Desenvolvimento de dispositivos personalizados para
adequação postural sentada
Development of customized devices for seated postural correction
Prestes, Rafael C; Programa de Pós-Graduação em Design (PGDesign/UFRGS)
[email protected]
Bertol, Liciane S; MSc; Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM/UFRGS)
Silva, Fabio Pinto da; MSc; Departamento de Design e Expressão Gráfica (DEG/UFRGS)
Batista, Vilson João; PhD; Programa de Pós-Graduação em Design (PGDesign/UFRGS)
Kindlein Junior, Wilson; PhD; Laboratório de Design e Seleção de Materiais (LdSM/UFRGS)
Resumo
A cadeira de rodas é um produto de Tecnologia Assistiva que auxilia a locomoção e a
participação do usuário em diversas atividades, além de poder auxiliar o tratamento de
deformidades posturais. A maioria das cadeiras de rodas prescritas para pessoas com
alterações posturais é composta de módulos pré-fabricados adaptados de forma artesanal, e
em muitos casos não atende às exigências individuais. Neste sentido, este estudo propõe uma
rota tecnológica para fabricação de dispositivos personalizados para adequação postural
sentada, considerando a antropometria e a deformidade postural de cada indivíduo. São
utilizadas técnicas de digitalização tridimensional, usinagem CNC e termomoldagem.
Palavras Chave:
tridimensional.
tecnologia
assistiva;
adequação
postural
sentada;
digitalização
Abstract
The wheelchair is an Assistive Technology product that helps in the locomotion and
integration of the user in several activities, and also may treat postural deformities. Most
wheelchairs are composed of pre-made adapted modules, which in many cases do not fulfill
the individual requirements. In this way, this study proposes a technological rote to produce
customized devices for postural correction in the seated position, considering the
anthropometry and the postural deformity of each user. Three-dimensional digitizing, CNC
milling and thermoforming are the used techniques.
Keywords: assistive technology; seated postural correction; three-dimensional digitizing.
Desenvolvimento de dispositivos personalizados para adequação postural sentada
Introdução
Atualmente, existe uma grande carência no desenvolvimento de produtos destinados a
pessoas com deficiências físicas. De acordo com o último senso demográfico realizado pelo
IGBE no ano de 2000, o número de habitantes com deficiência chega a 14,5% de toda
população, cerca de 25 milhões de brasileiros (NERI, 2003). Estes indivíduos necessitam de
equipamentos personalizados, que possam otimizar suas funções básicas e,
conseqüentemente, melhorar sua qualidade de vida proporcionando maior independência e
inclusão social. Além de equipamentos, estas pessoas carecem de serviços especializados para
uma melhor adequação destes dispositivos. Tais serviços devem ser prestados por uma equipe
interdisciplinar compreendendo diversos profissionais de áreas distintas (médicos,
fisioterapeutas, terapeutas ocupacionais, fonoaudiólogos, psicólogos, designers, arquitetos,
engenheiros, entre outros).
Tecnologia assistiva (TA) é o termo atualmente utilizado para definir esta vasta gama de
equipamentos e serviços. Foi criado no ano de 1988, como um elemento jurídico para
legislação norte-americana conhecida como Public Law 100-407, e renovado como Assistive
Technology Act em 1998 (BERSCH, 2009). Existem diversas aplicações dos recursos
destinados à Tecnologia Assistiva, os quais visam melhorar as atividades de vida diária dos
usuários com algum tipo de deficiência. Pessoas com deficiências físicas têm utilizado a TA a
fim de facilitar as suas atividades e auxiliar seu tratamento. Entre estes dispositivos destaca-se
a cadeira de rodas, um meio que auxilia a locomoção e participação do usuário em inúmeras
atividades, proporcionando maior independência tanto em casa como na comunidade
(CHAVES et al, 2004). Além disso, é um dispositivo que pode auxiliar o tratamento de
deformidades, como as posturais, por exemplo.
A utilização, assim como a concepção das cadeiras de rodas, mudou significativamente a
partir da metade do século 20, o que permitiu maior independência e inclusão social de seus
usuários. Dentre as inúmeras inovações, o que mais se destacou foi a evolução dos assentos e
a adaptação destes dispositivos de adequação postural sentada (WATSON E WOODS, 2005).
Ocorre que as adaptações existentes são, em grande parte, artesanais, as quais muitas vezes
não atendem a exigências individuais. Neste sentido, este estudo tem como objetivo propor
uma rota tecnológica para a fabricação de dispositivos personalizados para adequação
postural sentada, considerando a antropometria e a deformidade postural de cada indivíduo.
