A Aproximação Facial e a Dinâmica do Acidente de Phineas Gage (1848)¶
Atenção
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Introdução¶
No dia 13 de setembro de 1848, Phineas P. Gage, um capataz responsável por um grupo de homens especializados na abertura de estradas, trabalhava em mais uma empreitada na linha Rutland & Burlington Railroad, na cidade de Cavendish, estado de Vermont, Estados Unidos da América. Com 25 anos, gozava de excelente saúde e um sistema muscular excepcionalmente bem desenvolvido, distribuídos nos seus 1,68m de altura e 68 Kg. Relatos dão conta de que havia passado apenas um dia doente, desde a infância até a idade adulta. A habilidade laboral de Gage era a escavação de rochas para a passagem de trilhos de ferro, por isso era comum portar uma barra de ferro conhecida como “ferro de compactação”, que servia para socar o material explosivo, objetivando remoção de rochas de difícil extração manual. Naquele dia ele já havia preparado o buraco, a pólvora e o pavio e estava socando-os antes de depositar a areia, neste momento seus homens atraíram-lhe a atenção, ao que ele observou-os pelo ombro, no momento que procedeu com tal ato, largou a barra que bateu em uma rocha provocando uma faísca, seguiu-se a isso uma explosão que fez com que a barra fosse atirada como um míssil, atravessando a cabeça de Gage pelo lado esquerdo e caindo a mais de 10 metros atrás dele, deixando no local marcas de sangue e do tecido cerebral. Para se ter uma ideia da gravidade do acidente, a tal barra de compactação era uma ferramenta de 1,09 metro e comprimento, por 3,18 cm de diâmetro, pesando 6 Kg. Após a peça atravessar a sua cabeça, Gage foi jogado de costas ao chão, teve algumas convulsões e em poucos minutos proferiu algumas palavras. Seus ajudantes, preocupados com a ocorrência e apreciadores da figura do chefe, carregaram-no até um carro de boi que se encontrava em uma estrada próxima e o levaram, sentado, até o hotel onde estava hospedado a 1,21 Km de distância. Ele desceu da carroça quase sem ajuda e uma hora depois subiu os degraus que levavam até o seu quarto. O seu estado parecia bom, apenas se exaurindo por conta da hemorragia que o acometeu e mesmo diante disso, suportou o sofrimento com firmeza. O médico que o atendeu retirou alguns pedaços de ossos e ~28 g de cérebro, antes de enfaixá-lo. Durante o procedimento, Gage disse não se importar com tal situação, uma vez que imaginava que voltaria a trabalhar poucos dias depois. Em um primeiro momento a visão do olho esquerdo, ainda que indistinta, se fazia ativa, sendo perdida totalmente no décimo dia depois do acidente. Seguiram-se períodos de dor, crescimento de fungos, profusão de fluídos fétidos pela boca e pela ferida superior da cabeça (saída da barra), alternados por quadros de debilidade intelectual, estupidez, imbecilidade e manifestações caprichosas e infantis. Seus amigos, antevendo o pior, já haviam preparado o caixão e as roupas, de modo a enviar o corpo para a sua cidade natal, New Hampshire. O médico que o atendeu não acreditava na recuperação até o décimo dia, já no 34º dia a mente de Gage ficou mais equilibrada e menos infantil, no 35º ele passava a maior parte do tempo sentado, começou a andar pela casa, indo até a praça e à rua. No 56º dia voltou a frequentar as ruas da cidade, no 60º dia, quando o médico foi visitá-lo, descobriu que ele saía de casa todos os dias, com exceção dos domingos e que, inclusive, efetuava compras no comércio local, com a precisão que lhe era habitual. No 61º dia teve algum sangramento no braço (que também fora enfaixado no tratamento inicial) e expeliu alguns pedaços pequenos de ossos pela boca. No dia 1º de janeiro de 1849 o ferimento do topo da cabeça se fechou completamente (ainda que as pulsações cerebrais permanecessem perceptíveis), uma cicatriz linear próxima ao ângulo da mandíbula inferior denunciava a entrada do ferro de compactação, mas