Desenvolvimento de metodologia digital para projeto e fabrico de próteses extraorais

Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais INEGI Bárbara Flávia Carvalho Teixeira Mendes Relatório do Projecto Final / Dissertação do MIEM Orientador no INEGI: Rui Neto/Margarida Machado Orientador na FEUP: Jorge Lino Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Junho de 2014 ii Aos meus pais, irmão e namorado iii Resumo As próteses extraorais ajudam as pessoas a superar problemas emocionais causados por defeitos faciais, proporcionando-lhes alívio extremo e a satisfação pela aceitação da sua aparência física. Convencionalmente, estas próteses são fabricadas por um anaplastologista através de um processo manual, dispendioso e demorado. Os avanços nas ferramentas de computação e engenharia possibilitaram uma melhoria significativa na conceção e fabrico de próteses de silicone. Com o método digital, o levantamento de forma é efetuado utilizando imagens médicas ou digitalização por luz estruturada. Os dados resultantes do levantamento de forma são usados para o projeto e fabrico das próteses ou moldes. O método digital apresenta menos passos que o método convencional, mas requer o acesso a tecnologias avançadas. A motivação deste trabalho visou o desenvolvimento de uma metodologia para fabricar próteses faciais à medida a que explora a utilização do método digital. Foram, assim, desenvolvidos dois casos de estudo: uma rapariga de 15 anos, com um defeito congénito na orelha; e um homem de 52 anos, submetido a uma exenteração ocular virtual. A metodologia desenvolvida envolveu cinco tarefas: (i) aquisição de imagem; (ii) biomodelação 3D; (iii) fabrico do molde; (iv) fabrico da prótese; e (v) ajustes finais. A aquisição de imagem da superficie anatómica pode ser obtida através de imagens médicas, sendo necessário proceder a uma segmentação para obter um modelo virtual da superfície anatómica em formato STL. No caso de se utilizar as técnicas de engenharia inversa para o levantamento de forma, como a digitalização por luz estruturada, é gerado um modelo 3D em STL. Se a digitalização for efetuada diretamente no paciente, este necessita de permanecer estático. No caso da digitalização de superficies mais complexas, como a orelha, procede-se à digitalização a partir de um modelo polimérico criado através da impressão direta por molde rápido de alginato de sódio do paciente. Com os ficheiros STL da anatomia do paciente, procedeu-se à biomodelação 3D em 3-matic (Materialise), com o objetivo de reconstruir a parte em falta da anatomia e, assim, construir um modelo tridimensional em SL que permitiu obter os moldes em silicone ou o projeto e fabrico dos moldes diretamente em SL. No fabrico da prótese, o silicone pigmentado foi vazado para o interior do molde, sendo curado e desmoldado. Foram efetuados acabamentos finais, como coloração extrínseca e colocação de pelos, para obter uma aparência mais realista. A abordagem proposta mostrou resultados encorajadores, uma vez que poupa tempo e permite a realização de prótese com o mínimo contacto e desconforto para os pacientes, revelando excelentes resultados estéticos e funcionais. iv Digital Approach for Development and Manufacture of extraoral prostheses Abstract Extraoral prostheses help people overcome the emotional problems caused by facial defects, while providing extreme relief and physical appearance self-approval. Conventionally, these prostheses are manually manufactured by an anaplastologist, through an expensive and time-consuming process. Using the digital method, data acquisition is performed through medical imaging or structured light scanning. This data is then used to design and manufacture the prosthesis. The digital method has fewer stages than the conventional method, but requires having access to advanced technologies. The motivation of this project is to develop an approach to the manufacturing of custom facial prosthesis. The case studies were a 15-year-old girl with a congenital defect in her right ear and a 52-year-old man who was subjected to a virtual ocular exenteration. The approach involved five stages: (i) data acquisition; (ii) 3D biomodelling; (iii) production of the mould; (iv) production of the prosthesis and (v) final fittings. Data acquisition of the anatomical surface can be carried out by medical imaging; an STL file is obtainable through segmentation of the 2D images. On the other hand, reverse engineering related techniques such as structured light scanning create the STL model directly. If the patient is directly subjected to scanning, complete stillness is essential. The scanning of more complex shapes, such as an ear, is indirect; through lifecasting, a model is created and, ultimately, scanned. The STL files were then exported to 3-matic software (Materialise), and the models were repaired and prepared for stereolithography manufacturing through 3D biomodelling. SL direct moulds were also designed in this stage. The coloured silicone was casted into the mould, cured and demoulded. A few final fittings were performed, such as extrinsic pigmentation and placing of hair, in order to obtain a more natural appearance. The proposed approach revealed an encouraging outcome, since it was considerably fast and the prostheses were manufactured with minimum contact and discomfort for the patients, while maintaining excellent aestetic and functional results. v Agradecimentos Em primeiro lugar, agradeço ao meu orientador no INEGI, Rui Neto, pelos conhecimentos transmitidos, pela confiança depositava, pela autonomia que me deu durante a realização deste trabalho e pela oportunidade que me ofereceu em realizar a dissertação nesta instituição. Ao professor Jorge Lino, orientador na FEUP, agradeço o apoio e acompanhamento. Gostaria de expressar a minha gratidão por se ter disponibilizado para fazer parte de um dos casos de estudo. Agradeço ao INEGI pelo acolhimento e pela oportunidade de apredizagem que me proporcionou, não só na área das próteses extraorais, mas também noutras áreas. Agradeço à unidade CETECOFF, Bártolo Paiva, Carlos Moreira, Sertório Lares, Ricardo Paiva, Mafalda Couto e Margarida Machado pela ajuda prestada ao longo do meu trabalho. Não posso deixar de agradecer à Andreia Durães, pelo acolhimento, boa disposição e companheirismo. Deixo um especial agradecimento aos meus pais, irmão e namorado pelo apoio e paciência ao longo da dissertação e de todo o curso. Por fim, agradeço o financiamento do Projeto SAESCTN-PII & DT/1/2011 co- -financiado pelo Programa Operacional Regional do Norte (ON.2 - O Novo Norte), sob Quadro de Referência Estratégico Nacional (QREN), através do Fundo de Desenvolvimento EUROPEU Regional (FEDER). . Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 1 Índice de Conteúdos 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................13 ENQUADRAMENTO .................................................................................................................................. 13 OBJETIVOS ............................................................................................................................................. 14 ORGANIZAÇÃO E TEMAS ABORDADOS NO PRESENTE RELATÓRIO ...................................................................... 14 2. PRÓTESES EXTRAORAIS: EVOLUÇÃO DAS PRÓTESES AO LONGO DO TEMPO .........................................15 TIPOS DE PRÓTESES .................................................................................................................................. 16 2.1.1. Prótese orbital .............................................................................................................................. 17 2.1.2. Prótese nasal ................................................................................................................................ 17 2.1.3. Prótese da orelha ......................................................................................................................... 18 2.1.4. Prótese dos dedos ........................................................................................................................ 19 ANTROPOMETRIA DA FACE ........................................................................................................................ 19 ANTROPOMETRIA DA ORELHA .................................................................................................................... 21 3. MATERIAIS PARA PRÓTESES EXTRAORAIS .............................................................................................22 POLÍMEROS PARA PRÓTESES EXTRAORAIS ..................................................................................................... 24 3.1.1. Silicones - Polidimetilsiloxano ...................................................................................................... 26 3.1.2. Elastómero Poliuretano ................................................................................................................ 31 3.1.3. Elastómero de Polietileno de Cloro .............................................................................................. 31 3.1.4. Elastómero de Policloreto de Vinilo .............................................................................................. 32 3.1.5. Resina Acrílica rígida .................................................................................................................... 32 4. AQUISIÇÃO DE GEOMETRIA ANATÓMICA ..............................................................................................33 TOMOGRAFIA AXIAL COMPUTARIZADA (TAC OU CT – COMPUTED TOMOGRAPHY) ............................................... 33 4.1.1. Efeito de pixel parcial ................................................................................................................... 35 4.1.2. Espessura da fatia ........................................................................................................................ 35 RESSONÂNCIA MAGNÉTICA (RM OU MRI – MAGNETIC RESONANCE IMAGING) ................................................... 36 4.2.1. Distância de digitalização ............................................................................................................ 37 ENGENHARIA INVERSA .............................................................................................................................. 37 4.3.1. Digitalização superficial por perfilometria laser .......................................................................... 40 4.3.2. Digitalização por projeção de luz estruturada ............................................................................. 41 4.3.3. Limitações e dificuldades do processo de digitalização ............................................................... 44 COMPARAÇÃO DOS DIFERENTES MÉTODOS ................................................................................................... 45 SOFTWARE PARA PROCESSAMENTO DE IMAGENS MÉDICAS ............................................................................... 46 JUNÇÃO E ADAPTAÇÃO DOS VOLUMES EM FALTA: PROCESSO DE BIOMODELAÇÃO................................................ 47 5. PROCESSOS DE FABRICO ........................................................................................................................48 PROCESSOS DE FABRICO ADITIVO ............................................................................................................... 48 5.1.1. Estereolitografia (SL) .................................................................................................................... 49 5.1.2. Sinterização Seletiva por laser (SLS) ............................................................................................. 49 5.1.3. Impressão Tridimensional - 3D Printing ....................................................................................... 50 5.1.4. Modelação por extrusão de plástico (FDM) ................................................................................. 51 5.1.5. Comparação dos processos de fabrico aditivo no fabrico de próteses ........................................ 52 PIGMENTAÇÃO DA PRÓTESE ...................................................................................................................... 53 5.2.1. Pigmentação intrínseca ................................................................................................................ 53 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 2 5.2.2. Coloração extrínseca .................................................................................................................... 54 MÉTODOS DE FABRICO ............................................................................................................................. 55 5.3.1. Método convencional ................................................................................................................... 55 5.3.2. Método digital .............................................................................................................................. 59 ACABAMENTOS ....................................................................................................................................... 61 SISTEMAS DE RETENÇÃO ........................................................................................................................... 62 5.5.1. Armações de óculos...................................................................................................................... 63 5.5.2. Adesivos ....................................................................................................................................... 64 5.5.3. Implantes ósseo-integrados ......................................................................................................... 64 6. PARTE EXPERIMENTAL ...........................................................................................................................66 ENSAIO PRÉ-CLINICO DO FABRICO DE PRÓTESES EM SILICONE DE TECIDOS MOLES .................................................. 66 6.1.1. Descrição do caso de estudo ........................................................................................................ 66 6.1.2. Metodologia ................................................................................................................................. 67 6.1.3. Discussão e conclusões do ensaio pré-clínico ............................................................................... 69 CASO DE ESTUDO I: PRÓTESE AURICULAR PARCIAL .......................................................................................... 70 6.2.1. Descrição do caso de estudo ........................................................................................................ 70 6.2.2. Metodologia ................................................................................................................................. 71 6.2.3. Aquisição de dados....................................................................................................................... 72 6.2.4. Impressão das orelhas .................................................................................................................. 76 6.2.5. Digitalização 3D dos modelos de resina ....................................................................................... 80 6.2.6. Projeto da prótese auricular – Biomodelação das orelhas ........................................................... 82 6.2.7. Modelação de encaixe total da orelha ......................................................................................... 88 6.2.8. Fabrico por Estereolitografia........................................................................................................ 93 6.2.9. Fabrico do molde .......................................................................................................................... 96 6.2.10. Fabrico da prótese ........................................................................................................................ 99 6.2.11. Pigmentação da prótese ............................................................................................................ 100 6.2.12. Sistema de Retenção .................................................................................................................. 101 6.2.13. Projeto da nova prótese com encaixe anatómico ...................................................................... 101 RELATO DE CASO DE ESTUDO DE PRÓTESE ORBITAL NO INEGI ......................................................................... 106 CASO DE ESTUDO II: PRÓTESE OCULOPALPEBRAL TOTAL ................................................................................ 108 6.4.1. Descrição do caso de estudo ...................................................................................................... 108 6.4.2. Metodologia ............................................................................................................................... 109 6.4.3. Aquisição de dados..................................................................................................................... 110 6.4.4. Projeto da prótese oculopalpebral ............................................................................................. 112 6.4.5. Fabrico da prótese oculopalpebral a partir do protótipo da prótese ......................................... 115 6.4.6. Conceção da prótese com olho de vidro..................................................................................... 117 6.4.7. Conceção do molde .................................................................................................................... 120 6.4.8. Materialização do molde em estereolitografia .......................................................................... 123 6.4.9. Fabrico da prótese oculopalpebral com olho protésico ............................................................. 124 6.4.10. Sistema de retenção ................................................................................................................... 126 6.4.11. Acabamento finais ..................................................................................................................... 126 METEDOLOGIA DESENVOLVIDA ................................................................................................................. 127 DETERMINAÇÃO DE CUSTOS E PRAZOS DE ENTREGA ...................................................................................... 128 7. CONCLUSÕES ....................................................................................................................................... 131 8. TRABALHOS FUTUROS ......................................................................................................................... 133 9. REFERÊNCIAS ....................................................................................................................................... 134 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 3 ANEXO A: FICHA TÉCNICA DOS SILICONES DRAGON SKIN® DA SMOOTH-ON .......................................... 137 ANEXO B: FICHA TÉCNICA DA ATOS III TRIPLE SCAN ............................................................................... 138 ANEXO C: INFOMAÇÕES TÉCNICAS DA VIPER ™SLA®SYSTEM ................................................................. 139 ANEXO D: FICHA TÉCNICA DOS SILICONES ECOFLEX® GEL DA SMOOTH-ON ............................................ 140 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 4 Lista de Abreviaturas aprox. – aproximadamente cm3 – centimetros cúbicos est. – estruturada ex. – exemplo g – grama h – hora kg – kilograma mm – milímetro min. – minutos pág. – página px – pixels ref – referência Shore A – Escala de dureza definida por Albert F. Shore, para medir a dureza da penetração em objectos elastoméricos Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 11 Figura 150 - Moldação inferior com guiamentos e moldação superior. ................................. 123 Figura 151 - Prótese oculopalpebral na desmoldação ............................................................ 124 Figura 152 – (a) Prótese oculopapelpebral com olho protésico; (b) Prótese oculopalpebral . 124 Figura 153 – Prótese oculopalpebral encaixada no modelo da face do voluntário. ............... 125 Figura 154 – Comparação entre a região oculopalpebral do voluntário e a prótese concebida ................................................................................................................................................ 125 Figura 155 - Diagrama de Gantt para a estimativa de dias úteis necessários à conceção de uma prótese auricular parcial.......................................................................................................... 129 Figura 156 - Diagrama de Gantt para a estimativa de dias úteis necessários à conceção de uma prótese oculopalpebral ............................................................................................................ 129 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 12 Lista de Tabelas Tabela 1 - Polímeros usados em aplicações médicas. .............................................................. 25 Tabela 2 – Estudo de mercado dos silicones para aplicação em próteses extraorais ............... 30 Tabela 3 - Comparação entre os vários tipos de digitalizadores .............................................. 45 Tabela 4 - comparação dos diferentes métodos de fabrico aditivo ........................................... 52 Tabela 5 - Comparação de alguns alginatos presentes no mercado ......................................... 58 Tabela 6 - Informações técnicas sobre as imagens da TAC. .................................................... 72 Tabela 7 – Principais caraterísticas do Silicone VTX 950/CAT 951 ....................................... 97 Tabela 8 - Características da pigmentação utilizada .............................................................. 100 Tabela 9 – Caraterísticas da pigmentação utilizada na prótese com retenção anatómica ...... 105 Tabela 10 – Características do ficheiro DICOM utilizado para reconstrução 3D da face do paciente. .................................................................................................................................. 106 Tabela 11 - Informações técnicas sobre as fatias da TAC. ..................................................... 110 Tabela 12 – Resumo geral da metedologia desenvolvida....................................................... 127 Tabela 13 – Estimativa de custo e prazos de entrega para o Caso de Estudo I ...................... 128 Tabela 14 - Estimativa de custo e prazos de entrega para o Caso de Estudo II ..................... 129 Tabela 15 - Comparação entre o método direto e indireto de fabrico de moldes ................... 130 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 13 1. Introdução Enquadramento As próteses extraorais surgem da necessidade da melhoria da qualidade de vida psicológica e social, bem como uma melhoria estética por parte de pacientes com defeitos faciais. Estes defeitos podem ocorrer devido a traumatismos, doenças congénitas ou cirurgias de tumor ablativo (Karakoca et al. 2010). Para além disso, por exemplo, no caso da perda de uma orelha em presença do canal auditivo, a audição é afetada, porque a aurícula reúne o som e direciona-o para o canal. Com orelhas naturais, a aurícula atua como um ressonador para amplificar ligeiramente as frequências de som mais baixas (Manner 2003). A reconstrução dos defeitos faciais pode ser realizada de forma cirúrgica ou protésica, dependendo do local, dimensões, etiologia, gravidade, idade e desejos do paciente (Karakoca et al. 2010). No entanto, a reconstrução cirúrgica pode estar condicionada pela idade, pela condição médica do paciente, tecido residual insuficiente, incompatibilidade de dadores, indesejado resultado estético ou preferências do paciente (Manner 2003). Quando tais restrições são um problema, a reabilitação protésica é considerada o tratamento adequado. Na maior parte dos pacientes, as próteses extraorais adaptam-se com um nível de qualidade satisfatório (Yunpen et al. 2013). Os fatores que influenciam o sucesso ou o insucesso de uma prótese facial são inúmeros. Para que uma prótese facial tenha sucesso tem que se obedecer a critérios de aceitabilidade estética, funcionalidade, biocompatibilidade e promover a respetiva retenção (Pekkan, Tuna, e Oghan 2011). Sendo este um processo de trabalho de laboratório intensivo e demorado, os resultados finais estão fortemente dependentes da experiência e destreza do técnico (Yunpen et al. 2013). Para além disso, pode ser altamente stressante para o paciente, uma vez que este tem de permanecer imóvel, de forma a evitar distorções da prótese (Oliveira et al. 2012). A reabilitação protésica de defeitos da face e do corpo é uma área especializada de tratamento que deve ser considerada como complemento ao campo da cirurgia plástica e reconstrutiva. A evolução contínua na área dos materiais e das tecnologias de produção envolvidas permitiram que hoje em dia as próteses fabricadas sejam extremamente realísticas. Para o fabrico da prótese pode-se recorrer a dois métodos distintos: “o método convencional” e o “método digital” (Leal 2011). Para tentar minimizar todos os inconvenientes enumerados anteriormente, o método digital é atualmente o mais indicado e também o mais usado. Neste método são usados meios tecnológicos avançados ligados à engenharia inversa e ao fabrico digital. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 14 Objetivos O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de metodologia digital para projeto e fabrico de próteses extraorais, que permita aumentar o realismo dessas próteses ao mesmo tempo que reduz o tempo de entrega ao paciente, assim como os custos de fabrico. Este trabalho teve também como objetivo melhorar a qualidade de vida de uma paciente com um defeito congénito na sua orelha, através do fabrico de uma prótese. Foi também definido o objetivo de verificar a viabilidade da conceção de uma prótese oculopalpebral para aplicação numa deformidade causada por exenteração ocular. O presente trabalho teve ainda o objetivo de realizar e submeter um artigo científico para a 17ª Convenção Científica de Engenharia e Arquitetura da CUJAE (Ciudad Universitaria Jose Antonio Echeverria). Organização e Temas Abordados no Presente Relatório No capítulo 2, é introduzido o tema das próteses extraorais, num contexto histórico e descreve-se o contexto atual desta área. O capítulo 3 identifica os materiais utilizados neste tipo de próteses, caraterizando os critérios a que estes devem obedecer. O capítulo 4 aborda os diferentes métodos de aquisição dos dados necessários para a produção de uma ptótese comparando os processos mais tradicionais com os processos de aquisição utilizados no método digital. É também referido o processo de segmentação de imagem médica e o processo de biomodelação para projeto das próteses. No capítulo 5 é feita a revisão bibliografica que engloba os processos de fabrico e acabamentos das próteses em silicone. Os casos de estudo são apresentados e descritos em pormenor no capítulo 6, e no capítulo 7 são, finalmente, discutidos os resultados e apresentadas as conclusões finais do trabalho. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 15 2. Próteses Extraorais: Evolução das próteses ao longo do tempo Escavações efetuadas em túmulos do antigo Egito confirmaram a utilização de próteses faciais, pois foram encontrados olhos artificiais, orelhas e narizes nas múmias egípcias. As primeiras próteses para substituir defeitos maxilofaciais remontam ao século XVI, mostrando o uso de diferentes materiais e métodos. Existem vários documentos que reportam o uso de próteses; um deles destaca a reconstrução, em ouro e prata, do nariz do astrónomo dinamarquês Tycho Brahe (1546-1601) por Ambroise Paré (1510-1590). Paré (Figura 1) é considerado o pai das próteses extraorais: a sua obra respeitante à fabricação de próteses (Figura 2) é considerada a pedra fundamental da anaplastologia moderna (Zardawi 2012). Figura 2 - Reconstruções protésicas de Paré (Zardawi 2012) Figura 1 – Ambre Paré, “pai” da anaplastologia (MegaPress.2014. http://www.meggapress.com/2013/03/ambroise-pare.html) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 16 Entre 1800 e 1900, William Morton (1819), Kingsley (1880) e Claude Martin (1889), experimentaram fazer substituições de defeitos orais usando materiais cerâmicos. Em 1913, foram efetuadas experiências para produzir próteses nasais e oculares a partir de elastómero vulcanizado. Foi, inclusive, utilizada glicerina para produzir próteses faciais, mas estas apresentaram uma elevada taxa de degradação e um ciclo de vida curto (Zardawi 2012). Durante a primeira guerra mundial, recorreu-se ao uso de próteses ou “máscaras” metálicas (Figura 3) para devolver aos soldados, afetados por lesões faciais irreparáveis, parte da sua autoconfiança e qualidade de vida social (Caroline 2007). A transição do uso de materiais metálicos para materiais mais suaves e parecidos com a borracha foi um grande avanço que permitiu a criação de próteses mais aproximadas à realidade. Nos anos 30, a borracha vulcanizada foi substituída por resina acrílica na fabricação de próteses maxilofaciais. Também se utilizavam copolímeros de vinil macio na substituição de tecidos moles, bem como corante, pigmento acrílico ou óleo misturado com os monómeros de resina acrílica. Bulbulian, em 1945, descreveu o uso de próteses maxilofaciais suaves e flexíveis, à base de latex. Entre 1960 e 1970 foram introduzidos vários tipos de elastómeros. Barnhart, em 1960, introduziu uma borracha de silicone especial para a construção de próteses faciais, o que representou a grande revolução na história das próteses extraorais. De 1970 até 1990, diferentes autores descreveram vários tipos de elastómeros usados em próteses extraorais. Gonzalez introduziu o poliuretano, enquanto que Lontz relata o uso de elastómeros de polisiloxano modificado. Lewis e Castleberry usaram composto de fenileno (Zardawi 2012). Nos últimos anos, a tendência tem sido desenvolver novos processos de fabrico de próteses. O fabrico aditivo tem sido utilizado para a produção direta de moldes (Yunpen et al. 2013) ou mesmo de próteses extraorais por impressão tridimensional a cores (Zardawi 2012). Tipos de próteses Existem inúmeras variedades de próteses como casos diferentes de pacientes com lesões e defeitos. No entanto, as próteses mais comuns podem ser divididas em 4 grupos: Figura 3 – Conceção de máscaras para soldados gravemente feridos em combate. (Caroline 2007) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 17  Órbitais;  Nasais;  Orelha; e  Dedos. 2.1.1. Prótese orbital Uma prótese orbital é um dispositivo amovível que restaura artificialmente o olho, pálpebras, osso circundante e pele perdida como resultado de um trauma ou cirurgia. Este tipo de prótese oferece uma alternativa para a reabilitação quando a reconstrução cirúrgica de uma órbita não pode ser efetuada. Pode ser fixada ao rosto do paciente através do uso de adesivos ou implantes craniofaciais. No caso da Figura 4, uma paciente que para além do olho necessitava de parte da face. Neste caso, para além de se tratar de uma necessidade estética, também se trata de uma necessidade funcional. A prótese tem a função de facilitar a respiração e também a alimentação (Pekkan, Tuna, e Oghan 2011). 2.1.2. Prótese nasal Uma prótese nasal é um dispositivo removível que restaura artificialmente o nariz, o osso circundante e pele perdida como resultado de cirurgia. Este tipo de prótese oferece uma alternativa para a reabilitação quando a reconstrução cirúrgica do nariz não pode ser efetuada. O método de retenção de uma prótese nasal pode ser efetuado através da utilização de adesivos, implantes craniofaciais e utilização de armações oculares. Uma prótese nasal pode facilitar o processo de respiração. Na Figura 5 é possível observar-se a metodologia seguida no fabrico de uma prótese nasal, a qual compreende seguiu os seguintes passos(Palousek, Rosicky, e Koutny 2013): 1. Aquisição de dados de imagem 3D da face do paciente e seleção de um nariz a partir de uma base de dados; 2. Reconstrução virtual, ajustamento do nariz e posicionamento; 3. Fabrico do protótipo do nariz por fabrico aditivo por impressão tridimensional; 4. Fabrico do molde; 5. Fabrico da prótese de silicone; 6. Teste final de encaixe. Figura 4 - (a) Paciente antes de colocar a prótese (b) Face com implantes ósseo-integrados (c) Paciente com prótese (Pekkan, Tuna, e Oghan 2011) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 18 2.1.3. Prótese da orelha Uma prótese de orelha é um dispositivo removível que restaura artificialmente parte ou toda a orelha natural. Esta oferece uma alternativa para a reabilitação quando a reconstrução cirúrgica de uma orelha não é possível ou se o paciente preferir. O método de retenção de uma orelha artificial pode ser através do uso de adesivos ou implantes craniofaciais. Como foi referido anteriormente, uma prótese auricular pode auxiliar na audição, uma vez que a orelha direciona o som para o ouvido. Na Figura 6 apresenta-se o exemplo de uma paciente sem parte da orelha. Foi fabricada uma prótese através do método digital, que foi aplicado no local com implantes ósseointegrados. Figura 6 - (a) Área de defeito da paciente com implantes ósseo-integrados (b) vista lateral e (c) vista de frente da paciente com a prótese auricular no local (Pekkan, Tuna, e Oghan 2011) Figura 5 – Projeto e metodologia de fabrico de uma prótese nasal. Adaptado de: (Palousek, Rosicky, e Koutny 2013) Ajustamento do nariz Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 19 2.1.4. Prótese dos dedos Uma prótese dos dedos é um dispositivo amovível que restaura artificialmente parte dos dedos dos pés ou das mãos. O processo inicia-se com a digitalização dos dedos da mão simétrica de modo a tratar as imagens da referida digitalização e assim proceder a uma espelhagem para obter uma imagem do volume em falta. Na Figura 7 encontra-se um exemplo da utilização do método digital para fabricar próteses dos dedos. A fixação desta prótese pode ser por encaixe anatómico ou mesmo por implantes osseointegrados. Antropometria da Face A parte da antropologia dedicada ao estudo do corpo humano, no que diz respeito às suas dimensões, é denominada antropometria. Na caracterização da simetria e assimetria da face humana, são utilizados os principais pontos de referência da antropometria da face (Figura 8). Figura 8 - Pontos de referência da face humana (Kleinberg 2008) Figura 7 - (a) Mãos com dedos em falta; (b) mãos com próteses (Medical Art Resources Inc. 2013) a) b) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 20 Estes pontos são denominados de:  Glabella (g): ponto médio mais proeminente entre as sobrancelhas;  Nasion (n): ponto médio entre a raíz nasal e a sutura nasofrontal;  Exocanthion (ex): ponto localizado no canto mais exterior de cada abertura ocular;  Endocanthion (en): ponto localizado no canto mais interior de cada abertura ocular;  Palpebrale superius (ps): ponto mais elevado da borda livre de cada pálpebra superior;  Palpebrale inferius (pi): ponto mais baixo da borda livre de cada pálpebra inferior;  Orbitale (or): ponto mais baixo da margem da órbita, sendo esta a cavidade que contém o olho;  Superaurale (sa): ponto mais elevado da margem livre da orelha;  Subaurale (sba): ponto mais baixo do lóbulo da orelha;  Postaurale (pa): ponto mais posterior da margem livre da orelha;  Otobasion inferius (obi): ponto de ligação mais baixo entre a orelha e a cabeça;  Alare (al): ponto mais lateral do contorno de cada narina;  Subnasale (sn): ponto médio da junção entre a base inferior do nariz, entre os orifícios nasais, e a superfície do lábio superior;  Pronasale (prn): o ponto mais protuberante da ponta do nariz;  Subalare (sbal): ponto na margem inferior da base da ala nasal onde esta desaparece sob a pele do lábio superior;  Stomion (sto): ponto imaginário de interseção entre a linha média facial vertical e a fissura labial horizontal, com os lábios levemente fechados e os dentes juntos numa posição natural;  Crista philtri (cph): ponto mais elevado na margem do philtrum, junto ao lábio superior. O philtrum é o ligeiro sulco localizado entre o nariz e o lábio superior, ao centro da face;  Cheilion (ch): ponto localizado em cada extremidade labial;  Labiale inferius (li): ponto médio da margem inferior do lábio inferior;  Labiale superius (ls): ponto médio da margem superior do lábio superior;  Gonion (go): ponto mais lateral do canto da mandíbula;  Sublabial (sl): ponto central da linha superior do queixo;  Pogonion (pg): ponto médio mais anterior do queixo;  Gnathion (gn): ponto mais baixo da extremidade inferior do queixo. Estes pontos de referência servem para, por um lado, definir o plano de simetria da face e, por outro, caracterizar as suas assimetrias. O plano de simetria pode ser definido de vários modos, sendo que um deles é usando os pontos n, prn e gn. Nos programas utilizados, este plano pode ser utilizado para uma primeira tentativa de espelhar uma parte saudável da face para o lado oposto, com o objetivo de chegar a um resultado que permita criar uma prótese. No entanto, esse é geralmente apenas o primeiro passo de um processo iterativo, pois a face humana é assimétrica e a dificuldade do processo é diretamente proporcional à assimetria da face de cada indivíduo (Kleinberg 2008). Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 27 O outro tipo de reação de cura do PDMS é por reação de adição. Este tipo de reação também ocorre à temperatura ambiente. Podem ser usados como catalisadores a Platina ou o paládio (Figura 12). Um outro método de endurecimento é o método de cura de peróxido, utilizando polímeros de silicone submetidos a uma cura a alta temperatura (HTV). Este método segue um mecanismo de cura que requer uma certa quantidade de calor para se iniciar. Por fim, existe o sistema de cura por radiação, em que a reticulação é induzida por radiação através de raios gama ou um feixe de eletrões de alta energia. O comprimento da cadeia de polímero de silicone determina a viscosidade do material, assim como a adição de agentes de enchimento ou outros compostos. Podem ser adicionados durante o processo outros aditivos aos compostos tais como corantes, antioxidantes e agentes de reticulação, de forma a transformar o material líquido numa borracha. As ligações cruzadas entre as longas cadeias poliméricas tornam-nas mais difíceis de separar, proporcionando uma elevada resistência do silicone à degradação durante a exposição aos raios ultravioletas. O comportamento mecânico do silicone polimérico está relacionado com três factores principais: 1. Distribuição do peso molecular; 2. Incorporação de uma superfície hidrofílica de sílica na base polímerica; 3. Nível de reticulação. Entre os diferentes processos do cura, aqueles que são considerados os maiores grupos de elastómeros de silicone polidimetilsiloxano usados na fabricação de próteses maxilofaciais são obtidos através de: a) Vulcanização a temperatura ambiente de silicones (RTV) Estes são compostos por duas partes: um catalisador (octano estanoso) e um agente de reticulação o orto-alquilo. Este grupo carateriza-se pelos polímeros viscosos serem inertes e por apresentarem estabilidade da coloração. O material é biologicamente inerte e é facilmente processado. Para além disso, tem a capacidade de manter as propriedades mecânicas e físicas a elevadas temperaturas. A principal desvantagem destes silicones é apresentarem uma baixa resistência nos bordos (Zardawi 2012). Figura 12 - Sistema de adição de cura para a borracha de silicone (RTV). (Zardawi 2012) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 28 b) Vulcanização térmica (HTV) Este grupo de silicones é usado quando é necessária uma elevada resistência ao corte. A tensão de corte é determinada pela natureza e pelo tipo de reticulação no catalisador. Caraterizam-se por serem materiais opacos, altamente viscosos e têm como catalisador um sal de platina. De acordo com o grau de dureza, resistência ao corte e à tração necessários, podem ser adicionadas diferentes quantidades de sílica. O presente material possui estabilidade térmica, no entanto, apresenta falta de flexibilidade e restringe o movimento. É considerado relativamente inestético devido à sua opacidade e, por isso, origina uma aparência artificial (Zardawi 2012). 3.1.1.2. Propriedades dos Silicones A durabilidade das próteses extraorais depende das propriedades físicas e mecânicas dos materiais usados para as fabricar. Propriedades Mecânicas A borracha de silicone é o material mais usado nas próteses extrafaciais a nível mundial, devido às suas propriedades mecânicas, facilidade de processamento, biocompatibilidade e inércia química. No entanto, as suas propriedades mecânicas não preenchem os requisitos ideais. As variações das propriedades mecânicas de diferentes elastómeros para prótese maxilofaciais são atribuídas a diferentes formulações de fabrico, incluindo o comprimento da cadeia polimérica, o grau da ligação cruzada, o peso molecular, entre outros. As variações no rácio de ligações cruzadas por elastómero pode afetar significativamente as propriedades mecânicas dos presentes materiais e, por sua vez, pode ter um grande impacto na vida útil da prótese. Clinicamente, isso pode trazer consequências de colonização de micro-organismos. Os materiais para próteses extraorais devem ser testados para diferentes propriedades mecânicas, com o objetivo de se verificar o cumprimento dos critérios de “material ideal” e o requerimento de material mais adequado e duradouro. Os testes mecânicos são (Zardawi 2012): a) Teste de dureza A dureza é definida como a resistência à penetração em condições específicas. A dureza de um elastómero é o resultado de duas propriedades que se relacionam: a dureza inerente e a dureza processada. Esta relação baseia-se na estrutura química do material. Cada elastómero apresenta a sua própria dureza inerente, que pode ser modificada por vulcanização – a dureza do elastómero processado e moldado é determinada pelo grau inerente de reticulação com o material. O teste de dureza mostra o quão suave e flexível o material é. Também pode ser usado para verificar a semelhança e consistência/propriedades com os tecidos moles dos humanos. A dureza ideal é aquela que imita as propriedades do tecido em falta (Zardawi 2012). A escala Shore A é muito comum na medições da dureza de borrachas. Os valores mais comuns vão desde 0 (mais macio) até 100 (mais duro) (Leal 2011). Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 29 b) Extensão máxima A extensão máxima determina o máximo de flexibilidade do material – os valores da extensão são essenciais para avaliar a capacidade do material acolher o movimento do tecido mole adjacente durante a respetiva função. Também determina a resistência do material à rutura (Zardawi 2012). c) Resistência à tração A resistência à tração é uma indicação da resistência global do material. Representa a resistência máxima de um material submetido a uma carga de tração. Assim, esta caraterística contribui para a capacidade das próteses extraorais superarem o uso e o desgaste geral ao longo do tempo (Xiao e Zardawi 2013). d) Resistência ao rasgamento A resistência ao corte é a capacidade de um material para resistir a esforços transversais e está relacionada com a tensão de rotura ao corte e com as forças de corte. Para garantir um resultado harmonioso na união entre a prótese e a pele do paciente, é necessário proceder a adaptações e ajustes nos bordos da prótese. Se a espessura nestes bordos for suficientemente reduzida, a prótese aparenta fazer parte do tecido da pele. No entanto, esta perfeição estética implica bordos frágeis, que podem ceder durante o uso ou extração da prótese. Por isso, uma elevada resistência ao corte é importante para evitar a cedência do material, sendo ainda maior quando o método de retenção é realizado através de adesivos. Propriedades estéticas Os materiais ideais para próteses extraorais devem ser capazes de aceitar e reter tanto coloração intrínseca como extrínseca, sem mudanças na aparência geral das próteses e preservando as propriedades mecânicas iniciais. Existem métodos intrínsecos e extrínsecos de coloração e pigmentação dos materiais para próteses extraorais; no entanto, o método mais utilizado é a combinação dos dois em simultâneo. Sendo efetuada de acordo com as necessidades de cada indivíduo de forma a obter uma correspondência total de cores e, assim, um melhor resultado estético. Para colorir a prótese intrinsecamente, ou seja, no interior do silicone, é necessário uma cor de base precisa. Após a sua produção pode ser adicionada cor externamente para obter uma cor mais real, pronta a ser recebida pelo indivíduo. No processo de coloração são usados vários pigmentos à base de óleo antes de se iniciar a polimerização final (Zardawi 2012). Durabilidade e alterações das propriedades físicas e visuais As maiores queixas dos pacientes relativamente às próteses são a instabilidade da cor e a alteração das propriedades dos materiais. A durabilidade depende das propriedades físicas e mecânicas do material e da sua capacidade de resistir a alterações climatéricas. A deterioração da prótese inicia-se imediatamente após a conclusão da produção da mesma. A degradação do material irá afetar tanto a cor como a integridade global da prótese e conduzirá a uma prótese inaceitável ou que se encaixa de forma inadequada. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 30 Uma outra preocupação proveniente da utilização de uma prótese extraoral diz respeito à deterioração das propriedades mecânicas com o tempo. As próteses perdem elasticidade e vão-se tornando rígidas. As áreas mais propensas as perdas de propriedades são a periferia e consequentemente podem surgir rasgos devido à aplicação diária, à remoção do adesivo médico e à exposição das secreções originadas pela pele do paciente. O contacto entre a pele e as margens rígidas da prótese pode provocar abrasão e úlceras na pele subjacente essas margens e em regiões onde a prótese se move contra uma parte fixa de tecido, ou ainda quando o tecido se move contra uma parte fixa da prótese Este movimento cria, geralmente, uma área de conflito na interface elastómero-tecido que provoca, por sua vez, a irritação da pele ou mucosa oral, que é desconfortável para o paciente. O desvanecimento de pigmentos ou corantes, bem como as modificações nas propriedades mecânicas decorrentes da exposição à luz solar são o resultado de uma reação química que ocorre quando a radiação UV, na presença de oxigénio e humidade, danifica o silicone e os pigmentos da prótese, alterando assim as propriedades refletivas do material e também a sua cor. Este problema é um ponto-chave na deterioração das próteses. O tempo médio de vida útil de uma prótese de elastómero é entre 6 meses e 3 anos, esta limitação resulta da degradação do material e mudanças de cor. Por isso, os pacientes devem ser avisados e instruídos acerca de como evitar exposição prolongada à luz solar. São aconselhados a proteger-se do sol. No caso de possuírem uma prótese nasal e são desaconselhados a fumar, uma vez que causa descoloração da prótese (Zardawi 2012). 3.1.1.3. Estudo de mercado Foi realizado um estudo comparativo de alguns silicones no mercado, em termos de propriedades mecânicas, do rácio silicone/catalizador, das aplicações em próteses e preço. Essa comparação está visível na Tabela 2. Estes dados foram consultados nas páginas de internet dos fabricantes de cada silicone. Tabela 2 – Estudo de mercado dos silicones para aplicação em próteses extraorais Fabricante Modelo Dureza [Shore A] Tensão de Rotura [MPa] Resistência ao rasgamento [N/m] Extensão [%] Rácio de catalizador Aplicação em próteses Preço Factor II A-2186 30 6,2 15750 600 10:1 Faciais e de dedos 154,21 $/kg Factor II A-103 27 4,5 ND 800 10:1 Faciais em geral 246,91 $/kg Factor II VST-50 30 5,2 19600 480 10:1 Faciais e de dedos 94,69 $/kg Wacker Chemie Gmbh Elastosil RTV 625 25 6,5 30000 600 10:1 Faciais, de dedos, entre outras ND Rhodia Silicones Silbione RTV 4408 8 3,0 12000 600 100:50 Faciais ND G. E. Bayer Silopren LSR 2020 TP 3364 22 6,5 2625 1000 1:1 Faciais e de dedos ND Nusil Ltd MED-4940 48 7,2 44100 452 1:1 Dedos ND Technovent Ltd Silskin 25 25 6,5 30000 600 9:1 Faciais ND Nusil Ltd MED-2000 RTV 20 a 40 4,5 (min.) 4900 450 ND Faciais ND Smooth-on Dragon Skin 20 20 3,4 21000 620 1:1 Faciais, entre outras 33,18 $/kg Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 31 3.1.2. Elastómero Poliuretano Os polímeros de poliuretano são formados a partir da combinação de dois grupos funcionais, Isocianato e Polyol (Figura 13). É um polímero macio e possui boas propriedades elásticas. No entanto, possui desvantagens associadas ao isocianato, devido à facilidade para absorver humidade, o que pode levar à formação de bolhas de gás, afetando as caraterísticas do material. Esta propriedade torna-o difícil de trabalhar em ambientes húmidos. Outra desvantagem é a perda relativamente rápida da plasticidade, podendo levar à descoloração e perda da prótese. O material apresenta uma instabilidade na coloração quando sujeito a radiação ultravioleta, bem como uma rápida degradação após limpeza e remoção de adesivo, o que significa que não é o mais adequado para este propósito (Zardawi 2012). 3.1.3. Elastómero de Polietileno de Cloro O Polietileno de Cloro (CPE), desenvolvido a partir do final dos anos 70, apresenta vantagens em relação às borrachas de silicone: pode ser reparado, reajustado ou recondicionado, aumentando assim a duração da prótese. Permite evitar o fabrico de uma prótese completamente nova, pois é possível adaptar rapidamente a prótese a alterações nos tecidos do paciente. Além disso, pode ser usado com qualquer tipo de adesivo, não promove o desenvolvimento de fungos e é muito mais barato do que as borrachas de silicone (Lemon et al. 2005). A sua estrutura química do presente polímero encontra-se representada na Figura 14. As eventuais vantagens deste material ainda carecem de verificação experimental satisfatória (Lemon et al. 2005). Figura 13 - Estrutura química do Poliuretano. (Zardawi 2012) Figura 14 - Estrutura química do Polietileno de Cloro. (Zardawi 2012) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 32 3.1.4. Elastómero de Policloreto de Vinilo O policloreto de vinilo é produzido por polimerização do monómero cloreto de vinil, tal como é demonstrado na Figura 15. Apresenta boas propriedades, especialmente quando usados em combinação com 5-20% de acetato de vinilo, que atua como plastificante. Neste elastómero, o reagente é um grupo hidroxilo e o catalizador é um isocianato. Mais uma vez, pode ser obtida uma grande variedade de propriedades alterando a proporção do reagente e de catalizador. Essas propriedades incluem a flexibilidade e a capacidade de adaptação à coloração. A principal desvantagem deste material é a perda precoce de plastificantes, resultando numa perda de cor, um aumento da permeabilidade, fácil rutura das bordas da prótese e a absorção de secreções do corpo. Estes fatores podem resultar na degradação rápida das propriedades físicas do material (Xiao e Zardawi 2013). 