Divisão de Serviços Técnicos
Catalogação da Publicação na Fonte / Biblioteca Central Zila Mamede
Queiroz, William Fernande...
WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ
DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS
MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTU...
Dedico este trabalho. A Deus.
pelo sentido da vida
e aos meus pais, como também
aos meus filhos, Micaele, Michelle
Igor, I...
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus e à mãe Santana por ter me dado força e coragem
para perseverar e por ter me ...
“Assim como todo o reino dividido é desfeito, toda a inteligência dividida em diversos
estudos se confunde e enfraquece.” ...
RESUMO
A fabricação de próteses para amputados de membros inferiores (transfemural e
transtibial) exige a confecção de um ...
ABSTRACT
The manufacture of prostheses for lower limb amputees (transfemural and transtibial)
requires the preparation of ...
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Cartuchos de prótese -------------------------------------------------------------------------...
Figura 31 – Fabricando o cartucho de prótese em uma maquina de FDM -------------------------- 51
Figura 32 – Modelo sólido...
Figura 63 – Modelo CAD 3D do Protótipo Alfa -------------------------------------------------------- 107
Figura 64 – Model...
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses 55
Quadro 2 – (Co...
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Aspectos Essenciais na Confecção de Próteses de Membros Inferiores --------- 20
Tabela 2 – Est...
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
CASD - computer aided socket design
CASM - computer aided socket manufacturing
ASTM – Ameri...
LISTA DE SÍMBOLOS
Dv – Densidade Volumétrica
g – grama
GPa – GigaPascal
g/m2
– grama por metro quadrado
g/cm3
– grama por ...
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------- 18
1.1 CONCEITOS PRELIMINAR...
2.6 APLICAÇÃO DE MATERIAIS COMPOSTOS HÍBRIDOS EM PRÓTESES - 53
2.7 QUADRO ILUSTRATIVO DAS OPERAÇÕES BÁSICAS NO PROCESSO
DE...
4.4 OTIMIZAÇÃO DO PROJETO – VERSÃO BETA --------------------------------- 103
5 ANÁLISES DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES -----...
18
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONCEITOS PRELIMINARES E TERMINOLOGIA DA ÁREA
O processo de fabricação de próteses para amputados de m...
19
Figura 2 – Medições utilizando fita métrica.
Já com o paquímetro, Figura 3, (PEREIRA, 2007) ele mede o diâmetro de vári...
20
Este processo de produção de próteses apresenta diversos problemas. Ele é
extremamente dependente da habilidade do orto...
21
Naturalmente, esses materiais suportam os esforços de trabalho e, dessa forma, a
escolha de qual deles utilizar varia e...
22
eletrônica, garantindo, assim, uma melhor automatização do processo de medição e
modelagem CAD. Não menos importante é ...
23
1.2.1 Objetivos Específicos
a) Estudo e concepção de um equipamento auxiliar (scanner 3D) capaz de aplicar
diretamente ...
24
visando o atendimento de portadores de algum tipo de deficiência física são artesanais e
pouco eficientes.
Embora haja ...
25
Existem scanners 3D comerciais para objetos inanimados que poderiam realizar
trabalho similar. Entretanto, os altos cus...
26
crescimento da indústria local com conseqüente geração de emprego e renda. Finalmente, o
material pesquisado para a con...
27
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 BREVE HISTÓRICO DAS PRÓTESES.
Qualquer aparelho ou dispositivo destinado a substituir um ó...
28
Da época do renascimento já há exemplos de próteses sofisticadas, especialmente do
ponto de vista estético. A funcional...
29
• Prótese exo-esquelética (Figura 5): indicada para pacientes com amputação
transtibial, tipo PTB, PTS ou KBM, laminada...
30
• Prótese exoesquelética com coxal, em resina (Figura 7): para amputação transtibial,
soquete flexível, com suspensão o...
31
• Prótese exoesquelética, para desarticulação do joelho (Figura 9): laminada em
resina acrílica, com reforço em fibra d...
32
• Prótese canadense (Figura 11): indicadas em emelias, desarticulações do quadril e
hemipelvectomias. Hemicesto em poly...
33
• Prótese não convencional (Figura 13): fabricada sob medida. Tem indicação para as
graves e complexas malformações con...
34
• Prótese para amputação do antebraço com acionamento mioelétrico (Figura 15): a
mão é acionada pelos potenciais gerado...
35
• Braço com cotovelo mecânico (Figura 17): confeccionada em polylite com suspensão
por cabos, correias e tiras de velcr...
36
• Prótese para desarticulação do ombro / prótese para desarticulação do cotovelo
(Figura 19): São movidas à propulsão m...
37
• Prótese para pés (Figura 21): Esse tipo de prótese é usado para amputação bilateral
dos pés, fabricado com materiais ...
38
segundo normas técnicas e padrões apropriados; a garantia de atendimento domiciliar de
saúde ao deficiente grave não in...
39
2.3.2 Causas e Conseqüências das Amputações
A definição de amputação, mais freqüentemente aceita por profissionais, é a...
40
Tabela 3 – Amputações e suas Complicações.
GRUPOS CAUSAS FREQÜÊNCIA INDICAÇÕES
1
Doença
vascular
periférica
Pessoas
ido...
41
2.3.4 Complicações com o Coto
Segundo Friedmann (1994), as principais causas de complicações no coto são: edema,
sutura...
42
e) Symes – desarticulação da tíbio-társica, podendo envolver a remoção dos maléolos e das
partes distais do peróneo e d...
43
2.3.6 Como se Obtém uma Prótese Através do SUS.
O procedimento para a obtenção de uma prótese pelo Sistema Único de Saú...
44
população detentora de um alto poder aquisitivo. A seguir apresentam-se algumas
metodologias empregadas na confecção de...
45
2.4.1.2 Medições
Com o auxílio de uma fita métrica (Figura 24), as medidas são tomadas e anotadas
cuidadosamente numa f...
46
2.4.1.3 Retificando o Molde Positivo
O Protesista faz um modelo positivo, em gesso, do membro residual a partir do mold...
47
• Fibra de carbono;
• Fibra de vidro;
• Kevlar;
• Fibra sintética (malha);
• Resina acrílica e epóxi;
Depois do process...
48
de conforto e qualidade parte-se para o estagio final que é uma cobertura cosmética da
prótese.
Figura 27 – Ajustando a...
49
relação à perda funcional. Nesse sentido, o protesista é responsável para formular o modelo e
selecionar os materiais e...
50
pelo método convencional o qual conduz a uma serie de problemas de ajustes e causa
desconforto para o paciente.
Figura ...
51
Figura 31 – Fabricando o cartucho de prótese em uma maquina de FDM.
A Figura 32 mostra o modelo sólido em casca do cart...
52
Laminado FDM % do ciclo da marcha
Figura 33 - Análise comparativa entre o cartucho feito pelo método tradicional e por ...
53
desenvolvimento de cartuchos de próteses com contato total para amputados acima do joelho
oferece diversas vantagens e ...
54
facilidade de conformação, além de que parte de sua configuração é composta por fibras
naturais. Todas essas propriedad...
55
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MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODEFAB...
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62
2.8 EVOLUÇÕES DOS MATERIAIS
A inteligência e necessidade humanas possibilitaram a transformação de matérias
primas natu...
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prótese e/ou órtese é o de dar ao deficiente uma maior capacidade de superação de suas
barreiras, levando-o a alcançar ...
64
Há um grande interesse na busca por fibras naturais que possam substituir
adequadamente as fibras sintéticas como, por ...
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  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA TESE DE DOUTORADO “DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES DE MEMBROS INFERIORES” WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ Orientadores: Profa. Dra. Eve Maria Freire de Aquino Prof. Dr. Ângelo Roncalli Oliveira Guerra Tese no /PPGEM Natal RN - Agosto/2008
  2. 2. WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES DE MEMBROS INFERIORES Tese apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica na Área de Concentração de Tecnologia dos Materiais. Orientadores: Profa. Dra. Eve Maria Freire de Aquino Prof. Dr. Ângelo Roncalli Oliveira Guerra Natal/RN 2008
  3. 3. Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da Publicação na Fonte / Biblioteca Central Zila Mamede Queiroz, William Fernandes de. Desenvolvimento de métodos construtivos e de novos materiais empregados na confecção de cartuchos de próteses de membros inferiores / William Fernandes de Queiroz. – Natal, RN, 2008. 148 p. : il. Orientadores: Eve Maria Freire de Aquino, Ângelo Roncalli Oliveira Guerra. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. 1. Prótese – Teses. 2. Leitor mecânico – Teses. 3. Materiais compósitos – Teses. I. Aquino, Eve Maria Freire de. II. Guerra, Ângelo Roncalli Oliveira. III. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. IV. Título. RN/UF/BCZM CDU 621
  4. 4. WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES DE MEMBROS INFERIORES Tese apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica na Área de Concentração de Tecnologia dos Materiais. Aprovado em ____________________________ BANCA EXAMINADORA ___________________________________________________________________________ Dra. Sônia Maria Malmonge, UFABC Examinadora Externa Dr. Nagib Francisco da Silva, PETROBRÁS Examinador Externo Dr. Raimundo Carlos Silvério Freire Júnior, UFRN Examinador Interno Dr. Carlos Magno de Lima, UFRN Examinador Interno Dra. Eve Maria Freire de Aquino, UFRN Orientadora Dr. Ângelo Roncalli Oliveira Guerra, UFRN Co-orientador
  5. 5. Dedico este trabalho. A Deus. pelo sentido da vida e aos meus pais, como também aos meus filhos, Micaele, Michelle Igor, Isaac e Isaias- em especial à minha esposa M. de Fátima.
  6. 6. AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus e à mãe Santana por ter me dado força e coragem para perseverar e por ter me mostrado caminhos e saídas em todos os momentos difíceis. Aos meus orientadores Profa. Dra. Eve Maria Freire de Aquino e Prof. Dr. Ângelo Roncalli Oliveira Guerra pela confiança, pela amizade, pela oportunidade de poder, juntos, adentrar no domínio da engenhosidade criativa no intuito de viabilizar algo que contribua para a melhoria da qualidade de vida de pessoas com algum tipo de dificuldade motora. Aos meus pais, Escolástico Ferreira de Queiroz e Francisca Luzia da Silva pela disciplina rígida e pelo sonho esperançoso de que a educação dignifica e liberta o homem. À minha esposa Maria de Fátima de Lucena pela dedicação e pela compreensão durante a minha ausência para a realização deste trabalho. Aos Examinadores externos, Dra. Sônia Maria Malmonge (UFABC) e Dr. Nagibe Francisco da Silva (Petrobras) pela valiosa contribuição no sentido de propor modificações e inclusões no conteúdo desse trabalho para torná-lo melhor e mais compreensivo. Aos Examinadores internos, Prof. Dr. Carlos Magno de Lima e Prof. Dr.Raimundo Carlos Silvério Freire Junior pela valiosa contribuição no sentido de propor modificações e inclusões no conteúdo desse trabalho para torná-lo melhor e mais compreensivo. Ao CTGás – RN, pela utilização dos laboratórios e equipamentos para realização dos ensaios mecânicos À professora da UFRN, Neyde Tomazim pela amizade e pela ajuda durante a utilização do laboratório de Metalografia. Ao meu filho, Isaac Newton Lucena Fernandes de Queiroz pela valiosa contribuição durante a formatação final desse trabalho. Ao amigo, Marcos Valdivino pela contribuição no desenvolvimento e discussão das idéias criativas, “ponto forte dessa pesquisa”. Aos alunos de Mestrado Sergio Renan L.T. Tino, pelo auxílio no planejamento e preparação dos corpos-de-prova para ensaios de laboratório e Ivan Max pela amizade e pelo incentivo no desenvolvimento de idéias criativas. Também sou grato a todos que de uma forma ou de outra, contribuíram para o desenvolvimento deste trabalho.
