Desenvolvimento de métodos para confecção de cartuchos de próteses

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

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

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

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

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.

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.

“Assim como todo o reino dividido é desfeito, toda a inteligência dividida em diversos
estudos se confunde e enfraquece.” Leonardo da Vinci

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.

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

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

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

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

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
57
58
59
60
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 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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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.

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

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.

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

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.

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

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.

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.

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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:

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• 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

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
• 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.

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.
• 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.

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.
• 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

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.
• 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.

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.
• 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.

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.
• 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.

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• 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
• 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.

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• 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,

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)

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.

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.

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;

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.

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

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

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

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:

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

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

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

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

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

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)

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

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.

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

56
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

57
5Confecçãodomolde
negativo
MoldadoemgessoNãoNão
6
Modificaçãodomolde
negativocomoobjetivode
corrigirimperfeições
decorrentesdoprocesso.
Temmodificaçãoe
correçãode
imperfeições
NãoNão

58
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

59
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

60
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

61
MétododeFabricaçãoESPECIFICAÇÃODASETAPASDOPROCESSODEFABRICAÇÃO
COMIMAGEMILUSTRATIVAConvencionalNãoConvencionalProposto
13Alinhamento
Dinâmico
Fazalinhamento
Dinâmico
Fazalinhamento
Dinâmico
Fazalinhamento
Dinâmico
14
AnalisedaMarcha
Fazanalisede
Marcha.
Fazanalisede
Marcha
Fazanalisede
Marcha

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

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).

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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