Uma Contribuição à Modelagem de Máscaras Customizadas na Prevenção à COVID-19

Cicero Moraes, Everton da Rosa, Rodrigo Dornelles

Dois exemplos de adaptação de modelo STL a uma face digitalizada por fotogrametria.

A humanidade está passando por um período que talvez o último que se tenha vivenciado foi há cerca de 100 anos, um período de pandemia. Em 1918, a Gripe Espanhola, uma doença causada pelo vírus Influenza do tipo A H1N1, contaminou cerca de 500 milhões de pessoas e provocou entre 17 a 50 milhões de mortes, na época, cerca de um quarto da população do planeta se infectou. Deste período para os dias atuais a medicina evoluiu muito, porém, ao ser decretada a Pandemia pela Organização Mundial da Saúde pelo Novo Coronavírus, o vírus SARS-COV-2 ou a doença COVID-19, deparamo-nos com muitas limitações e orientações existentes na época. Como diz este anúncio de jornal:

Anúncio em jornal acerca da gripe espanhola.

Estas instruções estão diretamente relacionadas ao tipo de transmissão dos coronavírus, que costuma ocorrer pelo ar ou por contato pessoal com secreções contaminadas, como:

• gotículas de saliva;

• espirro;

• tosse;

• catarro;

• contato pessoal próximo, como toque ou aperto de mão;

• contato com objetos ou superfícies contaminadas, seguido de contato com a boca, nariz ou olhos.

Os Equipamentos de Proteção Individual (EPI), são fundamentais neste período, principalmente para os profissionais da saúde que estão na linha de frente, atendendo pessoas que se não estão contaminadas pelo vírus, são vulneráveis ao mesmo. Os equipamentos tem sua distribuição comprometida nos dias atuais, entre eles estão as máscaras.

Muitos grupos ao redor do mundo, tem se debruçado na possibilidade de ampliar a produção destas máscaras. Vários modelos estão sendo propostos, alguns com o uso da tecnologia aditiva, a impressão 3D.

A máscara, de acordo ao que se propõem, quando não forem as cirúrgicas descartáveis, tem que ter certas características, e dentre elas está a vedação em relação ao rosto, pois a saída ou entrada de ar deve estar restrita a parte filtrante da máscara, não deve haver escapes.

Recentemente em uma publicação médica (Swennen GRJ, et al. Custom-made 3D-printed face masks in case of pandemic crisis situations with a lack of commercially available FFP2/3 masks, Int J Oral Maxillofac Surg (2020), https://doi.org/10.1016/j.ijom.2020.03.015) foi feita uma proposta de máscara para ser impressa em impressora 3D.

Para acessar um vídeo com timelapse do processo, clique aqui.

A customização da máscara, torna-a uma excelente opção em termos de adaptação ao rosto, para tanto, os autores utilizaram a fotogrametria do rosto para construção de uma malha 3D e, com um kit de máscara modelado em 3D, por meio de uma operação booleana fizeram fizeram as modificações necessárias na máscara.

A máscara pode ser higienizada com desinfetantes aceitos para o SARS-COV-2 e o filtro é descartável, no artigo descrito como da Moldex® (vendidos também no Brasil).

O processo inclui a utilização de Smartfones, aplicativos para celulares, software de CAD e birot de impressão. Processo talvez não disponível a todos.

Tendo em vista o crescente uso de Software Livre na área médica e a existência de um addon, o ORTOGONBLENDER (OOB), desenvolvido pelos autores, propomos uma adaptação do processo, com a utilização de ferramentas já utilizadas para planejamento virtual de cirurgias e preparo de guias cirúrgicos.

O processo que vamos descrever se assemelha ao proposto pelos autores no artigo, inclusive utilizamos o arquivo .stl, porém é todo realizado com a utilização do OOB e, como é cada vez mais comum na comunidade médica, a impressão da máscara pode ser realizada em impressora caseira.