  7. 7. “Assim como todo o reino dividido é desfeito, toda a inteligência dividida em diversos estudos se confunde e enfraquece.” Leonardo da Vinci
  8. 8. RESUMO A fabricação de próteses para amputados de membros inferiores (transfemural e transtibial) exige a confecção de um cartucho com encaixe adequado e personalizado ao perfil de cada paciente. O processo tradicional de atendimento a pacientes, principalmente, em hospitais públicos no Brasil, inicia-se com o preenchimento de uma ficha onde são identificados os níveis de amputação, tipos de equipamentos, encaixes, medidas etc. Atualmente, esse trabalho é realizado de forma manual utilizando-se fitas métricas comuns e paquímetro de madeira para tomada das medidas do coto caracterizando um trabalho bastante rudimentar, e com um alto grau de incerteza geométrica do produto final. Para abordar esse problema foi necessário partir em duas direções simultâneas e correlatas. Inicialmente desenvolveu-se uma ferramenta integrada CAD de visualização 3D para próteses dos tipos transfemoral e a transtibial denominado OrtoCAD I. Ao mesmo tempo em que se fez necessário projetar e construir um equipamento Leitor Mecânico (espécie de scanner tridimensional simplificado) capaz de obter, automaticamente e com acuracidade, as informações geométricas do coto ou da perna sadia. A metodologia inclui a aplicação de conceitos de engenharia reversa para gerar computacionalmente a representação do coto e/ou a imagem reversa do membro sadio. Os materiais usados na fabricação dessas próteses nem sempre obedecem a um critério técnico cientifico, pois se por um lado atende ao critério de resistência por outro traz sérios problemas devido principalmente ao excesso de peso. Isso causa diversos transtornos ao usuário devido à falta de conformidade. Esse problema foi abordado com a criação de um material compósito hibrido para fabricação de cartuchos de próteses. Com o uso do Leitor Mecânico e do OrtoCAD I o novo material compósito, que agrega as propriedades mecânicas de resistência e rigidez com parâmetros importantes como baixo peso e baixo custo, pode ser dimensionado de forma correta. Alem disso consegue-se uma redução de etapas nos atuais processos de fabricação ou até mesmo a viabilidade de uso de novos processos, no âmbito industrial, na obtenção das próteses. Neste sentido, a hibridização do compósito com a combinação entre fibras sintéticas e naturais pode ser uma solução viável aos desafios propostos acima. Palavras-chave: Próteses ortopédicas. Materiais compósitos. Biomecânica, CAD. Computação gráfica.
  9. 9. ABSTRACT The manufacture of prostheses for lower limb amputees (transfemural and transtibial) requires the preparation of a cartridge with appropriate and custom fit to the profile of each patient. The traditional process to the patients, mainly in public hospitals in Brazil, begins with the completion of a form where types of equipment, plugins, measures, levels of amputation etc. are identified. Currently, such work is carried out manually using a common metric tape and caliper of wood to take the measures of the stump, featuring a very rudimentary, and with a high degree of uncertainty geometry of the final product. To address this problem, it was necessary to act in two simultaneously and correlated directions. Originally, it was developed an integrated tool for viewing 3D CAD for transfemoral types of prostheses and transtibial called OrtoCAD I. At the same time, it was necessary to design and build a reader Mechanical equipment (sort of three-dimensional scanner simplified) able to obtain, automatically and with accuracy, the geometric information of either of the stump or the healthy leg. The methodology includes the application of concepts of reverse engineering to computationally generate the representation of the stump and/or the reverse image of the healthy member. The materials used in the manufacturing of prostheses nor always obey to a technical scientific criteria, because, if by one way it meets the criteria of resistance, by the other, it brings serious problems mainly due to excess of weight. This causes to the user various disorders due to lack of conformity. That problem was addressed with the creation of a hybrid composite material for the manufacture of cartridges of prostheses. Using the Reader Fitter and OrtoCAD, the new composite material, which aggregates the mechanical properties of strength and rigidity on important parameters such as low weight and low cost, it can be defined in its better way. Besides, it brings a reduction of up steps in the current processes of manufacturing or even the feasibility of using new processes, in the industries, in order to obtain the prostheses. In this sense, the hybridization of the composite with the combination of natural and synthetic fibers can be a viable solution to the challenges offered above. Keywords: orthopedic prostheses. Materials composites. Biomechanics, CAD. Computer graphics
  10. 10. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Cartuchos de prótese -------------------------------------------------------------------------- 18 Figura 2 – Medições utilizando fita métrica ------------------------------------------------------------- 19 Figura 3 – Medições utilizando paquímetro ------------------------------------------------------------- 19 Figura 4 – Prótese encontrada em múmia egípcia ------------------------------------------------------ 27 Figura 5 – Prótese exoesquelética transtibial com soquete flexível ---------------------------------- 29 Figura 6 – Prótese exoesquelética transfemoral -------------------------------------------------------- 29 Figura 7 – Prótese exoesquelética transtibial com coxal e soquete flexível ------------------------- 30 Figura 8 – Prótese não convencional para má formação congênita ---------------------------------- 30 Figura 9 – Prótese exoesquelética, para desarticulação do joelho ------------------------------------ 31 Figura 10 – Liner de Silicone ----------------------------------------------------------------------------- 31 Figura 11 – Modelo de prótese canadense --------------------------------------------------------------- 32 Figura 12 – Prótese modular infantil --------------------------------------------------------------------- 32 Figura 13 – Modelo de prótese não convencional ------------------------------------------------------ 33 Figura 14 – Prótese para desarticulação do quadril e do joelho -------------------------------------- 33 Figura 15 – Prótese para antebraço com acionamento mioelétrico ----------------------------------- 34 Figura 16 – Exemplo de antebraço mecânico com gancho -------------------------------------------- 34 Figura 17 – Exemplo de braço com cotovelo mecânico------------------------------------------------ 35 Figura 18 – Exemplo de prótese híbrida ----------------------------------------------------------------- 35 Figura 19 – Exemplo de Prótese para desarticulação do ombro -------------------------------------- 36 Figura 20 – Próteses modulares de Alta Tecnologia, (a) em atividade, (b) completa e (c)Joelho 36 Figura 21 – Prótese para os pés --------------------------------------------------------------------------- Figura 22 – Modelo de Cartucho anatômico................................................................................ 37 44 Figura 23 – Modelo de demonstração -------------------------------------------------------------------- 44 Figura 24 – Coletando as medidas do coto -------------------------------------------------------------- 45 Figura 25 – Retificando o Molde Positivo --------------------------------------------------------------- 46 Figura 26 – Equipamento para alinhamento – Otto Bock LAZER® -------------------------------- 47 Figura 27 – Ajustando a nova Prótese -------------------------------------------------------------------- 48 Figura 28 – Ajustagem dos elementos da Prótese ------------------------------------------------------ 49 Figura 29 – fabricação de cartucho de prótese - método convencional ------------------------------ 50 Figura 30 – Usando o scan a laser ------------------------------------------------------------------------ 50
  11. 11. Figura 31 – Fabricando o cartucho de prótese em uma maquina de FDM -------------------------- 51 Figura 32 – Modelo sólido do cartucho de prótese ----------------------------------------------------- 51 Figura 33 – Análise comparativa entre o cartucho feito pelo método tradicional e por FDM ---- 52 Figura 34 – Poliéster reforçado com fibras de vidro --------------------------------------------------- 63 Figura 35 – Fibras vegetais: Curauá (esquerda) e Sisal (direita) ------------------------------------- 64 Figura 36 – Compósito híbrido: fibras de vidro e fibras de juta -------------------------------------- 67 Figura 37 – Processo de fabricação Hand Lay up ------------------------------------------------------ 68 Figura 38 – Tecidos bidirecionais. a) Fibras de vidro; b) Fibras de juta ---------------------------- 69 Figura 39 – Configuração do Laminado Compósito Híbrido – LCH -------------------------------- 70 Figura 40 – Esquema ilustrativo do corpo de prova para o ensaio de Tração Uniaxial 72 Figura 41 – Esquema ilustrativo do corpo de prova para o ensaio de Flexão em Três Pontos --- 73 Figura 42 – SHIMADZU, modelo AG-1, com capacidade máxima de 250 KN ------------------- 74 Figura 43 – SHIMADZU, modelo AG-1, com capacidade de célula máxima de 250 KN -------- 75 Figura 44 – Aparato pronto para receber amostra ------------------------------------------------------ 77 Figura 45 – Pesagem de amostra imersa ----------------------------------------------------------------- 77 Figura 46 – Anteparo utilizado no Leitor Mecânico Portátil Modular ------------------------------- 93 Figura 47 – Modelo sólido – detalhe das seções transversais de um coto virtual ------------------ 94 Figura 48 – Detalhe do sistema de medição (Versão Beta) ------------------------------------------- 94 Figura 49 – Desenho esquemático – iteração com sistemas CAD ----------------------------------- 95 Figura 50 – Desenho esquemático do percurso do braço apalpador --------------------------------- 96 Figura 51 – Desenho esquemático dos principais elementos do sistema de medição e registro de dados do coto 97 Figura 52 – Operação I de usinagem --------------------------------------------------------------------- 99 Figura 53 – Verificando a excentricidade da peça ----------------------------------------------------- 99 Figura 54 – Operação II de usinagem -------------------------------------------------------------------- 100 Figura 55 – Inspecionando a montagem do mecanismo apalpador ---------------------------------- 100 Figura 56 – Regulando eixo dos braços da caneta e apalpador --------------------------------------- 101 Figura 57 – Operação de acabamento superficial ------------------------------------------------------- 101 Figura 58 – Inspecionando funcionamento e ajuste dos braços de suspensão ---------------------- 102 Figura 59 – Detalhe A (Escala 10:1) --------------------------------------------------------------------- 103 Figura 60 – Perspectiva de parte do scanner contendo o sistema planetário Leitor Mecânico --- 104 Figura 61 – Vista frontal do scanner 3D ----------------------------------------------------------------- 105 Figura 62 – Disco gráfico com seções produzido pelo Leitor Mecânico versão Alfa ------------- 106
  12. 12. Figura 63 – Modelo CAD 3D do Protótipo Alfa -------------------------------------------------------- 107 Figura 64 – Modelo físico real Alfa ---------------------------------------------------------------------- 108 Figura 65 – Modelo CAD 3D do Protótipo Beta, (a) completo e (b) base e conjunto planetário 109 Figura 66 – Modelo CAD 3D do Protótipo Portátil modular Gama, (a) completo e (b) detalhe do braço ---------------------------------------------------------------------------------------- 109 Figura 67 – Perna real Scaneada -------------------------------------------------------------------------- 110 Figura 68 – Nuvem de pontos e Malha 3D -------------------------------------------------------------- 110 Figura 69 – Digitalização de um coto transfemoral no protótipo Alfa ------------------------------- 111 Figura 70 – Disco com os resultados gráficos de um coto transfemoral no protótipo Alfa ------- 112 Figura 71 – Cartucho alimentado pelo protótipo Alfa em análise FEM no OrtoCAD ------------- 114 Figura 72 – Deformação em metros antes e após carregamento de 700N --------------------------- 115 Figura 73 – Valores de tensão (critério de Von-Mises) em Pascal ----------------------------------- 115 Figura 74 – Microestrutura do LCH mostrando a sua configuração (50x) -------------------------- 116 Figura 75 – Gráfico Tensão x Deformação – ensaio de Tração Uniaxial --------------------------- 117 Figura 76 – fotografia da fratura obtida no ensaio de Tração Uniaxial ------------------------------ 119 Figura 77 – Microfissura transversal – Camadas de fibras de vidro e juta – Tração Uniaxial --- 120 Figura 78 – Microfissura transversal na camada de fibras de juta – Fratura coesiva na matriz – Tração Uniaxial ------------------------------------------------------------------------------- 120 Figura 79 – Configuração do laminado. Características da fratura – Tração Uniaxial ------------ 121 Figura 80 – Características da fratura – Tração Uniaxial ---------------------------------------------- 121 Figura 81 – Destaque para o dano na resina – Tração Uniaxial -------------------------------------- 122 Figura 82 – Diagrama Tensão x Deformação obtido nos ensaios de Flexão em Três Pontos ---- Figura 83 – Fotografia da fratura obtida no ensaio de Flexão em Três Pontos............................ 123 124 Figura 84 – Região da fratura final na Flexão em Três Pontos --------------------------------------- 125 Figura 85 – Presença de dano na região comprimida – Flexão em Três Pontos -------------------- 125 Figura 86 – Fraturas coesivas e adesivas na camada de fibras de vidro - Flexão em Três Pontos 126 Figura 87 – Fendas transversais e longitudinais na camada tracionada – Flexão em três Pontos 127 Figura 88 – Delaminação entre as camadas , fibras de juta e de vidro, - Flexão em Três Pontos 127 Figura 89 – Outra visão da fenda de delaminação – Flexão em Três pontos ----------------------- 128 Figura 90 – Face inferior (tracionada) fraturada – Flexão em Três Pontos ------------------------- 128 Figura 91 – Tipos de dano isolado na Flexão em Três Pontos ---------------------------------------- 129
