Desenvolvimento de um protótipo de órtese produzido por manufatura aditiva para imobilização do quadril infantil

Abstract

Infantile hip development dysplasia (DDH) is a common orthopaedic condition that if left untreated can cause sequelae in adulthood. DDH occurs in 5 out of every 1,000 births compromising femoral head insertion in the acetabulum. In infants over six months of age, the treatment of DDH consists of a tenotomy surgery and immobilization of the hip and leg joint with pelvipodalic cast for up to 120 days. Prolonged use of Spica cast generates various complications such as skin problems due to poor hygiene, itching, ulceration, dermatitis, infection, pressure area formation, plaster fracture in 11% of cases and increased body temperature. Despite the emergence of innovative products in medicine, few innovations have been developed in the area of treating DDH. This research was a collaborative project between the Institute of Science and Technology of the Federal University of São Paulo and the paediatric orthopaedics department at Doctor José de Carvalho Florence Municipal Hospital in São José dos Campos, São Paulo, which has DDH as its main cause immobilization of the child's hip with plaster cast. The research was carried out with the support of the company 3DTime and resulted in a prototype of children's hip orthosis, produced by 3D printing with deposition process of polymeric material in sizes P, M and G that can be used to replace the plaster in the treatment of DDH in infants from 6 to 18 months of age. The Design Thinking process was used to develop a device based on the experience of the user and their caregiver to minimize the daily difficulties encountered during DDH treatment. The methodology was developed based on a virtual baby corresponding to the age of 4 months that was modelled from a 3D humanoids platform and manufactured by 3D printing in the Salter position. From this model, hip orthosis prototypes with different closure systems were developed, manufactured and evaluated, until a final design was defined. A simplified computational simulation was performed to evaluate the structure of the orthosis. Two clinical trials were conducted with healthy volunteer infants using the orthosis to assess fit, ergonomics, comfort, closures and diaper change. The result of the research was the development of a hip abductor orthosis prototype produced from biodegradable material (PLA) with innovative, lightweight, durable, hygienic and ergonomic design. Research has confirmed the feasibility of orthosis production, but several scientific and technical challenges still need to be addressed in order to be able to perform clinical trials with the orthosis replacing the plaster in the treatment of DDH in order to solve this problem of paediatric orthopaedics by improving quality. of life of the baby and its caregiver in the treatment of DDH. The orthosis will be an innovative product that will serve the Brazilian market with the possibility of expansion to the international market as DDQ is a problem that affects infants worldwide.

A displasia do desenvolvimento do quadril infantil (DDQ) é uma condição ortopédica comum que se não tratada pode causar sequelas na vida adulta. A DDQ ocorre em 5 para cada 1.000 nascimentos comprometendo o encaixe da cabeça femoral no acetábulo. Em lactentes acima de seis meses de idade, o tratamento de DDQ consiste em uma pequena cirurgia de tenotomia e imobilização da articulação do quadril e pernas com gesso pelvipodálico por um período de até 120 dias. O uso prolongado do gesso gera várias complicações como problemas de pele devido à falta de higiene adequada, prurido, ulceração, dermatite, infecção, formação de áreas de pressão, fratura de gesso em 11% dos casos e aumento da temperatura corporal. Apesar do surgimento de produtos inovadores na medicina, poucas inovações têm sido desenvolvidas na área de tratamento de DDQ. Esta pesquisa foi um projeto colaborativo entre o Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal de São Paulo e o setor de ortopedia pediátrica do Hospital Municipal Dr. José de Carvalho Florence em São José dos Campos, São Paulo, que tem a DDQ como causa mais frequente de imobilização do quadril infantil com gesso. A pesquisa foi realizada com apoio da empresa 3DTime e resultou em um protótipo de órtese de quadril infantil, produzido por impressão 3D com processo de deposição de material polimérico nos tamanhos P, M e G que pode ser utilizado para substituir o gesso no tratamento de DDQ em lactentes de 6 a 18 meses de idade. O processo de Design Thinking foi utilizado para desenvolver um dispositivo com base na experiência do usuário e seu cuidador para minimizar as dificuldades encontradas no dia a dia durante tratamento de DDQ. A metodologia foi desenvolvida com base em um bebê virtual correspondendo à idade de 4 meses que foi modelado a partir de uma plataforma de humanoides 3D e manufaturado por impressão 3D na posição de Salter. A partir deste modelo, protótipos de órtese de quadril com diferentes sistemas de fecho foram desenvolvidos, manufaturados e avaliados, até a definição de um design final. Uma simulação computacional simplificada foi realizada para avaliar a estrutura da órtese. Dois ensaios clínicos foram realizados com lactentes sadios voluntários utilizando a órtese para avaliar o encaixe, ergonomia, conforto, fechos e troca de fraldas. O resultado da pesquisa foi o desenvolvimento de um protótipo de órtese abdutora de quadril produzida com material biodegradável (PLA) com design inovador, leve, resistente, higienizável e ergonômica. A pesquisa confirmou a viabilidade de produção da órtese, mas vários desafios científico e técnicos ainda precisam ser solucionados para que se possa fazer ensaios clínicos com a órtese, substituindo o gesso no tratamento de DDQ, com o objetivo de resolver este problema da ortopedia infantil, melhorando a qualidade de vida do bebê e de seu cuidador no tratamento de DDQ. A órtese será um produto inovador que atenderá o mercado brasileiro com possibilidade de expansão para o mercado internacional, visto que a DDQ é um problema que atinge lactentes em todo o mundo.