Taklit Dönemi ve Öntin Din Haline Getirilmes

Durante a fase de concepção do (Scanner 3D) já se pôde observar alguns resultados intermediários relevantes que serão explicitados adiante. O fato é que, devido aos desafios e complexidade dos problemas a serem superados, decidiu-se pela fabricação de pelo menos três versões de protótipos: protótipo original estilo bancada fixa (versão Alfa), protótipo final também no estilo bancada fixa (versão Beta) e o protótipo estilo portátil modular (versão Gama).

A versão Beta corresponde a uma situação de aprimoramento evolutiva da versão Alfa. Entretanto, a versão Gama foi concebida com fins específicos de portabilidade ainda em caráter primário. As figuras 63 e 64, ilustram o modelo CAD 3D e o modelo físico real do protótipo original Alfa já fabricado.

Figura 64 - Modelo físico real Alfa

Na Figura 65 tem-se representado o modelo CAD 3D do protótipo Beta estilo bancada fixa.

(a) (b)

Figura 65 - Modelo CAD 3D do Protótipo Beta, (a) completo e (b) base e conjunto planetário

Na Figura 66 tem-se representado o modelo CAD 3D do protótipo Gama estilo portátil modular .

(a) (b)

Figura 66 - Modelo CAD 3D do Protótipo Portátil modular Gama, (a) completo e (b) detalhe do braço

Todas essas três versões do equipamento que foram fabricadas obtiveram sucesso quanto à aplicação dos conceitos de Engenharia Reversa para auxiliar no projeto e fabricação de próteses ortopédicas.

Desde a primeira versão o mecanismo planetário idealizado respondeu muito bem no que se refere à prática da Engenharia Reversa. A nuvem de pontos e a geração dos modelos CAD ficaram bem definidos, até mesmo, quando poucas seções e ângulo maiores para as leituras dos pontos foram adotados. As figuras 67 e 68 mostram resultados da prática da Engenharia Reversa aplicada a uma tíbia real através do funcionamento do protótipo Alfa.

Figura 67 - Perna real Scaneada. Figura 68 – Nuvem de pontos e Malha 3D

Não há dúvidas que a nuvem de pontos obtidos pela Engenharia Reversa interfere na qualidade da malha. Esta última pode ser mais bem definida pelo número de leituras (i.e. número de divisões em torno do perfil “circular” do coto) em uma seção e pela quantidade de seções lida ao longo da altura da perna.

A decisão dos intervalos supracitados (i.e. freqüência e espaçamento das medições) para digitalização é definida pelo ortoprotesista em função do maior ou menor grau de incerteza de medição a que se pretende chegar. Entretanto, os resultados obtidos no protótipo Alfa indicam que deve ser feita a leitura de, no mínimo, um ponto a cada 10o(dez graus) de giro do eixo vertical da perna (número de divisão por seção) (PEREIRA, 2007).

Para uma boa qualidade visual (aspecto puramente gráfico) e para que a representação computacional do coto modelado tenha maior exatidão, no tocante ao perfil scaneado, observou-se que 20 leituras/seção, ou mais, em torno do coto se mostrou como sendo um número bastante satisfatório (PEREIRA, 2007).

A Figura 69 corresponde ao registro da primeira vez em que o protótipo Alfa foi utilizado por um paciente para a digitalização de um coto transfemoral real. A tarja preta nos rostos é para garantir o anonimato do paciente e seus familiares.

A Figura70 ilustra bem os resultados obtidos graficamente para as coordenadas (x ; y) das várias seções transversais (diferentes valores de z) de um coto transfemoral superpostas em um único disco milimetrado.