  13. 13. LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses 55 Quadro 2 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------ 56 Quadro 3 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------ 57 Quadro 4 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------ 58 Quadro 5 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------ 59 Quadro 6 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------ 60 Quadro 7 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------ 61 Quadro 8 – Análise de um Scanner 3D (Versão Beta) com respeito à sua estrutura de função - 83 Quadro 9 – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ------------------------- 85 Quadro 10 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 86 Quadro 11 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 87 Quadro 12 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 88 Quadro 13 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 89 Quadro 14 – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular ---------------------- 90 Quadro 15 – (Continuação) – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular -- 91 Quadro 16 – (Continuação) – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular -- 92
  14. 14. LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Aspectos Essenciais na Confecção de Próteses de Membros Inferiores --------- 20 Tabela 2 – Estimativa Generalizada da Deficiência no Brasil. --------------------------------- 38 Tabela 3 – Amputações e suas Complicações. ---------------------------------------------------- 40 Tabela 4 – Relação de dados e informações da preparação de sete corpos de prova para ensaios de TRAÇÃO UNIAXIAL segundo norma ASTM D 3039M – 00 -------- 71 Tabela 5 – Relação de dados e informações da preparação de oito corpos de prova para ensaios de Flexão em três pontos segundo norma ASTM D 790 – 96 ------------- 72 Tabela 6 – Dimensões reais ajustados dos corpos de prova para ensaios de Tração Uniaxial e Flexão em Três Pontos ------------------------------------------------------------------ 72 Tabela 7 – Resultados obtidos do ensaio de Tração uniaxial ------------------------------------ 118 Tabela 8 – Resultados obtidos do ensaio de Flexão em Três Pontos ---------------------------- 124 Tabela 9 – Medições com Corpos de Prova a Seco ---------------------------------------------- 130 Tabela 10 – Medições com Corpos de Prova Imersos ------------------------------------------- 130
  15. 15. LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CASD - computer aided socket design CASM - computer aided socket manufacturing ASTM – American Society for Testing and Materials ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas CAD – Computer-Aided Design CAE – Computer-Aided Engineering CAM - Computer-Aided Manufacturing CIDID – Classificação Internacional de Deficiências, Incapacidades e Desvantagens. CP – Corpo de Prova CPOD - Center for Prosthetic and Orthotic Design FEA – Finite Elements Analysis FDM – Fused Deposition Modeling HDPE - High Density Polyethylene IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística KBM – Kondylen Bettung Munster LCH – Laminado Compósito Híbrido LM – Leitor Mecânico MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura PTB – Patellar Tendon Bearing OMS – Organização Mundial da Saúde UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte SUS – Sistema Único de Saúde FJ – Fibra de Juta FV – Fibra de Vidro
  16. 16. LISTA DE SÍMBOLOS Dv – Densidade Volumétrica g – grama GPa – GigaPascal g/m2 – grama por metro quadrado g/cm3 – grama por centímetro cúbico Kg – Kilograma kN – KiloNewton mm/min – milímetro por minuto mm – milímetro MPa – MegaPascal N - Newton µm – micrômetro m - massa
  17. 17. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------- 18 1.1 CONCEITOS PRELIMINARES E TERMINOLOGIA DA ÁREA -------------- 18 1.2 OBJETIVO GERAL --------------------------------------------------------------------- 22 1.2.1 Objetivos Específicos ------------------------------------------------------------------- 23 1.3 IMPORTÂNCIA DO TRABALHO---------------------------------------------------- 23 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ------------------------------------------------------- 27 2.1 BREVE HISTÓRICO DAS PRÓTESES --------------------------------------------- 27 2.2 ALGUNS TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE PRÓTESES ---------------------- 28 2.3 ALGUNS ASPECTOS RELEVANTES SOBRE AS AMPUTAÇÕES ---------- 37 2.3.1 Portadores de Deficiência – Visão Geral ------------------------------------------- 37 2.3.2 Causas e Conseqüências das Amputações ----------------------------------------- 39 2.3.3 Principais Indicações para Realização de uma Amputação -------------------- 39 2.3.4 Complicações com o Coto ------------------------------------------------------------- 41 2.3.5 Níveis de Amputações Transtibial e Transfemoral ------------------------------ 41 2.3.6 Como se Obtém uma Prótese Através do SUS ------------------------------------ 43 2.4 ALGUMAS DAS METODOLOGIAS UTILIZADAS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES DE MEMBROS INFERIORES ----------------- 43 2.4.1 Processo de Fabricação ---------------------------------------------------------------- 44 2.4.1.1 Consulta ----------------------------------------------------------------------------------- 44 2.4.1.2 Medições ---------------------------------------------------------------------------------- 45 2.4.1.3 Retificando o Molde Positivo ----------------------------------------------------------- 46 2.4.1.4 Diagnóstico -------------------------------------------------------------------------------- 46 2.4.1.5 Fabricação --------------------------------------------------------------------------------- 46 2.4.1.6 Ajustando a Prótese ---------------------------------------------------------------------- 47 2.4.1.7 Entrega Protética ------------------------------------------------------------------------- 48 2.4.2 Processo de Produção no CPOD ----------------------------------------------------- 48 2.4.3 Novo Método de Fabricação de Cartucho Ortoprotético ----------------------- 49 2.5 ALGUNS TRABALHOS CIENTÍFICOS PUBLICADOS NO PORTAL DA CAPES, NA ÁREA DE PROJETO E DE MATERIAIS COMPOSTOS HÍBRIDOS -------------------------------------------------------------------------------- 52
  18. 18. 2.6 APLICAÇÃO DE MATERIAIS COMPOSTOS HÍBRIDOS EM PRÓTESES - 53 2.7 QUADRO ILUSTRATIVO DAS OPERAÇÕES BÁSICAS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES -------------------------- 54 2.8 EVOLUÇÕES DOS MATERIAIS ---------------------------------------------------- 62 2.8.1 Os Materiais e sua Aplicação nas Próteses ---------------------------------------- 62 2.9 PLÁSTICOS REFORÇADOS --------------------------------------------------------- 63 2.10 MATERIAIS COMPÓSITOS HÍBRIDOS ------------------------------------------- 66 2.10.1 Processo de Fabricação----------------------------------------------------------------- 68 3 MATERIAIS E MÉTODOS ---------------------------------------------------------- 69 3.1 CONFIGURAÇÃO DO MATERIAL- LAMINADO COMPÓSITO HÍBRIDO 69 3.1.1 Elaboração dos Corpos de Prova ---------------------------------------------------- 71 3.1.2 Ensaio de Tração Uniaxial ------------------------------------------------------------ 73 3.1.3 Ensaio de Flexão em Três Pontos ---------------------------------------------------- 74 3.1.4 Análise da Característica da Fratura ----------------------------------------------- 75 3.2 ENSAIO DE DENSIDADE VOLUMÉTRICA -------------------------------------- 76 3.2.1 Procedimento Técnico das Medições ------------------------------------------------ 76 4 PROJETO DO LEITOR MECÂNICO: SCANNER 3D ------------------------ 78 4.1 ETAPAS DO PROJETO ---------------------------------------------------------------- 78 4.1.1 Formulação do Problema (Concepção) --------------------------------------------- 78 4.1.2 Critérios do Projeto -------------------------------------------------------------------- 79 4.1.3 Especificação de tarefas --------------------------------------------------------------- 80 4.1.4 Síntese ------------------------------------------------------------------------------------- 80 4.1.5 Análise e Seleção ------------------------------------------------------------------------ 81 4.1.6 Estrutura de Funções ------------------------------------------------------------------ 82 4.1.7 Quadro Evolutivo do Projeto e Concepção de um Leitor Mecânico – Scanner 3D ------------------------------------------------------------------------------- 84 4.1.8 Detalhamento do projeto -------------------------------------------------------------- 95 4.2 FABRICAÇÃO DO PROTÓTIPO (VERSÃO ALFA) ----------------------------- 97 4.2.1 Organização dos Desenhos Visando Facilitar o Processo de Fabricação ---- 97 4.2.2 Fabricação das Peças e Montagem do Equipamento ---------------------------- 98 4.3 REDUÇÃO DO GRAU DE INCERTEZA DAS MEDIÇÕES -------------------- 103
  19. 19. 4.4 OTIMIZAÇÃO DO PROJETO – VERSÃO BETA --------------------------------- 103 5 ANÁLISES DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES ----------------------------- 107 5.1 RESULTADOS OBTIDOS COM RELAÇÃO AO SCANNER ------------------ 107 5.2 RESULTADOS OBTIDOS COM RELAÇÃO AO COMPÓSITO --------------- 116 5.2.1 Microestrutura do Laminado Compósito Híbrido – LCH --------------------- 116 5.2.2 Ensaio de Tração Uniaxial ------------------------------------------------------------ 117 5.2.3 Ensaio de Flexão em Três Pontos ---------------------------------------------------- 122 5.2.4 Característica Macroscópica da Fratura ------------------------------------------ 124 5.2.5 Ensaio de Densidade Volumétrica --------------------------------------------------- 130 6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS -------- 132 6.1 CONCLUSÕES -------------------------------------------------------------------------- 132 6.1.1 Relacionadas ao Leitor Mecânico --------------------------------------------------- 132 6.1.2 Relacionadas ao LCH ------------------------------------------------------------------ 132 6.1.3 Característica da Fratura ------------------------------------------------------------- 133 6.1.4 Uso do Leitor Mecânico na Fabricação do LCH --------------------------------- 134 6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ----------------------------------- REFERÊNCIAS ------------------------------------------------------------------------- 136 APÊNDICES ----------------------------------------------------------------------------- 143
  20. 20. 18 1 INTRODUÇÃO 1.1 CONCEITOS PRELIMINARES E TERMINOLOGIA DA ÁREA O processo de fabricação de próteses para amputados de membros inferiores (pernas) exige a confecção de um cartucho, componente de união entre o corpo do paciente e a prótese, conforme mostrado na Figura 1, (ORTHO REHAB DESIGNS, 2008), com encaixe adequado e personalizado. Ele é produzido de acordo com as dimensões do coto do paciente, que é a porção da perna preservada após uma amputação. Alem disto, os materiais usados na fabricação do cartucho precisam resistir aos esforços mecânicos gerados pelo uso contínuo da prótese e ao mesmo tempo apresentar leveza para favorecer ao conforto. Figura 1 - Cartuchos de Prótese. Fonte: ORTHO REHAB DESIGNS, 2008. Em cada paciente uma série de medidas do coto é realizada para se produzir o encaixe adequado. Atualmente, estas medidas são feitas de forma manual com uso de fita métrica e paquímetro artesanal (PEREIRA, 2007). Com a fita, o ortoprotético (técnico responsável pela confecção da prótese) mede os comprimentos da circunferência do coto em vários pontos separados por alguns centímetros (aproximadamente 5 cm) e a altura do coto em relação ao joelho e ao pé do paciente, como mostra a Figura 2.
  21. 21. 19 Figura 2 – Medições utilizando fita métrica. Já com o paquímetro, Figura 3, (PEREIRA, 2007) ele mede o diâmetro de vários segmentos do coto como se fossem circunferências, entretanto nenhuma curva de contorno do coto corresponde à equação de uma circunferência. Além disto, moldes de gesso são confeccionados a partir do coto do paciente e depois ajustados com base nestas medições. Figura 3 – Medições utilizando paquímetro Fonte: PEREIRA, 2007
  22. 22. 20 Este processo de produção de próteses apresenta diversos problemas. Ele é extremamente dependente da habilidade do ortoprotético, pois ele é quem faz as medições e ajustes dos moldes de forma manual. As medidas extraídas do coto são medidas de comprimento e altura que são insuficientes para representar, realisticamente, uma forma tridimensional semelhante ao coto. Existem várias etapas de produção inerentes a este processo de confecção de prótese que o tornam mais demorado. A possibilidade de retornos do paciente para ajustes da prótese é grande em vista do elevado grau de incerteza das medições realizadas. No que se refere aos materiais disponibilizados para a fabricação de próteses ortopédicas dos membros inferiores, pode-se citar uma quantidade razoável de opções conforme visto na Tabela 1, a seguir: Tabela 1 - Aspectos Essenciais na Confecção de Próteses de Membros Inferiores Níveis de amputação Tipos de equipamentos Tipos de encaixe Tipos de materiais Tipos de suspensão Desarticulação do Quadril Transfemoral Desarticulação do Joelho Transtibial Endo-esquelético modular Exo-esquelética convencional Quadrilateral Contenção Isquiática: • PTB • PTS • PTB com coxa V • PTB para Chopart, Pirogoff, Syme. • Desarticulação do Quadril Cesto Resina Acrílica para Laminação Couro Propileno Polipropileno Espuma de poliuretano expandido Reforço em Aço Carbono Malhas de fibra sintética Fibra de carbono e Manta de fibra de vidro Válvula a vácuo Cinto pélvico Cinto Silesiano Correia Supracondilar Coxa KBM Fonte: BRASIL, MINISTÉRIO DA SAÚDE. PORTARIA Nº 388, DE 28 DE JULHO DE 1999.
