BR112021002103B1 - Método para projeto de palmilhas - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PROJETO DE PALMILHAS. A presente invenção fornece um método orientado por algoritmos que utiliza um conjunto de técnicas matemáticas e procedimentos numéricos, para realizar um projeto automático de palmilhas terapêuticas. Um dos objetivos desta invenção é o alívio da sobrepressão em tecidos moles, o alinhamento de segmentos ósseos e a redistribuição de cargas localizadas em zonas específicas do pé.

Description

1. Resumo

[001] Um método automatizado para o projeto de palmilhas terapêuticas.

2. Fundamentos da invenção

[002] Os objetivos principais de uma palmilha terapêutica são o alívio dos picos de pressão sob o pé e o alinhamento ósseo do membro inferior, que podem produzir dor e desconforto durante o passo ou ficar em pé de um indivíduo.

[003] No passado, as palmilhas eram feitas através de processos manuais e / ou métodos de projeto baseados no senso comum, o que nem sempre se apoia em princípios científicos. A personificação da palmilha, sua forma e a seleção do material dependem da experiência do ortopedista, que normalmente possui baixo ou nulo grau de treinamento e grande carência de respaldo teórico e quantitativo. Além disso, as prescrições médicas feitas a um paciente por um profissional de traumatologia podem incluir apenas indicações mínimas ou muito generalizadas, que não têm relevância importante no projeto final da palmilha.

[004] Embora avanços tecnológicos significativos tenham ocorrido nos processos de fabricação, que consideram o uso de sistemas CNC ou impressão 3D, o atual processo de projeto de palmilhas ainda utiliza técnicas baseadas em moldes de pés, que são posteriormente modificados manualmente ou digitalmente, de acordo com os critérios ortopedistas particulares.

[005] Independentemente do sistema de fabricação utilizado, as palmilhas terapêuticas manterão alto grau de imprecisão e eficácia limitada sem utilizar um método de projeto automatizado, que integra todas as variáveis que podem influenciar na sua concepção, considerando critérios bem definidos e robustos. Além disso, o processo manual inerente aos métodos anteriores estará relacionado a custos mais elevados, devido à maior intensidade de trabalho.

[006] A presente invenção fornece um método de projeto orientado por algoritmo para o projeto de palmilhas terapêuticas, que é capaz de implementar uma pluralidade de variáveis de diferentes origens, em uma linguagem matemática comum, para a análise do comportamento individual e a geração de uma palmilha terapêutica personalizada.

[007] Existem publicações que têm tentado resolver esses problemas, apresentando métodos ou sistemas para a automatização na fabricação de palmilha e o uso de placas de pressão de scanner e outros dispositivos avançados para coleta de amostras de pacientes. No entanto, têm sido insuficientes para se chegar a uma solução real e eficiente, o que implica um projeto de palmilha ideal sem processos manuais. Como exemplo, algumas dessas publicações são descritas abaixo:

[008] JP 2001 / 321.359 é uma publicação que detalha a importância do alinhamento do osso com base na distribuição de pressão única. No entanto, divulga gerar um mapeamento da pressão plantar, baseado exclusivamente nos referidos parâmetros (alinhamento dos ossos). Isso prevê a fabricação de uma palmilha que permite a redução das pressões na planta, de forma que a distribuição seja calculada.

[009] US 7.206.718 descreve um método para projetar e produzir uma sola, que reduz as pressões na planta de uma pessoa. Menciona os problemas de outras técnicas anteriores, relacionados ao fato de que geralmente são feitas a partir de uma forma negativa do pé. Descreve a medição da forma 3D do pé (col. 2), a distribuição das pressões plantares (col. 2), bem como informações médicas ("dados do médico", col. 5). Também descreve o alinhamento da sola do pé em relação ao formato do pé (coluna 6). Posteriormente, uma sola de base é escolhida, que melhor corresponde à forma 3D do pé, e então, a partir das pressões e do alinhamento, as regiões onde a referida sola predeterminada deve ser modificada são identificadas, de modo que as pressões na sola sejam minimizadas (col. 10, reivindicação 1). O impacto de um médico no projeto, embora mal mencionado, não é detalhado. O uso de um sistema de aprendizagem automática também não é mencionado.

[0010] "Custom Therapeutic Insoles Based on Both Foot Shape and Plantar Pressure Measurement Provide Enhanced Pressure Relief", DIABETES CARE, VOLUME 31, NÚMERO 5, MAIO de 2008, é um ensaio, em que dados, como histórico médico (mas não é especificado que foi efetivamente utilizado), as pressões plantares e as impressões de borracha (formato 3D) são transmitidos para diferentes empresas, para que elas mesmas façam solas ortopédicas. Em particular, é ensinado que a empresa Z utilizou um algoritmo que levou em consideração o perfil de pressão, e a forma 3D, para gerar um modelo 3D de uma sola, que posteriormente foi considerado adequado. Dentre as empresas avaliadas (X, Y, Z), determinou- se que a empresa Z teve melhor desempenho. No entanto, não é especificado obter valores de referência a partir do histórico médico, nem é mencionado o alinhamento, ou a utilização, de um sistema de aprendizagem automática.

[0011] Por outro lado, US 7.409.256, US 7.493.230 e US 2016 / 249.829 detalham extensivamente a aquisição de perfis de pressão plantar, embora apenas US 7.493.230 e US 2016 / 249.829 mencionem a varredura da forma 3D. Esses documentos descrevem a criação de uma sola a partir de tais dados.

[0012] US 2014 / 277.658 apresenta um sistema para projetar e fabricar calçados, que considera a varredura da forma 3D, e o alinhamento do pé de um paciente ([0010-0013]). Também considera parâmetros clínicos, como condições cirúrgicas, dermatológicas e neurológicas [0013, 0014]. A análise de pressão, embora mencionada, não é detalhada em nenhuma extensão. Por outro lado, o sistema descrito não é específico no detalhamento do processamento dos dados para a produção de um projeto, mas simplesmente fala em "programação adequada", o que o deixa em um escopo bastante genérico. Finalmente, o alinhamento ou a utilização de um sistema de aprendizagem automática não é mencionado.