Gage se mostrava plenamente recuperado, com posição ereta e andar firme e com a sequela de uma paralisia parcial no lado esquerdo da face. Motivado pela boa recuperação ele se candidatou ao posto de capataz novamente, mas seus amigos acharam a sua mudança de comportamento tão marcante, que decidiram não lhe dar o trabalho. Há de se complementar que Gage passou a demonstrar um comportamento caprichoso, irreverente, falando palavrões eventualmente, o que não era de sua natureza anterior ao acidente, também manifestava pouco respeito aos demais e se mostrava constantemente impaciente a restrições e conselhos, mudando de plano a cada momento, ao sabor da conveniência presente. Antes da sua lesão, ainda que não tivesse estudado de modo formal, era conhecido pela astúcia nos negócios, pela inteligência e pela persistência nos planos de ação, posteriormente ao acidente a sua mudança foi tamanha que os amigos relatavam que ele havia se tornado outra pessoa. Além disso desenvolveu grande apreciação por crianças e animais de estimação, especialmente cavalos e cães, sempre mantendo a sua barra de ferro próxima, junto com as lembranças dos tempos de capataz, as quais mantinha com grande carinho. Após o fechamento dos ferimentos viajou para Boston, a convite e custeado pelo Dr. Henry J. Bigelow, da Universidade de Harvard, que o analisou por 8 ou 9 semanas, acompanhado por uma equipe de médicos. Em 1851 foi contratado para cuidar de um estábulo, permanecendo no trabalho de modo ininterrupto e sem problemas de saúde por um ano e meio, até que em 1852 decidiu se mudar para Valparaíso, no Chile, onde foi contratado como cuidador de cavalos e chofer de charrete de cargas. Entre os anos de 1859 e 1860 a sua saúde se deteriorou rapidamente, o que fez com que retornasse para os Estados Unidos, onde passou mais algum tempo até falecer às 22 horas do dia 21 de maio de 1861, exatamente doze anos, seis meses e oito dias depois do acidente histórico. Não foi possível realizar a autópsia para conhecer o estado do encéfalo no momento da morte, o médico que o cuidou teve contato com a família apenas em 1866, cinco anos depois do óbito, mas os familiares, com apoio do prefeito de São Francisco, viabilizaram a exumação do corpo, de modo que o crânio fosse retirado e doado para o progresso da Ciência. O crânio e a barra de compactação foram encaminhados ao Museu do Departamento Médico da Universidade de Harvard, em Boston e incorporados ao seu acervo. Tais informações chegaram ao público geral graças ao documento redigido pelo Dr. John M. Harlow, que apresentou o caso, 20 anos depois para Sociedade Médica de Massachusetts em 1868 [C_Harlow_1869].
O crânio de Phineas Gage foi tomografado no início dos anos 2000 [C_Ratiu_2004] e disponibilizado para visualização tridimensional interativa e download, no perfil da Harvard Lybrary do Sketchfab em 2020, sob o título “Skull of Phineas Gage” (https://skfb.ly/6VCBr). A disponibilidade instigou o autor, que até aquele momento desconhecia com detalhes a história, a baixar o arquivo e proceder com a aproximação facial forense e uma análise própria da trajetória da barra. A abordagem seria semelhante ao estudo publicado, sobre uma vítima da Batalha de Gotland, de 1361, onde foi apresentado um caso com lesão causada por uma estrutura perfuro-cortante, denunciada pelo crânio do indivíduo [C_Moraes_2022].
Materiais e Métodos¶
Conceitos, Software e Hardware¶
A reconstrução facial forense (RFF) ou aproximação facial forense (AFF) [C_Stephan_2015], é uma técnica auxiliar de reconhecimento, que reconstrói/aproxima a face de uma pessoa a partir do seu crânio e é utilizada quando há escassa informação para a identificação de um indivíduo [C_Pereira_2017]. Nota-se que a técnica não se trata de identificação, como aquelas oferecidas por DNA ou análise comparativa de arcos dentários, mas sim de um reconhecimento que pode levar à posterior identificação.