  23. 23. 21 Naturalmente, esses materiais suportam os esforços de trabalho e, dessa forma, a escolha de qual deles utilizar varia em função de vários outros aspectos. Por exemplo, no caso de pacientes do SUS, o aspecto financeiro se torna o mais importante. Outro aspecto não menos importante é a informação se a prótese será definitiva ou não. A atividade profissional, (desportiva ou não), a durabilidade, o conforto e a estética são outros limitantes dessa escolha. É importante salientar que após uma intensa investigação e considerando a natureza dos materiais utilizados atualmente na confecção de próteses ortopédicas, o autor não identificou, até a presente data, esforços científicos no sentido de melhor garantir que as próteses ortopédicas sejam confeccionadas com uma mínima preocupação ambiental. Também não foi observado igual foco na possibilidade de utilização de fibras regionais atuando como reforço estrutural das próteses fabricadas. Diante desse contexto, essa pesquisa procura abordar esses desafios utilizando metodologias diversas, porém correlacionadas. No concernente ao problema do elevado grau de incerteza das medições foi adotada uma metodologia de projeto para a construção de um equipamento que aplica conceitos da Engenharia Reversa como solução. Quanto aos desafios supracitados referentes à utilização de fibras regionais para atender às necessidades estruturais e a questão ambiental, investigou-se a possibilidade da utilização de um material compósito híbrido ecologicamente correto. Para uma melhor investigação a respeito de novos materiais que viessem a superar alguns dos problemas supracitados, sentiu-se a necessidade de conceber, projetar e fabricar um equipamento auxiliar (Leitor Mecânico – aqui denominado de Scanner 3D ou LM) que é capaz de aplicar conceitos baseados na tecnologia da Engenharia Reversa. Existe uma forte correlação entre o equipamento projetado (Scanner 3D) e a configuração/especificação do novo material proposto, primeiramente, pelo fato de que o LM é responsável pela determinação de valores e qualidade dimensionais (através das medições com reduzido grau de incerteza) e, consequentemente, fornece o suporte para os cálculos estruturais da parede do cartucho de forma totalmente personalizada (i.e.única). Outro elo importante entre o LM e a configuração/especificação do novo material está na existência de uma interface computacional denominada de OrtoCAD (PEREIRA, 2007). Ela recebe diretamente do LM as informações antropométricas permitindo, além da visualização CAD do cartucho, que sejam inseridos carregamento e condições de contorno possibilitando a efetivação de uma análise por elementos finitos baseada no peso de cada paciente. Essa facilidade só foi possível porque o LM foi projetado exclusivamente visando atender as necessidades peculiares do OrtoCAD e também vislumbrando uma futura adaptação
  24. 24. 22 eletrônica, garantindo, assim, uma melhor automatização do processo de medição e modelagem CAD. Não menos importante é o fato de que o LM, em conjunto com o OrtoCAD, permite a simulação de vários materiais/gramaturas e espessuras de paredes desejáveis para suportar os esforços em cada cartucho estudado. Ressalta-se a importância da possibilidade de simulação de materiais e dimensões diversas (por exemplo: aquelas publicadas na literatura) reduzindo-se a necessidade da realização de testes experimentais para um elevado número de materiais distintos. Esse novo equipamento trará maior exatidão com relação às medidas tomadas e conseqüentemente maiores probabilidades de melhor execução do molde a ser usado na obtenção de próteses. Neste sentido, uma concepção inovadora na obtenção desses produtos sendo fabricados em indústria de plásticos reforçados se torna viável. Desta forma, crescem as opções de desenvolvimento de novos materiais, novas técnicas envolvendo processos de fabricação e possibilidade de barateamento do produto final. Dentro dessa perspectiva, o desenvolvimento de novos materiais compósitos, incluindo a utilização de fibras naturais para atender às necessidades estruturais e a questão ambiental, pode ser avaliado. Os laminados compósitos híbridos, ou seja, à base de fibras sintéticas e naturais pode ser a solução para a aplicação em elementos estruturais de médio porte, classe essa onde se enquadra a maioria das próteses ortopédicas. 1.2 OBJETIVO GERAL Esse trabalho apresenta foco híbrido: investigação na área de novos materiais envolvendo novos processos de fabricação, para confecção de um cartucho de prótese ortopédica e projeto de equipamento auxiliar para sua fabricação. Na área de projetos o objetivo é a concepção, projeto e fabricação de um dispositivo mecânico (Scanner 3D) para aquisição geométrica da superfície de um coto (parte remanescente da perna amputada) através da leitura e registro de várias seções transversais do mesmo, visando à redução do grau de incerteza das medições e das etapas de fabricação de um cartucho ortoprotético. Na área de materiais o foco é o desenvolvimento de um material compósito híbrido, a base de fibras sintéticas e naturais, com propriedades específicas e características desejáveis de forma a atender todos os requisitos do produto final.
  25. 25. 23 1.2.1 Objetivos Específicos a) Estudo e concepção de um equipamento auxiliar (scanner 3D) capaz de aplicar diretamente princípios da Engenharia Reversa visando sua integração com o software acadêmico OrtoCAD para visualização e análise CAD/CAE de um cartucho ortoprotético. b) Melhor exatidão na obtenção do molde a ser usado na obtenção da prótese; c) Projeto do scanner 3D mencionado no item (a); d) Fabricação do scanner 3D mencionado no item (a); e) Testar e avaliar o desempenho do protótipo do Scanner 3D; f) Submeter a patente do Scanner 3D a ser utilizado na confecção do cartucho; g) Com o novo equipamento possibilitar a fabricação da prótese (produto final) a partir do uso de novos processos, inclusive no âmbito industrial, como por exemplo, a indústria de plástico reforçado; h) Desenvolvimento de um material compósito em sua forma híbrida para uso na confecção de prótese de membros inferiores; i) Estudar a possibilidade da hibridização através da utilização de fibras naturais como um dos reforços do compósito, contribuindo parcialmente na obtenção de materiais ditos como ecologicamente viáveis; j) Obtenção da caracterização microestrutural e propriedades físicas do material compósito obtido, incluindo a determinação da densidade volumétrica e qualidade das interfaces, tanto entre os diferentes reforços/matriz, quanto entre as camadas do laminado compósito; k) Determinação das propriedades mecânicas de resistência e rigidez do compósito frente aos carregamentos de Tração Uniaxial e Flexão em Três Pontos; l) Estudo da característica da fratura em níveis macroscópicos e microscópicos para ambos os tipos de carregamentos. 1.3 IMPORTÂNCIA DO TRABALHO No Brasil, sabe-se que as classes menos favorecidas são as que mais necessitam de atendimento assistido pelo Sistema Único de Saúde (SUS). As atuais normas e procedimentos impostos pelo SUS (vide PORTARIA MS/SAS Nº 388, DE 28 DE JULHO DE 1999, Apêndice A) e utilizados pelos protesistas na fabricação de próteses e/ou órteses
  26. 26. 24 visando o atendimento de portadores de algum tipo de deficiência física são artesanais e pouco eficientes. Embora haja a necessidade de se fazer uma investigação aprofundada na busca de um valor quantitativo exato, o autor não tem dúvidas de que o processo tradicional para a fabricação de cartuchos de próteses acumula um conjunto numeroso de erros inerentes a sua própria metodologia arcaica de trabalho. Naturalmente, isso significa que há uma maior possibilidade de retrabalho principalmente durante as etapas de confecção dos moldes positivo e negativo utilizando o gesso. Soma-se ao fato supracitado, o inconveniente causado em situações mais graves, em que a má definição da geometria (muito apertada, por exemplo) pode vir causar desconfortos ou, até mesmo, a necessidade de re-amputação. Não é pequeno o número de pacientes que abandonam o uso de próteses ortopédicas alegando desconforto, excesso de peso e principalmente dificuldades de adaptação. A importância da concepção, projeto e fabricação de um equipamento auxiliar com as características de um Leitor Mecânico para trabalhar associado a uma interface CAD acadêmica (OrtoCAD) pré-existente, pode ser traduzida pela possibilidade de mapeamento gráfico mecânico e/ou eletrônico (digital 3D) resultando em uma leitura mais exata da geometria e topologia da perna amputada. Nesse caso, a geometria do cartucho passa a ser obtida aplicando-se os conceitos da Engenharia Reversa herdando todas as suas vantagens e benefícios. Com maior facilidade e exatidão na obtenção do molde da prótese, novos processos de fabricação podem ser admitidos tais como o uso da indústria dos plásticos reforçados na obtenção do produto final. O uso do processo de fabricação industrial pode levar a uma ampla gama de opções visando à concepção de novos materiais, novas técnicas associadas a um baixo custo do produto. Essa é uma característica intrínseca da Engenharia Reversa e a explicação está no fato de que os diversos pontos obtidos se amoldam à curva real das seções da perna amputada e, de modo algum, representam uma equação analítica de uma circunferência como suposto no processo tradicional de fabricação de próteses. Em termos matemáticos, a equação da superfície de um coto não equivale a um tronco de cone e, portanto, suas seções transversais perpendiculares ao eixo da perna não são circunferências exatas. Tanto a superfície da perna, quanto as curvas de suas seções são bem melhor representadas por curvas não analíticas com aproximações tipo B-splines ou Bezier, por exemplo. Quanto maior o número de seções lidas pelo equipamento, mais próximo da superfície real será a nuvem de pontos obtida.
  27. 27. 25 Existem scanners 3D comerciais para objetos inanimados que poderiam realizar trabalho similar. Entretanto, os altos custos os tornam proibitivos quando o referencial é um paciente de baixa renda e/ou clientes do SUS Também é importante mencionar que a limitação desses scanners comerciais quanto à digitalização apenas de objetos inanimados não permite eliminar a laboriosa, artesanal e pouco precisa etapa de fabricação do molde utilizando o gesso. Perde-se, com isso, o beneficio da aplicação da Engenharia Reversa, pois todos os defeitos do molde em gesso serão incorporados às leituras do equipamento comercial. Dessa forma, o equipamento fruto dessa pesquisa permitirá que cartuchos de próteses ortopédicas sejam fabricados apresentando medidas, qualitativamente, com menor grau de incerteza e garantindo um processo automatizado e integrado ao software de CAD específico. A garantia da diminuição de etapas de fabricação de uma prótese ortopédica também reflete a importância desse trabalho. O equipamento desenvolvido cria condições e potencializa um funcionamento pleno através do uso direto dos conceitos da Engenharia Reversa. Em termos de fabricação, isso significa a eliminação da necessidade de se produzir moldes de gesso da perna (molde negativo) e, até mesmo, o molde positivo, assumindo-se a possibilidade de se aplicar a tecnologia industrial dos plásticos reforçados, onde se ressalta a necessidade de utilização de um único molde para obtenção do produto final. Em seguida, o molde é levado ao processo mais indicado, por exemplo, um processo de moldagem à vácuo, de rápida execução e conformidade. É um processo viável economicamente e com características de bom acabamento superficial em ambas as faces devido o mesmo usar molde fechado (molde e contramolde) na obtenção da peça. Quanto ao foco da área de materiais essa pesquisa tem igualmente importância. Dentro da classe dos materiais compósitos, os obtidos a partir de matriz polimérica reforçada com fibras, também conhecidos como Plásticos Reforçados, vêm se destacando pela versatilidade de suas propriedades e consequentemente de suas aplicações. Atualmente, existe um aumento progressivo da utilização dos Compósitos Poliméricos no setor industrial, principalmente como matéria prima para a fabricação de elementos estruturais. Isso ocorre, devido a suas características únicas que combinam boa resistência mecânica, baixo peso e facilidade de conformação, sendo estas últimas propriedades importantes quando a aplicação envolve a fabricação de próteses e/ou órteses das mais variadas formas. A importância em se priorizar o uso de materiais regionais é indiscutível. Primeiro evita-se a importação de materiais de elevado custo. Também se consegue potencializar o
  28. 28. 26 crescimento da indústria local com conseqüente geração de emprego e renda. Finalmente, o material pesquisado para a construção do cartucho foi pensado no sentido de minimizar, de forma parcial, agressão ao ambiente. De acordo com, (IBGE, Censo Demográfico 2000), só no Brasil havia 7.800.000 pessoas com deficiência motora e mais de 1.400.000 pessoas com deficiência física (os usuários de próteses estão entre estes últimos), sendo que há no Brasil 24,5 milhões de pessoas com pelo menos uma deficiência, dentre as seguintes: visual, motora, auditiva, mental e física. Dessa forma, com os números apresentados, ficam claros os benefícios propostos nesse trabalho de investigação quanto ao seu enfoque híbrido.
