1 GONIÔMETRO PARA MEDIDAS EM PELE HUMANA Jorge Luis

XIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba

1

GONIÔMETRO PARA MEDIDAS EM PELE HUMANA

Jorge Luis Costa Carvalho ¹, Sinaila Assis Devecchi 2, Rafael Furtado de Paiva 3,

Paulo Roxo Barja 4

UNIVAP/Laboratório de Fotoacústica Aplicada a Sistemas Biológicos (FASBio), Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento (IP&D), Av: Shishima Hifumi, 2911, 122444-000, São José dos Campos, SP, Brasil

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Resumo- Este trabalho apresenta as etapas de construção de um goniômetro com detector de potência acoplado, concebido para medições de transmitância e refletância difusa em materiais biológicos. O equipamento foi desenvolvido na UNIVAP com materiais de baixo custo. O aparelho foi construído (primeira etapa) e modificado (segunda etapa) para otimizar sua utilização em medidas de espalhamento em materiais biológicos, com ênfase em medidas em pele humana. O goniômetro apresentado passou ainda por uma terceira etapa, de modificações adicionais e finalização, permitindo o aumento da precisão na aquisição de medidas tanto de reflexão difusa como de transmitância. Palavras-chave: Goniômetro, espalhamento de luz, reflexão difusa, transmitância, pele humana. Área do Conhecimento: Biomedicina, Engenharia Biomédica Introdução O goniômetro é um instrumento de medida em forma semicircular ou circular graduada em 180° e/ou 360°, utilizado para medir ângulos. Pode ser construído em metal ou plástico e apresentar distintos tamanhos e configurações, mas adotando o mesmo desenho básico. Os projetos geralmente incluem um corpo e duas extensões estreitas chamadas de braços, sendo um estacionário e o outro, móvel (AFFONSO FILHO; NAVARRO 2002).

Na área da saúde, podemos encontrar diversas aplicações para o goniômetro, como: i) avaliação da extensão do alongamento em membros superiores e inferiores (CARNEVALLI, 2005); ii) influência do resfriamento e do aquecimento local em flexibilidade dos músculos isquiotibiais (BRASILEIRO; FARIA; QUEIROZ, 2007); iii) mensuração da amplitude de movimento (ADM) articular (BATISTA et al, 2006); iv) avaliação postural de membros inferiores (SACCO et al, 2007). Outra aplicação seria na realização de medidas de transmitância e refletância difusa em tecidos biológicos (PAIVA et al, 2007). Esta última aplicação baseia-se no fato de que o padrão de refletância de materiais biológicos pode ser um indicador de patologias ou anormalidades (SANTOS, 2004). O objetivo do presente trabalho foi apresentar a construção e aperfeiçoamento de um goniômetro voltado para aplicações em diversas áreas da

saúde, permitindo inclusive a realização de medidas in vivo em pele humana. Metodologia A primeira etapa consistiu na construção de um goniômetro utilizando os seguintes materiais: uma base de madeira; um transferidor de 360 graus, de papel; um braço com cerca de 27cm de comprimento e uma base medindo aproximadamente 8 cm de altura, com um orifício no centro para fixação do receptor de LDR. O LDR, ou Light Dependent Resistor, é um resistor cujo valor de resistência varia conforme a intensidade de radiação eletromagnética do espectro visível que incide sobre ele; em outras palavras, é um sensor que converte a luz em valores de resistência. É feito de sulfeto de cádmio (CdS) ou seleneto de cádmio (CdSe) e se caracteriza por ter sua resistência diminuída quando a luz é muito alta; de modo reverso, quando a luz é muito baixa, sua resistência aumenta. Um multímetro pode ser utilizado para quantificar a resistência na escuridão ou na presença de luz.

O braço do goniômetro foi fixado por um parafuso interno localizado no meio da base de madeira, como pode ser visto na figura 1. Na segunda etapa da construção do goniômetro, foram realizadas modificações como o acréscimo de um braço de PVC fixado ao parafuso central, também utilizado como base.