Figura 70 - Disco com os resultados gráficos de um coto transfemoral no protótipo Alfa

Considerando-se os resultados positivos expostos até esse ponto, decidiu-se que os ajustes feitos entre as versões Alfa e Beta ficariam muito mais focalizados em aspectos de conforto/ergonomia tanto para o operador quanto para o usuário deficiente. Assim, procurou- se:

• ampliar a faixa de atuação do equipamento em termos das diferentes possibilidades de tamanhos de coto femural e tibial;

• ampliar a faixa de atuação do equipamento em termos das diferentes idades alturas e peso dos pacientes;

• simplificar o manuseio pelo operador pela redução do número de regulagens de mecanismos;

• ampliar a sensação de conforto do paciente usuário;

• reduzir os graus de liberdade das peças de apoio, proporcionado maior imobilização do paciente e confiabilidade durante as leituras.

• garantir a segurança do deficiente evitando, principalmente o risco de quedas durante o seu uso. O medo de perder o equilíbrio, associado ao risco de agravamento físico, em pacientes com membros inferiores amputados representa uma das maiores fobias enfrentada no dia-a-dia.

Até se chegar à versão Beta do protótipo fizeram-se necessárias algumas transformações no equipamento que foram acontecendo de forma contínua para melhor adequá-lo às funcionalidades previstas no projeto original. Entretanto, apesar das deficiências construtivas (conforto/ergonomia) listadas no item anterior, o Scanner 3D (ainda que na versão Alfa) já demonstrou ser capaz de obter, mecanicamente e com menor grau de incerteza, a geometria espacial de um coto ou da perna sadia. É fácil de observar qualitativamente os ganhos. Basta uma simples avaliação da qualidade das imagens gráficas obtidas já na primeira versão quando comparado como método artesanal pelo uso de fitas métricas ou paquímetros de madeira.

Outro resultado muito importante obtido pela aplicação da tecnologia da Engenharia Reversa, na confecção de cartuchos de próteses, é que se conseguiu avançar etapas no processo de fabricação convencional das próteses. Dessa maneira, reduzem-se etapas de fabricação e, rapidamente, pode-se atingir a fase de obtenção do molde positivo ou, até mesmo num futuro próximo, cartucho de prova (semifinal) para o caso de se poder usar a tecnologia de prototipagem rápida. Naturalmente, esse feito significa redução das etapas de fabricação necessárias à produção do cartucho.

Produz-se um modelo CAD sólido 3D do cartucho da prótese incluindo uma espessura experimental que pode ser utilizada na análise por elementos finitos (FEA) de esforços de acordo com o peso particular de cada amputado. Detalhes do peso do paciente, opções de novos materiais e alterações na espessura são digitados em caixas de diálogos criadas especificamente para esse fim. A cada alteração o OrtoCAD gera automaticamente um novo modelo CAD e pode reavaliar os resultados obtidos no módulo CAE até chegar ao projeto final do cartucho (PEREIRA, 2007).

A Figura 71, a seguir, ilustra um cartucho tibial alimentado no software OrtoCAD fruto da Engenharia Reversa no protótipo Alfa do Scanner 3D concebido nessa pesquisa. Também está sendo ilustrada a possibilidade de se realizar análises de tensões e deformações em função do peso do paciente, material estudado, espessura, etc.

Figura 71 - Cartucho alimentado pelo protótipo Alfa em análise FEM no OrtoCAD .

Os resultados obtidos na interface CAE do OrtoCAD são muito importantes para que, uma vez determinado algumas propriedades básicas de um material (Coeficiente de Poisson e Módulo de Elasticidade), se possa analisar, para um grupo de espessuras, qual as tensões e deformações verificando as condições de rigidez e resistência.

A Figura 72 é um exemplo da possibilidade de se visualizar as deformações no OrtoCAD depois de aplicada a Engenharia Reversa pelo Scanner 3D.

Figura 72 - Deformação em metros antes e após carregamento de 700N (Valor ampliado em 22000 vezes)

A Figura 73 exemplifica, no OrtoCAD, a visualização da distribuição de tensão através do critério de resistência de Von Misses após a aplicação do peso do paciente.