  29. 29. 27 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 BREVE HISTÓRICO DAS PRÓTESES. Qualquer aparelho ou dispositivo destinado a substituir um órgão, um membro bem como parte dele destruído e que esteja gravemente acometido é conhecido como prótese, enquanto que, aos aparelhos ou dispositivos ortopédicos de uso provisório, destinados a alinhar, prevenir ou corrigir deformidades bem como melhorar a função das partes móveis do corpo é chamado de órtese. A utilização de próteses é muito antiga. As próteses (como o galho em forquilha usado na sustentação de um membro amputado abaixo do joelho) já eram conhecidas na Antigüidade. A primeira descrição do uso de uma prótese, (REGIS, Andréa. 2006) esta nos escritos do historiador grego Heródoto (484-425 a.C.), contando que um prisioneiro preso por corrente em tornozelo amputou o pé para se libertar e, após a cicatrização das feridas, construiu uma bota de madeira e voltou a lutar contra o inimigo.. A mais antiga prótese, encontrada recentemente por arqueólogos ingleses, (KHRONOPEDIA, 2007), é de um dedão do pé a pessoa viveu entre 1000 a.C. e 600 a.C. A prótese substituía o dedão e parte do pé do morto e é feita com madeira e couro a qual se encontra no museu do Cairo (ver Figura 4). Outra prótese a sobreviver até os tempos modernos foi a de uma perna feita de cobre e madeira, datando do terceiro século a.C. O Talmund, antes datando o sexto século, contém referências a uma “perna de pau” acolchoada. As próteses de membro inferior e superior existem desde a antiguidade, possivelmente desde a pré-história (SAMPOL, 2005). Figura 4 - Prótese encontrada em múmia egípcia Fonte: KHRONOPEDIA, 2007.
  30. 30. 28 Da época do renascimento já há exemplos de próteses sofisticadas, especialmente do ponto de vista estético. A funcionalidade das próteses anteriores ao século XX sempre foi bastante limitada pela falta de materiais específicos, conhecimentos de fisioterapia indispensáveis a uma boa protetização e, principalmente, pelo estágio rudimentar da medicina, como o desconhecimento da assepsia e antibióticos, provocando a morte da maior parte dos candidatos à amputação. Foi apenas no século XIX (a partir de 1800) que se passou a utilizar o torniquete de forma sistemática; antes de 1600 não se conhecia nem o enfaixamento do coto para estancar o sangramento, sendo usados métodos rudimentares, como cauterização e esmagamento. Após duas guerras mundiais, havia um grande contingente de amputados que necessitava ser protetizado. Na época da primeira guerra, já existiam próteses com articulações de joelho, porém seu custo era elevado: os componentes tinham de ser confeccionados individualmente em aço. Assim, ficava restrito ao uso de pernas de madeira, ou de alumínio, para o público em geral. A história evolutiva das próteses passa, dessa forma, por diversos momentos onde a necessidade constante de aperfeiçoamento construtivo e da busca de novos materiais bem como do emprego de tecnologias embarcadas vem mostrando resultados surpreendentes no sentido de promover cada vez mais independência e satisfação aos seus usuários. 2.2 ALGUNS TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE PRÓTESES Há diversas classificações para os mais variados tipos de próteses, conforme a necessidade e a condição do amputado, a altura da amputação, o membro amputado etc. Todas as próteses apresentam suas vantagens e desvantagens, entretanto, com o domínio e a aplicação da alta tecnologia, atualmente, na elaboração de novos materiais e na utilização de procedimentos computadorizados, as próteses mais modernas conseguem chegar a níveis muito elevados de sofisticação, muito embora seu preço seja impraticável para a maior parte da população. A seguir, mostram-se alguns tipos de próteses, com características especificas, dentre as mais comuns adotadas:
  31. 31. 29 • Prótese exo-esquelética (Figura 5): indicada para pacientes com amputação transtibial, tipo PTB, PTS ou KBM, laminada em resina acrílica, opcionalmente com reforço em fibra de carbono, com soquete flexível entre o encaixe e o coto de amputação, pé SACH ou articulado, Figura 5 - Prótese exo-esquelética transtibial com soquete flexível Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000. • Prótese exo-esquelética (Figura 6): para amputação transfemoral, laminada em resina acrílica com reforço em fibra de carbono, joelho monoeixo, com ou sem impulsor, livre ou com trava ou com freio de atrito contínuo, pé SACH ou articulado. Figura 6 - Prótese exoesquelética transfemoral Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000.
  32. 32. 30 • Prótese exoesquelética com coxal, em resina (Figura 7): para amputação transtibial, soquete flexível, com suspensão ou por manguito de coxa (coxal) conectado ao encaixe de resina, mediante hastes laterais de aço articuladas com rolamentos, pé SACH ou articulado. Figura 7 - Prótese exoesquelética transtibial com coxal e soquete flexível Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000. • Prótese não convencional para má formação congênita (Figura 8): podendo ser laminada em resina acrílica (exoesquelética) ou sistemas modular (endoesquelética), em aço e alumínio. Figura 8 - Prótese não convencional para má formação congênita. Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000.
  33. 33. 31 • Prótese exoesquelética, para desarticulação do joelho (Figura 9): laminada em resina acrílica, com reforço em fibra de carbono, com articulação de joelho externa, em hastes de aço articulada com rolamentos, encaixe de coxa em resina plástica ou em polipropileno ou em couro, pé SACH ou articulado. Figura 9 - Prótese exoesquelética, para desarticulação do joelho. Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000. • Liner de silicone (Figura 10): o Liner de silicone poderá ser utilizado com o intuito de melhorar a suspensão da prótese, permitindo maior segurança aos pacientes. Utilizado com próteses tubulares de diferentes materiais, também oferece conforto aos usuários. Figura 10 - Liner de Silicone Fonte: PRÓTESES, 2001.
  34. 34. 32 • Prótese canadense (Figura 11): indicadas em emelias, desarticulações do quadril e hemipelvectomias. Hemicesto em polylite. Nesse tipo de prótese, há vários tipos de joelhos disponíveis no mercado, como: JUPA (trava automática); Habberman (sem trava), livre; com trava automática e rígida. Figura 11 - Modelo de prótese canadense. Fonte: PRÓTESES, 2001. • Prótese modular infantil (Figura 12): pode ser utilizada em crianças entre 2 e 12 anos, com altura máxima de 1,45cm e peso máximo de 45 kg. Confeccionada em liga de metal bastante leve. Os joelhos disponíveis para este tipo de prótese são o monoeixo com impulsor incorporado ou com trava. Já o pé disponível é o modelo SACH. Figura 12 - Prótese modular infantil Fonte: PRÓTESES, 2001.
  35. 35. 33 • Prótese não convencional (Figura 13): fabricada sob medida. Tem indicação para as graves e complexas malformações congênitas dos membros inferiores associadas a grandes encurtamentos Figura 13 - Modelo de prótese não convencional. Fonte: PRÓTESES, 2001. • Próteses para desarticulações do quadril e do joelho (Figura 14): este tipo de prótese é utilizado quando situações adversas (determinadas atividades do paciente, condições geográficas) inviabilizam o uso de uma prótese modular, tecnicamente mais avançada e leve, portanto mais indicada para este nível de amputação. A prótese é composta pelo encaixe, a barra posterior de apoio, a articulação de joelho com panturrilha, o tornozelo e o pé. O encaixe em resina tem a forma de um cesto, com uma abertura na parte anterior. Ele está ligado à prótese através de um eixo (articulação de quadril), além de possuir uma barra de sustentação na parte posterior. Figura 14 – Prótese para desarticulação do quadril e do joelho Fonte: ORTOPEDIA SÃO JOSÉ, 2004.
  36. 36. 34 • Prótese para amputação do antebraço com acionamento mioelétrico (Figura 15): a mão é acionada pelos potenciais gerados por correntes musculares existentes no coto, que são captados e amplificados por eletrodos. Além da abertura e fechamento da mão, também poderá realizar a prono-supinação. Indicado para pacientes com amputação do terço proximal e médio do antebraço. Figura 15 - Prótese para antebraço com acionamento mioelétrico. Fonte: PRÓTESES, 2001. • Antebraço mecânico com gancho (Figura 16): confeccionada com o material, (polylite) sendo que a suspensão é realizada através de cabos e correias com dispositivo terminal (gancho). Neste tipo de prótese, a movimentação ocorre através de propulsão muscular. Através do cabo de aço preso à correia ancorada no ombro oposto se consegue a movimentação (abertura e fechamento do gancho). A indicação é semelhante à da prótese mioelétrica, Figura 16 - Exemplo de antebraço mecânico com gancho. Fonte: PRÓTESES, 2001.
  37. 37. 35 • Braço com cotovelo mecânico (Figura 17): confeccionada em polylite com suspensão por cabos, correias e tiras de velcro. Neste tipo de prótese temos a opção de um cotovelo com trava externa (fixação manual) ou com trava interna (fixação através de um pequeno cabo, que comandado pelo ombro do mesmo lado, aciona a trava) ou o gancho. Indicada para amputações transumerais. Figura 17 - Exemplo de braço com cotovelo mecânico. Fonte: PRÓTESES, 2001. • Prótese híbrida (Figura 18): este tipo de prótese tem como característica a utilização de um sistema híbrido, onde a mão é mioelétrica e o cotovelo mecânico. A suspensão se faz por cabos e correias, sendo que a flexo-extensão do cotovelo é feita pelo cabo, e a abertura e o fechamento da mão correm pela ação dos eletrodos. Como vantagem este sistema apresenta maior facilidade no manuseio da prótese, requerendo também menor gasto energético, Figura 18 - Exemplo de prótese híbrida. Fonte: PRÓTESES, 2001.
  38. 38. 36 • Prótese para desarticulação do ombro / prótese para desarticulação do cotovelo (Figura 19): São movidas à propulsão muscular. Três tipos de cotovelos disponíveis: com trava externa, com trava interna ou articulação externa com trava opcional. Podem ser utilizadas com 3 tipos de mãos: mecânica, passiva (cosmética) e ganchos. Materiais: resina, cabos, tiras e velcro. Figura 19 - Exemplo de Prótese para desarticulação do ombro Fonte: PRÓTESES, 2001. • Próteses modulares dotadas de alta tecnologia (High Tech) com joelhos computadorizados (Figura 20): Este tipo de prótese é indicado para a protetização acima do joelho, para praticamente todos os comprimentos de coto, e possui vantagens em relação às próteses convencionais tanto do ponto de vista funcional como cosmético. O encaixe, a articulação de joelho e o pé são ligados através de diferentes tipos de adaptadores. (a) (b) (c) Figura 20 - Proteses modulares de Alta Tecnologia, (a) em atividade, (b) completa e (c) Joelho Fonte: ORTOPEDIA SÃO JOSÉ, 2004.