[0013] Por fim, US 9.910.425 descreve como criar uma sola, começando pela varredura da forma 3D do pé e o alinhamento da coluna e da perna. Não menciona o perfil de pressão.

[0014] É visto que, na técnica anterior, vários métodos são divulgados para projetar solas ortopédicas, que incluem a varredura da forma 3D e da pressão plantar.

[0015] No entanto, não inclui detalhes específicos do processamento dos parâmetros clínicos. Também não é observada uma parametrização a partir de uma análise prévia de dados a partir de fontes de informação científica (publicações).

[0016] Assim, identifica-se a necessidade de realizar uma invenção que leve em consideração esta informação, para o desenho de palmilhas que proporcionem um calçado mais confortável.

3. Sumário da invenção

[0017] É divulgado um método para o projeto de palmilhas terapêuticas que compreende os passos de: fornecer uma pluralidade de critérios médicos sobre a biomecânica da extremidade inferior do corpo e uma pluralidade de critérios de projeto de palmilhas terapêuticas, cujos parâmetros são previamente determinados de uma maneira arbitrária; fornecer um banco de dados com informações de dados de forma interna, que incluem a forma e as características das principais marcas e modelos de calçados do mercado; determinar uma entrada individual específica por um exame e / ou entrevista clínica com base na existência de patologias e condições concomitantes, indicadores de atividades físicas, observação da postura, dimensões anatômicas e antropometria de pé, fornecendo um primeiro dispositivo para medir a pressão plantar dinâmica e / ou estática do pé; determinar, pelo primeiro dispositivo, um conjunto de dados de pressão plantar, para a medição da função do pé e análise de passo, durante um determinado intervalo de tempo; fornecer um segundo dispositivo para medir o alinhamento de segmentos ósseos da extremidade inferior do corpo; determinar, pelo segundo dispositivo, um conjunto de dados de imagem para a medição do alinhamento de segmentos ósseos da extremidade inferior do corpo e a relação entre eles; fornecer um projeto orientado por algoritmo para realizar o projeto de uma pluralidade de elementos tridimensionais, determinar pelo menos o seguinte: um conjunto de instrumentos de implementação, que contém a implementação matemática e de programação de todas as recomendações e critérios médicos que foram compilados na revisão sistemática e estudos internos; uma caracterização individual, que contém as doenças, patologias, atividades físicas e todas as análises relacionadas ao médico, com base nos dados individuais específicos obtidos anteriormente. Um conjunto de caracterizações plantares do indivíduo, que contém uma análise de pegada e uma análise de passo, a partir dos dados obtidos pelo primeiro aparelho; um conjunto de caracterizações de alinhamento do alinhamento ósseo individual, que contém uma representação e análise de inclinação, com base nos dados obtidos pelo segundo dispositivo; um conjunto de formas é determinado a partir dos dados de forma interna e da pluralidade de caracterizações, que são ponderadas individualmente ou correlacionadas; uma diversidade de parâmetros geométricos das formas mencionadas anteriormente, cujos tipos de valores podem ser ângulos, comprimentos e porcentagens; usar o referido projeto orientado por algoritmo para determinar a pluralidade de elementos tridimensionais.

4. Descrição dos desenhos

[0018] A Figura 1 é um fluxograma mostrando uma modalidade para um método para medir dados individuais, criando um modelo 3D e fabricando uma palmilha terapêutica, que usa um projeto orientado por algoritmo.

[0019] A Figura 2 é um fluxograma mostrando as diferentes partes compreendidas no referido método de projeto orientado por algoritmo, para interpretar e caracterizar dados específicos a partir de um indivíduo, construir formas e parâmetros, e construir elementos para construir o referido modelo 3D.

[0020] A Figura 3 ilustra a caracterização plantar, que é construída com base nos dados de pressão plantar.

[0021] A Figura 4 ilustra a caracterização de alinhamento, que é construída com base em dados de reconhecimento de imagem.

[0022] A Figura 5 ilustra o processo de criação das formas, que são construídas com um conjunto de caracterização plantar, uma caracterização individual, caracterização de alinhamento e dados de forma interna.

[0023] A Figura 6 ilustra a construção do Elemento de Arco, dado um conjunto de Formas e um conjunto de Parâmetros.

[0024] A Figura 7 ilustra o efeito da variação nos valores dos dados parâmetros, criando diferentes versões na geometria de um elemento.

[0025] A Figura 8 mostra um conjunto de elementos que podem ser considerados no método de projeto de palmilha terapêutica.

[0026] A Figura 9 é um fluxograma mostrando uma modalidade para um método, que incorpora uma pluralidade de alternativas, tais como: realimentação individual, modificação do médico, sistemas de aprendizagem de máquina e análise de elementos finitos para um método de projeto de palmilha terapêutica.

5. Descrição detalhada da invenção

[0027] A presente invenção fornece um método orientado por algoritmo que usa um conjunto de técnicas matemáticas e procedimentos numéricos, para realizar um projeto automático de palmilhas terapêuticas. Um dos objetivos desta invenção é o alívio da sobrepressão nos tecidos moles, o alinhamento de segmentos ósseos e a redistribuição das cargas localizadas em zonas específicas do pé.

[0028] Um método, mostrado esquematicamente na Figura 1, compreende substancialmente uma caracterização matemática das anomalias de passo em um indivíduo, e sua relação com critérios médicos previamente definidos, para a construção de um modelo tridimensional, que é então utilizado para a confecção de uma palmilha terapêutica única para um determinado indivíduo. Este método também fornece rastreabilidade em cada parte do processo, para posterior análise e eventualmente melhorias nas palmilhas obtidas.

