Estudo biomecãnico de um feto durante um parto vaginal

Mestrado em Engenharia Biomédica Estudo Biomecânico de um Feto Durante um Parto Vaginal Dissertação Maria Elisabete Teixeira da Silva Porto, Julho de 2012 Estudo Biomecânico de um Feto Durante um Parto Vaginal Trabalho realizado no âmbito da disciplina de Dissertação do Mestrado em Engenharia Biomédica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Maria Elisabete Teixeira da Silva Licenciada em Engenharia Biomédica pelo Instituto Politécnico de Bragança Dissertação realizada sob a orientação de: Professor Doutor Marco Paulo Lages Parente Coorientador: Professor Doutor Renato Manuel Natal Jorge Dedicatória “Se eu vi mais longe, foi por estar de pé sobre ombros de gigantes.” Isaac Newton Dedico este trabalho á minha família que sempre acreditou em mim, e acima de tudo, aos meus pais por estarem sempre do meu lado em todos os momentos. São e sempre serão os meus “gigantes”. Página | i Elisabete Silva Agradecimentos Ao meu orientador Professor Doutor Marco Paulo Lages Parente e ao coorientador, Professor Doutor Renato Manuel Natal Jorge, por terem disponibilizado tempo para me acompanhar durante esta etapa e dar apoio em todo o trabalho efetuado. Em específico ao meu orientador Professor Doutor Marco Paulo Lages Parente por ser incansável e estar sempre disponível para o esclarecimento de qualquer dúvida. À Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e ao Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, agradeço as condições e os meios dispensados. Aos meus pais por tudo. Agradeço à minha irmã, Raquel Silva, e ao Saulo Fonseca por estarem sempre presentes. Agradeço a todos aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho. Página | ii Elisabete Silva Resumo A cabeça do feto é uma estrutura sensível, sujeita a solicitações elevadas, pois tem de passar pelo canal do parto. Durante o parto vaginal a cabeça fetal está sujeita a esforços elevados, que lhe são causadas pelo pavimento pélvico. As falhas existentes no crânio são designadas de suturas cranianas que se encontram entre as placas ósseas e são responsáveis pela proteção do cérebro. Devido á existência destas suturas, os ossos do crânio podem mover-se enquanto atravessam todos os diâmetros da pelve materna. O objetivo deste trabalho é contribuir para a clarificação dos valores das deformações e das tensões causadas na cabeça fetal, relacionadas com o parto vaginal. Também se analisou o alongamento no pavimento pélvico e no crânio fetal e ainda as forças que o feto provoca no pavimento pélvico quando desce em direção há vulva. Neste trabalho foi simulado um parto vaginal com um feto considerado rígido e um feto deformável (existência de suturas flexíveis) em posição occipito-anterior e posição occipito-posterior. Os resultados obtidos para o alongamento do pavimento pélvico e para o crânio fetal são maiores quando o feto é considerado uma estrutura rígida e se encontra em posição occipito-posterior, e o mesmo acontece com os valores das deformações e das tensões no crânio fetal. Quando o crânio é uma estrutura rígida o alongamento do pavimento e as forças causadas pelo feto são maiores, em relação ao crânio com uma estrutura deformável (existência das suturas flexíveis). Palavras - chave: Simulação Numérica do Parto, Crânio Fetal, Suturas Cranianas Página | iii Elisabete Silva Abstract The fetus’s head is a sensible structure, subjected to high effort, since it has to pass through the birth canal. During vaginal delivery the fetal head is subjected to high loads, which are caused by the pelvic floor. The sutures in the skull are called cranial sutures and lie between the bony plates and are responsible for protecting the brain. Due to the existence of these sutures, the skull bones can move as they go through all the diameters of the maternal pelvis. The objective of this study is to contribute to the clarification of values of the deformations and stresses caused in the fetal head, related to a vaginal delivery. In this work, the stretch on the pelvic floor and in the fetal skull were studied. The forces caused by the fetus on the pelvic floor, when the fetus moves down toward the vulva were also studied. In this work we simulated a vaginal delivery with a fetus considered rigid and a fetus considered deformable (presence of the flexible sutures), presenting in an occipito-anterior position and in an occipito-posterior position. The results obtained for the stretching of the pelvic floor and the fetus skull are higher when the fetus is considered a rigid structure and in an occipito-posterior position. The values of the deformations and stresses in the fetal skull are also higher. When the skull is a rigid structure, the forces on the pelvic floor and the stretches caused by the fetus are greater in relation to the skull with a deformable structure (presence of the flexible sutures). Key words: Numerical Simulation Vaginal Birth, Fetal Skull, Cranial Sutures Página | iv Elisabete Silva Índice Geral Resumo Abstract Lista de Figuras Lista de Tabelas Glossário 1 Introdução e Contextualização Histórica ................................................................ 16 1.1 Importância, motivação e objetivos ................................................................. 16 1.2 Organização da Dissertação ............................................................................. 17 1.3 Contextualização Histórica .............................................................................. 18 1.3.1 Introdução ............................................................................................... 18 1.3.2 Modelos do Parto Vaginal ...................................................................... 19 1.3.2.1 Primeira fase do Parto Vaginal .......................................................... 19 1.3.2.2 Segunda fase do Parto Vaginal .......................................................... 20 2 Anatomia Do Parto Vaginal...................................................................................... 24 2.1 Posição Anatómica .......................................................................................... 24 2.1.1 Introdução ............................................................................................... 24 2.1.2 Planos e Secções do Corpo Humano ...................................................... 24 2.1.3 Termos de movimento ............................................................................ 26 2.1.3.1 Flexão e Extensão ................................................................................ 26 Página | v Elisabete Silva 2.1.3.2 Abdução/Adução ................................................................................. 27 2.1.4 Termos Direcionais ................................................................................. 27 2.2 Cavidade Pélvica .............................................................................................. 28 2.2.1 Introdução à Cavidade Pélvica e Períneo................................................ 28 2.2.2 Pelve Óssea ou Esquelética ..................................................................... 29 2.2.3 Períneo .................................................................................................... 32 2.2.4 Útero ....................................................................................................... 33 2.2.5 Vagina ..................................................................................................... 34 2.3 Estrutura Anatómica do Feto ........................................................................... 36 2.3.1 Sistemas de Órgãos ................................................................................. 36 2.3.1.1 Introdução ao Sistema Esquelético .................................................... 37 2.3.1.2 Anatomia do Crânio Fetal .................................................................. 38 2.3.1.3 Matriz do Tecido Cartilagíneo ........................................................... 38 2.3.1.4 Células do Tecido Cartilagíneo .......................................................... 39 2.3.1.5 Histogénese do Tecido Cartilagíneo .................................................. 40 2.3.1.6 Ossificação Endocondral .................................................................... 41 2.3.1.7 Parte Externa da Cabeça Fetal ............................................................ 41 2.3.1.8 Suturas Cranianas ............................................................................... 44 2.3.1.9 Pontos de Referência do Crânio ......................................................... 44 2.4 Parto Normal e Nascimento ............................................................................. 45 2.4.1 Introdução ............................................................................................... 45 2.4.2 Preparação Fisiológica para o Parto ........................................................ 45 2.4.3 Preparação Fisiológica para o Parto ........................................................ 46 3 Imagiologia MRI ........................................................................................................ 52 Página | xii Elisabete Silva Figura 54. Valores do alongamento para o feto rígido em apresentação occipitoposterior, para as diferentes Curvas. ............................................................................. 102 Figura 55. Gráfico de comparação do alongamento para o feto deformável (gráfico da Figura 53) e para o feto rígido (gráfico da Figura 54), para a curva 1. ........................ 103 Figura 56. Evolução dos valores de alongamento obtidos durante a simulação, para as diferentes curvas no crânio fetal para a apresentação occipito-posterior. .................... 104 Figura 57. Gráficos de reação de força em função do deslocamento, para estrutura rígida a), para estrutura deformável b) ......................................................................... 105 Figura 58. Evolução dos valores da deformação ao longo da distância normalizada para diferentes deslocamentos, a) 30 mm, b) 50 mm e c) 70 mm. ....................................... 107 Figura 59. Deformação do crânio fetal para diferentes deslocamentos, a) deslocamento de 30 mm, b) deslocamento de 50 mm e c) deslocamento de 70 mm. ......................... 109 Figura 60. Tensões do crânio fetal para diferentes deslocamentos, a) deslocamento de 30 mm, b) deslocamento de 50 mm e c) deslocamento de 70 mm. .............................. 110 Figura 61. Comparação dos valores de alongamento para o pavimento pélvico, entre as duas posições, para a curva 1........................................................................................ 112 Figura 62. Comparação dos valores de alongamento para o crânio fetal, entre as duas posições, para a curva 3. ............................................................................................... 113 Figura 63. Comparação dos valores da força exercida sobre o pavimento pélvico para as diferentes posições. .................................................................................................. 114 Figura 64. Comparação dos valores da força exercida sobre o pavimento pélvico para as diferentes propriedades, a) posição occipito-anterior, b) occipito-posterior. ........... 115 Figura 65. Comparação da deformação no crânio fetal para um deslocamento vertical de 50 mm, a) apresentação occipito-anterior, b) apresentação occipito-posterior. ...... 116 Figura 66. Comparação das tensões (MPa) no crânio fetal para um deslocamento vertical de 50 mm, a) apresentação occipito-anterior, b) apresentação occipito-posterior. ...................................................................................................................................... 117 Figura 67. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal só com uma cartilagem. .................................................................................................................... 