2

Figura 1 – Goniômetro.

O suporte para o receptor de LDR (Light

Dependent Resistor) foi substituído por um suporte para apoiar o receptor da marca Newport (modelo 818-UV, S/N 4200) e por um medidor de potência também da marca Newport (modelo 1830C). Nesta mesma etapa o parafuso central recebeu um suporte feito de cano PVC, moldado para que um apoio pudesse ser acoplado sobre ele permitindo que o voluntário pudesse ter seu braço apoiado mais confortavelmente no aparelho (Figura 2).

Figura 2 – Goniômetro modificado. Na terceira etapa de modificação do goniômetro, o mesmo recebeu um braço maior, com aproximadamente 57 cm, de modo a reduzir o ângulo mínimo de refletância capaz de ser detectado (Figura 3).

Figura 3 – Goniômetro na fase final.

Os resultados experimentais foram ajustados através das curvas de Gauss e Lorentz. A curva de Lorentz é descrita pela equação:

( ) 2204

2

wxx

wAyy

c +−+=

π (eq.1)

A equação para a curva de Gauss é:

( )2

22

02

w

xx c

ew

Ayy

−−

+=π

(eq.2)

Em ambas as curvas: y0 = sinal base (fundo); xc = centro (pico) da curva; w = largura de meia-altura; A = área sob a curva.

Resultados Os gráficos 1 e 2 mostram as medidas experimentais iniciais, efetuadas na planta Alternanthera brasiliana, da família Amaranthaceae, popularmente conhecida como Penicilina, de uso medicinal (gráfico 1), e também numa placa de mármore cinza medindo aproximadamente 20 cm de comprimento por 10 cm de largura e 2 cm de espessura (gráfico 2). Os valores encontrados para os parâmetros de ajuste correspondentes são resumidos nas Tabelas 1 e 2.


3

150 160 170 180 190 200 21042

43

44

45

46

47

48

Sin

al (

u.a)

Ângulo de reflexão (graus)

Gráfico 1 – Medidas feitas em planta Alternanthera brasiliana, ajustadas segundo a curva de Gauss (vermelho) e Lorentz (azul).

Tabela 1 – Valores obtidos para os parâmetros de ajuste (valor ± erro) e r2 para planta Alternanthera brasiliana.

Gauss Lorentz

y0 42,2 ± 0,8 39 ± 1 xc 180,0 ± 0,4 180,1 ± 0,4 w 34 ± 4 56 ± 9 A 230 ± 40 730 ± 250 r2 0,97 0,97

140 150 160 170 180 190 200 210 2200

20

40

60

80

Sin

al (

u.a)


Gráfico 2 – Medidas feitas em mármore usando as curvas de Gauss (vermelho) e Lorentz (azul).

Tabela 2 – Valores obtidos para os parâmetros de ajuste (valor ± erro) e r2 para placa de mármore.

Gauss Lorentz

y0 28 ± 1 26 ± 1 xc 179,6 ± 0,5 179,1 ± 0,2 w 12 ± 1 9 ± 1 A 650± 60 910 ± 70 r2 0,85 0,90

Os gráficos 3 e 4 representam medidas feitas em pele humana sem mancha e com mancha escura, respectivamente, também ajustadas segundo as curvas de Gauss e Lorentz. Os valores encontrados para os parâmetros de ajuste correspondentes são resumidos nas Tabelas 3 e 4.

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

0,0

0,1

0,2

0,3

Sin

al (

u.a.

)


Gráfico 3 – Medidas feitas em pele normal. Tabela 3 – Valores obtidos para os parâmetros de ajuste (valor ± erro) e r2 para pele normal.

Gauss Lorentz

y0 0,01 ± 0,01 -0,02 ± 0,09 xc -0,8 ± 0,1 -0,8 ± 0,1 w 2,4 ± 0,2 2,9 ± 0,5 A 0,40 ± 0,05 0,7 ± 0,1 r2 0,88 0,89

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

0,0

0,1

0,2

0,3

Sin

al (

u.a.