Revisão Bibliográfica
A postura pode ser definida como uma posição característica de sustentação do corpo no
espaço, tendo uma relação direta entre as partes corporais e a linha do centro de gravidade
(TACHDJAN, 2001; KISNER e COBY, 1998). Cada pessoa apresenta suas próprias
características com relação à sua postura, a qual é influenciada pela idade e por diversos
outros fatores como, obesidade, frouxidão ligamentar, hábitos posturais inadequados,
alterações nos sistemas respiratório, muscular, ósseo, entre outros. Diversos indivíduos que
apresentam problemas posturais, juntamente com dificuldades de caminhar, necessitam de
dispositivos auxiliares para manutenção postural e locomoção. Neste contexto, as cadeiras de
rodas adaptadas podem potencializar as funções existentes através de pontos de apoio e
pontos de fixação para melhor adequar a postura na posição sentada.
A adequação postural sentada é desenvolvida, na maioria dos casos, em cadeira de rodas,
as quais podem apresentar-se em diferentes modelos utilizando diferentes materiais. Teixeira
et al. (2003) diferenciam os modelos de assentos para cadeira de rodas de acordo com a
patologia do usuário. Para indivíduos com diagnóstico de mielomeningocele (patologia que
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afeta a coluna vertebral podendo causar paralisia dos membros inferiores), o assento deverá
ser confeccionado em uma base rígida, plana com diferentes densidades, sendo que no terço
distal das coxas apresente maior densidade e na região dos glúteos menor densidade. Para
pessoas com paralisia cerebral são indicados dois modelos. O primeiro é denominado assento
anatômico com base rígida, confeccionado com compensado de madeira e forrado em espuma
com formato anatômico e a parte anterior deve ser mais alta que a posterior cerca de 50%. O
segundo é chamado de assento digitalizado, confeccionado a partir da usinagem da espuma de
acordo com a antropometria do usuário mensurada a partir de simulador de almofadas que
proporciona maior contato corporal (TEIXEIRA et al., 2003).
Atualmente, o número de usuários de cadeiras de rodas é consideravelmente alto. Dentre
estes, existe um grande número de pessoas que necessitam de assentos personalizados, como
os que possuem movimentos articulares limitados, deformidades ósseas, instabilidade
articular e uma antropometria diferenciada (WATSON E WOODS, 2005). Cooper (1998)
afirma que a altura do encosto deve ser suficiente baixa para não empurrar as escápulas para
frente, porém alta o suficiente para proporcionar apoio adequado para a região lombar. De
acordo com Dicianno et al. (2008), o alinhamento corporal é extremamente importante para
adultos e crianças com escoliose estruturada (deformidade óssea fixa) ou não estruturada
(deformidade óssea móvel), estando diretamente envolvido na manutenção das diferentes
funções fisiológicas providas por órgãos vitais.
A maioria das cadeiras de rodas prescritas para pessoas com alterações posturais são
montadas a partir módulos pré-fabricados de acordo com as necessidades do usuário.
Entretanto, por diversas vezes, este tipo de adequação postural não atende às exigências
individuais e ainda remanesce certa carência por produtos personalizados. Neste sentido, fazse necessário o estudo de técnicas para a fabricação destes dispositivos, tais como o
apresentado no presente artigo.
Materiais e Métodos
Para o desenvolvimento da proposta rota tecnológica de projeto e confecção de
dispositivos de Tecnologia Assistiva para adequação postural sentada, foi realizado um estudo
de caso, iniciado com a avaliação de um indivíduo com paralisia cerebral. O sujeito deste
estudo não caminha independentemente, permanecendo grande parte do tempo sentado e
desloca-se com uma cadeira de rodas. Na avaliação postural sentada, apresentou alteração das
curvas fisiológicas da coluna vertebral, a qual sugere escoliose não estruturada (que
desaparece com inclinação lateral ou anterior de tronco), ilustrada na figura 1. O tratamento
indicado para este caso inclui fisioterapia para fortalecimento de musculaturas fracas e
alongamento de musculaturas encurtadas, orientações sobre posicionamentos aos pais e
cuidadores, indicação de órteses de tronco para auxiliar a não progressão ou minimização
desta alteração e adequação postural sentada na cadeira de rodas.