130 Página | xiii Elisabete Silva Figura 68. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal só com uma cartilagem e com uma pressão de 50 mmHg. ............................................................... 131 Figura 69. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal com as duas cartilagens e com uma pressão de 0,1 MPa. ................................................................. 131 Figura 70. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal com as duas cartilagens e com uma pressão de 0,1 MPa, nos elementos da zona cranial. ............... 132 Página | xiv Elisabete Silva Lista de Tabelas Tabela 1. Diâmetros do Crânio Fetal (adaptado de [39] e)............................................ 43 Tabela 2. Contra Indicações e Não Contra Indicações para o exame de RM, (adaptado de [47]). .......................................................................................................................... 57 Tabela 3. Passos para análise estrutural do MEF (adaptado de [48]). ........................... 59 Página | xv Elisabete Silva Glossário OA – Occipito-Anterior OP – Occipito-Posterior AP – Antero-Posterior OT – Occipito-Transverso EF – Elementos Finitos MEF – Método de Elementos Finitos RM – Ressonância Magnética MRI – Imagem de Ressonância Magnética US – Ultrassonografia T – Teslas 1 H – Hidrogénio CT – Tomografia Computadorizada Capítulo 1 – Introdução e Contextualização Histórica Página | 16 Elisabete Silva Capítulo 1 Introdução e Contextualização Histórica 1.1 Importância, motivação e objetivos O presente trabalho surge na sequência da unidade curricular de Dissertação do curso de Mestrado de Engenharia Biomédica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e tem como objetivo o Estudo Biomecânico Do Feto Durante O Parto Vaginal. Para suportar este estudo foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o tema. A cabeça do feto é uma estrutura sensível, sujeita a esforços elevados, pois tem de passar pelo canal do parto. As falhas existentes no crânio são designadas de suturas que se encontram entre as placas ósseas e são responsáveis pela proteção do cérebro, e devido a estas suturas os ossos do crânio podem mover-se enquanto atravessam todos os diâmetros da pelve materna [1-3]. Durante a vida fetal o crânio e os elementos do esqueleto são constituídos por tecido cartilagíneo ou condensações de tecido mesenquimatoso que progressivamente vão sendo substituídos por tecido ósseo, o tecido predominante no esqueleto adulto [1]. O objetivo deste trabalho é esclarecer certos mecanismos envolvidos no parto vaginal, mais especificamente quais as deformações a que o crânio fetal está sujeito no decorrer do parto e quais as deformações a que o pavimento pélvico está sujeito. Para esse efeito realizaram-se simulações numéricas baseadas no Método dos Elementos Finitos (MEF). O modelo de elementos finitos para o crânio fetal foi obtido através de um conjunto de imagens de Ressonância Magnética (RM). O feto utilizado encontravase no tempo final de gestação. Para a obtenção do modelo 3D foi utilizado um programa de processamento de imagens médicas, o Mimics. Capítulo 1 – Introdução e Contextualização Histórica Página | 17 Elisabete Silva Com a malha do crânio fetal já construída num programa de Elementos Finitos, o ABAQUS, foi possível selecionar os diferentes grupos de elementos que formam as suturas cranianas. Estes elementos foram selecionados de acordo com a referência, [4]. Para o estudo da deformação do crânio fetal no decorrer do parto vaginal recorreu-se a uma simulação numérica implementada anteriormente para o estudo do pavimento pélvico [3]. Desta forma pretende-se melhorar os resultados previamente obtidos com a introdução de um modelo mais realista para o feto. O Modelo dos Elementos Finitos utilizado representa sob o ponto de vista mecânico a passagem do feto pelo canal vaginal. Com este modelo analisou-se a deformação e a tensão do crânio fetal no decorrer da simulação do parto para a posição occipito-anterior e para a posição occipito-posterior. Também se procedeu ao estudo do alongamento do pavimento pélvico considerando o crânio fetal rígido ou deformável. Procedeu-se também à análise da força que feto provoca no pavimento pélvico enquanto vai descendo em direção há vulva. 1.2 Organização da Dissertação Este trabalho encontra-se organizado da seguinte forma: No capítulo 2, “Anatomia do Parto Vaginal”, apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre a Posição Anatómica, Termos Direcionais mais utilizados. Adicionalmente são apresentadas imagens a exemplificar as diferentes posições anatómicas. Ainda neste capítulo fez-se uma revisão bibliográfica da Cavidade Pélvica, da Estrutura Anatómica do Feto e Parto Normal e Nascimento (são apresentadas as diferentes posições em que o feto pode nascer). No capítulo 3, “Imagiologia MRI”, é feita uma revisão bibliográfica que foca a Imagem de Ressonância Magnética (MRI), bem como os Princípios Físicos e em que condição a Ressonância Magnética pode ser aplicada na medicina. No capítulo 4, “Método dos Elementos Finitos”, descreve-se a formulação matemática associada ao método dos elementos finitos. No capítulo 5, “Simulação Numérica Do Parto Vaginal”, aqui são apresentados os Modelos Constitutivos para o Pavimento Pélvico e para o Feto. Também se explica a Capítulo 1 – Introdução e Contextualização Histórica Página | 18 Elisabete Silva criação do Crânio Fetal 3D a partir de Imagens de Ressonância Magnética (MRI). Ainda neste capítulo explica-se a forma como se obtiveram as Suturas Cranianas no ABAQUS. No capítulo 6, “Resultados”. Neste capítulo são apresentados os gráficos e imagens de alongamento, deformação e tensão para o feto em posição Occipito-anterior (AO) e Occipito-posterior (OP). No capítulo 7, “Conclusão”, são apresentadas as principais conclusões do trabalho e possíveis desenvolvimentos a realizar. 1.3 Contextualização Histórica 1.3.1 Introdução O mecanismo do parto foi descrito primariamente por obstetras no início do século XVIII, para uma melhor compreensão deste mecanismo a descrição foi essencial. Em particular, William Smellie (1697-1763) descreveu que o tamanho e a forma da pélvis e da cabeça fetal eram essenciais para o parto vaginal. Fez a medição dos diâmetros do crânio do feto e dos diâmetros pélvicos, também descreveu o processo de rotação interna da cabeça fetal. Estes foram posteriormente publicados num conjunto de tabelas anatómicas no ano de 1793 [5, 6]. As observações feitas por Smellie foram confirmadas por Borell e Fernstrom em 1950 e 1960 com os estudos publicados sobre o mecanismo do parto vaginal [5, 7, 8]. Observando os movimentos da cabeça fetal em conjunto com a pélvis óssea através de uma série de imagens de raio-X, foi sugerido que a forma da pélvis óssea tinha maior influência sobre o movimento da cabeça fetal. Além disso, enfatizam a importância do músculo elevador do ânus no processo do trabalho de parto. Estas investigações iniciaram uma nova era nos estudos do parto através de técnicas de imagem. Pois os estudos diretos nas pacientes não são permitidos por questões éticas [5, 9] e por uma questão de proteger a integridade das pacientes. A ultrassonografia e a ressonância magnética são técnicas de imagem obstetrícia e ginecologia modernas [5, 10, 11, 12]. Estas são técnicas mais apropriadas em relação ao Raio-X que expõem radiação no processo de recolha de imagem. Capítulo 1 – Introdução e Contextualização Histórica Página | 19 Elisabete Silva O ultrassom é normalmente mais utilizado devido ao baixo custo, portabilidade e fácil uso. Mas estas imagens de ultrassom são sensíveis a ruído, provocando distorções geométricas. A ressonância magnética não sujeita a ruído permite assim uma análise matemática favorável [5, 13, 14]. Estas técnicas aumentaram significativamente a representação das estruturas do pavimento pélvico. Mas no entanto a imagem de ressonância magnética apresenta baixa resolução espacial o que deixa de dar uma representação detalhada das estruturas do pavimento pélvico, como fibras e tecido conjuntivo. Para resolver esta situação, Janda et al., [5, 15], realizou um estudo sobre os parâmetros morfológicos do pavimento pélvico de um cadáver de mulher de 72 anos, sem nenhuma lesão conhecida do pavimento pélvico e cuja causa de morte era desconhecida. O resultado das medições foi um conjunto 3D de pontos pertencentes aos diferentes músculos do pavimento pélvico. Estes dados podem ser usados no modelo de elementos finitos [5]. 1.3.2 Modelos do Parto Vaginal Com o desenvolvimento da tecnologia computacional foi possível estudar diferentes processos biomecânicos, como o parto vaginal. Já existem vários grupos que desenvolveram modelos do parto nos últimos anos. 1.3.2.1 Primeira fase do Parto Vaginal Há poucos estudos de modelos computacionais da primeira fase do trabalho de parto. Os primeiros estudos através do método de elementos finitos centraram-se na análise das propriedades do material da cabeça fetal e na deformação desta com a aplicação de pressão no contorno da cabeça [5, 16, 17]. Lapeer e Prager, [18], estudaram o efeito da moldação da cabeça durante a primeira fase do parto, ver Figura 1. Apesar dos resultados estarem em concordância com os valores de experiência clínica, este estudo foi limitado a um modelo estático submetido a um conjunto de pressões. E neste caso o efeito das estruturas circundantes, como a pelve materna, colo do útero, e músculos do pavimento pélvico não foram considerados. Capítulo 1 – Introdução e Contextualização Histórica Página | 20 Elisabete Silva Figura 1. Vista lateral direita do modelo da cabeça fetal com osso (vermelho) e suturas (azul), (adaptado de [18]). 1.3.2.2 Segunda fase do Parto Vaginal Em contraste com a primeira fase do parto vaginal, a segunda fase tem sido extensivamente estudada usando o método de elementos finitos [19, 20]. Umas das principais diferenças entre os modelos é a representação da geometria do músculo elevador do ânus e da cabeça fetal. Lien et al., 2004 [21], criou 24 bandas musculares que representam o músculo elevador do ânus de acordo com os pontos de inserção e de origem. Estas bandas eram descontínuas e não eram, portanto, ideais para capturar o comportamento do músculo. Martins et al., 2007 [20], ver Figura 2 c), utilizou dados do elevador do ânus publicados por Janda et al., [15], com uma espessura constante, que foi obtida a partir de um cadáver de 72 anos de idade e sexo feminino. Em contraste, Hoyte et al., 2008 [22] e Li et al., 2004 [19], utilizaram dados provenientes de imagens de ressonância magnética que foram capazes de fornecer representações do elevador do ânus in vivo. No entanto, estes modelos foram restringidos para indivíduos específicos, ou seja, diferenças inter-individuais não foram tomadas em consideração. Relativamente aos materiais do pavimento pélvico, todos os estudos aproximam as propriedades dos músculos pélvicos a outros tecidos moles, tais como o coração [20] e músculos faciais [23], com uma ligeira diferença de valores, nas relações de tensão- Capítulo 1 – Introdução e Contextualização Histórica Página | 21 Elisabete Silva deformação. Nenhum destes estudos têm incorporado propriedades viscoelásticas do tecido para o modelo. Isto justifica-se porque: (1) O parto é um processo demorado, relativamente à resposta dinâmica mecânica dos tecidos do pavimento pélvico. (2) Apenas a curva de carregamento é necessário para executar a análise. Para um melhor conhecimento a nível de autores, apenas se interpreta uma das publicações sobre as propriedades viscoelásticas dos músculos do pavimento pélvico [24]. Para o estudo dos músculos do pavimento pélvico através do método dos elementos finitos, a maioria dos modelos considera um comportamento passivo dos músculos durante o parto. A ativação dos músculos do pavimento pélvico durante a segunda etapa do parto foi incorporada pela primeira vez no trabalho de grupo de Martins et al., 2007 [20] cuja estrutura inclui um componente de fibra ativo para além de uma matriz de material isotrópico. Para a construção do modelo da cabeça fetal, Lien et at., [21] e Hoyte et al., [22] consideravam a cabeça uma esfera, ver Figura 2 a), ou seja uma geometria básica. Enquanto que Li et al., [19], ver Figura 2 b), e Martins et al., 2007 [20] criaram anatomicamente modelos realistas da cabeça fetal. Como a cabeça está em contacto direto com o elevador do ânus, a geometria da superfície da cabeça irá influenciar a resposta mecânica do músculo. Lien et al., [21], estudou o estiramento muscular do elevador do ânus ao passar uma esfera com diferentes diâmetros. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 28 Elisabete Silva responsável pelo caminho da locomoção normal (tórax e abdómen), para o ser humano [3], [28]. A superfície anterior é portanto a superfície ventral. A superfície dorsal ou posterior que se segue ao caminhar. Proximal significa proximidade, enquanto distal significa distante. Estes termos são usados quando se refere a estruturas lineares, como os membros, em que o fim está próximo de alguma outra estrutura e do outro lado está mais longe. Medial, próximo da linha média e lateral afasta-se da linha média. O nariz está localizado em posição medial e os olhos em posição lateral em relação ao nariz. O termo superficial refere-se a estruturas perto da superfície enquanto que profundo refere-se ao interior do corpo. A pele é superficial aos músculos e ossos [3]. Figura 7. Termos direcionais utilizados para descrever a posição de uma estrutura relativamente a outra, com o corpo em posição anatómica (adaptado de [3]). 2.2 Cavidade Pélvica 2.2.1 Introdução à Cavidade Pélvica e Períneo A pelve (também designada de bacia), encontra-se na cintura pélvica. É composta por ossos chatos, apresentando sempre os seguintes componentes: sacro, íleo, ísquio e púbis. É nesta estrutura que se inserem os membros inferiores e se apoiam uma série de músculos ligados ao movimento [30]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 29 Elisabete Silva Nos seres humanos a pelve é a região de transição entre o tronco e os membros inferiores. O períneo, na anatomia humana, é geralmente definido como região superficial entre a sínfise púbica e o cóccix tanto em homens como em mulheres [30]. 2.2.2 Pelve Óssea ou Esquelética É o anel formado pelos dois ossos ilíacos (são constituídos pelo íleo, pelo púbis e pelo ísquio) anterolateralmente, articulados entre si anteriormente, na linha mediana e o sacro e cóccix posteromedialmente, como exemplificado na Figura 8. Figura 8. Pelve óssea ou esquelética em vista anterior (adaptado de [3]). O osso ilíaco é constituído por: Íleo é a porção superior do osso ilíaco e tem duas extremidades e três superfícies [30]. Púbis é a porção anterior e inferior do osso ilíaco articulando no plano mediano com o púbis do osso ilíaco lado oposto através da sínfise púbica [30]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 30 Elisabete Silva Ísquio é a parte mais posterior e inferior do osso ilíaco e tem um corpo e um ramo [30]. Figura 9. Vista anterior do osso ilíaco (adaptado de [2]). O Sacro é um osso largo e triangular, formado pela fusão de cinco vértebras sagradas. Em posição ereta o osso é extremamente convexo para dorsal e côncavo ventralmente. Apresenta uma base, um vértice e faces dorsal, ventral e laterais. Envolve o canal sagrado, continuação caudal do canal vertebral. A face superior é denominada base, é larga, é a superfície superior da primeira vértebra sagrada, cuja margem anterior forma uma crista bem marcada denominada promontório sagrado. A base do sacro apresenta apófises articulares superiores que se projetam para cima para articularem com as apófises articulares inferiores da 5ª vértebra lombar, com a qual forma o ângulo sacro-vertebral, bem evidente quando a coluna é observada numa visão lateral [2]. A face pélvica ou anterior é côncava quase lisa, apresentando linhas transversas que representam a fusão das vértebras sagradas entre si. Apresenta quatro pares de buracos, os buracos sagrados pélvicos que comunicam com o canal sagrado e, através dos quais, emergem nervos raquidianos [2]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 31 Elisabete Silva O cóccix é um pequeno osso triangular formado pela fusão de quatro vértebras rudimentares. A superfície superior designada base tem uma faceta articular que articula com o vértice do sacro. Lateralmente à faceta articular, estão os cornos do cóccix, um de cada lado, projetando-se para cima e que se articulam com os cornos do sacro. Na Figura abaixo indicada encontra-se o sacro juntamente com o cóccix com a face pélvica ou côncava [2] . Figura 10. Sacro em vista anterior (adaptado de [2]). Apresenta-se ainda o sacro e o cóccix com a face dorsal e convexa [2]. Figura 11. Sacro em vista posterior (adaptado de [2]). Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 32 Elisabete Silva 2.2.3 Períneo O períneo é uma área em forma de losango que ocupa a abertura pélvica inferior, limitada à frente pelo arco púbico e atrás pelo ápice do cóccix e lateralmente pelo ramo inferior do púbis, ramo do ísquio, tuberosidade isquiática e ligamento sacrotuberoso. Uma linha imaginária que passe através das tuberosidades isquiáticas, divide o períneo em duas áreas triangulares: uma anterior ou região urogenital e outra posterior ou região anal [30]. Figura 12. Triângulos Urogenital e Anal (adaptado de [30]). Na mulher a região urogenital contém a vulva ou genitália externa. É constituída pelo monte da púbis, uma eminência arredondada situada anteriormente à sínfise púbica, constituída por uma massa de tecido conjuntivo adiposo, subcutâneo, coberto por pele com folículos pilosos. Do monte da púbis salientam-se para trás duas pregas de pele, uma de cada lado, constituindo os lábios maiores que delimitam uma fenda, no interior da qual se destacam duas pregas de pele mais pequenas, os lábios menores. O vestíbulo é uma fenda entre os lábios menores contendo o orifício da uretra e o orifício da vagina. Flanqueando o orifício da vagina estão duas massas de tecido erétil, uma de cada lado, designados bulbos do vestíbulo. Sob a extremidade posterior do bulbo do vestíbulo, de cada lado, está uma glândula mucosa, designada glândula vestibular maior Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 33 Elisabete Silva ou de Bartholin, idêntica à glândula bulbo-uretral no homem. Na extremidade anterior do vestíbulo está colocada uma pequena estrutura, o clítoris, constituída por duas pequenas massas de tecido erétil [30]. Figura 13. Pavimento Pélvico (adaptado de [30]) 2.2.4 Útero O útero é uma víscera oca situada na cavidade pélvica entre o reto e a bexiga. O útero é piriforme, achatado anteroposteriormente e com uma extremidade pósteroinferior mais estreita. Na porção superior do útero abrem-se de cada lado as trompas uterinas e em baixo desemboca na vagina. O longo eixo do útero é similar ao longo eixo da abertura pélvica superior e forma quase um ângulo reto com a vagina, que por sua vez, tem o longo eixo similar ao eixo da abertura pélvica inferior [30]. O útero tem um comprimento de cerca de 7,5 centímetros, a largura na porção mais larga é de 5 centímetros e na porção mais estreita é de apenas 2,5 centímetros. O útero apresenta uma constrição que divide o útero em duas porções. A porção mais cranial constitui cerca de 2/3 do comprimento do útero e designa-se corpo do útero. A porção mais caudal é mais estreita e designa-se colo do útero. O corpo e o colo Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 34 Elisabete Silva do útero estão em comunicação através do orifício interno situado na zona de constrição. A porção do corpo do útero acima do plano que passa pelos orifícios de entrada das trompas uterinas designa-se fundo do útero [30]. A cavidade interna do corpo do útero em corte sagital é simplesmente uma fenda. Em corte coronal tem forma triangular, sendo a base voltada para o fundo do útero e o ápice voltado para baixo, correspondendo ao orifício interno que faz a comunicação entre corpo e colo. O colo do útero, é mais estreito e mais cilíndrico que o corpo do útero, com cerca de 2,5 centímetros de comprimento. A porção mais caudal do colo do útero projeta-se no lúmen da vagina sendo, por isso, designada porção vaginal, enquanto a porção cranial do colo do útero é designada porção supravaginal. O orifício externo do útero faz a comunicação entre colo do útero e a vagina [30]. Figura 14. Víscera Genital Feminina (adaptado de [30]). 2.2.5 Vagina A vagina é uma estrutura tubular fibromuscular, com um percurso desde o útero até ao vestíbulo (a fenda entre os lábios menores). A bexiga e a uretra colocam-se anteriormente, o reto e canal anal situam-se posteriormente à vagina. A parede anterior Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 35 Elisabete Silva da vagina tem cerca de 7,5 cm de extensão, a posterior é ligeiramente mais longa. A vagina e o útero formam um ângulo de 90º entre si [30]. Histologicamente, a parede da vagina é constituída por uma camada mucosa interna e uma camada externa muscular revestida perifericamente pela camada adventícia. A camada mucosa é constituída pelo epitélio que reveste o lúmen e tecido conjuntivo de suporte rico em fibras elásticas. O epitélio é estratificado pavimentoso, extremamente sensível aos estrogénios. Após a puberdade, em resposta ao aumento de estrogénios, o epitélio da vagina torna-se mais espesso e rico em glicogénio facilitando o crescimento de certas bactérias cuja ação fermentativa sobre as células descamadas e ricas em glicogénio permite um ambiente ácido o que tem efeito inibitório no crescimento de micro-organismos patogénicos. Durante a fase folicular do ciclo ovárico o epitélio vaginal é menos espesso aumentando de espessura à medida que o ciclo se aproxima da ovulação, além disso, as células epiteliais tornam-se mais ricas em glicogénio [30]. Figura 15. Útero e órgãos anexos (adaptado de [31]). Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 36 Elisabete Silva 2.3 Estrutura Anatómica do Feto 2.3.1 Sistemas de Órgãos Os órgãos do feto trabalham de forma conjunta em sistemas, tal como os do ser humano adulto. O ser humano é constituído por diferentes sistemas que vão ser descritos e classificados de acordo com a sua função. Sistema Tegumentar protege, regula a temperatura, evita a perda de água e produz os precursores da vitamina D. É constituída pela pele, cabelo, unhas e glândulas sudoríparas [32]. Sistema Muscular esquelético é o responsável pela habilidade com que o corpo reage a estímulos externos. É responsável pelo movimento corporal e pela manutenção da postura. Mas este sistema ainda se divide em muscular cardíaco e muscular liso, sendo estes designados de músculos involuntários. O sistema muscular cardíaco encontra-se apenas no coração e as suas contrações constituem a maior força propulsora do sangue [32]. Sistema Nervoso principal sistema regulador: perceciona sensações e controla movimentos, controla funções fisiológicas e intelectuais. É constituído por cérebro, medula espinhal, nervos e recetores sensoriais [32]. Sistema Endócrino é o principal sistema regulador que influencia o metabolismo, o crescimento, a reprodução, e muitas outras funções. É constituído por glândulas, como a hipófise que segrega hormonas [32]. Sistema cardiovascular transporta nutrientes, produtos de excreção, gases e hormonas através do corpo; desempenha um papel importante na resposta imunitária e na regulação da temperatura do corpo. É constituído por coração, vaso sanguíneo e sangue [32]. Sistema Linfático remove substâncias estranhas do sangue e da linfa, combate a doença, mantém o equilíbrio hídrico nos tecidos e absorve gorduras do tubo digestivo. É constituído por vasos linfáticos, gânglios linfáticos e outros órgãos linfáticos [32]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 37 Elisabete Silva Sistema Respiratório promove as trocas gasosas (oxigénio e dióxido de carbono) entre o sangue e o ar e regula o pH do sangue. É constituído pelos pulmões e pelas vias aéreas [32]. Sistema digestivo desempenha as funções mecânicas e químicas da digestão, absorção de nutrientes e elimina produtos de excreção. É constituído pela boca, esófago, estômago, intestinos e órgãos anexos [32]. Sistema Urinário remove produtos de excreção do sangue, regula o pH e o equilíbrio-eletrolítico do sangue. É constituído por rins, bexiga e vias urinárias [32]. Sistema Reprodutor masculino é constituído por testículos, estruturas acessórias, canais e pénis. O Sistema Reprodutor feminino é constituído por ovários, útero, glândulas mamárias e estruturas acessórias [32]. Sistema Esquelético protege e suporta, permite movimentos do corpo, produz células sanguíneas e armazena minerais e gordura. É constituído por ossos, cartilagens associadas, ligamentos e articulações. Este sistema vai ser descrito ao pormenor mais à frente, pois é um sistema que tem muita importância durante o parto vaginal [32]. 