Computação gráfica e prototipagem rápida dinamizam e aprimoram cirurgias complexas
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Título para divulgação do texto
Computação gráfica e prototipagem rápida dinamizam e aprimoram cirurgias complexas
Título original da pesquisa
Prototipagem Rápida na Medicina (Promed)
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Autores do texto original
Fonte(s) Financiadora(s)
Resumo
A computação gráfica e a prototipagem rápida são usadas para criar modelos virtuais e protótipos de fósseis e múmias.
Tipo
Projeto de pesquisa
O que é a pesquisa?
Você já imaginou como uma cirurgia de reconstrução facial poderia ser muito mais simples se o cirurgião tivesse em suas mãos uma réplica exata do crânio do paciente, na qual pudesse ensaiar todos os procedimentos? E se, além disso, ele pudesse modelar com antecedência uma prótese exclusiva para aquele caso, que se encaixasse perfeitamente nos ossos da face?
Pensando nessas questões, os pesquisadores da Divisão de Desenvolvimento de Produtos do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), anteriormente denominado Centro de Pesquisas Renato Archer (CenPRA), criaram, em agosto de 2001, o Projeto Prototipagem Rápida na Medicina (Promed), visando a facilitar o planejamento de cirurgias complexas com o auxílio da computação gráfica e da prototipagem rápida. O CTI é uma das unidades de pesquisa tecnológica e de inovação, do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), localizado em Campinas, São Paulo.
O projeto Promed oferece um conjunto de soluções inovadoras: modelos virtuais tridimensionais e protótipos de partes do corpo, modelos de próteses e moldes para a confecção de próteses exclusivas. O modelo virtual é uma representação computadorizada de determinada parte do corpo do paciente. A partir de dados obtidos em tomografias ou ressonâncias magnéticas, é possível a geração de imagens com estruturas e proporções fiéis à realidade. Com o emprego do softsoftware InVesalius, desenvolvido pela equipe do Promed para o tratamento de imagens médicas, o cirurgião pode observar o modelo por diversos ângulos, fazer cortes e medidas e separar o objeto de interesse – eliminar os tecidos para analisar apenas os ossos, por exemplo. Esses recursos possibilitam um diagnóstico preciso e a clara visualização da situação clínica do paciente.
O protótipo permite que o cirurgião tenha em suas mãos a cópia perfeita da estrutura interna que irá operar. Ele pode utilizá-la para planejar a cirurgia – definir o local e o tamanho das incisões etc. – e para simular os procedimentos, como a fixação de telas e pinos. Se o caso exigir uma prótese, o cirurgião tem a oportunidade de ensaiar sua colocação passo a passo no protótipo, usando um modelo da prótese feito com prototipagem rápida. Já o molde viabiliza a confecção de uma prótese de verdade, em material biocompatível, sob medida para o paciente.
Até março de 2008, o projeto Promed forneceu protótipos para cerca de 1.000 casos de cirurgias: neurológicas, de coluna e, principalmente, de reconstrução craniofacial, entre outras. Os cirurgiões parceiros recebem os protótipos para cirurgias em hospitais de referência, universitários ou públicos, com programa de residência médica e pós-graduação. Em troca, preenchem questionários para avaliar os benefícios do uso da técnica e também contribuem para o aperfeiçoamento do software InVesalius.
O projeto Promed estendeu suas fronteiras para além da medicina e tem feito muitos trabalhos em cooperação com o Museu Nacional do Rio de Janeiro, o Instituto Nacional de Tecnologia (INT) e a Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz). Nesses casos, a computação gráfica e a prototipagem rápida são usadas para criar modelos virtuais e protótipos de fósseis e múmias. Ao contrário das peças originais, raras, frágeis e valiosas, os protótipos podem ser transportados de um lugar para outro, manuseados e analisados por um grande número de pessoas, o que contribui para a difusão do conhecimento.
Pensando nessas questões, os pesquisadores da Divisão de Desenvolvimento de Produtos do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), anteriormente denominado Centro de Pesquisas Renato Archer (CenPRA), criaram, em agosto de 2001, o Projeto Prototipagem Rápida na Medicina (Promed), visando a facilitar o planejamento de cirurgias complexas com o auxílio da computação gráfica e da prototipagem rápida. O CTI é uma das unidades de pesquisa tecnológica e de inovação, do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), localizado em Campinas, São Paulo.