)


Gráfico 4 – Medidas feitas em pele com mancha escura.


4

Tabela 4 – Valores obtidos para os parâmetros de ajuste (valor ± erro) e r2 para pele com mancha escura.

Gauss Lorentz

y0 0,010 ± 0,008 -0,01 ± 0,01 xc 0,1 ± 0,1 0,1 ± 0,1 w 3,0 ± 0,2 3,2 ± 0,5 A 0,86 ± 0,08 1,3 ± 0,2 r2 0,91 0,88

Discussão

Os ajustes efetuados (tanto com a curva de Gauss quanto com a de Lorentz) podem ser considerados satisfatórios, principalmente quando se leva em conta a não-homogeneidade característica dos tecidos biológicos - ao contrário da peça de mármore, por exemplo.

Observa-se também que, enquanto nas medidas iniciais (planta e placa de mármore) considerou-se o ângulo de reflexão especular como sendo 1800, nas medidas em pele adotou-se o valor de 00 para a reflexão especular. Isto explica os valores de xc encontrados para as diferentes medidas.

De modo geral, não se observa diferença significativa entre os ajustes de Gauss e de Lorentz no que se refere aos parâmetros y0 e xc obtidos para os ajustes das curvas experimentais referentes a cada uma das amostras. Também o valor de r2 é semelhante para os dois tipos de ajuste, que mostram equivalência.

O menor ângulo de espalhamento que pode ser detectado atualmente é de três graus. Isto se deve ao comprimento do braço, que precisou ser alongado substancialmente para evitar que o detector interrompesse a incidência do laser para ângulos pequenos de detecção. Por esta razão, a terceira etapa envolveu o prolongamento do braço em mais 50 cm para que a medida pudesse ser feita com maior precisão; o braço atualmente conta com um trilho que possibilita a movimentação do suporte onde se situa o detector do medidor de potência.

Considerando que diferentes materiais (planta, placa de mármore e pele humana) foram avaliados, cabe uma análise sucinta das diferenças observadas. Os parâmetros de maior interesse para este tipo de comparação são a área A e a largura w.

Quanto à área A, na planta e no mármore os valores obtidos são bem maiores do que na pele, pois esta absorve parte da luz que chega até ela. Em relação à peça de mármore, ocorre o oposto, já que esse material reflete a luz que chega até ele

muito mais do que a pele, gerando um alto valor para A.

Além disso, a superfície do mármore é extremamente lisa, fazendo com que a reflexão especular seja elevada; deste modo, considerando todas as amostras, é o mármore que apresenta curvas de refletância com pico mais definido.

Nas medidas de refletância difusa, amostras mais absorvedoras tendem a apresentar picos mais baixos, e amostras mais espalhadoras tendem a apresentar largura de pico maior. É o que se observa no caso de amostras biológicas (Gráficos 1, 3 e 4).

Este tipo de constatação fica mais evidente quando se considera a razão A/w como parâmetro para avaliar o pico das curvas de refletância.O mármore apresenta razão A/w extremamente elevada e sempre superior a 50. Para a planta, a razão A/w é menor, em torno de 10, dado o espalhamento de luz característico dos materiais.

Nas medidas em pele, a absorção de luz e o alto espalhamento levam a valores muito menores para A/w, inferiores a 1. Enquanto observa-se valores em torno de 0,2 para pele normal, a razão A/w é maior para pele com mancha escura (entre 0,3 e 0,4), que apresenta um pico de refletância melhor definido do que aquele correspondente à pele normal.

Comparando os dois tipos de ajuste empregados (Gauss e Lorentz), o ajuste gaussiano parece mais adequado para identificar diferenças entre amostras de pele, já que os valores obtidos para w e A (e para A/w) apresentam maior alteração quando se passa da pele normal para a pele com mancha escura.