2.3.1.1 Introdução ao Sistema Esquelético A cabeça do feto é uma estrutura complexa, pois tem de ser capaz deformar e de se adaptar ao canal do parto durante o nascimento. No parto o cérebro precisa de proteção e a proteção deste não pode impedir o nascimento. O crânio fetal não é um recipiente fechado, mas sim móvel com capacidade de movimento como as placas tectónicas da Terra, devido à existência de falhas entre as placas. As falhas existentes no crânio são designadas de suturas que se encontram entre as placas ósseas e são responsáveis pela proteção do cérebro, e devido a estas suturas os ossos do crânio podem mover-se enquanto atravessam todos os diâmetros da pelve materna [1, 2]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 44 Elisabete Silva 2.3.1.8 Suturas Cranianas As suturas cranianas, também designadas de articulações não sinoviais ou sinartroses (não possuem cavidades). As suturas são formas de articulação limitadas à cabeça óssea. Ocorrem onde margens ou largas superfícies de osso se encontram e articulam, separadas apenas por uma zona de tecido conjuntivo fibroso, o ligamento sutural, o qual é parte de tecido mesenquimatoso que permanece para ossificar durante o processo de ossificação intramembranosa. O ligamento sutural tem como função a união e o crescimento de estruturas ósseas. Quando o crescimento nas suturas termina, o ligamento sutural é transformado em osso e a sutura passa a designar-se sinostose [2]. 2.3.1.9 Pontos de Referência do Crânio Os pontos de referência do crânio são importantes para a identificação correta da apresentação. Os pontos de referência são: Occipício que é a região posterior da cabeça, ocupada pelo osso occipital [39]; Fontanela posterior (lambda) ou fontanela lambdóide [39]; Vértice que é a área entre as duas fontanelas [39]; Bregma ou fontanela anterior maior [39]; Fronte que é a região limitada, superiormente, pelo bregma e, inferiormente, pela glabela e sucos orbitários [39]; Glabela que é a área elevada entre os sulcos orbitários [39]; Naso que é a raiz do nariz [39]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 45 Elisabete Silva 2.4 Parto Normal e Nascimento 2.4.1 Introdução O trabalho de parto é uma sequência de contrações uterinas involuntárias que leva à alteração e à dilatação do colo do útero, também se fazem esforços voluntários de rolamento para baixo levando à expulsão do feto pela vagina. O resultado é a saída do feto e da placenta. O trabalho de parto é um processo fisiológico normal, pelo qual a maioria das mulheres passa sem qualquer complicação. O objetivo deste processo é promover um nascimento sem complicações para a mãe e para o recém-nascido. Nesta secção apresenta-se resumidamente a realização do trabalho de parto, pois já existe literatura capaz de exemplificar este tema [3]. 2.4.2 Preparação Fisiológica para o Parto Antes do início do trabalho de parto, ocorre uma série de alterações fisiológicas. A cabeça do feto assenta sob a parede da pelve, que ocorre normalmente duas semanas antes do parto, isto é, no caso de uma primeira gestação. As mulheres que tiveram um parto anterior não passam por esta fase, ocorrendo assim um trabalho precoce. Clinicamente a mãe vai observar um achatamento da parte superior do abdómen e uma pressão sobre a pelve. Esta descida do feto por vezes é acompanhada com desconforto, causada pelo “empilhamento” dos órgãos abdominais, sob o diafragma. Causando assim um desconforto pélvico e um aumento da frequência urinária [3]. O parto normal é um processo contínuo, que foi dividido em três etapas, com a primeira etapa subdividida em duas fases. A primeira etapa do trabalho é o intervalo entre o início do trabalho de parto e a dilatação cervical completa. A segunda etapa é o intervalo entra a dilatação cervical completa e a entrega do feto. A terceira etapa do trabalho de parto é o período entre a saída do feto e a saída da placenta. A duração da primeira etapa do parto em gestantes primíparas é observado numa gama de 6-18 horas, no entanto as pacientes multíparas ocorre num intervalo de 10-20 horas. A dilatação cervical durante a fase ativa é de 1,2 cm por hora nas primeiras gestações e 1,5 cm por Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 46 Elisabete Silva hora em gestações subsequentes. Na segunda etapa do parto a duração é de 30 minutos a 3 horas para as primíparas e de 5-30 minutos para as multíparas. A terceira etapa tem um período de duração de 0-30 minutos para todas as gestações [3]. 2.4.3 Preparação Fisiológica para o Parto A primeira etapa do trabalho de parto é avaliada pela taxa de variação da alteração e dilatação cervical e a descida da cabeça fetal. A frequência e a duração das contrações não são uma medida adequada para avaliar o trabalho de parto. A segunda etapa do trabalho começa após a dilatação cervical completa. O progresso desta etapa é medido pela descida, flexão e rotação do feto [40]. O parto é um processo caracterizado por várias forças exercidas na cavidade pélvica materna, dependendo das fases que o constituem. Quando o feto se encontra na posição occipito-anterior, a parte da frente da cabeça está voltada para o ânus, correspondendo ao parto mais frequente e para o qual a anatomia de mãe e feto se encontram com melhores condições. No entanto, a cabeça do feto é flexível, adaptandose aos diâmetros e curvas da cavidade pélvica. Uma das fases iniciais do parto corresponde à flexão da cabeça, com aproximação do queixo ao tórax do feto, fazendo com que o diâmetro da cabeça, seja o menor possível quando começar a passar pelo canal vaginal. Ocorre, assim, um encaixe da cabeça fetal. Esta fase é seguida de uma rotação interna da cabeça para a posição occipito-anterior, em que a cara do feto se encontra na direção do reto materno. Por vezes a cabeça encontra-se direcionada para a direita ou para a esquerda, correspondendo assim a uma apresentação cefálica occipitoanterior direita ou esquerda, respetivamente. De seguida há a extensão da cabeça do feto aquando da saída do canal de parto. A cabeça do feto sofre uma rotação externa, que corresponde à relação normal com os ombros. Estes ainda sofrem uma rotação interna, correspondendo aos movimentos finais do parto [40]. Como já foi descrito atrás a apresentação cefálica mais comum é a occipitoanterior mas também existe a occipito-transverso e occipito-posterior, sendo estas menos comuns no momento do parto, sendo mais difícil de cumprir. Quando se fala em apresentação cefálica occipito-posterior, esta também pode estar direcionada para a direita ou para a esquerda e acontece o mesmo com a posição occipito-transverso. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 47 Elisabete Silva A posição cefálica occipito-posterior ocorre em 10% dos fetos no início do trabalho de parto, no entanto a posição occipito-anterior ocorre em 90% dos fetos no início do trabalho de parto (ocorre praticamente de forma espontânea) [41]. A posição cefálica occipito-posterior também depende do número de gravidezes que a mulher já teve, ou seja, uma mulher primípara pode ter um parto com 28% de probabilidade do feto nascer em posição occipito-posterior no entanto uma mulher multípara pode ter um parto em posição occipito-posterior com 56% de probabilidade [41]. Quando se menciona má posição, reporta-se a qualquer posição em trabalho de parto que não é occipito-anterior direita, occipito-anterior, ou occipito-anterior esquerda. A Figura 20 exemplifica algumas apresentações cefálicas [3]. Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 48 Elisabete Silva a) b) c) d) e) f) Figura 20. Apresentações cefálicas durante o trabalho de parto; a) Occipito-anterior esquerda; b) Occipito-transverso esquerda; c) Occipito-posterior esquerda; d) Occipito-anterior direita; e) Occipito-transverso direita; f) Occipito-posterior direita; [adaptado de [3]). Normalmente, a posição de um feto é de cabeça para baixo e virado em direcção às costas da mãe com o pescoço flexionado (posição occipito-anterior). A apresentação cefálica. Uma posição menos comum é aquela na qual o feto está voltado para a frente (posição occipito-posterior). Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 49 Elisabete Silva As apresentações anormais incluem a face, a de fronte, a pélvica (de nádegas) e a de ombro [42]. a) b) c) d) Figura 21. Apresentações anormais durante o trabalho de parto; a) De face; b) De fronte; c) De nádegas; d) De ombro; (adaptado de [42]). Como já foi dito atrás, os ossos do crânio de um bebé recém-nascido são macios e flexíveis (constituídos por cartilagem) com espaços existentes entre as placas (suturas cranianas) [43]. A fontanela anterior e posterior são duas lacunas particularmente grandes, sendo considerados os pontos fracos, que podem ser sentidos com um toque na cabeça do bebé [43]. Durante o parto em posição cefálica, a pressão exercida na cabeça causada pelo canal do parto estreito pode moldar a cabeça numa forma alongada. Essas lacunas ou espaços permitem que a cabeça do bebé seja moldada (alteração da forma), tudo isto Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 50 Elisabete Silva depende da duração e da pressão causada pelo parto, os ossos do crânio podem mesmo sobreporem-se. As lacunas e as suturas também permitem que o cérebro possa crescer no interior dos ossos cranianos. Só existe a fusão total destes ossos quando o cérebro atingir o tamanho máximo [43]. Figura 22. Moldação da cabeça de um recém-nascido (adaptado de [43]). Na altura o parto pode-se acumular um líquido, debaixo do couro cabeludo do bebé ou sangue (cefalohematoma), como se pode ver na Figura 23, podendo contribuir para uma maior distorção da cabeça. Esta situação é devida à pressão causada pelo útero e pela parede vaginal durante a expulsão da cabeça. Geralmente desaparece após alguns dias [44]. Se o bebé nascer de nádegas ou outra parte do corpo sem ser a cabeça ou cesariana, a cabeça geralmente é redonda. Algumas anormalidades extremas no tamanho da cabeça não estão relacionadas com a moldagem [44]. A moldação da cabeça do recém-nascido é uma ocorrência comum que geralmente desaparece alguns dias após o nascimento. Minutos após o nascimento 24 Horas após o nascimento Capítulo 2 – Anatomia Do Parto Vaginal Página | 51 Elisabete Silva Figura 23. Cefalohematoma (adaptado de [44]). Capítulo 3 – Imagiologia MRI Página | 52 Elisabete Silva Capítulo 3 Imagiologia MRI 3.1 Introdução A Imagem de Ressonância Magnética (MRI) é uma técnica de imagiologia tomográfica capaz de produzir imagens de características internas físicas e químicas de um dado corpo através da medição externa dos sinais de Ressonância Magnética (RM). A tomografia é uma área muito importante da imagiologia, e possibilita a obtenção de imagens do interior do corpo sem que haja de facto um corte deste. Com recurso a um scanner de MRI é possível obter conjuntos de dados ou imagens multidimensionais representativas da distribuição espacial de uma dada medida de quantidade física. É possível gerar imagens seccionadas de 2 dimensões (2D) com qualquer orientação e imagens volumétricas 3D. Outra particularidade desta tecnologia está na natureza dos sinais utilizados para formar as imagens uma vez que, ao contrário das outras tecnologias, não necessita de recorrer a partículas com radiação para gerar os sinais captados [45]. Elisabete Silva Figura Com o decorrer dos anos a avaliação por imagem do feto vez mais essencial. É indispensáve método de imagem disponível considerado seguro. A ressonância Magnética veio acrescentar conhecimentos ao permitir obtenção de imagens anatomicamente detalhadas além de maior resolução de contraste das partes moles. Esta técnica não sofre tantas protuberâncias como a ultrassonografia, por exemplo a obesidade materna e alguns tipos de posicionamento fetal. A ultrassonografia apresenta baixo custo, portabilidade facilitada e facilidade de acesso, ainda é utilizado como método inicial e em muitos casos suficiente para o estudo do feto no decorrer da gestação. Contudo, diante de diagnósticos mais complexos a ressonância magnética é essencial 3.2 Prin cípios Físicos Nos dias de hoje ainda há pessoas que designam ressonância magnética por “ressonância magnética nuclear”. O termo “nuclear” não é o mais causa confusão com radioatividade Os protões e os neutrões constituintes dos núcleos atómicos possuem uma propriedade denominada momento angular spin que está na base do fenómeno de ressonância magnética nuclear. Este momento é Capítulo 3 – Imagiologia MRI Figura 24. Scanner de MRI (adaptado de [45]). Com o decorrer dos anos a avaliação por imagem do feto tem - vez mais essencial. É indispensáve l o uso da ultrassonografia (US), não sendo o único método de imagem disponível considerado seguro. A ressonância Magnética veio acrescentar conhecimentos ao permitir obtenção de imagens anatomicamente detalhadas além de maior resolução de contraste das partes moles. Esta técnica não sofre tantas protuberâncias como a ultrassonografia, por exemplo a obesidade materna e alguns tipos de posicionamento fetal. A ultrassonografia apresenta baixo custo, facilidade de acesso, ainda é utilizado como método inicial e em muitos casos suficiente para o estudo do feto no decorrer da gestação. Contudo, diante de diagnósticos mais complexos a ressonância magnética é essencial cípios Físicos Nos dias de hoje ainda há pessoas que designam ressonância magnética por “ressonância magnética nuclear”. O termo “nuclear” não é o mais correto radioatividade e não há radiação ionizante neste método Os protões e os neutrões constituintes dos núcleos atómicos possuem uma momento angular spin que apresenta magnitude e direcção e que está na base do fenómeno de ressonância magnética nuclear. Este momento é Página | 53 - se tornado cada não sendo o único método de imagem disponível considerado seguro. A ressonância Magnética veio acrescentar conhecimentos ao permitir obtenção de imagens anatomicamente mais detalhadas além de maior resolução de contraste das partes moles. Esta técnica não sofre tantas protuberâncias como a ultrassonografia, por exemplo a obesidade materna e alguns tipos de posicionamento fetal. A ultrassonografia apresenta baixo custo, facilidade de acesso, ainda é utilizado como método inicial e em muitos casos suficiente para o estudo do feto no decorrer da gestação. Contudo, diante de diagnósticos mais complexos a ressonância magnética é essencial [46]. Nos dias de hoje ainda há pessoas que designam ressonância magnética por correto , uma vez que e não há radiação ionizante neste método [47]. Os protões e os neutrões constituintes dos núcleos atómicos possuem uma apresenta magnitude e direcção e que está na base do fenómeno de ressonância magnética nuclear. Este momento é Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 60 Elisabete Silva cirurgia plástica. Outra área em que os elementos finitos têm sido utilizados é no desenvolvimento de próteses, sendo possível analisar características de um doente particular e personalizar a conceção de uma prótese ideal [48]. De uma forma geral, o MEF é utilizado na busca de soluções de problemas complexos de diversas áreas do conhecimento, para os quais não se conhece uma solução exata que possa ser expressa de forma analítica. A aplicação do MEF a problemas realistas de engenharia, frequentemente complexos, exige muitas vezes, a disponibilidade de meios computacionais significativos, por isso é que o desenvolvimento do método tenha vindo a acontecer de acordo com o aumento da disponibilidade tecnológica. O MEF pode ser encarado de duas perspetivas distintas: [1] O ponto de vista do utilizador, que recorre ao uso de um programa comercial de simulação numérica baseado no MEF para resolver problemas de engenharia. [2] O ponto de vista do programador que desenvolve o programa propriamente dito. Existem muitos programas de simulação numérica baseados no MEF, por exemplo ABAQUS, ANSYS e etc. Estes programas são frequentemente capazes de lidar com vários tipos de problemas. O método pode ser aplicado à resolução de problemas unidimensionais, mas, mais frequentemente, pretende-se determinar a solução numa área ou volume tridimensional genérico [48]. Como primeira fase, o domínio que se pretende é dividido num número finito de segmentos, áreas ou volumes mais pequenos, designados por elementos finitos. A isso se chama discretização. Os pontos que ligam estes elementos são chamados de nós e constituem a malha de elementos finitos. Os nós encontram-se geralmente nos vértices dos elementos. A Figura 28 mostra um esquema representativo do processo de discretização de um domínio por elementos finitos. Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 61 Elisabete Silva Figura 28. Esquema do processo de discretização de um domínio em subdomínios (adaptado de [48]). Os elementos finitos podem assumir formas geométricas diversas, sendo elas: unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais. Os elementos bidimensionais frequentemente são triangulares ou quadriláteros. Já os elementos tridimensionais geralmente são hexaedros, tetraedros ou pentaedros. Deste modo, torna-se possível substituir o problema de determinar o deslocamento de um número infinito de pontos de um domínio contínuo pelo cálculo dos deslocamentos de um número finito de pontos, os nós da malha de elementos finitos [48]. Uma vez determinado os deslocamentos nodais, calculam-se as deformações correspondentes e, a partir destas, o estado de tensão. Posteriormente, todas essas informações são disponibilizadas para o utilizador do programa. São três os estágios para a simulação numérica pelo método dos elementos finitos: 1) pré-processamento; 2) análise; e, 3) pós-processamento. A fase de pré-processamento diz respeito à construção do modelo geométrico do sistema a estudar e a definição dos carregamentos e das condições a que este será submetido. É também nessa primeira fase que todas as propriedades mecânicas e/ou físicas dos materiais a utilizar no modelo são definidas. Também definem-se todos os carregamentos e as restrições a que o modelo possa ser submetido. A estas restrições chamamos de condições de fronteira [48]. A fase de pós-processamento encarrega-se da tarefa de apresentar as informações contidas nos ficheiros de saída dos resultados. Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 62 Elisabete Silva A Figura 29 apresenta uma representação da metodologia de análise típica de um problema recorrendo ao MEF. Figura 29. Representação da metodologia do MEF (adaptado de [49]). Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 63 Elisabete Silva 4.3 Discretização pelo Método dos Elementos Finitos 4.3.1 Elementos Unidimensionais O MEF envolve um conjunto de metodologias e de técnicas matemáticas e numéricas com as quais é possível determinar soluções aproximadas para equações e sistemas de equações diferenciais parciais, bem como para equações integrais. Geralmente, o MEF resolve sistemas de equações diferenciais parciais transformando-as em sistemas de equações diferenciais ordinárias, que podem então ser integradas numericamente. As funções ( ) xu e ( ) xw presentes na formulação fraca deverão, naturalmente, ser aproximadas de forma a obter um sistema de equações associadas a um problema de elementos finitos. No que se segue, o índice superior h será utilizado para designar todas as variáveis que sejam aproximadas. Deste modo, considerando toda a extensão do domínio unidimensional do problema, a função ( ) xu que representa a solução da formulação fraca pode ser aproximada do seguinte modo [49]: ( ) ( ) xuxu h ≈ (1) O passo seguinte na metodologia do MEF é a discretização do domínio contínuo do problema em subdomínios (os elementos finitos) [49]. Neste sentido, todas as variáveis discretizadas que digam respeito a um determinado elemento finito são afetadas do índice superior e . Dentro de cada elemento finito, a função candidata ( ) xu e poderá ser aproximada recorrendo às funções de forma, ou seja, ( ) eee dxNxu )(= (2) Em que ( ) xN e e e d representam a matriz das funções de forma e o vetor de incógnitas nodais do elemento finito genérico [49]. De seguida, torna-se necessário determinar a derivada da função ( ) xu e . Agrupando as derivadas das funções de forma numa matriz, que se designa frequentemente por matriz B , é possível escrever: Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 64 Elisabete Silva ( ) ee e i edB dx xdN dx xdu == ∑)( (3) No que diz respeito a função de peso ( ) xw , o processo mais expedito para a sua aproximação passa por recorrer às mesmas funções de forma utilizadas na aproximação da função ( ) xu , ou seja, ( ) eee wNxw = (4) Cujas derivadas são: ( ) ee ewB dx xdw = (5) O caso particular em que as funções de forma interpolam quer a função candidata ( ) xu quer a função de peso ( ) xw , é designado por método de Galerkin [19]. Recorrendo às técnicas agora apresentadas, a determinação fraca ao nível de cada elemento finito é imediata [49]. As condições de fronteira não necessitam de ser impostas ao nível da relação elementar, devendo estas ser impostas unicamente no momento da assemblagem do sistema global de equações. A fórmula fraca no domínio de cada elemento finito, obtém-se: ( ) ( ) 0=       −−        − ∫∫ e t ee tAwbdxwdx dx du EA dx dw e T e T e e ee T e τ ηη (6) A transposição dos termos que envolvem a função ( ) xw tem por único objetivo compatibilizar o cálculo matricial. Substituindo as aproximações ( ) 3 a ( ) 5 , pode determinar-se que: ( ) ( ) ( ) ( ) 0=             −− ∫ ∫ − ee t etANbdxNdxdBEAww e T e T eeeee T e T e ητ τ η (7) Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 65 Elisabete Silva Em que τ N é a matriz das funções de forma da fronteira τ . Na formulação anterior podem identificar-se duas das entidades matemáticas (uma matriz e um vetor) mais relevantes no âmbito do MEF [49]. Estas entidades são as seguintes: matriz de rigidez elementar (Equação 8), vetor de forças externas elementar (Equação 9). ( ) dxBEABK eee T ee ∫ = (8) ( ) ( ) e t e tANbdxNf e T e T ee τ τ η       += − ∫ (9) Note-se que o vetor de forças externas possui contribuições quer no domínio do interior do elemento η quer da fronteira elementar e t τ . A equação ( ) 7 pode ser reescrita de uma forma simplificada, como se segue [49]: ( ) ( ) 0=− eee T efdkw (10) Na relação anterior percebe-se o carácter sistemático, simples e direto do MEF. Considerando que o domínio contínuo é dividido num número e π de elementos finitos, a equação ( ) 10 pode ser aplicada de forma sistemática a cada elemento [49]. No final, as contribuições de cada elemento finito são “adicionadas”, obtendo-se o seguinte sistema de equações discretas final: ( ) 0=− fKdw T (11) Devido ao carácter arbitrário do conjunto de valores nodais w , o resíduo fKdr − = deverá anular-se. Deste modo, a expressão ( ) 11 , que corresponde a 0=rw T (12) Leva à seguinte solução do problema: fKd = (13) Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 66 Elisabete Silva Em que d é o vetor global de deslocamentos (graus de liberdade) de todo o modelo numérico [49]. Este vetor também é usualmente denominado u ou a , consoante o problema em causa. 