[0029] ENTRADA DE REVISÃO SISTEMÁTICA 01. Um conjunto de revisões sistemáticas 01 são previamente realizadas em um processo independente, para coletar e analisar estudos e publicações, que contenham o estado da técnica sobre o desenho de palmilhas terapêuticas e relações biomecânicas da extremidade inferior do corpo e pé. Os algoritmos correspondentes analisam os resultados encontrados na literatura para convertê-los em equações e / ou operações numéricas.

[0030] Essas revisões sistemáticas podem compreender um subconjunto de estudos internos 02, publicados ou não, realizados pelos inventores desta patente, por eles próprios ou com especialistas em diversas disciplinas como engenharia, cinesiologia e medicina.

[0031] A pluralidade de revisões sistemáticas 01, juntamente com suas análises, conclusões e implementação numérica nos algoritmos citados, são armazenadas em um banco de dados centralizado, que pode ser atualizado periodicamente com a inclusão de novos estudos realizados.

[0032] De acordo com a experiência do inventor, os critérios médicos coletados devem conter pelo menos estas categorias: • objetivos da palmilha desejados; • anatomia do pé a; • instrumentos de medição; • faixas de normalidade e anomalia; • geometria dos elementos de palmilha; • inter-relação dos elementos de palmilha; • outros.

[0033] Objetivos de palmilha desejados: deve, pelo menos, incluir os objetivos que devem ser alcançados para se obter um projeto de palmilha ideal. Por exemplo, redistribuição da pressão de pé plantar, alinhamento de segmentos ósseos, sensação de conforto, redução da dor, entre outros.

[0034] Anatomia do pé: deve compreender, no mínimo, a dimensão, áreas e pontos importantes do pé, como a localização de protuberâncias ou extremidades ósseas que sejam úteis para a construção dos elementos de palmilha. Entre eles estão, por exemplo, o eixo longitudinal do pé, os contornos do antepé, médio e retropé, pico de pressão, centro de pressão, localização das cabeças metatarsais, localização do calcanhar, localização dos dedos, entre outros.

[0035] Instrumentos de medição: devem compreender, no mínimo, aqueles instrumentos que são utilizados para encontrar e identificar algumas condições e geometrias do pé, além do alinhamento do membro inferior e seus eixos. Entre eles estão, por exemplo, alguns instrumentos para descrição plantar como ângulo de Clarke, índice de Chippaux- Smirak, índice de arco e índice de excursão de centro de pressão CPEI. Relacionados à descrição biomecânica do membro inferior estão instrumentos como linha de ajuda, ângulo de pronação / supinação de articulação subtalar, queda de navicular e ângulo de arco longitudinal, entre outros.

[0036] Intervalos de normalidade e anomalia: devem compreender, pelo menos, os valores mais comuns na população, com a respetiva segmentação de raças e culturas, para cada variável utilizada no processo de projeto. Dentre eles estão, por exemplo, o intervalo de pressão normal, como medido pela localização de cabeças metatarsais, o intervalo de variabilidade da localização de centro de equilíbrio, ou o desvio normal no centro de pressão durante o passo, entre outros.

[0037] Geometria dos elementos de palmilha: devem compreender pelo menos os critérios relevantes para a forma, dimensão e localização dos diferentes elementos de palmilha 08, que juntos constituem uma palmilha terapêutica, e os parâmetros geométricos 17 que os influenciam.

[0038] Inter-relação dos elementos de palmilha: deve compreender pelo menos a descrição estabelecida da coexistência e dependência entre os diferentes elementos de palmilha 08 que compõem uma palmilha terapêutica, e como a configuração específica de um deles pode influenciar os outros, e vice-versa.

[0039] DADOS DE FORMA INTERNA 03. Um mau encaixe da palmilha no calçado, onde é encaixada, pode distorcer fortemente o seu desempenho, sendo necessária e determinante a inclusão das condições do calçado onde a palmilha será colocada. Para tanto, deve-se levar em consideração os dados de forma interna 03, do calçado específico em que a palmilha terapêutica é utilizada. Os referidos dados de forma interna 03 incluem pelo menos o tamanho, o perímetro interno, a forma interna e a estrutura de entressola do sapato específico.

[0040] A construção de dados de forma interna 03 é realizada de forma independente, gerando um banco de dados completo, que contém as informações das principais marcas e modelos de calçados do mercado, e seus formatos específicos, com um ou mais dispositivos para essa finalidade, ou uma estimativa do médico em outro caso.

[0041] DADOS ESPECÍFICOS DE INDIVÍDUO 25. O projeto de palmilha terapêutica considera as características únicas de cada indivíduo, como base para fornecer uma solução particular para cada pé, em um determinado contexto. Uma pluralidade dessas características únicas gera uma entrada individual específica 04, um conjunto de dados de pressão plantar 05 e um conjunto de dados de imagem 06. Também pode incluir dados de varredura 3D 24, como mostrado mais tarde na modalidade 101.

[0042] Nem todas as entradas relevantes para o projeto da palmilha terapêutica podem ser obtidas por meio de dispositivos eletrônicos, portanto, a inclusão de uma entrada individual específica 04 é um passo essencial do método de projeto proposto. Considera principalmente a identificação e dados pessoais, anamnese, doenças concomitantes, índices de atividade física, dimensões corporais e antropometria de pé. Em algumas modalidades, também pode incluir o diagnóstico do médico e / ou cirurgião. Essas entradas são coletadas por meio digital pelo médico e / ou pela pessoa que projetará a palmilha.

[0043] O método de projeto proposto considera a coleta de dados de pressão plantar 05, dado um conjunto de exames de pressão plantar, obtidos por meio de dispositivo de pressão plantar. Tal dispositivo pode ser uma placa de pressão Footwork da AMCube do Reino Unido, que tem uma série de sensores de pressão distribuídos em uma placa. O passo do indivíduo é medido por meio de pelo menos três amostras dinâmicas de cada pé, e o indivíduo em pé por meio de pelo menos uma amostra estática por 15 segundos. É possível realizar o projeto de palmilha com apenas uma amostra dinâmica de pressão, porém, aumentar o número de amostras, consequentemente aumentará a precisão da solução fornecida.

[0044] O método de projeto proposto também considera o alinhamento do membro inferior do corpo, que é obtido por meio de um conjunto de dados de imagem 06 do membro inferior do indivíduo, obtido com um dispositivo para essa finalidade. Tal dispositivo pode ser uma câmera fotográfica Nikon D90. As caracterizações individuais de alinhamento 14 são então obtidas através de um processo de reconhecimento de imagem, como o alinhamento da tíbia e do calcâneo de ambos os pés.

[0045] PROJETO ORIENTADO POR ALGORITMO 07. A entrada de Revisão Sistemática 01, em conjunto com os dados de forma interna 03 e os dados específicos individuais 25, fornece as informações necessárias para realizar um projeto orientado por algoritmo 07, que dá como resultado os elementos de palmilha 08 que compõem um Modelo 3D 09, como mostrado na Figura 2. Os dados específicos de indivíduo 25 foram obtidos nos processos descritos anteriormente, contêm a entrada individual específica 04, os dados de pressão plantar 05 e os dados de imagem 06.

[0046] O projeto orientado por algoritmo 07 envolve a geração de um conjunto de Instrumentos de implementação 12, que contém a implementação matemática e de programação de todas as recomendações e critérios médicos, que foram compilados na entrada de Revisão Sistemática 01. Este conjunto de instrumentos é tomado como a base necessária para realizar todas as caracterizações 13, 14 e 15, construir as Formas 16 e calcular os Parâmetros 17, conforme explicado a seguir.

[0047] O projeto orientado por algoritmo 07 realiza um grupo de processos de caracterização. Este grupo deve conter pelo menos: • uma Caracterização plantar 13, para cada uma das amostras obtidas nos dados de pressão plantar 05; • uma Caracterização de Alinhamento 14, para o conjunto de imagens obtidas nos Dados de imagem 06; • uma caracterização individual 15, para as informações coletadas por meio da Entrada individual específica 04.

[0048] O projeto orientado por algoritmo 07 realiza uma construção de Formas 16 que, em conjunto com os Parâmetros 17 calculados, são usadas para construir os Elementos de Palmilha 08, que compõem o Modelo 3D 09 da palmilha terapêutica 11.

[0049] Caracterizações plantares 13. O método proposto considera a construção de uma Caracterização plantar 13, para cada um dos exames de pressão plantar, do tipo dinâmico e / ou estático, de qualquer um dos pés, de acordo com os critérios médicos, resumidos e implementados através dos instrumentos de implementação 12.

[0050] A caracterização plantar 13 calcula um conjunto de formas geométricas tridimensionais, compostas por Pontos, Linhas, Polígonos e Curvas, entre outros. Essas são calculadas por meio de cálculos matemáticos e operações matriciais.

[0051] A caracterização plantar 13 é separada em 2 análises: estas são uma análise de pegada 18 e uma análise de passo 19, como mostrado na Figura 3.

[0052] Uma análise de pegada 18 infere a geometria de uma série de zonas e quantidades ao longo do pé, com base nos valores de pressão de pico e média, conforme medido em um exame de pressão dinâmico, por meio de níveis de contorno. Entre esses valores, há, por exemplo, um eixo medial, um eixo lateral, um eixo bissetor, uma elipse de calcanhar, um arco longitudinal medial, uma esfera do pé, localização das cabeças metatarsais, localização dos dedos, uma quinta tuberosidade do metatarso, entre outros.

[0053] Além disso, a análise de pegada 18 identifica algumas patologias e condições relacionadas aos dados de pressão, como concentração de pressão em determinadas zonas e dor metatarsal.

[0054] Uma análise de passo 19 infere o comportamento de passo do indivíduo, com base nos valores de sensor ao longo do tempo, que são medidos em uma determinada frequência de amostragem, que depende do dispositivo de pressão plantar utilizado para esse fim. Dentre as grandezas calculadas na análise de passo, há, por exemplo, um centro de percurso de pressão, um percurso de pico de pressão, um peso individual, um conjunto de áreas de suporte, um conjunto de cargas de impacto, elevações de calcanhar e dedos, entre outros.

[0055] Além disso, a análise de passo 19 identifica algumas patologias e condições relacionadas ao comportamento, como pé chato, pé cavo, pé arqueado, pé supinador ou pronador, entre outros.

[0056] O conjunto de resultados obtidos com a análise de pegada 18 e análise de passo 19, de todos os dados de pressão plantar 05 do indivíduo, são então ponderados individualmente para a construção das Formas 16. Quanto maior o número de caracterizações plantares 13 obtidas, mais representativas e precisas serão as formas resultantes. Principalmente, porque a dependência das amostras com o tamanho de sensor diminuirá, assim tornando as formas mais suaves. Além disso, a construção de Formas, com base em diferentes caracterizações Plantares 13, prevê a homologação entre diferentes dispositivos de medição de pressão plantar, diferentes fabricantes e diferentes tamanhos de sensores, conforme disponibilizados ao público.

[0057] Caracterizações de alinhamento 14. O método proposto considera a construção de uma Caracterização de Alinhamento 14, para cada um dos dados de imagem do membro inferior do corpo, de acordo com os critérios médicos resumidos e implementados através dos Instrumentos de implementação 12.

[0058] A caracterização de Alinhamento 14 calcula um conjunto de formas geométricas tridimensionais compostas por Pontos, Linhas, Polígonos e Curvas, entre outros. Estes são calculados por meio de cálculos matemáticos e operações matriciais, baseados em algoritmos de reconhecimento de imagem.