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Figura 1. Avaliação postural sentada
Para a aquisição dos dados antropométricos do indivíduo foi utilizado um scanner móvel
da marca Konica Minolta, modelo Vivid 9i, com lentes wide (distância focal 8mm, precisão
de 0,096mm a 1m de distância). O equipamento, por ser móvel, pode ser levado até a
residência do indivíduo para facilitar a mensuração dos dados. Através do processo de
digitalização tridimensional, são obtidos arquivos tridimensionais correspondentes às formas
do objeto digitalizado; neste caso, as costas do indivíduo em estudo. Este foi posicionado, de
acordo com a orientação de fisioterapeutas, de forma que sua postura estivesse mais
adequada. Por ser uma curvatura móvel, os desvios laterais da coluna foram alinhados
utilizando uma pressão controlada manualmente logo abaixo e posteriormente ao ápice da
convexidade da escoliose. Desta forma as costelas agem sobre as vértebras da coluna
buscando o melhor alinhamento biomecânico. Além disso, a lordose lombar foi suavizada a
fim de restringir rotações da coluna vertebral. Foram geradas imagens em diferentes posições,
decúbito ventral com quadril a 90° e sentado oferecendo apoios quando necessários para
buscar o melhor posicionamento biomecânico. Para isso, a adequação postural do indivíduo
foi realizada com auxílio manual dos fisioterapeutas e faixas de couro. A figura 2 mostra o
processo de digitalização. Pode-se visualizar a unidade digitalizadora (scanner) ligado ao
notebook utilizado para armazenamento dos dados, bem como o indivíduo sendo posicionado
para digitalização com auxilio dos fisioterapeutas.
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Figura 2. Processo de digitalização tridimensional das costas do indivíduo.
Os arquivos de saída do processo de digitalização tridimensional constituem-se de
nuvens de pontos (as quais podem conter alguns milhões de pontos). Estes representam
coordenadas x, y e z dos pontos que compõem a superfície digitalizada. Após a digitalização,
os dados obtidos foram tratados utilizando o software Raindrop Geomagic Studio. Para o
procedimento de tratamento dos dados estão incluídas etapas de montagem das nuvens e
aplicação de filtros (para reduzir o ruído inerente ao processo de digitalização, reduzir a
quantidade de pontos da nuvem e manter apenas os pontos realmente significativos para
representar o objeto e tornar o modelo tridimensional mais facilmente manipulável). O
modelo obtido, após a montagem e aplicação de filtros pode ser visualizado na figura 3.
Figura 3: Modelo tridimensional das costas do indivíduo, obtido através do processo de digitalização
tridimensional.
Os pontos oriundos da digitalização foram, a seguir, unidos três a três, formando
triângulos planos, gerando uma malha tridimensional da superfície das costas do indivíduo. A
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porção da superfície que interessa para a confecção dos dispositivos de adequação postural foi
mantida e as demais foram excluídas. O arquivo foi, então, salvo no formato STL, padrão
para sistemas de prototipagem rápida e compatível com a maioria dos sistemas CAD, CAE e
CAM disponíveis no mercado. A figura 4 ilustra a malha de triângulos gerada.
Figura 4: Malha tridimensional gerada
O arquivo foi exportado para o software Edgecam, onde foi gerada a estratégia de
usinagem do modelo para a fabricação do assento. Para a usinagem foram utilizados dois
blocos de poliuretano (PU) de dimensões iniciais de 400x400x200 mm. O processo foi
realizado utilizando um equipamento CNC da marca Tecnodrill, modelo Digimill 3D, e foram
utilizadas ferramentas de desbaste e acabamento de 10mm de diâmetro. Como parâmetros do
processo utilizou-se 10.000 RPM como velocidade de rotação, 3.000 mm/min como
velocidade de avanço horizontal, 1.000 mm/min como velocidade de avanço vertical e 4 mm
como incremento de corte. Na figura 5 observa-se o processo de usinagem (desbaste).
Figura 5. Processo de usinagem do bloco de PU para conformação do encosto.
Ao fim do processo, os blocos foram unidos e selados com resina, conforme ilustra a
figura 6.
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(a)
(b)
Figura 6. Configuração final dos blocos de PU. a) unidos ao final do processo de usinagem e b) selados com
resina.
Para confecção do molde negativo (encosto), optou-se pela termomoldagem a vácuo
em PP (polipropileno) e EVA (etileno - acetato de vinila) em molde aberto, utilizando uma
bomba de sucção para conformação do material no molde usinado. Tais etapas de
processamento são mostradas na figura 7.
(a)
(b)
Figura 7. Confecção do encosto por termomoldagem. a) Conformação do EVA, b) conformação do PP.
A adequação postural do indivíduo ao utilizar o encosto foi então avaliada através do
processo de fotometria, a fim de mensurar certos ângulos com e sem a utilização do encosto
personalizado. Foram utilizados marcadores adesivos posicionados na parte externa e medial
da clavícula, abaixo da ultima costela e na espinha ilíaca ântero superior em ambos lados.
