Adaptação eletrônica de um leitor mecânico de coto, investigação e desenvolvimento de interface CAD

Due to advances in the manufacturing process of orthopedic prostheses, the need for better quality shape reading techniques (i.e. with less uncertainty) of the residual limb of amputees became a challenge. To overcome these problems means to be able in obtaining accurate geometry information of the limb and, consequently, better manufacturing processes of both transfemural and transtibial prosthetic sockets. The key point for this task is to customize these readings trying to be as faithful as possible to the real profile of each patient. Within this context, firstly two prototype versions (α and β) of a 3D mechanical scanner for reading residual limbs shape based on reverse engineering techniques were designed. Prototype β is an improved version of prototype α, despite remaining working in analogical mode. Both prototypes are capable of producing a CAD representation of the limb via appropriated graphical sheets and were conceived to work purely by mechanical means. The first results were encouraging as they were able to achieve a great decrease concerning the degree of uncertainty of measurements when compared to traditional methods that are very inaccurate and outdated. For instance, it's not unusual to see these archaic methods in action by making use of ordinary home kind measure-tapes for exploring the limb's shape. Although prototype β improved the readings, it still required someone to input the plotted points (i.e. those marked in disk shape graphical sheets) to an academic CAD software called OrtoCAD. This task is performed by manual typing which is time consuming and carries very limited reliability. Furthermore, the number of coordinates obtained from the purely mechanical system is limited to sub-divisions of the graphical sheet (it records a point every 10 degrees with a resolution of one millimeter). These drawbacks were overcome by designing the second release of prototype β in which it was developed an electronic variation of the reading table components now capable of performing an automatic reading (i.e. no human intervention in digital mode). An interface software (i.e. drive) was built to facilitate data transfer. Much better results were obtained meaning less degree of uncertainty (it records a point every 2 degrees with a resolution of 1/10 mm). Additionally, it was proposed an algorithm to convert the CAD geometry, used by OrtoCAD, to an appropriate format and enabling the use of rapid prototyping equipment aiming future automation of the manufacturing process of prosthetic sockets.

Devido aos avanços no processo de fabricação de próteses ortopédicas, a necessidade de uma melhor qualidade técnica na leitura da forma (i.e., com menos incertezas) da parte residual dos amputados tornou-se um desafio. Para superar esses problemas é necessário ser capaz de obter informações precisas da geometria do membro e, consequentemente, melhorar os processos de fabricação de próteses e cartuchos transfemurais e transtibiais. O ponto-chave para esta tarefa é personalizar essas leituras tentando ser o mais fiel possível ao verdadeiro perfil de cada paciente. Dentro deste contexto, duas versões (α e β) de um protótipo de um scanner 3D mecânico para ler forma residual de membros com base em técnicas de engenharia reversa foram concebidas. Protótipo β é uma versão melhorada do protótipo α, apesar de ainda trabalhar em modo analógico. Ambos os protótipos são capazes de produzir uma representação CAD do membro através de apropriada planilha gráfica e foram concebidos para funcionar exclusivamente através de meios mecânicos. Os primeiros resultados foram encorajadores, uma vez que foram capazes de conseguir uma grande redução em relação ao grau de incerteza das medições quando comparadas com as dos métodos tradicionais, que são muito imprecisas e desatualizadas. Por exemplo, não é incomum ver estes métodos arcaicos sendo usados utilizando fitas métricas caseiras para medir a forma da perna do paciente. Embora o protótipo β tenha melhorado as leituras, ainda é necessário alguém para introduzir os pontos plotados (i.e., aqueles marcados na planilha em formato de disco gráfico) para um software acadêmico CAD chamado OrtoCAD. Esta tarefa é realizada por digitação manual, que é morosa e tem confiabilidade limitada. Além disso, o número de coordenadas obtidas a partir do sistema puramente mecânico é limitado às subdivisões do disco gráfico (ele grava um ponto a cada 10 graus com uma resolução de um milímetro). Estes inconvenientes foram resolvidos na concepção da segunda versão do protótipo β, na qual foi desenvolvida uma adaptação eletrônica, tornando-o capaz de realizar uma leitura automática (i.e., sem intervenção humana no modo digital). Um software de interface (i.e., driver), foi desenvolvido para facilitar a transferência de dados. Resultados muito melhores foram obtidos significando menor grau de incerteza (ele registra um ponto a cada 2 graus com uma resolução de 1/10 mm). Além disso, foi proposto um algoritmo para converter a geometria CAD, utilizada pelo OrtoCAD, para um formato adequado e que permita a utilização de equipamento de prototipagem rápida destinado a uma futura automação do processo de fabricação dos cartuchos de próteses.