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Monografia sobre confecção de uma prótese bionica.

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Page 1: Protese TCC

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

Page 2: Protese TCC

WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ

DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS

MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES

DE MEMBROS INFERIORES

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica daUniversidade Federal do Rio Grande do Nortecomo requisito parcial para obtenção do graude Doutor em Engenharia Mecânica na Área deConcentração de Tecnologia dos Materiais.

Orientadores:

Profa. Dra. Eve Maria Freire de Aquino

Prof. Dr. Ângelo Roncalli Oliveira Guerra

Natal/RN

2008

Page 3: Protese TCC

Divisão de Serviços TécnicosCatalogação da Publicação na Fonte / Biblioteca Central Zila Mamede

Queiroz, William Fernandes de.

Desenvolvimento de métodos construtivos e de novos materiais empregadosna confecção de cartuchos de próteses de membros inferiores / William Fernandesde 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 deTecnologia. 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

Page 4: Protese TCC

WILLIAM FERNANDES DE QUEIROZ

DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS CONSTRUTIVOS E DE NOVOS

MATERIAIS EMPREGADOS NA CONFECÇÃO DE CARTUCHOS DE PRÓTESES

DE MEMBROS INFERIORES

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica daUniversidade Federal do Rio Grande do Nortecomo requisito parcial para obtenção do graude Doutor em Engenharia Mecânica na Área deConcentração de Tecnologia dos Materiais.

Aprovado em ____________________________

BANCA EXAMINADORA___________________________________________________________________________

Dra. Sônia Maria Malmonge, UFABCExaminadora Externa

Dr. Nagib Francisco da Silva, PETROBRÁSExaminador Externo

Dr. Raimundo Carlos Silvério Freire Júnior, UFRNExaminador Interno

Dr. Carlos Magno de Lima, UFRNExaminador Interno

Dra. Eve Maria Freire de Aquino, UFRNOrientadora

Dr. Ângelo Roncalli Oliveira Guerra, UFRNCo-orientador

Page 5: Protese TCC

Dedico este trabalho. A Deus.pelo sentido da vida

e aos meus pais, como tambémaos meus filhos, Micaele, MichelleIgor, Isaac e Isaias- em especialà minha esposa M. de Fátima.

Page 6: Protese TCC

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.

Page 7: Protese TCC

“Assim como todo o reino dividido é desfeito, toda a inteligência dividida em diversos

estudos se confunde e enfraquece.” Leonardo da Vinci

Page 8: Protese TCC

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.

Page 9: Protese TCC

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

Page 10: Protese TCC

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

Page 11: Protese TCC

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

Page 12: Protese TCC

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

Page 13: Protese TCC

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Comparação de metodologias no processo de fabricação de cartucho de próteses 55

Quadro 2 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de

cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------

56

Quadro 3 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de

cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------

57

Quadro 4 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de

cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------

58

Quadro 5 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de

cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------

59

Quadro 6 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de

cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------

60

Quadro 7 – (Continuação) - Comparação de metodologias no processo de fabricação de

cartucho de próteses ------------------------------------------------------------------------

61

Quadro 8 – Análise de um Scanner 3D (Versão Beta) com respeito à sua estrutura de função - 83

Quadro 9 – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ------------------------- 85

Quadro 10 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 86

Quadro 11 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 87

Quadro 12 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 88

Quadro 13 – (Continuação) – Evolução do projeto e concepção do Leitor Mecânico (LM) ---- 89

Quadro 14 – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular ---------------------- 90

Quadro 15 – (Continuação) – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular -- 91

Quadro 16 – (Continuação) – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular -- 92

Page 14: Protese TCC

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

Page 15: Protese TCC

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

Page 16: Protese TCC

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

Page 17: Protese TCC

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

Page 18: Protese TCC

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

Page 19: Protese TCC

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

Page 20: Protese TCC

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.

Page 21: Protese TCC

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 paquímetroFonte: PEREIRA, 2007

Page 22: Protese TCC

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 InferioresNíveis de

amputaçãoTipos de

equipamentosTipos de encaixe

Tipos demateriais

Tipos desuspensão

Desarticulaçãodo Quadril

Transfemoral

Desarticulaçãodo Joelho

Transtibial

Endo-esqueléticomodular

Exo-esqueléticaconvencional

Quadrilateral

ContençãoIsquiática:

• PTB• PTS• PTB

comcoxa V

• PTBparaChopart,Pirogoff,Syme.

•Desarticulação doQuadril

Cesto

Resina Acrílicapara Laminação

Couro

Propileno

Polipropileno

Espuma depoliuretanoexpandido

Reforço em AçoCarbono

Malhas de fibrasintética

Fibra de carbono eManta de fibra devidro

Válvula a vácuo

Cinto pélvico

Cinto Silesiano

CorreiaSupracondilar

Coxa KBM

Fonte: BRASIL, MINISTÉRIO DA SAÚDE. PORTARIA Nº 388, DE 28 DE JULHO DE 1999.

Page 23: Protese TCC

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

Page 24: Protese TCC

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.

Page 25: Protese TCC

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

Page 26: Protese TCC

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.

Page 27: Protese TCC

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

Page 28: Protese TCC

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.

Page 29: Protese TCC

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 egípciaFonte: KHRONOPEDIA, 2007.

Page 30: Protese TCC

28

Da época do renascimento já há exemplos de próteses sofisticadas, especialmente do

ponto de vista estético. A funcionalidade das próteses anteriores ao século XX sempre foi

bastante limitada pela falta de materiais específicos, conhecimentos de fisioterapia

indispensáveis a uma boa protetização e, principalmente, pelo estágio rudimentar da

medicina, como o desconhecimento da assepsia e antibióticos, provocando a morte da maior

parte dos candidatos à amputação.

Foi apenas no século XIX (a partir de 1800) que se passou a utilizar o torniquete de

forma sistemática; antes de 1600 não se conhecia nem o enfaixamento do coto para estancar o

sangramento, sendo usados métodos rudimentares, como cauterização e esmagamento.

Após duas guerras mundiais, havia um grande contingente de amputados que

necessitava ser protetizado. Na época da primeira guerra, já existiam próteses com

articulações de joelho, porém seu custo era elevado: os componentes tinham de ser

confeccionados individualmente em aço. Assim, ficava restrito ao uso de pernas de madeira,

ou de alumínio, para o público em geral.

A história evolutiva das próteses passa, dessa forma, por diversos momentos onde a

necessidade constante de aperfeiçoamento construtivo e da busca de novos materiais bem

como do emprego de tecnologias embarcadas vem mostrando resultados surpreendentes no

sentido de promover cada vez mais independência e satisfação aos seus usuários.

2.2 ALGUNS TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE PRÓTESES

Há diversas classificações para os mais variados tipos de próteses, conforme a

necessidade e a condição do amputado, a altura da amputação, o membro amputado etc.

Todas as próteses apresentam suas vantagens e desvantagens, entretanto, com o domínio e a

aplicação da alta tecnologia, atualmente, na elaboração de novos materiais e na utilização de

procedimentos computadorizados, as próteses mais modernas conseguem chegar a níveis

muito elevados de sofisticação, muito embora seu preço seja impraticável para a maior parte

da população.

A seguir, mostram-se alguns tipos de próteses, com características especificas, dentre

as mais comuns adotadas:

Page 31: Protese TCC

29

• Prótese exo-esquelética (Figura 5): indicada para pacientes com amputação

transtibial, tipo PTB, PTS ou KBM, laminada em resina acrílica, opcionalmente com

reforço em fibra de carbono, com soquete flexível entre o encaixe e o coto de

amputação, pé SACH ou articulado,

Figura 5 - Prótese exo-esquelética transtibial com soquete flexívelFonte: 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 transfemoralFonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000.

Page 32: Protese TCC

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 flexívelFonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000.

• Prótese não convencional para má formação congênita (Figura 8): podendo ser

laminada em resina acrílica (exoesquelética) ou sistemas modular (endoesquelética),

em aço e alumínio.

Figura 8 - Prótese não convencional para má formação congênita.Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000.

Page 33: Protese TCC

31

• Prótese exoesquelética, para desarticulação do joelho (Figura 9): laminada em

resina acrílica, com reforço em fibra de carbono, com articulação de joelho externa,

em hastes de aço articulada com rolamentos, encaixe de coxa em resina plástica ou em

polipropileno ou em couro, pé SACH ou articulado.

Figura 9 - Prótese exoesquelética, para desarticulação do joelho.Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA BENEFICENTE DE REABILITAÇÃO, 2000.

• Liner de silicone (Figura 10): o Liner de silicone poderá ser utilizado com o intuito de

melhorar a suspensão da prótese, permitindo maior segurança aos pacientes. Utilizado

com próteses tubulares de diferentes materiais, também oferece conforto aos usuários.

Figura 10 - Liner de SiliconeFonte: PRÓTESES, 2001.

Page 34: Protese TCC

32

• Prótese canadense (Figura 11): indicadas em emelias, desarticulações do quadril e

hemipelvectomias. Hemicesto em polylite. Nesse tipo de prótese, há vários tipos de

joelhos disponíveis no mercado, como: JUPA (trava automática); Habberman (sem

trava), livre; com trava automática e rígida.

Figura 11 - Modelo de prótese canadense.Fonte: PRÓTESES, 2001.

• Prótese modular infantil (Figura 12): pode ser utilizada em crianças entre 2 e 12

anos, com altura máxima de 1,45cm e peso máximo de 45 kg. Confeccionada em liga

de metal bastante leve. Os joelhos disponíveis para este tipo de prótese são o

monoeixo com impulsor incorporado ou com trava. Já o pé disponível é o modelo

SACH.

Figura 12 - Prótese modular infantilFonte: PRÓTESES, 2001.

Page 35: Protese TCC

33

• Prótese não convencional (Figura 13): fabricada sob medida. Tem indicação para as

graves e complexas malformações congênitas dos membros inferiores associadas a

grandes encurtamentos

Figura 13 - Modelo de prótese não convencional.Fonte: PRÓTESES, 2001.

• Próteses para desarticulações do quadril e do joelho (Figura 14): este tipo de

prótese é utilizado quando situações adversas (determinadas atividades do paciente, condições

geográficas) inviabilizam o uso de uma prótese modular, tecnicamente mais avançada e leve,

portanto mais indicada para este nível de amputação. A prótese é composta pelo encaixe, a

barra posterior de apoio, a articulação de joelho com panturrilha, o tornozelo e o pé. O

encaixe em resina tem a forma de um cesto, com uma abertura na parte anterior. Ele está

ligado à prótese através de um eixo (articulação de quadril), além de possuir uma barra de

sustentação na parte posterior.

Figura 14 – Prótese para desarticulação do quadril e do joelhoFonte: ORTOPEDIA SÃO JOSÉ, 2004.

Page 36: Protese TCC

34

• Prótese para amputação do antebraço com acionamento mioelétrico (Figura 15): a

mão é acionada pelos potenciais gerados por correntes musculares existentes no coto,

que são captados e amplificados por eletrodos. Além da abertura e fechamento da

mão, também poderá realizar a prono-supinação. Indicado para pacientes com

amputação do terço proximal e médio do antebraço.

Figura 15 - Prótese para antebraço com acionamento mioelétrico.Fonte: PRÓTESES, 2001.

• Antebraço mecânico com gancho (Figura 16): confeccionada com o material,

(polylite) sendo que a suspensão é realizada através de cabos e correias com

dispositivo terminal (gancho). Neste tipo de prótese, a movimentação ocorre através

de propulsão muscular. Através do cabo de aço preso à correia ancorada no ombro

oposto se consegue a movimentação (abertura e fechamento do gancho). A indicação é

semelhante à da prótese mioelétrica,

Figura 16 - Exemplo de antebraço mecânico com gancho.Fonte: PRÓTESES, 2001.

Page 37: Protese TCC

35

• Braço com cotovelo mecânico (Figura 17): confeccionada em polylite com suspensão

por cabos, correias e tiras de velcro. Neste tipo de prótese temos a opção de um

cotovelo com trava externa (fixação manual) ou com trava interna (fixação através de

um pequeno cabo, que comandado pelo ombro do mesmo lado, aciona a trava) ou o

gancho. Indicada para amputações transumerais.

Figura 17 - Exemplo de braço com cotovelo mecânico.Fonte: PRÓTESES, 2001.

• Prótese híbrida (Figura 18): este tipo de prótese tem como característica a utilização

de um sistema híbrido, onde a mão é mioelétrica e o cotovelo mecânico. A suspensão

se faz por cabos e correias, sendo que a flexo-extensão do cotovelo é feita pelo cabo, e

a abertura e o fechamento da mão correm pela ação dos eletrodos. Como vantagem

este sistema apresenta maior facilidade no manuseio da prótese, requerendo também

menor gasto energético,

Figura 18 - Exemplo de prótese híbrida.Fonte: PRÓTESES, 2001.

Page 38: Protese TCC

36

• Prótese para desarticulação do ombro / prótese para desarticulação do cotovelo

(Figura 19): São movidas à propulsão muscular. Três tipos de cotovelos disponíveis:

com trava externa, com trava interna ou articulação externa com trava opcional.

Podem ser utilizadas com 3 tipos de mãos: mecânica, passiva (cosmética) e ganchos.

Materiais: resina, cabos, tiras e velcro.

Figura 19 - Exemplo de Prótese para desarticulação do ombroFonte: PRÓTESES, 2001.

• Próteses modulares dotadas de alta tecnologia (High Tech) com joelhos

computadorizados (Figura 20): Este tipo de prótese é indicado para a protetização

acima do joelho, para praticamente todos os comprimentos de coto, e possui vantagens

em relação às próteses convencionais tanto do ponto de vista funcional como

cosmético. O encaixe, a articulação de joelho e o pé são ligados através de diferentes

tipos de adaptadores.

(a)

(b) (c)Figura 20 - Proteses modulares de Alta Tecnologia, (a) em atividade, (b) completa e (c) Joelho

Fonte: ORTOPEDIA SÃO JOSÉ, 2004.

Page 39: Protese TCC

37

• Prótese para pés (Figura 21): Esse tipo de prótese é usado para amputação bilateral

dos pés, fabricado com materiais que agregam resistência e leveza, possibilitando ao

usuário realizar certos movimentos que uma pessoa normal não consegue.

Figura 21 - Prótese para os pésFonte: 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,

Page 40: Protese TCC

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.

Deficiênciamental

Deficiênciafísica

Deficiência auditiva Deficiência visual Deficiência múltipla

5% 2% 1,5% 0,5% 1%Fonte: Organização Mundial da Saúde (OMS)

Page 41: Protese TCC

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.

Page 42: Protese TCC

40

Tabela 3 – Amputações e suas Complicações.GRUPOS CAUSAS FREQÜÊNCIA INDICAÇÕES

1Doençavascularperiférica

Pessoasidosas

Portadores de enfermidades como:Diabetes, Arteriosclerose, Embolias, Trombosesarteriais maciças e Aneurismas arteriovenosos.Segundo o National Commission on Diabetes, “5 a 15 %dos diabéticos realizarão alguma forma de amputação nodecorrer de suas vidas” (LOPES et al., 1994).

2Traumatismos

Adultos ejovens

Normalmente na impossibilidade de uma reconstruçãodo membro lesionado (GOTTSCHALK, 1999).

3 Tumores Variada

Retirada do tumor, a indicação para essa amputaçãotem diminuído devido ao diagnóstico precoce (TOOMS,1996 - a; CARVALHO, 1999).

4Lesõesnervosas

Quando há ocorrência de úlceras e infecções nummembro anestesiado (TOOMS, 1996 -b). Nesses casos,quando o controle médico de úlceras e infecções deixade ser possível, e o membro passa a ser uma ameaçapara a função e a vida do paciente, a melhor solução é aamputação (CAROMANO et al., 1992).

5 Infecções

Estão diretamente relacionadas a processos traumáticose vasculares, sendo que sua freqüência vem diminuindodevido aos avanços laboratoriais (FRIEDMANN, 1994).

6Lesõestérmicas

Indivíduosjovens esadios

Podem ocorrer amputações tanto pelo calor quanto pelofrio. A realização da amputação pode ser executada maistardiamente, dependendo da extensão da destruiçãoinicial ou das deformações que podem vir a ocorrer pelaperda da função (CAROMANO et al., 1992).

7

Másformaçõescongênitas Nascituros

Quando existe a presença de uma deformidadeimportante que possa dificultar a função do membroresidual ou impossibilitar o uso de prótese, a amputaçãodeve ser realizada nos primeiros anos de vida. isso vemdiminuindo bastante devido a um aumento no uso defixadores externos (CARVALHO, 1999).

8 Amputaçãopor estética

Adultos comdeformaçõesdesde ainfância

Ocorre frequentemente em crianças que atingem a idadeadulta com os membros deformados e que foramfuncionais durante a infância, levando,conseqüentemente, a uma melhora no aspecto estético,social, profissional, emocional e na formação de suapersonalidade (GARCIA et al., 1992). CRENSHAW(1996) menciona que uma lesão é indicada para umaamputação, quando o aporte sangüíneo ao membro estáirreparavelmente destruído, ou quando o membro está tãogravemente ferido que se torna impossível suareconstrução.