  39. 39. 37 • Prótese para pés (Figura 21): Esse tipo de prótese é usado para amputação bilateral dos pés, fabricado com materiais que agregam resistência e leveza, possibilitando ao usuário realizar certos movimentos que uma pessoa normal não consegue. Figura 21 - Prótese para os pés Fonte: HUFFINGTON POST, 2008. 2.3 ALGUNS ASPECTOS RELEVANTES SOBRE AS AMPUTAÇÕES 2.3.1 Legislação Básica e Alguns Dados Estatísticos As pessoas portadoras de deficiências nos mais diferentes campos e aspectos têm seus direitos garantidos na constituição de 1988. Outros instrumentos legais foram estabelecidos regulamentando os ditames constitucionais relativos a esse segmento populacional como as leis nos 7.855/89 e 8.080/90 chamada de lei orgânica da saúde bem como o Decreto n.º 298/99. Em seu artigo 23, Capítulo II, a Constituição Federal determina que: “é competência comum da União, dos Estados, do Distrito Federal e dos Municípios cuidarem da saúde e assistência públicas, da proteção e garantia das pessoas portadoras de deficiências”. Já a Lei n.º.853/89, que dispõe sobre o apoio às pessoas portadoras de deficiências e à sua integração social, no que se refere à saúde, atribui ao setor a promoção de ações preventivas; a criação de uma rede de serviços especializados em reabilitação e habilitação; a garantia de acesso aos estabelecimentos de saúde e do adequado tratamento no seu interior,
  40. 40. 38 segundo normas técnicas e padrões apropriados; a garantia de atendimento domiciliar de saúde ao deficiente grave não internado; e o desenvolvimento de programas de saúde voltados para as pessoas portadoras de deficiências, desenvolvidos com a participação da sociedade (art. 2. º, Inciso II). No âmbito específico do setor, cabe registro a Classificação Internacional de Deficiências, Incapacidades e Desvantagens (CIDID), elaborada pela Organização Mundial da Saúde (OMS), em 1989, que definiu deficiência como toda perda ou anormalidade de uma estrutura ou função sociológica, fisiológica ou anatômica; a incapacidade como toda restrição ou falta – devida a uma deficiência – da capacidade de realizar uma atividade na forma ou na medida em que se considera normal para um ser humano; e a desvantagem como uma situação prejudicial para um determinado indivíduo, em conseqüência de uma deficiência ou uma incapacidade, que limita ou impede o desempenho de um papel que é normal em seu caso (em função da idade, sexo e fatores sociais e culturais). A OMS, quase dez anos depois – em 1997 –, reapresentou essa Classificação Internacional com um novo título e novas conceituações. Agora denominada Classificação Internacional das Deficiências, Atividades e Participação: um manual da dimensão das incapacidades e da saúde (CIDDM-2), o documento fixa princípios que enfatizam o apoio, os contextos ambientais e as potencialidades, em vez da valorização das incapacidades e das limitações. Segundo a classificação adotada pela OMS, os tipos de deficiências mais abrangentes e freqüentes no Brasil estão relacionados às pessoas portadoras de deficiência mental, motora, auditiva, visual e múltipla. O dimensionamento da problemática da deficiência no Brasil, tanto em termos qualitativos quanto quantitativos, é muito difícil em razão da inexistência quase total de dados e informações de abrangência nacional, produzidos sistematicamente, que retratam de forma atualizada a realidade do País nesta área. A OMS estima que cerca de 10% da população de qualquer país em tempo de paz é portadora de algum tipo de deficiência, com base nesses percentuais, estima-se que no Brasil existam 16 milhões de pessoas portadoras de deficiência, conforme visto na Tabela 2. Tabela 2 - Estimativa Generalizada da Deficiência no Brasil. Deficiência mental Deficiência física Deficiência auditiva Deficiência visual Deficiência múltipla 5% 2% 1,5% 0,5% 1% Fonte: Organização Mundial da Saúde (OMS)
  41. 41. 39 2.3.2 Causas e Conseqüências das Amputações A definição de amputação, mais freqüentemente aceita por profissionais, é a de que se trata da retirada total ou parcial de um membro pelo ato cirúrgico, traumatismo ou doenças. Conseqüentemente deve-se considerar a amputação não como o fim de uma etapa, mas sim o princípio de uma nova fase que, se, de um lado mutilou a imagem corporal, de outro lado, eliminou o perigo de perder a vida (CAROMANO et al., 1992; BOCOLINI, 2000). As principais causas de amputações de membros inferiores e superiores estão relacionadas à ocorrência de complicações devidas, principalmente às insuficiências arteriais periféricas, complicações do diabetes mellitus, infecções severas, traumas, neoplasias e deformidades congênitas. A maior freqüência de amputação transtibial ocorre na faixa etária de 50 a 75 anos, com destaque para complicações vasculares geralmente em indivíduos com idade acima de 50 anos e, em seguida, condições traumáticas observadas em adultos jovens, devido a maior exposição ao trabalho e trânsito. Em crianças, as causas mais comuns de amputação incluem as deformidades congênitas, condições traumáticas ou por tratamento de doença maligna. Em relação à variável sexo, estudos mostraram que o maior índice de amputação ocorre em homens, em média 75% dos casos. No Brasil, estima-se que a incidência de amputações seja de 13,9 por 100.000 habitantes/ano (SPICHLER et al., 2001). Na literatura mundial, há controvérsias quanto à incidência de amputações, variando de 2,8 a 43,9 por 100.000 habitantes/ano, sendo mais significante na população diabética que chega a 440 por 100.000 hab/ano (SENE et al., 2000). (Nos EUA, ocorrem cerca de 30.000 a 60.000 amputações por ano. WEISS et al., 1990; TREWEEK & CONDE, 1998). Tal procedimento tem um importante impacto social no que diz respeito ao compromisso da mobilidade e independência do doente. Felizmente a ocorrência desse ato cirúrgico tem-se mantido estável nos últimos anos graças à melhora da educação em saúde e avanços tecnológicos em medicamentos e cirurgias (STERN, 1991). 2.3.3 Principais Indicações para Realização de uma Amputação. As principais causas são de naturezas diversas e englobam-se em vários grupos como: Veja Tabela 3.
  42. 42. 40 Tabela 3 – Amputações e suas Complicações. GRUPOS CAUSAS FREQÜÊNCIA INDICAÇÕES 1 Doença vascular periférica Pessoas idosas Portadores de enfermidades como: Diabetes, Arteriosclerose, Embolias, Tromboses arteriais maciças e Aneurismas arteriovenosos. Segundo o National Commission on Diabetes, “5 a 15 % dos diabéticos realizarão alguma forma de amputação no decorrer de suas vidas” (LOPES et al., 1994). 2 Traumatis mos Adultos e jovens Normalmente na impossibilidade de uma reconstrução do membro lesionado (GOTTSCHALK, 1999). 3 Tumores Variada Retirada do tumor, a indicação para essa amputação tem diminuído devido ao diagnóstico precoce (TOOMS, 1996 - a; CARVALHO, 1999). 4 Lesões nervosas Quando há ocorrência de úlceras e infecções num membro anestesiado (TOOMS, 1996 -b). Nesses casos, quando o controle médico de úlceras e infecções deixa de ser possível, e o membro passa a ser uma ameaça para a função e a vida do paciente, a melhor solução é a amputação (CAROMANO et al., 1992). 5 Infecções Estão diretamente relacionadas a processos traumáticos e vasculares, sendo que sua freqüência vem diminuindo devido aos avanços laboratoriais (FRIEDMANN, 1994). 6 Lesões térmicas Indivíduos jovens e sadios Podem ocorrer amputações tanto pelo calor quanto pelo frio. A realização da amputação pode ser executada mais tardiamente, dependendo da extensão da destruição inicial ou das deformações que podem vir a ocorrer pela perda da função (CAROMANO et al., 1992). 7 Más formações congênitas Nascituros Quando existe a presença de uma deformidade importante que possa dificultar a função do membro residual ou impossibilitar o uso de prótese, a amputação deve ser realizada nos primeiros anos de vida. isso vem diminuindo bastante devido a um aumento no uso de fixadores externos (CARVALHO, 1999). 8 Amputação por estética Adultos com deformações desde a infância Ocorre frequentemente em crianças que atingem a idade adulta com os membros deformados e que foram funcionais durante a infância, levando, conseqüentemente, a uma melhora no aspecto estético, social, profissional, emocional e na formação de sua personalidade (GARCIA et al., 1992). CRENSHAW (1996) menciona que uma lesão é indicada para uma amputação, quando o aporte sangüíneo ao membro está irreparavelmente destruído, ou quando o membro está tão gravemente ferido que se torna impossível sua reconstrução.
  43. 43. 41 2.3.4 Complicações com o Coto Segundo Friedmann (1994), as principais causas de complicações no coto são: edema, suturas, dor fantasma, ulceração do coto, inflamações, infecções, retração cicatricial, neuromas e espículas ósseas. Esses tipos de problemas costumam afetar o coto da segunda à terceira semana, após o ato cirúrgico. Os problemas decorrentes de causas, como neuromas, contraturas musculares e hipotrofias, entre outras, acontecem mais tardiamente; muito embora a dor possa aparecer em qualquer época, apresentando características das mais diversas. Tooms (1996) cita que a presença de necrose pode ser tratada com medidas conservadoras, porém pode retardar a cicatrização. A necrose mais grave, entretanto, indica uma circulação insuficiente na amputação, havendo necessidade de uma imediata ressecção em cunha ou reamputação num nível mais proximal. 2.3.5 Níveis de Amputações Transtibial e Transfemoral Segundo Carvalho (2001) e May (1993), o membro residual de amputação,coto, torna- se um novo membro e com uma importancia fundamental no sentido de que ele passa a ser totalmente responsável pelo controle da prótese durante a posição ortostática e a deambulação bem como influenciando de modo decisivo na reabilitação do paciente. Para que isso seja possível, ele deve apresentar algumas características, como: a) nível adequado; b) nem sempre o melhor coto é o mais longo; c) para alguns níveis de amputação (exemplo: tipo Chopart), pode-se obter resultados menos satisfatórios com a protetização e reabilitação; O coto de amputação, agora considerado como um novo membro, é o responsável pelo controle da prótese durante a posição ortostática e a deambulação. Para a padronização da terminologia ortoprotésica, foi desenvolvido um sistema de classificação internacional para a definição dos níveis de amputação: a) Parcial de dedos e pé – Excisão de qualquer parte de um ou mais dedos do pé; b) Desarticulação do nível da articulação metatarso-falângica; c) Parcial de dedo do pé/ ressecção em raio. Ressecção do 3º, 4º e 5º metatársicos e dedos; d) Transmetatársico – amputação através da secção média de todos os metatarsos;
  44. 44. 42 e) Symes – desarticulação da tíbio-társica, podendo envolver a remoção dos maléolos e das partes distais do peróneo e da tíbia; f) Amputação transtibial – é realizada entre a amputação de Symes e a desarticulação do joelho. Podemos dividi-la em 3 níveis, ou seja. o Amputação transtibial do terço proximal, o Amputação transtibial do terço médio e o Amputação transtibial do terço distal. Para esses níveis, devem-se considerar a importância funcional da articulação do joelho na reabilitação e na deambulação dos pacientes amputados. A avaliação do nível da amputação e da qualidade do coto, são de fundamental importância, e destes aspectos depende em grande parte as possibilidades de reabilitação do indivíduo (LIANZA, 1992). No entanto a maior parte das amputações situam-se nas regiões acima e abaixo do joelho. Amputação transfemoral – refere-se a todas as amputações realizadas entre a desarticulação do joelho e a anca. Como nas amputações transtibias, também podemos dividir em 3 níveis, isto é: 1) amputação transfemoral no terço proximal. 2) amputação transfemoral no terço médio 3) amputação transfemoral no terço distal. O coto neste nível de amputação tende a apresentar uma deformidade em flexão e abdução da anca. Verifica-se que quanto mais proximal o nível de amputação, maior a tendência à deformidade. Similarmente ao caso tibial, o ortoprotético inicia o processo da confecção do cartucho preenchendo uma ficha técnica (Apêndice A), conferindo as prescrições do ortopedista e fazendo anotações complementares. A ficha corresponde a um caso real onde alguns dados do paciente são protegidos por tarja preta para evitar identificação. É interessante observar que na ficha anterior, todo o perfil da prótese é definido com apenas quatro medidas no formato circunferencial das seções indicadas. Esse é um dos maiores motivos de tanto retrabalho necessário até a confecção final dos moldes negativo e positivo. Soma-se a isso o alto grau de incerteza no processo devido à baixa resolução da instrumentação utilizada.