[0059] A caracterização de Alinhamento 14 inclui a posição, inclinação e orientação do eixo de tíbia, eixo de calcâneo, bem como outras grandezas que podem ser relevantes para a obtenção das informações sobre a postura e a transmissão de cargas do corpo sobre os pés, conforme mostrado na Figura 4.

[0060] Além disso, a caracterização de alinhamento 14 identifica a representação óssea do pé, e algumas condições e patologias relacionadas com o alinhamento, que são, por exemplo, a geração de lesões ou grau de pronação e supinação do tornozelo.

[0061] O conjunto de resultados obtidos com a Caracterização de Alinhamento 14, de cada um dos dados de imagem 06 do indivíduo, são então ponderados individualmente para a construção das Formas 16 e o cálculo dos Parâmetros 17.

[0062] Caracterização individual 15. O método proposto considera a construção de uma caracterização individual 15, com o conjunto de dados coletados por meio da Entrada individual específica 04, de acordo com os critérios médicos resumidos e implementados por meio dos Instrumentos de implementação 12.

[0063] A Caracterização Individual 15 lê e interpreta o histórico médico e anamnese, doenças concomitantes, índices de atividade física, dimensões corporais e antropometria de pé, entre outros, e todos os dados relevantes necessários para a realização do projeto de palmilha terapêutica.

[0064] O conjunto de resultados obtidos com a caracterização individual 15 é utilizado para a construção das Formas 16.

[0065] Formas 16 e Parâmetros 17. Os Elementos 08 que compõem um Modelo 3D 09 da Palmilha terapêutica 11 são construídos com base em um conjunto de Formas 16 e Parâmetros 17, conforme determinado anteriormente, de acordo com os critérios médicos resumidos e implementados através dos Instrumentos de Implementação 12.

[0066] Como mostrado na Figura 5, um conjunto de formas 16 são calculadas a partir dos dados de forma interna 03, uma pluralidade de caracterizações, que incluem a caracterização plantar 13, a caracterização de alinhamento 14, a caracterização individual 15 e qualquer outra caracterização necessária, que são ponderadas em uma forma individual ou correlacionada com a entrada de Revisão Sistemática 01, por meio dos Instrumentos de implementação 12.

[0067] Os Parâmetros 17 contêm informações geométricas e têm os valores que serão usados para realmente construir a tridimensionalidade das Formas 16. Entre outros, os tipos de valor podem ser: ângulos, comprimentos e porcentagens, e eles têm influência direta na dimensão e localização desses Elementos 08.

[0068] É mostrado esquematicamente na Figura 6A à Figura 6E como os parâmetros são utilizados na construção do Arco Longitudinal, que é um exemplo dos Elementos de Palmilha 08, implementados no método de projeto.

[0069] Em um primeiro passo, curvas ou quantidades para a construção de um determinado elemento de palmilha 08, mas apenas aquelas que são consideradas a partir do grupo de Formas 16 gerado, conforme mostrado na Figura 6A. Neste caso particular, apenas duas curvas são levadas em consideração para construir o Arco, e estas são a borda interna de Arco (ou borda medial) e a borda externa de Arco (ou borda lateral).

[0070] Em um segundo passo, ocorre a construção do perfil de Arco. O perfil de arco é formado por duas curvas, como mostrado na Figura 6B, indicadas aqui como a primeira curva do perfil de arco e a segunda curva do perfil de arco. As curvas são construídas parametricamente com pontos de controle, seguindo alguns dos métodos de descrição matemática frequentemente utilizados em computação gráfica, como, por exemplo, curvas polinomiais, curvas Spline, curvas de Bezier ou curvas de Nurbs, entre outras. Com base na altura máxima do arco e na localização dessa altura, ambos os valores dados como parâmetros (aqui indicados como comprimento hmax e porcentagem hmax, respectivamente), uma localização de ponto intermediário pode ser calculada, que é usada como a união entre as duas curvas de perfil mencionadas anteriormente. Uma vez determinado esse ponto, ambas as curvas são construídas, considerando os valores dos parâmetros de ângulos e comprimentos que indicam a localização de ponto de controle de cada curva, aqui indicada como primeiro ângulo de elevação e primeiro ângulo de queda para o caso da primeira curva, e segundo ângulo de elevação e segundo ângulo de queda para o caso desta última.

[0071] Em um terceiro passo, o perfil de Arco gerado recentemente é conectado à borda interna de Arco, por meio de um grande número de curvas adicionais, que em conjunto são chamadas de gradiente de Arco, mostrado na Figura 6C. Cada uma dessas curvas é construída considerando os valores dos parâmetros de ângulos e de comprimentos, aqui indicados como ângulo de queda medial e ângulo de elevação lateral, que definem os pontos de controle necessários. Esses parâmetros são dados em uma lista de valores, cada um deles para cada curva.

[0072] Em um quarto passo, é realizada uma otimização na distribuição das curvas de gradiente de Arco, mostrada na Figura 6D, que leva em consideração outro conjunto de parâmetros que definem a discretização, ou separação máxima entre cada par de curvas, aqui indicada como comprimento de discretização medial e comprimento de discretização lateral. Além disso, um novo conjunto de parâmetros é considerado, para indicar quais seções de porcentagem da borda externa estão conectadas com as seções de porcentagem correspondentes da borda interna, para controlar a sobreposição entre elas.

[0073] Em um último passo, com base nas bordas externas e internas de arco previamente construídas, perfil de arco e gradiente de arco, a construção de uma superfície de topo e uma superfície lateral é realizada, como mostrado na Figura 6E, por meio de técnicas de discretização de malha, como, por exemplo, a triangulação de Delaunay. O grande número de faces conectadas por vértices permite a conclusão do Arco Longitudinal.