Page 43: Protese TCC

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;

Page 44: Protese TCC

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.

Page 45: Protese TCC

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

Page 46: Protese TCC

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

Page 47: Protese TCC

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

Page 48: Protese TCC

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:

Page 49: Protese TCC

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

Page 50: Protese TCC

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

Page 51: Protese TCC

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

Page 52: Protese TCC

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

Page 53: Protese TCC

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

Page 54: Protese TCC

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)

Page 55: Protese TCC

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

Page 56: Protese TCC

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.

Page 57: Protese TCC

55

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1

Entrevistae

preenchimentodeficha

dedadoscadastrais

contendo:

a)Idade

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c)Peso

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daamputação.

Entrevistae

preenchimentodeficha

dedadoscadastrais

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cadastrais

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amputação.

Entrevistae

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cadastrais

contendo:

k)Idade

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Alturaecausasda

amputação.

2Inspeçãovisualetáctil

Inspeçãovisualetáctil

Inspeçãovisuale

táctil

Inspeçãovisuale

táctil

Quadro1-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 58: Protese TCC

56

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3

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transversais

NãoPrepara

NãoPrepara

Preferencialmente

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4Tomadadasmedidas

anatômicasdocotoe

anotaçãoemfichacom

acréscimosereduções

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funçãodas

característicasdocoto..

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métricae

paquímetrode

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Tambémmedecomfita

métricaeréguagraduada.

Utilizaumasemi-etapa

adicionalemquegeraum

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paragerarumacascavirtual

apartirdasmedidastiradas

docotoutilizandoafita

métrica.

Utilizandoo

Scanner3Dmede

asseções

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eregistranodisco

gráficoou

repassado

diretamenteao

computador.

Quadro2(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 59: Protese TCC

57

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IMA

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TR

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IVA

Convencional

NãoConvencional

Proposto

5Confecçãodomolde

negativo

Moldadoemgesso

Não

Não

6Modificaçãodomolde

negativocomoobjetivode

corrigirimperfeições

decorrentesdoprocesso.

Temmodificaçãoe

correçãode

imperfeições

Não

Não

Quadro3(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 60: Protese TCC

58

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Convencional

Não

Convencional

Proposto

7Adiçãodematerial(gesso)

paraadequarascondições

deapoiodoísquio.

Adicionagessoeapresenta

retrabalhoenvolvendo:

a)lixamento

b)Desbastecomlima

c)Adiçãodemecha

(tecidoegesso

impregnado),etc.

Não

Não

8Regularizaçãodomolde

negativo.

Simcombastante

retrabalhoenvolvendo

lima,lixa,etc.

Não

Não

Quadro4(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 61: Protese TCC

59

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Convencional

NãoConvencional

Proposto

9

Fabricaçãodo

moldepositivo

Confecciona

moldeemgesso

Omodeloemcasca

virtualdoCADagora

éusinadonuma

estaçãode

CAD/CAMgerando

umaréplicadocoto

empoliuretano

correspondenteao

moldepositivo.

Omoldepositivoé

opcionalnocasoda

utilizaçãodeprototipagem

rápidaparafabricaro

cartuchodiretamente.Uma

segundaalternativaéa

confecçãoviamodelo

SÓLIDOvirtualemCADa

partirdasmediçõesfeitas

noScanner3D.

10

Retificaçãodo

moldepositivo

Necessitade

acabamento

retificado

Acabamentoleve

paraadequarà

geometriarealdo

coto

Nãonecessita

Quadro5(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 62: Protese TCC

60

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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

fabricaçãoemCAD\CAM.

12AlinhamentoEstático

Faz

alinhamento

Estático

Faz

alinhamento

Estático

FazalinhamentoEstático

Quadro6(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 63: Protese TCC

61

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NãoConvencional

Proposto

13Alinhamento

Dinâmico

Fazalinhamento

Dinâmico

Fazalinhamento

Dinâmico

Fazalinhamento

Dinâmico

14AnalisedaMarcha

Fazanalisede

Marcha.

Fazanalisede

Marcha

Fazanalisede

Marcha

Quadro7(Continuação)-Comparaçãodemetodologiasnoprocessodefabricaçãodecartuchosdepróteses

Page 64: Protese TCC

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

Page 65: Protese TCC

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 emMateriais Compósitos e Cerâmicos (UFRN, 2005).

Page 66: Protese TCC

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 emMateriais 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

Page 67: Protese TCC

65

associados após sua vida útil, e ao fato destes resíduos não serem poluentes, que são aspectos

considerados vantajosos para algumas aplicações (NOTHENBERG, 1996).

Uma importante característica dos compósitos poliméricos é o efeito sinérgico

observado no sistema, onde as propriedades finais são misturas melhoradas das propriedades

individuais de seus componentes. Como as fibras vegetais têm, comparativamente, boas

propriedades mecânicas específicas (resistência/peso, módulo elástico/peso), isso faz delas um

componente viável para a aplicação em compósitos. A madeira é um exemplo natural de

compósito, onde temos a celulose como reforço e a lignina como matriz (Franco & Vega,

1997).

A principal limitação em encontrar novas aplicações para compósitos de fibras

vegetais, principalmente aplicações estruturais, deve-se ao baixo desempenho mecânico e alta

absorção de umidade destas fibras (ESPERT et al, 2004; JOSEPH et al, 2002). Uma

alternativa para minimizar este problema é o processo de hibridização com a associação de

fibras naturais e sintéticas. A fibra de vidro apresenta-se como uma boa alternativa para a

hibridização; vários trabalhos reportam que a mesma tem um bom efeito de reforçamento

quando associadas com as fibras de juta, sisal e coco (PAVITHAN apud OLIVEIRA, 2005;

CLARK e ANSELL, 1986; MOHAN e KISHORE, 1985). Além disto, as fibras de vidro são

praticamente impermeáveis à água podendo atuar como “barreira” para minimizar o contato

das fibras naturais, de natureza hidrofílica, com a água (BLEDZIK e GASSAN, 1999).

A norma ASTM D3878-95 traz uma definição mais completa para os materiais

compósitos: “é uma substância constituída de dois ou mais materiais, insolúveis entre si, que

são combinados para formar um material de engenharia útil com certas propriedades que não

se encontram nos materiais isoladamente”. A denominação destes materiais é bastante

diversificada, podendo ser tratados na literatura como: compostos, conjugados ou compósitos.

Para o constituinte mais usado como matriz, destaque se faz para os polímeros

sintéticos. O processamento de um compósito de matriz polimérica não envolve,

necessariamente, altas pressões e não requer altas temperaturas. Também, os problemas

associados com a degradação do reforço durante a manufatura são menos significativos para

os compósitos com matrizes poliméricas do que para os compósitos com outras matrizes

(metálicas, concreto, entre outros). Ainda, os equipamentos necessários para se obter

compósitos com matrizes poliméricas, em sua maioria, são simples de usar. Por estas razões,

os compósitos com matrizes poliméricas se desenvolveram rapidamente e logo se tornaram

aceitos para aplicações estruturais (MATTHEWS, 1994) e que no caso de aplicações

ortopédicas pode vir a baratear o custo de fabricação do produto final.

Page 68: Protese TCC

66

2.10 MATERIAIS COMPÓSITOS HÍBRIDOS

Ainda dentro do interesse da utilização de materiais alternativos nos mais variados

tipos de aplicações, incluindo na obtenção de órtese/prótese, o uso de fibras naturais nos

compósitos se destaca, principalmente, no que se refere à crescente preocupação mundial com

a preservação ambiental. Há um grande interesse na busca por fibras naturais que possam

substituir adequadamente as fibras sintéticas como, por exemplo, a fibra de vidro.

Compósitos com fibras naturais têm potencial para aplicação em componentes sujeitos

aos carregamentos leves ou moderados. Podem substituir polímeros ou mesmo compósitos

com fibras de vidro em muitas situações. As principais aplicações estão: na construção civil,

indústria de móveis, embalagens e no ramo automotivo. Portas e partes laterais de automóveis

já são feitas com compósitos de fibras naturais e resina fenólica, poliéster ou polipropileno

(SCHUH e GAYER, 1996; DAHLKE et al, 1998; e SUDDELL et al, 2002). As principais

vantagens, neste caso, são as reduções de custo e peso dos veículos (SUDDELL et al, 2002).

As maiores limitações na utilização das fibras naturais estão no seu baixo desempenho

mecânico e alta absorção de umidade (Joseph et al., 2002; SINGLETON et al, 2003; DIPA et

al, 2002 e ESPERT et al, 2004). Uma alternativa promissora para minimizar ou mesmo

resolver este problema é o processo de hibridização com a associação de fibras naturais e

sintéticas. Estas últimas, em geral, são materiais relativamente inertes, imunes ao ataque

biológico e com boa resistência a alguns agentes químicos e solventes (TWE e LIAO, 2003;

TWE et al, 2002; KALAPRASAD e KURUVILLA, 1997). A fibra de vidro apresenta-se

como uma boa alternativa para hibridização. Vários trabalhos reportam que a mesma tem um

bom efeito de reforçamento quando associadas com as fibras de juta, sisal e coco (MOHAN e

KISHORE, 1985; CLARK e ANSELL, 1986; PAVITHAN apud OLIVEIRA, 2005).

Além disso, quando as fibras naturais são substituídas pelas fibras de vidro a absorção

de umidade decresce, e em conseqüência influencia de modo menos significativo em suas

propriedades mecânicas (BLEDZIK e GASSAN, 1999). As fibras de vidro, impermeáveis,

podem atuar como “barreira” minimizando o contato das fibras vegetais, hidrofílicas, com a

água.

Os materiais compósitos híbridos apresentam na sua estrutura, combinações de vários

tipos de reforços, combinando fibras e partículas no mesmo material ou ainda combinando

mais de um tipo de fibra ou de partícula no mesmo material, figura 36.

Os materiais compósitos híbridos vêm se tornando comuns e são geralmente

confeccionados na forma de placas com várias camadas (laminados), com vários tipos de

Page 69: Protese TCC

67

fibras misturadas ou não. As fibras podem estar misturadas em uma única placa ou separadas

em camada por camada. Estes compósitos são projetados para beneficiar as diferentes

propriedades das fibras empregadas. Alguns materiais compósitos híbridos são reforçados

com uma mistura de fibras e particulados (MATTHEWS, 1994).

Estudos em compósitos poliméricos híbridos têm sido desenvolvidos envolvendo os

mais variados tipos de reforços sob diversos tipos de carregamentos e muitas vezes incluindo

condições ambientais adversas (AQUINO et al, 2007, MOE et al, 2002).

Figura 36 – Compósito híbrido: fibras de vidro e fibras de juta.Fonte: Base de Pesquisa emMateriais Compósitos e Cerâmicos (UFRN, 2006).

Alguns trabalhos de investigação apresentam um estudo comparativo da resistência,

rigidez e mecanismo de dano de dois compósitos híbridos de matriz poliéster ortoftálica

reforçada com fibras de vidro-E e fibras naturais, como por exemplo, de juta e curauá

(AQUINO, 2005). Essa investigação experimental inclui testes de tração uniaxial e de flexão

em três pontos para a determinação das constantes elásticas e análise do mecanismo de dano

envolvido. Os compósitos híbridos são de fabricação industrial e foram desenvolvidos na

forma de laminados do tipo sanduíche, projetados para atender possíveis aplicações

estruturais como reservatórios e tubulações. Os resultados obtidos evidenciam claramente a

influência da hibridização em todos os tópicos estudados e indicam um melhor desempenho

mecânico do compósito vidro/curauá em relação ao compósito vidro/juta. Também foram

analisados aspectos referentes às interfaces vidro/juta e vidro/curauá com a utilização da

técnica de microscopia óptica.

Em outro exemplo, alguns estudos mostram variações da resistência à tração do

compósito híbrido de poliéster insaturado sisal/vidro em função do percentual de fibras, bem

como dos efeitos do tratamento do NaOH e do tratamento do trimethoxy de silane (agente de

acoplamento). Aumento significativo na resistência à tração do compósito híbrido tem sido

observado com este tratamento.

Os mesmos autores estudaram, também, as variações da resistência ao impacto e da

resistência compressiva do compósito híbrido de poliéster insaturado à base de sisal/vidro em

função do percentual de fibras. A resistência ao impacto destes compósitos híbridos foi

fundamentada para ser mais elevada que a da matriz, visto que há uma diminuição sem grande

Fibras de vidro

Fibras de juta

Page 70: Protese TCC

68

importância observada na resistência à compressão do compósito híbrido excedente da matriz.

Os efeitos do tratamento do NaOH e do silane trimethoxy (agente de acoplamento) no

impacto e nas propriedades compressivas deste compósito híbrido já foram também

estudados.

2.10.1 Processo de Fabricação

O processo de fabricação mais usado na obtenção dos laminados compósitos se

denomina de Laminação Manual (Hand Lay Up) e consiste das seguintes etapas:

1) Colocação sobre o molde (previamente preparado com desmoldante) de diversas

formas de reforços como feltros de fibras enrolados, mechas trançadas e outros tecidos

de fibras;

2) Em seguida se faz a impregnação com resina utilizando pincel ou rolos de lã. Para

melhorar o processo de impregnação, se faz necessário o uso de rolos com ranhuras,

com o objetivo de eliminar bolhas;

3) O processo continua com a colocação das camadas até a obtenção da espessura (ou

configuração) desejada para a peça;

4) Endurecimento da resina onde a cura do moldado não exige calor e pressão;

5) Destolde da peça final. Esse tipo de processo é ilustrado na Figura 37.

Figura 37 - Processo de fabricação Hand Lay up.Fonte: SAINT GOBAIN VETROTEX, 2005.

Page 71: Protese TCC

69

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 DESENVOLVIMENTO DOMATERIAL - LAMINADO COMPÓSITO HÍBRIDO

A idealização e construção do leitor mecânico têm como princípio básico uma nova

concepção na fabricação das próteses femorais, uma vez que o mesmo pode proporcionar a

confecção do molde da prótese com maior grau de precisão. Nesse sentido, a utilização do

leitor mecânico leva, indiscutivelmente, a possibilidade de essas próteses poderem ser

confeccionadas em âmbito industrial, incluindo as indústrias de plástico reforçado.

Com essa nova ferramenta de trabalho, abre-se uma ampla margem de vantagens na

obtenção das próteses, desde a possibilidade de desenvolvimento de novas concepções de

materiais à menor tempo de fabricação, menor custo, mais conforto ao usuário, entre outras.

Dentro desse contexto foi idealizado neste trabalho de investigação um Laminado

Compósito Híbrido - LCH – de forma a viabilizar o uso de novos processos de fabricação,

além de garantir resistência, rigidez, leveza e baixo custo para esse tipo de aplicação.

O compósito híbrido desenvolvido foi obtido industrialmente através do processo de

laminação manual (hand-lay-up), utilizando-se a resina poliéster ortoftálica como matriz e

uma combinação de reforços sintético (fibra de vidro-E) e vegetal (fibras de juta).

Os reforços foram utilizados nas camadas do LCH na forma de tecidos bidirecionais,

(Figura 38 a e b), onde a orientação das fibras nas camadas constituintes do laminado foi

variada, objetivando garantir a capacidade de suporte de carga nas principais direções do

elemento estrutural.

(a) (b)

Figura 38 – Tecidos bidirecionais. a) Fibras de vidro; b) Fibras de juta.

Page 72: Protese TCC

70

A configuração do compósito híbrido desenvolvido foi a seguinte: [FJ (±45º)/FJ

(0º/90º)/ FV (0º/90º)]s no qual FJ e FV são tecidos bidirecionais de fibras de juta (trama de

3617,1 denier e urdume de 3245,4 denier) e de vidro-E (650g/m2), respectivamente. A letra

“s” indica simetria na distribuição das camadas com relação à camada central do compósito.

A Figura 39 mostra o esboço dessa configuração.

Figura 39 – Configuração do Laminado Compósito Híbrido – LCH.

Análises das propriedades mecânicas, de resistência e rigidez, foram obtidas a partir

dos testes de Tração Uniaxial e Flexão em Três Pontos para a configuração proposta.

Ressalta-se que, para os ensaios de tração uniaxial, nas camadas mais internas, os

tecidos bidirecionais apresentam-se com as direções das fibras sempre paralelas e

perpendiculares (0°/90°) à direção de aplicação da carga, enquanto que nas camadas externas,

os tecidos bidirecionais de fibras de juta apresentam-se com as direções das fibras sempre a

(±45º) com relação à direção da carga aplicada.

Já para os ensaios de flexão em três pontos, devido os tecidos serem bidirecionais, nas

camadas mais internas aparecem fibras posicionadas perpendiculares e paralelas à carga

aplicada, ou seja, sempre existirão fibras paralelas às tensões normais desenvolvidas.

Conseqüentemente nas camadas externas a carga encontra-se aplicada de forma que as fibras

ficam posicionadas a (±45º).