Para esta avaliação, os ângulos foram denominados como A (ângulo formado entre clavícula
direita – clavícula esquerda – última costela direita), B (ângulo formado entre clavícula
esquerda – clavícula direita – última costela esquerda), C (ângulo formado entre última
costela direita – clavícula direita – última costela esquerda), D (ângulo formado entre última
costela esquerda – clavícula esquerda – última costela direita) e E (ângulo formado entre
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ponto médio entre as clavículas – ponto médio entre as costelas - ponto médio da cintura
pélvica). Porém, por este indivíduo apresentar aumento de tecido adiposo na região
abdominal, o marcador posicionado na espinha ilíaca direita não pode ser visualizado. Desta
forma, este marcador foi descartado e foram somente avaliados os ângulos correspondentes às
clavículas e às últimas costelas.
O resultado esperado, para um indivíduo que apresente uma postura simétrica entre as
cinturas escapular e pélvica, seria encontrar valores de 90° nas mensurações dos ângulos A,
B, C e D e 180° para o ângulo E. Para este indivíduo, entretanto, seria também desejável
encontrar uma simetria entre estes ângulos, em função da diferença considerável entre a
cintura escapular e a cintura pélvica, além da presença de tecido adiposo abdominal.
Resultados e Discussão
Utilizando a técnica de digitalização tridimensional a laser, seguida dos processos de
usinagem CNC e termomoldagem, foi confeccionado um encosto para adequação postural de
um indivíduo com paralisia cerebral (figura 8). Em virtude de ter sido projetado com base em
informações antropométricas do usuário em questão, possui formas que copiam a curvatura
das costas do usuário.
Figura 8. Configuração do encosto personalizado, fabricado em PP e revestido com EVA.
Após a finalização desta etapa, foi realizada uma prova do encosto para identificar
eventuais ajustes necessários. Em virtude de o indivíduo ter sido digitalizado com os braços
abertos, foi necessária a realização de recortes no modelo do encosto. As regiões laterais
superiores, que ficam logo abaixo das axilas, foram então removidas.
Para realização das análises de dados foi utilizado o sistema de fotometria, onde se
podem averiguar discrepâncias angulares através de pontos anatômicos marcados no corpo do
usuário. Foram realizadas duas fotos do sujeito deste estudo de caso sentado em sua cadeira
de rodas: utilizando o encosto convencional da própria cadeira de rodas e utilizando o encosto
personalizado.
Posteriormente estas fotos foram inseridas no software CorelDraw para determinação
das amplitudes angulares correspondentes. Nas mensurações realizadas com o indivíduo
utilizando sua cadeira de rodas convencional foram encontrados os seguintes ângulos; A=89°,
B=98°, C=78°, D=94° e E=158°. Ao mensurar estes mesmos ângulos com a utilização do
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encosto personalizado foram obtidos os seguintes ângulos; A=91°, B=100°, C=79°, D=90° e
E=167°, que pode ser visualizado na figura 9.
(a)
(b)
Figura 9. Demonstração dos ângulos avaliados. a) Encosto comum. b) Encosto personalizado.
A variação entre os ângulos A, B, C e D foi pequena, visto que essas medidas já
encontravam-se em valores satisfatórios. Entretanto, a diferença encontrada no ângulo E foi
significativa, o que indica que houve uma melhoria da postura pelo aumento da simetria. Cabe
ressaltar que o processo de adaptação ao novo dispositivo não deve ser tão agressivo no
primeiro momento, a fim de não causar outros problemas como as úlceras de pressão, por
exemplo. Desta forma, o processo de adequação postural do usuário utilizando o dispositivo
deve ser aumentado gradualmente, tanto no período de uso diário como na correção
biomecânica da deformidade postural.
Conclusões
Este estudo propõe uma rota tecnológica para a fabricação de dispositivos
personalizados para adequação postural sentada, considerando a antropometria e a
deformidade postural de cada indivíduo, através da utilização das técnicas de digitalização
tridimensional a laser, usinagem CNC e termomoldagem. Os resultados encontrados neste
estudo demonstram a simplicidade de um produto personalizado e a facilidade de sua
fabricação. Esta customização do encosto de cadeiras de rodas pode intervir
significativamente na biomecânica de uma pessoa com alterações posturais em relação ao seu
posicionamento sentado. É importante salientar que, nesta rota tecnológica ocorre a
substituição das ataduras gessadas pela digitalização tridimensional para obtenção dos dados
antropométricos do usuário. Desta forma pode-se confeccionar tais dispositivos em diferentes
centros de usinagem ou fresadoras CNC. Através da fotometria foi possível avaliar a
influência do dispositivo personalizado na melhora da postura sentada na cadeira de rodas do
sujeito deste estudo de caso. Enfim, acredita-se que o encosto personalizado auxilie o
processo de reabilitação postural do usuário, minimizando ou neutralizando as alterações
posturais, proporcionando maior conforto e qualidade de vida.
9º Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design
Desenvolvimento de dispositivos personalizados para adequação postural sentada
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