[0074] A variação nos valores dos dados parâmetros pode criar versões muito diferentes de um Arco Longitudinal, o que permite construir uma infinidade de formas para apenas um tipo de Elemento de Palmilha 08. Este recurso proporciona a versatilidade exigida pelo método proposto, para atingir o objetivo principal, que é obter a melhor solução que se adapte às necessidades de cada pessoa. Para ilustrar este conceito, é mostrado na Figura 7 um grupo de três Arcos Longitudinais, construídos com as mesmas curvas de Formas 16, mas usando valores diferentes para cada conjunto de parâmetros. Pode-se notar as diferenças entre eles. Mais uma vez, os valores escolhidos para os parâmetros dependeriam do objetivo que está sendo perseguido para esse indivíduo específico, o qual é definido com base nos Instrumentos de implementação 12.

[0075] Em resumo, cada Elemento de palmilha 08 considerado no método de projeto, que será enumerado na próxima seção, é construído seguindo o mesmo procedimento descrito anteriormente. Ou seja, cada elemento de palmilha 08 é construído a partir de um subconjunto específico, escolhido a partir do número total de formas calculadas 16, e considera diferentes parâmetros 17 para criar superfícies tridimensionais feitas de faces e vértices. Essas geometrias devem ser versáteis, robustas e precisas.

[0076] ELEMENTOS 08. A palmilha terapêutica 11 é composta por um conjunto de Elementos de Palmilha 08, que se localizam em zonas específicas ao longo do pé, com uma pluralidade de objetivos. A inclusão de um ou mais Elementos de Palmilha 08 no projeto de palmilha terapêutica pode responder a anomalias do indivíduo observadas no pé, ou são estabelecidas para alcançar melhorias no desempenho biomecânico do membro inferior, que é determinado pelo médico, ou pode obedecer à atividade que será utilizada, ou a uma pluralidade de outras variáveis, conforme desejado.

[0077] Como mostrado na Figura 8, uma palmilha terapêutica pode considerar dois ou mais elementos de palmilha, de uma grande lista de tipos de Elementos de Palmilha 08. Existe, por exemplo, uma Base, um Arco Longitudinal, uma Cúpula, uma Barra Retrocapital, uma Cobertura Plantar, uma Cunha Lateral, uma Cunha Medial, uma elevação de Calcanhar, um Verso de Filete, um Arco de Filete, entre outros. A existência dos Elementos de Palmilha 08 inseridos em um projeto específico, bem como sua dependência e correlação entre si, estão definidos na entrada de Revisão Sistemática 01, e são implementados no método por meio dos Instrumentos de implementação 12. Essas informações podem ser complementadas com uma entrada de Análise de Elemento Finito 23 e / ou Aprendizado de Máquina 22, como será descrito na modalidade 101.

[0078] MODELO 3D 09. O conjunto de Elementos de Palmilha 08 definidos anteriormente são criados e corretamente localizados, considerando os dados de forma interna 03, pelo projeto orientado por Algoritmo 07. Todo o grupo de Elementos de Palmilha 08 criados em conjunto conformam o Modelo 3D 09, que pode ser exportado em formato de troca apropriado para posterior fabricação (por exemplo, como formato de estereolitografia (STL)).

[0079] Em conjunto com o Modelo 3D 09, o processo é finalizado, escolhendo a materialidade e os detalhes de confecção necessários para o indivíduo específico, o que está diretamente relacionado à atividade para a qual a palmilha será utilizada.

[0080] FABRICAÇÃO 10. O processo de fabricação da palmilha está a cargo de um fabricante, que pode ser o mesmo médico que realizou o processo de método de projeto, ou outra entidade diferente. Para tanto, são entregues ao fabricante as especificações técnicas da palmilha, que consistem na materialidade, nos detalhes de confecção da palmilha e nos dados incluídos no Modelo 3D 09.

[0081] A palmilha terapêutica pode ser fabricada usando uma máquina de fabricação automatizada, como um dispositivo de controle numérico de computador (CNC). Por exemplo, um X-Carve 750 mm da Inventables Inc. (Estados Unidos) pode ser usado, com espumas de etileno-acetato de vinila fornecidas pela Ultralon (Nova Zelândia) com uma dureza variando de 30-200 graus JIS C.

[0082] Também pode ser construído com dispositivo de Impressora 3D, que deve ser capaz de utilizar materiais com comportamento mecânico adequado, como Poliuretano Elastomérico da Carbon Inc. (Estados Unidos), entre outros.

[0083] PROCESSOS COMPLEMENTARES 101. Como mostrado na Figura 9, o método proposto anteriormente pode ser complementado com um conjunto de processos adicionais, que podem ser listados da seguinte forma: • Modificação do médico 21; • Realimentação individual 20; • Análise de elementos finitos 23; • Aprendizado de máquina 22; • Dados de varredura 3D 24.

[0084] Cada um desses processos adicionais pode ser opcionalmente implementado individualmente ou em conjunto, dependendo das necessidades da palmilha, dos requisitos de médico ou dos requisitos individuais.

[0085] Modificação de médico 21. O grupo de Elementos 08 definido, bem como os valores dos Parâmetros 17 propostos automaticamente pelo projeto orientado por Algoritmo 07 podem ser modificados por um médico, caso seja necessário, para incorporar critérios arbitrários ou novos critérios médicos ainda não incluídos na Revisão Sistemática 01.

[0086] Por exemplo, um Médico pode modificar qualquer um dos Parâmetros 16 usados para construir o Arco Longitudinal, indicado anteriormente na Figura 6. Estes podem ser o comprimento hmax, porcentagem hmax, ângulos de elevação e queda 1, ângulos de elevação e queda 2, lista de ângulos de queda mediais, lista de ângulos de elevação laterais, porcentagens mediais A e B, porcentagens laterais A e B, comprimentos de discretização medial e lateral.