Neste estudo, a idéia inicial foi a da utilização das fibras vegetais (juta) na forma “in

natura”, de forma a não encarecer o produto final. A espessura do compósito resultou em

aproximadamente 5.5 mm,

As dimensões dos Cps e as especificações de execução dos ensaios de tração uniaxial

Tecido de fibras devidro (0 / 90 )

Tecido de fibras dejuta (±45 )

Tecido de fibras dejuta (0 / 90 )

Tecido de fibras dejuta (0 / 90 )

Tecido de fibras dejuta (±45 )

Page 73: Protese TCC

71

e flexão em três pontos seguiram as normas ASTM D3039M-00 (Reaproved 2006) e ASTM

D790-96a, respectivamente. Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente

(aproximadamente 25°C), e feitos em uma máquina servo-hidraúlica, modelo SHIMADZU

AG-I..

Após a realização dos ensaios de tração uniaxial e flexão em três pontos, foram

efetuadas análises das características das fraturas desenvolvidas nos CPs, tendo sido

executadas em duas etapas: a primeira consistiu em uma análise macroscópica da falha

mecânica com o objetivo de se determinar a formação e distribuição da fratura ao longo de

todo o comprimento do CP. A segunda consistiu em uma análise microscópica da fratura de

forma a detectar fraturas dos tipos adesiva (interface fibra/matriz), coesivas (na matriz ou na

fibra), e delaminação (descolamento entre as camadas do laminado).

3.1.1 Elaboração dos Corpos de Prova

Após o corte dos corpos de prova os mesmos foram posteriormente submetidos aos

procedimentos de lixamento e polimento nas faces cortadas. Para tanto, foram utilizadas lixas

d’água de números 150, 180, 240, 320, 400, 600 e 1200, e o polimento foi feito em uma

politriz motorizada, tendo como abrasivo a alumina de 0,01 mícron.

Após a preparação dos corpos de prova, estes foram submetidos ao procedimento de

medições, sendo as dimensões de cada corpo de prova obtidas utilizando-se um paquímetro

digital de resolução 0,01 mm. Como a espessura dos corpos de prova apresentava variações

em função do processo de fabricação utilizado, fez-se necessária a realização de pelo menos 5

medidas, ver (Tabelas 4, 5 e 6), para a obtenção do valor médio de cada corpo de prova.

Esquemas ilustrativos dos corpos de prova podem ser vistos nas figuras 40 e 41.

Tabela 4 – Medidas dos corpos de prova para ensaios de Tração Uniaxial - ASTM D 3039M - 00

Medidas da Largura (mm) Medidas da Espessura (mm)Corpos

de Prova 1a 2a 3a 4a 5a 1a 2a 3a 4a 5a

LarguraMedia(mm)

EspessuraMedia(mm)

CP 1 24,90 24,90 25,20 25,20 25,10 5,00 4,90 5,00 5,00 4,90 25,06 4,96CP 2 24,80 25,20 25,20 25,00 25,20 5,30 5,00 5,20 5,20 5,00 25,08 5,14CP 3 24,90 25,00 25,20 25,10 25,10 5,20 5,00 5,10 5,10 5,00 25,06 5,08CP 4 24,70 25,20 25,10 25,20 25,00 5,20 5,00 5,10 5,10 5,25 25,04 5,13CP 5 25,10 24,90 25,20 25,30 25,00 5,00 5,00 5,10 5,00 5,20 25,10 5,06CP 6 24,90 25,20 24,60 25,00 25,40 5,10 5,40 5,10 5,00 5,40 25,02 5,20CP 7 24,80 24,90 25,20 25,00 25,10 4,90 5,20 5,20 5,00 5,20 25,00 5,10

Page 74: Protese TCC

72

Figura 40 - Corpo de prova padrão para ensaios de Tração Uniaxial

Figura 40 – Esquema ilustrativo do corpo de prova para o ensaio de Tração Uniaxial

Tabela 5 – Medidas dos corpos de prova para ensaios de flexão em três pontos - ASTM D 790 - 96

Medidas da Largura (mm) Medidas da Espessura (mm)Identificaçãodos Corpos de

Prova 1a 2a 3a 4a 5a 1a 2a 3a 4a 5a

LarguraMedia(mm)

EspessuraMedia(mm)

CP 113,10 13,00 13,15 13,20 13,20 5,30 5,30 5,30 5,30 5,30 13,13 5,30

CP 213,20 13,00 13,20 13,15 13,00 5,30 5,20 5,20 5,25 5,25 13,11 5,24

CP 313,10 13,00 13,10 13,10 13,00 5,50 5,20 5,20 5,40 5,10 13,06 5,28

CP 413,10 13,10 13,10 13,20 13,15 5,65 5,20 5,30 5,50 5,30 13,13 5,39

CP 513,15 13,10 13,10 13,20 13,10 5,40 5,40 5,30 5,30 5,40 13,13 5,36

CP 613,00 13,10 13,20 13,00 13,20 5,30 5,25 5,20 5,20 5,20 13,10 5,23

CP 713,00 13,10 13,20 13,10 13,20 5,40 5,30 5,15 5,40 5,30 13,12 5,31

CP 813,00 13,20 13,10 13,10 13,20 5,45 5,50 5,30 5,40 5,40 13,12 5,41

Tabela 6 – Dimensões reais ajustados dos corpos de prova a serem ensaiadosDIMENSÕES DOS CORPOS DE PROVAENSAIOS

Comprimento (mm) Largura(mm)

Espessura (mm) Galgo (mm)

TRAÇÃOUNIAXIAL

200 25 5,2 127

FLEXÃO EMTRÊS PONTOS

108 13 5,2 85

Page 75: Protese TCC

73

Figura 41 - Esquema ilustrativo do corpo de prova para o ensaio de Flexão em Três Pontos

3.1.2 Ensaio de Tração Uniaxial

Os ensaios de tração uniaxial foram realizados em uma máquina de ensaios mecânico

SHIMADZU, Figura 42, modelo AG-1, com capacidade máxima de 250 KN. Cuidados

especiais foram tomados antes da realização dos ensaios, como, por exemplo, ajustes prévios

dos corpos de prova nas "garras" da máquina de forma a amenizar problemas de "arrastes" no

início do carregamento. Desta forma, consegue-se um melhor controle sobre os dados

relacionados ao deslocamento, mesmo sem a utilização de extensômetros elétricos. Com isso,

foi possível se obter a resistência última à tração, o módulo de elasticidade longitudinal (na

direção de aplicação da carga) e a deformação de ruptura do laminado compósito.

Por último, efetuou-se o cálculo de um valor médio para cada parâmetro estudado. O

valor da velocidade de deslocamento dos ensaios foi de 1 mm/min, e os ensaios foram feitos à

temperatura ambiente.

Page 76: Protese TCC

74

Figura 42 - SHIMADZU, modelo AG-1, com capacidade máxima de 250 KN.Fonte: Base de Pesquisa emMateriais Compósitos e Cerâmicos. (UFRN, 2007)

3.1.3 Ensaio de Flexão em Três Pontos

O objetivo do ensaio de Flexão em Três Pontos é determinar a resistência última à

flexão, rigidez (Módulo de Elasticidade) e deflexão máxima à flexão do laminado compósito

híbrido. Para este ensaio, foi utilizada uma máquina de ensaios mecânicos marca

SHIMADZU, modelo AG-1, equipada com dispositivo para ensaio de flexão em três pontos,

com célula de carga de 50 KN e uma velocidade de carregamento de 2,6 mm/min, figura 43.

A resistência última à flexão foi definida como sendo a intensidade da tensão

responsável pela fratura do corpo de prova. A mesma é medida na superfície inferior (na qual

atuam as tensões de tração) do corpo de prova. Todos os ensaios foram realizados à

temperatura ambiente.

Os valores da resistência última à flexão, da rigidez e da deflexão máxima foram

determinados através das equações normalizadas.

Page 77: Protese TCC

75

Figura 43 - SHIMADZU, modelo AG-1, com capacidade de célula máxima de 250 KN.Fonte: Base de Pesquisa emMateriais Compósitos e Cerâmicos (UFRN, 2007).

3.1.4 Análise da Característica da Fratura

Para os ensaios de tração uniaxial e flexão em três pontos, análises das características

da fratura nos corpos de prova fraturados foram realizadas. As mesmas foram executadas em

duas etapas: a primeira consistiu de uma análise macroscópica da falha mecânica com o

objetivo de conhecer a formação e distribuição da mesma ao longo de todo o comprimento do

CP. Na segunda etapa, realizou-se uma análise microscópica da falha com o objetivo de

detectar fraturas dos tipos adesiva (interface fibra/matriz) e coesiva (na fibra ou na matriz),

além de características do dano, como microfissuração da matriz e delaminação. Para tanto se

utilizou o microscópico óptico MG da marca Olimpus. As análises microscópicas da fratura

são dos tipos: óptica e eletrônica de varredura (MEV).

Page 78: Protese TCC

76

3.2 ENSAIO DE DENSIDADE VOLUMÉTRICA

Na determinação da densidade volumétrica, segundo a norma ASTM D 792 (1979),

foi necessário o preparo de 05 (cinco) amostras. Cada uma das amostras foi retirada de corpos

de prova diferentes, ou seja, os mesmos utilizados nos ensaios de Tração Uniaxial. As

amostras foram pesadas em uma Balança Analítica de marca BEL - Modelo Mark 210 com

capacidade de 210g e precisão de 0,1mg. Para a determinação da densidade volumétrica

utilizou-se a seguinte Equação (3.1)

(3.1)

Onde: (PA) representa o peso da amostra seca (g) e (PAI) o peso da amostra imersa em água

destilada.

3.2.1 Procedimento Técnico das Medições

As cinco amostras foram identificadas com D1, D2, .......D5. As amostras secas foram

pesadas e seus resultados anotados para o calculo da media aritmética. Já para as amostras

imersas em água, foi necessário construir um pequeno aparato (Figura 44) e o procedimento

foi o seguinte:

1. Posicionar o reservatório contendo água de modo que o suporte de fio rígido fique

imerso.

2. Zerar a balança deixando-a com o display marcando 0,000 (Figura 44).

3. Posicionar a amostra no suporte de fio (imerso) (Figura 45).

4. Anotar o valor indicado no display.

Em seguida repetir o processo por três vezes, calcular a media e a densidade

volumétrica.

PAIPA

PADv

×= 9975,0

Page 79: Protese TCC

77

Figura 44 – Aparato pronto para receber amostra

Figura 45 – Pesagem de amostra imersa.

Page 80: Protese TCC

78

4 PROJETO DO LEITOR MECÂNICO: SCANNER 3D

4.1 ETAPAS DO PROJETO

O Scanner 3D foi idealizado, essencialmente, tomando-se como base um problema

real. Todos os passos para se chegar ao protótipo passaram por um grande numero de

iterações entre hipóteses e funções focadas nos objetivos e nos requisitos do projeto. Nos

próximos subitens serão detalhadas as várias etapas do projeto.

4.1.1 Formulação do Problema (Concepção)

Um Scanner 3D tem aplicação especifica na área da saúde para a geração automática

do modelo geométrico do coto de membros inferiores de amputados para confecção de

próteses femoral e transtibial.

Nessa pesquisa buscam-se soluções alternativas para o problema das medidas das

seções transversais do coto no sentido de se projetar e construir uma maquina para que,

através de sua utilização correta, se possa reduzir o grau de incerteza das medições. Outro

aspecto importante é a possibilidade de redução do numero de tarefas no processo de

fabricação de cartucho de próteses ortopédicas dos membros inferiores, bem como, tornar

possível o interfaciamento com um sistema acadêmico OrtoCAD. Não menos importantes são

os vários aspectos ergonômicos (apoio de braço, cinto de segurança, antropometria, etc.) que

precisam ser considerados possibilitando sua utilização de forma segura pelo deficiente.

Em especial, a medição de coordenadas e o alinhamento tridimensional em relação ao

eixo vertical de simetria deve ser realizada diretamente no paciente para garantir a condição

natural de postura corpórea do paciente. Esses cuidados são fundamentais no sentido de tornar

o uso seguro e confortável do membro artificial. O Scanner, além de conjugar as funções de

leitura personalizada (in-vitro) no modo analógico (mecânico), deverá, futuramente, ser

eletronicamente adaptado para o modo automatizado com aquisição de dados digitais.

Atualmente existem Scanners 3D que podem efetuar a digitalização através de contato

direto com a superfície do objeto ou sem contato. Basicamente os equipamentos que utilizam

o método com contato possuem um ponteiro que contorna a superfície enquanto são

registradas as coordenadas de sua movimentação. Já no método sem contato utiliza-se luz

para determinação da geometria do objeto. Neste método a reflexão da luz emitida sobre o

objeto é usada para determinação das coordenadas. Nestes equipamentos temos alguns

Page 81: Protese TCC

79

problemas se pensarmos em usá-los para digitalização das coordenadas de um coto

diretamente no paciente. O problema principal é a não-reflexão da luz pela pele do coto.

Nos Scanners sem contato (ex: óptico 3-D), o grau de incerteza das coordenadas

obtidas é elevado e ambos são limitados à medição de objetos inanimados. Também não são

ergonomicamente apropriados para utilização em seres humanos portadores de deficiência

física. Além disto, em quase sua totalidade, o processo de fabricação de cartuchos de próteses

de membros inferiores (Tibial ou Femoral), caracteriza-se pela sua natureza estritamente

artesanal onde as medidas obtidas para sua confecção são feitas com a utilização de fita

métrica, dedos e paquímetro de madeira proporcionando, dessa forma, um alto grau de

incerteza dimensional e fabril ao produto final. Esse fato traz diversos transtornos imediatos e

futuros ao amputado porque dificulta a adaptação e a reabilitação que nem sempre acontece

dependendo dos fatores que levaram à amputação.

Desta forma, ainda na fase de concepção, pensou-se em um equipamento que

superasse a maioria das limitações apresentadas pelos scanners existentes quanto a sua

utilização somente com objetos inanimados e que facilitasse a acessibilidade aos portadores

de deficiência física.

4.1.2 Critérios do Projeto

O equipamento, uma vez pronto, deverá atender aos seguintes requisitos e

características:

• Seu custo final não deve ultrapassar R$ 5.000,00 (Cinco mil reais).

• Possibilidade para suportar outras formas de aquisição de dados compatíveis com

sistemas CAD.

• Simplicidade funcional e operacional

• Resultados, das medições, com alto grau de confiabilidade.

• Acesso fácil e seguro para o paciente e o operador

• Garantir que o eixo vertical, durante a tomada de medidas das seções transversais, se

mantenha perpendicular ao plano do disco gráfico e coincidente com o eixo de rotação do

coto.

• Permitir que o sistema de coordenadas mantenha-se invariável diante de possíveis

variações e deslocamentos do coto em relação ao plano xy, plano horizontal, do sistema.

Page 82: Protese TCC

80

• Com relação aos materiais utilizados no projeto, a prioridade deve ser dada aos

materiais de baixo custo em que o processo de fabricação seja o mais simples possível,

envolvendo apenas as etapas de corte, furação, soldagem com eletrodo E-6013 e usinagem;

• Com relação às características físicas da maquina deve-se adequar suas dimensões de

modo que ela possa ser movimentada por no máximo duas pessoas e que ocupe um espaço de

no máximo 2,5 m2 devendo ser fixada ao solo para garantir melhor estabilidade;

• Dar preferência ao tipo de acionamento e operação manual.

4.1.3 Especificação de Tarefas

Nessa fase de projeto é importante fazer uma listagem das providencias que ajudarão

no desenvolvimento do protótipo.

• Elaboração de uma planilha dos principais materiais, e fornecedores, que poderão ser

utilizados no projeto em função de alguns parâmetros como.

1. Disponibilidade, se, no comercio interno ou externo.

2. Custo, quantidade, procedência etc.

• Levantamento e consulta dos principais prestadores de serviços especializados na área

de fabricação e montagem de maquinas

• Elaboração prévia de cronograma físico e financeiro

• Relação das pessoas ou locais onde possa ser produzido o protótipo.

• Definição e preparação das pranchas de desenho de fabricação acompanhado de

cronograma e normas necessárias ao projeto;

4.1.4 Síntese

Segundo Norton (2006), nessa fase de projeto, a síntese é uma importante ferramenta

de ajuda na elaboração das hipóteses prováveis para solução do problema central. A estrutura

da máquina deverá ser composta da base, dos dispositivos de sujeição que dão segurança e

impedem que, durante a medição do coto, o usuário se movimente. Também se constitui de

um dispositivo de aquisição dos dados dimensionais. O equipamento precisa também

oferecer conforto em função das características ergonômicas existentes no projeto.

Resumidamente a máquina deverá ser concebida de acordo com as seguintes propostas

criativas das partes que a compõe, principalmente aquela responsável pela medição da

superfície real do coto.