4.3.2 Elementos Tridimensionais Ilustrando a ideia base do MEF consideremos um problema qualquer de engenharia. Por razões de simplificação na explicação, consideremos um problema bidimensional com um comportamento linear. Após a discretização do modelo consideremos agora um só elemento da discretização (Figura 30). Figura 30. Elemento e as suas decomposições (adaptado de [48]). Os nós são denominados por ,  e . Os elementos ligam-se com os outros elementos que lhe são adjacentes através de um conjunto de forças aplicadas nos seus nós. No nó i a força e i f tem duas componentes paralelas aos eixos x 0 e y 0 designados por e i U e e i V , respetivamente. Então, o vetor das forças no nó i pode ser descrito da seguinte forma [49]: Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 67 Elisabete Silva           = e i e i e i V U f (14) O conjunto de todas as seis componentes de força do elemento designa-se por e f :           = e k e j e i e f f f f (15) Em que:           = e i e i e i V U f           = e j e j e j V U f           = e k e k e k V U f (16) Deste modo, o vetor de forças nodais do elemento finito é [49]:                       = e k e k e j e j e i e i e i V U V U V U f (17) O deslocamento de cada nó tem suas componentes designadas por u e v , sendo a componente de deslocamentos paralela ao eixo x 0 do nó i denotada por i u e a componente paralela ao y 0 ; designada por i v . Deste modo, o vetor de deslocamentos nodais para o elemento e representado na Figura 30 é:           = k j i e a a a a (18) Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 68 Elisabete Silva Em que:       = i i i v u a          = j j j v u a       = k k k v u a (19) Assim, o vetor de deslocamentos nodais do elemento finito é:                       = k k j j i i e v u v u v u a (20) O elemento finito apresentado tem, portanto, seis componentes de deslocamento que deverão ser calculados para conhecer a posição e a forma do elemento depois de aplicadas as cargas. Estes componentes de deslocamento são os graus de liberdade do elemento, ou seja, este elemento tem três nós e seis graus de liberdade [49]. As forças nodais dependem de forma direta e proporcional dos deslocamentos dos nós associados ao desenvolvimento de deformações no elemento. Verifica-se que o vetor de forças nodais se encontra, de algum modo, relacionado com os deslocamentos nodais. Esta relação, pode ser expressa pela seguinte equação [49]: eee akf = (21) Ou ainda de forma matricial:                                           =                       k k j j i i e k e k e j e j e i e i v u v u v u kkkkkk kkkkkk kkkkkk kkkkkk kkkkkk kkkkkk V U V U V U 666564636261 565554535251 464544434241 363534333231 262524232221 161514131211 (22) Capítulo 4 – Método dos Elementos Finitos Página | 69 Elisabete Silva Onde, a matriz e k é chamada de matriz rigidez elementar do elemento e . Uma vez determinadas todas as matrizes de rigidez elementares para o problema em estudo, torna-se necessário agregá-los de forma a construir a matriz de rigidez de todo o problema [49]. Esta operação é realizada construindo uma matriz quadrada com dimensão correspondente ao número total de graus de liberdade do problema. Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Página | 76 Elisabete Silva Figura 34. Algumas das Imagens de Tomografia Computadorizada pertencentes a um conjunto, utilizadas para obtenção co crânio fetal 3D. O resultado do conjunto de imagens 2D é o modelo 3D que se encontra na Figura 35. Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Página | 77 Elisabete Silva Figura 35. Modelo 3D do crânio fetal. 5.3.2 Mimics Após processamento das Imagens no Software de visualização de imagens médicas Mimics, construiu-se o seguinte modelo 3D do crânio fetal. Sendo o resultado o que se encontra na Figura abaixo indicada. Figura 36. Modelo 3D do crânio fetal, obtido por processamento das Imagens de Tomografia Computadorizada no Mimics. Capítulo 5 Elisabete Silva Com o crânio fetal já construído transferiu eleme ntos finitos neste caso o ABAQUS Com a malha do crânio fetal já construída, foi possível selecionar os elementos para a definição das suturas cranianas selecion ados de acordo com a referência [4]. Figura Na Figura 37, a s suturas cranianas a garantir uma melhor transição entre as suturas e o osso foi também definida uma zona de transição, representada propriedades para as suturas, osso apresenta um a rigidez maior do que a parte da sutura que se encontra mais afastada do osso, isto devido a questões fisiológicas 5.4 Modelos Constitutivos 5.4.1 Modelo constitutivo para o Pavimento Pélvico O modelo constitutivo adotado Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Com o crânio fetal já construído transferiu -se para um pré/ pós ntos finitos neste caso o ABAQUS , para gerar uma malha de elementos Com a malha do crânio fetal já construída, foi possível selecionar os elementos para a das suturas cranianas . Os elementos que constituem as suturas foram ados de acordo com a referência [4]. Figura 37. Crânio Fetal com as suturas cranianas. s suturas cranianas estão representadas a cor cinzenta transição entre as suturas e o osso foi também definida uma zona de transição, representada a cor vermelha. Colocaramse desta forma propriedades para as suturas, uma vez que a zona da sutura que se encontra junto ao osso apresenta um a rigidez maior do que a parte da sutura que se encontra mais afastada do osso, isto devido a questões fisiológicas ex postas anteriormente Modelos Constitutivos Modelo constitutivo para o Pavimento Pélvico O modelo constitutivo adotado para pavimento pélvico é uma forma modificada Página | 78 pós -processador de , para gerar uma malha de elementos finitos. Com a malha do crânio fetal já construída, foi possível selecionar os elementos para a que constituem as suturas foram a cor cinzenta . De forma transição entre as suturas e o osso foi também definida uma zona se desta forma diferentes se encontra junto ao osso apresenta um a rigidez maior do que a parte da sutura que se encontra mais postas anteriormente . pavimento pélvico é uma forma modificada Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Página | 79 Elisabete Silva do modelo hiperelástico incompressível, transversalmente isotrópico, proposto por Humphrey e Yin [52], para o comportamento passivo dos músculos do coração. Para o modelo constitutivo utilizado, a função energia de deformação, para um material quase-incompressível e por unidade de volume, na configuração de referência, pode ser escrita da seguinte forma: ( ) ( ) ( ) 1 , Cf I J f U U I U J U = + + λ α (1) A função energia de deformação (1) é o resultado da soma de um termo relacionado com a matriz isotrópica, que embebe as fibras musculares, um segundo termo relacionado com as fibras musculares e um terceiro termo relacionado com as alterações de volume. Em (1) I U é a energia de deformação associada a matriz isotrópica, definido da seguinte forma: ( ) 13 1 C b I I U c e −   = −     (2) onde 1 C I é o primeiro invariante do tensor das deformações de Cauchy-Green à direita, com as alterações de volume eliminadas. ( ) 2/3 1 tr tr tr C T I J − = = = C F F C (3) sendo F o gradiente de deformação com as alterações de volume eliminadas: 1/3 J − = F F (4) e J a alteração de volume: det J = F (5) Em (1) a energia de deformação armazenada nas diferentes famílias de fibras musculares é dada por U f , que pode ser dividida numa componente passiva elástica ( pas U ) e numa componente ativa ( act U ), devida à contração. U f λ f ,α ( ) =U pas λ f ( ) +U act λ f ,α ( ) (6) Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Página | 80 Elisabete Silva Para a componente passiva, pas U , a seguinte expressão foi utilizada: ( ) { } 2 exp 3 1 pas f U A a   = λ − −     (7) onde λf representa a relação entre o comprimento atual e o comprimento inicial de uma fibra muscular que inicialmente se encontra na direcção N: ( ) : T f λ = = ⊗ N CN C N N (8) e ⊗ representa o produto tensorial. Para a energia de deformação devida à contração muscular, act U , a seguinte expressão foi utilizada: ( ) 2 01 1 4 1 d f M act U T λ = α − λ − λ ∫ (9) onde α é o nível de ativação, variando entre 0 e 1. Quando 0.5 1.5 f < λ < , act U é maior do que 0, para outros valores de f λ o músculo não produz força, sendo a sua energia de deformação nula. A constante 0 M T é a tensão máxima produzida pelo músculo para um comprimento em descanso ( ) 1 f λ = . Em (1), a energia de deformação associada à mudança de volume é dado por U J : UJ=1 D J−1 ( ) 2 (10) 5.4.2 Modelo constitutivo para o Feto 5.4.2.1 Modelo Mooney-Rivlin A função de energia potencial de acordo com o modelo constitutivo de MooneyRivlin é dada por: Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Página | 81 Elisabete Silva ( ) ( ) ( ) 2 1 2211 1 1 33 −+−+−= el J D ICICU (11) 2 3 2 2 2 1 2 111 λλλ ++=I (12) onde C 1 , C 2 e D 1 são parâmetros do material e 2 I é o segundo invariante do tensor das deformações de desvio. Para os casos onde as deformações nominais são pequenas ou são moderadamente grandes (<100%), este modelo é bastante eficaz. A constante D 1 está relacionado com o grau de incompressibilidade do material, isto é, quando ele é nulo o material é considerado incompressível [53]. 5.4.2.2 Modelo Neo-Hooke A função de energia potencial de acordo com o modelo constitutivo de NeoHooke é dada por: ( ) ( ) 2 1 11 1 1 3−+−= el J D ICU (13) Assim como para o modelo de Mooney-Rivlin, para os casos onde as deformações nominais são pequenas ou são moderadamente grandes (<100%), este modelo é bastante eficaz [53]. 5.4.3 Propriedade dos materiais para o feto Para este trabalho toda a estrutura do feto é importante para a obtenção de valores coerentes de deformação para com a realidade, portanto tem que se ter em conta todas as estruturas do feto. Ajustar as propriedades do crânio foi uma das fases mais complicadas do trabalho, fizeram-se vários testes com diferentes propriedades e diferentes pressões aplicadas ao crânio fetal que se encontram em anexo (Anexo A). O maior problema encontrado foi garantir que o crânio se deformar-se de forma correta com a pressão Capítulo 5 – Simulação Numérica Do Parto Vaginal Página | 82 Elisabete Silva causada pelo pavimento pélvico. As propriedades que melhor se ajustavam para a nossa simulação e que permitiam a visualização da deformação são as seguintes. O osso do crânio, a pele da cabeça e cérebro foram definidos como um modelo elástico, as propriedades utilizadas foram as seguintes, respetivamente: E=1000 MPa, ν= 0,25, E=0,3 MPa, ν= 0,25, E=24,6E -3 MPa, ν= 0,49 [54, 55]. As fontanelas e as suturas são considerados material hiperelástico descrito pelo modelo de Mooney-Rivlin. Os parâmetros definidos para a cartilagem mais interna (cinzenta, ver Figura 37) são os seguintes: C1=1,18 MPa, C2=0,295 MPa [27]. Os parâmetros para a cartilagem mais externa (vermelha, ver Figura 37) são: C1=2,00 MPa, C2=0,295 MPa. Capítulo 6 - Resultados Página | 83 Elisabete Silva Capítulo 6 Resultados: Simulação do Parto Vaginal em Posição Cefálica O trabalho de parto pode-se definir como sendo uma sequência de fenómenos que tem como finalidade expulsar o feto, placenta e membranas para o exterior da cavidade uterina através do canal vaginal. As simulações numéricas que se apresentam neste trabalho incidem particularmente sobre o estadio do trabalho de parto, designado de fase de expulsão. É neste período que as forças criadas pelo trabalho de parto permitem a progressão do feto através do canal vaginal e o seu nascimento. Sendo o canal vaginal de forma irregular e as dimensões da cabeça fetal relativamente grandes no final da gestação, é de considerar que a cabeça fetal em certas ocasiões não consiga passar pelo canal vaginal. Desta forma, para que um parto seja possível é necessário um processo de adaptação e acomodação das zonas adequadas da cabeça do feto aos diversos segmentos da pélvis. O conjunto de movimentos que a apresentação fetal vai tomando durante o parto é conhecido por mecanismos do parto. Grandes partes das alterações posicionais que compõem os mecanismos do trabalho de parto devem-se a movimentos de torção e flexão da cabeça do feto, através dos quais esta se adapta ao tamanho e à forma da pelve materna. Esta combinação de movimentos adotados pelo feto verifica-se de forma sequencial e alguns deles em simultâneo. Estes movimentos desenrolam-se durante os mecanismos de parto [3]. Quando o feto se encontra em posição cefálica, a cabeça é a primeira parte anatómica do feto posicionada para sair, sendo o ponto de referência obstétrico a pequena fontanela. Durante o parto normal, se a cabeça do feto rodar, e ficar com a fronte para as costas da mãe, este encontra-se na posição ideal para o nascimento. Se tal situação não acontecer diz-se que o feto se encontra em má posição, podendo causar complicações no decorrer do parto. Capítulo 6 - Resultados Página | 84 Elisabete Silva Neste trabalho as simulações apresentadas são exclusivas para o feto em posição cefálica, ou seja, para a posição mais comum, apresentação occipital-anterior e uma apresentação menos comum, apresentação occipital-posterior. 