3.1.5. Resina Acrílica rígida O uso de acrílicas rígidas está limitado a defeitos cujos locais sejam numa zona de movimento limitado. Isto deve-se à elevada rigidez e dureza deste material, que pode causar irritação nos tecidos no caso de haver movimentos excessivos na zona da prótese. Este material é utilizado em próteses para uso intraoral e próteses oftalmológicas. Contudo, este tem a vantagem de ser fácil de processar, de produzir margens muito finas e tem a capacidade de atingir facilmente a cor da pele. Apresenta, igualmente, uma boa resistência e uma longa vida útil. As diferentes viscosidades dos monómeros podem ser utilizadas para alterar as caraterísticas finais da prótese (Zardawi 2012). Figura 15 - Policloreto de vinilo (Zardawi 2012) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 33 4. Aquisição de geometria anatómica De forma a fabricar um modelo por fabrico aditivo de uma parte anatómica do corpo humano, esta deve ser capturada em 3 dimensões para permitir o processamento computorizado para edição de ficheiros para fabrico aditivo. Existem diferentes equipamentos de digitalização que podem ser usados, desde os sistemas de radiologia encontrados em hospitais até scanners portáteis que podem ser utilizados em qualquer lugar. Assim, existem essencialmente, duas categorias de sistemas de digitalização: - Técnicas de levantamento de forma de todo o corpo, tanto interno como externo; e - Técnicas de levantamento de forma que apenas capturam dados externos do corpo. Os equipamentos de digitalização existentes em hospitais capturam os dados do corpo humano completo, tanto o interior como exterior. Estes, são normalmente, de grandes dimensões e sofisticados. Como exemplos de equipamentos deste género, estão incluídos a tomografia computarizada (TAC), a Ressonância Magnética e a Tomografia por Emissão de Positrões. Cada um dos métodos utiliza diferentes fenómenos físicos para gerar imagens transversais ao longo do corpo humano. O outro tipo de equipamento de digitalização referido é usado para captar apenas a superfície exterior do corpo humano. Existe uma elevada variedade de tecnologias que podem ser usadas para a digitalização tridimensional, que tem sido usada em engenharia e no design de produtos como um método de obtenção de modelos digitais (CAD 3D) a partir das superfícies de objetos físicos. Este processo é muitas vezes referido por “engenharia inversa”. Existem, assim, diversos tipos de digitalizadores que podem ser agrupados em duas categorias; “de contacto” ou “equipamento de medição de coordenadas” e digitalizadores sem contato. Os equipamentos de medição de coordenadas utilizam um sensor de pressão e um calibrador para mapear a superfície de um objeto ponto a ponto. Dependendo da qualidade de fabrico, estes podem ser extremamente precisos. Contudo, é também um processo bastante dispendioso e penoso, podendo demorar bastantes horas para captar a superfície de um objeto. Este método é ótimo para superfícies de objetos inanimados; no entanto, não é apropriado para capturar a superfície da anatomia humana. Assim, os equipamentos de digitalização sem contato são os mais usados para capturar dados da superfície do corpo humano. Estes utilizam luz e tecnologias de câmaras digitais para capturar muitas centenas/milhares de pontos da superfície de um objeto numa questão de segundos. Apesar da variedade de equipamentos de digitalização existentes no mercado, os princípios gerais de funcionamento são descritos de seguida. Tomografia axial computarizada (TAC ou CT – Computed Tomography) A tomografia computadorizada consiste na focalização de raios-X através de fatias do corpo e da respetiva medição da quantidade da energia de raios-X absorvida. A quantidade de energia absorvida por uma fatia do corpo humano de espessura conhecida é proporcional à densidade do tecido do corpo. Efetuando várias medições a partir de diferentes ângulos, as densidades de tecido podem ser compostas como uma imagem transversal, usando computador. O computador gera uma imagem em tons de cinza, em que a densidade do tecido é diferenciada pelos diferentes tons, que vai desde o preto indicando a densidade do ar até ao branco representando o tecido mais denso. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 34 Como os ossos apresentam uma densidade muito maior do que os tecidos moles adjacentes, surgem bastante claros nas imagens de TAC, tal como se pode verificar Na Figura 16. Este facto, torna a TAC um importante método de levantamento de imagem quando se pretende estudar a anatomia do esqueleto. Da mesma forma, a diferença de densidade entre os tecidos moles e o ar é um excelente indicador que permite perfeitamente distinguir, por exemplo, as vias aéreas. Contudo, as diferentes densidades entre os diferentes tecidos moles não é significativa dificultando a distinção entre diferentes órgãos adjacentes. Podem ser usados agentes artificiais de contraste que absorvem a energia dos raios-X que faz algumas estruturas destacarem-se mais fortemente em imagens de TAC. Como a TAC utiliza radiação ionizada na forma de raios-X, é denominda como técnica não invasiva, mas a exposição deve ser minimizada, particularmente em órgãos sensíveis, tais como os olhos, tiroide e gónadas. Os raios-X são gerados e detetados por uma sonda circular rotacional através do qual uma mesa móvel translada. Tipicamente, o paciente deita-se de costas e é introduzido através da abertura circular no digitalizador. O detetor adquire secções transversais perpendiculares ao eixo mais longo do paciente. As imagens adquiridas são, por isso, denominadas normalmente de imagens axiais ou transversais. O digitalizador descreve, portanto, uma espiral em torno do eixo mais longo do paciente, esta inovação permitiu à digitalização TAC 3D ser realizada muito mais rapidamente e por isso, este método, é frequentemente referido como TAC helicoidal. Para além disso, os digitalizadores dos TAC modernos empregam múltiplos detetores para aumentar a taxa de dados capturados e melhorar a digitalização de volumes tridimensionais. As imagens TAC são geradas como imagens de pixels em tons de cinza, como umas imagem de computador em formato bitmap. Se a distância entre uma série de imagens axiais, denominada espessura de fatia, for conhecida, elas podem ser interpoladas de uma imagem para a outra formando cubóides, conhecidos por voxels. Portanto, uma TAC gera uma representação do corpo humano em voxels. Estes dados podem ser “refatiados” em eixos perpendiculares ao eixo mais longo através de software, permitindo a criação de diferentes imagens transversais a partir dos dados axiais originais. Habitualmente, isto é feito, nos planos sagital e coronal; no entanto, pode ser feito em qualquer plano. As TAC são demoradas, dispendiosas e potencialmente prejudiciais, por isso é necessário assegurar que a digitalização é feita corretamente da primeira e única vez. Figura 16 – Imagem TAC da cabeça. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 35 4.1.1. Efeito de pixel parcial As imagens resultantes da TAC são compostas por um elevado número de pixels, e cada um deles é uma representação da densidade do tecido nesse local. As imagens resultantes são portanto uma aproximação da distribuição de densidade do volume e a qualidade dessa aproximação é uma função do número e tamanho desses pixels, bem como de outros aspetos do digitalizador TAC. A dimensão discreta dos pixels significa que as fronteiras entre diferentes estruturas anatómicas são, de alguma maneira, afetadas por esta qualidade de imagem. É possível contornar este problema recorrendo à desfocagem das bordas (blur the edges). Este processo confere a um pixel localizado na fronteira entre duas densidades diferentes, a cor corresponde à sua densidade intermédia como é visível na Figura 17. 4.1.2. Espessura da fatia É a distância entre as digitalizações axiais realizadas para formar a série tridimensional. De forma a maximizar a aquisição de imagem, esta distância deve ser minimizada. Alguns digitalizadores permitem obter fatias com espessuras até 0,5 mm, o que resulta em excelentes resultados, mas isto implica uma dose de raio-x adicional. Habitualmente, espessuras entre 1 e 1,5 mm produzem resultados aceitáveis, enquanto que espessuras acima de 2 mm fornecem resultados cada vez mais pobres à medida que a espessura sobe. (a) (b) (c) Figura 17 – (a) Forma original do objeto; (b) Efeito do tamanho do pixel; (c) Imagem tomográfica (efeito desfocado). (Bibb 2006) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 36 Ressonância magnética (RM ou MRI – Magnetic Resonance Imaging) A imagem por Ressonância Magnética explora o fenómeno do campo magnético dos átomos ser afetado por ondas de rádio. Os átomos têm um alinhamento natural e a RM utiliza ondas rádio para alterar temporariamente este alinhamento temporariamente, libertando energia que absorveram na forma de ondas de rádio. Para construir uma imagem RM, a intensidade das ondas de rádio emitidas pelos átomos é medida em locais precisos colhendo sinais que criam uma imagem transversal. Tal como numa TAC, o resultado da imagem transversal é em tons de cinza, em que a escala de cinza é proporcional à intensidade do sinal transmitido. Como o corpo humano é constituído maioritariamente por água, o alvo das digitalizações da RM é o núcleo dos átomos de hidrogénio presente nas moléculas de água. Assim, locais que têm elevada concentração de água aparecem na imagem em tons mais claros de cinza e as áreas que contêm pouca ou nenhuma água mostram-se mais escuras. A água contida nos diferentes tecidos difere, como as imagens por RM são uma boa técnica para estudar a anatomia dos tecidos moles, tal se pode visualizar na imagem de uma RM da cabeça na Figura 18. Contudo, ao contrário das imagens TAC, as imagens RM podem ser obtidas em qualquer direção. As imagens de RM também diferem das TAC devido ao facto de poderem ser alterados diferentes parâmetros para melhorar os resultados de visualização em diferentes tecidos. Devido aos elevados campos magnéticos gerados da interferência com o campo magnético uma digitalização RM, a presença de metais, como joias, relógios, podem causar problemas, assim devem ser removidos. Tal como nas TAC, o movimento conduzirá a imagens distorcidas. Assim, bebés, crianças e pacientes claustrofóbicos devem ser sedados. Embora a RM não utilize radiação ionizante, pode apresentar um risco para alguns pacientes. Estes exames são demorados e caros, por isso devem ser tomados todos os cuidados para garantir que ele é realizado corretamente a primeira vez. Também é importante considerar antes de realizar exames de RM quaisquer os perigos que qualquer implante de metal magnético pode ter. Figura 18 – Imagem RM da cabeça. (Siemens 2014) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 43 A Figura 27 ilustra um exemplo de um sistema de digitalização de corpo inteiro através de luz estruturada, composto por um conjunto de 6 unidades de projeção/captura. Esta solução tem a desvantagem da impossibilidade de estas 6 unidades funcionarem em simultâneo, pois as projeções das diferentes unidades interfeririam entre si e, por isso, têm de ser utilizadas em série, o que implica um aumento do tempo necessário para a digitalização. No que diz respeito ao custo, este método é vantajoso, em comparação com a digitalização laser (D'Apuzzo 2006). Figura 27 - Exemplo de um sistema de digitalização de corpo inteiro, composto por 6 unidades "Capturor" (D'Apuzzo 2006) Figura 26 - Equipamento de digitalização por luz estruturada "Capturor", da inSpeck (Canadá) - projeção do feixe de luz, à esquerda e unidade de projeção/captura, à direita (D'Apuzzo 2006). Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 44 4.3.3. Limitações e dificuldades do processo de digitalização Existem diversos tipos de problemas operacionais relativos à especificação dos dados. Os principais são: calibração, precisão, acessibilidade, oclusão, fixação, vistas múltiplas, ruídos (falhas), distribuição estatística do modelo e superfície de acabamento. Abaixo é feita a descrissão de cada um dos dos problemas. a) Calibração: É a parte indispensável para a configuração e operação de um sistema de digitalização. Podem ocorrer erros sistemáticos dos sensores devido a erros geométricos, distorções nas lentes, desalinhamento eletrónico das câmaras e outras ocorrências similares. Todos os sensores devem ser calibrados para determinados parâmetros de precisão com pontos da câmara e orientações; b) Acessibilidade: Trata-se de uma limitação operacional da digitalização quando determinadas zonas a serem digitalizadas não são facilmente alcançadas devido tanto à configuração quanto à tipologia do modelo. Habitualmente são requeridas diversas vistas, no entanto, podem existir algumas regiões onde é impossível garantir a digitalização em certos métodos. Por exemplo, dentro dos furos é impossível aceder devido à existência de sombras; c) Oclusão: É o bloqueio da digitalização por sombra ou obstrução. No entanto, mecanismos de digitalização múltiplos não costumam apresentar este problema; d) Fixação: A geometria dos dispositivos de fixação também fazem parte do modelo e a eliminação destas áreas é geralmente muito difícil sendo frequentemente necessário realizar digitalizações múltiplas. e) Ruído (falhas): Os ruídos podem surgir devido a diversos motivos, tais como, vibrações e reflexões. É difícil identificar e remover estes ruídos. No entanto, existem diversos tipos de filtros que podem ser usados nestas situações. A questão, muitas vezes, é saber quando eliminar o ruído, se antes, durante ou depois do modelo ser construído. No entanto, existem diversas situações em que o ruído não deve ser eliminado por completo. f) Restaurações: Este problema ocorre quando ocorrem situações de inacessibilidade ou oclusões (omissões) devido às limitações construtivas dos sistemas. Dados próximos de contornos são geralmente regiões em que o sensor apresenta menos densidade de detalhes, ainda existem outras superfícies onde apenas algumas partes da superfície são captadas, existindo assim regiões “perdidas”. Contudo, estas superfícies podem ser necessárias para a reconstrução da superfície global. As estratégias para restaurar os dados perdidos podem ser extensão de superfícies, interseção e preenchimentos de “furos”. g) Distribuição estatística: Qualquer parte digitalizada representa apenas uma amostragem da população. Assim, quando os métodos de engenharia inversa são utilizados para reproduzir uma forma, a tolerância da distribuição da parte digitalizada deve ser considerada. h) Superfície de acabamento: O tipo de superfície do modelo, é também, uma questão importante. A suavidade e algumas pinturas na superfície, podem afetar o processo de captura. Em superfícies grosseiras produzem mais ruídos (falhas) do que em superfícies lisas. A reflexão, pode também, afetar a digitalização. Quando se digitaliza a face humana, são introduzidas falhas de cada vez que a luz reflete nos olhos. O cabelo, é também, um exemplo de superfície grosseira que apresenta dificuldades em ser digitalizado (Koutny et al. 2012). Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 45 Comparação dos diferentes métodos A partir de vários documentos foi elaborada a Tabela 3, comparativa dos diversos métodos de aquisição de dados. É possível comparar diferentes parâmetros tais como: a segurança para o paciente; a resolução espacial; a redundância dos dados após a digitalização; a precisão; o tempo necessário para se obter uma digitalização completa; o custo; o espaço necessário; a flexibilidade de uso e o conforto para o paciente aquando a digitalização. O detalhe percetível de uma imagem depende da resolução espacial do sensor, que representa a caraterística detetável mais pequena possível. Entende-se por redundância de dados a existência de dados desnecessários, por exemplo, os dados da anatomia interna do corpo humano, obtidos através de TAC e de RM, inúteis para a criação de próteses extraorais (Yunpen et al. 2013). Tabela 3 - Comparação entre os vários tipos de digitalizadores (Fontes: (Yunpen et al. 2013), (GOM Optical Mesuring Techniques 2014), (Artec 3D Scanners 2014), (Koutny et al. 2012)) Parâmetro TAC RM Laser Luz estr. Fixa Luz estr. portátil Segurança Exposição a radiações Campos magnéticos Potenciais danos para os olhos Quase inofensivo Quase inofensivo Resolução espacial Baixa Baixa Elevada Elevada Média Redundância dos dados Elevada Elevada Baixa Baixa Baixa Precisão 1 mm < 1 mm 0,06 – 0,5 mm 0,018 mm 0,05 – 0,1 mm Tempo necessário ND ND 0,6 – 15 s 0,8 s 0,0002 s Custo Elevado Elevado Médio Reduzido Muito reduzido Espaço necessário Muito grande Muito grande Reduzido Grande Muito reduzido Flexibilidade Reduzida Reduzida Elevada Elevada Elevada Conforto para o paciente Reduzido Reduzido Elevado Relativamente elevado Elevado Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 46 Software para processamento de imagens médicas A evolução nas técnicas de imagiologia médica como a TAC ou a RM tem permitido os a obtenção de análises detalhadas da estrutura e função anatómica do paciente. Cada uma dessas técnicas usa diferentes princípios físicos de modo a gerar um conjunto de imagens transversais do corpo humano. Com o intuito de padronizar a formatação destas imagens diagnósticas, foi criado o DICOM – Digital Imaging Communications in Medicine. O DICOM é um conjunto de normas para tratamento de imagem, num formato eletrónico, entre equipamentos de marcas diferentes, que podem ou não ser compatíveis, e entre equipamentos de imagem e computadores, estejam estes em hospitais, clínicas ou laboratórios (Materialise 2014b). Existem vários softwares disponíveis que importam imagens DICOM e utilizam a manipulação de pixels para permitir o isolamento de estruturas anatómicas específicas num TAC ou RM e exportado num formato apropriado. Muitos destes softwares têm o mesmo principio de funcionamento (Bibb 2006). Alguns desses softwares são o Mimics da Materialise, o InVesalius da Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer e o ScanIP da Simpleware. O MIMICS - Materialise's Interactive Medical Image Control System é atualmente um dos programas de controlo e transferência de dados médicos mais utilizados e poderosos. É uma ferramenta interativa para visualização e segmentação de imagens obtidas por TAC ou RM e para transformação dessas imagens em ficheiros 3D. Desta forma, este programa pode ser utilizado para diagnóstico, planeamento ou simulação de intervenções cirúrgicas. A Figura 28 mostra um exemplo de imagens obtidas por TAC e a respetiva obtenção 3D de uma mandíbula recorrendo ao software MIMICS (Janssens e Poukens 2007). Figura 28 - Exemplo de utilização de secções transversais 2D (a) no software Mimics para obtenção de ficheiros 3D (b) (a) (b) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 47 Os modelos 3D obtidos através do Mimics podem ser diretamente manipulados no próprio programa ou no 3-matic, bem como efetuar medições em 2D e em 3D; e exportar os modelos 3D para STL para sistemas de fabrico aditivo (Materialise 2014b). Junção e Adaptação dos Volumes em Falta: Processo de Biomodelação Depois de obter as imagens tridimensionais da face do paciente, é necessário elaborar ou adaptar o tecido em