Dissertação

{en_GB=Design and Manufacture of a customized prosthetic foot} {} EVALUATED

{pt=As pequenas dimensões envolvidas, constante necessidade de adaptação ao crescimento e o escasso número de opções a nível de características estéticas e mecânicas são, actualmente, os principais desafios no projecto e desenvolvimento de pés protésicos para crianças. Os principais objetivos deste trabalho foram desenvolver e aplicar uma metodologia de desenvolvimento de produto de um pé protético personalizado para crianças capaz de melhorar as características do ciclo de marcha dos amputados e testar a metodologia desenvolvida com numa criança bi-amputada de 5 anos. Para o desenvolvimento da metodologia foi construída uma base de dados com geometrias de pés, altura e peso de 20crianças saudáveis com idades entre os 2 e 5anos.Adicionalmente, foi desenvolvida uma ferramenta Matlab de modo a extrair dessa base de dados a geometria mais apropriada para o amputado em consideração. Por fim, os pés foram modelados em CAD, fabricados com manufatura aditiva (AM), testados computacionalmente e experimentalmente na criança referida num ambiente controlado. O pé prostético desenvolvido inclui dois componentes: um material rígido(PLA) para garantir suporte e fazer a ligação ao resto da prótese e um material flexível(Filaflex) para dissipação de energia e estética melhorada.Os resultados computacionais provaram a integridade estrutural do projeto.O teste fisico revelou fácil aceitação e melhoria qualitativa da marcha. Crianças mais pesadas podem requerer uma conexão metálica, contudo, crianças mais leves podem usufruir de uma solução totalmente fabricada por AM. Este trabalho demonstrou que o desenvolvimento de pés protésicos recorrendo a AM apresenta grande potencial para uma solução customizada, leve e de baixo custo., en=Small dimensions, the constant need for adaptation, scarce available options of aesthetics and mechanical characteristics are currently the main concerns in prosthetic feet for children. The two main objectives of this work were to design and apply a methodology to develop a customized prosthetic foot for children able to improve amputees’ gait cycle characteristics and test the developed methodology with a 5-year-old bi-lateral lower limb amputee girl. For its development, a database was built with feet geometries (collected using 3D scan), height and weight from 20 healthy children with ages ranging from 2 to 5 years old. A Matlab tool was also developed to extract the amputee’s matching foot geometry from the database. Lastly, the feet were modeled in CAD, 3D-printed with additive manufacturing (AM), tested computationally and tested physically with the amputee child in a controlled setting. The developed prosthetic foot includes two components: a rigid material (PLA) for impact absorption and pylon connection (internal); and a flexible material (Filaflex) for energy dissipation and better aesthetics (external). FEA results proved the structural integrity of the overall structure to be addressed. The girl’s test revealed an easy acceptance from children and gait improvement. This work proved that 3D-printable prosthetic feet using AM with PLA and Filaflex filaments show great potential for a low-cost, low-weight and customized solution. Children with more than 10Kg may require an integration with a metallic pylon connection. Lighter children can use completely 3D-printed prosthetic feet.}
{pt=Crianças amputadas, Pé prostético, Digitalização 3D, Manufatura aditiva, Medicina de precisão, en=Amputee children, Prosthetic foot, 3D Scanning, Additive manufacturing, Precision medicine}

Junho 26, 2019, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

Maria José Martins Costa da Silva

Hospital Dona Estefânia – CHULC (Centro hospitalar universitário Lisboa central)

Médica especialista em Medicina Física e de Reabilitação; Assistente Hospitalar Graduada em MFR do HDE

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado