Desenvolvimento de escâner 3d modular para planejamento cirúrgico virtual

Abstract

Dentro do âmbito do planejamento cirúrgico, busca-se cada vez mais a automatização do processo de medição de partes do corpo de pacientes de cirurgias plásticas. Porém, enquanto medições manuais podem ser incômodas e imprecisas, medições por escaneamento em 3 dimensões (3D) são usualmente caras e pouco acessíveis à população em geral. Com este trabalho, propõe-se o desenvolvimento de um artefato de baixo custo, capaz de realizar o escaneamento preciso de pacientes que serão submetidos a cirurgias plásticas, como reconstrução auricular, mamoplastia de aumento, sequência Pierre Robin e cirurgia ortognática. Tal proposição busca aumentar a assertividade de cirurgias e diminuir o número de cirurgias de correção devido ao planejamento incorreto ou impreciso. Como resultado, foi desenvolvido um escâner por fotogrametria com peças de alumínio, polímeros de impressão 3D e madeira, com iluminação em barras de led, suporte modular para câmeras e movimentos automatizados em 2 eixos. O artefato mostrou resultados compatíveis com sua aplicação, realizando escaneamentos de 1 minuto e 10 segundos até 3 minutos e 50 segundos, gerando malhas em 3D da região do peito e cabeça, em até 270°, que permitem a análise de detalhes do corpo do paciente. O custo total para sua execução foi de R$1.786,37. Todos estes resultados mostraram que tal equipamento possui melhores custo-benefícios que alternativas como métodos manuais e por luz-estruturada, apesar de ter apresentado custo-benefício similar ao de fotogrametrias feitas puramente por smartphones. Durante o trabalho foi desenvolvida uma tabela de pontuação de alternativas que sugerem as melhores formas de se construir um escâner por fotogrametria, segundo as delimitações do projeto. Por fim, sugere-se para trabalhos futuros estruturas mais rígidas para o escâner e possibilidade de aplicação para escaneamento de bebês, cadeirantes e outras pessoas com dificuldades motoras.

Within the scope of surgical planning, it’s been increasingly seeked for the automation of the process of measuring body parts of patients undergoing plastic surgery. However, while manual measurements can be uncomfortable and imprecise, tridemensional scanning (3D scanning) is usually expensive and gives little gain to the population in general. With this work, the development of a low-cost artifact is proposed, built on the basis of Design Science Research, capable of making precise 3D scanning of patients who will undergo plastic surgery such as ear reconstruction, augmentation mammoplasty, Pierre Robin Sequence and orthognathic surgery. This proposition intends to increase the assertiveness of surgeries and reduce the number of correction surgeries due to incorrect or imprecise planning. As result, a scanner was developed with aluminum, 3D printing polymer parts and wood, with LED bar lighting, modular mount for camera and automated movements in 2 axis. The artifact showed benefits in terms compatible with its application, making scans since 1 minute and 10 seconds to 3 minutes and 50 seconds, creating mashes in 3D of the chest and head, as far as 270°, that allow the analysis of details of the pacient’s body. The total cost for its execution was about R$1.786,37. All these results showed that such equipment has better cost-effectiveness than alternatives such as manual methods and structured-light, despite having presented cost effectiveness similar to photogrammetry made purely by smartphones. During the work, an alternatives scores table was developed, suggesting the best ways to build a photogrammetry scanner, according to the project initial boundaries. Finally, it is suggested for future works more rigid structures for the scanner and the possibility of application for scanning babies, wheelchair users and other people with motor difficulties.