6.1 Simulação numérica do parto em posição occipitoanterior O parto é um processo caracterizado por várias forças exercidas na cavidade pélvica materna, dependendo das fases que o constituem. Quando o feto se encontra na posição occipito-anterior, a parte da frente da cabeça está voltada para o ânus, correspondendo ao parto mais frequente e para o qual a anatomia da mãe e do feto se encontram melhor preparadas. O mecanismo do parto em apresentação cefálica consiste nos seguintes movimentos cardinais: descida da apresentação através do canal vaginal, flexão do pólo cefálico de forma a apresentar o menor diâmetro possível da cabeça fetal ao canal vaginal, rotação interna que facilita a apresentação dos diâmetros ótimos da cabeça fetal ao canal do parto, extensão da cabeça fetal quando esta atinge o plano da vulva, rotação externa da cabeça fetal e por fim a expulsão. Os movimentos do feto, em apresentação occipito-anterior, foram definidos de forma a apresentar ao maior diâmetro do canal vaginal o menor diâmetro possível da cabeça fetal, durante a descida do feto. Durante um parto normal, a cabeça do feto vai rodar, de forma a que o feto fique a olhar para as costas da mãe, apresentação occipital-anterior. Capítulo 6 - Resultados Página | 85 Elisabete Silva Figura 38. Simulação do parto em posição Occipito-Anterior (OA). 6.1.1 Análise dos resultados para o pavimento pélvico com o feto em apresentação occipito-anterior A configuração e dimensões da pelve, o tamanho do feto e a força das contrações ditam a evolução do trabalho de parto. Em essência, o parto progride ao longo da linha de menor resistência, isto é, pela adaptação do menor diâmetro possível da cabeça fetal ao diâmetro e formas mais favoráveis do canal vaginal. Um dos objetivos deste trabalho é a análise das solicitações a que o pavimento pélvico se encontra sujeito. O que se pretende é analisar a medida de deformação, o alongamento, do pavimento no decorrer do parto normal. Numa primeira etapa o feto encontra-se com as propriedades que permitem a deformação e numa segunda etapa o feto é considerado uma estrutura rígida. De forma a permitir um estudo mais pormenorizado ao longo do pavimento pélvico, este foi seccionado com diferentes curvas, o que permitiu efetuar uma análise mais detalhada das deformações e alongamentos, para os dois fetos utilizados (deformável e rígido). Capítulo 6 - Resultados Página | 92 Elisabete Silva Figura 46. Evolução dos valores de alongamento obtidos durante a simulação, para as diferentes curvas no crânio fetal para a apresentação occipito-anterior. Ao observar o gráfico da Figura 41, verifica-se por exemplo que para a curva 1 do pavimento pélvico o alongamento é máximo (1,56) para um deslocamento de 65 mm. Quando se compara esta situação com a curva 1 do gráfico da Figura 46 verifica-se que para um deslocamento de 55 mm o alongamento do crânio fetal diminui consideravelmente (0,99926). O que se pode concluir desta situação é que quando existe um alongamento máximo no pavimento pélvico inversamente existe um alongamento mínimo (contração) no crânio fetal, ou seja, a força provocada pelo pavimento pélvico provoca uma contração no crânio fetal e a força provocada pelo crânio fetal causa uma distensão no pavimento pélvico. A razão para o qual a curva 2 do gráfico da Figura 46 apresenta um valor de alongamento mínimo, é consequência desta curva passar diretamente por cima da fontanela anterior, pois, apresenta uma área de tecido mole maior, quando comparada com a curva 1. 6.1.2.2 Força que o feto exerce no pavimento pélvico O somatório das forças de reação causadas no pavimento pélvico devido à passagem do feto é diferente se este se apresentar rígido ou deformável. Os gráficos da Capítulo 6 - Resultados Página | 93 Elisabete Silva Figura 47 representam a força [N] em função do deslocamento vertical para o feto rígido, a) e para o feto deformável, b). a) b) Figura 47. Gráficos de reação de força em função do deslocamento, para o feto rígido a), para o feto deformável b) O valor máximo do somatório da força é aproximadamente de 235 [N] para a estrutura rígida do crânio fetal. E o valor máximo para a estrutura deformada é aproximadamente de 181 [N]. Sendo a diferença de aproximadamente 23%. Capítulo 6 - Resultados Página | 94 Elisabete Silva Com esta diferença é de notar que os danos provocados no pavimento pélvico vão ser menos extensos na presença de um feto deformável, o que faz realçar a importância da utilização de propriedades realistas para o feto. 6.1.2.3 Análise da deformação em função da distância normalizada A deformação é uma das características essenciais a analisar no decorrer do parto vaginal. Com as curvas traçadas no crânio fetal, e passando estas sobre as suturas, é possível evidenciar uma deformação maior na zona mais flexível (nas suturas). Para uma análise mais exaustiva observa-se a deformação para diferentes deslocamentos verticais, sendo estes respetivamente, 30 mm, 50 mm e 70 mm. Pelos gráficos da Figura 48 verifica-se que o valor máximo de deformação é aproximadamente de 0,0038 para a curva 1 para um deslocamento vertical de 50 mm. Para este deslocamento os valores de deformação são os mais altos porque o pavimento pélvico causa mais pressão. Enquanto que para um deslocamento de 30 mm o crânio fetal está a ter um contacto primário com o pavimento pélvico, por este motivo os valores de deformação são pequenos para as diferentes curvas. Estes picos que se verificam ao longo das curvas são as zonas das suturas, que apresentam propriedades mais flexíveis que permitem a visualização destes resultados. A curva que apresenta menor valor de deformação é a curva 3 por se encontrar mais próxima da fontanela posterior, pois o feto quando se encontra em posição occipital-anterior a porção da cabeça que está em contacto com o pavimento pélvico é a área junto da fontanela anterior, e por esta razão os valores de deformação para a curva 1 e 2 são sempre maiores do que os da curva 3. Capítulo 6 - Resultados Página | 95 Elisabete Silva a) b) c) Figura 48. Evolução dos valores da deformação ao longo da distância normalizada para diferentes deslocamentos, a) 30 mm, b) 50 mm e c) 70 mm. Capítulo 6 - Resultados Página | 96 Elisabete Silva 6.1.2.4 Análise da deformação no crânio fetal para os diferentes deslocamentos verticais O deslocamento vertical refere-se ao deslocamento vertical do nó de controlo P1 (ver Figura 33), que se encontra dentro da cabeça fetal. A Figura abaixo indicada mostra a sequência de movimentos para o feto durante o parto, para diferentes deslocamentos verticais. O objetivo desta imagem é identificar as diferentes deformações no crânio à medida que vai passando pelo canal vaginal. A análise da deformação só é possível quando aplicadas propriedades que permitem a deformação (propriedades apresentadas no capítulo 5 secção 5.4.3). Não há necessidade de apresentar resultados quando ao crânio fetal são aplicadas propriedades rígidas. Neste caso os deslocamentos apresentados vão ser respetivamente 30 mm, 50mm, e 70 mm. O valor máximo de deformação para cada elemento é aproximadamente de 0,01089 para um deslocamento vertical da cabeça fetal de 50 mm. O valor mínimo é aproximadamente de 0,004547 para um deslocamento de 30 mm. Com as imagens da Figura 49 é possível ver que conforme vai descendo o feto as suturas vão ficando cada vez mais diferenciadas na zona anterior do crânio. Capítulo 6 - Resultados Página | 97 Elisabete Silva a) b) c) Figura 49. Deformação do crânio fetal para diferentes deslocamentos, a) deslocamento de 30 mm, b) deslocamento de 50 mm e c) deslocamento de 70 mm. 6.1.2.5 Análise da tensão no crânio fetal para os diferentes deslocamentos verticais A tensão também é uma quantidade importante a analisar. Quando o crânio fetal apresenta as propriedades que se encontram no capítulo 5 secção 5.4.3, é possível ver as diferentes tensões causadas no decorrer do parto, junto das suturas. Quando o crânio é rígido as tensões são constantes ao longo de todo o crânio, não se notando assim as Capítulo 6 - Resultados Página | 98 Elisabete Silva tensões junto das suturas, pois as propriedades não o permitem. Para esta situação apresentam-se algumas imagens para o crânio fetal para diferentes deslocamentos, 30 mm, 50 mm e 70 mm. a) b) c) Figura 50. Tensão do crânio fetal para diferentes deslocamentos, a) deslocamento de 30 mm, b) deslocamento de 50 mm e c) deslocamento de 70 mm. Como acontece com a análise da deformação a situação é idêntica para a análise das tensões. Verifica-se que o valor máximo da tensão é aproximadamente de 0,8481 Capítulo 6 - Resultados Página | 99 Elisabete Silva MPa para um deslocamento de 50 mm. E o valor mínimo da tensão é aproximadamente de 0,3450 MPa para um deslocamento de 30 mm. 6.2 Simulação numérica do parto em posição occipitoposterior O trabalho de parto é um processo fisiológico normal pelo qual a maioria das mulheres passa sem complicações, no entanto, podem surgir algumas complicações durante o processo. Uma má posição, é uma posição não muito comum da cabeça fetal no decorrer do parto, mas mantém o ponto de referência, a pequena fontanela. A posição má mais comum é a occipital-posterior em que o feto nasce com a fronte voltada para a parte anterior da mãe, ou seja, para a barriga da mãe. Figura 51. Simulação do parto em posição Occipito-Posterior (OP). Capítulo 6 - Resultados Página | 100 Elisabete Silva 6.2.1 Análise dos resultados para o pavimento pélvico 6.2.1.1 Utilização de um feto deformável Quando o feto se encontra em posição occipital-posterior, a utilização de propriedades mais realistas para o feto vai permitir o aparecimento de deformações elevadas, Figura 52. a) b) Figura 52. Modelo da cabeça fetal (a) e do crânio fetal (b), para o feto com propriedades que permitem deformação, para um deslocamento vertical de 65 mm. Para a simulação do feto em apresentação occipital-posterior realizaram-se as mesmas simulações numéricas em relação à posição occipito-anterior. Os resultados que se obtiveram no estudo do alongamento ao longo das diferentes curvas são os que se apresentam na Figura 53. Capítulo 6 - Resultados Página | 101 Elisabete Silva Figura 53. Valores do alongamento para o feto deformável em apresentação occipito-posterior, para as diferentes Curvas. O valor máximo de alongamento obtido foi aproximadamente 1,703 para a curva 1 para um deslocamento vertical da cabeça fetal de 55 mm. Esta curva é portanto a que está sujeita a alongamentos mais elevados, provocados pelo crânio fetal. 