Desenvolvimento de um aplicativo para planejamento das expansões de pele

Resumo

Expansão da pele é um processo fisiológico definido pela capacidade da pele humana para aumentar a sua área superficial em resposta à tensão ou a uma dada deformação. Expansores de pele são sacos de silícone a serem implantados sob a pele. A pele apresentando fluência ou relaxamento, a pressão interna no expansor diminui após um determinado período de tempo, devido à deformação imposta. Expansões da pele são usadas para reconstruir as áreas queimadas, seios após uma mastectomia ou para esconder cicatrizes e defeitos. Esta técnica é geralmente realizada perto das zonas onde a pele é necessária, para proporcionar pele da mesma cor, textura, estrutura e sensibilidade como a que será removida, tal como nos casos de cicatrizes e queimaduras. No entanto, uma questão que se coloca constantemente durante a expansão da pele é se quantidade da pele obtida é suficiente ou, em outras palavras, se a expansão forneceu pele suficiente para reparar o defeito. O objetivo do presente estudo é calcular o número e tipo dos expansores de pele para assegurar que uma área adicional de pele esteja presente para alcançar a reconstrução. Assim, o aplicativo desenvolvido sugere o tipo, número e volume dos expansores de pele necessários para se obter uma quantidade adicional de pele que possa reparar uma condição médica específica. O aplicativo também determina a quantidade de pele obtida, mesmo nos casos em que a expansão não vem a termo. São analisadas expansões com expansores de pele redondos, retangulares e crescentes.

INTRODUÇÃO

Expansões de pele são usadas para reconstruir as áreas queimadas, seios após uma mastectomia, para esconder as cicatrizes ou quaisquer outros defeitos da pele. A expansão é um processo fisiológico definido pela capacidade da pele humana em aumentar a sua área superficial em resposta à tensão ou a uma dada deformação. Expansores de pele são sacos de silicone que são implantados cirurgicamente sob a pele (Fig. 1). Através de uma válvula conectada ao expansor, uma certa quantidade de líquido é infiltrada semanalmente. A pele apresentando fluência ou relaxamento, a pressão interna diminui com o tempo podendo chegar a zero ao final de uma semana. Depois que o volume interno do expansor, volume nominal, é atingido realiza-se uma cirurgia para remover o expansor e reconstruir a região desejada.

Fig. 1. Expansores redondo, retangulares e semilunar com suas válvulas

A questão que se coloca constantemente durante a expansão da pele é se se cria uma quantidade suficiente da pele ou, por outras palavras, se a expansão conseguida é suficiente para reparar o defeito. Estas perguntas são respondidas com informações sobre a quantidade de novo tecido que é necessário para alcançar a reconstrução em um determinado contexto e o cálculo do tecido desejado (área superfícial) em relação ao volume infiltrado.

Várias tentativas têm sido feitas para calcular as dimensões desejadas do expansor, utilizando programas de computador e cálculos matemáticos. Raposio et al. (1994) determinam que as dimensões da base de um expansor de tecido retangular devem ser iguais às dimensões do defeito. Eles multiplicaram a exigência de superfície por 3/2, um “fator de correção”, que deve compensar a perda de tecido durante a transferência. Patel (1986) discorda de Shively (1986) e apresenta um cálculo matemático para estimar o volume desejado e a altura de um expansor esférico, sem o auxílio de um computador. Ele sugeriu que, quando um cálculo analítico é possível, então não há necessidade de um computador para realizar estes cálculos simples. Além disso, Duits et al. (1989) apresentaram cálculos matemáticos para expansores retangular e semilunar. O trabalho de Padam (2009) apresenta uma versão mais simplificada para o cálculo matemático do volume de um expansor esférico. Eles consideraram a necessidade de adicionar 20-30% de tecido no calculo para considerar a retração do tecido e dog-ear. Van Rappard et al.(1988) descobriram que com o uso de expansores esféricos ou semi-esféricos, a área da superfície de ganho foi apenas 25% do cálculo matemático, enquanto esta foi de 38% e 32% utilizando os expansores retangulares e semilunares, respectivamente. Concluimos que a area total de superfície necessária para reparar o defeito pode ser calculada como a área de superfície do defeito acrescentada de 20%.