  45. 45. 43 2.3.6 Como se Obtém uma Prótese Através do SUS. O procedimento para a obtenção de uma prótese pelo Sistema Único de Saúde do Brasil (SUS), inicia com a etapa de preenchimento de uma requisição do aparelho. O amputado carente passa por uma avaliação médica e sócio-econômica para poder receber o benefício. Após a aquisição do benefício, o mesmo submete-se a uma sessão para o preenchimento de uma ficha técnica conforme Portaria Nº388, de 28 de Julho de 1999 do Ministério da Saúde do Brasil (Apêndice A), para obtenção da prótese, onde é identificado o nível de amputação, tipo de equipamento, tipo de encaixe, material, medidas, etc. e que irá conter dados para confecção do membro artificial requerido. A fabricação é a etapa final do procedimento. Inicia-se pela avaliação do coto, com uma equipe, geralmente formada por um médico ortopédico e um protesista onde se analisam pele, cicatrizes, arco de movimento, etc. Em seguida, o médico emite uma ordem ao protesista para a confecção da prótese. Daí em diante preenche-se uma ficha técnica e o ortoprotesista toma medidas, como circunferências, diâmetros, comprimentos, comprimento do pé, referencial de altura entre joelhos, medidas da perna sadia para a confecção estética da prótese. Atualmente, esse trabalho é realizado de forma manual utilizando-se fitas métricas comuns, caracterizando um trabalho bastante rudimentar, artesanal e com um elevado grau de incerteza das medições. Essas medidas serão usadas na construção do molde positivo do cartucho que tem como principal material a atadura gessada, lápis, meia e o gesso calcinado. O molde tem função determinante na construção do cartucho, porque nele será projetada a estrutura de sustentação do paciente. Finalmente resta fazer a parte estética da prótese, que é dar o formato anatômico da perna lateral, que para isto usa-se uma espuma que é conformada por fresagem dando um formato anatômico sob medida da perna referencial. 2.4 ALGUMAS DAS METODOLOGIAS UTILIZADAS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES DE MEMBROS INFERIORES Atualmente existem diversos tipos de próteses de membros inferiores desde as mais simples fabricadas artesanalmente ate as que são utilizadas por atletas em competições esportivas. As próteses modernas, normalmente, são importadas e por isso seu custo é bastante elevado. No Brasil esse tipo de prótese só é usado por uma pequena parcela da
  46. 46. 44 população detentora de um alto poder aquisitivo. A seguir apresentam-se algumas metodologias empregadas na confecção de cartuchos de próteses de membros inferiores. 2.4.1 Processo de Produção no “Advanced Centre for Amputees” A tarefa de produzir um membro artificial pode ser comparada a uma tarefa de engenharia, é o que afirma o CENTRO AVANÇADO PARA AMPUTADOS – “Marco du Plooy’s ADVANCED CENTRE FOR AMPUTEES”, em Pretoria, África do Sul. Uma nova técnica denominada (Marlo Cartucho Anatômico) vem sendo usada para confeccionar cartuchos de próteses com características desejáveis, ver Figura 22, como: conforto, aparência e ainda permite ao amputado correr mais facilmente e caminhar mais tempo em maiores distâncias. Eles estimam que o tempo previsto para confecção de uma prótese é de uma semana incluindo as consultas e apresenta uma seqüência de etapas básicas do processo de fabricação de uma prótese do tipo Tibial. 2.4.1.1 Consulta O paciente assiste a uma demonstração padrão (Figura 23), para averiguar a prescrição mais adequada ao seu estilo de vida bem como avaliar custos e discutir recomendações técnicas e processo de reabilitação. Figura 22 – Modelo de Cartucho anatômico Figura 23 – Modelo de demonstração
  47. 47. 45 2.4.1.2 Medições Com o auxílio de uma fita métrica (Figura 24), as medidas são tomadas e anotadas cuidadosamente numa ficha. O procedimento exato pode diferir em função do nível de amputação. Nessa fase também se cria um modelo em gesso do membro residual o qual será usado para continuar o processo industrial depois. Figura 24 – Coletando as medidas do coto
  48. 48. 46 2.4.1.3 Retificando o Molde Positivo O Protesista faz um modelo positivo, em gesso, do membro residual a partir do molde negativo e em seguida procede com os cuidados técnicos dando o acabamento necessário, (Figura 25), de modo a garantir a funcionalidade desejada. O modelo final precisa ser examinado para assegurar que o membro residual poderá apoiar corretamente o membro residual para o qual foi projetado. Figura 25 – Retificando o Molde Positivo 2.4.1.4 Diagnóstico Nessa etapa diversos parâmetros são testados e analisados para verificar se a nova prótese corresponde com as medidas e se a ajustagem no membro residual satisfaz as expectativas de conforto. Até o modelo se ajustar corretamente um novo modelo é fabricado em material transparente não flexível. 2.4.1.5 Fabricação Em todos os cartuchos ortoprotéticos, são usados uma combinação de materiais especiais para a fabricação tais como:
  49. 49. 47 • Fibra de carbono; • Fibra de vidro; • Kevlar; • Fibra sintética (malha); • Resina acrílica e epóxi; Depois do processo de laminação o próximo passo é montar todos os componentes para finalizar o processo de fabricação da prótese. O alinhamento e ajuste final são garantidos com a utilização de um equipamento especial, Figura 26, que leva em conta diversas instruções complexas envolvendo ângulo e comprimento do membro residual como também o tipo e tamanho da prótese requerida. Figura 26 – Equipamento para alinhamento – Otto Bock LAZER® 2.4.1.6 Ajustando a Prótese O protesista confere o cartucho verificando se ele oferece o conforto adequado ao paciente (Figura 27), enquanto inspeciona o membro para o alinhamento correto e confirma o comprimento total em relação ao membro sadio. Caso o produto satisfaça todas as exigências
  50. 50. 48 de conforto e qualidade parte-se para o estagio final que é uma cobertura cosmética da prótese. Figura 27 – Ajustando a nova Prótese 2.4.1.7 Entrega Protética Uma vez satisfeito todos os requisitos de conforto e satisfação do paciente a nova prótese recebe um reforço por meio de um processo de laminação adicional. Se o paciente preferir uma melhoria estética uma nova operação é feita no sentido de tornar a cor da prótese cosmeticamente semelhante à cor do membro sadio, e então, o produto é liberado para a entrega final. 2.4.2 Processo de Produção no CPOD Segundo Joe Lott, Protesista e fundador do CPOD (Center for Prosthetic and Orthotic Design), há um conjunto de necessidades para um paciente que necessita de protetização em
  51. 51. 49 relação à perda funcional. Nesse sentido, o protesista é responsável para formular o modelo e selecionar os materiais e componentes necessários. Ele analisa a condição funcional do membro residual e ainda faz todas as medidas, modificações do modelo, planeja o processo de fabricação, os ajustes necessários (Figura 28), inclusive alinhamentos estático e dinâmico. Ele ainda faz avaliação da prótese no paciente e instrui o paciente sobre a melhor forma de utilização. Figura 28 – Ajustagem dos elementos da Prótese. Fonte: CPOD, 2005. 2.4.3 Novo Método de Fabricação de Cartucho Ortoprotético Um método inovador para fabricação de cartucho ortoprotético utilizando tecnologia CAD/CAM é apresentado por Tay et al (2002). De acordo com os autores, essa metodologia se encontra em fase de desenvolvimento e diversos investigadores estão trabalhando no sentido de aperfeiçoar a técnica e incorporar novos materiais na confecção de prótese duráveis e mais confortáveis. A seguir mostram-se alguns exemplos com mais detalhes. Na Figura 29 mostra-se parte do procedimento para fabricação de cartucho de prótese
  52. 52. 50 pelo método convencional o qual conduz a uma serie de problemas de ajustes e causa desconforto para o paciente. Figura 29 – fabricação de cartucho de prótese - método convencional. Com a tecnologia CAD/CAM (Figura 30), o membro artificial é scaneado para em seguida proceder com a laminação do cartucho. É possível se fabricar o cartucho direto sem a necessidade de um molde positivo. Isso é conseguido através da tecnologia FDM conforme mostrado na Figura. 31. Figura 30 – Usando o scan a laser
  53. 53. 51 Figura 31 – Fabricando o cartucho de prótese em uma maquina de FDM. A Figura 32 mostra o modelo sólido em casca do cartucho obtido pelo processo de prototipagem rápida e a Figura 33 mostra, graficamente, um estudo comparativo entre as duas formas de produzir o cartucho de prótese. Figura 32 – Modelo sólido do cartucho de prótese
  54. 54. 52 Laminado FDM % do ciclo da marcha Figura 33 - Análise comparativa entre o cartucho feito pelo método tradicional e por FDM 2.5 ALGUNS TRABALHOS CIENTÍFICOS PUBLICADOS NO PORTAL DA (CAPES), NA ÁREA DE PROJETO E DE MATERIAIS COMPOSTOS HÍBRIDOS. Ultimamente vem crescendo muito o numero de pesquisadores que se dedicam a resolver os mais diversos tipos de problemas relacionas com a saúde e qualidade de vida de determinadas calasse da população principalmente aqueles portadores de algum tipo de deficiência. A seguir serão citados diversos grupos e entidades de pesquisa que estão investigando e apresentado resultados positivo na área de engenharia biomédica e de materiais. De acordo com Jia et al (2004), ao considerar os efeitos inerciais em cartuchos de próteses, utilizando elementos finitos, em função dos movimentos dos membros inferiores e considerando a interface entre o cartucho e o coto existe diferença importante que poderão auxiliar em projetos mais elaborados de membros artificiais. Lee & Zang (2006), realizaram um estudo preliminar sobre os pontos sensíveis a dor na região superficial do coto com o objetivo de prever o ajuste ideal do cartucho. O trabalho de investigação foi feito utilizando-se simulação computacional. Trabalho idêntico foi realizado por Goh et al (2003), com foco em pressões estáticas e dinâmicas do andar humano. Zachariah (2000), analisando a distribuição de tensões na interface entre o corpo humano e a superfície do cartucho de prótese considera complicada tendo em vista deslocamentos descontínuos causados pelo deslizamento friccional. Lembra que o deslocamento relativo na interface pode ser menor que (40 µm) no caso de implante ósseo. No caso de deslocamento entre o coto e o cartucho esse movimento ultrapassa (18 mm), (BURGESS AND MOORE, 1977). Para Mathur (2005) o ForçadeReação(N)
  55. 55. 53 desenvolvimento de cartuchos de próteses com contato total para amputados acima do joelho oferece diversas vantagens e relata ainda que diversos materiais fossem testados como madeira, termoplásticos, compósitos termorrígidos. couro etc. porem o uso de resina (matriz polimérica) nos compósitos pode causar alergias, lembra. Importante estudo desenvolvido por Lin et al (2004) a respeito das influencias do cartucho de prótese e do alinhamento sobre o coto do paciente enfatizando a tensão aplicada os efeitos de escorregamento relativo do cartucho e o coto ao ser aplicado um carregamento de até 600 N. Atualmente há um interesse global por parte da indústria para utilização de matérias primas renováveis como é o caso das fibras de origem natural. Elas ocupam um espaço importante na produção bens de consumo com possibilidades de competir com produtos sintéticos. Para Li, Yan. et al. (2007), ao estudar o comportamento de fibra de sisal num compósito com matriz (HDPE) concluíram que as propriedades relativas à interface fibra matriz é bastante fraca. Essas propriedades, segundo os autores podem ser melhoradas com um tratamento da superfície da fibra. Ahmed, Vijayarangam e Kumar (2007) investigaram os efeitos de hibridização sobre as propriedades mecânicas de tecido de juta não tratada e fibra de vidro como reforço. Eles fizeram 10 variações na configuração do compósito e concluíram que o compósito contendo fibra de juta nas extremidades é o mais adequado, com maior ganho de resistência e com menor custo relativo. Em outro estudo os autores destacam a importância do uso de fibras naturais como juta, banana, sisal, bamboo, etc. e das vantagens que elas oferecem com relação às fibras de vidro, carbono, aramida, etc. as vantagens são: baixa densidade, baixo custo, boas propriedades de isolamento térmico, renovabilidade e biodegradabilidade. Compósitos a base de juta mostra-se como material de grande potencial em aplicações dos tipos estrutural e estruturais de baixo carregamento. 2.6 APLICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS HÍBRIDOS EM PRÓTESES. Após exaustiva pesquisa na busca de publicações cientificas, no Portal Brasileiro de Informação Cientifica1 , focadas nos materiais aplicados na confecção de cartuchos de próteses ortopédicas o autor não encontrou nenhuma publicação especifica do gênero. Apesar disso o material objeto dessa pesquisa, Compósito Hibrido, apresenta-se como solução alternativa para o referido fim tendo em vista as seguintes vantagens: baixa densidade (1,25 gr. /cm3 ), propriedades mecânicas compatíveis com a aplicação proposta, baixo custo, 1 www.periodicos.capes.gov.br
  56. 56. 54 facilidade de conformação, além de que parte de sua configuração é composta por fibras naturais. Todas essas propriedades são importantes quando a aplicação envolve a fabricação de próteses ortopédicas das mais variadas formas. 2.7 QUADRO ILUSTRATIVO DAS OPERAÇÕES BÁSICAS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES Os Quadros de 1 a 7, ilustram as etapas de processos de fabricação atualmente em uso na obtenção próteses, evidenciando sua complexidade, desperdício de material, longo tempo de execução e, principalmente, a inexatidão do produto final obtido. Todos esses fatores tornam claro que o método anteriormente proposto, objeto desse trabalho, é vantajoso porque viabiliza formas mais rápidas de processo de fabricação, associadas à melhores resultados quanto ao cálculo e análise de resistência do produto final. Essa característica é fundamental para o correto dimensionamento estrutural, além da possibilidade de fabricação do cartucho pela técnica de Engenharia Reversa.