Page 83: Protese TCC

81

As hipóteses diversas são:

a) Utilizar um reservatório contendo gesso misturado com água e imergir o coto envolto

com um desmoldante até atingir a altura desejada retirando-o após a secagem do gesso.

b) Utilizar duas barras paralelas de madeira, experimentalmente, contendo dois guias um

de cada lado de modo que as barras estando simetricamente juntas possam se afastar

mantendo constante a posição paralela. Dessa forma efetua-se uma seqüência de furos

distantes 5 mm entre si em toda a extensão das barras. Colocando-se arames nos furos e um

sistema de referencia com coordenadas (x; y) para registrar cada ponto coincidente com as

pontas dos ditos arames têm-se então todos os pontos associados ao sistema de coordenadas

ligadas à base do aparato. Dessa forma tomam-se tantas medidas quanto necessárias ao longo

do eixo vertical.

c) Utilizar uma base fixa contendo um eixo com regulagem segundo a posição vertical e

um suporte onde se coloca um braço com dois graus de liberdade para permitir o traçado do

perfil linear do coto a cada 10 graus de deslocamento angular, por exemplo, até completar 36

medições.

d) Utilizar um dispositivo para medição das seções transversais do coto inspirado no

funcionamento do pantógrafo de modo que a estrutura comporte e satisfaça todas as

limitações inerentes à condição do paciente e do operador possibilitando com isso manter o

coto integrado a um sistema de coordenadas que coincida com o referencial das medições.

e) Encontrar uma forma de registro do perfil (i.e. imagem) ao redor do coto fazendo uma

varredura de 360º. Dessa forma o coto deve ser preparado e apoiado num sistema de

coordenadas fixo com a câmera se movimentando em plano horizontal. O que se aproveita

dessas imagens são os contornos que serão usados como curvas distribuídas em torno do eixo

que por sua vez é o próprio eixo do coto para formar o sólido num modelador CAD.

4.1.5 Análise e Seleção.

Neste item todas as hipóteses foram avaliadas e quando necessário modificadas no

intuito de se chegar ao resultado mais adequado do produto final.

Mediante análise criteriosa de todas as alternativas escolheu-se, inicialmente, a

alternativa (d) tendo em vista que ela se baseia num mecanismo cuja precisão e facilidade

construtiva é bem conhecida na pratica, o (pantógrafo). Outra hipótese foi escolhida, no caso a

hipótese (e), pelo fato de sua simplicidade construtiva modular e funcional bem como da sua

portabilidade.

Page 84: Protese TCC

82

4.1.6 Elaboração de Estruturas de Funções – Função Global

Os requisitos de um equipamento, máquina ou subconjunto determinam a função que

representa a inter-relação geral objetivada entre entrada e saída de um sistema (PAHL et al.

2005). A formulação do problema central pode ser obtida também por uma técnica conhecida

por abstração. Ela possibilita a determinação da inter-relação funcional, ou seja, o objetivo

visado. Desta forma, se o núcleo da tarefa global estiver formulado, então a função global

pode ser indicada, a qual aponta, mediante a utilização de um diagrama de blocos a inter-

relação entre variáveis de entrada e de saída em relação à conversão de energia, material ou

sinal. As funções são tratadas de forma neutra com relação à solução do problema estruturado.

Na estrutura de funções é importante seguir algumas recomendações como, por

exemplo, estabelecer o fluxo principal de entrada de forma compreensiva e objetiva, bem

como atentar apenas para a busca subseqüente da solução, ou seja, considerar os fluxos

auxiliares. Portanto, conclui-se que, ao serem encontradas as estruturas de funções simples

com as interligações lógicas mais importantes, fica mais fácil na etapa seguinte, também

considerar os fluxos complementares com suas respectivas sub-funções, bem como efetuar

um novo desdobramento de sub-funções consideradas complexas.

A elaboração de estrutura de funções favorece de maneira relevante no

desenvolvimento de sistemas modulares. A seguir apresenta-se um exemplo de analise de

funções aplicado ao projeto do Leitor Mecânico versão Beta.

Page 85: Protese TCC

83

Tarefasdoselementos

dosistema

Subfunções

Funçõesdeaplicação

geral

Elementosdosistema

4

2

3

5

4

9

6

8

10

111214 1315

16 17

1

Estruturade

apoiovertical

Plataforma

principal

Sistemade

regulagemvertical

7

Sistemaleitor

scannerde

coordenadas

Eixodeapoio

docoto

Registro

adisco

Estabilizartodo

osistemadedispositivos

Suporteem

tripé

Baseparaapoio

dacolunagiratória

Apoiarosbraços

emanterocorpoalinhado

Registrarcoordenadas

originaisgeradaspelo

ponteironodisco

Lerascoordernadas,contornar

ocotocomum

ponteiroe

marcadorpararegistro

nodisco

Alcançarcomrapidez

aalturadocotonoprimeiro

contato

Manterocontatodocoto

comoapoiosuavemente

Registrarasseçõestransversais

docotonodiscográficoformando

interfacecomoCAD(modelovirtual)

gerandoomodelorealsólidodo

coto(positivoexecutadonafresadora)

queéabaseparaconfecçãodo

cartuchocominformaçõesoriundas

dosistemaCAD

receberopacientecom

segurançaeconforto

Equilibrarealinhar

opacientecomrelação

aomecanismodoleitor

Apoiarocorpodopaciente

emposiçãovertical

Diminuiracarganatural

exercidasobreoquadril

facilitandoseunivelamento

Aproximaroconjuntoda

basedeapoiocomocoto

Regulagem

dealcance

primário

Regulagem

dealcance

secundário

Registroem

discográfico

5

Ajustarcomprecisãoaaltura

doapoiodoequipamentocomocoto

213

4 5

1 2 3 4

Paciente

Paciente

Modelovirtual

Confecçãodocartucho

Page 86: Protese TCC

84

4.1.7 Quadro Evolutivo do Projeto e Concepção de um Leitor Mecânico – Scanner 3D

A seguir apresenta-se uma seqüência cronológica explicativa das principais

modificações atribuídas ao projeto e concepção, com relação às funções de entrada e saída, do

Leitor Mecânico, nesse sentido há sempre uma constante necessidade de atualização do

modelo, conforme mostrado nos Quadros 9 a 13.

Os Quadros 14 a 16 mostram diversos aspectos de detalhes do projeto da versão

portátil modular, do Leitor Mecânico, denominado Versão GAMA.

Page 87: Protese TCC

85

FA

SE

SD

AE

VO

LU

ÇÃ

OD

OP

RO

JE

TO

-L

EIT

OR

ME

NIC

O

VERSÃOALFA

VERSÃOBETA

Ordem

Nome/Função

Modelo(CAD)

PrincipaisModificações

Modelo(CAD)

1

Lei

tor

Mec

ân

ico.Serve

comoequipamentoauxiliar

namediçãodasseções

transversaisdeumcoto

reduzindoograude

incertezadimensionalno

processodefabricaçãode

cartuchosdeprótesesde

membrosinferiores.

Lei

tor

Mec

ân

ico.Aotestar,

naprática,oprotótipose

mostroubastanteeficiente

poremdiversosajustesforam

necessáriosecorrigidoso

quegerouaversãoBETA.

Asmodificações

implementadasdizem

respeitoaosseguintes

aspectos:Ergonômicos,

Estruturais,Cinemáticosede

Segurança.

2

Su

port

ed

aC

an

eta.Deve

manteracanetaem

condiçãodesemovimentar

livrementeemrelaçãoao

eixovertical

acompanhandopossíveis

ondulaçõesnasuperfície

gráficasem

descontinuidadedotraço.

Su

port

ed

aC

an

eta.

Reprojetoemfunçãoda

necessidadedeproveras

seguintescaracterísticas

essenciaisaofuncionamento.

Possibilitarauto-ajustagem

dacaneta,ajusteautomático

dopesonecessárioao

traçadocontínuosobreo

discográfico.

Quadro9–EvoluçãodoprojetoeconcepçãodoLeitorMecânico(LM).

Page 88: Protese TCC

86

FA

SE

SD

AE

VO

LU

ÇÃ

OD

OP

RO

JE

TO

-L

EIT

OR

ME

NIC

O

VERSÃOALFA

VERSÃOBETA

Orde

Nome/Função

Modelo(CAD)

PrincipaisModificações

Modelo(CAD)

3

Bra

çoIn

feri

or.

Transfereparao

discográficoas

medidasdasseções

transversaisdocoto

geradasatravésdo

contatodiretoentrea

superfíciedocotoea

pontadobraço

superiorapalpador

Bra

çoIn

feri

or.Melhoria

emrelaçãoaoraiode

curvaturaparaevitar

interferênciacoma

superfíciedocotodurante

amediçãodasseções

transversais.

4

Bra

çoS

up

erio

rA

palp

ad

or.Mantém

contatodiretocoma

superfíciedocoto

duranteamedição

dasseções

transversaisem

sincronismocomo

braçoinferior.

Bra

çoS

up

erio

rap

alp

ad

or-Alterações

comrelaçãoaopesoeao

formatoalemderestringir

omovimentorotacional

sobreoeixodeslizante.A

pontaapalpadorafoi

bastantereduzidacomo

objetivodereduzirograu

deincertezadasmedições

doconjuntocaneta

apalpador.

Quadro10(Continuação)–EvoluçãodoprojetoeconcepçãodoLeitorMecânico(LM).

Page 89: Protese TCC

87

FA

SE

SD

AE

VO

LU

ÇÃ

OD

OP

RO

JE

TO

-L

EIT

OR

ME

NIC

O

VERSÃOALFA

VERSÃOBETA

Ordem

Nome/Função

Modelo(CAD)

Principais

Modificações

Modelo(CAD)

5

Dis

cogir

ató

rio-

Giraemtornodo

própriocentrode

coordenadas

tridimensionale

sobreeleestão

instaladososdemais

componentes

envolvidosna

mediçãodasseções

transversaisdocoto.

Discogiratório.A

principalalteraçãofoia

eliminaçãodobraçode

apoiodocotoe

colocaçãodeum

dispositivocom

regulagemparaapoio

centraldocoto.

6

Bra

çod

eap

oio

do

coto

.Servepara

ajustagemdaalturae

nivelamentodocoto

Novo

con

junto

de

ap

oio

do

coto

.Permite

maiorconfortoea

cargaédirecionadaao

centrododiscoetem

deslocamentovertical

pararegulagemfinada

alturadocoto.

Quadro11(Continuação)–EvoluçãodoprojetoeconcepçãodoLeitorMecânico(LM).

Page 90: Protese TCC

88

FA

SE

SD

AE

VO

LU

ÇÃ

OD

OP

RO

JE

TO

-L

EIT

OR

ME

NIC

O

VERSÃOALFA

VERSÃOBETA

Ordem

Nome/Função

Modelo(CAD)

PrincipaisModificações

Modelo(CAD)

7

Su

port

ed

oD

isco

Grá

fico

.Servepara

fixaçãododisco

gráficoeseucentro

geométricocoincide

comocentrode

coordenadas-planoxy.

Alteraçãonaforma

geométricaemarcasde

divisõesacada10graus.

8

. Con

jun

toP

inh

ão

eC

rem

alh

eira

.Serve

paraacionamento

manualdaplataforma

deelevaçãovertical

Con

jun

toP

inh

ão

eC

rem

alh

eira.

Substituídoporumfuso

deroscatrapezoidalcom

manípulodeacionamento

nafacesuperior.

Quadro12(Continuação)–EvoluçãodoprojetoeconcepçãodoLeitorMecânico(LM).

Page 91: Protese TCC

89

FA

SE

SD

AE

VO

LU

ÇÃ

OD

OP

RO

JE

TO

-L

EIT

OR

ME

NIC

O

VERSÃOALFA

VERSÃOBETA

Ordem

Nome/Função

Modelo(CAD)

PrincipaisModificações

Modelo(CAD)

9

Pla

tafo

rma

de

Ele

vaçã

o.Permiteajuste

verticaldoconjuntono

qualseencontrao

dispositivoresponsável

pelamediçãodasseções

transversaisdocoto.

Pla

tafo

rma

de

Ele

vaçã

o.

ApósanáliseFEMforam

feitasalterações

dimensionaisparareforço

estruturalenaforma

geométricaparasuportar

carregamentosem

deformação(rigidez).

10

Ap

oio

dos

Bra

ços.Serve

deapoioeajustagemda

alturadosbraçose

restringemovimentos

indesejáveisemrelação

aocorpodopaciente

duranteamediçãodas

seçõestransversaisdo

coto.

Alteraçãoimportante

decorrentedamodificação

daplataformadeelevação

quesemovimentaapenas

nosentidoverticalficando

aregulagemposicionaldo

pacienterelativoàperna

direitaouesquerdadevido

aoajustenosapoiosdos

braços.

Quadro13(Continuação)–EvoluçãodoprojetoeconcepçãodoLeitorMecânico(LM).

Page 92: Protese TCC

90

LEITOR MECÂNICO PORTÁTIL MODULAR – VERSÃO GAMA

Nome/Função Modelo (CAD)Anteprojeto - Leitor Mecânico Portátil Modular.

Captura a imagem do contorno do coto, através de uma

câmera digital ou de uma Web Cam em diversos instantes

durante seu movimento de rotação em torno do eixo do

coto. As imagens captadas são armazenadas diretamente em

um computador para depois serem montadas num ambiente

CAD resultando no modelo sólido do coto. Preliminarmente

o coto do paciente precisa passar por uma adequação de

contraste onde se veste o coto com uma meia elástica de

cor branca. À medida que o sistema (câmera – anteparo) é

acionado manualmente um disco graduado com paradas a

cada 10 graus permite o controle da captura das imagens

num total de 36. O equipamento pode ser transportado no

porta-malas de um veiculo de passeio convencional

qualquer já que as partes podem ser desmontadas e

montadas com facilidade. Uma desvantagem é que a

imagem do contorno precisa de correção óptica antes de ser

tratada no CAD. Outra desvantagem ocorre em função da

natureza do coto que pode apresentar algum tipo de

dificuldade no momento em que o anteparo estiver

passando na região entre o coto e o membro sadio.

Projeto Final - Leitor Mecânico Portátil

Modular.. Neste modelo foi inserida uma ligeira

modificação na base que foi aumentada para

evitar tombamento e no corrimão que pode ser

regulado de acordo com a estatura do paciente.

Quadro 14 – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular

Page 93: Protese TCC

91

LEITOR MECÂNICO PORTÁTIL MODULAR – VERSÃO GAMA

Nome/Função Modelo (CAD)

Leitor Mecânico PortátilModular. Vista superior

Leitor Mecânico PortátilModular. Detalhe dodisco graduado.

Quadro 15 (Continuação) – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular

Page 94: Protese TCC

92

LEITOR MECÂNICO PORTÁTIL MODULAR – VERSÃO GAMA

Nome/Função Modelo (CAD)

Leitor MecânicoPortátil Modular.Detalhe do conjunto decaptura de imagem edo braço de apoio quepossui movimento derotação e deslocamentoao longo da colunaprincipal

Leitor Mecânico

Portátil Modular –

detalhe da área

ocupada

Quadro 16 (Continuação) – Detalhamento Funcional – Leitor Mecânico Portátil Modular

A seguir, mostra-se na Figura 46 o anteparo gráfico sobre o qual será projetada aimagem do coto vista pelo dispositivo eletrônico (câmera digital ou webcam).

Page 95: Protese TCC

93

Figura 46 – Anteparo utilizado no Leitor Mecânico Portátil Modular

As figuras. 47, 48 e 49, a seguir ilustram melhor alguns detalhes de projeto e de

conceitos do principio de funcionamento totalmente integrado a tecnologia CAD.

Page 96: Protese TCC

94

Figura 47 – Modelo sólido – detalhe das seções transversais de um coto virtual.

Figura 48 – Detalhe do sistema de medição (Versão Beta)

Page 97: Protese TCC

95

X X

Y

ZZ

0 0

SeçoesTransversais

Figura 49 – Desenho esquemático – iteração com sistemas CAD.

4.1.8 Detalhamento do Projeto

Para atender aos requisitos de projeto o equipamento projetado, em sua versão alfa, foi

chamado de LEITOR MECÂNICO e foi totalmente modelado no software, SOLIDWORKS

2008. Cada peça projetada foi inicialmente desenhada em forma de rascunho com todas as

características dimensionais, formato e limitações espaciais e cinemáticas. O próximo passo

foi a modelagem no sistema CAD de todas as peças e depois foi feita a montagem

computacional e o desenho técnico de cada peça de acordo com as normas da ABNT para

Desenho Técnico

A Figura 50 mostra como os mecanismos estão integrados em relação ao sistema de

eixos coordenados e as medidas geradas.

Page 98: Protese TCC

96

Figura 50 - Desenho esquemático do percurso do braço apalpador

O equipamento mostrou-se eficiente e apto a realizar todas as funções previstas e

ainda permitir ajustes e regulagens funcionais em todos os membros cinemáticos como, por o

seguidor, ver Figura 51 quando em contato operacional com a pele (coto), possibilitando e

dando um menor grau de incerteza em cada ponto da seção medida e transferida para o disco

gráfico.

Page 99: Protese TCC

97

Figura 51 – Desenho esquemático dos principais elementos do sistema de medição e registro de dadosdo coto.

4.2 FABRICAÇÃO DO PROTÓTIPO (VERSÃO ALFA)

Para a realização da manufatura do equipamento preparou-se, inicialmente, uma

relação ou projeto de fabricação contendo todos os desenhos e informações adicionais

necessários ao processo de fabricação.