O presente trabalho utiliza o mesmo passo-a-passo abordado em Abdullah et al. (2022) [C_Abdullah_2022] e Moraes et al. (2023) [C_Moraes_2023], iniciado com a importação do crânio na cena 3D, seguindo com a projeção do perfil e estruturas da face a partir de dados estatísticos, gerando o volume do rosto com o auxílio da técnica de deformação anatômica e o acabamento com o detalhamento da face, configuração dos cabelos e geração das imagens e vídeo finais.
O processo de modelagem foi efetuado no software Blender 3D, rodando o add-on OrtogOnBlender (http://www.ciceromoraes.com.br/doc/pt_br/OrtogOnBlender/index.html) e seu submódulo ForensicOnBlender. O programa e o add-on são gratuitos, de código aberto e multiplataforma, de modo que podem rodar no Windows (>=10), no MacOS (>=BigSur) e no Linux (=Ubuntu 20.04).
No caso do presente trabalho, foi utilizado um computador desktop com as seguintes características:
Preparação do Crânio e Aproximação Facial Inicial¶
No portal Sketchfab o usuário Harvard Library fornece o crânio de Phineas Gage para download (https://skfb.ly/6VCBr) sob licença Creative Commons (CC Attribution). A opção de arquivo escolhida no momento de baixar foi a Wavefront OBJ, cujo importador é fornecido pelo Blender 3D.
Fig. 33 Preparação do crânio e colocação das projeções.¶
O crânio foi importado no Blender 3D e como é uma malha advinda de reconstrução de tomografia computadorizada, não apresentou textura na superfície (Fig. 33, A). A mandíbula foi segmentada para corrigir a oclusão (Fig. 33, B), sendo ajustada na fossa condilar e na região dos dentes, o crânio foi alinhado ao plano de Frankfurt, simulando um adulto em pé, observando o horizonte (Fig. 33, C). Uma série de pontos anatômicos foram inseridos na superfície, de modo a gerarem projeções médias, proporcionais e esperadas para o crânio e o tecido mole (Fig. 33, D). Tais projeções são baseadas em mensurações feitas em tomografias de um grupo (n=68|110) de indivíduos vivos adultos, pertencentes a diferentes ancestralidades [C_Moraes_2022b]. Ao se observar as posições médias e proporcionais dos pontos nasoespinal, incisivos e do mento, atesta-se que o crânio de Gage está quase perfeitamente nas posições esperadas, o mesmo se aplica para a média geral do fmo-fmo (distância orbital frontomalar), cuja distância de Gage é 96,66mm e a média geral é de 96,6 (https://bit.ly/3NRw2KW).
Fig. 34 Posicionamento dos globos oculares, marcadores de espessura de tecido mole, traçado lateral do nariz e da face.¶
As projeções baseadas em mensuração permitem dentre outras coisas o posicionamento dos globos oculares nos eixos X, Y e Z (Fig. 34, A, B). Uma série de marcadores de espessura de tecido mole, mensurada em indivíduos vivos por ultrassom [C_De_Greef_2006], foi distribuída em pontos anatômicos de modo a fornecer parâmetros para os limites da pele. O nariz foi projetado também utilizando dados de tomografias efetuadas em indivíduos vivos (n=110) [C_Moraes_2022b] [C_Moraes_2021].
Fig. 35 Deformação anatômica.¶
A deformação anatômica permite que a malha composta pelo tecido mole e o crânio de um doador virtual (Fig. 35, A, C) seja deformada sobre o crânio a ser aproximado e se adéque ao mesmo, ajustando o tecido mole e oferecendo uma estrutura compatível com o que seria a face do indivíduo (Fig. 35, B, D).