falta, quer por adição de imagens tridimensionais obtidas através de bases de dados, quer por espelhagem e adaptação a partir da zona saudável, como é o caso dos olhos e orelha. Assim, o projeto de uma prótese requer a possibilidade do ficheiro ser facilmente manipulado a partir de imagens médicas ou a partir do levantamento de forma. Sendo a anatomia humana extremamente complexa no que diz respeito à sua forma, a modelação 3D em sistemas CAD convencionais torna-se difícil de modelar. Os modelos obtidos a partir do Mimics ou do levantamento de forma apresentam a sua superfície constituída por pequenas faces triangulares, como já foi referido anteriormente, devido ao facto de se tratar de ficheiros transferidos no formato STL. O recurso a softwares CAD convencionais para manipular este tipo de ficheiros obriga a um exaustivo trabalho de conversão do ficheiro em triângulos para um ficheiro em superfícies. Para simplificar o projeto da prótese, pode-se trabalhar diretamente sobre o ficheiro STL recorrendo a softwares de manipulação de ficheiros STL, tal como o software da Materialise: 3-matic. Alguns estudos, demonstram que projetos de próteses realizados a partir de softwares convencionais de CAD 3D podem demorar cerca de 3 vezes mais do que a modelação no 3-matic (Janssens e Poukens 2007). As principais funcionalidades do 3-matic são (Materialise 2014a):  Realizar medições 3D e análises de engenharia;  Projetar implantes à medida do paciente ou guias cirúrgicos;  Preparar dados anatómicos e/ou implantes para simulações de elementos finitos. Na Figura 29 encontra-se um exemplo de modelação em 3-Matic. Verifica-se a criação de um implante à medida, a roxo, de uma cranioplastia sobre um modelo STL de um crânio criado a partir de uma TAC. Figura 29 - Exemplo de criação de prótese por modelação em 3-matic (Sirinterlikci 2012) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 48 5. Processos de Fabrico Processos de Fabrico Aditivo O fabrico aditivo consiste num conjunto de processos tecnológicos que permitem fabricar modelos físicos tridimensionais diretamente a partir de um desenho CAD 3D. Os modelos são construídos progressivamente por camadas recorrendo à adição de material (Benz et al. 2014). Este processo é um instrumento muito importante no desenvolvimento de novos produtos. Permite uma grande redução do tempo de projeto, bem como a verificação da funcionalidade de componentes em montagens, verificação do atravancamento das peças, avaliação da forma e função, avaliação dos processos de manufatura e permite o fabrico de pré- -séries (Leal 2011). Sendo esta uma tecnologia através da qual o modelo é obtido a partir da adição de material, camada a camada, é habitual que as peças apresentem irregularidades superficiais, correspondentes à espessura de cada camada. Este fenómeno é designado por “efeito de escada” obrigando a posterior acabamento superficial (Sirinterlikci 2012). Esta tecnologia é usada em várias aplicações médicas, por exemplo (Giannatsis e Dedoussis 2007):  Biomodelação, o que envolve o fabrico de modelos físicos de partes do corpo humano e estruturas biológicas em geral para planeamento ou testes de cirurgias;  Conceção e fabrico de implantes para operações protésicas, reabilitação e cirurgia plástica;  Fabrico de implantes porosos em engenharia de tecidos;  Fabrico de ferramentas cirúrgicas específicas; e  Dispositivos médicos de libertação de fármacos. Os processos de fabrico aditivo podem ser classificados em processos diretos e indiretos. Nos métodos diretos, o equipamento de fabrico aditivo produz diretamente o modelo, enquanto as técnicas indiretas usam modelos de fabrico aditivo para produzir o modelo para fabricar os moldes. As técnicas diretas de fabrico aditivo utilizam equipamento de elevado custo e são de utilzação limitada. No entanto, diversos processos indiretos têm sido desenvolvidos para a produção de ferramentas baseadas em modelos de fabrico aditivo (Vasconcelos, Lino, e Neto 2001). Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 49 5.1.1. Estereolitografia (SL) Este processo consiste no varrimento da área do objeto com recurso a um feixe laser de raios ultravioleta que fotopolimeriza uma resina epoxídica. A reacção fotoquímica depende da potência do laser, do seu diâmetro e da velocidade de varrimento. O seu sistema elevatório é extremamente preciso e permite que o modelo vá sendo construído com o laser a fazer o varrimento correspondente à secção do modelo a uma determinada cota.Após este processo, é necessário efetuar-se a cura completa do modelo numa câmara de luz ultravioleta. Na Figura 30 encontra-se um esquema de funcionamento de uma máquina de SL. Existe uma variante do processo de estereolitografia, chamada quickcast, em que os modelos são baseados numa estrutura tridimensional oca em forma de ninho de abelha. Com esta estrutura consegue-se reduzir a densidade relativa dos modelos em cerca de 70 a 80%, tornando assim este processo económico e mais rápido de fabricar (Lino et al. 2001). 5.1.2. Sinterização Seletiva por laser (SLS) Este processo utiliza pós de baixa granulometria de diversos materiais, nomeadamente, plásticos, compósitos de matriz polimérica, metais ou cerâmicos revestidos a termoplástico ou ligas metálicas que são ligados através do varrimento de um laser de elevada potência. É distribuída através de um rolo uma camada de pó correspondente à espessura de cada camada de construção. O feixe laser incide depois sobre as partículas, provocando a fusão parcial das interfaces dos pós, de forma a obter um sólido (Lino et al. 2001). O princípio de funcionamento está esquematizado na Figura 31. Figura 30 - Esquema do princípio de funcionamento de um equipamento de SL. Figura 31 - Esquema do princípio de funcionamento de um equipamento de SLS. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 50 5.1.3. Impressão Tridimensional - 3D Printing Este processo consiste na distribuição de uma camada uniforme de pó sobre a superfície de trabalho, sendo posteriormente depositado um ligante sobre essa camada na zona correspondente ao local da peça. Este processo repete-se até o modelo ficar completamente construído. Após a sua finalização é necessário submeter o protótipo a uma impregnação de modo a aumentar a sua resistência (Lino et al. 2001). Na Figura 32 encontra-se representado a esquematização do princípio de funcionamento de uma máquina de impressão tridimensional. Usando este tipo de equipamentos, desenvolveu-se um processo de impressão 3D de próteses extraorais a cores. No entanto, estas (Figura 33) apresentam caraterísticas funcionais irrelevantes (Xiao e Zardawi 2013). Figura 32 - Esquema do princípio de funcionamento de um equipamento de TDP Figura 33 - Próteses fabricadas por impressão 3D a cores (Flaherty 2013) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 51 5.1.4. Modelação por extrusão de plástico (FDM) Processo que envolve o uso de materiais termoplásticos, nomeadamente ABS, extrudidos numa plataforma através de bicos de extrusão que traçam a secção transversal de cada camada e o material termoplástico endurece antes da aplicação da camada seguinte. O processo repete-se até que o modelo esteja completo. Pode ser necessária a extrusão de um material especial, para servir de suporte a certas geometrias, e que, depois da finalização do modelo, é retirado (Additive Manufacturing 2014). A Figura 34 apresenta um esquema de uma máquina FDM. Figura 34 - Esquema do princípio de funcionamento de um equipamento de FDM. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 52 5.1.5. Comparação dos processos de fabrico aditivo no fabrico de próteses Na Tabela 4, encontra-se um quadro resumo com as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos de descritos nas secções. Tabela 4 - comparação dos diferentes métodos de fabrico aditivo (Lino e Neto 2013) Vantagens Desvantagens Estereolitografia (SL) Excelente precisão dimensional e de acabamento superficial; Permite obter formas complexas com excelente detalhe; Pouco desperdício de material; Possibilidade de usar materiais para aplicações médicas; Diversidade de materiais (Resistentes a altas temperaturas, transparentes, etc.). Elevado custo do equipamento e dos materiais; Elevados custos de manutenção; Tempo de fabrico relativamente elevado; Necessidade de suportes; Necessidade de pós-cura; Problema dos volumes fechados. Sinterização seletiva por Laser (SLS) Um dos melhores processos de obtenção de protótipos funcionais em material termoplástico; Elevada resistência mecânica e térmica; Rapidez de execução das peças; Não necessita de suportes; Não necessita de pós-cura no caso de materiais termoplásticos. Rugosidade superficial; Porosidade; Baixa precisão dimensional; Elevado custo de matéria-prima. Impressão tridimensional (TDP) Não necessita de suportes físicos para construir o modelo; Permite obter qualquer tipo de geometria; Possibilidade de obter diferentes cores num modelo; Elevada velocidade; Versatilidade. Elevada granulometria (mau acabamento superficial); Peças frágeis em verde; Formas intrincadas dificultam a remoção do pó. Baixa precisão. Modelação por extrusão de plástico (FDM) Excelentes propriedades dos protótipos em termoplástico; Permite usar modelos em cera para processo de fundição de precisão; Boa precisão dimensional nos 3 eixos; Permite o uso simultâneo de dois materiais desde que estes sejam compatíveis entre si. Processo lento; Elevado custo dos modelos; Elevado custo do equipamento. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 59 rasgo, apresentam boa estabilidade dimensional e permitem realizar impressões extremamente detalhadas, a partir das quais podem ser produzidos vários modelos. É possível reforçar o Epiform Flex com outro material, como polisiloxanos ou mesmo gesso. Os silicones são a escolha mais indicada para a obtenção de impressões de membros e defeitos associados. Estes silicones usam um catalisador de estanho que assegura uma contração mínima. Um silicone muito útil para a gravação de defeitos de membros é o Silcoset 105 (Ambersil Ltd, Somerset, Reino Unido). Este é um silicone de baixa viscosidade, que pode ser aumentada através da adição de sílica coloidal (fumed silica), como por exemplo, Aerosil 200 (Degussa, Alemanha) para criar um silicone pastoso que é facilmente aplicado e controlado no membro em questão. Tem uma elevada dureza e é bastante estável. No entanto, esta dureza elevada torna-o impróprio para usar em áreas com entalhes. Como este silicone é bastante rígido é fácil de cortar e seccionar. O material é fornecido com um catalisador normal, que promove um longo tempo de cura e é, por isso, impróprio para técnicas de impressão. Para isso, é necessário usar o agente de cura rápida de referência 80102111. Este agente é usado num rácio máximo de 1% e facilita o processo de cura, acelerando-o para cerca de 2 minutos. Para impressões de membros que necessitem de detalhes bastante pronunciados, como por exemplo, mãos ou braços, o silicone é a escolha óbvia, pois permite a obtenção de múltiplos modelos a partir de uma só impressão. É necessário, para isso, um silicone de viscosidade reduzida, como por exemplo, o Dow Corning Silastic 3483 (Replication Technologies, Waltham Abbey, Inglaterra). Apesar do silicone ser um material relativamente caro, permite reproduções muito detalhadas e também facilita múltiplos vazamentos com o mesmo molde. Por último, a impressão pode ser armazenada para uso indeterminado (Thomas 2006). 5.3.2. Método digital O método convencional de impressão – com alginato ou silicone – apresenta bastantes pontos fracos, podendo danificar o tecido mole devido à pressão provocada, bem como causar desconforto no paciente. As técnicas de escultura para produzir modelos das partes em falta são demasiado complexas e muito dispendiosas a nível de tempo, além de necessitarem de uma capacidade artística excecional (Leal 2011). Tendo em conta os pontos fracos referidos, e com o desenvolvimento da imagem de tomografia computorizada, de ressonância magnética e de engenharia inversa com representação tridimensional da anatomia humana, foi possível eliminar as desvantagens do método convencional enumeradas anteriormente. No entanto, este novo método apresenta a desvantagem do paciente ser exposto a radiações e a algum stress. O método digital também apresenta a grande vantagem da não necessidade de recorrer ao trabalho de escultores. O processo de desenvolvimento da prótese extraoral, desde o início até à conceção do molde e vazamento da prótese, deve ser digital. Assim, este método tem como principal objetivo a utilização de ferramentas de fabrico aditivo a partir de um levantamento da forma em CAD 3D, permitindo maior rapidez, menor margem de erro e menor stress para o paciente. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 60 Recentemente, foram desenvolvidos métodos para desenhar e produzir diretamente por CAD/AM (Desenho Assistido por Computador/Fabrico Aditivo) moldes do negativo para fabricar próteses nasais e auriculares. Contudo, relativamente a métodos de produção de moldes negativos para um defeito orbital não tem sido desenvolvida pesquisa relevante. Para este tipo de próteses é necessário determinar a posição ótima da íris e, com precisão, transformar a posição simulada no computador na posição real na prótese definitiva (Yunpen et al. 2013). Os sistemas CAD/AM caraterizam-se por desenvolver um modelo sólido e transferido eletronicamente desde a base de dados de um CAD (desenho assistido por computador) para uma máquina de fabrico aditivo, ou diretamente desde um sistema de fabrico assistido por computador (CAM) como a maquinagem CNC (Leal 2011). Os principais passos e sequência a seguir para a concretização de uma prótese pelo método digital, de acordo com a pesquisa efetuada, seguem o fluxograma representada na Figura 39. Não Aquisição de dados Projeto da prótese Fabrico do molde Fabrico da Prótese Verificação de ajuste da prótese em silicone no modelo SL da parte desfigurada e/ou malformada Modelos corretos? Coloração extrínseca e acabamentos finais Sim Figura 39 – Fluxograma da conceção de uma prótese pelo método digital Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 61 Acabamentos Para tornar a prótese mais próxima da imagem da pessoa, é necessário que se verifique a compatibilidade de cores da prótese relativamente ao tecido natural, sendo este um dos aspetos mais importantes para conseguir uma prótese bem-sucedida. Assim sendo, para além de se obter uma prótese pigmentada com a cor base, é necessário caraterizar a prótese, isto é, colorir extrinsecamente como já foi referido na secção “Coloração extrínseca”. Por vezes é necessário a aplicação de pelos. Estes são colados numa fina camada de silicone adesivo que posteriormente são colados ao silicone da prótese. Na Figura 40 encontrase exemplos de sobrancelhas postiças. Todo o tipo de pelos faciais postiços são produtos bastante comuns em lojas de cosméticos. Figura 40 - Diferentes sobrancelhas postiças (Global Sources 2014) O trabalho pormenorizado executado nestas áreas permite que a prótese tenha uma aparência mais próxima do natural. Para completar uma prótese da zona orbital, é necessário recorrer habitualmente a próteses oculares definitivas, uma vez que estas são realistas. A maioria das próteses encontram-se disponíveis em stock ou são feitas por encomenda. As próteses em stock são uma vantagem quando o tempo de conceção é restrito, no entanto, estão limitadas a alguns tamanhos e algumas cores da íris. Existem em vidro e em PMMA, sendo o PMMA mais durável do que o vidro. Na Figura 41 encontra-se o processo de coloração de uma prótese ocular em PMMA. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 62 Sistemas de Retenção As próteses extraorais apresentam um problema básico de retenção e estabilidade. Podem ser aplicado vários métodos de retenção das próteses faciais de acordo com o tamanho e morfologia do defeito. O método de retenção definitivo deve ser decidido antes do início do projeto da prótese, pois tem influência na escolha das técnicas de construção. O método de retenção deve ser estudado tendo em vista a aptidão física do paciente, que terá que colocar e retirar a prótese todos os dias. Os métodos de retenção ao dispor dos anaplastologistas são numerosos, variados e engenhosos. No entanto, se o paciente em questão tiver uma idade avançada e problemas evidentes de mobilidade ou aptidão física, uma prótese cujo método de retenção seja a adesão direta pode ter resultados negativos. O paciente pode acabar por ficar frustrado com a sua própria incapacidade para dominar a técnica, o que por sua vez resulta na deterioração precoce da prótese, retenção defeituosa ou mesmo ambos os problemas. Assim, corre-se o risco de o paciente se sentir desiludido com a prótese num curto espaço de tempo. É muito mais proveitoso para o paciente, a utilização de um método de retenção que possa ser manipulado com facilidade – por exemplo, retenção por óculos. Apesar de não ser um método perfeito e ter desvantagens inerentes relacionados com movimentos indesejados dos óculos, que provocam o desalinhamento entre as margens da prótese e o local onde esta deveria estar localizada. Mesmo assim, este é muitas vezes o único sistema de retenção com o qual um paciente consegue lidar, diariamente (Thomas 2006). Assim, os sistemas de retenção deverão promover a retenção adequada da prótese, acompanhar o movimento dos tecidos adjacentes sem que ocorra o desalinhamento da prótese, devem ser o mais confortáveis possíveis e permitir a remoção da prótese de forma a possibilitar Figura 41 - Prótese ocular em PMMA: (a) Pintura à mão da íris para se parecer com o olho saudável (b); (c) aparência frontal; (d) superfície convexa posterior (Baino et al. 2014) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 63 a higiene do local ou trocar a prótese caso haja necessidade. Os métodos de retenção mais comuns são:  Fixação direta com adesivos;  Fixação direta com adesivos combinados com magnetos;  Implantes ósseo-integrados;  Fixação com óculos; e  Fixação por encaixe anatómico. 