4.2.1 Organização dos Desenhos Visando Facilitar o Processo de Fabricação.

A estratégia utilizada para facilitar e agilizar o processo de fabricação do equipamento

com relação ao preparo das pranchas de desenho de cada uma das peças desenhadas no

software Solidworks 2008, foi a seguinte:

Seçãodo Coto

Ponto de contato dobraço apalpador com

a peleA

Page 100: Protese TCC

98

• uma prancha de desenho contendo a modelagem da peça no modo 3D.

• uma prancha de Desenho Técnico com as vistas representadas no primeiro diedro,

cotadas, e as seções necessárias como também uma vista em perspectiva isométrica

• uma prancha contendo o desenho de conjunto montado com numeração indicativa do

nome e posição de cada peca.

• uma prancha com o desenho 3D explodida.

4.2.2 Fabricação das Peças e Montagem do Equipamento

O autor foi o responsável pela fabricação da maioria das peças devido ao baixo

orçamento disponível para mão de obra especializada e, principalmente, pelo fato de alguns

componentes apresentarem formas geométricas complexas. Outro fator importante se deve ao

fato de os componentes responsáveis pelo sistema de medição e ajustes requererem cuidados

especiais com relação às tolerâncias geométricas e dimensionais. A fabricação e montagem

foi realizada na Oficina “A Engrenagem”, localizada na cidade de Natal-RN, e na Oficina da

UFRN, no campus da universidade, também em Natal-RN. Os principais equipamentos e

ferramentas utilizados para a confecção das peças foram os seguintes:

• torno mecânico Nardini;

• torno de bancada (Morsa);

• máquina de solda à resistência elétrica;

• fresadora; e

• furadeira de coluna e manual.

Além dessas maquinas, foram usadas diversas ferramentas manuais para acabamento e

montagem conforme visto nas figuras 52 a 58, a seguir:

Page 101: Protese TCC

99

Figura 52 – Operação I de usinagem

Figura 53 – Verificando a excentricidade da peça

Page 102: Protese TCC

100

Figura 54 – Operação II de usinagem

(((((((()))))))))(

Figura 55 – Inspecionando a montagem do mecanismo apalpador

Page 103: Protese TCC

101

Figura 56 – Regulando eixo dos braços da caneta e apalpador

Figura 57 – Operação de acabamento superficial

Page 104: Protese TCC

102

Figura 58 – Inspecionando funcionamento e ajuste dos braços de suspensão.

4.3 REDUÇÃO DO GRAU DE INCERTEZA DAS MEDIÇÕES

Considerando que a maioria dos cotos apresenta geometria e topologia bem irregular,

as medidas das seções obtidas com a primeira versão (Alfa) do scanner 3D, apresentavam

problemas de exatidão. Por exemplo, quando a geometria da seção do coto apresentava uma

descontinuidade circunferencial e devido à dimensão do rodete de contato com a pele, (ø25,4

mm) ser muito grande em relação à esfera da ponta da caneta traçadora, os erros eram

detectados mais fortemente. Esse problema foi solucionado (na versão Beta) com o reprojeto

do braço apalpador onde o ponto de contato, como mostrado na Figura 59 (detalhe A), é

muito menor do que o original. O novo diâmetro do apalpador é de aproximadamente 0,3 mm.

Outro beneficio alcançado decorrente da reengenharia do conjunto medidor é que

independente da geometria da seção do coto o ponto de contato sempre descreve

rigorosamente o mesmo percurso que passa pelo centro de rotação do disco móvel que

também é o próprio eixo vertical, centro de coordenadas tridimensionais, conforme já

mostrado na Figura 51.

Page 105: Protese TCC

103

Figura 59 - Detalhe A (Escala 10:1)

4.4 OTIMIZAÇÃO DO PROJETO – VERSÃO BETA

O equipamento versão Beta pode ser mais bem compreendido através da seguinte

descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, onde:

• A Figura 60 representa uma perspectiva de parte do scanner contendo o sistema

planetário Leitor Mecânico;

• A Figura 61 representa uma vista frontal do scanner;

• A Figura 62 representa o disco gráfico produzido pelo Leitor Mecânico.

Ponta do apalpador emcontato com o coto

Page 106: Protese TCC

104

Figura 60 - Perspectiva de parte do scanner contendo o sistema planetário Leitor Mecânico.

Page 107: Protese TCC

105

Figura 61 - Vista frontal do scanner 3D.

Com referência a estas figuras, pode-se observar que a Figura 60 é simplesmente uma

perspectiva de parte do scanner contendo o sistema planetário. O leitor Mecânico na figura 61

contém os componentes indicados na pela numeração explicativa de 7 a 17. A plataforma

principal (1) é responsável pelo suporte estrutural do scanner 3D. Os componentes (2) e (3)

são respectivamente o suporte ergonômico posterior e anterior. Montados sobre eles têm a

coluna giratória (4), o suporte dos apoios (5) e os apoios dos braços (6). Esta estrutura é que

garante a ergonomia e conforto necessário para a acessibilidade de deficientes físicos ao

equipamento. A coluna (7), o fuso (8), o manipulo (10) e a plataforma de elevação (9), atuam

na regulagem vertical do mecanismo Leitor Mecânico adequando-o a altura do coto do

Page 108: Protese TCC

106

paciente. O eixo 11 permite o ajuste do apoio do coto (16). Os itens 12, 13, 14, 15 e 17

constituem a parte do scanner responsável pela leitura das coordenadas. O componente 15 é

um ponteiro apalpador seguidor que contorna a superfície de várias seções transversais do

coto. Ao mesmo tempo em que o ponteiro contorna o coto, um marcador (14) registra as

coordenadas desta movimentação em um disco gráfico (17). Futuramente, no modo de

operação eletrônico, este marcador será um dispositivo óptico que registra as coordenadas e as

repassa diretamente a um computador. Neste modo não existe registro das coordenadas no

disco gráfico.

Figura 62 - Disco gráfico com seções produzido pelo Leitor Mecânico versão Alfa.

Page 109: Protese TCC

107

5. ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 RESULTADOS OBTIDOS COM RELAÇÃO AO SCANNER

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 63 - Modelo CAD 3D do Protótipo Alfa

Page 110: Protese TCC

108

Figura 64 - Modelo físico real Alfa

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

fixa.

Page 111: Protese TCC

109

(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.

Page 112: Protese TCC

110

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).

Page 113: Protese TCC

111

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.

Figura69 - Digitalização de um coto transfemoral no protótipo Alfa

Page 114: Protese TCC

112

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;

• reduzir o tempo de obtenção das leituras dos pontos das seções;

Page 115: Protese TCC

113

• 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.

Page 116: Protese TCC

114

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.

Page 117: Protese TCC

115

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.

Figura 73 - Valores de tensão (critério de Von-Mises) em Pascal

Page 118: Protese TCC

116

5.2 RESULTADOS OBTIDOS COM RELAÇÃO AO COMPÓSITO

Nessa seção inicialmente será apresentada a configuração do laminado híbrido na sua

forma microestrutural. Em seguida serão apresentados os resultados numéricos obtidos a

partir da realização dos ensaios de Tração Uniaxial e Flexão em Três Pontos, no material

compósito laminado hibrido (LCH), ver Tabelas 7 e 8. Também serão expostas as analises

macroscópica e microscópica da característica da fratura, sendo esta última, com a utilização

de microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), para ambos os carregamentos. Por

último será apresentado o resultado obtido no ensaio de densidade volumétrica do LCH.

5.2.1 Microestrutura do Laminado Compósito Híbrido – LCH

A análise microestrutural do laminado compósito híbrido (LCH) mostra que o mesmo

apresenta regiões ricas em resina nas interfaces entre as camadas constituintes, ver figura 74,

o que pode levar, durante o carregamento, ao surgimento de fendas nessas regiões devido à

baixa resistência mecânica da resina. Esse fenômeno está associado ao tipo de processo de

fabricação utilizado na obtenção do compósito.

Figura 74 – Microestrutura do LCH mostrando a sua configuração (50x)

Page 119: Protese TCC

117

5.2.2 Ensaio de Tração Uniaxial

Os ensaios foram realizados obedecendo ao que determina a norma técnica, ASTM D

3039M – 00. A resposta do material para os cinco corpos de provas escolhidos com ensaios

válidos, tendo em vista a fratura ter ocorrido dentro do galgo, pode ser vista na Figura 75.

Observa-se certa linearidade entre a tensão e a deformação até a fratura, característica dos

materiais compósitos poliméricos somente a base de fibras de vidro, (FREIRE JUNIOR,

2005).

Deformação (%)

Figura 75 - Gráfico Tensão x Deformação – ensaio de Tração Uniaxial.

Os valores médios obtidos para a resistência última à tração, para o módulo de

elasticidade longitudinal (medido na direção de aplicação da carga) e para a deformação de

ruptura, para o LCH, são mostrados na Tabela 7. São mostradas também as dispersões

percentuais que de modo geral são baixas, levando-se em conta a hibridização do compósito.

Tensão(MPa)

Page 120: Protese TCC

118

Ressalta-se que as dispersões se referem à diferença absoluta entre os resultados obtidos para

cada parâmetro.

Ressalva se faz para a maior variação observada nos dados referentes ao módulo de

elasticidade, onde essa variação é originada pelo inicio do dano na matriz caracterizada pela

microfissuração na mesma. Esse início do dano se dá para um valor da tensão correspondente

a aproximadamente 10 MPa.

Tabela 7 – Resultados obtidos do ensaio de Tração Uniaxial.

Corpos de prova Máxima carga

(kN)

Tensão Última (MPa) Modulo de

Elasticidade (GPa)

CP2 4, 356 33, 793 3,041

CP3 4, 313 33, 875 2,978

CP5 4, 486 35, 321 3,350

CP6 4, 852 37, 296 3,402

CP7 5, 336 41, 850 3,800

Valores médios 4, 669 36, 427 3,314

Dispersão (%) 0,010 0,081 0,008

Na Figura 76 são apresentados corpos de prova fraturados do compósito LCH. Na

análise macroscópica da característica da fratura, observa-se que a fratura foi bastante

localizada, permanecendo o corpo de prova sem grandes variações nas regiões distantes da

fratura final. Ressalva se faz para a presença do fenômeno do “rasgamento” das fibras,

característica essa comum aos compósitos poliméricos com presença somente de reforços na

forma de tecidos (FREIRE JUNIOR, 2005). Esse “rasgamento” indica, na verdade, a presença

da fratura adesiva, ou seja, desaderência fibra/matriz.na região de fratura final.

Observa-se também que esse fenômeno se restringe à camada de fibra de vidro, visto

que as fibras de juta apresentam uma resistência à tração muito menor e bem próxima à de

adesão entre fibra e matriz (interface).

Outras características de fratura macroscópicas como delaminação ou até mesmo

microfissuração da matriz nas camadas externas foram observadas.

Page 121: Protese TCC

119

Figura 76 – Fotografia da fratura obtida no ensaio de Tração Uniaxial

Na análise microscópica da fratura se pode comprovar a presença de microfissuras

transversais à aplicação da carga em todas as camadas do laminado, conforme mostram as

figuras 77 e 78. As mesmas podem provocar durante a sua propagação fraturas dos tipos

coesivas (matriz e fibra), bem como adesivas (interface fibras/matriz). Essas características

internas da fratura podem ser mais bem observadas através da microscopia eletrônica de

varredura (MEV) mostrada nas figuras 79 e 80.

Na análise da fratura através do MEV se pode ressaltar inicialmente a distribuição das

camadas do laminado a partir da superfície de fratura do mesmo. A Figura 79 mostra essa

distribuição além da presença de bolha (defeito de processo de fabricação) e as características

da fratura, como desaderência fibra/matriz e ruptura de fibras. Todos os tipos de dano estão

indicados na Figura

A Figura 80 mostra de forma detalhada a presença de delaminação (desaderência)

entre as camadas de fibras de juta e vidro. Observa-se também “buracos” provenientes do

fenômeno de “arranque de fibras”, denominada também de fratura adesiva. Já na Figura 81

ressalta-se o dano causado na matriz, tais como a presença de fissuras e fendas.

Page 122: Protese TCC

120

Figura 77 – Microfissura transversal – Camadas de fibras de vidro e juta – Tração Uniaxial.

Figura 78 – Microfissura transversal na camada de fibras de juta – Fratura coesiva na matriz – TraçãoUniaxial.

Fissura Transversal

Fissura nas camadas do LCH

Page 123: Protese TCC

121

Figura 79 – Configuração do laminado. Características da fratura – Tração Uniaxial.

Figura 80 – Características da fratura – Tração Uniaxial.

Camadade fibrasde juta ±45°

Camadade fibrasde juta0/90°

Camadade fibrasde vidro0/90°

Bolha

Delaminação

Arranque de fibras

Arranque de fibras

Desaderênciafibra/Matriz

Fibras de juta

1 mm

Fibras de vidro

Page 124: Protese TCC

122

Figura 81 – Destaque para o dano na resina – Tração Uniaxial.

Ainda dentro da análise da característica da fratura destaque pode ser dado a ausência

de delaminação entre as camadas de fibras de juta, apesar da diferença entre as orientações

das fibras nas camadas. Esse fato origina tensões interlaminares (entre camadas) as quais

quando de alta intensidade podem provocar o fenômeno da delaminação.

5.2.3 Ensaio de Flexão em Três Pontos

Os ensaios de ‘Flexão em Três Pontos’ foram executados com base na norma ASTM

D 790 – 96a, que produziram os seguintes dados:

1. Diagrama “Tensão de Flexão x Deformação”;

2. Tabela contendo informações dos corpos de prova e dos valares numéricos relativos

aos ensaios;

3. Fotografia do corpo de prova destacando as características macroscópicas da fratura.

O ensaio de flexão em três pontos tem características inerentes a esse tipo de ensaio

como fratura na face tracionada e com isso a configuração do compósito é de extrema

Fendas na resina

Fissuras na resina

Page 125: Protese TCC

123

importância na resposta final do material. A camada tracionada mais externa do LCH

apresenta fibras com direções de ± 45° e isso pode diminuir a resistência à Flexão do

laminado frente à situação se nessa mesma camada tivesse direções das fibras de 0 e 90°. A

explicação está em que para essas direções teríamos fibras na mesma direção (0°) das tensões

de tração. De qualquer forma essa situação é registrada já na segunda camada tracionada do

laminado em questão.

A escolha das camadas externas com direções de ± 45°, já justificado anteriormente,

se deve ao fato de suportar cargas em outras direções e para outros tipos de carregamento.

A Figura 82 mostra o comportamento do LCH frente a esse ensaio, com reduzida

dispersão, ou seja, grande uniformidade entre os resultados obtidos para todos os corpos de

provas ensaiados.

Deformação (%)

Figura 82 – Diagrama Tensão x Deformação obtido nos ensaios de Flexão em Três Pontos

Certa linearidade pode ser observada entre a tensão e a deformação com algumas

mudanças no comportamento já próxima à fratura final em função do dano nas camadas do

laminado.

Os valores médios obtidos para a resistência à Flexão, para módulo de elasticidade e

para deflexão máxima, são mostrados na Tabela 8, bem como, os respectivos percentuais de

dispersão. Igual que na Tração Uniaxial as dispersões encontradas nos ensaios de Flexão

Tensão(MPa)

Page 126: Protese TCC

124

em Três Pontos também são consideradas baixas, apesar da hibridização.

Tabela 8 – Resultados obtidos do ensaio de Flexão em Três Pontos.

Identificação dos

corpos de prova

Máxima carga aplicada

(N)

Tensão Última

(MPa)

Modulo de

elasticidade (GPa)

CP1 159,765 55,230 2,590

CP3 161,953 56,714 2,983

CP4 174,218 58,232 3,190

CP5 166,718 56,351 2,850

CP6 167,187 59,489 3,035

Valores médios 165,968 57,203 2,930

Dispersão (%) 0,145 0,043 0,006

5.2.4 Característica Macroscópica da Fratura

Na análise macroscópica da região onde ocorreu a fratura, ver Figura 8, verificou-se

que a mesma aconteceu no centro da amostra e nas camadas afetadas pelos esforços de

Tração,

Figura 83 – Fotografia da fratura obtida no ensaio de Flexão em Três Pontos.

Em outras palavras a fratura se deu de fato por Flexão e se apresentou de forma

constante e transversal denotando uma boa uniformidade da configuração do compósito.

Com relação ao estudo microscópico da fratura, com base na microscopia óptica, se

pode observar os vários tipos de dano ocorridos a começar pela presença de microfissuração

na matriz, delaminação, ruptura e arranque de fibras. A Figura 84 mostra a região final da

fratura com a presença de ruptura de fibras e desaderência fibra/matriz, caracterizado pela

presença de “feixe” de fibras sem a presença de resina.

Page 127: Protese TCC

125

Figura 84 - Região da fratura final na Flexão em Três Pontos.

Apenas dois corpos de provas ensaiados mostraram a presença de dano na região de

compressão, como a presença de fissura e fendas, ver Figura 85.

Figura 85 – Presença de dano na região comprimida – Flexão em Três Pontos.