  57. 57. 55 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODEFABRICAÇÃO COMIMAGEMILUSTRATIVAConvencionalNãoConvencionalProposto 1 Entrevistae preenchimentodeficha dedadoscadastrais contendo: a)Idade b)Sexo c)Peso d)Alturaecausas daamputação. Entrevistae preenchimentodeficha dedadoscadastrais contendo: e)Idade f)Sexo g)Peso Alturaecausasda amputação. Entrevistae preenchimentode fichadedados cadastrais contendo: h)Idade i)Sexo j)Peso Alturaecausasda amputação. Entrevistae preenchimentode fichadedados cadastrais contendo: k)Idade l)Sexo m)Peso Alturaecausasda amputação. 2InspeçãovisualetáctilInspeçãovisualetáctilInspeçãovisuale táctil Inspeçãovisuale táctil Quadro1-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  58. 58. 56 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODE FABRICAÇÃOCOMIMAGEMILUSTRATIVAConvencionalNãoConvencionalProposto 3 Preparação complementarda superfíciedocotopara procedimentode medidasdasseções transversais NãoPreparaNãoPrepara Preferencialmente simparacasosde elevadaflacidez 4 Tomadadasmedidas anatômicasdocotoe anotaçãoemfichacom acréscimosereduções dageometriaem funçãodas característicasdocoto.. Medecomfita métricae paquímetrode madeira Tambémmedecomfita métricaeréguagraduada. Utilizaumasemi-etapa adicionalemquegeraum modeloCADparametrizado paragerarumacascavirtual apartirdasmedidastiradas docotoutilizandoafita métrica. Utilizandoo Scanner3Dmede asseções transversaisdocoto eregistranodisco gráficoou repassado diretamenteao computador. Quadro2(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  59. 59. 57 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODE FABRICAÇÃOCOMIMAGEMILUSTRATIVAConvencionalNãoConvencionalProposto 5Confecçãodomolde negativo MoldadoemgessoNãoNão 6 Modificaçãodomolde negativocomoobjetivode corrigirimperfeições decorrentesdoprocesso. Temmodificaçãoe correçãode imperfeições NãoNão Quadro3(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  60. 60. 58 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODE FABRICAÇÃOCOMIMAGEMILUSTRATIVA Convencional Não Convencional Proposto 7 Adiçãodematerial(gesso) paraadequarascondições deapoiodoísquio. Adicionagessoeapresenta retrabalhoenvolvendo: a)lixamento b)Desbastecomlima c)Adiçãodemecha (tecidoegesso impregnado),etc. Não Não 8Regularizaçãodomolde negativo. Simcombastante retrabalhoenvolvendo lima,lixa,etc. Não Não Quadro4(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  61. 61. 59 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODE FABRICAÇÃOCOMIMAGEMILUSTRATIVAConvencionalNãoConvencionalProposto 9 Fabricaçãodo moldepositivo Confecciona moldeemgesso Omodeloemcasca virtualdoCADagora éusinadonuma estaçãode CAD/CAMgerando umaréplicadocoto empoliuretano correspondenteao moldepositivo. Omoldepositivoé opcionalnocasoda utilizaçãodeprototipagem rápidaparafabricaro cartuchodiretamente.Uma segundaalternativaéa confecçãoviamodelo SÓLIDOvirtualemCADa partirdasmediçõesfeitas noScanner3D. 10 Retificaçãodo moldepositivo Necessitade acabamento retificado Acabamentoleve paraadequarà geometriarealdo coto Nãonecessita Quadro5(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  62. 62. 60 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODE FABRICAÇÃOCOMIMAGEMILUSTRATIVA Convencional Não Convencional Proposto 11 Fabricaçãodo cartuchocomos seguintesmateriais básicos: a)Tecidodefibra devidro. b)Tricôtubular denylon. c)Resinaedois sacosdePVA. Utiliza materiaisde reforçode acordocoma experiência praticae habilidadedo Técnico Protesista. Utiliza materiaisde reforçode acordocoma experiência praticae habilidadedo Técnico Protesista. Utilizamateriaisdereforço localizadoemfunçãodaanálisede resistência.Aconfecçãodo cartuchoébaseadaem: 1)distribuiçãodecargasno modelosólidovirtualgeradono OrtoCadcombasenasmedidas feitasnoScanner3D. 2)CalculodeResistênciae fabricaçãodaréplicadocoto atravésdeumsistemade fabricaçãoemCADCAM. 12AlinhamentoEstático Faz alinhamento Estático Faz alinhamento EstáticoFazalinhamentoEstático Quadro6(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  63. 63. 61 SEQÜÊNCIADEOPERAÇÕESDOPROCESSODEFABRICAÇÃODEUMCARTUCHODEPRÓTESE MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODEFABRICAÇÃO COMIMAGEMILUSTRATIVAConvencionalNãoConvencionalProposto 13Alinhamento Dinâmico Fazalinhamento Dinâmico Fazalinhamento Dinâmico Fazalinhamento Dinâmico 14 AnalisedaMarcha Fazanalisede Marcha. Fazanalisede Marcha Fazanalisede Marcha Quadro7(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses
  64. 64. 62 2.8 EVOLUÇÕES DOS MATERIAIS A inteligência e necessidade humanas possibilitaram a transformação de matérias primas naturais em sintéticas, empregando um alto nível de tecnologia e de desenvolvimento de novos produtos. Com isso o avanço tecnológico que é fortemente dependente da disponibilidade de materiais com propriedades e desempenho adequados foi acelerado. Fazendo-se uma relação entre as propriedades desejadas e as características específicas dos materiais disponíveis se faz uma seleção de materiais para assim poder, com essa relação, se obter novos materiais para determinadas aplicações. Dentro da classe dos materiais compósitos, quais sejam aqueles que são obtidos a partir da combinação de dois ou mais materiais para gerar um outro com características e especificidades próprias, os obtidos a partir de matriz polimérica reforçada com fibras, também conhecidos como Plásticos Reforçados, vem se destacando pela versatilidade de suas propriedades e consequentemente de suas aplicações. Atualmente, existe um aumento progressivo da utilização dos Compósitos Poliméricos no setor industrial, principalmente como matéria prima para a fabricação de elementos estruturais. Tal se dá em função de suas características únicas que combinam boa resistência mecânica, baixo peso e facilidade de conformação, sendo estas últimas propriedades importantes quando a aplicação envolve a fabricação de próteses e/ou órteses das mais variadas formas. Para a escolha do processo de fabricação de estruturas feitas com estes materiais se consideram alguns fatores que podem ser decisivos tais como: a escala de produção necessária, dimensões dos elementos estruturais, custo de fabricação, método de fabricação, compatibilidade biológica, entre outros. 2.8.1 Os Materiais e sua Aplicação nas Próteses Para a fabricação de próteses e/ou órteses para atender à classe menos privilegiada da sociedade portadora de algum tipo de deficiência física, utilizam-se, geralmente, materiais ineficientes e métodos de fabricação artesanais que não trazem o conforto adequado para o paciente, chegando a várias situações, a causar problemas mais graves que a própria deficiência, como o caso da necessidade de reamputação de membros afetados. Isso gera constrangimento, causando sofrimento e levando o deficiente a desenvolver um Quadro de baixa estima, que dificulta o processo de aceitação a realidade da deficiência. Todos esses problemas levam a um resultado distinto do esperado, já que o principal objetivo de uma
  65. 65. 63 prótese e/ou órtese é o de dar ao deficiente uma maior capacidade de superação de suas barreiras, levando-o a alcançar patamares próximos aos atingidos antes da deficiência gerada. É inconteste o entendimento que o material utilizado nas próteses apresenta-se como o principal fundamento do sucesso ou insucesso do modelo a ser adotado. Em verdade, nos projetos mecânicos em geral, a escolha de materiais adequados são de absoluta necessidade para a solução dos problemas a que se pretende deduzir. Não é recomendável se realizar um estudo aprofundado sobre próteses, sem antes saber a composição, resistência, dentre outros aspectos, do material a ser usado na confecção de uma prótese. 2.9 PLÁSTICOS REFORÇADOS Nos tempos atuais existe uma tendência mundial em pesquisar recursos naturais que venham a beneficiar a humanidade, não somente na criação de novos produtos, mas também na oportunidade da criação de postos de trabalho e geração de renda através do desenvolvimento de novas tecnologias. O Brasil não foge deste princípio, e uma área de muito interesse no âmbito da pesquisa destaque se faz para os materiais compósitos em geral. Esses materiais são constituídos de duas ou mais fases distintas sem que haja fusão entre as mesmas. Nessa classe de materiais, os plásticos reforçados com fibras (compósitos poliméricos) são os mais cobiçados devido a sua diversidade de propriedades e aplicações. Os plásticos reforçados podem apresentar como material reforço tanto fibras naturais quanto sintéticas (Figura 34). A escolha do reforço à base de fibras naturais sejam estas de origens vegetal, mineral ou animal, deve-se principalmente, a sua crescente preocupação com a preservação do meio ambiente e socialização. Figura 34 – Poliéster reforçado com fibras de vidro. Fonte: Base de Pesquisa em Materiais Compósitos e Cerâmicos (UFRN, 2005).
  66. 66. 64 Há um grande interesse na busca por fibras naturais que possam substituir adequadamente as fibras sintéticas como, por exemplo, a fibra de vidro. Uma possível solução para suprir esta deficiência é o processo de hibridização; utilizando dois ou mais diferentes tipos de fibras, as vantagens encontradas em um tipo podem complementar as desvantagens da outra. Fibras vegetais, usualmente definidas somente como fibras naturais, são atualmente muito utilizadas como reforços em compósitos poliméricos devido ao seu baixo custo, serem biodegradáveis, o que condiz com o atual apelo à preservação ambiental e utilização de matéria renovável (Figura 35). Devido a sua inerente natureza rica em hidroxilas, as fibras vegetais são particularmente úteis em sistemas que utilizam resinas termofixas, tal como o poliuretano, onde o grupo hidroxila das fibras pode reagir com o grupo isocianato do poliuretano. Poliuretanos são polímeros muito versáteis que, pela escolha adequada dos seus elementos, podem ser preparados como um termoplástico, termofixos, elastômero, espuma rígida ou um adesivo. Figura 35 – Fibras vegetais: Curauá (esquerda) e Sisal (direita) Fonte: Base de Pesquisa em Materiais Compósitos e Cerâmicos (UFRN, 2006). As principais aplicações desses compósitos estão na construção civil, indústrias de móveis, embalagens e no ramo automotivo, geralmente utilizado como material funcional ou para carregamentos de leve e médio porte (SUDDELL et al., 2002; DAHLKE et al., 1998). No Brasil, uma área de aplicação desses materiais que se encontra praticamente estagnada em termos de soluções alternativas, é a área de órteses e/ou próteses. A busca de materiais compósitos como uma alternativa econômica para esse setor, principalmente na região nordeste, está relacionada ao fato do país ter sua economia baseada na agricultura, onde a matéria-prima obtida de fontes renováveis, tais como a juta, a cana-de- açúcar, o abacaxi, o curauá, o sisal, (fibras duras e longas), que podem ser utilizadas em compósitos poliméricos como alternativas às fibras sintéticas, é largamente disponível. As fibras vegetais constituem-se em uma alternativa ecológica com relação à biodegradabilidade destas, o que favorece a decomposição dos compósitos aos quais estão

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