[0087] Realimentação individual 20. Uma vez entregue a palmilha terapêutica 11 ao indivíduo, é realizada uma série de entrevistas, onde se regista a sensação de conforto e eficácia da palmilha, o que conforma uma Realimentação Individual 20. Essas entrevistas são realizadas algumas semanas após a palmilha estar sendo usada. Por exemplo, uma entrevista pode ser realizada no final da primeira, quarta e décima segunda semanas.

[0088] Esta realimentação individual permite quantificar todas as variáveis que têm um forte componente subjetivo e dependem de cada indivíduo. Essa entrevista é feita seguindo metodologias padronizadas, como as mostradas em questionários da pontuação de Foot & Ankle Disability Index (FADI) ou similares, de padrão internacional, que medem tópicos como dor, conforto e facilidade de manutenção.

[0089] Análise de elementos finitos 23. Considera a análise com o método dos elementos finitos 23 (FEA), para a análise do material e da geometria da palmilha e seu comportamento mecânico, quando submetida a cargas específicas individuais estáticas e dinâmicas durante sua vida útil.

[0090] Construção de uma malha discreta a partir do Modelo 3D 09 gerado, cujo tamanho e tipo do elemento escolhido é feito de acordo com a Revisão Sistemática 01, implementada através dos Instrumentos de implementação 12. Uma abordagem eficiente, para resolver as equações diferenciais, que regem o método de elementos finitos, pode ser alcançada escolhendo uma relação adequada entre o tamanho e o tipo de elemento. Por exemplo, em uma análise linear, e usando elementos tipo linear, o tamanho máximo recomendado para o elemento discreto deve ser uma fração do comprimento de onda da carga dinâmica. O tamanho do elemento pode ser reduzido se a ordem do tipo de elemento aumentar, por exemplo, para o tipo em quadratura.

[0091] As propriedades mecânicas dos materiais que conformam a palmilha são incorporadas ao modelo de elementos finitos, com base nas especificações técnicas dos materiais disponíveis, indicadas pelo fornecedor do material. Entre essas propriedades, existem valores relacionados à rigidez, como módulo de elasticidade, resistência relacionada, como limite de escoamento e limite de ruptura, valores relacionados ao amortecimento, como razão de amortecimento, e relacionados à massa, como densidade, entre outros.

[0092] As cargas estáticas e dinâmicas são incorporadas ao modelo de elementos finitos, inferido a partir dos dados de pressão Plantar 05, para representar as características específicas do passo e postura do indivíduo. Essas cargas podem ser do tipo concentradas e / ou distribuídas.

[0093] Os resultados obtidos com a análise de elementos finitos 23 podem modificar os valores dos Parâmetros 17 originalmente calculados e do material especificado, seguindo os objetivos estabelecidos como redistribuição de cargas, dissipação de energia e alinhamento postural.

[0094] Aprendizado de máquina 22. Um sistema de aprendizado de máquina pode ser incorporado ao método de projeto, que é capaz de aprender com o processo de projeto individual de cada indivíduo, alimentado com os dados e parâmetros usados na construção do Modelo 3D 09, a partir da modificação do Médico 21 e a Realimentação Individual 20. Considera-se que o processo de aprendizagem realizado influencia na escolha dos valores dos Parâmetros no dimensionamento das futuras palmilhas, como entrada do Aprendizado de Máquina 22.

[0095] O Modelo 3D 09 obtido é utilizado para alimentar o sistema de Aprendizado de Máquina, seguindo o objetivo de encontrar as relações de dependência que possam existir entre os Elementos 08 e os Parâmetros 17 utilizados. Aqueles, que não possuem evidência científica de correlação, podem ser detectados e determinados pelo sistema de aprendizagem.

[0096] A realimentação Individual obtida 20 é utilizada para alimentar o sistema de Aprendizado de Máquina com o comportamento do indivíduo, seguindo o objetivo de encontrar as correlações que podem existir entre a Palmilha terapêutica fabricada 11 e a variável de conforto e eficácia quantificada na realimentação, que tem altos níveis de subjetividade.

[0097] A modificação de Médico 21 obtida é utilizada para alimentar o sistema de Aprendizado de Máquina, seguindo o objetivo de encontrar aqueles casos em que os valores calculados automaticamente pelo projeto orientado por algoritmo 07 não são bons o suficiente e requerem uma modificação externa.

[0098] Os resultados da análise de elementos finitos 23 são utilizados para alimentar o sistema de aprendizado de máquina, com o objetivo de encontrar as correlações que podem existir entre a palmilha terapêutica fabricada 11 e o comportamento mecânico da palmilha submetida às cargas individuais.

[0099] Dados de varredura 3D 24. Inclui um scanner tridimensional, para registrar a forma do pé durante a aquisição de dados específicos individuais. As informações adicionais medidas por este dispositivo podem ser relevantes em alguns casos particulares de indivíduos excepcionais, que podem apresentar condições atípicas, como, por exemplo, ausência de dedos, malformações e patologias que podem não ser consideradas no método de projeto proposto indicado na Figura 1.

[00100] A aquisição de dados de varredura 3D 24 pode ser feita com um conjunto de imagens digitais obtidas com um dispositivo para esse fim, como uma câmera fotográfica Nikon D90, reunidos para criar uma geometria tridimensional com um software de captura de realidade como o ReCap Photo da Autodesk, entre várias outras alternativas. A varredura 3D pode ser exportada em formato de troca adequado, para sua implementação no projeto orientado por algoritmo 07 (por exemplo, no formato de estereolitografia (STL)).

[00101] Será apreciado por aqueles versados na técnica que mudanças podem ser feitas nas modalidades descritas acima, sem se afastar do amplo conceito inventivo das mesmas. Entende-se, portanto, que essa invenção não está limitada às modalidades particulares divulgadas, mas se destina a pelo menos cobrir todas as modificações dentro do espírito e escopo da presente invenção, conforme descrito e representado aqui. Outras modalidades serão evidentes para aqueles versados na técnica a partir da consideração do relatório descritivo e da prática do método divulgado. Por este motivo, todas as modificações neste sentido, ou semelhantes, estão dentro do âmbito da presente invenção.