O projeto Promed oferece um conjunto de soluções inovadoras: modelos virtuais tridimensionais e protótipos de partes do corpo, modelos de próteses e moldes para a confecção de próteses exclusivas. O modelo virtual é uma representação computadorizada de determinada parte do corpo do paciente. A partir de dados obtidos em tomografias ou ressonâncias magnéticas, é possível a geração de imagens com estruturas e proporções fiéis à realidade. Com o emprego do softsoftware InVesalius, desenvolvido pela equipe do Promed para o tratamento de imagens médicas, o cirurgião pode observar o modelo por diversos ângulos, fazer cortes e medidas e separar o objeto de interesse – eliminar os tecidos para analisar apenas os ossos, por exemplo. Esses recursos possibilitam um diagnóstico preciso e a clara visualização da situação clínica do paciente.
O protótipo permite que o cirurgião tenha em suas mãos a cópia perfeita da estrutura interna que irá operar. Ele pode utilizá-la para planejar a cirurgia – definir o local e o tamanho das incisões etc. – e para simular os procedimentos, como a fixação de telas e pinos. Se o caso exigir uma prótese, o cirurgião tem a oportunidade de ensaiar sua colocação passo a passo no protótipo, usando um modelo da prótese feito com prototipagem rápida. Já o molde viabiliza a confecção de uma prótese de verdade, em material biocompatível, sob medida para o paciente.
Até março de 2008, o projeto Promed forneceu protótipos para cerca de 1.000 casos de cirurgias: neurológicas, de coluna e, principalmente, de reconstrução craniofacial, entre outras. Os cirurgiões parceiros recebem os protótipos para cirurgias em hospitais de referência, universitários ou públicos, com programa de residência médica e pós-graduação. Em troca, preenchem questionários para avaliar os benefícios do uso da técnica e também contribuem para o aperfeiçoamento do software InVesalius.
O projeto Promed estendeu suas fronteiras para além da medicina e tem feito muitos trabalhos em cooperação com o Museu Nacional do Rio de Janeiro, o Instituto Nacional de Tecnologia (INT) e a Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz). Nesses casos, a computação gráfica e a prototipagem rápida são usadas para criar modelos virtuais e protótipos de fósseis e múmias. Ao contrário das peças originais, raras, frágeis e valiosas, os protótipos podem ser transportados de um lugar para outro, manuseados e analisados por um grande número de pessoas, o que contribui para a difusão do conhecimento.
Como é feita a pesquisa?
Nos casos de utilização para o planejamento cirúrgico, o paciente deve, em primeiro lugar, submeter-se a uma tomografia ou ressonância magnética. Esses exames "cortam" o corpo humano em diversas "fatias" e produzem imagens bidimensionais das mesmas. Para ilustrar, imagine um legume picado em rodelas bem finas – o que se vê na superfície das rodelas corresponde às imagens geradas pelo exame. São essas imagens que servirão de base para a construção do modelo virtual tridimensional. Portanto, é necessário que o exame seja feito de acordo com um protocolo específico, pois a precisão do modelo virtual e, consequentemente, do protótipo, depende da qualidade dos dados obtidos. Em seguida, as imagens são encaminhadas ao CTI. Os pesquisadores utilizam o software InVesalius para tratar essas imagens e "empilhá-las", criando assim o modelo virtual tridimensional.
Para se chegar ao protótipo, é necessário levar o modelo virtual para o software Computer-Aided Design(CAD), onde ele é divido em fatias horizontais. As características das fatias são transmitidas à máquina de prototipagem rápida – no CTI, um dos processos utilizados é o de Sinterização Seletiva a Laser. A seguir, a máquina sobrepõe camadas de pó de poliamida, que variam de 0,08 milímetro a 0,5 milímetro de espessura. Em cada camada, um feixe de laser de CO2 provoca a aglutinação do pó nas áreas que devem ser sólidas, respeitando as características da fatia correspondente no modelo virtual. As paredes do protótipo vão sendo construídas de baixo para cima, e ele pode ter espaços vazios em seu interior. O protótipo é feito em gesso, e a deposição de um material aglutinante substitui a função do feixe de laser. O CTI conta hoje com 4 equipamentos de prototipagem rápida, 2 máquinas de Sinterização Seletiva a Laser, 1 máquina de deposição por material fundido (FDM) e uma máquina de impressão tridimensional (3DP).