Simulação do Acidente¶
Fig. 36 Reconstrução da barra de compactação. Reconstrução à esquerda e o foto original à direita.¶
Com o crânio devidamente importado e os dados básicos de aproximação efetuados, viabilizou-se a simulação do acidente de 1848. Uma foto pertencente ao catálogo descritivo do caso, disponível no banco da Wikimedia Commons (https://en.wikipedia.org/wiki/File:JacksonJBS_A_descriptive_catalogue_of_the_Warren_Anatomical_Museum_1870_frontispiece_623x1024.jpg), foi utilizada como referência de modelagem da barra de compactação. Utilizando o crânio presente na foto como referência de escala, uma câmera foi posicionada na cena, tendo como background a fotografia. A câmera foi ajustada até que o crânio 3D se encontrasse na mesma posição da foto, com a referência ajustada e compatível, a barra foi modelada a partir de uma primitiva 3D tipo cilindro (Fig. 36). Finalizado o trabalho, o modelo resultou em uma estrutura com 1,16 m de altura, sendo +6,42% em relação à original com 1,09 m, já o diâmetro resultante foi de 3,24 cm, sendo +2,05% em relação ao original de 3,175 cm.
Fig. 37 Dinâmica da passagem da barra pelo crânio.¶
O crânio advindo da tomografia computadorizada não contém detalhes menores das lesões, de modo que imagens com mais resolução foram pesquisadas na internet para que a segmentação das lesões pudesse ser efetuada. Uma vez segmentado, uma análise estrutural do crânio foi feita de modo a visualizar os pontos de entrada e saída da barra. Com uma linha traçada e com as lesões evidenciadas, a barra foi ajustada em duas posições, inicial e final, onde a inicial se posicionava próxima da estrutura, mas externa a ela, ou seja, antes de atingir o crânio e a final com a metade da barra passada pelo crânio. Os ossos segmentados foram ajustados manualmente conforme ocorria a colisão das malhas 3D e conformados à barra, por conta da elasticidade da pele, que conteve os ossos quebrados dentro da estrutura da face (Fig. 37).
Fig. 38 Aproximação da região encefálica.¶
Para se ter uma ideia da trajetória da barra pelo crânio, aproveitou-se o endocast resultante da deformação anatômica (Fig. 38, A) como elemento limitador para o acondicionamento do cérebro, este advindo de uma tomografia computadorizada, cujo voxel data foi importado no Blender, via ferramenta de reconstrução do OrtogOnBlender [C_Moraes_2021b] (Fig. 38, B). O cérebro em questão foi reconstruído a partir de uma tomografia de alta resolução apresentada em um vídeo no YouTube (https://youtu.be/_p-mcUbEZpA?si=DKPA1GOtrvpgoDJ5 [C_Edlow_2019]), que foi baixado, convertido em uma sequência de imagens e posteriormente em um arquivo DICOM, também utilizando ferramentas disponíveis no supracitado add-on [C_Moraes_2021c]. Para que a estrutura do voxel data pudesse ser ajustada e conformada à malha 3D do endocast, os slices axiais, sagitais e coronais foram subdivididos, formando uma estrutura em grid (Fig. 38, C), que recebeu uma série de deformações estruturais de modo a se compatibilizar com o que seria o cérebro de Gage (Fig. 38, D). Também foi reconstruída uma estrutura vascular cerebral (Fig. 38, E), tendo como referência uma tomografia baixada de um banco de exames disponível para estudo (https://data.kitware.com/#collection/591086ee8d777f16d01e0724/folder/58a372e38d777f0721a64dc6). A estrutura vascular segmentada foi ajustada para se compatibilizar com a estrutura cerebral de Gage (Fig. 38, F, em azul).