Região da fratura final

Desaderência fibra/matriz

Fendas

Page 128: Protese TCC

126

Já com relação à presença de fraturas dos tipos coesivas (nas fibras) e adesivas

(interface fibra/matriz), podem ser mais bem observadas na microscopia eletrônica de

varredura. A Figura 86 mostra esses tipos de dano interno à camada de fibra de vidro.

Figura 86 – Fraturas coesivas e adesivas na camada de fibras de vidro – Flexão em Três Pontos.

A análise micrográfica da fratura através do MEV proporciona detalhes importantes

dos tipos de danos como a presença da fenda transversal à aplicação da carga situada na

região tracionada (Figura 87), a qual se propaga longitudinalmente quando atinge a interface

entre as camadas de fibras de juta e de vidro. Destaque ainda pode ser dado à presença de

desaderência na interface fibra de juta/matriz e ruptura dessas fibras.

A Figura 88 põe em destaque a fenda longitudinal mencionada anteriormente que ao

se propagar na interface entre as camadas de fibras de juta e vidro, dá origem ao fenômeno da

delaminação. Esse fenômeno é mostrado ainda sob outra visão, Figura 89, quando se observa

a mesma com ênfase na camada fibra de vidro. Ressalta-se aqui a forte desaderência na

interface fibra de vidro/resina, caracterizada pela aparência “limpa” das fibras de vidro.

Fratura adesiva

Fratura adesiva

Fratura coesiva

Fratura coesiva

20 µm

Page 129: Protese TCC

127

Figura 87 – Fendas transversais e longitudinais na camada tracionada – Flexão em Três Pontos.

Figura 88 – Delaminação entre as camadas de fibras de juta e de vidro – Flexão em Três Pontos.

Característica da fratura porflexão – Seção transversal do CP

Delaminação com ênfase na resina

Desaderência fibra/matriz

Page 130: Protese TCC

128

Figura 89 – Outra visão da fenda de delaminação – Flexão em Três Pontos.

A Figura 90 mostra a face inferior da ruptura por Flexão onde se destaca a fenda

transversal ao comprimento do corpo de prova com ruptura internamente das fibras de juta,

saindo do CP, e atravessando totalmente a largura do mesmo.

Figura 90 – Face inferior (tracionada) fraturada – Flexão em Três Pontos.

Delaminação com ênfase nas fibras

Característica da fratura porflexão – superfície do CP

Page 131: Protese TCC

129

Alguns tipos de danos podem ser observados de forma isolada como o observado na

Figura 91. O dano é caracterizado pela presença de duas lacunas (buracos) na resina, situadas

na seção transversal do CP (camada de fibras de juta a ± 45°) e próxima a região da fratura.

Essas lacunas podem ter sido originadas pela tração exercida nas fibras a ± 45°, as quais se

deslocaram na direção da tração e se desprenderam da resina. Esse fenômeno devido ser

extremamente localizado e em apenas um CP, pode ter tido origem em alguma bolha (vazio)

proveniente do processo de fabricação. São observadas também algumas fissuras na matriz.

Figura 91 – Tipos de dano isolado na Flexão em Três Pontos.

Apesar da não existência de normas específicas ou dados na literatura que classifique

um dado material como recomendável para o seu uso na confecção de próteses, em análise

aos valores obtidos referentes à resistência e rigidez do LCH para ambos os carregamentos,

pode-se concluir que o mesmo pode estar na condição de super dimensionado.

Esse fato vem da observância da capacidade de suporte de carga do mesmo, ou seja,

aproximadamente 480 KGF na tração e de 17 kgf na flexão. Sabendo-se que o material

desenvolvido apresenta um comportamento mecânico do tipo quebradiço, onde o mesmo

costuma apresentar debilidade com ralação às cargas normais de tração, devido a uma maior

facilidade no processo de origem e propagação de fissuras, a alta capacidade de suporte de

Lacunas na resina

Fissuras na resina

Page 132: Protese TCC

130

carga na tração leva a uma maior segurança em termos de projeto estrutural. Estes dados

conjuntamente com o próprio perfil (forma estrutural) da prótese levam a novos estudos

referentes ao desenvolvimento de outras configurações, outras formas e tipos de reforços e

principalmente laminados mais finos.

5.2.5 Ensaio de Densidade Volumétrica

O ensaio de Densidade Volumétrica, ver (Tabelas 9 e 10) comprova que o material

compósito híbrido apresenta uma das características mais importantes requeridas numa

prótese ortopédica, à baixa densidade. Elas precisam ser leves porque entre outros fatores

reduz o índice de rejeição do usuário. Outras características já demonstradas com relação ao

compósito acima citado sugerem que o mesmo é uma boa opção para a confecção de

cartuchos de próteses ortopédicas. A densidade encontrada no para o laminado compósito

híbrido foi de 1,251 g/cm3.

Tabela 9 – Medições da massa com Corpos de Prova a Seco

CORPOS DE PROVAD1 D2 D3 D4 D5

MEDIDA 1 (g) 3,884 3,868 3,902 3,933 3,831MEDIDA 2 (g) 3,880 3,868 3,901 3,938 3,828MEDIDA 3 (g) 3,879 3,865 3,899 3,934 3,826VALOR MÉDIO (g) 3,881 3,867 3,901 3,935 3,828

Tabela 10 – Medições da massa com Corpos de Prova Imersos

CORPOS DE PROVAD1 D2 D3 D4 D5

MEDIDA 1 (g) 0,779 0,782 0,791 0,790 0,758MEDIDA 2 (g) 0,788 0,789 0,792 0,792 0,772MEDIDA 3 (g) 0,788 0,795 0,799 0,796 0,778VALOR MÈDIO (g) 0,785 0,789 0,794 0,793 0,769

MEDIAGERAL

DENSIDADEVOLUMÉTRICA

(g/cm3) 1,250 1,253 1,252 1,249 1,248 1,251

Para que enfatizar a baixa densidade volumétrica encontrada para LCH, um dos

fatores determinantes, conjuntamente com os valores encontrados para as resistências (tensão)

últimas e os módulos de elasticidade, para o uso do LCH em próteses, a literatura mostra

Page 133: Protese TCC

131

(HERAKOVICH, C. T., 1998), alguns valores de densidades volumétricas para os principais

sistemas de fibra/matriz:

o Lâmina unidirecional de fibras de vidro-S/epóxi – 2,0 g/cm3;o Lâmina unidirecional de fibras Kevlar/epóxi – 1,38 g/cm3;o Lâmina unidirecional de fibras de carbono/epóxi – 1,52 g/cm3;

Neste sentido, sabendo-se que o compósito desenvolvido se apresenta na forma de

laminado (5 lâminas), o valor da densidade volumétrica encontrada é suficiente para o uso do

mesmo no tipo de prótese estudado.

Page 134: Protese TCC

132

6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

6.1 CONCLUSÕES

6.1.1 Relacionadas ao Leitor Mecânico

a) O equipamento Scanner 3D (Leitor Mecânico) projetado e construído durante esse

projeto pesquisa atingiu os objetivos propostos por permitir aplicar os conceitos de

Engenharia Reversa para obter informações geométricas e topológicas da perna sadia

e/ou do coto.

b) O modelo gerado pelo Scanner 3D apresenta qualitativamente menor grau de

incertezas nas medições, pois comparado ao processo de produção do molde positivo

e/ou do cartucho de prova, deixa de ser puramente artesanal, dependente da habilidade

do ortoprotético, para ser um trabalho de engenharia contemplando novas tecnologias

e todos os seus aspectos pertinentes.

c) O equipamento atendeu a meta da redução das etapas de fabricação de cartuchos de

próteses e ainda oferece a vantagem de viabilizar a execução de projetos de prótese

individualizada (personalizada) a partir de parâmetros, também únicos, oriundos de

cada paciente. Atualmente já esta em uso a segunda versão (Beta) que foi modificada,

porém o conceito ou principio de funcionamento permanece sem alteração.

d) Apesar de não fazer parte dos objetivos iniciais dessa pesquisa, também foi possível

projetar e construir um equipamento portátil modular alternativo (versão Gama) para

atender mais confortavelmente a pacientes em seu próprio domicílio. Esta é uma

característica bastante desejada quando se trata de equipamento projetado para pessoas

com dificuldade de locomoção.

6.1.2 Relacionadas ao LCH

Com relação aos resultados obtidos pelo LCH frente aos carregamentos de Tração

Uniaxial e Flexão em Três Pontos, o comportamento linear obtido entre a tensão e a

deformação facilita possíveis modelamentos nas respostas mecânica desse material.

Em análise aos valores obtidos para a resistência e rigidez do LCH, pode-se concluir

que o mesmo pode ser usado em elementos estruturais de médio porte, caso em que se

encaixam o tipo prótese em estudo e segundo estudos levantados na pesquisa bibliográfica,

Page 135: Protese TCC

133

embora as mesmas não tratem de estudos relacionados especificamente em aplicações

envolvendo Próteses/Òrteses e sim na capacidade de suporte de carga muitos elementos

estruturais.

Ressalva se faz para a superioridade dos resultados obtidos na Flexão frente à Tração

com relação à resistência última, fato importante na aplicação em Órteses, guardando

inclusive praticamente a mesma rigidez.

Somando-se a tudo isso ressalva se faz com relação à leveza do laminado (baixa

densidade), as propriedades específicas do LCH, ou seja, a resistência e rigidez por unidade

de peso, o que levam o laminado a um patamar seguro como elemento estrutural.

6.1.3 Característica da Fratura

De uma forma geral, seja para o carregamento de tração ou flexão em três pontos, as

fraturas se mostram bastante localizadas, fato esse que facilita a prevenção da falha no

laminado compósito híbrido – LCH.

Características comuns de danos foram observadas para ambos os carregamentos tais

como: fissuração na matriz, fraturas coesivas (matriz e fibras), fratura adesiva (desaderência

fibra/matriz), delaminação e rupturas de fibras.

Ressalva se faz para a distribuição das camadas no laminado (configuração

idealizada), já que a colocação da camada de fibras de vidro como camada central do

laminado evitou qualquer tipo de fratura precoce por cisalhamento no ensaio de flexão em três

pontos. A delaminação ocorrida na interface entre as camadas de fibras de vidro e juta ocorreu

antes da linha neutra do CP, ou seja, na face tracionada.

A boa aderência entre as camadas de fibras de juta, mesmo com diferentes orientações

das fibras, se verifica para ambos os carregamentos, tendo em vista a ausência do fenômeno

da delaminação entre essas camadas.

6.1.4 Uso do Leitor Mecânico na Fabricação do LCH

O desenvolvimento do leitor mecânico, indiscutivelmente, aperfeiçoa a obtenção das

medidas do molde a ser usado na confecção das próteses. Com isso a possibilidade inovadora

da obtenção dessas próteses nas indústrias de plásticos reforçados se torna viável. Neste

sentido, novas configurações de laminados, novas técnicas de fabricação associadas a um

Page 136: Protese TCC

134

baixo custo de produção, tornam-se parâmetros de extrema importância para aquisição do

produto por maior faixa da população.

6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Durante o decorrer dessa pesquisa, focada no problema objeto, nem todas as hipóteses

e variáveis puderam ser analisadas ou testadas devido a limitações temporais e financeiras.

Nesse subitem são listadas algumas das sugestões viáveis para investigação em trabalhos

futuros tomando-se como ponto de partida os objetivos alcançados nesse trabalho. As

sugestões são:

a) Considerando o estágio, funcional, atual do scanner 3D conclui-se que algumas

alterações precisam ser implementadas ao projeto no sentido de tornar o sistema

totalmente integrado ao CAD. Como objetivo deve-se buscar atender ao seguinte

critério de projeto:

o Acrescentar ao projeto mecanismos que garantam, além do registro de informações

antropométricas do coto, outras informações referentes ao corpo do paciente em

sua posição natural. Por exemplo, informações sobre nivelamento dos membros

sadios em relação ao solo e alinhamento personalizado da postura. Essas

informações são importantes e essenciais para uma melhor confecção

individualizada da prótese e do seu correto dimensionamento.

o Pesquisar a possibilidade de adaptação eletrônica do equipamento desenvolvido,

transformando-o da atual condição de um leitor puramente mecânico em um

equipamento Eletro-mecânico. Dessa forma, ter-se-ia eliminado o processo de

digitação dos dados gráficos presentes no disco. Partindo-se para uma completa

automatização do processo de geração do modelo CAD do coto através da

Engenharia Reversa.

b) Procurar desenvolver um software acadêmico que melhor atenda aos anseios dos

ortoprotéticos, buscando reduzir as deficiências dos pacotes CAE comerciais. Esses

pacotes apresentam dificuldades para trabalhar adequadamente com materiais

compósitos, pois se baseiam nos critérios da energia de deformação ou cisalhamento

máximo (i.e. critérios de resistência voltados para metais – ex: Von Misses ou Tresca).

Sugere-se desenvolver um processador e um pós-processador acadêmico de elementos

Page 137: Protese TCC

135

finitos para atender as necessidades específicas do projeto de próteses tibiais e

femorais.

c) Sugere-se expandir o OrtoCAD para incluir uma interface direta (on-line) com um

ambiente de engenharia assistida por computador (CAE/FEM) acadêmico mencionado

no item anterior.

d) O OrtoCAD precisa ser ampliado para levar em consideração efeitos dos

carregamentos dinâmicos. Algumas pesquisas recentes aplicando elementos finitos

para analisar esforços em próteses tibiais e femorais podem ser encontradas nas

referências [PEERY, 2005, JIA, 2004 e LIN, 2004].

e) Outro trabalho bastante interessante seria o de ensaiar e caracterizar os materiais

utilizados atualmente nas próteses ortopédicas e ampliar a biblioteca de materiais

utilizada pelo OrtoCAD para contemplar esses novos valores. Também poder-se-ia

utilizar o OrtoCAD para avaliar a possibilidade de construir essas próteses utilizando

fibras naturais e regionais em sua totalidade.

f) Sugere-se expandir o OrtoCAD e desenvolver um módulo para produzir o molde

positivo ou cartucho protótipo (de prova) em um formato de stereolitografia de forma

que possa ser enviado diretamente para confecção em máquinas de prototipagem

rápida.

g) De posse do molde, construir um cartucho de prótese utilizando a mesma configuração

do material (LHC) no âmbito industrial para avaliar diversos aspectos relacionados a

facilidade de conformação estética, massa, rapidez no processo de fabricação, etc.

Finalmente, como sugestão ao uso da indústria de Plástico Reforçado na obtenção da

prótese, recomenda-se o processo de fabricação de moldagem à vácuo. O mesmo apresenta

características importantes como utilização de molde fechado, o que leva a uma boa qualidade

do produto final em termos conformidade, aparência e impregnação do reforço por parte da

resina.

Page 138: Protese TCC

136

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APÊNDICE

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APÊNDICE 1 – PORTARIA MS/SAS N.º 388, DE 28 DE JULHO DE 1999

O Secretário de Assistência à Saúde, no uso de suas atribuições legais, e considerando:

• a importância médico social do atendimento às pessoas portadoras de deficiências;• a necessidade de se garantir produtos de órteses e próteses de qualidade para esses pacientes,

e;• a necessidade de se instituir mecanismos de controle, avaliação e planejamento para este

importante segmento da sociedade, resolve:

Art. 1.º Estabelecer que a empresa de Ortopédica Técnica, fornecedora de Órtese e PróteseAmbulatorial, deverá, mediante instrumento próprio, oferecer garantia para o material fornecido.§ 1.º Os prazos fixados para a garantia de que trata este artigo serão: de 18 (dezoito) meses paradefeitos de componentes e de 12 (doze) meses para defeitos decorrentes de falhas comprovadas demão-de-obra.§ 2.º As empresas de Ortopedia Técnica objeto deste artigo deverão fornecer o certificado de garantiapara todos os produtos por ela fornecidos.

Art. 2.º Instituir o TERMO DE RESPONSABILIDADE, COMPROMISSO E GARANTIA, na formado Anexo I, a ser assinado pelo receptor da órtese ou prótese e pelo médico que a prescreveu.§ 1.º O Termo objeto deste artigo, devidamente assinado, deverá ficar anexo ao prontuário do paciente,ou no processo de concessão do aparelho, no SUS.§ 2.º A concessão de substituição de órtese ou prótese só poderá ser reivindicada ao final de 2 (dois)anos, ou de um período julgado adequado pelos médicos responsáveis.

Art. 3.º Instituir as Normas Básicas de Confecção de Órteses Ortopédicas, na forma do Anexo II.

Art. 4.º Determinar que a Secretaria de Assistência à Saúde/SAS, em conjunto com a Secretaria dePolíticas de Saúde, deverá adotar as providências necessárias à efetiva operacionalização destaPortaria.

Art. 5.º Esta Portaria entra em vigor na data da sua publicação.

ResumoEstabelece que as empresas de Ortopedia Técnica, fornecedoras de órteses e próteses, deverão oferecergarantia para o material fornecido, mediante instrumento próprio.