 

OBJETIVO

O objetivo da pesquisa foi desenvolver um algoritmo para orientar os cirurgiões plásticos na escolha do número, forma e volume de expansores de pele necessários para obter uma determinada área do retalho de pele para ser usada em uma cirurgia plástica reconstrutiva. A pesquisa foi feita para os três expansores mais utilizados: redondo, retangular e semilunar. A informação fornecida pelo aplicativo é a área do retalho ganha, i.e., a área da superficie expandida, da qual foi subtraída a retração da pele durante a cirurgia realizada para remover o expansor de pele (20%) e também a pele necessária para cobrir o local onde foi implantado o expansor. Para desenvolver o algoritmo, foi necessário calcular a relação entre o volume infiltrado e a área superficial. Os resultados obtidos através de fórmulas, especialmente no caso de um retangular, foram corrigidos ou validados por um trabalho experimental utilizando um scanner 3D para calcular a relação entre as áreas superfíciais e os volumes internos. O algoritmo fornece informação para determinar o tipo, número e volume dos expansores de pele necessários para se obter uma quantidade adicional de pele para reparar uma condição médica específica e também para determinar a quantidade de pele obtida, mesmo nos casos em que a expansão não vem a termo.

 

ANÁLISE NUMÉRICA

Para obter um algoritimo que relacionasse a área superficial Sif , com o volume infiltrado Vi , onde i define se é retangular (r) ou redondo (c), foi relativamente simples para o caso dos expansores redondo e retangular (Fig. 2). A seguir seguem as expressões utilizadas: Eq. 1, para o retangular e Eq. 2 para o redondo.

No caso do expansor semilunar, para relacionar a area superficial com o volume infiltrado foi necessário utilizar o método dos elementos finitos ABAQUS usando uma malha de elementos híbridos de membrana (M3D4) e para controlar o volume infiltrado usou-se os elementos fluidos do ABAQUS (F3D4) (Fig. 3).

 

Fig. 3. Expansor, malha de elementos finitos e forma para um expansor de 300 ml

ANÁLISE EXPERIMENTAL

Com o objetivo de validar os resultados numéricos foi realizada uma análise experimental através do escaneamento 3D dos expansores enquanto eram infiltrados (Fig.4). Dois aparatos de acrílico foram fabricados, um para realizar o experimento nos expansores redondo e retangular, outro para realizar o experimento em dois expansores semilunares com volumes nominais de 150 ml e 300 ml. O escaneamento foi realizado com diversores volumes infiltrados (Fig. 4).

Fig. 4. Aparato desenvolvido para o escaneamento 3D e resultado para o redondo.

Os resultados do algoritmo do expansor retangular necessitaram ser corrigidos pelo fator 0,83, tendo em vista que o expansor sob a pele tem seus cantos arredondados e com isso a área supeficial é menor. Já os resultados para o expansor redondo e semilunar foram validados pela análise experimental.

 

APLICATIVO “SKIN CALC” para i-PHONE

O aplicativo tem como objetivo orientar o cirurgião plástico na escolha do tipo, número e volume de expasores de pele necessarios para obter um determinado retalho de pele necessário à reconstrução. A informação fornecida pelo aplicativo é a área ganha, i.e., a área superficial, corrigida no caso do expansor retangular, subtraída de 20% referente à retração e dog ear, e também da área necessária para recobrir o local onde foi implantado o expansor. A restrição para os resultados é que os mesmos devem ser utilizados para uma expansão sobre base rígida e não sobre base elástica (Pamplona e Mota, 2012).

O aplicativo tem duas funções: CHOOSE SKIN EXPANDER e CALCULATE SKIN GAIN. A função CHOOSE SKIN EXPANDER (Fig. 5a) pede o tamanho do defeito (em centímetros ou polegadas) e fornece, para cada tipo de expansor, duas escolhas relativas à quantidade e ao volume nominal necessários para se obter o retalho de pele a ser utilizado. A função CALCULATE SKIN GAIN permite conhecer o retalho obtido na expansão usando determinado expansor quando certa quantidade de líquido foi infiltrada.

A função CHOOSE SKIN EXPANDER:

  • Pede o tamanho do defeito (Fig. 5b). No caso, foi escolhido 10×12 cm, i.e., 120 cm2;
  • Pede o tipo de expansor escolhido (Fig. 5c).  No caso, foi o retangular
  • Retorna duas possibilidades: um de 600 ml (Fig. 5d) com suas dimensões, que fornecerá um retalho de 173,91 cm2 , ou dois expansores de 200 ml (Fig. 5e), com suas dimensões, que fornecerão 175,08 cm2.

(a)                                          (b)                                            (c)                                       (d)

(e)

Fig. 5.  Telas do aplicativo “SKIN CALC”: (a) tela inicial; (b) pede o tamanho do defeito; (c) pergunta o tipo de expansor; (d) fornece a opção de um expansor retangular; (e) fornece a opção de dois expansores retangulares.