O software CAD também é usado nos projetos de próteses exclusivas, que se encaixarão perfeitamente no paciente. Para conseguir o tamanho e o formato exatos, os pesquisadores fazem operações de espelhamento e subtração de imagens baseadas no modelo virtual. As características da prótese são enviadas para a máquina de prototipagem. Seguindo o mesmo processo descrito para a fabricação do protótipo, a máquina produz um modelo da prótese e um molde para que a prótese verdadeira seja confeccionada em material biocompatível. O modelo não pode ser colocado no paciente, mas é útil para que o cirurgião simule o procedimento no protótipo.
Os modelos virtuais e protótipos de fósseis e múmias são feitos da mesma maneira que os do corpo humano: uma tomografia ou ressonância gera as imagens necessárias para a montagem do modelo virtual, que dará origem ao protótipo.
Para se chegar ao protótipo, é necessário levar o modelo virtual para o software Computer-Aided Design(CAD), onde ele é divido em fatias horizontais. As características das fatias são transmitidas à máquina de prototipagem rápida – no CTI, um dos processos utilizados é o de Sinterização Seletiva a Laser. A seguir, a máquina sobrepõe camadas de pó de poliamida, que variam de 0,08 milímetro a 0,5 milímetro de espessura. Em cada camada, um feixe de laser de CO2 provoca a aglutinação do pó nas áreas que devem ser sólidas, respeitando as características da fatia correspondente no modelo virtual. As paredes do protótipo vão sendo construídas de baixo para cima, e ele pode ter espaços vazios em seu interior. O protótipo é feito em gesso, e a deposição de um material aglutinante substitui a função do feixe de laser. O CTI conta hoje com 4 equipamentos de prototipagem rápida, 2 máquinas de Sinterização Seletiva a Laser, 1 máquina de deposição por material fundido (FDM) e uma máquina de impressão tridimensional (3DP).
O software CAD também é usado nos projetos de próteses exclusivas, que se encaixarão perfeitamente no paciente. Para conseguir o tamanho e o formato exatos, os pesquisadores fazem operações de espelhamento e subtração de imagens baseadas no modelo virtual. As características da prótese são enviadas para a máquina de prototipagem. Seguindo o mesmo processo descrito para a fabricação do protótipo, a máquina produz um modelo da prótese e um molde para que a prótese verdadeira seja confeccionada em material biocompatível. O modelo não pode ser colocado no paciente, mas é útil para que o cirurgião simule o procedimento no protótipo.
Os modelos virtuais e protótipos de fósseis e múmias são feitos da mesma maneira que os do corpo humano: uma tomografia ou ressonância gera as imagens necessárias para a montagem do modelo virtual, que dará origem ao protótipo.
Qual a importância da pesquisa?
Fazer o diagnóstico preciso de um caso complexo é muito mais fácil quando se pode ver as estruturas internas do corpo humano não em raios x, tomografia ou ressonância, mas como elas são de fato, em três dimensões. Com o modelo virtual e o protótipo, o cirurgião consegue identificar as particularidades da estrutura de seu interesse – seja "navegando" por uma representação computadorizada, seja manuseando uma réplica em tamanho natural.
Além de facilitar o diagnóstico, as soluções oferecidas pelo projeto Promed são a base para um planejamento cirúrgico detalhado. Com elas, o cirurgião tem total conhecimento da situação antes de começar a operar o paciente. Por isso, pode definir previamente todas as etapas e procedimentos, o local e o tamanho das incisões, como será o acesso à área afetada etc. Em suma, ele tem todas as condições para encontrar as melhores soluções para cada caso em particular. Uma cirurgia bem planejada é feita em menos tempo; como consequência, há menos riscos para o paciente e a recuperação é bem mais rápida.