Claims (11)

1. Método para o projeto de palmilhas terapêuticas (11), compreendendo: fornecer uma pluralidade de critérios médicos sobre a biomecânica da extremidade inferior do corpo e uma pluralidade de critérios de projeto de palmilha terapêutica, cujos parâmetros são previamente determinados de uma maneira arbitrária; fornecer um banco de dados com informações de dados de forma interna (03), que incluem a forma e as características das principais marcas e modelos de calçados do mercado; determinar uma entrada individual específica (04) por um exame e/ou entrevista clínica com base na existência de patologias e condições concomitantes, indicadores de atividades físicas, observação postural, dimensões anatômicas e antropometria de pé; fornecer um primeiro dispositivo para medir a pressão plantar dinâmica e/ou estática do pé; determinar, pelo primeiro dispositivo, um conjunto de dados de pressão plantar (05), para a medição da função do pé e análise de passo, durante um determinado intervalo de tempo; fornecer um segundo dispositivo para medir o alinhamento de segmentos ósseos da extremidade inferior do corpo; determinar, pelo segundo dispositivo, um conjunto de dados de imagem (06) para a medição do alinhamento de segmentos ósseos da extremidade inferior do corpo e a relação entre eles; CARAC TERI ZADO pelo fato de que compreende ainda os seguintes passos: Fornecer um projeto orientado por algoritmo (07) para realizar o projeto de uma pluralidade de elementos de palmilha (08), determinar pelo menos o seguinte: a) um conjunto de instrumentos de implementação (12), que contém a implementação matemática e de programação de todas as recomendações e critérios médicos que foram compilados na revisão sistemática (01) e nos estudos internos (02); b) uma caracterização individual (15), que contém as doenças, patologias, atividades físicas e todas as análises relativas à medicina, com base nas entradas individuais específicas obtidas anteriormente; c) um conjunto de caracterizações plantares (13) do indivíduo, que contém a análise de pegada (18) e a análise de passo (19), com base nos dados obtidos pelo primeiro dispositivo, em que a análise de pegada (18) infere a geometria de uma série de zonas e quantidades ao longo do pé, com base nos valores de pressão de pico e média, conforme medido em um exame de pressão dinâmico, por meio de níveis de contorno; em que a análise de passo (19) é medida através de pelo menos três amostras dinâmicas de cada pé e a postura do indivíduo; e em que o conjunto de resultados obtidos com a análise de pegada (18) e a análise de passo (19), de todos os dados de pressão plantar (05) do indivíduo, são então ponderados individualmente para a construção das Formas (16); d) um conjunto de caracterizações de alinhamento (14) do alinhamento ósseo individual, que contém uma representação e análise de inclinação, com base nos dados obtidos pelo segundo dispositivo; e) um conjunto de formas (16) é determinado a partir dos dados de forma interna (03) e da pluralidade de caracterizações, que são ponderadas individualmente ou correlacionadas; f) uma diversidade de parâmetros (17) geométricos das formas (16) mencionadas anteriormente, cujos tipos de valores podem ser ângulos, comprimentos e porcentagens; usar o referido projeto orientado por algoritmo (07) para determinar a pluralidade de elementos de palmilha (08); em que a localização e a geometria de cada elemento de palmilha (08) são calculadas com base nas formas (16) e parâmetros (17) mencionados, e a correlação entre eles, onde cada um dos elementos de palmilha (08) persegue um ou mais objetivos específicos, para a redistribuição de pressão anômala e/ou alinhamento de segmentos ósseos; conformar um modelo 3D (09) com base na combinação de pelo menos dois da pluralidade de elementos de palmilha (08).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARAC TERI ZADO pelo fato de que o passo de fornecer uma pluralidade de critérios médicos é feito com base em revisões sistemáticas (01) de artigos científicos publicados com embasamento teórico-quantitativo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARAC TERI ZADO pelo fato de que o passo de fornecer uma pluralidade de critérios médicos também ou exclusivamente é realizado com base na entrada arbitrária de terceiros (tais como especialistas).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que: antes de realizar o projeto orientado por algoritmo (07), fornecer um terceiro dispositivo para medir a forma plantar tridimensional, e determinar, pelo terceiro dispositivo, dados de varredura 3D (24); em que o passo de fornecer um projeto orientado por algoritmo (07) também inclui: usar os dados de varredura 3D (24) para detectar condições atípicas; modificar os parâmetros (17) de acordo com o mesmo.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda os seguintes passos: realizar uma análise de elementos finitos (23) no modelo 3D (09), para fornecer a redistribuição de cargas, dissipação de energia e alinhamento de postura; em que o passo de fornecer um projeto orientado por algoritmo (07) também inclui: usar os dados da referida análise de elementos finitos (23) para modificar os parâmetros (17).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda os seguintes passos: modificar o modelo 3D (09) por um médico.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda os seguintes passos: fornecer realimentação individual (20) sobre a palmilha.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que: antes de realizar a determinação de elementos de palmilha (08), fornecer um dispositivo de computação capaz de realizar um processo de aprendizado de máquina (22); em que o referido processo de aprendizado de máquina é alimentado por qualquer ou todas as seguintes entradas: referida análise de elementos finitos (23); referido modelo 3D (09); referida realimentação individual (20); referida modificação de médico (21); em que referido processo de aprendizado de máquina modifica os elementos de palmilha (08).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda os seguintes passos: transladar o referido modelo 3D (09) em um arquivo de computador apropriado usando um formato de troca 3D padrão.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que: no passo de translação do referido modelo 3D (09), o referido formato de troca é STL.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda os seguintes passos: fabricar (10) uma palmilha terapêutica (11) em uma máquina de fabricação automatizada usando o referido arquivo de computador.