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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.23.2021.tde-26082021-130736
Document
Author
Full name
Denise Moral Nakamura
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Coto, Neide Pena (President)
Dias, Reinaldo Brito e
Furuie, Sérgio Shiguemi
Medeiros, Igor Studart
Title in Portuguese
Formulação de cores em silicone a partir de imagens não calibradas: uma abordagem voltada para a prótese facial
Keywords in Portuguese
Algoritmo genético
Elastômeros de silicone
Formulação de corantes
Prótese bucomaxilofacial
Tecnologia de baixo custo
Abstract in Portuguese
A Prótese facial busca restaurar a função, anatomia e estética das perdas e/ou malformações faciais. A reabilitação protética continua sendo um importante meio para reintegrar os indivíduos à sociedade melhorando sua qualidade de vida. O silicone de grau médico é o principal material de escolha para sua confecção. A reprodução de cores da pele humana tem historicamente desafiado o clínico, sendo fundamental para o sucesso do tratamento. O método subjetivo é frequentemente usado para estabelecer a cor intrínseca da prótese e depende da experiência e acuidade visual do operador, além disso, pode ser afetado pela iluminação ambiente. Apesar de existirem sistemas objetivos, estes possuem custo elevado e não possuem representantes comerciais no Brasil, que prejudicam seu acesso especialmente pelo setor público. Em parceria com o LEB-USP, este trabalho propôs desenvolver uma solução portátil, acessível e objetiva para a reprodução de cores em silicone por meio de algoritmos para smartphones. Esta tecnologia tem o potencial de reduzir o tempo ambulatorial, a necessidade de transporte do paciente e o desperdício de materiais reduzindo, desta forma, os gastos públicos e melhorando a qualidade de vida dos pacientes e de seus acompanhantes. Para a aferição da cor da pele foi desenvolvido pelo LEB-USP um sistema de calibração da imagem obtida com smartphones, onde um software se baseia em um dispositivo físico na imagem para a correção da perspectiva, melhoria de contorno e realiza correções lineares e não lineares das cores. O dispositivo físico foi obtido em impressoras comuns e foi avaliado quanto à sua reprodutibilidade e durabilidade neste estudo. A formulação de cores seguiu o modelo de duas constantes de Kubelka-Munk com as correções de reflexão interna e externa de Duntley, Saunderson e Richmond. O cálculo da composição da mistura de pigmentos e flocagens foi realizado utilizando o algoritmo genético. Em seguida, um aplicativo intuitivo foi desenvolvido para uso clínico. Entre as variáveis ajustáveis, além da inserção dos atributos da cor manualmente ou pela delimitação de uma região em uma imagem calibrada, estão a espessura e peso da prótese; e quatro opções de fundo. Na tela de resultados são exibidas as cinco melhores formulações geradas pelo algoritmo genético e suas respectivas diferenças de cores (??*) estimadas. Para análise desta etapa, foram feitas simulações de formulação de cores e as médias de diferença de cores (??*=1,46±1,39) mostraram-se abaixo dos limiares aceitos clinicamente (??*<=3), porém superiores ao limiar de percepção visual humana (??*>=1.1). Ao final, a metodologia mostrou resultados animadores e aponta o potencial uso dos smartphones em auxiliar o clínico durante a formulação de cores.
Title in English
Color formulation in elastomer using non calibrated image: an approach focused on facial prosthesis
Keywords in English
Genetic algorithm
Low-cost technology, Maxillofacial elastomer
Maxillofacial prostheses, Color recipe prediction
Abstract in English
The aim of the facial prostheses is to reestablish function and appearance of biologic structures defects. Rehabilitation through prosthetic restoration remains an important option for reinstating individuals into society and thereby enhancing their quality of life. Medical-grade silicone elastomer has become the material of choice for maxillofacial prosthesis. Color matching to human skin has historically challenged the clinician, yet such a match is highly important for the success of the treatment involving these prostheses. The trial-and-error method is often used for establishing the intrinsic color of prosthesis and relies on the operator's experience and visual ability; thus it can be affected by the illumination used for the shade matching. Although there are objective systems, they are costly and do not have sales representatives in Brazil, which hinders their access especially by the public sector. In partnership with LEB-USP, this work proposed to develop a portable, accessible and objective solution for the reproduction of colors in silicone by means of algorithms and smartphones. This technology has the potential to reduce outpatient time, the need for patient transport and the waste of materials, thus reducing public spending and improving the quality of life of patients and their companions. A system for calibrating the image obtained with smartphones was developed by LEB-USP to measure skin color. The software uses a physical device in the image for perspective correction, contour improvement and non-linear and linear color correction. In this study, the physical device was obtained from common printers' brands and was evaluated for its reproducibility and durability. The color recipe followed the twoconstant Kubelka-Munk theory with corrections of internal and external reflection by Duntley, Saunderson and Richmond. The calculation of the composition of the mixture of pigments and flocking was performed by applying genetic algorithm. Then, an intuitive application was developed for clinical use. The target color' attributes can be set manually or by choosing a region in the calibrated image. The user sets the thickness and weight of the prosthesis and chooses the background among four options available. The results screen shows the top five formulations generated by the genetic algorithm and their respective estimated color differences (??*). For the analysis of this stage, simulations of color formulation were carried out and the means of color difference (??*= 1.46 ± 1.39) were below the thresholds accepted clinically (??*<=3), but above the threshold of human visual perception (??*>=1.1). In the end, the methodology showed encouraging results and points out the potential use of smartphones to assist the clinician during the color formulation.
 
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Publishing Date
2021-10-21
 
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