ANEXO ITERMO DE COMPROMISSO, GARANTIA E RESPONSABILIDADE DE LOCOMOÇÃONome do usuário:Documento apresentado: n.ºFiliação:Regional Responsável:Equipamento: ( ) Órtese ( ) Prótese ( ) Cadeira de Rodas ( ) Andador ( ) Muleta ( ) AdaptaçãoEspecificação:Código do SUS:Instituição e Empresa Fornecedora:Endereço: n.ºBairro Cidade UF:CEP: Telefone(s): FAXInsc. Estadual: CGCTécnico Responsável pela Confecção e Montagem: RubricaResponsável pela Empresa/Instituição RubricaGarantia dos Componentes: 18 meses -Garantia da Mão-de-Obra: 12 meses

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Data das Revisões: - I - I -(6 meses) - 1- 1 -(12 meses) -1 -1- (18 meses)Origem da PrescriçãoMédico responsável pela prescrição:Data da Prescrição: -1-1 -Data de Entrega ___/___/______Peso atual do paciente: Kg -Medidas coto; Proximal cm -Distal: ! cmDeclaração: O equipamento acima descrito foi por mim examinado, e está de acordo com aprescrição médica) _____________________________________________________Médico Responsável pela Prescrição/AvaliaçãoObservações:1. os componentes do equipamento só devem ser manuseados por um técnico ortopédicoespecializado. O usuário não deve efetuar qualquer tipo de manutenção ou alteração no equipamentoque possa prejudicar a estrutura ou funcionamento básico do mesmo, com exceção dos casos em quenão houver outra alternativa que seja viável para retorná-lo à condição ou parâmetros iniciais. Aomudar o calçado, cuidar para que o mesmo tenha o salto da mesma altura original.2. observar, rigorosamente, os prazos de manutenção e/ou revisão, de acordo com cada tipo decomponente. Estes prazos estão determinados acima.3. comunicar os problemas ocorridos à comissão técnica do órgão fornecedor, que convocará o técnicoortopédico responsável para realizar o reparo. Ao aceitar e atestar sua satisfação com o equipamentodestinado a melhorar seu desempenho físico, o (a) Sr.(a) compromete-se a zelar pelo referidoequipamento, preservando-o por, no mínimo, 2 (dois) anos. Para isso contará com o apoio daEmpresa/Instituição fornecedora (acima) e da Instituição responsável pela prescrição, adequação etreinamento do equipamento ao paciente.Local e data Usuário ou Responsável

FORMULÁRIO DE PRESCRIÇÃO - ÓRTESES/PRÓTESES E MATERIAL AUXILIARDATA ___/___/___Identificação do Cliente:Nome: Sexo: ( ) M ( ) F CorNascimento Cidade: Doc. Ident.Profissão: Função: Origem:( ) Em atividade ( ) Aux. Benefício ( ) Aux. Acid) Trab) Aposentado ( ) Em ReabilitaçãoObs.:Seguro Social: ( ) NÃO ( ) SIM Qual:Diagnóstico Etiológico:Diagnóstico Topográfico:Distúrbios Associados:Instituição/Profissional que encaminhou:Nome da Instituição: Fone: ( )Nome do Profissional: Fone: ( )Especialidade: Cons. Reg.: n.ºIdentificação do Equipamento:( ) Órtese ( ) Prótese ( ) Material Auxiliar de Locomoção/ A VDs ( ) Funcional ( ) Estético ( )Temporário ( ) Definitivo: ( ) Novo ( ) Substituição: ( ) Total ( )Parcial ( ) Unilateral ( ) Bilateral

PRÓTESE(S) PARA MEMBRO(S) INFERIOR(ES)Nível: ( ) Desartic. Quadril ( )Transfemural ( ) Desartic. Joelho ( )Transtibial ( )Tornozelo( )Ante péTipo de Equipamento: ( ) Endoesquelético (modular) ( ) Exoesquelético ( convencinal)Encaixe: ( ) Cesto Desarticulação Quadril ( ) Quadrilateral ( ) Contensão Isquiática ( )PTB( ) PTS ( )PTB c/coxaV( )PTB p/Chopart/Pirogoff/Syrne/( )Palmilha p/ Compl. Ante pé: ( )Rígida ( )FlexívelMaterial:( ) Resina Acrílica p/ Laminação ( ) Couro ( ) Propileno ( ) Reforço Aço Carbono( ) OutroSuspensão: ( )Válvula vácuo ( )Cinto Pélvico ( )Cinto Silesiano ( )Correia Supracondilar

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( )Coxal ( )KBM Obs.: em amputados bilaterais, com níveis de amputações diferentes, marcar E ou Dnos parênteses. Articulações: ( ) Quadril: ( ) Exoesquelética ( ) Endoesquelética: ( ) com Trava ( ) semTrava ( ) Joelho ( ) Exoesquelética ( ) Monoeixo; ( ) Livre ( ) c/ Trava ( ) c/Freio ( ) c/ Impulsor( ) Endoesquelética ( ) Monoeixo ( ) Livre ( ) c/Trava ( ) c/Freio ( ) c/Impulsor ( ) Quatro Barras ( )Livre ( ) c/ Trava ( ) Tornozelo ( ) Exoesquelética ( ) Endoesquelética Perna: ( ) Exoesquelética ( )Endoesquelética: ( ) Aço ( ) Alumínio ( ) Revestimento cosmético Pé: ( ) SACH ( ) SACH geriátrico () p/ Amputação de Pirogoff ( ) Articulado ( ) DinâmicoI) Casos em que se evita a prescrição de Próteses Ortopédicas p/ Membros Inferiores:Ao se prescrever uma prótese, deve-se ter em mente que ela irá exigir treinamento e esforço dopaciente para a marcha. Por isso, não prescrever próteses para amputados uni ou bilaterais com:cegueira bilateral; graves distúrbios cardiovasculares e respiratórios, neuropatias afetando severamenteo equilíbrio, a coordenação, a cinestesia e a propriocepçãodos membros inferiores; pacientes com artropatias graves no membro residual ou doençasprogressivamente debilitantes, alcoólatras irrecuperáveis, psicopatas c/ grande alienação mental. EMCASOS COMO ESTES, DAR PREFERÊNCIA ÀS CADEIRAS DE RODAS.Carimbo e Assinatura do Responsável p/ Prescrição

FORMULÁRIO DE PRESCRIÇÃO ÓRTESES/PRÓTESES E MATERIAL AUXILIARDATA ___/___/___Identifi cação do Cliente:Nome: Sexo: ( ) M ( ) F CorNascimento ___/___/___ Cidade: Doc) Ident._____________________Profissão: Função: Origem:( ) Em atividade ( ) Aux. Benefício ( ) Aux. Acid) Trab); Aposentado ( ) Em ReabilitaçãoObs.:Seguro Social: ( ) NÃO ( ) SIM Qual:Diagnóstico Etiológico:Diagnóstico Topográfico:Distúrbios Associados:Instituição/Profissional que encaminhou:Nome da Instituição: Fone: ( )Nome do Profissional: Fone: ( )Especialidade: Cons. Reg.: n.º

PRÓTESE(S) PARAMEMBRO(S) SUPERIOR(ES)Identificação do Equipamento( ) Funcional ( ) Estético ( ) Temporário ( ) Definitivo ( ) Novo ( ) Substituição: ( ) Total( )ParcialNível: ( ) Desarticulação de mão ( ) Desarticulação de Punho ( ) Desarticulação de Cotovelo( ) Desarticulação de Ombro ( ) Amputação TransradialTipo de Equipamento: ( ) Unilateral ( ) BilateralMaterial: ( ) Resina Acrílica p/ Laminação ( ) Luva Cosmética ( ) Espuma Cosmética( ) Reforço Aço Carbono ( ) Tirantes: Tipo: ( ) Correias ( ) c/Trava ( )OutroObs.: em amputados bilaterais, com níveis de amputações diferentes, marcar E ou D nos parênteses.Casos em que se evita a prescrição de Próteses Ortopédicas p/ Membros Superiores:• nível de rejeição de próteses de membro superior é elevadíssimo:Assim, ao se prescrever uma prótese, deve-se ter em mente que ela irá exigir treinamento e esforço dopaciente, bem como seu nível sociocultural para aprendizado. Por isso, não prescrever próteses paraamputados uni ou bilaterais com: cegueira bilateral; graves distúrbios cardiovasculares e respiratórios;neuropatias afetando severamente o equilíbrio, a coordenação, a cinestesia e a propriocepção dosmembros Superiores; pacientes com artropatias graves no membro residual ou doençasprogressivamente debilitantes; alcoólatras irrecuperáveis; psicopatas c/ grande alienação mental.Carimbo e Assinatura do Responsável p/ Prescrição

ANEXO II

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NORMAS BÁSICAS DE CONFECÇÃO DE ÓRTESES E PRÓTESES ORTOPÉDICASPRÓTESES ORTOPÉDICAS – Tipos de Estrutura:Exoesqueléticas (resina laminada)Endoesqueléticas (modular)PRÓTESES ORTOPÉDICAS PARA SUBSTITUIÇÃO DOS MEMBROS INFERIORES-CONFECÇÃO:1) utilizar somente materiais adequados a cada tipo de prótese, já devidamente aprovados no meio daortopedia técnica e obedecer, rigorosamente, às recomendações e indicações fornecidas pelo fabricantee/ou importador e fornecedor;2) a laminação da resina deve ser executada a vácuo, visando a eliminar bolhas de ar, ter maiorresistência e alcançar menor peso. A pesagem correta dos ingredientes da mistura da resina deveobedecer às quantidades recomendadas pelo seu fabricante, pois isto é de fundamental importânciapara se obter a qualidade final da laminação;3) utilizar malhas de fibra sintética, de acordo com as especificações do fabricante, com colocação dereforços proporcionais ao peso corpóreo do usuário, utilizando fibra de carbono e/ou manta de fibra devidro nos pontos de maior esforços, tais como:

• nas próteses transtibiais:• parte anterior da “canela”• abas superiores próximas ao joelho• nas próteses transfemorais:• parte inferior da articulação do joelho, borda superior do soquete

4) utilizar espuma de poliuretano expandido para fazer os enchimentos que irão completar altura nafase de prova e dar a forma anatômica final à prótese;5) a escolha dos componentes das próteses deverá seguir critérios rigorosos quanto às vantagens reaisque irão oferecer ao usuário, a sua funcionalidade, a relação custo x benefício e obedecer àsrecomendações técnicas dos seus fabricantes quanto ao limite de peso e indicação do tipo usuário;6) SOQUETE DE ENCAIXE DO COTO:a) DESARTICULAÇÃO DO QUADRIL:Este soquete deverá ser confeccionado em polipropileno moldado à vácua ou em resina, tambémlaminada a vácuo. Nesse caso, a parte do lado amputado será em resina rígida e o lado oposto aoamputado será em resina flexível. O recorte deste soquete, também chamado de cesto pélvico, deve serfeito de modo a permitir ao usuário fletir o tronco para frente, até uma posição que lhe permita amarraro calçado. O molde de gesso para a confecção deste soquete terá que ser confeccionado de acordo comas normas já estabelecidas pela ortopedia técnica. Quando usado o polipropileno, a placa de fixação daarticulação deverá ser envolvida em um semicesto de resina laminada pela parte externa dopolipropileno utilizando reforço de fibra de carbono ou manta de vidro.b) TRANSFEMORAL:O soquete para amputado transfemoral, com exceção dos casos onde houver contra-indicação médica,deve ser com contato total, com boa acomodação para a massa do coto sem pressões excessivas. Nocaso dos soquetes quadrilaterais, a mesa de apoio do ísquio deve ser suave, sem quinas, bem modeladae horizontal em relação ao solo. O canto medial anterior deve ter espaço para acomodação do músculoadutor e a saída da válvula deve ficar o mais distal possível. O contra apoio anterior no triângulo deescarpa deve ser mais elevado cerca de 15 mm acima da mesa do apoio do ísquio.Uma outra forma de encaixe transfemoral é o chamado encaixe longitudinal ou encaixe de contençãoisquiática (também conhecido por encaixe CAT - CAM).Características específicas deste encaixe:

• a medida antero-posterior é maior que aquela de um encaixe quadrilátero;• a medida médio-lateral é menor que aquela de um encaixe quadrilátero;• a medida médio-lateral interóssea (distância entre o ramal isquiático e o sub-trocânter) deve

ser respeitada com a maior precisão possível;• a tuberosidade deve estar contida aproximadamente 3 a 4 cm dentro do encaixe (em relação à

borda do encaixe);• a tuberosidade não possui um apoio no plano horizontal, como, por exemplo, no encaixe

quadrilátero;

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• o fêmur deve ser posicionado em adução (posição fi siológica);• o encaixe sempre deve proporcionar contato total.

c) DESARTICULAÇÃO DO JOELHO:Este soquete requer uma modelagem precisa da parte distal do coto onde será exercida toda a carga etambém sobre os côndilos femorais medial e lateral onde será conseguida a suspensão da prótese.O soquete flexível deverá ter um acolchoamento na parte distal, onde ocorrerá o apoio, não muitoespesso, para evitar o alongamento excessivo do soquete rígido. Na sua borda superior/anterior deveráser feito um ressalto que servirá de guia para o seu correto encaixe.d) TRANSTIBIAL:Os pontos de apoio (carga) nos vários tipos de soquetes transtibiais são os mesmos,diferenciando-se somente quanto à suspensão. Por isso, deve-se num soquete transtibial, além dodesejado contato total (com exceção para os casos onde houver contra-indicação), procurar obter umbom apoio de carga sob o côndilo tibial medial, um segundo apoio de carga não muito forte subpatelare contra apoio na face lateral anterior e face posterior do coto (poplítea). Aliviar o apoio na crista eextremidade distal da tíbia, bem como na cabeça e extremidade distal da fíbula. No soquete PTH, amodelagem termina ao nível da articulação do joelho e para o soquete KBM a modelagem necessitasubir englobando a parte superior dos côndilos femorais (médio lateral) e ainda para o soquete PTSmodelar a parte superior da patela.e) SYME:Neste tipo de amputação, o ponto de descarga é terminal podendo também ser utilizado o apoiosubpatelar e o soquete deve obedecer à forma natural do coto, até ao nível do joelho onde serárecortado nos moldes de uma PTH. A parte posterior deverá ser bem modelada uma vez que asuspensão deste tipo de prótese será neste ponto (veja detalhes da suspensão no item 10 da letra E.l.).7) nas próteses endoesqueléticas (modulares) o revestimento cosmético de espuma deverá ser fixadoem uma sobrecapa de resina laminada e esta então fixada no soquete por parafuso ou velcro tambémna junção com o pé a espuma deverá ser colada ao adaptador próprio de encaixe no pé. Esteprocedimento facilitará a manutenção dos componentes e a verificação de sua procedência, sendovedada a colagem da espuma diretamente no soquete ou no pé.8) nas próteses exoesqueléticas (resina laminada) com pé sem articulação tíbio-társica, este terá que,além da fixação por parafuso, ser firmemente colado à parte do tornozelo com cola especial, conformeindicação do fabricante.9) o alinhamento das próteses deverá obedecer às indicações e normas técnicas preestabelecidas decada fabricante dos componentes utilizados, adequando à fisiopatologia do usuário.10) métodos de Suspensão das Próteses Ortopédicas:a) Desarticulação do Quadril:A suspensão dessas próteses é feita pela modelagem do soquete (cesto pélvico) sobre as cristas ilíacas,sendo aconselhável acolchoar estes pontos a fim de proporcionar maior conforto ao usuário.b) Transfemoral:b.1) Sucção: O coto deve ficar acomodado dentro do soquete sem pressão excessiva, com contato totalfazendo uma redução de, aproximadamente, 5% na circunferência da parte superior do soqueteformando um anel que irá vedar a passagem de ar criando a sucção.b.2) Cinto Pélvico: o cinto deve estar localizado entre os trocânteres e as cristas ilíacas e a suaarticulação do quadril, quando houver, deve estar anteriorizada cerca de l5 milímetros em relação àlinha central da prótese.b.3) Cinto Sileziano: ancorado na parte lateral-posterior e abotoando na parte anterior mais para alateral, tem como ponto de apoio para suspensão a parte superior da crista ilíaca, do lado contrário aoamputado e neste ponto (crista ilíaca) deve ser acolchoado ou fazer apoio sobre uma peça de termoplástico moldado sobre a crista ilíaca o que irá oferecer mais conforto.c) Desarticulação do Joelho:c.l) Nos soquetes de resina para este tipo de amputação, a suspensão se dará pela modelagem dosoquete flexível sobre os côndilos femoral medial e lateral, sendo técnica já consagrada.c.2) Nos soquetes, principalmente das próteses exoesqueléticas quando é usado o manguito de coxa(coxal) em couro tipo soleta ou até em polipropileno, a suspensão ocorre pelo próprio ajuste domanguito. No entanto, a modelagem sobre os côndilos femorais irá com certeza aumentar,consideravelmente, o conforto do soquete.