O botão BACK possibilita ao usuário reescolher a forma de expansor a ser analisada. No caso em questão, escolhendo o redondo, retorna duas possibilidades: um expansor de 1000 ml (Fig. 6a), com suas dimensões, que fornecerá um retalho de 136,3 cm2; ou dois expansores de 400 ml, com suas dimensões, que fornecerão um retalho de 136,6 cm2 (Fig. 6b). Se o usuário escolher a opção semilunar; o aplicativo retorna duas possibilidades: um expansor de 700 ml (Fig. 6c), com suas dimensões, que fornecerá um retalho de 152,02 cm2; ou dois expansores de 200 ml, com suas dimensões, que fornecerão um retalho de 149,42 cm2 (Fig. 6d). O expansor redondo é a pior escolha.

 

(d)                                                 (a)                                        (b)                                      (c)

Fig. 6. Telas do aplicativo “SKIN CALC”: (a) fornece a opção de um expansor redondo; (b) fornece a opção de dois expansores redondos; (c) fornece a opção de um expansor semilunar; (d) fornece a opção de dois expansores semilunares

 

A função CALCULATE SKIN GAIN pede o tipo de expansor em questão (Fig. 7a). No caso de retangular, pede suas dimensões de base e volume infiltrado (Fig. 7b) e retorna a área do retalho de pele obtida (Fig. 7c): 42,69 cm2.

 

(c)                                            (a)                                   (b)

Fig.7. Telas do aplicativo “SKIN CALC”: (a) pede o tipo de expansor; (b) pede as dimensões da base do expansor retangular e o volume infiltrado; (c) retorna a área do retalho de pele obtida.

 

No caso do expansor redondo, a tela pede o diâmetro da base e volume infiltrado (Fig. 8a) e retorna a área do retalho de pele obtida: 12,41 cm2 (Fig. 8b). No caso do semilunar, a tela pede o volume nominal (Fig. 8c) e retorna a área do retalho de pele obtid:a 45,13 cm2 (Fig. 8d). Observa-se novamente que, usando um expansor redondo com o mesmo volume nominal dos outros formatos (400 ml), inserindo o mesmo volume se obtém um retalho menor.

(d)                                           (a)                                         (b)                                    (c)

Fig. 8. Telas do aplicativo “SKIN CALC”: (a) pede dimensão do redondo e volume infiltrado; (b) retorna a área do retalho de pele obtida; (c) pede o volume nominal do expansor semilunar o volume infiltrado; (c) retorna a área do retalho de pele obtida

 

CONCLUSÕES

O aplicativo mostrou-se muito útil, tendo sido considerado revolucionário por cirurgiões plásticos. Comprovou-se que alguns expansores de pele, apesar de terem volumes nominais maiores, fornecem retalhos de pele menores. O expansor de pele redondo provou ser bastante ineficiente. Como trabalho futuro encara-se a questão da expansão sobre tecido mole e suas correções no aplicativo, além de desenvolver um aplicativo para Android.

 

REFERÊNCIAS

  1. Padam, S.B., 2009, “Mathematical Calculations in a Spherical Tissue Expander”, Annals of Plastic Surgery, Vol. 62(2), pp. 200-204.
  2. Pamplona, C.D., Mota, D.E.J.S., 2012, “Numerical and experimental analysis of inflating a circular hyperelastic membrane over a rigid and elastic foundation”, Int. Journal of Mechanical Sciences, Vol. 65, pp. 18–23.
  3. Patel, P.K., 1986, “Estimating the tissue-expander volume: a poor man’s recipe”, Plast Reconstr Surg, Vol. 78,pp. 426.(Letter)
  4. Raposio, E., Santi, P., 1997, “Computer-aided preoperative planning of tissue expansion”, Ann Plast Surg; Vol. 39, pp. 41-48.
  5. Shively, R.E., 1986, “Skin-Expander volume estimator”, Plast Reconstr Surg, Vol. 77, pp. 482-3. van Rappard, J.H.A., Molenaar, J., van Doorn, K., Sonneveld, G.J., Borghouts, J.M.H.M., 1989, “Surface-area increase in tissue expansion”, Plast Reconstr Surg, Vol. 82, pp. 833-7.

 

AGRADECIMENTOS

Os autores são gratos especialmente ao Professor Ivo Pitanguy e Dr. Henrique N. Radwanski, assim como à sua equipe, pelo suporte aos projetos nos anos seguidos, e ao Dr. Rodrigo B. Burgos, que se envolveu no estágio inicial desta pesquisa. A Santa Casa da Misericórdia do Rio de Janeiro e o Instituto Ivo Pitanguy aprovaram esta pesquisa. O auxilio financeiro foi fornecido pela CAPES (E: 0567-2006) e CNPq (301832/2009-9).