Por fim, deve-se observar que, à época da realização das medidas apresentadas, a montagem do goniômetro ficava posicionada sobre uma mesa simples com tampo de mármore, que não era a mais adequada para este tipo de medida. Recentemente, o Laboratório de Fotoacústica Aplicada a Sistemas Biológicos (FASBio) passou a contar com uma mesa óptica com atenuação de vibração mecânica, especificamente alocada para experimentos com a montagem experimental aqui apresentada.

Conclusão

As mudanças efetuadas no sistema experimental (tanto no goniômetro como em relação ao detector utilizado) mostraram-se úteis, permitindo a análise comparativa de medidas realizadas em diferentes materiais.

Os resultados obtidos abrem a perspectiva de utilização futura deste sistema experimental no estudo de padrões de refletância difusa em pele humana e caracterização de alterações dermatológicas a partir deste trabalho.


5

Agradecimentos Os autores agradecem: i) à Fapesp, pelo suporte (Projeto JP 04/02193-1); ii) ao Dr. Daniel Acosta-Avalos (CBPF-RJ), que concebeu o primeiro protótipo de goniômetro utilizado no FASBio/UNIVAP; iii) aos funcionários da Oficina Mecânica da UNIVAP, pelo trabalho executado nas diferentes etapas de construção do goniômetro; iv) à diretora do Instituto de Pesquisa & Desenvolvimento da Univap, Dra. Sandra M. F. Costa, pela transferência de mesa óptica para o Laboratório de Fotoacústica Aplicada a Sistemas Biológicos; v) à professora Walderez, pela planta utilizada nas medidas preliminares. Referências - AFFONSO FILHO; NAVARRO, R.D. Avaliação do ângulo poplíteo em joelhos de adolescentes assintomáticos. Rev. Bras. Ortop., v. 37, p.461-466, 2002. - BATISTA LH; CAMARGO PR; AIELLO GV; OISHI J; SALVINI TF. Avaliação da amplitude articular do joelho: correlação entre as medidas realizadas com o goniômetro universal e no dinamômetro isocinético. Rev. bras. Fisioter. v.10, n.2, São Carlos, 2006. - BRASILEIRO JS; FARIA AF; QUEIROZ LL. Influência do resfriamento e do aquecimento local na flexibilidade dos músculos isquiotibiais. Rev. bras. fisioter.v.11 n.1 São Carlos jan./fev. 2007. - CARNEVALLI, FÁBIO U. Utilização de calor profundo como recurso prévio ao alongamento de musculatura estriada. Dissertação de Mestrado, Programa de pós-graduação em Engenharia Biomédica, UNIVAP, 2005. - PAIVA, RF; SOUZA, AC; BARJA, PR; VILLAVERDE, AGJB. Estudo de transmitância e refletância em substrato utilizado para avaliar produtos de uso tópico na pele humana. In: XI Congresso Latino-Americano de Iniciação Científica e VII Encontro de Pós-Graduação - O Paradigma do Desenvolvimento Sustentável, 2007, São José dos Campos. Anais de Trabalhos Completos. São José dos Campos: UNIVAP, 2007. v. CD. p.557-560. - SACCO, ICN; ALIBERT, S; QUEIROZ, BWC; PRIPAS, D; KIELING, I; KIMURA, AA; SELLMER, AE; MALVESTIO, RA; SERA, MT. Confiabilidade da fotogrametria em relação a goniometria para

avaliação postural de membros inferiores. Rev. Bras. Fisioter. v.11 (5), São Carlos, set/out 2007. - SANTOS, FRANCISCO A. Estudo da reflexão difusa da luz laser em superfícies de dentes. Dissertação de Mestrado, Programa de pós-graduação em Engenharia Biomédica, UNIVAP, 2004.

Documents

1 GONIÔMETRO PARA MEDIDAS EM PELE HUMANA Jorge Luis