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d) Transtibial:d.l) Prótese PTB: a suspensão será feita por meio de um dispositivo de couro, ou plástico, abotoandocom fi vela ou velcro, com um desenho especial já citado com 4 (quatro) pontas interligadas na parteque fará apoio sobre a patela sendo que duas destas pontas irão se encontrar para abotoar, envolvendoa parte distal da coxa logo acima da patela). As outras duas pontas serão ancoradas na prótese na partelateral e medial ficando estes dois pontos posteriorizados 2 cm em relação a linha central-vertical daprótese, de modo a permitir que esta correia não exerça pressão sobre a patela quando o joelho estiverfletido. É vedado o uso de correias circulares com ancoragem medial e lateral na prótese.d.2) Prótese PTS: a suspensão é feita acima da patela e côndilos femorais requerendo por isso uma boamodelagem do soquete.d.3) Prótese KBM: a suspensão se dá por uma boa modelagem das abas medial e lateral sobre oscôndilos femorais. Neste tipo de suspensão, as bordas superiores das abas devem ser modeladasligeiramente viradas para o lado externo, pois se ficarem viradas para o lado interno irão penetrar nostecidos e machucar. Quando ocorrer que o diâmetro médiolateral, ao nível da articulação do joelho,seja maior do que o diâmetro da parte distal do fêmur, ao nível da parte superior dos côndilos, énecessário que se aumente a espessura do soquete flexível nas suas abas quase que igualando odiâmetro do joelho. Caso contrário, haverá dificuldade para calçar a prótese.d.4) Prótese com Manguito (coxal): a suspensão é obtida pelo ajuste do próprio manguito, no entantocomo nos manguitos desarticulados de joelho, uma boa modelagem sobre os côndilos femorais iráaumentar muito o conforto com a prótese.e) Syme:e.l) A suspensão na prótese, para este tipo de amputação, será feita aproveitando-se a modelagem naparte posterior distal do coto, com a utilização de uma tampa posterior no soquete que é aberta para aintrodução do coto. Em alguns casos de coto com menor volume de massa na extremidade é possívelutilizar técnica semelhante à utilizada nos soquetes para desarticulados de joelho e com certeza iráproporcionar melhor estética.-PROVA:1) após a montagem da prótese, obedecendo ao que chamamos de alinhamento de bancada, a mesmaserá calçada no paciente para que se proceda à prova dinâmica de marcha, executada obrigatoriamentecom a utilização de uma barra paralela. Nessa ocasião o protesista irá verificar o seu alinhamentodinâmico, altura, corrigir posições inadequadas, o perfeito ajuste e conforto oferecido pelo soquete, ese os componentes escolhidos estão sendo bem utilizados ou ainda se realmente estão indicados paraaquele paciente. Qualquer substituição de componentes deverá ser discutida com a equipe ou médicoque fez a prescrição.2) a fase da prova é de extrema importância para se obter uma prótese com qualidade total.Nesta ocasião, é que se deve fazer todas as correções necessárias, sem se preocupar com o tempo gastoou com o número de alterações. O paciente só deverá deixar a sala de prova quando a sua próteseestiver totalmente adequada ao seu uso. Se isto não for possível naquele momento, devido a problemastécnicos, convoque-o para uma outra prova, tão logo solucione estes problemas.3) muitos profissionais cometem um erro primário de anotar as correções observadas na ocasião daprova para executá-las posteriormente. Este procedimento prejudica a qualidade final da prótese e, emmuitos casos, é o motivo dos problemas que constatamos no dia a dia, provocando dificuldades naadaptação com a prótese, atrasando a recuperação do paciente e , causando sérios prejuízos para todosos envolvidos neste processo. Caso isso ocorra, deverá ser realizada nova prova.-ENTREGA:Embora o treinamento com a prótese deva ser feito em centros de reabilitação capacitados para estefim, o protesista deve calçar a prótese já totalmente pronta no paciente para que possa conferir todosos detalhes de funcionalidade e recursos técnicos dos componentes. Deve também conferir o confortoe a estética da prótese, informando ao paciente o modo correto de calçá-la e os cuidados fundamentaisque este deve dispensar à sua prótese.

PRÓTESES ORTOPÉDICAS PARA SUBSTITUIÇÃO DOS MEMBROS SUPERIORES.CONFECÇÃO:

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1) os procedimentos para a confecção das próteses para membros superiores, quanto aos componentes,a laminação da resina e os cuidados com a sua execução, devem obedecer as mesmas normas jáestabelecidas para as próteses destinadas aos membros inferiores.2) a decisão quanto ao tipo de prótese a ser confeccionada para um paciente amputado de membro oumembros superiores, bem como a escolha de seus componentes, deve ser precedida de uma análisemuito profunda e executada por uma equipe multidisciplinar composta por médico, terapeuta,psicólogo, assistente social e protesista. Assim deverão ser analisados aspectos fundamentais como otipo de amputação, a necessidade ou não de correção do coto, funcionalidade, grau de utilização eestética da prótese, expectativa e aceitação pelo paciente e seus familiares, o apoio destes ao pacientee, o principal: onde fazer o treinamento e adaptação com a prótese.3) uma vez vencida esta etapa, o protesista terá ainda que se preocupar com o peso da prótese, o maioraproveitamento possível dos recursos oferecidos pelos componentes escolhidos e no caso das prótesesde movimentos mecânicos desenvolver um sistema de suspensão e acionamento dos componentes demodo simples e de fácil colocação.4) para a confecção de próteses de membros superiores o protesista terá que obrigatoriamente utilizarcomponentes importados e dispor de um bom conhecimento quanto ao funcionamento, recursos,normas técnicas, utilização e indicações para os mesmos.

ÓRTESES ORTOPÉDICAS :ÓRTESES ORTOPÉDICAS PARA COMPLEMENTAÇÃO DOS MEMBROS INFERIORES:1.) INTRODUÇÃO:1.a) a confecção de órteses pode ser feita a partir de um molde de gesso ou um desenho com asrespectivas medidas.1.b) a escolha dos materiais para a confecção das órteses é de extrema importância paraatender da melhor forma possível o trinômio “funcionalidade - conforto - peso reduzido”.2.) CONFECÇÃO:2.a) Princípios de construção de órteses para o membro inferior:2.a.l) órtese de membro inferior com arcos de metal:Neste aparelho a união das hastes verticais medial e lateral (de duralumínio ou aço inoxidável) é feitapor meio de arcos horizontais de metal. As peças metálicas são revesti das com couro após amontagem do aparelho.2.a.2) órtese de membro inferior com calhas (cartuchos):Aparelho confeccionado a partir de calhas de couro (devidamente reforçadas com arcosde duralumínio) ou calhas termomoldadas de polipropileno.Estas órteses poderão ser híbridas, utilizando-se calha em um segmento do membro e arcos(braçadeiras) no outro.2.a.3) órtese de membro inferior em carbono:Aparelho confeccionado por meio de uma laminação. A fixação das articulações é feita durante oprocesso de laminação. A exatidão do molde de gesso (positivo) é de importância fundamental, já quenão é mais possível realizar correções em um aparelho laminado. Estas órteses também podem serconfeccionadas utilizando-se as hastes verticais e arcos horizontais pré-fabricados em fibra de carbonotermo moldável, com a vantagem neste caso de permitir pequenas alterações.3) ARTICULAÇÕES:3.a) as articulações das órtese que tiverem movimento no decurso da marcha devem estar paralelasentre si e equipadas com rolamentos ou buchas especiais ou ainda dispositivos que evitem o seudesgaste prematuro e também facilite os seus movimentos.3.b) as articulações com bloqueio devem ser bem ajustadas a fim de não apresentarem folgas nas fasesde marcha.3.c) tabela de montagem e alinhamento (alinhamento padrão) das articulações.

PLANO FRONTAL SAGITAL TRANSVERSAL* Articulação de quadril Horizontal e paralelo ao soloAltura: acima do troncânter Posicionamento anteroposterior:centralizar o prumo sobre a axila ou utilizar o traçado de Roser-Nelaton.Paralelo ao eixo do joelho.

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* Joelho Horizontal e paralelo ao soloAltura: 20 a 25 mm acima da fenda interóssea do joelho.Posicionamento anteroposterior:relação 60% - 40%(antero- posterior).Paralelo ao Plano Frontal.Paralelo a parte posterior do joelho flexionado a 90 graus.* Tornozelo Horizontal e paralelo ao soloAltura: ponta distal do meléolo (medial).Posicionamento anteroposterior:de forma medial e lateral considerando a forma convexa do tornozelo.Paralelo ao plano frontal/rotação externa (em dependência do ângulo de rotação externa daarticulação de tornozelo do paciente).* Metatarso Horizontal e paralelo ao soloMedial: até 15 mm atrás do primeiro metatarso.Lateral: imediatamente atrás do quinto metatarso.Paralelo ao eixo do joelho.4) FORRAÇÃO DAS ÓRTESES:4.a) evitar materiais que possam provocar reações alérgicas, principalmente na parte interna queficará em contato com a pele.5) SISTEMA DE FECHAMENTO:Utilizar, de preferência, o sistema de velcro e nos pontos de maior esforço utilizar o velcro reforçadocom couro ou cadarço abotoando com passador.6) USO DE CALÇADOS NAS ÓRTESES:6.a) A órtese deve proporcionar, sempre que possível, o uso de calçados independentes sem estaremfixos na mesma. De preferência calçados ou tênis normais, adquiridos em lojas de calçados.6.b) Os processos para se conseguir o uso da órtese com calçados independentes desta vão dautilização de calhas posteriores suro podálicas até sapatilhas ou palmilhas.7) DESCARGA DO PESO - APOIO ISQUIÁTICO:Para se obter um bom apoio isquiático nas órteses, o ideal é que a braçadeira superior da coxa sejaconfeccionada no formato trilateral ou quadrilateral (em resina laminada ou polipropileno) imitandoum soquete de prótese transfemoral aberto na parte inferior e o paciente irá calçar a órteseintroduzindo o pé por dentro desta braçadeira e assim será obtida uma boa descarga sem o incômodode se ter que apertar excessivamente a parte anterior da tradicional braçadeira metálica revestida comcouro. Esta braçadeira do tipo tri ou quadrilateral poderá também ser fendida dos dois lados da coxa eabotoada com tiras de velcro facilitando os pacientes mais idosos e obesos a calçar a órtese. Esteprocedimento, no entanto, irá prejudicar a descarga e o conforto da órtese.8) CINTO PÉLVICO:Deverá ser utilizado somente nos casos de extrema necessidade. Constitui-se de uma haste metálicavertical articulada e uma lâmina também metálica horizontal que irá envolver parte da bacia) A hastevertical deverá ficar cerca de 15 milímetros anteriorizada em relação à linha média vertical do membroe a sua articulação ao nível da cabeça do trocânter. A posição correta da lâmina metálica horizontalserá entre a cabeça dos trocânteres e as cristas ilíacas. É totalmente contra-indicado o uso de lâminahorizontal (cinto) ao nível da cintura, assim como o bloqueio da articulação do quadril nos casos deórtese unilateral torna-se ineficiente.9) TIPOS DE BLOQUEIO PARA AS ARTICULAÇÕES:9.1) DE JOELHO:9.1.a) Trava de gatilho (suíça): oferece a vantagem do bloquear os dois lados da articulação do joelhoe, para destravá-la, o usuário necessitará apenas de uma das mãos ou então utilizar o artifício, muitocomum neste tipo de trava, de destravá-la utilizando-se da borda da própria cadeira onde irá sentar-se.Este tipo de bloqueio oferece mais firmeza e recursos para corrigir alguma folga que porventura venhaa se apresentar no decorrer do seu uso.9.1.b) Trava de anel (americana): geralmente é utilizada somente na haste lateral da órtese, pois, secolocada dos dois lados, o usuário terá que obrigatoriamente utilizar-se das suas duas mãos para

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destravá-las ou sentar-se com a órtese bloqueada para posteriormente destravá-la. O uso da travasomente de um dos lados da órtese oferece menor estabilidade e maior chance de deformá-la.9.1.c) Existem outros tipos de trava - tipo “TIRO” e oculta.9.1.d) Bloqueio Ante-Recurvato: nestes casos, a articulação do joelho fi cará livre havendo somentelimitação dos movimentos em recurvato. O ortesista terá que identificar o grau de limitação,geralmente se mantém um discreto grau de recurvato com limite de até 5.° para que o paciente tenhamaior segurança na marcha, na maioria dos casos, ao se limitar um recurvato em 180°, o pacienteperde a resistência no joelho, fletindo-o involuntariamente. Este procedimento acarreta um desgasteprecoce das articulações.9.2) DE TORNOZELO: para articulações do tornozelo, os tipos mais utilizados no nosso meio são:9.2.a) Livre: quando não houver necessidade de nenhum tipo de limitação.9.2.b) Com bloqueio posterior em 900: quando se deseja evitar a flexão plantar nos casos deportadores de espasmos.9.2.c) Semibloqueada: esta articulação permitirá discretos movimentos de flexão e extensão planar.9.2.d) Com dispositivo de mola embutida: estas articulações, hoje confeccionadas com alta tecnologia,facilitam a marcha dos portadores dos vários tipos de paralisia (pé caído) possibilitandoinclusive o ajuste da pressão da mola. São também disponíveis com mola anterior e posteriorpossibilitando o controle dos movimentos de flexão e extensão plantar, sem o incômodo da sensaçãodo bloqueio por batente rígido usados nas articulações com semibloqueio.10) UTILIZAÇÃO DO POLIPROPILENO NAS ÓRTESES:Este material termo moldável trouxe um desenvolvimento importante para a ortopedia técnica, por setratar de material leve, de fácil manuseio na moldagem, oferecendo recursos que o ortesista podeutilizar para conseguir maior resistência quando necessário, pois a criação de uma simples canaleta namoldagem proporcionará o aumento da resistência naquele ponto do material. Nas órteses paramembros inferiores em nível suro-podálico, a sua utilização tem bons resultados quanto àestabilização, peso, estética e por proporcionar o uso de calçados convencionais. A utilização dopolipropileno nas braçadeiras da coxa também tem sido muito usada por oferecer vantagens, tais comoa de se conseguir um bom apoio do ísquio ( o seu prolongamento moldando a parte lateral ou medialem nível do joelho, facilita a correção de genovaro ou genovalgo, respectivamente) e uma boamodelagem sobre os côndilos femorais nos dará uma excelente sustentação da órtese.-ÓRTESES PARAMEMBROS SUPERIORES:Neste tipo de órtese, mais do que em qualquer outro, a preocupação com o seu peso deve vir emprimeiro lugar, seguido da funcionalidade e conforto, seja ela dinâmica ou estática. Para confeccionarórteses para o membro superior, o ortesista necessita ter um bom conhecimento de anatomia efisiologia. Também, mais do que nos outros tipos, o sucesso das órteses de membros superiores estáligado ao trabalho de equipe multidisciplinar composta por médico, terapeuta, ortesista e outrosprofissionais envolvidos no tratamento do paciente. Hoje, com a enorme Gama de plásticos termomoldáveis, o ortesista que se interessa em conhecê-los, irá com segurança dispor de recursos altamentebenéficos aos pacientes. Neste trabalho, torna-se difícil a colocação de regras devido à grandevariedade de recursos e a complexidade dos casos, que serão resolvidos individualmente pela equipe.

ÓRTESES CÉRVICO-TÓRACO-LOMBO-SACRAS (COLETES):No grupo das órteses corretivas, as mais usadas são:1. * Órtese de Milwaukee – OCTLS2. * Órtese de Boston – OTLSPor se tratar de órtese que irá ser utilizada por um período longo, e na faixa de adolescência, deve serconfeccionada com o máximo cuidado e oferecer total conforto ao usuário. Não se admite nesta órtesenenhum tipo de incômodo, passado o período de adaptação, normalmente aos 7 a 10 dias.-TÉCNICAS DE CONFECÇÃO:1) ÓRTESE DE MILWAUKEE – OCTLS:A parte pélvica deve ser confeccionada eliminando a lordose fisiológica, com discreta penetração naparte abdominal. A penetração lateral sobre as cristas ilíacas deverá ser simétrica alongando para aparte anterior do abdômen. As cristas ilíacas anteriores devem ficar com folga (+1- 8 mm) dentro docesto pélvico e este deverá ser recortado na parte ânteroinferior cerca de 2 cm acima do púbis, subindonas laterais o suficiente para o usuário sentar-se confortavelmente, sem lhe comprimir as coxas. A

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parte postero-inferior deve ser o mais longa possível. Tornando por base o usuário sentado, deveráficar 2 cm acima do assento rígido da cadeira).

A parte ântero-superior deve ser recortada 1 cm abaixo da reborda dos arcos costais. As hastesverticais serão modeladas de modo a não encostarem no tórax, devendo obrigatoriamente a barraanterior ser em alumínio, para não interferir na imagem do raios-X de controle feito com o colete. Oanel cervical terá dois apoios posteriores laterais no occiptal, nos quais não deverá ser utilizadomaterial plástico, pois este causa danos ao couro cabeludo. O apoio anterior em polipropileno tipo“gargantilha” visa apenas a impedir que o usuário afaste-se do apoio occiptal.

Lateralmente ao pescoço o anel deve ter uma folga de 5 a 8 mm de cada lado. Os coxinslaterais de apoio devem ficar localizados com o seu ponto central uma vértebra abaixo do ápice dacurva fixados por meio de correia direto na barra posterior, sendo a sua fixação na parte anterior feitaem uma barra horizontal com cerca de 8 cm avançados para o lado onde se localiza o coxim, paraimpedir que a correia pressione os arcos costais.