5.5.1. Armações de óculos A utilização de armação de óculos como sistema de retenção para suportar próteses nasais (Figura 42) e orbitais (Figura 43) é considerado um método convencional. Este método, proporciona muitas vezes o posicionamento incorreto das próteses faciais, gerando desconforto e insegurança ao paciente. Figura 42 - Utilização de armação de óculos como sistema de retenção de prótese nasal Figura 43 - Utilização de armação de óculos em prótese orbital (Yunpen et al. 2013) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 64 A utilização das armações de óculos é indicado para pacientes que se encontrem em tratamentos de radioterapia, tratamento este que impossibilita o uso de dispositivos metálicos. Outra vantagem deste método é a de não ser invasivo como são os implantes ósseo-integrados (Graphica Medica Prosthetics 2014) (Seignemartin 2007). 5.5.2. Adesivos Os produtos médicos que envolvem a adesão à pele ou colas que se ligam à pele são conhecidos como adesivos sensíveis à pressão (PSA). São definidos como materiais viscoelásticos, que no seu estado “seco” a temperatura ambiente adere fortemente a uma ampla variedade de substratos por aplicação de uma ligeira pressão por um curto período de tempo, sem ativação pela água, calor ou solvente. Na Figura 44 é possível observar a aplicação de um adesivo numa prótese auricular (Sánchez-García et al. 2010). Os PSA para aplicações de contacto com a pele são, nos dias de hoje, essencialmente constituídos por polímeros acrílicos, tal como o polidimetilsiloxano, são os menos irritantes para a pele (Sánchez-García et al. 2010). A grande vantagem deste método é a forte adesão à pele e, tal como o método anterior, dispensa intervenção cirúrgica. As desvantagens deste método relacionam-se com a utilização quando há índices elevados de humidade atmosférica, quando o paciente possui pele oleosa ou produz bastante suor. Estes inconvenientes podem causar a queda da prótese. Adotando este método de retenção é necessário remover a prótese todas as noites para efetuar a limpeza dos locais de aplicação do adesivo. Outra desvantagem, são as irritações causadas ao longo do tempo devido ao contacto do adesivo com a pele e devido às sucessivas colagens e descolagens (Sunnybrook Health Sciences Centre 2014; Elachhab 2014). 5.5.3. Implantes ósseo-integrados Uma outra alternativa de retenção é o uso de implantes ósseo-integrados (Figura 45). É considerada a melhor opção, pois proporciona um correto posicionamento da prótese, retenção segura, eliminação de problemas associados ao uso de adesivos e garante uma maior durabilidade da prótese quando comparada com outros métodos. Figura 44 - Aplicação de um adesivo numa prótese auricular (Medical Art Resources Inc. 2014) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 65 O grande inconveniente deste processo é a necessidade de realização de uma pequena cirurgia para implantação de pequenos implantes de titânio no osso, e requer pelo menos três meses para que este se volte a desenvolver ao redor dos implantes, para mantê-los firmes no local. Com esta forma de retenção, a prótese também necessita de ser removida durante a noite e limpa diariamente, juntamente com a pele subjacente. Nem todos os indivíduos que necessitam de próteses extraorais são candidatos para a ósseo-integração e, portanto, outras opções de tratamento devem ser discutidas. O facto de alguns pacientes não serem candidatos ao processo de ósseo-integração tem a ver com certas limitações tais como a espessura dos tecidos que vão receber o implante, mobilidade da pele ou falta de aderência da pele ao biomaterial conector (Seignemartin 2007) (Sunnybrook Health Sciences 2014). Uma vez colocados os implantes é feita uma impressão direta, ou uma digitalização 3D para definir a sua posição em CAD e assim dimensionar o suporte de acordo com a posição dos implantes. O suporte utilizado é habitualmente um magneto que se liga ao implante. Na Figura 46 encontra-se um exemplo de um magneto que possui um design split-pole (encaixe rápido) com vedação hermética resistente à corrosão (Factor II Inc. 2014). Figura 46 – Magneto (Factor II Inc. 2014) Figura 45 – Implante ósseo-integrado para prótese de orelha (Sunnybrook Health Sciences Centre 2014) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 66 6. Parte Experimental Neste capítulo é abordado, de forma detelhada, o trabalho realizado nos dois casos de estudo. Para além disso, é também abordado um ensaio pré-clínico do fabrico de próteses em silicone e foi relatado um caso de estudo, realizado no âmbito de um outro trabalho no INEGI. Finalmente, foram estimados os custos e tempos de entrega para a metodologia proposta. Ensaio Pré-clinico do fabrico de próteses em silicone de tecidos moles Na sequência de um caso de estudo real existente no INEGI, foi acompanhado o fabrico de uma prótese em silicone, com o intuito de adquirir experiência e entender as variáveis ligadas ao processo de fabrico de uma prótese em silicone. Nos próximos sub-capítulos será apresentado o caso de estudo que surgiu para ensaio pré-clínico e serão mostradas as etapas seguidas no fabrico de uma prótese dos tecidos moles. No final, serão discutidas as várias dificuladades que surgiram ao longo do processo e apresentar-se-ão sugestões para contorná-las. 6.1.1. Descrição do caso de estudo O caso de estudo referente ao ensaio pré-clínico de próteses em silicone, diz respeito a uma paciente adulta que apresenta um defeito no pé devido à remoção do primeiro pododáctilo (Figura 47). Este defeito teve como consequências a falta de autoestima da paciente e a ocorrência de um certo desiquilíbrio na sua marcha. A reconstrução cirúrgica é algo que não se encontra no horizonte da medicina, atualmente; uma prótese do dedo do pé em silicone foi, por isso, a solução ideal. Foi efetuado o levantamento de forma dos pés da paciente, através da impressão dos pés e posterior criação de modelos em gesso. Foi efetuada uma digitalização 3D dos modelos dos dois pés e, a partir dos ficheiros STL resultantes do levantamento de forma, fez-se a biomodelação em 3-matic para criação de uma prótese e do macho. Fabricou-se a prótese e o macho em SL. Apesar da prótese ter sido entregue à paciente, um pequeno acidente doméstico provocou um rasgão e foi necessário recorrer-se aos moldes criados anteriormente no INEGI para se fazer uma prótese nova. Figura 47 – Pés da paciente Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 67 6.1.2. Metodologia Utilizou-se o macho e o molde realizados anteriormente no INEGI (Figura 48). Foram experimentadas algumas durezas diferentes (10 Shore A, 20 Shore A e 30 Shore A), por apalpação, e concluiu-se que o silicone que mais se assemelhava ao tecido mole em questão é o Dragon Skin 30 (30 Shore A). As caraterísticas dos silicones utilizados encontramse no ANEXO A: Ficha técnica dos silicones Dragon Skin® da Smooth-On. Pesou-se a quantidade adequada de silicone Dragon Skin® da Smooth-on e misturouse a mesma quantidade de catalisador correspondente à dureza Shore A 30. Por fim pigmentouse para obter a coloração certa (Figura 49). Depois de misturar os materiais, estes são colocados dentro de uma câmara de vácuo (Figura 50) para que se eliminem todas as bolhas que, mais tarde, resultariam em defeitos na prótese. Figura 48 – Macho colocado no interior do molde para criação da prótese do dedo do pé Figura 49 – Adição de pigmentos Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 68 O material é então vazado para o interior da cavidade, como se pode observar pela Figura 51, com o intuito de se preencher a zona do dedo. O procedimento foi repetido, usando desta vez uma dureza de 20 Shore A – a mais adequada para esta zona, para completar a zona da meia. Efetuado o vazamento do material, colocou-se o macho no interior da cavidade. Este processo foi efetuado lentamente, para dar tempo para o ar sair e não se formarem bolhas. Após esta etapa, é necessário deixar o silicone curar ao ar, durante é o indicado pelo fornecedor para o tipo de silicone em questão; neste caso, foram necessárias 4 horas. Na Figura 52 é possível observar uma prótese completa. Esta versão tem diferentes cores, que correspondem aos diferentes silicones vazados. Foram usados diferentes silicones, uma vez que os modelos vazados apenas com Shore A 20 revelaram-se bastante rígidos para se moldarem ao formato do pé. Assim, adicionando silicone de dureza Shore A 10 para formar a zona que abraça o pé (meia), garante-se uma maior elasticidade e suavidade na meia, ao mesmo tempo que se consegue uma elevada rigidez no dedo. Desta forma, garante-se um maior conforto e maior adaptação. Fizeram-se vários vazamentos, uma vez que os modelos iniciais apresentaram falhas de enchimento na zona da planta do pé (meia) (Figura 53), o que se deveu à falta de guiamento e à falta de centragem do molde. Esse problema foi corrigido com a lixagem do macho, de modo a criar espessura que garanta o enchimento completo. Figura 50 – Colocação da mistura na câmara de vácuo Figura 51 – Vazamento do silicone para o interior da cavidade Figura 52 – Prótese de silicone final Figura 53 – Prótese com falha de enchimento na zona da planta do pé Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 75 É possível verificar, nas imagens da Figura 61, a falta de qualidade dos dados adquiridos através desta digitalização. Isto justifica-se pela elevada distância entre fatias que eram de 3 mm. Para além da fraca qualidade dos dados, verifica-se na Figura 62 que os limites da digitalização impediram que a orelha sã fosse captada completamente. Os problemas supracitados levaram à decisão de realizar outro tipo de aquisição de dados. Figura 61 - (a) Imagem 3D obtida através dos ficheiros DICOM, lado direito ; (b) Zoom da orelha com deformidade Figura 62 - (a) Imagem 3D obtida através dos ficheiros DICOM, lado esquerdo; (b) Zoom da orelha com deformidade Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 76 6.2.3.2. Através de luz estruturada Numa primeira fase, foi efetuada uma digitalização 3D da orelha diretamente da face de um voluntário com um sistema de luz estruturada (ATOS III Triple Scan, GOM mbH, Braunschweig). No entanto, verificou-se que, devido à complexidade da forma da orelha, os resultados não foram satisfatórios. Para os conseguir melhorar, seria necessário despender uma grande quantidade de tempo, em sucessivas digitalizações (shots) dos mais diversos ângulos. Isto seria exaustivo para o paciente e, para contornar esse problema, recorreu-se a um processo alternativo. Foi, assim, tomada a decisão de digitalizar as orelhas da paciente indiretamente: seria realizado o levantamento de forma através de impressão direta, para se obter o modelo das orelhas em resina e, finalmente esse modelo seria digitalizado utilizando o equipamento disponível. 6.2.4. Impressão das orelhas A impressão das orelhas foi realizada com alginato da KROMOPAN® (LASCOD, Itália), pois sendo este um hidrocolóide irreversível apresenta um tempo de endurecimento bastante curto, o que o torna mais cómodo para o paciente; para além disso, é relativamente barato e fácil de utilizar. Este alginato tem a vantagem de incluir indicação cromática para controlar as diferentes fases de trabalho. Quando se mistura a água no pó de alginato, a mistura apresenta cor lilás; assim que adquire tons cor-de-rosa, é altura de vazar a mistura para a zona a imprimir. A cor branca, por sua vez, indica que o alginato iniciou o período de cura. a) Preparação da paciente Preparou-se a paciente para o processo de lifecasting, colocando-lhe uma touca de natação para proteger o cabelo do contacto com o alginato. Foi também colocado um tampão no Meato Auditivo Externo, para que o alginato não preenchesse essa cavidade. Colocou-se um recipiente aberto nas duas extremidades, uma vez que o alginato é bastante fluido; deste modo, garante-se que a orelha é completamente coberta pela mistura fluida. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 77 b) Preparação e vazamento do alginato Apesar das indicações do fabricante recomendarem uma mistura de 9 g de pó para 20 ml de água, aumentaram-se a proporção de água para prolongar o tempo de trabalho. Assim, misturou-se 90 g do pó de alginato com 400 ml de água de forma bastante enérgica, para que não se formasse granulação. Quando a cor rosa surgiu na mistura, verteu-se para o interior de um recipiente, que se encontrava a contornar a orelha, garantindo que a mistura se concentraria na zona pretendida (Figura 63). c) Cura do alginato Assim que surgiu a cor branca na mistura, iniciou-se a contagem de tempo de cura de 3 minutos (Figura 64), período que corresponde ao tempo de cura do alginato utilizado. Figura 64 – Lifecasting: cura do alginato Figura 63 - Vazamento do alginato Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 78 d) Extração do alginato curado Após o tempo de cura terminar, retirou-se o recipiente com o alginato já solidificado. A extração foi efetuada com bastante cuidado para que o alginato não se deformasse ou partisse (Figura 65). Verificou-se que este processo é um pouco incómodo para a paciente, pois a remoção mostrou-se difícil e, apesar do cuidado, alguns cabelos ficaram entre o alginato solidificado. Para tentar evitar este problema no lifecasting à orelha boa, aproximou-se mais a touca da orelha e colocou-se ainda celofane. e) Obtenção dos modelos das orelhas em resina A partir das impressões efetuadas através da impressão em alginato foi feito o vazamento de resina pigmentada para obtenção dos modelos físicos das orelhas. Foi usada uma resina de poliuretano de vazamento rápido da HB Química com a designação “R 19”. A resina é compostas por dois reagentes (parte A: Polyol e parte B: Isocianato). Cada uma das partes encontrava-se à temperatura ambiente. As princípais caraterísticas da resina utilizada são:  Baixa contração;  Proporção em peso dos reagentes (1:1);  Pot life a 25º: 6 – 7 min;  Cor: bege; Figura 65 – Molde resultante da impressão em alginato Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 79 Pesou-se, num recipiente de plástico, 23 g da parte A e, num outro recipiente, 23 g da parte B. De seguida, adicionou-se aproximadamente 10g de pó de óxido de titânio à parte A (Figura 66), o que confere ao modelo a sua opacidade necessária às digitalizações a efetuar. Realizou-se, então, a mistura das duas partes (A e B). Finalmente, realizou-se o vazamento da resina para as duas cavidades correspondentes a cada uma das orelhas. Um desses vazamentos está ilustrado na Figura 67. A resina repousou, então, durante duas horas (tempo de cura) à temperatura ambiente. Após este tempo de espera, os modelos foram retirados dos moldes de alginato. Os modelos obtidos após o vazamento, visíveis na Figura 68, reproduziram perfeitamente os pormenores da anatomia auricular. Mesmo assim, apresentaram algumas Figura 66 – Pesagem da resina Figura 66 – Resina com óxido de Titânio Figura 67 – Vazamento da resina para o interior da impressão Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 80 bolhas, originadas aquando do vazamento do alginato sobre as orelhas da paciente. A existência de pequenas bolhas de ar “presas” junto à superfície da pele resultou em moldes de alginato com pequenos orifícios, correspondentes a essas bolhas. Esses orifícios foram preenchidos pela resina, o que resulta nos defeitos mencionados. Estes defeitos podem ser corrigidos, aquando da digitalização, dependendo da experiência do operador do equipamento de aquisição de dados. 6.2.5. Digitalização 3D dos modelos de resina Procedeu-se, então, à digitalização dos modelos das orelhas, recorrendo ao equipamento disponível, a máquina de digitalização por luz estruturada ATOS III Triple Scan (Figura 69). Este é um equipamento com caraterísticas muito interessantes para a digitalização do corpo humano, como foi verificado na secção 4 e cuja ficha técnica se encontra no ANEXO B. Figura 69 - Equipamento de digitalização por luz estruturada: ATOS III Triple Scan Figura 68 – Modelos das orelhas em resina Defeitos correspondentes a bolhas de ar no alginato Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 81 Aplicou-se, então, alguns pontos de referência aos modelos em resina (Figura 70), para possibilitar a manipulação e “montagem” de digitalizações de diferentes pontos e formar o modelo digital a três dimensões, como referido na secção 4.3. Após a realização da digitalização, obteve-se o modelo digital 3D, ilustrado na Figura 71. A operadora do equipamento retificou alguns defeitos do modelo em resina, como as bolhas de ar. No entanto, a eliminação dos autocolantes circulares, utilizados como pontos de referência, implicou a criação de pequenas áreas planas nos locais onde estes tinham sido colocados. A operadora do equipamento efetuou ainda um tratamento aos ficheiros (formato STL), para eliminar alguns problemas como zonas com triângulos sobrepostos e zonas com triângulos em falta. Figura 70 - Pontos de referência nos modelos das orelhas Figura 71 - Modelo digital tridimensional obtido através de digitalização por luz estruturada Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 82 Para efeitos de nomenclatura, na Figura 72 são designadas as diferentes vistas referidas ao longo deste capítulo. 