Os modelos virtuais e protótipos são especialmente úteis nos casos em que uma prótese se faz necessária. Nas cirurgias craniofaciais de reconstrução óssea, as próteses geralmente são moldadas na hora sobre o paciente, procedimento demorado e de resultados, muitas vezes, comprometedores. A possibilidade de moldá-las com antecedência e de ensaiar sua colocação em um protótipo reduz a duração da cirurgia e torna a operação mais simples. O paciente se recupera em menos tempo e consegue um resultado estético muito melhor. Para pessoas que se sentiam excluídas da sociedade por causa da aparência, trata-se de um grande avanço.
O número de pessoas no Brasil com algum tipo de deformidade facial é muito elevado, em decorrência do alto índice de acidentes de trabalho, de trânsito e de vítimas da violência, além dos casos congênitos. O CTI avalia que a adoção dessas tecnologias e procedimentos cirúrgicos por parte do Sistema Nacional de Saúde seria eficaz na reabilitação de pacientes, pois proporcionam resultados qualitativamente superiores, menores taxas de retorno e redução dos custos globais.
Além de facilitar o diagnóstico, as soluções oferecidas pelo projeto Promed são a base para um planejamento cirúrgico detalhado. Com elas, o cirurgião tem total conhecimento da situação antes de começar a operar o paciente. Por isso, pode definir previamente todas as etapas e procedimentos, o local e o tamanho das incisões, como será o acesso à área afetada etc. Em suma, ele tem todas as condições para encontrar as melhores soluções para cada caso em particular. Uma cirurgia bem planejada é feita em menos tempo; como consequência, há menos riscos para o paciente e a recuperação é bem mais rápida.
Os modelos virtuais e protótipos são especialmente úteis nos casos em que uma prótese se faz necessária. Nas cirurgias craniofaciais de reconstrução óssea, as próteses geralmente são moldadas na hora sobre o paciente, procedimento demorado e de resultados, muitas vezes, comprometedores. A possibilidade de moldá-las com antecedência e de ensaiar sua colocação em um protótipo reduz a duração da cirurgia e torna a operação mais simples. O paciente se recupera em menos tempo e consegue um resultado estético muito melhor. Para pessoas que se sentiam excluídas da sociedade por causa da aparência, trata-se de um grande avanço.
O número de pessoas no Brasil com algum tipo de deformidade facial é muito elevado, em decorrência do alto índice de acidentes de trabalho, de trânsito e de vítimas da violência, além dos casos congênitos. O CTI avalia que a adoção dessas tecnologias e procedimentos cirúrgicos por parte do Sistema Nacional de Saúde seria eficaz na reabilitação de pacientes, pois proporcionam resultados qualitativamente superiores, menores taxas de retorno e redução dos custos globais.
Área do Conhecimento
Ciências da Saúde
Palavras-chave – Entre 3 a 5 palavras
Portuguesa
Saúde
Portuguesa
Tecnologia
Portuguesa
Humanos
ODS
ODS 9: Indústria, Inovação e Infraestrutura
ODS 4: Educação de Qualidade
Referência da Pesquisa Original
Disponível em : https://canalciencia.ibict.br/ciencia-em-sintese1/ciencias-da-saude/149-computacao-grafica-e-prototipagem-rapida-dinamizam-e-aprimoram-cirurgias-complexas . Acesso 16 jun 2022.
Material Complementar
CANALCIÊNCIA (portal). Computadores digitalizam modelos tridimensionais dos dinossauros brasileiros.Brasília, 26 jun. 2003. seção: banco de pesquisas. Disponível em: http://www.canalciencia.ibict.br/pesquisas/pesquisa.php?ref_pesquisa=122 Acesso em: 10 mar. 2008.
NERI, Volpato. Prototipagem rápida: tecnologias e aplicações. São Paulo: Editora Edgard Blucher, 2007. 272 p. Disponível em: http://www.blucher.com.br/livros.asp?Codlivro=03888 Acesso em: 20 mar. 2008.
NERI, Volpato. Prototipagem rápida: tecnologias e aplicações. São Paulo: Editora Edgard Blucher, 2007. 272 p. Disponível em: http://www.blucher.com.br/livros.asp?Codlivro=03888 Acesso em: 20 mar. 2008.
Data da publicação do texto de divulgação
May 23, 2005