Finalização da Aproximação Facial¶
Fig. 39 Etapas finais da aproximação facial com os dados da dinâmica do acidente.¶
Para finalizar a aproximação facial, seguindo a abordagem disponível em Abdullah et al. (2022) [C_Abdullah_2022], a malha de outra aproximação facial foi importada e ajustada a face de Gage, interpolando os dados das projeções estatísticas e da deformação anatômica (Fig. 39, A, B). Uma vez ajustado, o busto passou por um processo de escultura digital, para a configuração das marcas de expressão (Fig. 39, C) e ajuste dos cabelos para se equiparar aos dois retratos conhecidos de Gage (Fig. 39, D). A deformação anatômica também foi utilizada para a geração de uma imagem da face no momento da passagem da barra pela cabeça, visando evidenciar a gravidade do acidente (Fig. 39, E), assim o busto final foi ajustado em configurações diferentes, compostas pelo rosto normal, rosto no momento do acidente e rosto pós acidente com o olho esquerdo fechado. A etapa final consistiu na renderização das imagens e vídeo da face (Fig. 39, F) e da dinâmica do acidente.
Resultados e Discussão¶
Fig. 40 Visualização frontal da trajetória.¶
Uma sequência de imagens observando a perfuração frontalmente mostra o interior do cérebro, bem como parte da estrutura vascular (Fig. 40). A maior parte do dano parece ter se concentrado no lobo frontal esquerdo, tocando levemente as veias superiores. Se levarmos em consideração a margem de erro, o presente trabalho tende a corroborar com o estudo de Ratiu et al. 2004 [C_Ratiu_2004], cujos resultados se assemelham significativamente.
Fig. 41 Visualização lateral da trajetória.¶
Além disso, como as visualizações internas laterais (Fig. 41) reforçam que a lesão se concentrou no lobo frontal esquerdo, o que também é compatível com o relado de Harlow (1869) [C_Harlow_1869].
O endocrânio de Gage resultou em um volume de 1396 cm³, com o cálculo de conversão de -9,81% [C_Moraes_2023], chega-se a um volume cerebral de ~1259, muito próximo da média masculina adulta, que é de 1234 (±98) [C_Ritchie_2018]. Tal proximidade da média também é perceptível na circunferência da cabeça, que em Gage é de ~56 cm, já a média em adultos do sexo masculino é de 56.2 (±98) [C_Costa_2022]. Há de se notar que outro caso compatível se deu com a distância fmo-fmo que também se mostrou praticamente a média de adultos. Estudos futuros podem estabelecer o quanto o crânio de Gage, em aspectos gerais pode coincidir com a média geral dos adultos.
Fig. 42 Imagem final da aproximação facial digital.¶
Uma imagem da aproximação facial de Phineas Gage foi gerada, com liberdade artística relacionada as cores (Fig. 42), uma vez que as fotos conhecidas são em escala de cinza.
Fig. 43 Imagem final da aproximação facial digital.¶
Uma imagem com a potencial deformação causada na estrutura facial também foi gerada, objetivando servir como elemento didático na exposição do caso (Fig. 43).
Um vídeo com o processo completo de aproximação e a dinâmica do acidente foi disponibilizado no YouTube: https://youtu.be/V9wkwoipbWM
Mais imagens e o arquivo de vídeo podem ser baixadas no seguinte link: https://drive.google.com/drive/folders/1kqhW1gZELMyRE7ZaaERP-2IU52AabAlL?usp=sharing
Conclusão¶
O trabalho ilustra as capacidades da aproximação facial forense, uma vez que resultou em uma face compatível com a do indivíduo, fornecendo as suas características gerais e poderia tranquilamente servir como base de reconhecimento, ainda que detalhes como cor da pele e cabelos fossem suprimidos por uma imagem em escala de cinza. As ferramentas de visualização de voxel data e segmentação se mostraram úteis para a simulação dinâmica do acidente, demonstrando a robustez das soluções baseada em software livre.
Agradecimentos¶
Ao Dr. Richard Gravalos por ceder a tomografia do doador virtual utilizada neste estudo. À Harvard Library (https://library.harvard.edu/) por fornecer o crânio de Phineas Gage sob licença Creative Commons, o que viabilizou a confecção deste material.
Referências Bibliográficas¶
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