6.2.6. Projeto da prótese auricular – Biomodelação das orelhas A biomodelação começou pela importação dos ficheiros STL tratados, provenientes da digitalização, para o software 3-matic. Neste programa, foi efetuado, em primeiro lugar, o corte da zona (redundante) em torno das orelhas, ilustrado na Figura 73. Para iniciar a biomodelação da orelha com deformidade, é necessário sobrepor as duas orelhas. Para isso, efetuou-se o mirror (espelhagem) da orelha esquerda (sã), cujo resultado está representado na Figura 74. Figura 73 - Zona de dados redundantes, a verde. a b f c d e Figura 72 – Denominação das vistas: a) Vista frontal; b) Vista superior; c) Vista lateral esquerda; d) Vista lateral direita; e) Vista inferior ; f) Vista posterior. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 83 Figura 74 - Orelha esquerda, após o espelhamento (a vermelho). Como os ficheiros STL importados são apenas dados de superfície (Figura 75), é necessário “fechar” as superfícies (de cada orelha) para criar um ficheiro com volume, um corpo sólido. Com esse objetivo, foi criada uma “base”, na direção interior da orelha, com os resultados ilustrados pela Figura 76a (orelha sã) e pela Figura 76b (orelha com deformidade). Figura 75 - Vista de corte do modelo da orelha, ainda como superfície. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 84 Depois de atribuir volume aos modelos, iniciou-se o processo de alinhamento entre a orelha sã e a orelha com deformidade. Este foi um processo consideravelmente demorado, devido às grandes diferenças entre as duas orelhas. Para além da deformidade na parte superior da orelha (hélix), as orelhas apresentam outras diferenças muito relevantes:  A orelha sã tem proporções gerais maiores do que a orelha com deformidade (proporção de 1,1:1);  Definem-se ângulos distintos entre as diferentes orelhas e o crânio. Este ângulo foi comparado usando os lóbulos das orelhas como referência, e chegou-se à conclusão de que existe uma diferença de 35° entre a orientação dos dois lóbulos: 85° na orelha sã e 50° na orelha com deformidade; e  Os lóbulos apresentam larguras distintas: o lóbulo da orelha sã é mais largo (na direção normal ao crânio). Dois fatores tornaram a conceção da prótese ainda mais complexa. A deformidade existente na zona da Antihélix (Figura 9, pág.21) da orelha direita é mais saliente do que a zona correspondente da orelha sã, apesar desta última ter maiores dimensões. Para além disso, a proteção plástica colocada em torno da orelha esquerda tornou-se demasiado saliente, na zona anterior da Hélix, o que levantou alguns obstáculos ao longo do processo. A Figura 77 representa uma comparação direta entre os modelos das duas orelhas. (a) (b) Figura 76 – (a) Orelha sã (com volume); (b) Orelha com deformidade (com volume) Figura 77 - As orelhas (com deformidade e sã), lado a lado Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 91 O conjunto representado na Figura 86 resultou do alinhamento dos modelos. A realização da subtração booleana produziu o modelo visível na Figura 87. Como é fácil de verificar, houve a necessidade de realizar um prolongado processamento até obter o modelo final da prótese. A falha na eliminação de algumas zonas do conjunto teve causas distintas. No caso da “base” da orelha com prótese, esta não foi eliminada por não coincidir exatamente com a base da orelha direita. Por outro lado, o facto de o alinhamento realizado não ter sido absolutamente perfeito resultou na eliminação deficiente na zona da superfície da orelha com deformidade. Esta falha obrigou à eliminação manual de todos os dados em excesso. Na Figura 88 é possível observar o modelo da prótese, já com parte desse processo efetuado. Figura 86 - Sobreposição entre os modelos da orelha com deformidade e da “orelha com prótese” Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 92 Figura 88 - Modelo da prótese, durante a eliminação manual dos elementos em excesso (a) (b) Figura 87 - Modelo resultante da subtração booleana: vista lateral esquerda (a) e vista posterior (b) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 93 É possível observar, na Figura 89, o modelo final da prótese, depois da eliminação manual dos dados em excesso. 6.2.8. Fabrico por Estereolitografia O ficheiro do modelo 3D da prótese, bem como o ficheiro do modelo 3D da orelha com defeito, foram transferidos para o sistema informático da máquina de fabrico aditivo utilizada para este projeto (Viper™ SLA® System, Figura 90), cujas caraterísticas técnicas encontram-se no Anexo C. Foram fabricados ambos os modelos, para testar o encaixe. (a) (b) (c) Figura 89 - Modelo final da prótese: vista frontal (a), vista lateral direita (b) e vista anterior (c) Figura 90 - Máquina SL (INEGI) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 94 O fabrico dos modelos SL demorou aproximadamente 3 horas. Terminada essa etapa, procedeu-se a uma “lavagem”, numa câmara própria (Figura 91). Os modelos passam por esta câmara em 2 partes: duas horas em TPM (tripropileno glicol metil éter) e 5 minutos em álcool. Os modelos passaram, então, por uma câmara UV (Figura 92) para realizar o processo de pós-cura da resina (Accura® ABS White SL7810). Este processo demorou cerca de 4 horas. Figura 91 - Câmara de lavagem das peças produzidas por SL Figura 92 - (a) Câmara UV (INEGI); (b) Peças em SL no processo de pós-cura Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 95 Obteve-se, finalmente, o modelo da prótese (Figura 93), bem como o modelo da orelha com deformidade (Figura 94). Após experimentação do encaixe entre os dois protótipos (visível na Figura 95), verificou-se que o encaixe era perfeito. Figura 94 - Modelo em SL da orelha com deformidade. (a) (b) Figura 93 - Prótotipo da prótese em resina: (a) vista de frontal; (b) vista posterior Figura 95 - Teste de encaixe do protótipo da prótese no modelo em resina da orelha com deformidade Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 96 6.2.9. Fabrico do molde Para fabricar a prótese, o passo seguinte era fabricar o molde onde seria vazado o silicone. Foi escolhido e marcado, previamente, o plano de apartação (Figura 96). A transparência dos moldes (também de silicone) permite ver esta marcação e, assim, guiar o corte. Antes de construir a caixa de moldação, criou-se o canal de vazamento através da colocação de um pequeno suporte cilíndrico de madeira, como representado na Figura 97. Figura 97 – Criação de um canal de vazamento e de suporte Figura 96 – Definição de uma linha de apartação. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 97 A caixa de moldação é então construída, como a Figura 98 ilustra. O silicone disponível para esta finalidade (conceção de moldes) é o SLM VTX 950, cujas caraterísticas se encontram na Tabela 7. Existia também, à disposição, o catalizador o VTX 951, na seguinte proporção: 100:10 (450g de silicone para 45g catalizador). Tabela 7 – Principais caraterísticas do Silicone VTX 950/CAT 951 Cor Transparente Viscosidade (mPas) 42 Densidade 1,10 g/cm3 Pot life 80 min Tempo de cura 12 h (25°C) ou 2 h (60°C) Contração (%) 0,1 Dureza 40 Shore A Tensão de rotura 6,7 N/mm2 Extensão 390 % Resistência ao rasgamento 27 N/mm Figura 98 – Construção da caixa de moldação Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 98 Depois do vazamento do silicone, a caixa de moldação passa por uma câmara de vácuo para desgaseificar o silicone extraindo as bolhas de ar do seu interior. O processo de cura do silicone do molde (Figura 99) demorou 4 horas. Terminada a cura do molde, as duas partes são cortadas e separadas, como ilustrado pela Figura 100. Figura 99 – Caixa para criação do molde com o silicone em fase de cura Figura 100 - Processo de separação das duas cavidade do molde Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 99 Obteve-se, assim, o molde final para o vazamento do silicone, como se pode observar na Figura 101. 6.2.10. Fabrico da prótese A prótese foi então fabricada através do vazamento do silicone DragonSkin, da Smooth-on. A dureza selecionada do silicone foi Shore A 20, por ser aquela que mais se assemelha às propriedades do tecido. Foi efetuado o vazamento do silicone para o interior de um pequeno reservatório com um canal de saída inferior, com o diâmetro aproximado do canal de vazamento. Como o diâmetro desse canal era ligeiramente superior ao diâmetro do canal de vazamento, o encaixe não foi perfeito e utilizou-se plasticina para manter o reservatório na posição correta, como é visível na Figura 102. A superfície das cavidades do molde foi pincelada com desmoldante à base de vaselina (HB Química, ref-HB 160/20) e o silicone foi vazado. Figura 101 – Molde para vazamento do silicone Figura 102 – Vazamento e cura do silicone em plano inclinado Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 100 No primeiro vazamento ocorreu a formação de algumas bolhas de ar. Por esse motivo, foi criado um pequeno canal de saída do ar no molde, no local onde esse ar se tinha aglomerado. Finalmente, obteve-se a prótese da orelha, que é possível observar na Figura 103, durante um teste de encaixe. 6.2.11. Pigmentação da prótese Nesta etapa, foi criada uma palete de cores, com o objetivo de aproximar o mais possível a cor do silicone que constitui a prótese à cor da pele da paciente. Para o conseguir foram utilizados os pigmentos SIL Tone light skin e medium skin da Smooth-On Foram produzidas 3 próteses (Figura 104) com 3 das cores criadas. As suas caraterísticas estão apresentadas na Tabela 8. Nº Massa [g] Pigmentação 1 17.3 6 gotas “Medium Skin” 2 18.4 3 gotas de “Medium Skin” 3 10.4 1 gota de “Medium Skin” Figura 103 – Teste de encaixe da prótese parcial da orelha. Figura 104 – Criação de uma palete de cores da prótese parcial da orelha Tabela 8 - Características da pigmentação utilizada 1 2 3 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 107 Os principais passos para o projeto da prótese foram os ilustrados na Figura 121. Figura 120 – Face 3D do paciente (a) (b) (c) (d) Figura 121 – Projeto da prótese da zona ocular: (a) Definição da zona a espelhar; (b) Criação do plano de simetria e espelhamento; (c) Criação da prótese; (d) Criação do macho do molde Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 108 Do projeto da prótese resultaram ficheiros STL, que permitiram a criação da prótese em silicone (Figura 122). Outros pormenores, referentes à criação da prótese, são desconhecidos. A prótese resultante do projeto não apresentou as caraterísticas estéticas desejadas, devido à falta de resolução da TAC (fatia de 2 mm de espessura) e devido ao facto do paciente se apresentar de olhos fechados aquando da realização da TAC. Caso de estudo II: Prótese Oculopalpebral total 6.4.1. Descrição do caso de estudo Devido à falta de sucesso do caso de estudo descrito no capítulo anterior e para efeitos de estudo de uma prótese oculopalpebral, foi simulada virtualmente uma exenteração orbital de um homem adulto voluntário com 52 anos de idade. Os pacientes com defeitos orbitais têm de lidar com a perda de visão e a inerente alteração de estilo de vida. Além disso, alguns destes casos têm impacto a nível social e pessoal causado pela aparência estética resultante da deformação facial. Através de procedimentos cirúrgicos, a reconstrução de uma deformação facial é muito complexa, sendo muito difícil de camuflar mesmo através de transplantes de pele. Assim, as próteses faciais são uma solução adequada para estes casos. Figura 122 – Prótese em silicone na face em resina Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 109 6.4.2. Metodologia Tal como no Caso de Estudo I, foi seguida uma metodologia com algumas diferenças em relação àquela que se propõe, pelos mesmos motivos anteriormente referidos. O fluxograma da Figura 123 da ilustra esta metodologia; as tarefas efetuadas não incluídas na metodologia desenvolvida estão assinaladas a cor de tijolo. Figura 123 - Fluxograma representativo da metodologia desenvolvida (tarefas não-planeadas a cor de tijolo) Aquisição de dados •Levantamento de imagem através de imagens TAC •Digitalização da face por Luz Estr. •Digitalização do olho protésico Biomodelação •Processamento dos dados obtidos na digitalização •Projeto da prótese oculopalpebral •Alinhamento do modelo do olho protésico no modelo da prótese oculopalpebral •Criação dos moldes para o fabrico da prótese final Fabrico dos moldes e prótese •Fabrico do modelo da face do voluntário com exenteração virtual (SL), para teste de encaixe •Fabrico do protótipo da prótese (SL) para criação de molde •Fabrico do protótipo da prótese oculopalpebral, por vazamento de silicone •Criação do molde (SL) para fabrico da prótese oculopalpebral com cavidade oral •Fabrico da prótese oculopalpebral final, com cavidade oral •Processamento manual do olho protésico •Encaixe do olho protésico Acabamentos •Coloração extrínseca •Colocação de pelos (sobrancelhas e pestanas) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 110 6.4.3. Aquisição de dados 6.4.3.1. Através de imagens TAC Os dados foram obtidos através de uma TAC, pelo equipamento da Siemens/Sensation Cardiac 64 (Figura 56) foram importados para o Mimics (Materialise NV, Technologielaan 15, 3001 Leuven Bélgica). As informações técnicas da TAC, ou seja, dos ficheiros DICOM importados para o Mimics encontram-se na Tabela 11. Tabela 11 - Informações técnicas sobre as fatias da TAC. Da importação dos ficheiros DICOM e da criação de uma máscara através da aplicação de um threshold adequado para o isolamento da pele, foi obtido o ficheiro STL apresentado na Figura 124. Pela qualidade do ficheiro conclui-se que este não é indicado para o fabrico de próteses, umas vez que não apresenta resolução suficiente impedindo a concepção de uma prótese realista e estéticamente agradável. Descrição Valor Unidade Largura 512 px Altura 512 px Tamanho do pixel 0,308594 mm Número de fatias 50 Espessura da fatia 3,0 mm Distância entre fatias 3,0 mm Figura 124 – Ficheiro 3D da face do voluntário Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 111 6.4.3.2. Através de Luz Estruturada Foi então necessário recorrer ao equipamento de luz estruturada 3D (ATOS III Triple Scan, GOM mbH, Braunschweig) disponível no INEGI para capturar, com elevada resolução, a superfície facial do voluntário. Previamente à digitalização da superfície completa da face, foi necessário proceder à pintura da face com pó branco de maquilhagem para remover eventuais brilhos da face que podem dificultar ou impedir a aquisição de dados (Figura 125 a). O paciente foi colocado com a cabeça numa posição estável e com uma expressão natural (Figura 125 b). O resultado desta aquisição de dados, tal como no caso de estudo I, consistiu numa nuvem de pontos tridimensional da superfície facial. Através destes dados, foi possível gerar um modelo 3D de alta resolução da face do voluntário, que permite a sua exportação em formato .STL (Figura 126). Figura 125 - (a) Pintura da face do voluntário; (b) Digitalização 3D (a) (b) Figura 126 - Modelo 3D da face do voluntário Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 112 6.4.4. Projeto da prótese oculopalpebral Após obtenção do ficheiro .STL da face do voluntário, este foi importado para o software 3-matic® 8.0. Foi inicialmente submetido a um tratamento de imagem, como o recorte da superfície, eliminando zonas da face que não têm interesse para o estudo (Figura 127); e eliminação de elementos triângulares que surgem distorcidos e fora do lugar como resultado da digitalização 3D. Como o método de levantamento de forma não permite a aquisição de dados referentes a pelos, nos locais destes normalmente surgem defeitos. No presente caso, é importante corrigir os defeitos provenientes das pestanas e sobrancelhas (Figura 128). (b) (a) Figura 127 – (a) Recorte da superficie 3D; (b) Superfície 3D a trabalhar Figura 128 – (a) olho com defeito da digitalização; (b) eliminação do defeito; (c) tratamento do defeito; (d) eliminação de defeitos originários das pestanas (a) (b) (c) (d) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 113 De forma a simular a face de um paciente com a ausência da zona orbital, foi, então, efetuada uma exenteração virtual no software 3-matic®. Para tal, eliminou-se a superfície correspondente ao olho que se pretende suprimir, neste caso o olho esquerdo, e criou-se uma superficie concava de forma a simular a face de um paciente com a ausência da zona orbital (Figura 129). É de salientar que, para cada caso, deve ser efetuada uma avaliação à região orbital afetada para verificar a existência de algum entalhe ósseo ou tecido mole que possa potenciar o melhor método de retenção aplicável especificamente para cada caso. Para projeto da prótese do presente caso, no modelo tridimensional da face do voluntário com exenteração virtual foi criado um plano de simetria sagital do ponto medio da face (Figura 130). Foram selecionados três pontos para a criação do plano de simetria da face: o pronasale, o labiale superius e o nasion (Figura 8, pág. 19). De seguida, foi copiada a superfície facial e submetida a um espelhamento pelo plano criado. Figura 129 – Modelo 3D da face do paciente com exenteração virtual. Figura 130 – Plano de simetria e superficie de espelhamento sobre a face. Plano de simetria Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 114 Uma vez obtida a superfície espelhada pelo eixo de simetria, procedeu-se a uma subtração booleana à face original, permitindo obter um modelo prévio da reconstrução da zona ocular (Figura 131). Após o tratamento de imagem, da eliminação dos elementos que não dizem respeito ao protótipo da prótese, obteve-se o protótipo que é apresentado na Figura 132. Figura 131 – Resultado da operação booleana da superfície espelhada com a superfície original Figura 132 - Protótipo de prótese: diferentes perspetivas Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 115 6.4.5. Fabrico da prótese oculopalpebral a partir do protótipo da prótese Uma vez obtido o modelo CAD 3D da prótese, este foi materializado por SL (Figura 133a). A face do voluntário foi de igual forma fabricada por SL, para que se pudesse verificar o encaixe e a simetria da prótese oculopalpebral (Figura 133b). Seguiu-se o mesmo processo utilizado no caso de estudo I: fabricou-se uma caixa para vazamento do silicone (Figura 134) que, após curado, cortado pela linha de apartação e após criação de uma canal de vazamento, resultou o molde da Figura 135. Foi utilizado o silicone Ecoflex 00-30 – Shore A 00-30 da Smoth-On, na porporção 1:1 (21 g de silicone e 21 g de catalizador) cujas caraterísticas técnicas se encontram no ANEXO D: Ficha técnica dos silicones Ecoflex® Gel da Smooth-On. Foi adicionado um pigmento (4 gotas “medium skin”). O tempo de cura da mistura foi de 4 horas. Figura 133- (a) Modelo da face e da prótese produzida em SL; (b) Encaixe dos protótipos da prótese e da face produzidos em SL (a) (b) Figura 134 – (a) Posicionamento do protótipo da prótese no interior de uma caixa; (b) Caixa com silicone para obtenção do molde (a) (b) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 116 Após a desmoldação da prótese final em silicone (Figura 136a), foi verificado o encaixe da prótese no modelo da face, como é visível na (Figura 136b). Figura 135 – Molde para obtenção da prótese ocular Figura 136 – (a) Prótese oculopalpebral em silicone; (b) Verificação do encaixe da prótese oculopalpebral em silicone no modelo SL da face (b) (a) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 123 6.4.8. Materialização do molde em estereolitografia O molde foi fabricado por estereolitografia, de acordo com a metodologia referida anteriormente e está representado na Figura 149. Os guiamentos foram colocados na moldação inferior (Figura 150). Figura 149 - Molde da prótese oculopalpebral, olho protésico, guiamentos de aço e suporte do olho. Figura 150 - Moldação inferior com guiamentos e moldação superior. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 124 6.4.9. Fabrico da prótese oculopalpebral com olho protésico O fabrico da prótese oculopalpebral seguiu a mesma metodologia de fabrico das próteses anteriormente fabricadas, excetuando o método de fabrico do molde, já referido. Foi usado o silicone Ecoflex 030 (20,3 g de silicone e 20,3 g de catalizador) e 5 gotas de pigmento. A dureza do silicone foi escolhida de forma a imitar as caraterísticas de tecido A prótese obtida está representada na Figura 151. A elasticidade do silicone permite ligeiros ajustes à posição do olho protésico. Na Figura 152 é possível observar a prótese com e sem o olho protésico. (a) (b) Figura 152 – (a) Prótese oculopapelpebral com olho protésico; (b) Prótese oculopalpebral Figura 151 - Prótese oculopalpebral na desmoldação Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 125 A prótese oculopalpebral foi então colocada no modelo SL da face do paciente, para testar o encaixe e o resultado estético final (Figura 153). Na Figura 154 encontra-se uma imagem comparativa entre a região oculopalpebral do voluntário e a prótese concebida. Figura 154 – Comparação entre a região oculopalpebral do voluntário e a prótese concebida Figura 153 – Prótese oculopalpebral encaixada no modelo da face do voluntário. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 126 6.4.10. Sistema de retenção De acordo com o que foi abordado na revisão bibliográfica e com as caraterísticas desta prótese, o sistema de retenção mais indicado para este caso de estudo é a utilização de adesivo médico. Após uma reunião com médicos especialistas do Hospital de São João, a indicação foi semelhante. Consideram o método dos implantes ósseo-integrados demasiado invasivo e, por isso, deve ser evitado. 6.4.11. Acabamento finais Os acabamentos finais são um importante processo na conceção de próteses extraorais para torná-las ainda mais realistas. Neste projeto, não foi possível executar a colocação de sobrancelhas e pestanas, bem como a coloração extrínseca para imitar a textura da pele e manchas do rosto, que é realizado por um artista. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 127 Metedologia desenvolvida Na Tabela 12 encontra-se um resumo simplificado dos métodos desenvolvidos ao longo deste trabalho, tendo em conta a execução das cinco principais etapas na conceção de uma prótese. Os diferentes casos tiveram abordagens distintas, devido à diferença anatómica das superfícies. Por isso, cada um dos casos tem uma metodologia proposta: a metodologia digital para próteses de orelha, desenvolvida para o Caso de Estudo I, e a metodologia digital para próteses oculopalpebrais, desenvolvida para o Caso de Estudo II. Tabela 12 – Resumo geral da metedologia desenvolvida No Caso de Estudo I, a forma complexa da orelha obrigou à realização de uma aquisição de dados “mista” (Lifecasting das orelhas e digitalização por luz estruturada dos modelos em resina obtidos), pois não seria possível realizar esta etapa com resultados satisfatórios sem consumir uma grande quantidade de tempo na presença da paciente. Evitou-se, assim o transtorno que seria causado. Do mesmo modo, as metodologias digitais propostas distinguiram-se fortemente na etapa do fabrico da prótese. A prótese parcial auricular desenvolvida em CAD não permitia a criação direta de moldes (modelação CAD e fabrico SL), pois a existência de contra-saídas impossibilita o uso de um molde rígido, como é o caso daqueles obtidos por estereolitografia. Caso de Estudo I Caso de Estudo II Aquisição de dados Lifecasting e Luz Estruturada Luz Estruturada Biomodelação Modelação da prótese Modelação da prótese e molde Fabrico do molde Indireto: modelo SL e moldes em silicone Direto: modelo CAD e molde SL Fabrico da prótese Vazamento de silicone Vazamento de silicone Acabamentos Coloração extrínseca Olho protésico, pelos e coloração extrínseca Prótese final (Fotos) Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 128 Determinação de custos e prazos de entrega Foi efetuada uma estimativa de tempo e custos do processo de conceção de uma prótese auricular parcial, tendo em conta o projeto apresentado no caso de estudo I deste presente trabalho. De igual forma, foi contabilizado todo o processo em termos de custos e tempo de entrega a um paciente com um defeito orbital. As estimativas de tempo foram efetuadas supondo que todos os técnicos e engenheiros envolvidos apresentam elevada experiência. Assim, o tempo despendido na realização de algumas tarefas do presente trabalho foi encurtado, como o processo de biomodelação, evitando-se erros e ajustes; também seria poupado o tempo despendido no estudo e desenvolvimento das metodologias adotadas. É de salientar que esta é uma estimativa e que, como tal, para o cálculo do número aproximado de dias úteis necessários para fabricar uma prótese, partiu-se do pressuposto de que os projetos seriam iniciados no início de um dia útil e não a meio, que cada dia útil tem 8 horas de trabalho e que não seriam efetuadas horas extra. Para realizar as estimativas, foram contabilizados todos os passos, processos e materiais utilizados e descritos durante todo o trabalho experimental, bem como a mão de obra do pessoal envolvido e utilização de equipamentos. Os orçamentos de utilização dos equipamentos foram efetuados pelos respetivos técnicos. O custo por hora estimado do uso do equipamento de luz estruturada é de 80€ (técnico e máquina). O custo do fabrico aditivo foi estimado tendo em conta o preço da resina por kg (200€) e o preço de utilização da máquina por período de tempo (40€/h). O custo estimado dos serviços técnicos de um Engenheiro/software é de cerca de 50€/h, enquanto que o de um técnico é de 30€/h. Na Tabela 13 encontra-se a estimativa de custo e de tempo de entrega de próteses auriculares parciais tendo em conta a metodologia desenvolvida no caso de estudo I. Tabela 13 – Estimativa de custo e prazos de entrega para o Caso de Estudo I Etapas Tempo sem o paciente [h] Tempo com paciente [h] Custo [€] Aquisição de dados Cura da resina: 2 Luz estr.: 1,5 Lifecasting: 1 30 (Técnico lifecasting) 120 (técnico e máquina) Biomodelação 12 (3-matic) - 600 (Engenheiro e software) Fabrico da orelha direita e protótipo da prótese 4 (Estereolitografia) 3 (Cura) - 160 (Máquina/Técnico) Fabrico de moldes 1 (Construção da caixa e preparação do silicone) 24 (Cura do silicone) 0,25 (Desmoldação) - 9 (Silicone e catalizador) 30 (Técnico) Produção da prótese 0,5 (Preparação do silicone e vazamento) 4 (Cura) - 15 (Engenheiro) 30 (Silicone e Pigmentos) Acabamentos - 1 (Coloração extrínseca) 150 (por um artista) Total 54,25 (aprox. 5 dias úteis) 1144 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 129 Para a estimativa do prazo de entrega ao paciente, em dias, foi efetuado o gráfico de Gantt que se apresenta na Figura 155. A estimativa foi repetida para o caso de estudo II, como é verificável na Tabela 14 e na Figura 156. Tabela 14 - Estimativa de custo e prazos de entrega para o Caso de Estudo II Etapas Tempo sem paciente [h] Tempo com paciente [h] Custo [€] Levantamento de forma (face e olho protésico) - Preparação do paciente: 0,1 Luz estr.: 1 80 (técnico e máquina) Biomodelação (prótese e moldes) 8 (3-matic) - 400 (Engenheiro e software) Fabrico do modelo da face e do molde (SL) 12 (Estereolitografia) 3 (Cura) - 480 (Máquina/Técnico) Produção da prótese 0,5 (Preparação do silicone e vazamento) 4 (Cura) - 15 (Técnico) 30 (Silicone e Pigmentos) Acabamentos 1 (Coloração extrínseca) 0,5 (colocação do olho e pelos) 1 (Coloração extrínseca) 225 (por um artista) 80 (olho protésico) Total 31 (aprox. 3 dias úteis) 1310 Figura 155 - Diagrama de Gantt para a estimativa de dias úteis necessários à conceção de uma prótese auricular parcial Figura 156 - Diagrama de Gantt para a estimativa de dias úteis necessários à conceção de uma prótese oculopalpebral Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 130 Como foi anteriormente referido, as estimativas da Tabela 14 e da Figura 156 refletem os custos e tempos de projeto e conceção resultantes da metodologia proposta. Para efeitos comparativos, efetuou-se as mesmas estimativas para o caso do molde ser realizado em silicone. Isto é possível porque, ao longo do trabalho, ambos os métodos de fabrico do molde, direto e indireto, foram executados. Assim, na Tabela 15, são comparados o custo e tempo despendido no fabrico dos moldes através dos dois métodos, direto e indireto, incluindo a biomodelação do molde. Para além destes dados numéricos, os dois métodos, foram comparados segundo:  Versatilidade, ou seja, facilidade em reproduzir formas complexas sem necessitar de machos. Neste caso, o molde de silicone é vantajoso, pois permite desmoldações que seriam impossíveis num molde rígido de resina;  Estabilidade dimensional: vantagem do método direto igualmente relacionada com a rigidez do molde de resina. Como este não se deforma, os modelos vazados têm as dimensões precisas, independentemente do número de utilizações;  Facilidade de definir o plano de apartação. No caso do método direto, este é concebido em computador e, por isso, é definido logo no momento da conceção do molde, enquanto no método indireto é definido manualmente, através de um corte que necessita de bastante precisão e experiência. Tabela 15 - Comparação entre o método direto e indireto de fabrico de moldes Método direto Método indireto Versatilidade Reduzida Elevada Estabilidade dimensional Elevada Reduzida Plano de apartação Preconcebido Necess. de corte Tempo despendido [h] 15 (fabrico) + 1 (biomodelação) 5 (fabrico do protótipo em SL) + 25.25 (fabrico e cura do molde) Custo estimado [€] 480 239 Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 131 7. Conclusões A obtenção de uma prótese extraoral de qualidade com o mínimo desconforto e stress para o paciente permanece um desafio atual, após vários estudos realizados nesta área na última década. Este trabalho propõe uma metodologia que permita responder a esse desafio, para dois casos distintos: um de uma deformidade congénita na orelha e outro de uma exenteração ocular. No primeiro caso (Caso de Estudo I), a digitalização das orelhas da paciente foi realizada de forma mista: através de Lifecasting, impressão de modelos em resina e digitalização por luz estruturada. A forma complexa das orelhas implicaria que a paciente necessitava de ser marcada com pontos de referência (em ambas as orelhas) e ser submetida a várias capturas de diferentes ângulos até se conseguir chegar a uma montagem 3D satisfatória dos dados. Assim, realizando apenas uma sessão de Lifecasting às orelhas, garantiu-se uma aquisição de dados de qualidade sem causar demasiado transtorno à paciente. Foram criados modelos em resina das orelhas que foram então digitalizados por luz estruturada com maior facilidade. A biomodelação da prótese da orelha permite a obtenção de um resultado realista e simétrico, em comparação com o método convencional, onde a prótese seria esculpida por um artista, obrigando o paciente a permanecer várias horas no seu atelier para observação e ajustes. A biomodelação realizada neste caso de estudo sofreu atrasos devido à falta da experiência da autora; estes atrasos camuflaram uma das vantagens deste processo: a sua rapidez. Para além disso, a biomodelação permite a realização de várias hipóteses digitais para a prótese a fabricar e a sua comparação, para chegar ao resultado ideal sem ter que produzir vários protótipos. Neste caso de estudo, os moldes foram fabricados em silicone, utilizando um modelo SL da prótese como positivo. Este processo foi mais demorado e complexo do que o adotado no Caso de Estudo II, no qual os moldes foram obtidos diretamente por SL, depois de modelados em computador. Resultaram, do Caso de Estudo II, várias conclusões e comparações com o primeiro caso de estudo. Em primeiro lugar, conclui-se é produção de uma prótese oculopalpebral é consideravelmente mais simples do que a de uma prótese auricular parcial. Isto deve-se a vários fatores determinantes: a aquisição de dados é muito mais simples e rápida, a inexperiência da autora foi muito mais relevante no primeiro caso do que no caso da prótese oculopalpebral e a própria abordagem ao caso da prótese auricular parcial é mais complexa, devido às várias possibilidades de resolução, que implicaram a modelação de várias hipóteses e mesmo ao fabrico de vários modelos em estereolitografia. O método de fabrico dos moldes foi um fator preponderante. Analisando comparativamente os dois casos de estudo, conclui-se que método adotado no Caso de Estudo II (fabrico direto dos moldes em SL) permitiu reduzir significativamente o tempo de fabrico. No que a isto diz respeito, a diferença é considerável: o Caso de Estudo I tem um tempo de conclusão estimado de 5 dias úteis, enquanto essa estimativa é de 3 dias úteis para o caso de Estudo II. Apesar da clara importância da complexidade superior do primeiro caso, verificou- -se que o método de fabrico direto dos moldes permitiu, só por si, encurtar o espaço de tempo entre o final da biomodelação e o início da fase de acabamentos de 2 dias úteis e 4 horas para 1 dia e 3 horas, aproximadamente. O método direto permite também obter moldes com elevada estabilidade e resistencia quando comparado com os moldes de silicone, o que resulta em vazamentos com resultados Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 132 mais fiáveis, especialmente em zonas de espessura muito reduzida. O método indireto de produção do molde tem a desvantagem adicional da necessidade de efetuar o corte manual do plano de apartação, que é uma operação de difícil execução. No entanto, o método de fabrico direto do molde pode dificultar a obtenção de formas muito complexas, pelo que a sua adoção no Caso de Estudo I apresentaria, provavelmente, muitos problemas. Em termos de custo, a metodologia desenvolvida é consideravelmente mais barata no Caso de Estudo I do que no Caso de Estudo II. Neste aspeto, o fator diferenciador foi a utilização da Estereolitografia. As grandes dimensões do modelo da face do voluntário obrigaram a um processo demorado e, por isso, dispendioso na máquina SL. Concluiu-se também que o uso de imagens TAC para a reconstrução 3D do modelo digital é, salvo raras exceções, inviável, devido à sua falta de qualidade comparativamente com a digitalização por luz estruturada. Uma grande vantagem do método digital é a possibilidade de se fabricar modelos dos defeitos para avaliar os encaixes das próteses. A desvantagem deste método é o “efeito de escada” com que resultam as peças finais, devido ao fabrico por SL. A experiência do operador da máquina é importante para reduzir este problema, pois deve considerar a melhor orientação da peça de forma a reduzir o “efeito de escada” e melhorar a resolução da superficie dos moldes. Depois da finalização da prótese, o paciente deve deslocar-se ao local de fabrico para experimentar a prótese proposta e dar a sua opinião sobre a aparência estética, sistema de retenção e conforto durante o uso e remoção. Neste trabalho, não foi possível obter essa opinião, apesar das tentativas de contacto. Com a realização deste trabalho, foi possível concluir que o projeto e fabrico de uma prótese oculopalpebral no INEGI é viável, pois existem recursos adequados. Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 139 ANEXO C: Infomações técnicas da Viper ™SLA®System Desenvolvimento de Metodologia Digital para Projeto e Fabrico de Próteses Extraorais 140 ANEXO D: Ficha técnica dos silicones Ecoflex® Gel da Smooth-On