6.2.1.2 Utilização de um feto rígido A Figura 54 mostra o alongamento sofrido ao longo das curvas do pavimento pélvico quando o feto é considerado rígido. Capítulo 6 - Resultados Página | 108 Elisabete Silva 6.2.2.4 Análise da deformação no crânio fetal para os diferentes deslocamentos verticais Para o feto em apresentação occipício-posterior a primeira porção da cabeça a entrar em contacto com o pavimento pélvico é a zona junto aos ossos parietais até atingir o occipício. Sendo portanto nesta zona o efeito máximo do pavimento pélvico. Para a análise da deformação no crânio fetal da posição occipital-posterior, utiliza-se os mesmos deslocamentos aplicados à posição occipital-anterior. Sendo estes respetivamente de 30 mm, 50 mm e 70 mm. Nas imagens da Figura 59 é possível identificar que o valor máximo de deformação ocorre para um deslocamento de 50 mm. Esta situação verifica-se ao aproximar da fontanela posterior, em que o pavimento pélvico comprime esta zona e o crânio inversamente provoca a distensão máxima do pavimento pélvico. O valor máximo de deformação é de 0,02255 para um deslocamento de 50 mm enquanto que valor máximo de deformação para um deslocamento de 30 mm é de 0,009798. Capítulo 6 - Resultados Página | 109 Elisabete Silva a) b) c) Figura 59. Deformação do crânio fetal para diferentes deslocamentos, a) deslocamento de 30 mm, b) deslocamento de 50 mm e c) deslocamento de 70 mm. 6.2.2.5 Análise da tensão no crânio fetal para os diferentes deslocamentos verticais A tensão como já foi dito atrás é uma das quantidades importantes a analisar. Quando o crânio fetal apresenta as propriedades que se encontram no capítulo 5 secção Capítulo 6 - Resultados Página | 110 Elisabete Silva 5.4.3, é possível ver as diferentes tensões causadas no decorrer do parto, junto das suturas. Para esta situação apresentam-se algumas imagens para o crânio fetal, para diferentes deslocamentos, 30 mm, 50 mm e 70 mm. a) b) c) Figura 60. Tensões do crânio fetal para diferentes deslocamentos, a) deslocamento de 30 mm, b) deslocamento de 50 mm e c) deslocamento de 70 mm. Capítulo 6 - Resultados Página | 111 Elisabete Silva Como acontece com a análise da deformação a situação é idêntica para a análise das tensões. Verifica-se que o valor máximo da tensão é aproximadamente de 4,060 MPa para um deslocamento de 50 mm. E o valor mínimo da tensão é aproximadamente de 0,931 MPa para um deslocamento de 30 mm. 6.3 Comparação dos resultados entre a posição occipitalanterior e a occipital-posterior Para se perceber como é que a posição occipito-posterior é uma má posição quando comparada com a posição occipito-anterior, realizou-se uma comparação entre as duas. 6.3.1 Análise dos resultados para o pavimento pélvico Quando se compara os níveis de alongamento no pavimento pélvico para as duas posições verifica-se que este é muito maior para a posição occipito-posterior. Para uma melhor observação, no gráfico da Figura 61 abaixo está exposta a curva 1 das diferentes posições, para o feto considerado deformável. Verifica-se que o valor de alongamento para a curva 1 e para a posição occipito-posterior é maior do que o valor da curva 1 para a posição occipito-anterior. O alongamento máximo para curva 1 da posição occipito-anterior é de 1,56 enquanto que para a posição occipito-posterior é de 1,70. Sendo a percentagem de diferença é de 8,13%. Com estes resultados é possível evidenciar que para o feto nascer em posição occipito-posterior tem de haver uma distensão maior do pavimento pélvico. Capítulo 6 - Resultados Página | 112 Elisabete Silva Figura 61. Comparação dos valores de alongamento para o pavimento pélvico, entre as duas posições, para a curva 1. 6.3.2 Análise dos resultados para o crânio fetal Verificaram-se diferenças assinaláveis para as solicitações a que a cabeça fetal está sujeita entre as duas apresentações diferentes, tal como se mostra nas secções seguintes. 6.3.2.1 Análise do alongamento no crânio fetal Quando se analisa o alongamento no crânio para as duas posições e para as diferentes curvas é possível identificar as diferenças. No gráfico da Figura 62 comparase o alongamento da curva 3 para as duas posições. Capítulo 6 - Resultados Página | 113 Elisabete Silva Figura 62. Comparação dos valores de alongamento para o crânio fetal, entre as duas posições, para a curva 3. Com este gráfico é possível identificar que a curva que apresenta um valor mínimo de alongamento (redução de comprimento) é a da posição occipito-posterior, ou seja uma maior variação, para um deslocamento vertical de 45 mm. Esta situação verifica-se porque o feto quando se encontra na posição occipito-posterior, a primeira região da cabeça a entrar em contacto com o pavimento pélvico é a zona junto aos ossos parietais até atingir o occipício. Sendo portanto nesta zona o efeito máximo do pavimento pélvico sob o crânio. A curva 3 está posicionada por cima dos ossos parietais passando pela sutura sagital, ou seja, a curva apresenta um valor mínimo de alongamento quando esta atinge o tecido mole (sutura sagital). A curva 3 para a posição occipito-anterior sofre pouca variação do alongamento, pois para esta posição a curva não se encontra numa zona crítica. Para esta posição a curva a entrar em contacto com o pavimento pélvico é a curva 3, mas é um contacto muito superficial (o valor mínimo de alongamento é 0,99978 para um deslocamento vertical de 30 mm), há medida que o feto vai descendo a parte frontal do crânio é sujeita a uma maior variação de alongamento, ver gráfico da Figura 46 curva 1 e 2. Capítulo 6 - Resultados Página | 114 Elisabete Silva 6.3.2.2 Força que o feto exerce no pavimento pélvico Quando se compara o valor da força máxima provocada no pavimento pélvico devido ao feto considerado deformável, verifica-se que um feto em apresentação occipito-posterior provoca mais força do que em apresentação occipito-anterior. Figura 63. Comparação dos valores da força exercida sobre o pavimento pélvico para as diferentes posições. O valor máximo da força é aproximadamente de 211 [N] para a apresentação occipito-posterior. O valor máximo para a apresentação occipito-anterior é de 181 [N], o que corresponde a uma diferença aproximadamente de 14%. Com a análise do somatório da força no pavimento pélvico causada pela cabeça de fetal é possível relacionar que quanto maior o somatório da força maior o alongamento no pavimento pélvico, esta situação verifica-se para a apresentação occipito-posterior. Quando a comparação é efetuada entre os fetos rígidos e deformáveis para a mesma apresentação, verifica-se que a diferença nas forças atinge 23% para a apresentação occipito-anterior e 14% para a apresentação occipito-posterior. Nos gráficos da Figura 64 abaixo é possível ver as diferenças. Capítulo 6 - Resultados Página | 115 Elisabete Silva a) b) Figura 64. Comparação dos valores da força exercida sobre o pavimento pélvico para as diferentes propriedades, a) posição occipito-anterior, b) occipito-posterior. Com estes gráficos verifica-se que com a alteração das propriedades do feto, os resultados das forças no pavimento pélvico são muito diferentes. Verificou-se que quanto mais rígido o crânio, maior é a força no pavimento pélvico. Verificou-se também que devido ao comportamento do tipo exponencial utilizado para o modelo constitutivo do pavimento pélvico, as diferenças verificadas para a posição occipito-anterior foram mais elevadas. Capítulo 6 - Resultados Página | 116 Elisabete Silva 6.3.2.3 Análise da deformação no crânio fetal para os diferentes deslocamentos verticais Ao comparar os valores da deformação para as diferentes posições verifica-se que quando o feto se encontra em posição occipito-posterior, os valores de deformação vão ser mais elevados. Na Figura 65 estão representadas as imagens para as duas posições, para um deslocamento vertical do feto de 50 mm. a) b) Figura 65. Comparação da deformação no crânio fetal para um deslocamento vertical de 50 mm, a) apresentação occipito-anterior, b) apresentação occipito-posterior. O valor máximo obtido foi de 0,0255 para o feto em apresentação occipitoposterior e um valor de 0,01089 para o feto em apresentação occipito-anterior. A diferença entre as duas posições atinge uma percentagem de 57%. Capítulo 6 - Resultados Página | 117 Elisabete Silva 6.3.2.4 Análise da tensão no crânio fetal para os diferentes deslocamentos verticais Ao comparar os valores da tensão que surgem no crânio fetal para as diferentes posições verifica-se que o crânio quando se encontra em posição occipito-posterior apresenta valores de tensão mais elevados. Na Figura 66 estão representadas os resultados para as duas posições, para um deslocamento vertical do feto de 50 mm. a) b) Figura 66. Comparação das tensões (MPa) no crânio fetal para um deslocamento vertical de 50 mm, a) apresentação occipito-anterior, b) apresentação occipito-posterior. O valor máximo obtido foi de 4,060 MPa para o feto em apresentação occipitoposterior e um valor de 0,8481 MPa para o feto em apresentação occipito-anterior. A diferença entre as duas posições atinge uma percentagem de 79%. Referências Página | 124 Elisabete Silva [12] Carlan, S.J., Wyble, L., Lense J., Mastrogiannis, D.S., Parsons, M.T., “Fetal head molding diagnosis by ultrasound and a review of the literature”, J Perinatol, XI:105– 111, (1991). [13] Parikn, M., Rasmussen, M., Brubaker, L., Salomon, C., Sakamoto, K., “Three dimensional virtual reality model of the normal female pelvic floor”, Ann Biomed Eng, 32:292–296, (2004). 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Os parâmetros definidos para a cartilagem mais interna (cinzenta, ver Figura 37) são os seguintes: C1=1,18 MPa, C2=0,295 MPa, [27]. Para este ensaio ainda não existia a cartilagem, designada de cartilagem intermédia (vermelha, ver Figura 37). A pressão que aplicamos de 0,1 MPa para nas zonas laterais do crânio junto das suturas coronais. A deformação resultante é a que se apresenta na Figura 67. Anexos Página | 130 Elisabete Silva Figura 67. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal só com uma cartilagem. O valor da deformação é aproximadamente de 0,7183. Mas este ensaio foi para verificar se junto das suturas realmente ocorria deformação. 2ª Simulação Num outro ensaio as propriedade são as mesmas tanto para o osso como para a cartilagem, o que variou foi o local da aplicação da pressão. A pressão foi aplicada a todos os elementos da parte frontal do crânio, e essa pressão correspondia a 50 mmHg, [27]. Esta pressão corresponde há pressão causada pelo líquido amniótico. O resultado foi o seguinte. Anexos Página | 131 Elisabete Silva Figura 68. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal só com uma cartilagem e com uma pressão de 50 mmHg. 3ª Simulação Nesta simulação aplicam-se as mesmas propriedades para o osso do crânio e para a cartilagem, mas agora já existe a cartilagem intermédia e as propriedades desta são as seguintes, considerou-se um material hiperelástico descrito pelo modelo MooneyRivlin. E os parâmetros são: C1=2,00 MPa, C2=0,295 MPa. A pressão é aplicada nos mesmos elementos da simulação 2 mas o valor da pressão é de 0,1 MPa. Figura 69. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal com as duas cartilagens e com uma pressão de 0,1 MPa. Anexos Página | 132 Elisabete Silva Nesta simulação consegue-se ver uma concavidade junto da fontanela anterior, a pressão de 0,1 MPa permite essa saliência. 4ª Simulação Esta simulação tem todas as estruturas descritas até há simulação 3 e agora tem mais o cérebro que também é considerado um material elástico e os parâmetros definidos são os seguintes: E=0,3 MPa, ν= 0,002. A pressão continua a ter a mesma intensidade, ou seja, 0,1 MPa, mas agora os elementos sujeitos a essa pressão são os que de encontram na zona mais cranial do crânio, são os elementos que se encontram entre a fontanela anterior até aos elementos dos ossos parietais. E o resultado é: Figura 70. Apresentação dos valores da deformação no crânio fetal com as duas cartilagens e com uma pressão de 0,1 MPa, nos elementos da zona cranial. O valor da deformação máxima é de 0,1397. Estas são algumas das simulações realizadas para se obter os melhores parâmetros para a simulação do nosso parto. Os resultados foram satisfatórios, como se pode comprovar.