Para os que nunca utilizaram o OOB, sigam as orientações descritas no site: http://www.ciceromoraes.com.br/doc/pt_br/OrtogOnBlender/index.html, lá encontraram todos os tutoriais e as recomendações, lembrando que funciona nas plataformas de Windows, Mac e Linux.

Fotogrametria realizada a partir de fotografias com smartfone, reconstruída com o OOB.

Aos que já o utilizam, deverão construir a fotogrametria a partir de fotos e colocá-la em escala, da mesma forma que é feita para os casos de cirurgia (Fig.3).

Tampa do filtro da máscara.

Máscara.

Fazer a importação dos arquivos .stl (disponibilizados no final deste texto) referentes a máscara e a tampa do filtro (Fig. 4 e 5).

Máscara em edit mode, com vértice selecionado e habilitando o Enable no Proportional Editing.

Ocultar a tampa do filtro, selecionando-a e teclando “H”, selecionar a máscara, posicionando-a o mais próximo da malha da face, com o comando da tecla “G”. Entrar em edit mode. Selecionar um vértice da região onde se deseja adequar a máscara e habilitar o Proportional Editing, selecionando o Enable. (Fig. 6)

Círculo evidenciando a área de influência da deformação.

Iniciar a deformação da malha com os comandos G + Y (eixo que queremos modificar) e controlando a área de influência do círculo com o scroll do mouse, movendo a malha de modo a trespassar a malha da face (Fig. 7).

Detalhe do vértice selecionado e do círculo com a área de influência da deformação.

Fazer o mesmo processo na região jugal de ambos os lados (Fig. 8).

Visão posterior, evidenciando a malha da máscara em object mode trespassando a face.

Rotacionar os objetos de modo a ter a visão posterior da cena. Com isto poderemos acompanhar o trespasse da malha da máscara (em object mode) pela parte interna (Fig. 9).

Detalhe da modelagem da malha da máscara sendo feita pela visão posterior.

Selecionando porções da malha da máscara e movendo-a com os comandos G + Y, podemos posicioná-la justa malha da face. Não é necessário se preocupar excessivamente com o quanto vai ultrapassar, uma vez que temos a maleabilidade da pele e a pressão que será exercida pela faixa de fixação (Fig.10).

Clipping border.

Posicionamento do retângulo de seleção da ferramenta Alt + B.

Visão lateral, evidenciando o afastamento da malha da máscara, possibilitando a deformação da mesma sob visão direta.

Para o ajuste da região superior, lançaremos mão da ferramenta Alt B, que possibilita um recorte central das malhas, o que facilitará a modelagem (Fig. 11 e 12).

Seleção por pintura da região.

Com a máscara em edit mode, vértices objeto sem seleção, pinta-se a porção anterior com o comando C, selecionando somente a porção anterior da máscara.

Parte frontal ocultada.

Com o comando H, a porção selecionada, irá ser oculta.

Deformação da malha com o Proportional Editing.

Início da deformação da porção inferior da malha da máscara, com o comando G + Z.

Após a modelagem, desfaz-se o comando Alt + B e poderá ser avaliado os ajustes ainda necessários. Na porção inferior da máscará, faremos uma ocultação da porção que não se quer deformar, selecionando-a e aplicando o comando H. (Fig. 13-15)

Ajustando a parte inferior da máscara.

Detalhe da deformação para adequar a porção inferior da máscara (Fig. 16).

Visualização interna.

Sob a visão posterior, todo o contorno será revisado, para certificar-se que esteja adequado em relação ao trespasse da malha da face de forma uniforme (Fig. 17).

Agora a máscara e a tampa do filtro estarão prontas para serem exportadas em formato .stl e preparadas pelo software da impressora para serem impressas. (Fig. 18)

Prova de impressão 3D com encaixe mesmo sem os fixadores.

Para quem quiser acessar a videoaula liberada com o conteúdo descrito neste material: Clique aqui.

Para baixar o STL da máscara: Clique aqui.